CN102580995B - 一种降低土壤有效态镉含量的方法 - Google Patents

Abstract

一种降低土壤有效态镉含量的方法，向镉污染农田施加钝化剂60目海泡石粉，基于土壤有效态镉含量确定60目海泡石粉的投加量方程，投加方式为先移除除农田里的作物秸秆或粉碎农作物秸秆，再以人工方式或机械方式将钝化剂60目海泡石粉均匀的撒在土壤表面，然后机械翻土混匀至少两遍，翻土深度15cm-20cm，投加时风力应小于2-3级或保证海泡石粉不被吹跑，最后播种农作物，在满足正常农业生产需水量的条件下，再增加2-3次灌溉，水质应符合农田灌溉水质标准，采用漫灌方式，本发明具有适用范围广、成本低、操作简单、不影响农业生产、环境友好等优点，能有效治理大面积受镉污染的农田，降低农作物可吸收态的镉含量，阻止土壤有效态镉进入农产品。

Description

一种降低土壤有效态镉含量的方法

技术领域

本发明涉及修复治理土壤重金属污染技术领域，具体涉及一种降低土壤有效态镉含量的方法。

背景技术

目前，国内外修复治理土壤重金属污染主要有两种途径:一是改变重金属在土壤中的存在形态使其固定，降低其在环境中的迁移性和生物可利用性；二是从土壤中去除重金属。围绕这两种途径，已提出各种物理修复、化学修复、生物修复和生态修复等治理方法。如:客土法、电化学法、淋洗法、植物修复、微生物修复和生态利用措施等。事实上，针对不同土壤重金属污染的特点，在选择适宜的修复治理方法过程中，土壤重金属污染的各种修复治理技术，都需要不可避免地解决如何突破降低修复成本和提高修复效率和两大瓶颈的问题，同时，还要接受如何避免二次污染环境风险的考验。物理化学钝化修复技术具有成本低、修复周期短、不影响正常农业生产的优点，已被广泛认可。目前在钝化修复技术的研究中，存在以下两点不足:

第一,钝化剂的投加量是按照受土壤重量的百分比来计算确定。由于钝化技术的原理是用钝化剂固定土壤活性态镉以降低其活性，而土壤有效态镉含量存在一定的差异，因此按照土重的百分比确定投加量的方法在技术推广中受到一定的制约。

第二,关于钝化剂的投加方式和后期运行维护以及投加次数等并没有详细、完整的阐述，没有系统的考察投加钝化剂对土壤理化性质的影响。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种降低土壤有效态镉含量的方法，具有成本低、操作简单、不影响农业生产、环境友好的优点，能有效治理大面积受镉污染的农田，降低农作物可吸收态的镉含量。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

一种降低土壤有效态镉含量的方法，向镉污染农田施加钝化剂60目海泡石粉，60目海泡石粉的投加量基于土壤有效态镉含量确定，在吸附试验的基础上确定吸附等温线方程Q=f(C₀)·;土壤有效态镉含量初始值为C₀，设定钝化修复后土壤有效态镉含量的降低率e，据此确定土壤有效态镉含量终态值为C₀（1-e）；钝化终态时，用DTPA提取液提取土壤有效态镉，其提取液的镉含量为20C₀（1-e），记为C_e；由C_e和吸附等温线方程，可求出Q；由耕作深度H、土壤容重R、土壤有效态镉含量的减少量ΔC，可计算出每亩污染农田的土壤有效态镉的总减少量667*H*R*ΔC；考虑到安全可靠的要求，对投加量进行修正，增加安全系数A设定为1.2-1.3，则每亩投加量为W=A*667*H*R*ΔC/Q，具体的计算公式为：

$W=A\frac{667\mathrm{HR}{C}_{0}e}{Q}$

式中

W：钝化剂每亩投加量（kg/亩）

A:安全系数，取1.2—1.3

H:耕作层深度（m），取0.15—0.2m

R：土壤容重，在实验室用环刀法测定，或根据经验来判断，含有机质多而结构好的土壤的容重在1.1-1.4×10³kg/m3

C₀:土壤钝化开始时有效态镉含量（mg/kg），参照GB/T23739-2009土壤质量有效态铅和镉的测定方法

e:钝化结束时土壤有效态镉含量的降低率，投加过多容易降低土壤孔隙率，因此取40%—80%。

Q:60目海泡石粉在pH=7.3（±0.1），T=25℃（±1℃）的吸附容量ug/g，

如果与该条件的pH和温度有±10%以上差异，则应在实验室做吸附平衡曲线，确定其吸附等温式。

钝化剂60目海泡石粉的投加方式，包括以下步骤：

第一步：移除农田里的作物秸秆或粉碎农作物秸秆；

第二步：以人工方式或机械方式将钝化剂60目海泡石粉均匀的撒在土壤表面；

第三步：机械翻土混匀至少两遍，翻土深度15cm—20cm，投加时风力应小于2-3级或保证海泡石粉不被吹跑；

第四步：播种农作物后，在满足正常农业生产需水量的条件下，再增加2-3次灌溉，水质应符合农田灌溉水质标准，采用漫灌方式。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1本发明提出了基于土壤有效态镉含量确定海泡石粉的投加量方程，针对不同的土壤有效态镉含量按照该方程可计算求得，克服了按照土重百分比计算投加量方法的缺点。

