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技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。本发明专利技术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。本发明专利技术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。轻度镉污染领域具有长远的发展前景。轻度镉污染领域具有长远的发展前景。

【技术实现步骤摘要】
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


[0001]本专利技术涉及农田土壤修复
，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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]羟基磷灰石理论组成为Ca
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(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。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，本专利技术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。
[0005]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。
[0006]本专利技术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(CO
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‑
)，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；同时本专利技术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。由于本专利技术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(PO
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‑
)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，本专利技术的磷酸盐土壤改良剂具有较好的固碳和镉污染调控作用。
[0007]本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。
[0008]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0009]本专利技术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：
[0010]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；
[0011]所述磷酸盐土壤改良剂为羟基磷灰石。
[0012]在本专利技术的一个实施方式中，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。
[0013]在本专利技术的一个实施方式中，羟基磷灰石的制备过程如下：
[0014](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；
[0015](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。
[0016]在本专利技术的一个实施方式中，所述羟基磷灰石的比表面积高于100m2/g。
[0017]在本专利技术的一个实施方式中，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％；
[0018]优选地，保持混合土壤的含水量为70％。
[0019]在本专利技术的一个实施方式中，待改良土壤的pH值为7
‑
9。
[0020]在本专利技术的一个实施方式中，待改良土壤中镉浓度为0.6
‑
2mg/kg。
[0021]在本专利技术的一个实施方式中，待改良土壤中有效态镉含量高于0.58mg/kg。
[0022]在本专利技术的一个实施方式中，磷酸盐土壤改良剂与待改良土壤的用量比为80mg
‑
2100mg：1kg。
[0023]在本专利技术的一个实施方式中，处理时间为10
‑
20天；
[0024]优选地，处理时间为14天。
[0025]在本专利技术的一个实施方式中，所述磷酸盐土壤改良剂同时具有下述功能：
[0026](1)增加土壤固存有机碳含量；
[0027](2)对土壤pH值的扰动低于5％；
[0028](3)高效的降低土壤有效态重金属镉含量。
[0029]在本专利技术的一个实施方式中，所述磷酸盐土壤改良剂可应用于下述任一种应用：
[0030](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系统由“碳源”向“碳汇”转变的应用；
[0031](2)在偏碱性(pH值为7
‑
9)土壤中的应用；
[0032](3)在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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；...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡晓钧，仲鑫灵，王慧峰，杨薏琳，陈开姗，万沛鑫，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：