CN114289492A - 磷酸盐土壤改良剂在农田固碳协同调控镉污染中的应用方法 - Google Patents
磷酸盐土壤改良剂在农田固碳协同调控镉污染中的应用方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114289492A CN114289492A CN202111636000.7A CN202111636000A CN114289492A CN 114289492 A CN114289492 A CN 114289492A CN 202111636000 A CN202111636000 A CN 202111636000A CN 114289492 A CN114289492 A CN 114289492A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- soil
- phosphate
- soil conditioner
- farmland
- cadmium
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 73
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 72
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 title claims abstract description 63
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 62
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 title claims abstract description 61
- 239000003516 soil conditioner Substances 0.000 title claims abstract description 58
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 49
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 49
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 43
- 230000009919 sequestration Effects 0.000 title claims abstract description 23
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 title claims abstract description 20
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims abstract description 127
- 229910052588 hydroxylapatite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 35
- XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D pentacalcium;hydroxide;triphosphate Chemical compound [OH-].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D 0.000 claims abstract description 35
- 244000063299 Bacillus subtilis Species 0.000 claims abstract description 30
- 235000014469 Bacillus subtilis Nutrition 0.000 claims abstract description 30
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 18
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L Calcium chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 14
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 9
- TYJOJLOWRIQYQM-UHFFFAOYSA-L disodium;phenyl phosphate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]P([O-])(=O)OC1=CC=CC=C1 TYJOJLOWRIQYQM-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 15
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 8
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 4
