CN111687207A - 运用芦竹炭修复污染湿地的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种运用芦竹炭修复污染湿地的方法，包括：(1)在污染湿地挖种植穴和种植沟；(2)在所述种植穴和所述种植沟铺设芦竹炭并覆土；(3)在种植基质上种植芦竹培苗；(4)将步骤(3)得到的芦竹苗植于所述种植穴中；(5)收割芦竹苗，然后进行高温热解，以便得到芦竹炭，并将所述芦竹炭返回步骤(2)和/或步骤(3)用于制备所述种植基质。采用该方法不仅解决了污染湿地修复成本高的问题且避免二次污染，而且促进了芦竹的生长，提高了生物量，芦竹的根系根长、根体积、根表面积和根尖数也显著增加，分蘖能力增强，同时实现芦竹资源的循环利用，有利于环境可持续性发展。

Description

运用芦竹炭修复污染湿地的方法
技术领域
本发明属于农业领域，具体涉及一种运用芦竹炭修复污染湿地的方法。
背景技术
随着城市化进程的快速推进，工业化和现代农业的发展对土壤和水体都带来了一定的污染，工矿遗留和城市垃圾等污染使土壤重金属含量超标，水体富养化等问题频繁发生，随着污染情况的累积，生物降解能力也逐渐降低，因此需借助其他手段进行修复。
对于重金属和水体污染物，当前的修复方法有很多，主要分为物理、化学和生物修复三种途径，具体包括填埋法、土壤改良剂法、“超富集植物”法等多种，但物理修复成本较高，化学修复可能存在二次污染问题，并且一些植物修复周期比较长，处理污染单一，且无法保证修复的延续性发展，因此无法大规模推广应用。
因此，现有的污染土壤的修复技术有待探究。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种运用芦竹炭修复污染湿地的方法，采用该方法不仅解决了污染湿地修复成本高的问题且避免二次污染，而且促进了芦竹的生长，提高了生物量，芦竹的根系根长、根体积、根表面积和根尖数也显著增加，分蘖能力增强，同时实现芦竹资源的循环利用，有利于环境可持续性发展。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种运用芦竹炭修复污染湿地的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：
(1)在污染湿地挖种植穴和种植沟；
(2)在所述种植穴和所述种植沟铺设芦竹炭并覆土；
(3)在种植基质上种植芦竹培苗；
(4)将步骤(3)得到的芦竹苗植于所述种植穴中；
(5)收割芦竹苗，然后进行高温热解，以便得到芦竹炭，并将所述芦竹炭返回步骤(2)和/或步骤(3)用于制备所述种植基质。
根据本发明实施例的运用芦竹炭修复污染湿地的方法通过在污染湿地中挖种植穴和种植沟，然后在种植穴和种植沟中铺设芦竹炭并覆土，然后将在种植基质上培育的芦竹苗移栽至种植穴中，由于芦竹生物量大，生态适应性强，可耐盐碱、短期水淹等环境，并对多数重金属以及富养化水体中的N、P具有一定的耐性和吸附能力，对土壤肥力要求不高，生长过程中氧气的释放量高达6t/亩，并且芦竹的快速增长和多次刈割也进一步增加了对土壤中污染物的吸附作用，而芦竹炭碱性较强，可以显著提高土壤的pH值，降低重金属生物有效性，具有改良土壤和封存大气中的二氧化碳的能力，将其施加于污染土壤中，可以提高土壤的含碳量，调节土壤持水能力，对土壤养分的增加和外源污染物的治理作用巨大，并且芦竹炭的添加可以增强芦竹根系的生长能力，促进芦竹的生长，本申请将芦竹炭与芦竹进行结合对污染湿地中的CODMn、TN、NH4 +的有较高的去除率，并且磷浓度降低到0.001mg/L，同时对湿地土壤中重金属铅、镉和汞等重金属具有吸附能力，同时将芦竹苗收割后进行高温热解得到芦竹炭返回作为种植穴和种植沟的铺设芦竹炭和/或用于制备种植基质，可以实现芦竹资源的循环利用，有利于环境可持续性发展。由此，采用该方法不仅解决了污染湿地修复成本高的问题且避免二次污染，而且促进了芦竹的生长，提高了生物量，芦竹的根系根长、根体积、根表面积和根尖数也显著增加，分蘖能力增强，同时实现芦竹资源的循环利用，有利于环境可持续性发展。
