技术领域
[0001] 本
发明属于环境保护及土壤重金属治理领域，特别涉及一种基于氨基酸络合再分配原理的快速钝化土壤镉的方法。
背景技术
[0002] 我国土壤
质量和
食品安全呈日渐恶化趋势，全国3亿亩耕地正在受到重金属污染威胁，其中以Cd污染最为严重，其超标点位位居全国之首。Cd元素经常伴随矿山开采、矿山酸
水灌溉、大气沉降进入农田土壤，农田中化肥和
农药的不合理使用，也使得Cd在农田土壤中不断积累。这对我国农业增产增收和粮食安全构成了巨大威胁。
[0003] 土壤Cd污染范围广，移动性强，具有隐蔽性，污染类型多样，控制难度大，污染后一方面迁移进入
地下水层，一方面会对作物形成毒害作用，甚至在作物体内积累，通过农产品和
饮用水进入人体，造成Cd中毒，影响人类健康。
[0004] 土壤一旦被Cd污染，就很难被彻底消除。由于Cd具有易迁移、不能被
微生物分解、生物富集等特点，目前农田土壤Cd污染常用的修复方法有Cd元素去除技术、Cd元素钝化技术、
植物修复技术、农艺调控措施。现有的治理方法中，Cd元素去除技术需要的改性
试剂或方法成本较高，Cd元素钝化技术所采用的无机和有机钝化剂往往会破坏土壤结构和功能，而植物修复技术会受到
气候、土壤类型等因素的影响而导致一些高富集植物在特定的区域无法生长，农艺调控技术需要施用的大量无机
肥料也会导致土壤板结和
酸化，影响土壤的理化性质最终是作物生长受阻。
[0005] 虽然以上一些方法都能在一定程度上缓解Cd污染，但都具有其局限性，Cd污染问题亟需解决。
发明内容
[0006] 本发明的首要目的在于克服
现有技术中修复Cd污染农田土壤成本高、可能会引起土壤板结和酸化的缺点与不足，提供甘氨酸基于络合再分配原理在快速钝化土壤中镉的应用。
[0007] 本发明的另一目的在于提供一种基于氨基酸(甘氨酸)络合再分配原理的快速钝化土壤中的镉的方法。所述的方法具有原料成本低廉、效果好且迅速见效，操作简便、环境友好且不出现二次污染等优点，可适用于污染农田土壤大面积应用。
[0008] 本发明的目的通过下述技术方案实现：
[0009] 甘氨酸基于络合再分配原理在快速钝化土壤中镉的应用。
[0010] 在所述的应用中，单独施用甘氨酸即可实现快速钝化土壤中的镉(Cd2+)；所述的甘氨酸作为镉钝化剂用于快速钝化土壤中镉。
[0011] 所述的络合再分配原理是指：氨基酸(甘氨酸)在土壤中与Cd2+形成络合物的同时，使络合物在土壤固液两相重新分配，进一步使更多重金属分配到土壤固体上去，最终达到钝化重金属目的。
[0012] 一种基于甘氨酸络合再分配原理的快速钝化土壤中的镉的方法，包括如下步骤：
[0013] 向受重金属污染的土壤中添加甘氨酸，处理至少3小时。
[0014] 所述的在土壤中添加甘氨酸的浓度优选为700～800mg N/kg；进一步优选为750mg N/kg。
[0015] 所述的甘氨酸优选为溶液状态的甘氨酸。
[0016] 所述的甘氨
酸溶液的添加量优选为按所述的甘氨酸溶液与土壤的体积质量比(mL/g)1:60～3:40配比；进一步优选为按体积质量比1:15配比。
[0017] 所述的甘氨酸溶液的浓度优选为10～45mg N/mL；进一步优选为10～25mg N/mL；更优选为11.25mg N/mL。
[0018] 所述的处理的时间优选为至少24小时。
[0020] 所述的处理优选为恒温处理；所述的恒温处理优选在恒温生物
培养箱中进行。
[0021] 所述的土壤的土壤
含水量优选为田间持水量的60±10％。
[0022] 所述的土壤优选为
耕作层土壤；进一步优选为厚度为20cm的耕作层土壤。
[0023] 本发明的作用机制：本发明创造性地利用甘氨酸，使甘氨酸在土壤中与Cd2+络合形成有机
金属化合物；同时，本发明还巧妙且有效地将土壤本身作为络合物
吸附剂，使络合物在土壤固液两相重新分配，进一步使更多重金属分配到土壤固体上去，最终达到钝化重金属目的。
[0024] 本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
[0025] 1.本发明提供了全新的重金属镉(Cd)钝化思路
[0026] 本发明的研究团队发现了单独使用甘氨酸即可有效、快速地钝化土壤中的重金属镉(Cd2+)。本发明巧妙地通过甘氨酸络合并结合络合物在土壤固液两相重新分配，使更多重金属分配到土壤固体上去，最终达到快速、高效地钝化重金属目的。
[0027] 2.本发明提供的钝化重金属的方法简单，成本低廉
[0028] 本发明的重金属钝化方法不需要复杂的材料组合，不需要耗能的生产工艺，不需要外源固体材料做沉淀剂，直接通过络合物再分配，使重金属吸附在土壤固体上去。
[0029] 3.本发明的技术方案环境友好、快速高效
[0030] 本发明通过向典型Cd污染农田土壤中添加甘氨酸，钝化Cd效果明显且速度快，样品经处理后48小时Cd2+降低了67％。和其他重金属污染治理方法不同，本发明操作简单、钝化速度快，在处理
