技术领域
[0001] 本
发明涉及
土壤污染修复技术领域，更具体地说，涉及一种应用于重金属污染土壤的仿根系式修复方法。
背景技术
[0002] 随着全球经济的不断发展，土壤重金属污染已成为全球环境
质量面临的主要问题，人类活动（矿产开采、金属
冶炼、生活
废水排放、化肥和
农药的使用等）极大的
加速了重金属的
生物地球化学循环，使环境中的重金属呈不断增加的趋势，加大了重金属对人类健康的危害。当进入环境中的重金属超过其在环境中的容量时，即可导致重金属污染的发生。重金属污染物为持久性污染物，对环境和人体的危害难以消除。重金属具有化学活动性强、
迁移性大、毒性持久等特点，在环境中很难降解，其在土壤中的积累、迁移不仅引起土壤的组成、结构、功能变化，还能够抑制作物根系作用和光合作用，致使作物减产甚至绝收，更重要的是重金属通过食物链迁移到人体内，在人体中慢慢积累，引起人体慢性重金属中毒，导致肾脏、肝脏、
肺部、骨骼、生殖器官、免疫系统、心血管系统损伤，对人体健康造成极大危害。
[0003] 目前，土壤重金属修复技术主要分为
植物修复、微
生物修复、物理
化学修复和农业工程修复技术。植物修复是利用植物及其根系
微生物对污染土壤进行修复，通过超累积植物（布氏庭芥、半卡
马菊等）对土壤中重金属的吸收转移，植物修复可分为
植物提取、
植物挥发、
植物稳定三个类别；
微生物修复是指利用天然存在或人工培养的功能微生物群，促进或强化微生物的代谢作用，从而达到降低土壤中有毒污染物活性或降解成无毒物质的生物修复技术。微生物的修复机理主要有生物
吸附、生物转化及微生物对重
金属离子的
氧化还原、溶解、甲基化作用；物理化学修复包括
电动修复、土壤淋洗等，电动修复技术主要通过在重金属污染土壤两侧施加直流
电场形成电场梯度，重金属污染物被带到
电极两端，从而达到清洁污染土壤的目的。土壤淋洗是通过使用淋洗液或含有能提高重金属可溶性
试剂的溶液来淋洗污染土壤，把土壤固相中的重金属转移至液相中，再用含一定配位体的化合物或阴离子与重金属形成较稳定的络合物或生成沉淀；农业工程修复技术是指利用物理机械的方法，使受污染的表层土壤用未被污染活性土壤
覆盖或去除表层受污染土壤后将下层
土壤耕作活化的方法。工程修复技术主要有换土、客土、深耕翻土等。
[0004] 以上的重金属修复技术都有一定的重金属修复效果，但其在实际应用中也各有缺点。植物修复技术的修复用植物种类有限，且其修复速度较慢，积累大量重金属植物的再理等问题也是限制植物修复技术大规模推广的主要因素；微生物修复技术一般只对单独一种重金属的吸附效果较好，且由于微生物生物体较小，修复的重金属量也较少，因此这也限制了利用微生物进行大面积现场修复的应用；电动修复技术目前还处于实验研究阶段，且因不同土壤的理化性质不同在实际应用中也存在着一系列的限制因素；土壤淋洗技术操作复杂、价格昂贵；农业工程修复技术需要消耗大量的人
力、财力，且对土壤扰动大。
发明内容
[0005] 1．要解决的技术问题针对
现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种应用于重金属污染土壤的仿根系式修复方法，它可以通过仿生植物根系的吸水方式，在待修复的重金属污染土壤上预埋有伪根系修复棒，在土壤深处生长展开后将植物根系的吸水特点逆反变为排水特点，从而将预先制备好的微生物复合修复剂向土壤内大范围的均匀释放，直接快速的到达修复部位展开多类重金属修复，利用生物手段有效修复土壤重金属污染，具体体现在对重金属离子的吸附、
钝化和隔离同步起效，还可以改良土壤理化性状，改善土壤微生物环境，平衡土壤养分，提高
土壤肥力，实现对重金属污染土壤的原位修复，且显著提高修复速度及修复效果。
[0006] 2．技术方案为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
