CN102826925B

CN102826925B - 一种促进镉污染土壤植物修复的根际调控剂及其施用方法

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Publication number: CN102826925B
Application number: CN201210316557.7A
Authority: CN
Inventors: 江荣风; 于玲玲; 朱俊艳; 苏德纯; 李花粉
Original assignee: China Agricultural University
Current assignee: China Agricultural University
Priority date: 2012-08-30
Filing date: 2012-08-30
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2032-08-30
Also published as: CN102826925A

Abstract

本发明提供了一种促进镉污染土壤植物修复的根际调控剂，由以下重量份的原料混合制成：硫磺（以S计）4～5份、氮肥（以N计）5～7份、磷肥（以P₂O₅计）4～5份、钾肥（以K₂O计）4～5份。本发明还提供所述根际调控剂的施用方法，具体为在镉污染土壤上种植高积累镉油菜品种，每公顷施用240-320kg根际调控剂。本发明具有以下优点：本发明的根际调控剂能提高镉污染土壤植物的修复效率，稳定性好、不造成二次污染、成本低廉、施用方法简单、便于推广，促进植物原位修复镉污染土壤，可一边进行镉污染土壤的修复一边进行正常的农业生产活动。

Description

一种促进镉污染土壤植物修复的根际调控剂及其施用方法

技术领域

本发明涉及土壤污染的植物修复，特别是涉及一种促进镉污染土壤植物修复的根际调控剂及其施用方法。

背景技术

近年来，随着化工、电镀、印染工业的发展，我国土壤受镉、铅、铬、砷等重金属污染日益严重，目前受污染的耕地面积近2000万公顷，约占总耕地面积的1/5，其中工业“三废”污染耕地1000万公顷，污水灌溉的农田330多万公顷，由此引起的粮食减产超过1000万吨，受重金属污染的粮食每年达到1200多吨，经济损失超过200亿元（万云兵,仇荣亮,陈志良,张景书.重金属污染土壤中提高植物修复功效的探讨.环境污染治理技术与设备.2002,3(4):56～59）。重金属污染由于其不可逆性，重金属在土壤中滞留时间长，植物和微生物不能降解，因此治理起来非常困难。

镉是生物毒性很强的重金属元素之一，一旦进入土壤，由于其迁移性强，很容易被植物吸收并积累，进入食物链中，从而威胁人类健康。日本著名的“骨痛病”就是由于人们食用了镉含量超标的稻米而引起的。据不完全统计，我国受镉污染的农田面积已超过20万公顷，每年生产镉超标的食品达14.6亿千克（刘莉,钱琼秋.影响作物对镉吸收的因素分析及土壤镉污染的防治对策.浙江农业学报,2005,17(2):112～116)。

治理镉污染的方法与治理其它重金属污染的方法相同，主要为固化、玻璃化、热处理、土壤淋洗和电动修复，投资昂贵，经常需要扰乱土层结构，治理后的土壤由于失去活性，往往不适宜再种植农作物，对大面积的污染更是无可奈何。植物修复技术是一种新兴的治理重金属污染土壤的方法，它是利用绿色植物吸收、聚集、降解、固定环境中的污染物从而减少或者减轻污染物毒性的技术。其优点包括：治理效果永久、原位修复土壤、治理成本低廉、对环境友好、治理过程无二次污染、金属元素可回收利用等。农田土壤重金属污染多数为中低程度且污染土壤面积覆盖大，因此采用植物修复方法原位修复重金属污染土壤是非常适宜的方法。但植物修复技术一般采取种植超积累植物对重金属进行提取修复，然而由于超积累植物生物量小、生长速率慢、对生长环境要求比较严格等限制了超积累植物在大田上的推广应用。

目前，强化植物修复的方法主要是在土壤中添加EDTA等螯合剂，由于螯合剂的成本较高、降解较慢，同时可能污染地下水，不适宜推广应用，而重金属在土壤中的生物有效性低是制约植物修复效率的主要因素，因此发明一种能活化土壤中重金属（本发明主要针对镉）且对环境友好型的根际调控剂是非常必要的。

