CN103004439A - 中轻度镉污染土壤稻米镉超标的组合防治方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中轻度镉污染土壤稻米镉超标的组合防治方法，包括以下步骤：在对中轻度镉污染土壤进行翻耕施肥前，将土壤钝化剂均匀撒施在中轻度镉污染土壤表面，然后充分拌匀，平衡3天以上再施用基肥，移栽低镉吸收水稻于施用基肥后的土壤上，在低镉吸收水稻的全生育期采用淹水灌溉管理措施，完成对稻米镉超标的组合防治。本发明的方法具有低成本、环境友好、资源节约、操作简单等优势，且能有效降低酸性重金属污染土壤中镉生物有效性，降低稻米的镉累积。

Description

中轻度镉污染土壤稻米镉超标的组合防治方法

技术领域

本发明属于农作物食品安全控制技术领域，尤其涉及一种采用组合模式防治农作物重金属超标的方法。

背景技术

20世纪50年代以来，随着人口数量的大幅度增加，采矿、冶金和制造等工业的快速发展，农用化学品的大量使用以及城市污水、废弃物的大量排放，导致重金属污染呈加剧态势，其中镉（Cd）污染所引发的环境问题倍受关注。据调查，全国镉污染耕地已达1.33万hm²（参见崔力拓、耿世刚等：“我国农田土壤镉污染现状及防治对策”，《现代农业科技》，2006，11S），镉（Cd）的生物毒极强（参见Colborn T，Vom saal F S，SotoAM：“Developmental effectsof endocrine-disrupting chemicals in wildlife and humans”，《Environmental Health Prospectives》，1993，101[5]），使其成为导致日本当年“骨痛病”事件的罪魁祸首。镉具有较强的迁移性和植物吸收的隐蔽性（参见王慎强、陈怀满等：“我国土壤环境保护研究的回顾与展望”，《土壤》，1999，31[5]）。水稻的吸镉能力较强（参见Chaney R L,Reeves P G，Ryan J A,Simmons R W，Welch R M,Scott Angle J:“An improved understanding of soil Cd risk to humans and low costmethods to phytoextract Cd from contaminated soils to prevent soil Cd risks”,《Biometals》,2004,17[5]），每年因农田镉污染而生产的“镉米”达5.0×10⁷kg（参见王凯荣：“我国农田镉污染现状及其治理利用对策”，《农业环境保护》，1997，16[6]），而中国是稻米生产和消费大国，约有60%的人口以稻米作为主食，因而“镉米”的潜在危害后果极其严峻。

在土壤-植物-人的特殊传递途径中，土壤的作用极其重要，而土壤一旦遭受重金属污染，具有长期性和不可逆性。因此，如何有效切断重金属传递的食物链途径，污染土壤的治理是关键。大面积调查分析表明，耕地土壤平均全镉含量变化幅度为0.06mg/kg～2.95mg/kg，大部分污染土壤镉含量处于轻度污染水平（污染指数为1～2），所生产的稻米镉含量大多数低于国家质量标准，针对这一现状，采取快速有效的土壤修复技术，可以在确保粮食质量安全的前提下继续维持生产，这对于缓解我国当前的人口-耕地资源矛盾、保障粮食安全具有重要的现实意义。然而，现有单项土壤修复技术的应用难以保障稻米的质量安全，因而探索高效治理土壤镉污染的组合技术模式是今后的发展趋势。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种低成本、环境友好、资源节约、操作简单且能有效降低酸性重金属污染土壤中镉生物有效性、降低稻米镉累积的中轻度镉污染土壤稻米镉超标的组合防治方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种中轻度镉污染土壤稻米镉超标的组合防治方法，包括以下步骤：在对中轻度镉污染土壤进行翻耕施肥前，将土壤钝化剂均匀撒施在中轻度镉污染土壤表面，然后充分拌匀，平衡3天以上再施用基肥，移栽低镉吸收水稻于施用基肥后的土壤上，在低镉吸收水稻的全生育期采用淹水灌溉管理措施，完成对稻米镉超标的组合防治。

上述的中轻度镉污染土壤稻米镉超标的组合防治方法，所述土壤钝化剂优选为熟石灰或赤泥（还可采用滤泥）。

上述的中轻度镉污染土壤稻米镉超标的组合防治方法，当所述中轻度镉污染土壤中镉含量为0.3mg/kg以下时，所述土壤钝化剂的施用量优选为750kg/hm²以下；当所述中轻度镉污染土壤中镉含量为0.3mg/kg～0.9mg/kg时（轻度污染），所述熟石灰的施用量优选为750kg/hm2～1500kg/hm²，所述赤泥的施用量为1500kg/hm²～3000kg/hm²；当所述中轻度镉污染土壤中镉含量为0.9mg/kg～1.5mg/kg时（中度污染），所述熟石灰的施用量优选为1500kg/hm²～2250kg/hm²，所述赤泥的施用量为3000kg/hm²～4500kg/hm²。