2本发明对60目海泡石粉的投加步骤和后期管理进行了全面完整的阐述，操作简单、不影响农业生产、环境友好等优点，能有效治理大面积受镉污染的农田，降低农作物可吸收态的镉含量。施入海泡石粉，土壤有效态镉含量在100天内显著降低。向种植玉米的污染土壤施加海泡石粉后，可以降低玉米籽实的镉含量，最高可降低77%；向镉污染农田施加60目海泡石粉，不改变土壤理化性质、不降低玉米产量。

附图说明

图1为实施例钝化剂60目海泡石粉的吸附等温线。

图2为实施例不同生长时期土壤有效态镉含量变化及对比。

图3为实施例不同生长时期籽实镉含量对比。

图4为实施例不同生长时期土壤有效磷含量的变化及对比。

图5为实施例不同生长时期土壤碱解氮含量的变化及对比。

图6为实施例不同生长时期土壤pH的变化及对比。

图7为实施例不同生长时期单株玉米生物量的变化及对比。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做详细描述。

实施例  一种降低土壤有效态镉含量的方法

1.试验材料与方法

（1）海泡石粉的吸附特性研究：

60目海泡石粉，取1g/L镉标准溶液，在100mL敞口锥形瓶中，用去离子水配制初始浓度为20ug/L，30ug/L，40ug/L，50ug/L，70ug/L，90ug/L的溶液，体积为50mL，以0.8g/L的固液比加入海泡石粉；溶液的pH=7.3（±0.1），在T=25℃（±1℃），全温振荡器上振荡，转速为180转/分钟，30h后取出，静置30分钟，用规格10mL一次性注射器和孔径为0.45um的水相虑头过滤，将滤液置于10mL比色管中，ICP-MS测定溶液中的镉含量，

水土比对钝化效果的影响：取过1mm孔径筛的5g干土，设置水土比为0.5:1，1.2：1，分别投加不同质量的钝化剂60目海泡石粉，钝化条件为T=25℃（±1℃），180转/分钟，40h后取出，在102℃烘10小时，测土壤有效态镉含量；

（2）钝化剂60目海泡石粉投加量和投加方式

钝化剂60目海泡石粉的投加量按照每亩投加量为W=A*667*H*R*ΔC/Q，具体的计算公式为：

$W=A\frac{667\mathrm{HR}{C}_{0}e}{Q}$

式中

W：钝化剂每亩投加量（kg/亩）

A:安全系数，取1.2—1.3

H:耕作层深度（m），取0.15—0.2m

R：土壤容重，在实验室用环刀法测定，或根据经验来判断，含有机质多而结构好的土壤的容重在1.1-1.4×10³kg/m3

C₀:土壤钝化开始时有效态镉含量（mg/kg），参照GB/T23739-2009土壤质量有效态铅和镉的测定方法

e:钝化结束时土壤有效态镉含量的降低率，投加过多容易降低土壤孔隙率，因此取40%—80%。

Q:60目海泡石粉在pH=7.3（±0.1），T=25℃（±1℃）的吸附容量ug/g，

如果与该条件的pH和温度有±10%以上差异，则应在实验室做吸附平衡曲线，确定其吸附等温式。

钝化剂60目海泡石粉的投加方式，包括以下步骤：

第一步：移除除农田里的作物秸秆或粉碎农作物秸秆；

第二步：以人工方式或机械方式将钝化剂60目海泡石粉均匀的撒在土壤表面；

第三步：机械翻土混匀至少两遍，翻土深度15cm—20cm，投加时风力应小于2-3级或保证海泡石粉不被吹跑；

第四步：播种农作物后，在满足正常农业生产需水量的条件下，再增加2-3次灌溉，水质应符合农田灌溉水质标准，采用漫灌方式。

（3）现场试验设计

修复现场位于北京市房山区石楼镇梨园店村10亩农田，东经116°2'55.75''，北纬39°39’26.88’’，选定四种当地广泛种植的玉米品种，土壤有效态镉含量初始值为0.097mg/kg。土壤的基本理化性质参加表1，现场区域的设计见表2，土壤镉含量见表3。