- XZKIHKMTEMTJQX-UHFFFAOYSA-N 4-Nitrophenyl Phosphate Chemical compound OP(O)(=O)OC1=CC=C([N+]([O-])=O)C=C1 XZKIHKMTEMTJQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- QXNVGIXVLWOKEQ-UHFFFAOYSA-N Disodium Chemical compound [Na][Na] QXNVGIXVLWOKEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N hydrogen chloride Substances Cl.Cl IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910000041 hydrogen chloride Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000007480 spreading Effects 0.000 claims description 3
- 238000003892 spreading Methods 0.000 claims description 3
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 abstract description 17
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 12
- 238000005067 remediation Methods 0.000 abstract description 8
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 5
- 239000002681 soil colloid Substances 0.000 abstract description 5
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 abstract description 5
- 239000002688 soil aggregate Substances 0.000 abstract description 4
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 abstract description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 abstract description 3
- 230000007774 longterm Effects 0.000 abstract description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 abstract description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 abstract description 2
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 11
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 8
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 7
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 5
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 5
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 4
- 238000009630 liquid culture Methods 0.000 description 4
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 4
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 4
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 4
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 4
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 3
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 3
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-N carbonic acid Chemical compound OC(O)=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 3
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 3
- QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H tricalcium bis(phosphate) Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 3
- BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N Calcium cation Chemical compound [Ca+2] BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 2
- WLZRMCYVCSSEQC-UHFFFAOYSA-N cadmium(2+) Chemical compound [Cd+2] WLZRMCYVCSSEQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001424 calcium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 230000029087 digestion Effects 0.000 description 2
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 230000036541 health Effects 0.000 description 2
- 238000011081 inoculation Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000004060 metabolic process Effects 0.000 description 2
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 2
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- 229910014497 Ca10(PO4)6(OH)2 Inorganic materials 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004566 IR spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 229910003873 O—P—O Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 229910052586 apatite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 206010003246 arthritis Diseases 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- 239000012752 auxiliary agent Substances 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000033558 biomineral tissue development Effects 0.000 description 1
- 239000001506 calcium phosphate Substances 0.000 description 1
- 229910000389 calcium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011010 calcium phosphates Nutrition 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001925 catabolic effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000012272 crop production Methods 0.000 description 1
- 238000012258 culturing Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000012851 eutrophication Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 231100000086 high toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 1
- -1 hydroxyl ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000003973 irrigation Methods 0.000 description 1
- 230000002262 irrigation Effects 0.000 description 1
- 230000002045 lasting effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- VSIIXMUUUJUKCM-UHFFFAOYSA-D pentacalcium;fluoride;triphosphate Chemical compound [F-].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O VSIIXMUUUJUKCM-UHFFFAOYSA-D 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000001850 reproductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000000241 respiratory effect Effects 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000000967 suction filtration Methods 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Soil Conditioners And Soil-Stabilizing Materials (AREA)
Abstract
本发明涉及农田土壤修复技术领域，尤其是涉及磷酸盐土壤改良剂在农田固碳协同调控镉污染中的应用方法。本发明在枯草芽孢杆菌菌液中加入苯基磷酸二钠和氯化钙的混合液进行反应，在温和条件下枯草芽孢杆菌辅助合成羟基磷灰石。本发明的磷酸盐土壤改良剂有效促进土壤团聚体的生成，增加土壤pH和储水性能，同时导致土壤有机碳的负激发效应，有利于农田土壤碳固持；且能够提高土壤胶体对重金属镉的吸附能力，使吸附的镉不易重新释放到环境中，在中、轻度镉污染农田中具有良好的修复效果。本发明得到的磷酸盐土壤改良剂在农田固碳协同调控中、轻度镉污染领域具有长远的发展前景。
Description
技术领域
本发明涉及农田土壤修复技术领域，尤其是涉及磷酸盐土壤改良剂在农田固碳协同调控镉污染中的应用方法，更具体的，磷酸盐土壤改良剂在农田固碳协同调控中、轻度镉污染中的应用方法。
背景技术
作为重金属元素，镉(Cd)在土壤环境中具有化学活性强、迁移性大、毒性持久、容易被农作物吸收等特点。其通过食物链的富集，危及人类健康。可能诱发肾衰变、关节炎等疾病。有效控制并改良农田土壤镉污染状况是关乎食品安全和人类健康的全球性问题。目前，土壤改良和修复思路分为两种，去污染和稳定化。分别对应两种修复方式，异位修复和原位修复。对于农田土壤，原位修复具有操作简单、不耽误农作物生产的绝对优势。因此，采用原位修复是保障粮食安全的较好选择。选择一种合适的改良剂是问题的关键，对于多种多样的改良剂，并不是都适用于中、轻度镉污染的农田土壤。比如，施加含磷物质的改良剂于农田中，土壤灌溉后可能导致周边水体富营养化；施加单一碱性物质改良剂，可能造成土壤板结；施加废渣废料，可能影响农作物的正常生长。对于中、轻度镉污染农田土壤，需要的是价格低廉、微量高效、生态友好的改良材料。
羟基磷灰石理论组成为Ca10(PO4)6(OH)2，Ca/P为1.67，又称羟磷灰石、碱式磷酸钙，是钙磷灰石(Ca5(PO4)3(OH))的自然矿物化。其晶体为六方晶系离子晶体。羟基磷灰石表面有两种钙离子(Ca(I)和Ca(II))，两者的摩尔比为2：3，两种钙环境对应两种吸附位置，当羟基磷灰石在水溶液中时，位于羟基磷灰石晶体表面的钙在某一瞬间会形成空缺，而镉原子半径与钙原子半径相似，使得钙离子的位置易被镉离子取代，从而使羟基磷灰石对重金属镉具有较好的吸附效果。目前，制备羟基磷灰石的方式有很多，可分为湿法和干法。湿法包括沉淀法、水热合成法等，干法为固态反应法等。这些方法具有所得产物纯度低、原料价格高、有机溶剂毒性大、对环境造成污染等缺陷，使得其在实际工程应用中受到了一定的限制。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是磷酸盐土壤改良剂在农田固碳协同调控镉污染中的应用方法；其中，磷酸盐改良剂为羟基磷灰石；镉污染尤其指中、轻度镉污染。
土壤中重金属镉的累积性、土壤结构的复杂性使得农田土壤重金属镉的修复工作异常困难。枯草芽孢杆菌具有繁殖能力强、生长环境要求低的特点，并且微生物的代谢分泌的胞外聚合物可能影响土壤的pH，从而改变重金属镉形态，促进镉各形态间的互相转化。在温和条件下利用其辅助合成磷酸盐土壤改良剂的方法成本较低、操作简便。因此，选择微生物辅助合成羟基磷灰石为改良剂的方案对重金属镉污染农田土壤进行修复，既有利于控制重金属镉的污染风险，还能保证为农作物的安全生产，促进土地农业可持续发展。
本发明的磷酸盐土壤改良剂撒入农田土壤中，由于材料具有丰富的孔隙结构和较大的比表面积，因此可以提高土壤水分库容和pH值，从而促进土壤中的碳酸(CO2+H2O)发生化学反应，生成碳酸氢根(HCO3 -)和碳酸根(CO3 2-)，进而将大气/土壤中的CO2以溶解无机碳的形式溶于土壤溶液后被土壤中的土著微生物利用并固定形成土壤有机碳；同时本发明的磷酸盐土壤改良剂影响了土壤土著微生物群落的组成和共生网络关系，降低了其对有机物分解代谢活性和土壤呼吸熵，从而促进土壤有机碳的固持。由于本发明的磷酸盐土壤改良剂一方面具有较大的比表面积，因此更易于与改良剂的活性官能团如羟基离子(-OH)、磷酸根离子(PO4 3-)进行反应，另一方面枯草芽孢菌代谢分泌的胞外聚合物也可吸附镉离子，从而降低土壤镉的迁移能力。因此，本发明的磷酸盐土壤改良剂具有较好的固碳和镉污染调控作用。
本发明在枯草芽孢杆菌菌液中加入苯基磷酸二钠和氯化钙的混合液进行反应，在温和条件下枯草芽孢杆菌辅助合成羟基磷灰石。本发明的磷酸盐土壤改良剂有效促进土壤团聚体的生成，增加土壤pH和储水性能，同时导致土壤有机碳的负激发效应，有利于农田土壤碳固持；且能够提高土壤胶体对重金属镉的吸附能力，使吸附的镉不易重新释放到环境中，在中、轻度镉污染农田中具有良好的修复效果。本发明得到的磷酸盐土壤改良剂在农田固碳协同调控中、轻度镉污染领域具有长远的发展前景。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明的第一个目的是提供一种磷酸盐土壤改良剂在农田固碳协同调控镉污染中的应用方法，包括以下步骤：