上述的中轻度镉污染土壤稻米镉超标的组合防治方法，所述低镉吸收水稻为低镉吸收早稻或低镉吸收晚稻，所述低镉吸收早稻优选为湘早籼45号、金优974或株两优211，所述低镉吸收晚稻优选为湘晚籼12号、创丰3号或金优207。

上述的中轻度镉污染土壤稻米镉超标的组合防治方法，所述淹水灌溉管理过程中控制灌溉水中的镉含量优选低于0.005mg/L。

上述的中轻度镉污染土壤稻米镉超标的组合防治方法，在撒施土壤钝化剂的过程中，优选同时撒施土壤调理剂亚硫酸盐；所述淹水灌溉管理过程使土壤处于低电化学势的还原环境，土壤Eh调控在-100mV～-250mV，直至生成的还原产物对土壤中的镉开始进行有效的吸附。

上述的中轻度镉污染土壤稻米镉超标的组合防治方法，所述土壤调理剂亚硫酸盐优选为亚硫酸钠。当所述中轻度镉污染土壤中全量镉含量为0.3mg/kg～0.9mg/kg时，所述亚硫酸钠的施用量优选为1125kg/hm²～2250kg/hm²；当所述中轻度镉污染土壤中全量镉含量为0.9mg/kg～1.5mg/kg时，所述亚硫酸钠的施用量优选为2250kg/hm²～3375kg/hm²。

上述的中轻度镉污染土壤稻米镉超标的组合防治方法中，通过施用土壤钝化剂、土壤调理剂，并配合种植低镉吸收水稻品种及淹水管理措施，对降低水稻糙米中镉积累具有很好的防治效果，正常情况下能使水稻糙米中的镉含量控制在国家安全标准以内。

上述本发明的技术方案主要基于以下原理：

（1）通过添加呈碱性的土壤钝化剂（例如熟石灰），使酸性中轻度镉污染土壤的pH值显著提高，从而促使土壤中的活性镉向难溶态转化，最终降低镉的生物有效性，其离子反应方程式主要为：

另外，所述优选的土壤钝化剂中（例如熟石灰）因含有大量钙离子，施入稻田土壤后因钙离子与土壤中镉离子竞争水稻根际吸收位点，理论上可进一步降低水稻对镉的吸收累积；

（2）在对土壤进行钝化的前提中，进一步利用不同水稻品种对镉吸收累积的基因型差异，降低稻米的镉积累；

（3）在本发明优选的技术方案中，通过加入土壤调理剂亚硫酸盐（优选亚硫酸钠），可使土壤淹水后的氧化还原电位在一定程度上得到降低；由于土壤调理剂亚硫酸盐中含有亚硫酸根离子，在降低土壤氧化还原电位的同时，在还原条件下可进一步转化得到S^2-，从而促使土壤中的活性镉向难溶态的CdS转化，最终降低镉的生物有效性，其离子反应方程式主要为：

${\mathrm{Cd}}^{2+}+S^{2-}\⇔\mathrm{CdS};$

（4）在上述技术措施的基础上，还通过采取全生育期淹水的水分管理措施，使土壤处于低电化学势的还原环境，有利于还原物质的产生（例如淹水还原条件下有利于还原性硫和亚铁等的生成），而此类物质易与镉生成沉淀或生成的胶状物质易吸附土壤溶液中的镉离子，有利于进一步降低土壤中镉的生物有效性，从而降低镉的迁移性。

与现有技术相比，本发明的优点在于：首先，本发明的方法中采用碱性物质作为酸性土壤镉的钝化剂，采用亚硫酸盐作为土壤调理剂，该土壤钝化剂和调理剂不仅来源广泛、成本低，而且能有效降低酸性镉污染稻田土壤中镉的生物有效性；其次，本发明方法中所使用的镉低吸收水稻品种，属于可降低稻米镉暴露风险的绿色技术，对保护生态环境具有重要意义；而土壤淹水管理是一项简单易行的农艺措施，可操作性强，其与前述的各项技术措施能形成有效配合和优势互补，进一步增强对稻米镉超标的防治效果。总的来说，本发明的方法操作简单、可靠，易于被种植户接受，使用后见效快，对防治土壤重金属污染，保障稻米质量安全具有十分重要的意义。