另外，根据本发明上述实施例的运用芦竹炭修复污染湿地的方法还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述种植穴深度为24～30厘米，宽度为8～12厘米。
在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述种植沟的深度为15～25厘米。
在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，在所述种植穴中铺设芦竹炭的厚度为2～4厘米，覆土厚度为1～3厘米。
在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，在所述种植沟中铺设芦竹炭的厚度为1～3厘米。
在本发明的一些实施例中，在步骤(3)，所述种植基质采用下列方法制备得到：将芦竹炭、泥炭土、珍珠岩和腐熟粪肥按照质量比为(0～30)：(5～30)：(5～15)：(5～20)进行混合后加盖堆沤腐熟，然后调节pH值至中性，与水混合，以便得到所述育苗基质。
在本发明的一些实施例中，所述加盖堆沤的时间为30～45天。
在本发明的一些实施例中，所述种植基质的持水量为50～80wt％。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的运用芦竹炭修复污染湿地的方法流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，需要说明的是下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。另外，如果没有明确说明，在下面的实施例中所采用的所有试剂均为市场上可以购得的，或者可以按照本文或已知的方法合成的，对于没有列出的反应条件，也均为本领域技术人员容易获得的。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种运用芦竹炭修复污染湿地的方法。根据本发明的实施例，参考图1，该方法包括：
S100：在污染湿地挖种植穴和种植沟
该步骤中，首先对污染土壤进行平整，然后在污染湿地挖种植穴和种植沟，其中，种植沟和种植穴相间分布，并且种植穴深度为24～30厘米，宽度为8～12厘米，种植沟的深度为15～25厘米，优选的，种植穴深度为27厘米，宽度为10厘米，种植沟的深度为20厘米。
S200：在种植穴和种植沟铺设芦竹炭并覆土
该步骤中，在上述种植穴和种植沟铺设芦竹并覆土，优选的，在种植穴中铺设芦竹炭的厚度为2～4厘米，覆土厚度为1～3厘米，优选铺设芦竹炭的厚度为3厘米，覆土厚度为2厘米；在种植沟中铺设芦竹炭的厚度为1～3厘米，覆土与地面持平，优选铺设芦竹炭的厚度为2厘米。发明人发现，若种植穴芦竹炭铺设厚度过低，则无法达到调节湿地水分和吸附重金属的作用，而若种植穴芦竹炭铺设厚度过高，则增加成本投入；同时若种植穴覆土过高容易造成芦竹苗根部承载过重，且加重了湿地不透水的问题，根部也会因为无法与空气接触而导致烂根、窒息等现象，而若种植穴覆土过低则容易积水，养分吸收不足。另外种植沟中芦竹炭的铺设厚度选择与种植穴同理。具体的，芦竹炭具有改良土壤和封存大气中的二氧化碳的能力，对土壤养分的增加和外源污染物的治理作用巨大，并且芦竹炭的添加可以增强芦竹根系的生长能力，促进芦竹的生长。
