CN103286118A - 一种降低牧草和蔬菜中镉含量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种降低牧草和蔬菜中镉含量的方法。它是在常规施肥的基础上，将硅酸钠或硅酸钾按每亩9～17kg硅的施加量，磷酸二氢钾按每亩10～20kg磷的施加量，将两者施入镉污染土壤中，再播种牧草或/和蔬菜，然后进行常规管理。利用本发明的方法能有效降低作物中镉含量，提高作物产量，在农业领域具有良好的应用前景。
Description
技术领域：
本发明属于重金属污染去除领域，具体涉及一种降低牧草和蔬菜中镉含量的方法。
背景技术：
由于城市化进程的加快、工业“三废”排放、大气沉降、污水灌溉、污泥和农用化学物质不合理施用等，我国菜地土壤中重金属污染问题（尤其是重金属镉）日益突显。环境中的镉在土壤中移动性大、毒性高，被认为是环境中最毒的无机污染物之一，很容易被植物根吸收并向地上部迁移；而农产品特别是绿叶蔬菜类对镉具有很强的吸收积累能力，导致农产品镉含量超标问题相当突出，并可通过食物链威胁人体健康。因此，必须采取有效措施降低农产品可食用部分镉含量以保障食品安全。
针对大面积中轻度污染的农田，目前尚缺乏经济可行的技术手段彻底清除土壤中镉污染物。施用钝化剂是控制土壤重金属污染的有效手段，其目的是降低土壤中重金属的水溶性、扩散性和生物有效性，达到原位抑制作物吸收重金属的效果，此方法成本低、易于实践、不影响农田产出，是解决农产品安全和重金属污染土壤利用问题的有效途径之一。
当前常用的重金属污染土壤添加剂，多数存在效果不稳定或对土壤性质、结构造成不利影响等缺陷，以致对土壤的钝化修复效果不理想，直接影响钝化剂的实际持续应用。
发明内容：
针对上述现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种既能有效降低牧草和蔬菜中镉含量，又能提高作物产量的降低牧草和蔬菜中镉含量的方法。
本发明的降低牧草和蔬菜中镉含量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
在常规施肥的基础上，将硅酸钠或硅酸钾按每亩9～17kg硅的施加量，磷酸二氢钾按每亩10～20kg磷的施加量，将两者施入镉污染土壤中，再播种牧草或/和蔬菜，然后进行常规管理。
优选，所述的将硅酸钠或硅酸钾按每亩9～17kg硅的量，磷酸二氢钾按每亩10～20kg磷的量施入镉污染土壤中，是将硅酸钠或硅酸钾，与磷酸二氢钾用水溶解配成混合液后施入镉污染土壤中，或将硅酸钠或硅酸钾，与磷酸二氢钾分别配成水溶液先后施入镉污染土壤中。
本发明最优选的方案是，在常规施肥的基础上，将硅酸钠与磷酸二氢钾按每亩9kg硅与10kg磷的施加量分别配成水溶液，先在镉污染土壤中施加磷酸二氢钾溶液使其与土壤充分作用，然后施加硅酸钠溶液。
本发明将硅酸钠与磷酸二氢钾联合施入土壤，能大幅度降低作物体内的镉含量，作物地下部分镉含量降低44%～76%，地上部分镉含量降低45%～70%，并能增加作物产量，最高可使作物增产118%。
本发明将硅酸钾与磷酸二氢钾联合施入土壤，不仅能有效使作物地上部镉含量降低44%～45%并使作物增产31%～62%。
由此可见，利用本发明的方法不但能促进或不限制作物生长，并能有效降低牧草和蔬菜中镉含量，在农业领域具有良好的应用前景。
本发明中涉及的钝化剂的作用：
硅酸盐能够提高土壤中的pH，增加土壤对镉离子的吸附，与镉形成难溶的硅酸盐沉淀，提高碳酸盐结合态和残渣态镉的含量，从而降低土壤中镉的生物有效性，减少镉向植物的迁移。沉积在植物根部内皮层的硅能够限制镉的质外体运输过程，阻止镉向植物地上部分迁移。