[0007] 一种应用于重金属污染土壤的仿根系式修复方法，包括以下步骤：一、原料准备，制备可以修复多类重金属污染的微生物复合修复剂；
二、修复土壤预处理，对待修复土壤进行表面
破碎处理，并剔除大
块异物，表面平整后均匀洒水，每天分早中晚各洒一次，洒
水处理时间持续10-15天；
三、预埋伪根系修复棒，根据待修复土壤的面积和深度挖坑，且保持每10平方米的待修复土壤上挖有不少于4个预埋坑，每个预埋坑竖直埋入一个伪根系修复棒，回填夯实；
四、伪根系修复棒开始修复，在伪根系修复棒生长展开后，补充步骤一中的微生物复合修复剂，对待修复土壤进行重金属修复；
五、洒水促进修复，每天均匀洒水一次至伪根系修复棒修复结束；
六、取样检测，修复时长到达2-3个月后进行取样检测，若重金属含量降低至要求值，完成伪根系修复棒的干扰修复，进行步骤七；若重金属含量未降低至要求值，继续重复步骤四、五；
七、植物自然修复，回收伪根系修复棒后，直接在预埋坑内种植重金属富集植物。
[0008] 进一步的，所述微生物复合修复剂包括以下重量份数计的组分：微生物菌剂10-25份、腐化有机质10-25份、有机
硅肥10-25份、5-10份
硅酸钙、尿素10-30份、
磷酸二氢铵10-15份、天然磷矿粉10-20份和
氨基酸3-8份，一方面对重金属污染进行修复，另一方面为土壤提供营养物质，改良土壤理化性状，改善土壤微生物环境，平衡土壤养分，提高土壤肥力。
[0009] 进一步的，所述微生物菌剂包括地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、解
淀粉芽孢杆菌，能够钝化环境中的多类重金属离子，通过微生物的可通过细胞表面电荷吸附作用、分泌代谢产物的络合作用、化学沉淀作用等 与重金属离子结合，降低土壤重金属离子的活性，减少植物根系可直接吸收态含量，减少植 物对重金属的吸收、利用和富集，从而达到钝化土壤中重金属离子，阻隔土壤中重金属向植株迁移、转化和利用，实现重金属污染耕地的安全种植，同时活化土壤养分平衡土壤肥力。
[0010] 进一步的，所述腐化有机质通过秸秆、枯枝、落叶、田边
杂草和鱼塘
污泥均匀混合进行堆肥，在ph5-6、
温度25-30℃的环境下好氧
发酵5-10天，一方面为土壤提供有机质，另一方面减少秸秆焚烧带来的污染，符合可持续发展的环保理念，秸秆还田能改善土壤物理性质，秸秆
粉碎还田可提高土壤有机质含量，增加土壤孔隙度，协调土壤中的水肥气热，为土壤微生物活动创造良好环境，有利于有机质分解、
软化、改善土壤理化性状。
[0011] 进一步的，所述步骤二中洒水至待修复土壤的
含水量保持在40-50wt%，促进微生物复合修复剂在待修复土壤的内的转移修复，进而提高其全面修复效果。
[0012] 进一步的，所述伪根系修复棒包括预埋主根，所述预埋主根上端
螺纹连接有密封盖，所述预埋主根内端开凿有修复剂留置槽，所述预埋主根下端固定连接有磁变次根和若干弹性侧根，且弹性侧根包围在磁变次根外侧呈环形阵列分布，所述弹性侧根内开凿有流通槽，所述修复剂留置槽底壁上开凿有若干与流通槽相连通的斜导孔，所述弹性侧根靠近磁变次根一端开凿有条形磁吸槽，所述条形磁吸槽内固定连接有柔性磁条，所述磁变次根内端开凿有电气槽，所述电气槽内安装有若干电磁
铁和电源，且电
磁铁与电源之间电性连接，伪根系修复棒可以在待修复土壤内生长展开修复，同时也可以逆生长方便回收。
[0013] 进一步的，所述弹性侧根上开凿有若干均匀分布的固定微孔，所述固定微孔内固定连接有导流根须，起到对微生物复合修复剂的导流作用，类似于植物根部的根须，提高微生物复合修复剂在待修复土壤内的渗透效果，修复范围大且全面，不易出现修复死
角。
[0014] 进一步的，所述导流根须包括防磨
纤维套，所述防磨纤维套内开凿有与其延展方向一致的中心导流槽，所述中心导流槽内固定连接有导水纤维，防磨纤维套起到对导水纤维的保护作用，导水纤维则起到对微生物复合修复剂的直接引流作用，导流速度快且不易在土壤中磨损。