S300：在种植基质上种植芦竹培苗
该步骤中，该芦竹苗的种植基质采用下列方法制备得到：将芦竹炭、泥炭土、珍珠岩和腐熟粪肥按照质量比为(0～30)：(5～30)：(5～15)：(5～20)进行混合后加盖堆沤30～45天腐熟，然后调节pH值至中性，与水混合，得到持水量为50～80wt％的种植基质，然后在该种植基质上种植芦竹组培苗。发明人发现，芦竹炭含有丰富的有机碳和一定量的矿质成分，可为植物提供养分，自身的孔隙结构也可调节土壤的持水能力，还可吸附土壤中的有害物质，若在基质中含量过高可能会导致土壤养分过量，灼伤根部，而若含量过低会降低基质的持水能力，减少基质中的养分；泥炭土可有效降低基质病虫害、板结和保水差能问题，而若在基质配比中比例过高会增加经济成本，而若过低则无法保证发挥有效作用；珍珠岩具有较高透气性，稳定性强，可防止植物倒伏，改善土壤板结，若在配比中比例过高会影响土壤的肥力，而若过低则可能导致植物透气透水性差；腐熟粪肥为土壤提供有机肥力，若基质中含量过低无法为植物提供养分，而若过高可能会导致植物缺水死亡。由此，采用本申请上述配比的芦竹炭、泥炭土、珍珠岩和腐熟粪肥混合后加盖堆沤腐熟得到的种植基质在具有优异的肥力同时可以避免芦竹育苗透气性差而死亡的问题。
S400：将芦竹苗植于种植穴中
该步骤中，选取大小一致，生长强健的带土球芦竹苗，植于种植穴中，然后覆土踏平。发明人发现，芦竹生物量大，生态适应性强，可耐盐碱、短期水淹等环境，并对多数重金属以及富养化水体中的N、P具有一定的耐性和吸附能力，对土壤肥力要求不高，生长过程中氧气的释放量高达6t/亩，将其种植于污染土壤中可以有效吸附微污湿地中的CODMn、TN、NH4 +的有较高的去除率，并且磷浓度降低到0.001mg/L，同时对湿地土壤中重金属铅、镉和汞等重金属具有吸附能力。
S500：收割芦竹苗，然后进行高温消解，并将芦竹炭返回步骤S200和/或步骤S300中
该步骤中，待芦竹苗长高至2～2.5米后进行收割，然后进行高温热解，得到芦竹炭，并将芦竹炭返回步骤S200中作为种植穴和种植沟中的铺设芦竹炭和/或步骤S300中用于制备种植基质。由此，通过将芦竹收割后进行高温热解后返回再利用，可以实现芦竹资源的循环利用，有利于环境可持续性发展。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对高温热解的条件进行选择，只要能将芦竹转化为芦竹炭即可，此处不再赘述。
根据本发明实施例的运用芦竹炭修复污染湿地的方法通过在污染湿地中挖种植穴和种植沟，然后在种植穴和种植沟中铺设芦竹炭并覆土，然后将在种植基质上培育的芦竹苗移栽至种植穴中，由于芦竹生物量大，生态适应性强，可耐盐碱、短期水淹等环境，并对多数重金属以及富养化水体中的N、P具有一定的耐性和吸附能力，对土壤肥力要求不高，生长过程中氧气的释放量高达6t/亩，并且芦竹的快速增长和多次刈割也进一步增加了对土壤中污染物的吸附作用，而芦竹炭碱性较强，可以显著提高土壤的pH值，降低重金属生物有效性，具有改良土壤和封存大气中的二氧化碳的能力，将其施加于污染土壤中，可以提高土壤的含碳量，调节土壤持水能力，对土壤养分的增加和外源污染物的治理作用巨大，并且芦竹炭的添加可以增强芦竹根系的生长能力，促进芦竹的生长，本申请将芦竹炭与芦竹进行结合对污染湿地中的CODMn、TN、NH4 +的有较高的去除率，并且磷浓度降低到0.001mg/L，同时对湿地土壤中重金属铅、镉和汞等重金属具有吸附能力，同时将芦竹苗收割后进行高温热解得到芦竹炭返回作为种植穴和种植沟的铺设芦竹炭和/或用于制备种植基质，可以实现芦竹资源的循环利用，有利于环境可持续性发展。由此，采用该方法不仅解决了污染湿地修复成本高的问题且避免二次污染，而且促进了芦竹的生长，提高了生物量，芦竹的根系根长、根体积、根表面积和根尖数也显著增加，分蘖能力增强，同时实现芦竹资源的循环利用，有利于环境可持续性发展。
