一种重金属污染土壤的改良方法 【技术领域】
本发明涉及土壤改良方法领域，具体涉及一种重金属污染土壤的改良方法。
背景技术
矿业废弃地酸化和重金属污染是制约生态重建和植被恢复的两个主要限制因子。酸化一旦发生，pH会迅速降低到2左右，重金属离子的溶出显著提高，毒害增强。酸性地表水和重金属污染物还会通过大气和水体等途径广为扩散，使周边地区作物质量下降、减产甚至失收，生态系统退化，污染物还可通过食物链最终影响人体健康。对极端环境的恢复不仅是国际生态环境研究领域的热点问题，也是我国当前生态环境保护所面临的紧追任务，而且是我国矿区实施可持续发展战略优先关注的问题之一。
目前，对污染土壤的修复方法主要有原位修复和异位修复。
异位修复是将受污染的土壤挖出后用化学物理方法清洗、焚烧处理、热处理及生物反应器等多种方法治理，这是早期常用的方法。
原位修复因不涉及挖土和运土，倍受欢迎。一般的原位修复方法如客土法、沉淀法、淋洗法、电化法、磁化法等。这些方法各有其优点，但都存在费用昂贵、工程庞大、易造成二次污染等问题。
原位基质改良技术因其成本低、见效快、不破坏土壤结构、易于实施、适合大面积推广等优势，近年来发展较快，从当前国内原位基质改良技术研究和实践发展来看，尚存在以下待解决问题：(1)大多适用于轻、中度重金属污染土壤；(2)对于异常恶劣的条件，修复效果欠佳，且面临着修复成本和修复效率两大瓶颈。(3)从应用来看，发达国家的改良技术较为成熟，投入实际应用获得了较好的环境、经济和生态效益，而我国尚处在起步阶段，相关技术还处在实验阶段。
【发明内容】
本发明目的在于根据现有的改良重金属污染土壤的方法中存在的改良效果欠佳、改良成本过高的问题，提供一种成本低、改良效果好的重金属污染土壤土壤的改良方法。
本发明上述目的通过以下技术方案予以实现：
一种重金属污染土壤的改良方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)对重金属污染土壤进行整土；
(2)向土壤中添加土壤改良剂；
(3)覆土、混合均匀后，平衡0～6个月。
本发明改良方法中，添加的土壤改良剂优选为正常土壤、化学肥料，有机肥、工业废弃物、生物固体或碱性物质材料。
本发明改良方法中，步骤(1)中所述整土的方法优选为先对实施区域进行适当的清理，适度平直地面，消除不稳定因素，然后可采用拉线法确定改良带位置，使用镐、铲等工具人工开挖楔形沟或坑；沟深、宽为10～50cm，行距为20～100cm；坑长、宽、深为20～80cm。
本发明改良方法中，当添加的土壤改良剂为正常土壤、有机肥料、工业废弃物或生物固体时，添加的量优选为10～30t/ha；当添加的土壤改良剂为碱性物质时，添加的量优选为10～20t/ha；当添加的土壤改良剂为化肥时，添加的量优选为150～400kg/ha。
本发明经过大量的实验研究，发现采用化学肥料，有机肥、工业废弃物、生物固体、碱性物质材料(如石灰)及其他改良剂可有效中和矿山土壤中的酸，可作为阴阳离子的有效吸附剂，提高土壤的缓冲能力，降低土壤中盐分的浓度，还可以螯合或者络合重金属离子，缓解其毒性，提高基质持水保肥的能力。而且，有些改良物质本身就是一类固体废弃物，这种以废治废的做法具有很好的综合效益，因此，本发明选择用上述物质作为土壤改良剂。
土壤改良剂的填充是非常关键的一步，是关系到改良效果的重要条件之一。要考虑到土壤的硬度、孔隙度、酸化程度、土壤肥力、重金属污染程度等多方面因素，因此，改良基质的选择和配比是重中之重。根据待改良区域土壤基质的特点，综合多方面的因素，选择适宜配比、适宜性质的改良剂或改良剂的组合。添加量一般是碱性物质可为10～20t/ha；化肥可为150～400kg/ha；正常土壤、有机肥料、工业废弃物、生物固体量可为10～30t/ha。改良剂的使用上也要根据该区域土壤基质的特点采用散施、条施或点施法，这样既可以减少改良剂的使用量，降低改良成本；又可以有针对性地改良环境恶劣区域，避免其向周边区域扩散和传播。
覆土也要根据改良区域恶劣程度，覆不同量的土层。采用犁耕或人工法将改良剂与土壤基质充分混匀，平衡时间优选为0～6月。