[0015] 进一步的，所述弹性侧根的数量为16-24个，所述弹性侧根的直径为2-5cm，所述固定微孔与导流根须之间
过盈配合，所述导流根须的直径为0.1-0.5mm，最大延展长度为1-2cm。
[0016] 进一步的，所述重金属富集植物包括苋科植物、半卡马菊、印度芥菜、蜈蚣草和东南景天中的任意一种或多种，重金属富集植物可以超量吸收重金属并将其运移到地上部积累，生态无污染，适合重金属污染土壤的后期处理。
[0017] 3．有益效果相比于现有技术，本发明的优点在于：
（1）本方案可以通过仿生植物根系的吸水方式，在待修复的重金属污染土壤上预埋有伪根系修复棒，在土壤深处生长展开后将植物根系的吸水特点逆反变为排水特点，从而将预先制备好的微生物复合修复剂向土壤内大范围的均匀释放，直接快速的到达修复部位展开多类重金属修复，利用生物手段有效修复土壤重金属污染，具体体现在对重金属离子的吸附、钝化和隔离同步起效，还可以改良土壤理化性状，改善土壤微生物环境，平衡土壤养分，提高土壤肥力，实现对重金属污染土壤的原位修复，且显著提高修复速度及修复效果。
[0018] （2）微生物复合修复剂包括以下重量份数计的组分：微生物菌剂10-25份、腐化有机质10-25份、有机硅肥10-25份、5-10份硅酸钙、尿素10-30份、磷酸二氢铵10-15份、天然磷矿粉10-20份和氨基酸3-8份，一方面对重金属污染进行修复，另一方面为土壤提供营养物质，改良土壤理化性状，改善土壤微生物环境，平衡土壤养分，提高土壤肥力。
[0019] （3）微生物菌剂包括地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌，能够钝化环境中的多类重金属离子，通过微生物的可通过细胞表面电荷吸附作用、分泌代谢产物的络合作用、化学沉淀作用等 与重金属离子结合，降低土壤重金属离子的活性，减少植物根系可直接吸收态含量，减少植 物对重金属的吸收、利用和富集，从而达到钝化土壤中重金属离子，阻隔土壤中重金属向植株迁移、转化和利用，实现重金属污染耕地的安全种植，同时活化土壤养分平衡土壤肥力。
[0020] （4）腐化有机质通过秸秆、枯枝、落叶、田边杂草和鱼塘污泥均匀混合进行堆肥，在ph5-6、温度25-30℃的环境下好氧发酵5-10天，一方面为土壤提供有机质，另一方面减少秸秆焚烧带来的污染，符合可持续发展的环保理念，秸秆还田能改善土壤物理性质，秸秆粉碎还田可提高土壤有机质含量，增加土壤孔隙度，协调土壤中的水肥气热，为土壤微生物活动创造良好环境，有利于有机质分解、软化、改善土壤理化性状。
[0021] （5）步骤二中洒水至待修复土壤的含水量保持在40-50wt%，促进微生物复合修复剂在待修复土壤的内的转移修复，进而提高其全面修复效果。
[0022] （6）伪根系修复棒包括预埋主根，预埋主根上端
螺纹连接有密封盖，预埋主根内端开凿有修复剂留置槽，预埋主根下端固定连接有磁变次根和若干弹性侧根，且弹性侧根包围在磁变次根外侧呈环形阵列分布，弹性侧根内开凿有流通槽，修复剂留置槽底壁上开凿有若干与流通槽相连通的斜导孔，弹性侧根靠近磁变次根一端开凿有条形磁吸槽，条形磁吸槽内固定连接有柔性磁条，磁变次根内端开凿有电气槽，电气槽内安装有若干电磁铁和电源，且电磁铁与电源之间电性连接，伪根系修复棒可以在待修复土壤内生长展开修复，同时也可以逆生长方便回收。
[0023] （7）弹性侧根上开凿有若干均匀分布的固定微孔，固定微孔内固定连接有导流根须，起到对微生物复合修复剂的导流作用，类似于植物根部的根须，提高微生物复合修复剂在待修复土壤内的渗透效果，修复范围大且全面，不易出现修复死角。
[0024] （8）导流根须包括防磨纤维套，防磨纤维套内开凿有与其延展方向一致的中心导流槽，中心导流槽内固定连接有导水纤维，防磨纤维套起到对导水纤维的保护作用，导水纤维则起到对微生物复合修复剂的直接引流作用，导流速度快且不易在土壤中磨损。