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
实施例1
(1)首先对污染湿地土壤(污染湿地土壤中含有CODMn(5.36mg·L-1)、TN(2.65mg·L-1)、NH4 +(1.27mg·L-1)、P(0.132mg·L-1)、土壤中含有重金属铅(326.8mg·kg-1)、镉(245.1mg·kg-1)和汞(89.5mg·kg-1))进行平整，然后在污染湿地挖种植穴和种植沟，其中，种植沟和种植穴相间分布，并且种植穴深度为24厘米，宽度为8厘米，种植沟的深度为25厘米；
(2)在上述种植穴和种植沟铺设芦竹并覆土，其中，在种植穴中铺设芦竹炭的厚度为4厘米，覆土厚度为1厘米，在种植沟中铺设芦竹炭的厚度为3厘米，覆土与地面持平；
(3)将泥炭土、珍珠岩、腐熟粪肥混匀(将泥炭土、珍珠岩、腐熟粪肥的质量比为25：10：15进行混合)后加盖堆沤30天腐熟，然后调节pH值至中性，与水混合，得到持水量为80wt％的种植基质，然后在种植基质中育苗，最后选取大小一致，生长强健的带土球芦竹苗，植于种植穴中，然后覆土踏平，待芦竹苗长高至2～2.5米后进行收割，然后进行高温热解，得到芦竹炭，并将芦竹炭返回步骤S200中作为种植穴和种植沟中的铺设芦竹炭使用。
实施例2
(1)首先对污染湿地土壤(污染湿地土壤中含有CODMn(5.36mg·L-1)、TN(2.65mg·L-1)、NH4 +(1.27mg·L-1)、P(0.132mg·L-1)、土壤中含有重金属铅(326.8mg·kg-1)、镉(245.1mg·kg-1)和汞(89.5mg·kg-1)进行平整，然后在污染湿地挖种植穴和种植沟，其中，种植沟和种植穴相间分布，并且种植穴深度为30厘米，宽度为12厘米，种植沟的深度为15厘米；
(2)在上述种植穴和种植沟铺设芦竹并覆土，其中，在种植穴中铺设芦竹炭的厚度为2厘米，覆土厚度为3厘米在种植沟中铺设芦竹炭的厚度为1厘米，覆土与地面持平；
(3)将泥炭土、珍珠岩和腐熟粪肥、混匀(将泥炭土、珍珠岩和腐熟粪肥的质量比为25：5：20进行混合)后加盖堆沤45天腐熟，然后调节pH值至中性，与水混合，得到持水量为50wt％的种植基质，然后在种植基质中育苗，最后选取大小一致，生长强健的带土球芦竹苗，植于种植穴中，然后覆土踏平，待芦竹苗长高至2～2.5米后进行收割，然后进行高温热解，得到芦竹炭，并将芦竹炭返回步骤S200中作为种植穴和种植沟中的铺设芦竹炭使用。
实施例3
(1)首先对污染湿地土壤(污染湿地土壤中含有CODMn(5.36mg·L-1)、TN(2.65mg·L-1)、NH4 +(1.27mg·L-1)、P(0.132mg·L-1)、土壤中含有重金属铅(326.8mg·kg-1)、镉(245.1mg·kg-1)和汞(89.5mg·kg-1)进行平整，然后在污染湿地挖种植穴和种植沟，其中，种植沟和种植穴相间分布，并且种植穴深度为27厘米，宽度为10厘米，种植沟的深度为20厘米；
(2)在上述种植穴和种植沟铺设芦竹并覆土，其中，在种植穴中铺设芦竹炭的厚度为3厘米，覆土厚度为2厘米，在种植沟中铺设芦竹炭的厚度为2厘米，覆土与地面持平；
(3)将泥炭土、珍珠岩和腐熟粪肥、混匀(将泥炭土、珍珠岩和腐熟粪肥的质量比为30：5：15进行混合)后加盖堆沤37天腐熟，然后调节pH值至中性，与水混合，得到持水量为60wt％的种植基质，然后在种植基质中育苗，最后选取大小一致，生长强健的带土球芦竹苗，植于种植穴中，然后覆土踏平，待芦竹苗长高至2～2.5米后进行收割，然后进行高温热解，得到芦竹炭，并将芦竹炭返回步骤S200中作为种植穴和种植沟中的铺设芦竹炭使用。