附图说明

图1为本发明实施例1中采用本发明方法处理后降低水稻糙米镉含量的效果图。

图2为本发明实施例2中采用本发明方法处理后降低水稻糙米镉含量的效果图。

图3为本发明实施例3中采用本发明方法处理后降低水稻糙米镉含量的效果图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

实施例1：

一种本发明的中轻度镉污染土壤稻米镉超标的组合防治方法，本实施例处理的对象为酸性镉污染土壤（潮泥田），该土壤性状如下表1所示。

表1：实施例1中供试土壤的化学性状

本实施例的组合防治方法具体包括以下步骤：在对上述潮泥田土壤进行翻耕施肥前，先将土壤钝化剂熟石灰（Ca(OH)₂，含全量镉0.17mg/kg，镉含量在国家土壤质量标准二级标准值范围内）均匀撒施在中度镉污染土壤表面，熟石灰的施用量为1500kg/hm²，然后充分拌匀，平衡3天以上再施用基肥，移栽低镉吸收水稻（本实施例选用创丰3号晚稻）于施用基肥后的土壤上，在低镉吸收水稻的全生育期采用淹水灌溉管理措施，淹水灌溉管理过程中控制灌溉水中的镉含量低于0.005mg/L，完成对稻米镉超标的组合防治。

为对比本实施例的技术效果，以上述本实施例的处理作为T5组，另设置以下四个处T1～T4作为对照：

T1，V优46（常规管理）；

T2，创丰3号（常规管理）；

T3，创丰3号+施用熟石灰1500kg/hm²（常规管理）；

T4，创丰3号+全生育期淹水管理。

以上每个处理重复三次，随机区组排列，并设置保护行。所有处理的化肥、农药施用均一致。水稻糙米镉含量采用硝酸-高氯酸混合消解后原子吸收分光光度法（石墨炉）测定。

试验结果表明，使用本实施例方法对水稻糙米中镉含量影响显著（影响结果见图1）。通过比较T1和T2处理的水稻糙米镉含量可知，两个品种的糙米镉含量相差34.9%，创丰3号水稻糙米镉含量相对较低，说明水稻品种间镉累积差异明显。由T2和T3处理可知，施用熟石灰可显著降低水稻糙米镉含量，降幅达29.3%。而T4较T2处理糙米镉含量降低36.6%，可见全生育期淹水也可显著降低水稻糙米镉累积。然而，所有处理中，以使用本发明方法（创丰3号+施用熟石灰1500kg/hm²+全生育期淹水）的水稻糙米镉含量最低，达到国家粮食卫生标准（GB2715-2005），较施用熟石灰处理（T3）降低27.6%，较长期淹水处理（T4）降低19.2%，由上可见，本发明的组合防治方法对降低稻米镉累积的效果明显，其应用效果明显优于各单项技术措施。

实施例2：

本实施例为田间示范应用，在选定的地区分别进行了1000余亩的田间示范应用，其中第一示范区稻田土壤全镉含量为0.64mg/kg～0.90mg/kg，pH值为5.6～5.9，第二示范区稻田土壤全镉含量为0.52mg/kg～0.77mg/kg，pH值为5.2～5.7。

本实施例的组合防治方法具体包括以下步骤：在对上述示范稻田土壤进行翻耕施肥前，先将土壤钝化剂熟石灰（Ca(OH)₂，含全量镉0.17mg/kg，镉含量在国家土壤质量标准二级标准值范围内）均匀撒施在轻度镉污染土壤表面，熟石灰的施用量为750kg/hm²，然后充分拌匀，平衡3天以上再施用基肥，移栽低镉吸收水稻（本实施例选用金优974早稻）于施用基肥后的土壤上，在低镉吸收水稻的全生育期采用淹水灌溉管理措施，淹水灌溉管理过程中控制灌溉水中的镉含量低于0.005mg/L，完成对稻米镉超标的组合防治。

为对比本实施例的技术效果，以上述本实施例的处理作为T1组，另设置以下对照CK：

CK，当地推广品种湘早籼24号（常规管理）。

以上两个处理的化肥、农药施用均一致。水稻糙米镉含量采用硝酸-高氯酸混合消解后原子吸收分光光度法（石墨炉）测定。在第一、第二示范区稻田土壤的测定结果如图2所示。由图2可见，两示范区的测定结果基本相似，第一示范区应用本发明组合防治方法的水稻糙米镉比对照（CK）降低46.2%，基本接近国家粮食卫生标准（GB2715-2005）；而第二示范区应用本发明组合防治方法的水稻糙米镉比对照（CK）降低51.4%，达到国家粮食卫生标准（GB2715-2005）。可见，本发明的组合技术模式能显著降低水稻糙米镉含量。