表1修复现场土壤的基本理化性质

表2现场区域划分一览表

表3现场修复实验的土壤镉含量初始值2011年6月26日单位：mg/kg

（4）样品分析和测定方法

在每个区域采集若干株玉米，用自来水把玉米根部的土壤冲洗掉，将其分为根、茎（包括茎、叶、籽实的外皮及内芯）、籽实三个部分，102℃下烘8h—10h，粉碎，过100目筛，称0.3g(精确到0.001g)，加入聚四氟乙烯消解罐中，依次加入5mL硝酸（优），3mL双氧水进行微波消解后，用ICP-MS进行测定；土壤样品自然风干，研碎，过100目筛，称0.3g(精确到0.001g)，加入聚四氟乙烯消解罐中，依次加入6mL硝酸（优），3mL盐酸（优），2毫升氢氟酸（优），0.25mL双氧水（优），进行微波消解后，用ICP-MS测定；参照《GB/T23739-2009土壤质量有效态铅和镉的测定方法》测定土壤有效态镉含量。土壤基本理化性质采用常规的测定方法。

数据处理：采用Microsoft Excel2010软件进行处理，对采集的若干株玉米样品和土壤样品，分别测定其镉含量，取其平均值进行分析。

2结果

参加图1，用Langmuir吸附等温方程进行拟合，吸附等温线方程为：

C₀=0.097mg/kg，取e为70%，用吸附等温方程求出Q=54ug/g，即18.5g海泡石粉/mg镉，安全系数取为1.25，得出投加量为205kg/亩，见表4，高水土比对钝化有利，见表5。

表4钝化剂投加量计算过程

表5不同水土比对初步钝化效果的影响

参见图2，在种植京玉11号的区域，投加60海泡石粉显著降低土壤有效态镉含量。在第39天，海泡石粉钝化作用开始起效；第99天时，由于玉米的吸收，对照组土壤有效态镉含量降低11.3%，因此海泡石粉的钝化作用实际降低土壤镉含量的百分比为27.2%。

参见图3，投加海泡石粉后，可有效降低玉米籽实的镉含量，玉米籽实镉含量均达到了食品安全规定，第99天玉米收获时，H2（京单68）的籽实镉含量比对照组降低77%，见表6。

表6投加钝化剂后的籽实镉含量与对照组相比的降低率“-”表示没有效果单位：%

参见图4、图5、图6，随着玉米的生长，各区域的土壤有效磷和土壤氨氮均呈现下降的趋势，原因是植物生长吸收了土壤中的有效磷和氨氮。投加钝化剂的区域与对照组相比，土壤磷、磷、pH与对照组的变化保持一致，按照本发明所述的方法，海泡石粉不改变土壤肥力和土壤pH；

参见图7，投加60目海泡石粉与对照组相比，京单68和京单28的籽实生物量高于对照组，京科糯2000和京玉11号则低于对照组，海泡石粉对籽实生物量的影响并不显著。

Claims (2)

1.一种降低土壤有效态镉含量的方法，其特征在于：向镉污染农田施加钝化剂60目海泡石粉，60目海泡石粉的投加量基于土壤有效态镉含量确定，在吸附试验的基础上确定吸附等温线方程Q＝f（C₀）

土壤有效态镉含量初始值为C₀，设定钝化修复后土壤有效态镉含量的降低率e，据此确定土壤有效态镉含量终态值为C₀（1-e）；钝化终态时，用DTPA提取液提取土壤有效态镉，其提取液的镉含量为20C₀（1-e），记为C_e；由C_e和吸附等温线方程，可求出Q；由耕作深度H、土壤容重R、土壤有效态镉含量的减少量ΔC，可计算出每亩污染农田的土壤有效态镉的总减少量667*H*R*ΔC；考虑到安全可靠的要求，对投加量进行修正，增加安全系数A设定为1.2-1.3，则每亩投加量为W=A*667*H*R*ΔC/Q，具体的计算公式为： 

式中 

W：钝化剂每亩投加量（kg/亩） 

A:安全系数，取1.2—1.3 

H:耕作层深度（m），取0.15—0.2m 

R：土壤容重，在实验室用环刀法测定，或根据经验来判断，含有机质多而结构好的土壤的容重为1.1-1.4×10³ kg/m³

C₀:土壤钝化开始时有效态镉含量（mg/kg），参照GB/T23739-2009土壤质量有效态铅和镉的测定方法 

e:钝化结束时土壤有效态镉含量的降低率，投加过多容易降低土壤 孔隙率，因此取40%—80% 

Q:60目海泡石粉在pH=7.3（±0.1），T=25℃（±1℃）的吸附容量ug/g，

如果与该条件的pH和温度有±10%以上差异，则应在实验室做吸附平衡曲线，确定其吸附等温式。 

2.根据权利要求1所述的一种降低土壤有效态镉含量的方法，其特征在于，钝化剂60目海泡石粉的投加方式，包括以下步骤： 

第一步：移除农田里的作物秸秆或粉碎农作物秸秆； 

第二步：以人工方式或机械方式将钝化剂60目海泡石粉均匀的撒在土壤表面； 

第三步：机械翻土混匀至少两遍，翻土深度15cm—20cm，投加时风力应小于2-3级或保证海泡石粉不被吹跑； 

第四步：播种农作物后，在满足正常农业生产需水量的条件下，再增加2-3次灌溉，水质应符合农田灌溉水质标准，采用漫灌方式。 

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