实施例4
(1)首先对污染湿地土壤(污染湿地土壤中含有CODMn(5.36mg·L-1)、TN(2.65mg·L-1)、NH4 +(1.27mg·L-1)、P(0.132mg·L-1)、土壤中含有重金属铅(326.8mg·kg-1)、镉(245.1mg·kg-1)和汞(89.5mg·kg-1)进行平整，然后在污染湿地挖种植穴和种植沟，其中，种植沟和种植穴相间分布，并且种植穴深度为26厘米，宽度为11厘米，种植沟的深度为22厘米；
(2)在上述种植穴和种植沟铺设芦竹并覆土，其中，在种植穴中铺设芦竹炭的厚度为3.5厘米，覆土厚度为1.5厘米，在种植沟中铺设芦竹炭的厚度为2.5厘米，覆土与地面持平；
(3)将芦竹炭、泥炭土、珍珠岩、腐熟粪肥混匀(将芦竹炭、泥炭土、珍珠岩、腐熟粪肥的质量比为15：25：5：5进行混合)后加盖堆沤42天腐熟，然后调节pH值至中性，与水混合，得到持水量为70wt％的种植基质，然后在种植基质中育苗，最后选取大小一致，生长强健的带土球芦竹苗，植于种植穴中，然后覆土踏平，待芦竹苗长高至2～2.5米后进行收割，然后进行高温热解，得到芦竹炭，并将芦竹炭返回步骤S200中作为种植穴和种植沟中的铺设芦竹炭和步骤S300中用于制备种植基质。
测试：取实施例1-4第一年生长芦竹，测其生物量，然后取湿地土壤对其中的CODMn、TN、NH4 +、P、重金属铅、镉和汞的含量进行测试，测试结果如表1所示。
表1实施例1-4第一年生长芦竹生物量以及对应湿地土壤污染物含量
Figure BDA0002496350460000071
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种运用芦竹炭修复污染湿地的方法，其特征在于，包括：
(1)在污染湿地挖种植穴和种植沟；
(2)在所述种植穴和所述种植沟铺设芦竹炭并覆土；
(3)在种植基质上种植芦竹培苗；
(4)将步骤(3)得到的芦竹苗植于所述种植穴中；
(5)收割芦竹苗，然后进行高温热解，以便得到芦竹炭，并将所述芦竹炭返回步骤(2)和/或步骤(3)用于制备所述种植基质。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述种植穴深度为24～30厘米，宽度为8～12厘米。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述种植沟的深度为15～25厘米。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，在所述种植穴中铺设芦竹炭的厚度为2～4厘米，覆土厚度为1～3厘米。
5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，在所述种植沟中铺设芦竹炭的厚度为1～3厘米。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(3)，所述种植基质采用下列方法制备得到：
将芦竹炭、泥炭土、珍珠岩和腐熟粪肥按照质量比为(0～30)：(5～30)：(5～15)：(5～20)进行混合后加盖堆沤腐熟，然后调节pH值至中性，与水混合，以便得到所述育苗基质。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述加盖堆沤的时间为30～45天。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述种植基质的持水量为50～80wt％。
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