[0025] （9）弹性侧根的数量为16-24个，弹性侧根的直径为2-5cm，固定微孔与导流根须之间过盈配合，导流根须的直径为0.1-0.5mm，最大延展长度为1-2cm。
[0026] （10）重金属富集植物包括苋科植物、半卡马菊、印度芥菜、蜈蚣草和东南景天中的任意一种或多种，重金属富集植物可以超量吸收重金属并将其运移到地上部积累，生态无污染，适合重金属污染土壤的后期处理。
附图说明
[0027] 图1为本发明主要的流程
框图；图2为本发明预埋伪根系修复棒状态下的结构示意图；
图3为本发明预埋伪根系修复棒生长状态下的结构示意图；
图4为本发明预埋伪根系修复棒逆生长状态下的结构示意图；
图5为本发明预埋伪根系修复棒的剖视图；
图6为本发明弹性侧根部分的剖视图；
图7为本发明导流根须部分的结构示意图。
[0028] 图中标号说明：1预埋主根、2密封盖、3磁变次根、4弹性侧根、5斜导孔、6电磁铁、7固定微孔、8导流根须、81防磨纤维套、82导水纤维、9柔性磁条。
具体实施方式
[0029] 下面将结合本发明
实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0030] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或
位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0031] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0032] 实施例1：请参阅图1-2，一种应用于重金属污染土壤的仿根系式修复方法，包括以下步骤：
一、原料准备，制备可以修复多类重金属污染的微生物复合修复剂；
二、修复土壤预处理，对待修复土壤进行表面破碎处理，并剔除大块异物，表面平整后均匀洒水，每天分早中晚各洒一次，洒水处理时间持续10天，洒水至待修复土壤的含水量保持在50wt%，促进微生物复合修复剂在待修复土壤的内的转移修复，进而提高其全面修复效果；
三、预埋伪根系修复棒，根据待修复土壤的面积和深度挖坑，且保持每10平方米的待修复土壤上挖有4个预埋坑，每个预埋坑竖直埋入一个伪根系修复棒，回填夯实；
四、伪根系修复棒开始修复，在伪根系修复棒生长展开后，补充步骤一中的微生物复合修复剂，对待修复土壤进行重金属修复；
五、洒水促进修复，每天均匀洒水一次至伪根系修复棒修复结束；
六、取样检测，修复时长到达2个月后进行取样检测，若重金属含量降低至要求值，完成伪根系修复棒的干扰修复，进行步骤七；若重金属含量未降低至要求值，继续重复步骤四、五；
七、植物自然修复，回收伪根系修复棒后，直接在预埋坑内种植重金属富集植物，重金属富集植物包括苋科植物、半卡马菊、印度芥菜、蜈蚣草和东南景天中的任意一种或多种，重金属富集植物可以超量吸收重金属并将其运移到地上部积累，生态无污染，适合重金属污染土壤的后期处理。
[0033] 微生物复合修复剂包括以下重量份数计的组分：微生物菌剂25份、腐化有机质10份、有机硅肥10份、5份硅酸钙、尿素30份、磷酸二氢铵15份、天然磷矿粉10份和氨基酸8份，一方面对重金属污染进行修复，另一方面为土壤提供营养物质，改良土壤理化性状，改善土壤微生物环境，平衡土壤养分，提高土壤肥力。
[0034] 微生物菌剂包括地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌，能够钝化环境中的多类重金属离子，通过微生物的可通过细胞表面电荷吸附作用、分泌代谢产物的络合作用、化学沉淀作用等与重金属离子结合，降低土壤重金属离子的活性，减少植物根系可直接吸收态含量，减少植物对重金属的吸收、利用和富集，从而达到钝化土壤中重金属离子，阻隔土壤中重金属向植株迁移、转化和利用，实现重金属污染耕地的安全种植，同时活化土壤养分平衡土壤肥力。