在改良重金属污染土壤的过程中，整土时间的选择也尤为重要，整土时间一般要安排在雨季之前，从前一年的9月份至次年的3月份之前为最佳时间。这样可以保障在整土之后得到充分的降雨，使改良剂和土壤基质中地酸、重金属离子等进行充分地中和、反应、吸附、络合等过程。缓解重金属毒性，改善基质物理结构，提高持水保肥的能力，满足植物生长的基本需要。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明使用的石灰等碱性材料有较高的水溶性，它能够有效地渗入土壤孔隙，中和过量的酸，使土壤pH值快速升高，并通过形成碳酸盐沉淀进一步抑制酸化。改土一年后，基质的产酸潜力下降4％，酸中和能力提高65.6％。碱性材料也是一种非常有效的金属元素固定剂，能够固定多种重金属元素；
(2)本发明使用的化学肥料，有机肥、工业废弃物、生物固体等可作为阴阳离子的有效吸附剂，提高土壤的缓冲能力，降低土壤中盐分的浓度，还可以吸附、螯合或络合重金属离子，缓解其毒性，改善矿山土壤基质物理结构，提高其持水保肥的能力，为植物生长和发育提供必需的营养元素，并缓慢释放到土壤中。改土一年后，Pb浓度下降了20.5％，Cu浓度下降了9％，总N含量增加了12％，总K含量增加了46％；
(3)本发明考虑到改良土壤基质的特点，综合多方面的因素，选择适宜配比、适宜性质的改良剂或改良剂组合，并采用不同的添加方法，大大提高了改良效果。在改良后的基质上重新构建新的植被群落，植物成活率高，后期管理少，一年后植被覆盖度达到80％以上；
(4)本发明方法简单，采用沟内和坑内添加改良剂的方法，减少了改良剂的添加量，降低了改良成本。且该方法易于掌握，不破坏土壤结构，改良效果好，适合于大面积推广应用。
【附图说明】
图1是室内盆栽前照片；
图2是室内盆栽6个月照片，从左到右1-6列分别为：A，矿山土；B，矿山土+木屑；C，矿山土+木屑+石灰；D，矿山土+木屑+石灰+化肥；E，矿山土+木屑+石灰+底泥；F，矿山土+木屑+石灰+底泥+化肥)；
图3是大宝山山顶凡洞排土场改土前照片；
图4是大宝山山顶凡洞排土场改土一年后照片；
图5是大宝山铜矿排土场改土前照片；
图6是大宝山铜矿排土场改土一年后照片。
【具体实施方式】
以下结合实施例来进一步解释本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。
实施例1室内盆栽基质改良
从大宝山铜矿排土场采集酸性重金属污染土运回实验室，添加不同性质的改良剂，进行室内基质改良实验。采取不同的组合，将石灰、化肥、底泥按以下添加量：石灰(25t/ha)；化肥(150kg/ha)；底泥(3∶7)与采集的土壤充分混合。种植高羊茅、狗牙根、田菁三种植物，种植时间6个月。从盆栽实验效果来看，未添加改良剂的处理种子不能萌发(如图2：A和B)；添加石灰和化肥的处理种子正常萌发但苗较弱，黄化，表现较严重的出缺肥和重金属毒性症状(如图2：C和D)；添加石灰，底泥和化肥的处理植物生长旺盛，没有中毒症状，其中田菁能够完成正常的生命周期，开花，果实(如图2：E和F)。
实施例2大宝山山顶凡洞排土场原位基质改良
2007年3月在排土场裸地表面开挖楔形沟，沟深、宽均为25cm；在沟面上，每隔行距2m开挖规格为0.5×0.5×0.5m3的树坑，株距2m。在开挖的沟和坑内先撒一层生石灰，添加量为10t/ha；后撒一层鸡粪，添加量为15t/ha；然后撒一薄层磷肥，添加量为300kg/ha。将开挖的土回填，与改良剂充分混匀，经几次降雨，平衡一个月。在改土后的土壤基质上种植类芦、象草、苎麻、桉树，种子直播草种高羊茅、狗牙根等耐性草种。2007年10月基本上在排土场裸地上建立起稳定的植被，覆盖度达70～80％(图3、图4)。
实施例3大宝山铜矿排土场原位基质改良
2007年11月在排土场裸地坡面上开挖楔形沟，沟的规格深、宽均为25cm；在沟面上，每隔行距2m开挖规格0.5×0.5×0.5m3的树坑，株距2m。在开挖的沟和坑内先撒一层生石灰，添加量为20t/ha；后撒一层鸡粪，添加量为20t/ha；最后撒一层NPK复合肥，添加量为150kg/ha。将开挖的土回填，与改良剂充分混匀，经几次降雨，平衡6个月。2008年3月在改土后的坑、沟内种植乡土植物类芦、铺地黍、象草、桉树、马尾松、地桃花等耐性植物，种子直播草种高羊茅、狗牙根。2008年5月种植植物基本成活，种子萌发，覆盖度达40～50％(图5、图6)。