实施例3：

本实施例为田间示范应用，在选定的地区进行了200余亩的田间示范应用，示范区稻田土壤全镉含量为0.97mg/kg～1.21mg/kg，pH值为5.5～5.9。

本实施例的组合防治方法具体包括以下步骤：在对上述示范稻田土壤进行翻耕施肥前，先将土壤钝化剂赤泥（含全量镉0.11mg/kg，镉含量在国家土壤质量标准二级标准值范围内）均匀撒施在镉污染土壤表面，赤泥的施用量为3000kg/hm²，然后配合施用亚硫酸钠2250kg/hm²，充分拌匀土壤，平衡3天以上再施用基肥，移栽低镉吸收水稻（本实施例选用湘早籼45号）于施用基肥后的土壤上，在低镉吸收水稻的全生育期采用淹水灌溉管理措施，淹水灌溉管理过程中控制灌溉水中的镉含量低于0.005mg/L，土壤Eh调控在-100mV～-250mV，完成对稻米镉超标的组合防治。

为对比本实施例的技术效果，以上述本实施例的处理作为T组，另设置以下对照CK：

CK，当地推广品种中嘉早17号（常规管理）。

以上两个处理的化肥、农药施用均一致。水稻糙米镉含量采用硝酸-高氯酸混合消解后原子吸收分光光度法（石墨炉）测定。

以上两个处理的化肥、农药施用均一致。水稻糙米镉含量采用硝酸-高氯酸混合消解后原子吸收分光光度法（石墨炉）测定。由图3可以看出，应用本发明组合防治方法的水稻糙米镉比对照（CK）降低59.5%，达到国家粮食卫生标准（GB2715-2005）。可见，本发明的组合技术模式降低水稻糙米镉含量的效果显著。

Claims (8)

1.一种中轻度镉污染土壤稻米镉超标的组合防治方法，包括以下步骤：在对中轻度镉污染土壤进行翻耕施肥前，将土壤钝化剂均匀撒施在中轻度镉污染土壤表面，然后充分拌匀，平衡3天以上再施用基肥，移栽低镉吸收水稻于施用基肥后的土壤上，在低镉吸收水稻的全生育期采用淹水灌溉管理措施，完成对稻米镉超标的组合防治。

2.根据权利要求1所述的中轻度镉污染土壤稻米镉超标的组合防治方法，其特征在于：所述土壤钝化剂为熟石灰或赤泥。

3.根据权利要求2所述的中轻度镉污染土壤稻米镉超标的组合防治方法，其特征在于：当所述中轻度镉污染土壤中镉含量为0.3mg/kg～0.9mg/kg时，所述熟石灰的施用量为750kg/hm²～1500kg/hm²，所述赤泥的施用量为1500kg/hm²～3000kg/hm²；当所述中轻度镉污染土壤中镉含量为0.9mg/kg～1.5mg/kg时，所述熟石灰的施用量为1500kg/hm²～2250kg/hm²，所述赤泥的施用量为3000kg/hm²～4500kg/hm²。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的中轻度镉污染土壤稻米镉超标的组合防治方法，其特征在于：所述低镉吸收水稻为低镉吸收早稻或低镉吸收晚稻，所述低镉吸收早稻为湘早籼45号、金优974或株两优211，所述低镉吸收晚稻为湘晚籼12号、创丰3号或金优207。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的中轻度镉污染土壤稻米镉超标的组合防治方法，其特征在于：所述淹水灌溉管理过程中控制灌溉水中的镉含量低于0.005mg/L。

6.根据权利要求1～3中任一项所述的中轻度镉污染土壤稻米镉超标的组合防治方法，其特征在于：在撒施土壤钝化剂的过程中，同时撒施土壤调理剂亚硫酸盐；所述淹水灌溉管理过程使土壤处于低电化学势的还原环境，土壤Eh调控在-100mV～-250mV，直至生成的还原产物对土壤中的镉开始进行有效的吸附。

7.根据权利要求6所述的中轻度镉污染土壤稻米镉超标的组合防治方法，其特征在于：所述土壤调理剂亚硫酸盐为亚硫酸钠。

8.根据权利要求7所述的中轻度镉污染土壤稻米镉超标的组合防治方法，其特征在于：当所述中轻度镉污染土壤中全量镉含量为0.3mg/kg～0.9mg/kg时，所述亚硫酸钠的施用量为1125kg/hm²～2250kg/hm²；当所述中轻度镉污染土壤中全量镉含量为0.9mg/kg～1.5mg/kg时，所述亚硫酸钠的施用量为2250kg/hm²～3375kg/hm²。

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