[0035] 腐化有机质通过秸秆、枯枝、落叶、田边杂草和鱼塘污泥均匀混合进行堆肥，在ph6、温度30℃的环境下好氧发10天，一方面为土壤提供有机质，另一方面减少秸秆焚烧带来的污染，符合可持续发展的环保理念，秸秆还田能改善土壤物理性质，秸秆粉碎还田可提高土壤有机质含量，增加土壤孔隙度，协调土壤中的水肥气热，为土壤微生物活动创造良好环境，有利于有机质分解、软化、改善土壤理化性状。
[0036] 请参阅图3-6，伪根系修复棒包括预埋主根1，预埋主根1上端螺纹连接有密封盖2，预埋主根1内端开凿有修复剂留置槽，预埋主根1下端固定连接有磁变次根3和若干弹性侧根4，且弹性侧根4包围在磁变次根3外侧呈环形阵列分布，弹性侧根4的数量为20个，弹性侧根4的直径为4cm，采用Ni—Ti形状记忆
合金制造，具有超弹性应变，预埋主根1、密封盖2和磁变次根3均采用不锈
钢制成，弹性侧根4内开凿有流通槽，修复剂留置槽底壁上开凿有若干与流通槽相连通的斜导孔5，弹性侧根4靠近磁变次根3一端开凿有条形磁吸槽，条形磁吸槽内固定连接有柔性磁条9，磁变次根3内端开凿有电气槽，电气槽内安装有若干电磁铁6和电源，且电磁铁6与电源之间电性连接，伪根系修复棒可以在待修复土壤内生长展开修复，同时也可以逆生长方便回收。
[0037] 请参阅图6，弹性侧根4上开凿有若干均匀分布的固定微孔7，固定微孔7内固定连接有导流根须8，固定微孔7与导流根须8之间过盈配合，导流根须8的直径为0.5mm，最大延展长度为2cm，起到对微生物复合修复剂的导流作用，类似于植物根部的根须，提高微生物复合修复剂在待修复土壤内的渗透效果，修复范围大且全面，不易出现修复死角。
[0038] 请参阅图7，导流根须8包括防磨纤维套81，防磨纤维套81通过聚乙烯抗裂纤维编织而成，防磨纤维套81内开凿有与其延展方向一致的中心导流槽，中心导流槽内固定连接有导水纤维82，导水纤维82为天然竹纤维，防磨纤维套81起到对导水纤维82的保护作用，导水纤维82则起到对微生物复合修复剂的直接引流作用，导流速度快且不易在土壤中磨损。
[0039] 伪根系修复棒的修复机理：埋设时，请参阅图4，技术人员向电磁铁6通入
电流产生巨大的磁吸力，利用其对柔性磁条9的吸附作用来迫使弹性侧根4靠近磁变次根3实现逆生长，埋设好之后对电磁铁6进行断电，失去磁吸力后弹性侧根4在其超弹性的作用下在土壤内生长展开，请参阅图3，类似于植物根系的生长，一方面可以扩大修复范围，另一方面在生长过程中对周围土壤进行
挤压破碎产生裂缝，提高土壤的渗透效果，向预埋主根1内补充微生物复合修复剂，通过斜导孔5进入到流通槽内，接着经由固定微孔7与导流根须8
接触，在导水纤维82的导流作用下向土壤内渗透，与植物根系吸水的作用机理正好相反，植物根系通过吸水的方式来实现营养物质和离子的转移，而伪根系修复棒通过排水的方式来实现微生物复合修复剂的全面修复。
[0040] 本发明可以通过仿生植物根系的吸水方式，在待修复的重金属污染土壤上预埋有伪根系修复棒，在土壤深处生长展开后将植物根系的吸水特点逆反变为排水特点，从而将预先制备好的微生物复合修复剂向土壤内大范围的均匀释放，直接快速的到达修复部位展开多类重金属修复，利用生物手段有效修复土壤重金属污染，具体体现在对重金属离子的吸附、钝化和隔离同步起效，还可以改良土壤理化性状，改善土壤微生物环境，平衡土壤养分，提高土壤肥力，实现对重金属污染土壤的原位修复，且显著提高修复速度及修复效果。
[0041] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉
本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。