土壤污染问题上更具有可实施性。本发明使用方便，对环境反应友好。氨基酸本身没有毒性，而且在土壤中降解速率随时间推移而降低，在前24小时降解完成已达到78.38％，此时反应趋于稳定。基本上不会存在二次污染和对环境造成负面影响。
附图说明
[0031] 图1是甘氨酸的结构图。
[0032] 图2是甘氨酸添加到土壤后对有效态Cd作用不同时间的结果分析图。
[0033] 图3是甘氨酸添加到土壤后二
氧化
碳释放的释放速率结果分析图。
具体实施方式
[0034] 下面结合
实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0035] 实施例1
[0036] 将甘氨酸(结构如图1所示，购自阿拉丁试剂公司)配制为甘氨酸溶液后，添加到已受Cd污染的土壤中。土壤的理化性质见表1。
[0037] 表1供试土壤的基本理化性质
[0038]
[0039] 考察添加氨基酸快速(3h)钝化典型污染农田土壤中的Cd。
[0040] 分别设有CK(对照)、TA(甘氨酸)两个处理，每个处理12个重复。称取相当于
风干土重30g的供试鲜土(所述的供试土壤取样自厚度为20cm的耕作层土壤)，装入100mL聚四氟乙烯烧杯中。将甘氨酸浓度配750mg N kg-1加入土壤，并用去离子水调节至土壤田间最大持水量的60％；对照处理为添加等量去离子水。置于25℃恒温生物培养箱中培养。实验开始后，分别在0、3h取样，每次随机选取每种处理的3个重复，装入聚乙烯塑料袋中，并测定其有效态Cd含量，其主要方法如下：取土壤样品于
真空冷冻干燥机中干燥后，在
冰浴条件下迅速
研磨，过1mm筛，称取1.000g置于50mL塑料离心管中，加入15mL 0.1mol L-1的CaCl2溶液，加盖后置于25℃、200rpm转速下震荡1h，然后在转速为6000rpm下离心10min，用whatman 42号
滤纸过滤，取上清液测定其Cd2+含量(即为有效态Cd含量)，测定方法参见：Shuran He,Qin Lu,Wenyan Li,et al.,Factors controlling cadmium and lead activities in different parent material-derived soils from the Pearl River Basin,Chemosphere,182,(2017)：509-516,doi：j.chemosphere.2017.05.007.。
[0041] 结果如表2和图2所示，土壤样品经处理后3小时CaCl2-Cd降低了11％。土壤中的CaCl2-Cd浓度随甘氨酸的添加时间而下降，和其他重金属污染治理方法不同之处在于该方法能快速有效的钝化土壤中的Cd。
[0042] 表2土壤样品经处理后3小时的钝化效果
[0043]-1
时间(h) CaCl2-Cd(mg kg ) CaCl2-Cd钝化率(％)
3 0.1352 11
[0044] 实施例2
[0045] 本实施例进一步考察甘氨酸添加对在典型农田土壤中Cd污染的钝化程度。
[0046] 选取实施例1中所涉及的CK(对照)、TA(甘氨酸)两个处理组中的3个重复，分别在实验开始后6、12h进行
采样测定有效态Cd含量，其他操作步骤同实施例1。
[0047] 结果如表3和图2所示，添加甘氨酸6、12小时后CaCl2-Cd分别降低了16％、27％。
[0048] 表3甘氨酸对污染土壤处理后的钝化效果
[0049]时间(h) CaCl2-Cd(mg kg-1) CaCl2-Cd钝化率(％)
6 0.1271 16
12 0.1100 27
[0050] 实施例3
[0051] 本实施例进一步考察实施例2所涉及的甘氨酸添加对在典型农田土壤中Cd污染的钝化程度。
[0052] 选取实施例1中所涉及的CK(对照)、TA(甘氨酸)两个处理组中的3个重复，分别在实验开始后24、48小时进行采样测定有效态Cd含量。
[0053] 结果如表4所示，添加甘氨酸24、48小时后CaCl2-Cd分别降低了30％、65％。
[0054] 表4甘氨酸对污染土壤处理后的钝化效果
[0055]时间(h) CaCl2-Cd(mg kg-1) CaCl2-Cd钝化率(％)
24 0.1068 30
48 0.0532 65
[0056] 实施例4
[0057] 本实施例考察实施例1所涉及的甘氨酸在典型农田土壤中的降解速率。
[0058] 选取实施例1中所涉及的CK(对照)、TA(甘氨酸)两个处理组中的3个重复，测定土壤二氧化碳释放量以表征甘氨酸在土壤中的降解速率。土壤二氧化碳释放量采用
碱液吸收滴定法测定(臧逸飞，郝明德，张丽琼等，2015，26年长期
施肥对土壤微生物量碳、氮及土壤呼吸的影响，生态学，5：1445-1451)。
[0059] 结果如图3所示，甘氨酸在土壤中也随着添加时间而迅速转化为二氧化碳，矿化速率随时间推移而降低，在前24小时反应完成已达到78.38％，此时反应趋于稳定，对土壤二氧化碳释放量的影响达到最小，因此，本发明使用方便，对环境反应友好。
[0060] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