磷酸二氢钾既能为作物提供必须的磷钾营养元素，同时，其中的磷酸根离子能与金属离子形成难溶的金属磷酸盐沉淀，降低镉在土壤中的迁移。磷酸盐又能限制镉在植物体内的迁移，抑制镉往植物地上部分的传输，减少植物对镉的吸收。
硅、磷元素存在交互增效作用。由于正硅酸和正磷酸在化学性质和结构上的相似性，硅、磷元素在土壤和植物体内具有交互作用。硅、磷元素可以互相促进各自在土壤中的生物有效性，增加彼此的生物利用率。硅能改善植物体内的磷素营养。
本发明的优点：1、合理的硅、磷配比能够提高肥料的利用效率，增强土壤肥力，提高作物产量，增强作物抗逆性。2、能最大限度地发挥硅、磷各自对土壤重金属钝化和抑制作物吸收重金属的作用，有效降低土壤中重金属的生物有效性，阻止重金属向植物体内和地上部分的迁移，降低作物重金属含量。3.该方法适用于现场操作，在短期内可降低镉污染程度，治理费用较低。
具体实施方式：
以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
实施例1：
本实施例中的土壤为受多年镉污染的菜园土，镉含量为8.2mg/kg。在施入钝化剂前，每亩施入26kg尿素，37kg硝酸钾作基肥。
播种前，将硅酸钠（Na2SiO3·9H2O）或硅酸钾（K2O·nSiO2·H2O，SiO2含量为48%～54%），与磷酸二氢钾按每亩10kg硅与10kg磷的施加量溶解于水中配成混合液再均匀施加到土壤中。其后播种牧草籽粒苋和叶菜红苋，进行常规管理。
以不施加任何添加剂，直接在土壤中播种牧草籽粒苋和叶菜红苋的作为对照。
并将硅酸钠按每亩20kg硅的量、硅酸钾按每亩20kg硅的量、磷酸二氢钾按每亩20kg磷的量分别配成溶液单独施加于土壤中作对比。
实施本实施例后，与对照组相比，硅酸钠与磷酸二氢钾组合施加使籽粒苋增产16%（表1），籽粒苋根、茎、叶的镉含量分别降低了55%、60%和71%。红苋根、茎、叶的镉含量分别降低了50%、70%和64%（表2）。
硅酸钾与磷酸二氢钾组合施加，籽粒苋和红苋的产量分别提高了62%和31%（表1），而地上部镉含量也分别降低了45%和44%（表2）。
与对照相比，单独施加硅酸钠使籽粒苋产量降低了67%，红苋产量降低了63%（表1）。单独施加硅酸钠使籽粒苋根、茎、叶镉含量分别降低了60%、59%和76%，红苋根、茎、叶镉含量分别降低了43%、55%和71%（表2）。
与对照相比，单独施加硅酸钾使籽粒苋产量增加了28%，但红苋产量降低了32%（表1）。单独施加硅酸钾使籽粒苋地上部镉含量降低了32%，但使红苋地上部的镉含量提高了12%（表2）。
与对照相比，单独施加磷酸二氢钾使红苋产量增加了46%，但对籽粒苋并没有增产效应（表1）。单独施加磷酸二氢钾使籽粒苋和红苋地上部镉含量分别降低了32%和38%（表2）。
虽然一些研究表明，施硅能对土壤镉的毒害有一定的抑制作用。但我们的研究发现，虽然硅酸钠能使作物体内的镉含量降幅达50%以上，但要达到这个钝化效果，需要较高的施加量，并且对某些作物的生长产生明显的抑制作用。对比发现，硅酸钠与磷酸二氢钾组合，克服了单独施加硅酸钠对作物生长的抑制作用，并且取得了最优的钝化效果。硅酸钾与磷酸二氢钾组合，不但提高了作物产量，并有效降低了作物地上部分镉含量，其效果分别优于硅酸钾或磷酸二氢钾单独作为添加剂施加时的效果，出现了增效效应，并且其对不同作物的增产和降低镉吸收的效果具有较好的稳定性。
表1：实施例1各处理下作物产量（kg/亩，干重）
CK为对照组，NaSi为硅酸钠单独添加处理，KSi为硅酸钾单独添加处理，PDP为磷酸二氢钾单独添加处理，NaSi+PDP为硅酸钠与磷酸二氢钾组合添加处理，KSi+PDP为硅酸钾与磷酸二氢钾组合添加处理组；表格中的数字为4个重复的平均值，数字后相同的字母代表通过LSD检验在同一列中没有显著差异（P=0.05）