发明内容

为提高镉污染土壤进行植物修复的效率，本发明旨在提供一种促进镉污染土壤植物修复的根际调控剂。

本发明提供的一种促进镉污染土壤植物修复的根际调控剂，由以下重量份的原料混合制成：硫磺（以S计）4～5份、氮肥（以N计）5～7份、磷肥（以P₂O₅计）4～5份、钾肥（以K₂O计）4～5份。

其中，所述硫磺为粉状；所述氮肥优选为尿素和/或硫酸铵，所述磷肥优选为磷酸二氢钾和/或磷酸一铵，所述钾肥优选为氯化钾和/或硫酸钾。

其修复的原理如下：

硫磺施入土壤中后能氧化成SO₄ ^2-，酸化土壤，将土壤中的难溶态镉转化为易溶态镉，促进超积累植物对镉的吸收；同时，硫是作物生长必需元素，硫既是蛋白质的组成成分，又是酶或辅酶的活性物质，还可促进作物对氮、磷、钾的吸收，因此，施用硫肥的同时配合施用氮、磷、钾肥，能提高作物产量，从而提高植物的修复效率。

本发明还提供所述促进镉污染土壤植物修复的根际调控剂的施用方法，具体为在镉污染土壤上种植高积累镉油菜品种，每公顷施用200-400kg根际调控剂。

其中，所述高积累镉油菜品种，是指生物量大、吸收积累镉能力强的油菜品种，优选朱苍花籽、川油Ⅱ-10、白芥、绵羊蛮油菜。

本发明的有益效果在于：

1）本发明提供了一种稳定性好、环境友好型的能提高镉污染土壤植物修复效率的根际调控剂，促进植物原位修复镉污染农田土壤，修复效果好，同时不会对环境造成污染，适于大面积的示范推广。

2）本发明的根际调控剂成本低廉，设定硫磺粉的市场价为2000元/吨，除去农民按正常的施肥方法所需的花费，利用根际调控剂修复一公顷土地的成本约为90元。

3）本发明利用高积累镉油菜修复镉污染农田土壤，同时下茬可以种植低积累镉的作物品种，一边进行镉污染土壤的修复一边进行正常的农业生产活动，达到双重目的。

4）本根际调控剂为固体粉末的混合物，施用方法简单方便，便于在农业上推广应用。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例中所用肥料为：硫磺（纯度≥99.5%，粉状，国药集团化学试剂有限公司），尿素（纯度≥99.0%，国药集团化学试剂有限公司），硫酸铵（纯度≥99.0%，国药集团化学试剂有限公司），磷酸二氢钾（纯度≥99.5%，国药集团化学试剂有限公司），磷酸一铵（纯度≥99.0%，北京北化精细化学品有限责任公司），硫酸钾（纯度≥99.0%，中国医药集团上海化学试剂公司），氯化钾（纯度≥99.8%，国药集团化学试剂有限公司），均购自中国农业大学供应科。

实施例1

2009年春季，在中国农业大学资源与环境学院温室内进行实验，所用土壤为高镉污染土壤，全镉浓度为1.5mg·kg^-1，所用的油菜品种为高积累镉油菜品种朱苍花籽（购自武汉的种子站）。

根际调控剂由以下重量份的原料混合制成：硫磺4kg、尿素10.7kg、磷酸二氢钾7.7kg、氯化钾2.1kg，即S:N:P₂O₅:K₂O=4:5:4:4。处理每公顷施用根际调控剂200kg，以不施用根际调控剂为对照。施用方式为基施，施用时间为在油菜播种前，将根际调控剂与土壤按照3.1g·kg^-1的水平混合均匀，稳定一周后再播种。

除根际调控剂外，处理和对照每公顷均施入尿素139kg、磷酸二氢钾82kg和氯化钾24kg作为底肥。

植株生长42天后，测定土壤pH值、修复效率。其中，修复效率=植物地上部提取镉量/(土壤镉含量×土壤质量)×100%。

结果表明，在高镉污染土壤上施用根际调控剂后，油菜收获时土壤pH值比对照降低0.35个pH单位，施用根际调控剂的油菜的修复效率为0.78%，比对照提高14.7%。

为了验证修复剂发挥作用的时间效应，2010年春季，在上述油菜收获后的土壤上继续种植一茬油菜，品种仍为朱苍花籽。种植时按照每公顷均施入尿素139kg、磷酸二氢钾82kg和氯化钾24kg作为底肥。