向待改良土壤中施撒磷酸盐土壤改良剂，然后将磷酸盐土壤改良剂与待改良土壤充分混匀，进行处理；
所述磷酸盐土壤改良剂为羟基磷灰石。
在本发明的一个实施方式中，所述羟基磷灰石为枯草芽孢杆菌诱导氯化钙和对硝基苯磷酸二钠合成的羟基磷灰石。
在本发明的一个实施方式中，羟基磷灰石的制备过程如下：
(1)将苯基磷酸二钠溶液和氯化氢溶液混合，得到第一混合溶液；
(2)将步骤(1)得到的第一混合溶液加入枯草芽孢杆菌菌液中反应，后处理得到磷酸盐土壤改良剂。
在本发明的一个实施方式中，所述羟基磷灰石的比表面积高于100m2/g。
在本发明的一个实施方式中，磷酸盐土壤改良剂与待改良土壤充分混匀后，得到混合土壤；保持混合土壤的含水量为60％-80％；
优选地，保持混合土壤的含水量为70％。
在本发明的一个实施方式中，待改良土壤的pH值为7-9。
在本发明的一个实施方式中，待改良土壤中镉浓度为0.6-2mg/kg。
在本发明的一个实施方式中，待改良土壤中有效态镉含量高于0.58mg/kg。
在本发明的一个实施方式中，磷酸盐土壤改良剂与待改良土壤的用量比为80mg-2100mg：1kg。
在本发明的一个实施方式中，处理时间为10-20天；
优选地，处理时间为14天。
在本发明的一个实施方式中，所述磷酸盐土壤改良剂同时具有下述功能：
(1)增加土壤固存有机碳含量；
(2)对土壤pH值的扰动低于5％；
(3)高效的降低土壤有效态重金属镉含量。
在本发明的一个实施方式中，所述磷酸盐土壤改良剂可应用于下述任一种应用：
(1)在提升农田土壤固碳能力中的应用，或促进农田土壤生态***由“碳源”向“碳汇”转变的应用；
(2)在偏碱性(pH值为7-9)土壤中的应用；
(3)在改良中、轻度镉污染(0.6-2mg/kg)农田土壤中的应用，或在土壤有效态镉含量高于0.58mg/kg的土壤中的应用。
在本发明的一个实施方式中，分别采集处理后7d，14d，52d和104d的土样，进行改良效果检验，测定改良后土壤的pH值，同时测定改良后土壤中的有效态镉浓度并计算其去除率。
在本发明的一个实施方式中，测定土壤中有效态镉浓度的方法为氯化钙法。
在本发明的一个实施方式中，氯化钙法根据环境保护部南京环境科学研究所提供的《土壤中重金属可提取态(有效态)测定方法研究》，提取并测定土壤中的有效态镉浓度。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明以对硝基苯磷酸二钠提供磷源，枯草芽孢杆菌诱导氯化钙和对硝基苯磷酸二钠合成羟基磷灰石，方法操作简单，制备条件温和，适合大规模工业生产，容易实现工程应用，对农田土壤环境无毒害作用，生态环境效益良好。
(2)本发明的微生物辅助合成磷酸盐土壤改良剂修复的固碳减排效果较好，通过施加多孔隙、比表面积大的羟基磷灰石来有效促进土壤团聚体的生成，并增加其稳定性，有利于农田土壤碳固持。
(3)本发明的微生物辅助合成磷酸盐土壤改良剂修复的长效性较好，通过加入碱性物质——羟基磷灰石来提高土壤胶体对重金属镉的吸附能力，使吸附的重金属镉不易重新释放到环境中，本发明具有修复效果好、稳定性强的优点。
附图说明
图1为本发明实施例2制备得到的羟基磷灰石的场发射扫描电镜图；其中(a)为低倍扫描电镜图；(b)为高倍扫描电镜图；
图2为本发明实施例2制备得到的羟基磷灰石的傅里叶红外光谱图。
图3为本发明实施例3磷酸盐土壤改良剂应用于待改良土壤后7d，14d，52d和104d的土壤pH值折线图。
具体实施方式
本发明的第一个目的是提供一种磷酸盐土壤改良剂在农田固碳协同调控镉污染中的应用方法，包括以下步骤：
向待改良土壤中施撒磷酸盐土壤改良剂，然后将磷酸盐土壤改良剂与待改良土壤充分混匀，进行处理；
所述磷酸盐土壤改良剂为羟基磷灰石。
在本发明的一个实施方式中，所述羟基磷灰石为枯草芽孢杆菌诱导氯化钙和对硝基苯磷酸二钠合成的羟基磷灰石。
在本发明的一个实施方式中，羟基磷灰石的制备过程如下：
(1)将苯基磷酸二钠溶液和氯化氢溶液混合，得到第一混合溶液；
(2)将步骤(1)得到的第一混合溶液加入枯草芽孢杆菌菌液中反应，后处理得到磷酸盐土壤改良剂。
在本发明的一个实施方式中，所述羟基磷灰石的比表面积高于100m2/g。
在本发明的一个实施方式中，磷酸盐土壤改良剂与待改良土壤充分混匀后，得到混合土壤；保持混合土壤的含水量为60％-80％；
优选地，保持混合土壤的含水量为70％。
在本发明的一个实施方式中，待改良土壤的pH值为7-9。
在本发明的一个实施方式中，待改良土壤中镉浓度为0.6-2mg/kg。
在本发明的一个实施方式中，待改良土壤中有效态镉含量高于0.58mg/kg。
在本发明的一个实施方式中，磷酸盐土壤改良剂与待改良土壤的用量比为80mg-2100mg：1kg。
在本发明的一个实施方式中，处理时间为10-20天；
优选地，处理时间为14天。
在本发明的一个实施方式中，所述磷酸盐土壤改良剂同时具有下述功能：
(1)增加土壤固存有机碳含量；
(2)对土壤pH值的扰动低于5％；
(3)高效的降低土壤可提取态重金属镉含量。
在本发明的一个实施方式中，所述磷酸盐土壤改良剂可应用于下述任一种应用：
(1)在提升农田土壤固碳能力中的应用，或促进农田土壤生态***由“碳源”向“碳汇”转变的应用；
(2)在偏碱性(pH值为7-9)土壤中的应用；
(3)在改良中、轻度镉污染(0.6-2mg/kg)农田土壤中的应用，或在土壤有效态镉含量高于0.58mg/kg的土壤中的应用。