表2：实施例1各处理下作物镉含量（mg/kg，干重）
CK为对照组，NaSi为硅酸钠单独添加处理，KSi为硅酸钾单独添加处理，PDP为磷酸二氢钾单独添加处理，NaSi+PDP为硅酸钠与磷酸二氢钾组合添加处理，KSi+PDP为硅酸钾与磷酸二氢钾组合添加处理组；表格中的数字为4个重复的平均值，数字后相同的字母代表通过LSD检验在同一列中没有显著差异（P=0.05）
实施例2
通过实施例1，选取钝化效果最好的硅酸钠和磷酸二氢钾组合进行进一步试验。本实施例中的土壤为受多年镉污染的菜园土，镉含量为6.1mg/kg。在施入钝化剂前，每亩施入26kg尿素，37kg硝酸钾作基肥。
播种前，将硅酸钠与磷酸二氢钾按每亩9kg硅与10kg磷（Si1+P1）、9kg硅与20kg磷（Si1+P2）、17kg硅与10kg磷（Si2+P1）、17kg硅与20kg磷（Si2+P2）的施加量分别进行组合后溶于水中配成混合液再均匀施加到土壤中，然后播种籽粒苋，进行常规管理。
以不施加任何添加剂，直接在土壤中播种牧草籽粒苋的作为对照。
结果发现，施加Si1+P1后，与对照相比，籽粒苋增产了52%，而根、茎、叶镉含量分别下降了49%、35%和43%（表3）。
施加Si1+P2后，籽粒苋增产了84%，而根、茎、叶镉含量分别比对照下降了43%、43%和42%（表3）。
施加Si2+P1后，籽粒苋增产了62%，而根、茎、叶镉含量分别比对照降低了66%、50%和48%（表3）。
施加Si2+P2后，籽粒苋增产了68%，而根、茎、叶镉含量与对照相比分别下降了61%、36%和46%（表3）。
表3：实施例2各处理下籽粒苋产量和镉含量
表格中的数字为4个重复的平均值，数字后相同的字母代表通过LSD检验在同一列中没有显著差异（P=0.05）
实施例3
为试验本改良剂的最佳施加方法，特选取按每亩9kg硅与10kg磷的施加浓度，将硅酸钠与磷酸二氢钾分别配成水溶液，先往镉污染土中施加磷酸二氢钾溶液，待其与土壤充分作用后再施加硅酸钠溶液。其后播种籽粒苋，进行常规管理。本实施例中的土壤和施基肥方案与实施例2相同。
以不施加任何添加剂，直接在土壤中播种牧草籽粒苋的作为对照。
按照本实施例实施后，籽粒苋的产量得到大幅提高，与对照相比，籽粒苋产量增加了1.18倍，根、茎、叶中的Cd含量也从对照的80、21和93mg/kg降为19、9和31mg/kg，分别下降了76%、57%和67%。
Claims (3)
1.一种降低牧草和蔬菜中镉含量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
在常规施肥的基础上，将硅酸钠或硅酸钾按每亩9～17kg硅的施加量，磷酸二氢钾按每亩10～20kg磷的施加量，将两者施入镉污染土壤中，再播种牧草或/和蔬菜，然后进行常规管理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的将硅酸钠或硅酸钾按每亩9～17kg硅的量，磷酸二氢钾按每亩10～20kg磷的量施入镉污染土壤中，是将硅酸钠或硅酸钾，与磷酸二氢钾用水溶解配成混合液后施入镉污染土壤中，或将硅酸钠或硅酸钾，与磷酸二氢钾分别配成水溶液先后施入镉污染土壤中。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在常规施肥的基础上，将硅酸钠与磷酸二氢钾按每亩9kg硅与10kg磷的施加量分别配成水溶液，先在镉污染土壤中施加磷酸二氢钾溶液使其与土壤充分作用，然后施加硅酸钠溶液。
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