植株生长42天后，测定土壤pH值、修复效率。

试验结果表明，高镉污染土壤上施用根际调控剂后，种植第二茬油菜，收获时土壤pH值比对照降低0.25个pH单位，施用根际调控剂的油菜的修复效率为6.71%，比对照提高54.6%。

实施例2

2009年春季，在中国农业大学资源与环境学院温室内进行实验，所用土壤为低镉污染土壤，全镉浓度为1.0mg·kg^-1，所用的油菜品种为高积累镉油菜品种朱苍花籽（购自武汉的种子站）。

根际调控剂由以下重量份的原料混合制成：硫磺5kg、硫酸铵28.3kg、磷酸一铵8.1kg、硫酸钾9.3kg，即S:N:P₂O₅:K₂O=5:7:5:5。每公顷施用根际调控剂400kg，以不施用根际调控剂为对照。施用方式为基施，施用时间为在油菜播种前，将根际调控剂与土壤按照3.1g·kg^-1的水平混合均匀，稳定一周后再播种。

试验结果表明，在低镉污染土壤上施用根际调控剂后，油菜收获时土壤pH值比对照降低0.14个pH单位，施用根际调控剂的油菜的修复效率为1.13%，比对照提高31.4%。

为了验证修复剂发挥作用的时间效应，2010年春季，在上述油菜收获后的土壤上继续种植一茬油菜，品种仍为朱苍花籽。种植时每公顷均施入尿素139kg、磷酸二氢钾82kg和氯化钾24kg作为底肥。

植株生长42天后，测定土壤pH值、修复效率。

结果表明，低镉污染土壤上施用根际调控剂后，种植第二茬油菜，收获时土壤pH值比对照降低0.12个pH单位，施用根际调控剂的油菜的修复效率为9.93%，比对照提高29%。

实施例3

2009年10月，在浙江省一个镉污染的农田土壤进行实验，土壤全镉为0.96mg·kg^-1，DTPA-Cd为0.69mg·kg^-1，土壤pH值为7.76，土壤有机质为39.6g·kg^-1，土壤全氮含量为2.36g·kg^-1，速效磷含量为33.4mg·kg^-1，速效钾含量为76.4mg·kg^-1。田间试验共3个小区，油菜于10月初播种，5月底收获。油菜品种为高积累镉油菜品种川油Ⅱ-10，油菜的行距为25cm，株距为25cm。

根际调控剂由以下重量份的原料混合制成：硫磺5kg、尿素12.9kg、磷酸二氢钾7.7kg、氯化钾2.1kg，即S:N:P₂O₅:K₂O=5:6:4:4。处理每公顷施用根际调控剂300kg，以不施用根际调控剂为对照。施用时间4月初，方法为条施，具体为：用铁锹将小区内的土壤挖成十字条形的沟，沟的深度不超过20cm，挖的过程中不要伤害到油菜的根系，将根际调控剂施入到沟中，与周围土壤混合均匀。

5月底收获后，测定土壤pH值、修复效率。

结果表明，施用根际调控剂的油菜收获时土壤pH值比对照降低0.02个pH单位；施用根际调控剂的油菜的修复效率为0.18%，是对照的2.43倍。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims

1.一种促进镉污染土壤植物修复的根际调控剂，由以下重量份的原料混合制成：硫磺（以S计）4～5份、氮肥（以N计）5～7份、磷肥（以P₂O₅计）4～5份、钾肥（以K₂O计）4～5份；所述促进镉污染土壤植物修复的根际调控剂的施用方法为在镉污染土壤上种植高积累镉油菜品种，每公顷施用200-400kg根际调控剂；所述高积累镉油菜品种为朱苍花籽；

所述硫磺为粉状；

所述氮肥为尿素和/或硫酸铵，所述磷肥为磷酸二氢钾和/或磷酸铵，所述钾肥为氯化钾和/或硫酸钾。