在本发明的一个实施方式中，分别采集处理后7d，14d，52d和104d的土样，进行改良效果检验，测定改良后土壤的pH值，同时测定改良后土壤中的可提取态重金属镉浓度并计算其去除率。
在本发明的一个实施方式中，测定土壤中有效态镉浓度的方法为氯化钙法。
在本发明的一个实施方式中，氯化钙法根据环境保护部南京环境科学研究所提供的《土壤中重金属可提取态(有效态)测定方法研究》，提取并测定土壤中的有效态镉浓度。
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例中所用的各种原料，如无特殊说明，均为市售。
实施例1
本实施例提供一种枯草芽孢杆菌孢子粉末活化的方法。
(1)将所有的实验用品(除菌种外)，移液器、灭菌后的培养基、枪头等物品放入超净工作台，打开超净台紫外灯灭菌15min以上，灭菌结束后关闭紫外灯，同时打开工作超净台风机，将菌种放入超净工作台。
(2)接种细菌前，将装有培养基的锥形瓶瓶口及瓶塞放在酒精灯外焰处灼烧，时间为5-10秒，再次灭菌。
(3)吸取0.5mL枯草芽孢杆菌菌液(来自中国工业微生物菌种保藏管理中心，编号：23587)、9g LB培养基粉末、500mL蒸馏水配制培养基，分装在300mL锥形瓶中，每个锥形瓶100mL，接种时，打开锥形瓶，将称取的孢子粉末倒入灭菌后的液体培养基中。
(4)将加入孢子粉末的锥形瓶置于摇床，30℃，200rpm，振荡12h。枯草芽孢杆菌生长后，液体培养基变浑浊，得到枯草芽孢杆菌培养液。
(5)将步骤(4)所得枯草芽孢杆菌培养液作为种子液以5％(v/v)的接种量将枯草芽孢杆菌培养液接入新鲜无菌的培养基中，即100ml新鲜的无菌培养基中，加入5ml的枯草芽孢杆菌培养液，得到枯草芽孢杆菌一代菌液。
(6)将步骤(5)所得枯草芽孢杆菌一代菌液取5ml加入无菌的液体培养基中，将锥形瓶置于摇床，35℃，180rpm，振荡6h，得到枯草芽孢杆菌二代菌液。
(7)将步骤(6)所得枯草芽孢杆菌二代菌液取5ml加入无菌的液体培养基中，将锥形瓶置于摇床，35℃，180rpm，振荡6h，得到枯草芽孢杆菌三代菌液。
经检测：本实施例得到的枯草芽孢杆菌三代菌液使液体培养基浑浊，枯草芽孢杆菌得以活化。
实施例2
本实施例提供一种磷酸盐土壤改良剂的制备方法。
(1)配制50mL0.10 mol/L氯化钙溶液和0.06mol/L苯基磷酸二钠的化学溶液，灭菌，得到第一混合溶液。
(2)将10ml活化后的枯草芽孢杆菌三代菌液和步骤(1)制备的第一混合溶液在超净工作台中混合，在37℃下进行振荡培养，振荡频率为100rpm，反应32h。
(3)将步骤(2)所得的溶液调节pH值至9.0-9.5。
(4)将步骤(3)所得溶液在30℃下进行振荡培养，振荡频率为120rpm，反应24h。
(5)将步骤(4)所得溶液抽滤烘干，烘干温度为100℃，烘干时间为12h，得到磷酸盐土壤改良剂：羟基磷灰石。
经检测：本实施例制备的是多孔羟基磷灰石，其比表面积为117.42m2/g，多孔由片状纳米粒子组成，这些纳米粒子交织在一起呈现出微孔结构(图1)，且观察到菌丝(图1A)。根据傅里叶红外光谱(图2)分析所知：-OH峰出现在3448cm-1，C＝O峰出现在1653cm-1，P-O不对称伸缩振动峰出现在1039cm-1，O-P-O弯曲振动峰出现在603cm-1和563cm-1，由此可以确定此物质确为羟基磷灰石。
实施例3
本实施例提供磷酸盐土壤改良剂在农田固碳协同调控镉污染中的应用方法。
(1)本实施例设置12个处理组，将羟基磷灰石与镉污染土壤混合，其中羟基磷灰石的浓度为0％(0mg/kg)，0.008％(80mg/kg)，0.013％(1300mg/kg)，0.021％(2100mg/kg)，并采集7d、14d、52d和104d土样。
(2)具体实验步骤为：先将实施例2制备的羟基磷灰石按比例称重，然后向实际镉污染农田土壤(镉含量为1.39mg/kg)加入羟基磷灰石粉末，与土壤充分混合，保持土壤70％的含水量，然后培养7天、14天、52天和104天后取样，将土样烘干磨细后过10目、100目筛备用，最后测定土壤pH值、土壤有机碳以及有效态镉含量，并计算有效态镉含量去除率。
(3)土壤pH值的测定：准确称取风干土样10g置于离心管内，加入纯水25ml，放入振荡机中振荡1h，取出静置30min后，待上层清液与待测土样完全分离，取出上层清液，将pH计***其中，待读数稳定后记录pH值。
(4)土壤有机碳的测定：准确称取适量风干土样置于消解玻璃管内，加入试剂，进行消解、冷却、定容，取出静置1h后，以2000rpm转速离心10min，将取上清液测量吸光度，待读数稳定后记录吸光度值，最后计算土壤有机碳含量。
(5)土壤中氯化钙提取有效态镉含量的测定：土壤有效镉含量的测定采用氯化钙提取法。准确称取风干土样1g置于离心管内，加入10ml 0.01mol/L氯化钙，拧紧管盖，放置于振荡机中，在20℃恒温下以180rpm水平振荡120min，取出后放入离心机内，在1000g离心力下离心10min，过0.45μm滤膜，通过电感耦合等离子体发射光谱仪测定。
结果分析：施加本发明的微生物辅助合成磷酸盐土壤改良剂：羟基磷灰石后土壤有机碳含量有所增加(表1)，土壤pH值有所增加(图3)，且随着施加浓度的增大，镉去除率有所增加，且随着钝化时间的增加，去除率也随之波动增加(表2)。适量提高土壤的pH值不仅可以固定空气/土壤中的二氧化碳，同时会引起土壤微生物群落改变，达到土壤“碳源”转向“碳汇”的目的；而且可降低土壤中镉的迁移性和生物有效性。因此通过调控土壤pH值和土壤团聚结构对增加土壤碳固持效果，降低土壤重金属镉的有效性、迁移能力等具有重要作用。
表1实施0.021％添加量修复应用后7天和104天的土壤有机碳含量
| 时间 | 7天 | 104天 |
| 有机碳含量 | 18.83g/kg | 20.74g/kg |
表2实施修复应用后7天、14天、52天和104天的土壤有效态镉去除率表
上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种磷酸盐土壤改良剂在农田固碳协同调控镉污染中的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：
向待改良土壤中施撒磷酸盐土壤改良剂，然后将磷酸盐土壤改良剂与待改良土壤充分混匀，进行处理；
所述磷酸盐土壤改良剂为羟基磷灰石。
2.根据权利要求1所述的一种磷酸盐土壤改良剂在农田固碳协同调控镉污染中的应用方法，其特征在于，所述羟基磷灰石为枯草芽孢杆菌诱导氯化钙和对硝基苯磷酸二钠合成的羟基磷灰石。
3.根据权利要求2所述的一种磷酸盐土壤改良剂在农田固碳协同调控镉污染中的应用方法，其特征在于，羟基磷灰石的制备过程如下：
(1)将苯基磷酸二钠溶液和氯化氢溶液混合，得到第一混合溶液；
(2)将步骤(1)得到的第一混合溶液加入枯草芽孢杆菌菌液中反应，后处理得到磷酸盐土壤改良剂。
4.根据权利要求2所述的一种磷酸盐土壤改良剂在农田固碳协同调控镉污染中的应用方法，其特征在于，所述羟基磷灰石的比表面积高于100m2/g。
5.根据权利要求1所述的一种磷酸盐土壤改良剂在农田固碳协同调控镉污染中的应用方法，其特征在于，磷酸盐土壤改良剂与待改良土壤充分混匀后，得到混合土壤；保持混合土壤的含水量为60％-80％；
优选地，保持混合土壤的含水量为70％。
6.根据权利要求1所述的一种磷酸盐土壤改良剂在农田固碳协同调控镉污染中的应用方法，其特征在于，待改良土壤的pH值为7-9。
7.根据权利要求1所述的一种磷酸盐土壤改良剂在农田固碳协同调控镉污染中的应用方法，其特征在于，待改良土壤中镉浓度为0.6-2mg/kg。
8.根据权利要求1所述的一种磷酸盐土壤改良剂在农田固碳协同调控镉污染中的应用方法，其特征在于，待改良土壤中有效态镉含量高于0.58mg/kg。
9.根据权利要求1所述的一种磷酸盐土壤改良剂在农田固碳协同调控镉污染中的应用方法，其特征在于，磷酸盐土壤改良剂与待改良土壤的用量比为80mg-2100mg：1kg。
10.根据权利要求1所述的一种磷酸盐土壤改良剂在农田固碳协同调控镉污染中的应用方法，其特征在于，处理时间为10-20天；
优选地，处理时间为14天。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111636000.7A CN114289492A (zh) | 2021-12-29 | 2021-12-29 | 磷酸盐土壤改良剂在农田固碳协同调控镉污染中的应用方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111636000.7A CN114289492A (zh) | 2021-12-29 | 2021-12-29 | 磷酸盐土壤改良剂在农田固碳协同调控镉污染中的应用方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114289492A true CN114289492A (zh) | 2022-04-08 |
Family
ID=80971410
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111636000.7A Pending CN114289492A (zh) | 2021-12-29 | 2021-12-29 | 磷酸盐土壤改良剂在农田固碳协同调控镉污染中的应用方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114289492A (zh) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005003753A1 (ja) * | 2003-07-07 | 2005-01-13 | Oji Paper Co., Ltd. | 再石灰化促進剤 |
| CN106734159A (zh) * | 2016-12-02 | 2017-05-31 | 青岛蔚蓝生物集团有限公司 | 一种重金属污染土壤的修复方法 |
| CN107746711A (zh) * | 2017-10-18 | 2018-03-02 | 河北大学 | 一种土壤重金属镉钝化剂及其制备方法与应用 |
| CN109294588A (zh) * | 2018-08-30 | 2019-02-01 | 安徽农业大学 | 一种修复农田重金属镉污染的钝化剂及其使用方法 |
| CN109722450A (zh) * | 2019-03-19 | 2019-05-07 | 西南科技大学 | 枯草芽孢杆菌诱导制备高比表面积多孔羟基磷灰石的方法 |
| CN110105961A (zh) * | 2019-05-10 | 2019-08-09 | 上海应用技术大学 | 一种盐渍土壤改良剂及盐渍土壤改良的方法 |
| CN110724013A (zh) * | 2019-08-30 | 2020-01-24 | 广州草木蕃环境科技有限公司 | 一种用于修复中轻度镉污染土壤的调理剂及其制备方法、使用方法 |
-
2021
- 2021-12-29 CN CN202111636000.7A patent/CN114289492A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005003753A1 (ja) * | 2003-07-07 | 2005-01-13 | Oji Paper Co., Ltd. | 再石灰化促進剤 |
| CN106734159A (zh) * | 2016-12-02 | 2017-05-31 | 青岛蔚蓝生物集团有限公司 | 一种重金属污染土壤的修复方法 |
| CN107746711A (zh) * | 2017-10-18 | 2018-03-02 | 河北大学 | 一种土壤重金属镉钝化剂及其制备方法与应用 |
| CN109294588A (zh) * | 2018-08-30 | 2019-02-01 | 安徽农业大学 | 一种修复农田重金属镉污染的钝化剂及其使用方法 |
| CN109722450A (zh) * | 2019-03-19 | 2019-05-07 | 西南科技大学 | 枯草芽孢杆菌诱导制备高比表面积多孔羟基磷灰石的方法 |
| CN110105961A (zh) * | 2019-05-10 | 2019-08-09 | 上海应用技术大学 | 一种盐渍土壤改良剂及盐渍土壤改良的方法 |
| CN110724013A (zh) * | 2019-08-30 | 2020-01-24 | 广州草木蕃环境科技有限公司 | 一种用于修复中轻度镉污染土壤的调理剂及其制备方法、使用方法 |
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| 孙婷婷等: "羟基磷灰石植物联合修复对Cu/Cd污染植物根际土壤微生物群落的影响", 《土壤》 * |
| 崔红标等: "不同粒径羟基磷灰石对污染土壤铜镉磷有效性和酶活性的影响", 《环境科学研究》 * |
| 王玉婷等: "不同改良剂对镉铅污染土壤修复效果研究", 《广州化工》 * |
| 王玉婷等: "钝化剂对镉污染土壤修复效果及青菜生理效应影响", 《环境化学》 * |
| 王金亭等: "生物化学实验教程", 华中科技大学出版社 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Liu et al. | Composting enhances the removal of lead ions in aqueous solution by spent mushroom substrate: Biosorption and precipitation | |
| CN106862262B (zh) | 一种土壤生物化学复合修复剂及其制备方法与应用 | |
| CN109678626B (zh) | 用于汞污染农田修复的土壤调理剂及其制备方法与应用 | |
| CN107876010B (zh) | 一种用于双酚a污染土壤的固化剂及其制备方法和应用 | |
| CN107151665A (zh) | 固定化内生菌生物吸附剂处理含铅废水的方法 | |
| CN113072947A (zh) | 一种改良重金属土壤的稳定修复剂及其制备方法、应用 | |
| CN110078220B (zh) | 一种利用蓝藻原位修复砷污染高盐碱水的方法及菌株 | |
| CN107570113A (zh) | 一种利用抗生素发酵残渣制备生物炭的方法及其用途 | |
| CN105013815A (zh) | 多环芳烃-重金属复合污染土壤的生物修复方法 | |
| CN104904574A (zh) | 采用环草隆与碳纳米管隔层调控草坪草重金属富集的方法 | |
| CN108085312B (zh) | 一种环保型有机废水生物净化剂的制备方法 | |
| CN109628099A (zh) | 一种用于农田土壤镉污染修复的钝化稳定剂及其制备方法和使用方法 | |
| CN109928509B (zh) | 一种黑臭河底泥净化剂及其制备方法 | |
| CN102876621B (zh) | 中慢生根瘤菌zy1及其在土壤修复中的应用 | |
| CN113151120B (zh) | 硫氧化细菌及其应用 | |
| CN112403444B (zh) | 一种减少稻米中甲基汞富集的改性生物炭及方法 | |
| CN104450664A (zh) | 固定化酿酒酵母,其制备方法及应用 | |
| CN109517753A (zh) | 生物球霰石及其制备方法和应用 | |
| CN109097059A (zh) | 一种细菌源介孔炭材料及其制备方法和在重金属污染水系或土壤修复中的应用 | |
| CN109467157A (zh) | 生活垃圾渗滤液用复合水处理剂及其制备方法 | |
| CN109702007B (zh) | 一种用于农田重金属镉中度污染的原位修复方法 | |
| CN114289492A (zh) | 磷酸盐土壤改良剂在农田固碳协同调控镉污染中的应用方法 | |
| CN117024220A (zh) | 一种土壤修复混合药肥及其制备方法 | |
| CN110373196A (zh) | 一种植烟土壤纳米镉钝化剂及其制备方法与应用 | |
| CN109939661A (zh) | 一种可吸附固定重金属铅离子的吸附剂及其制备方法和应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220408 |