CN104550219A - 一种粉垄暗沟系统设置修复被污染土壤方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种粉垄暗沟系统设置修复被污染土壤方法，通过粉垄耕作时，利用粉垄机械螺旋钻头一字排列，中间一根（或2根）钻头加长，在粉垄耕作过程中耕作松土层下的犁底层层面上形成凹状条沟；在粉垄过程中清沟，在沟内摆放一定厚度（如2-3厘米）的杂草或树枝条，在一块田（地）的四周，再采用人工挖沟，设置排水排污口，形成耕作松土层以下的一个排污网络系统，以利于排污；被重金属和残留的化肥、农药等污染的土壤，通过天然降水或人工灌溉的浸透淋洗，随水分下沉到粉垄土壤松土层底部与犁底层交界处，再由此层面下沉到凹状条沟中，通过粉垄耕作形成的排污网络系统排除污染物，达到减污修复土地的目的。
Description
技术领域
本发明涉及土壤修复领域，具体为一种粉垄暗沟系统修复被污染土壤方法。
背景技术
随着我国工业和城市化的不断发展、工业和生活废水排放、污水灌溉和过度使用化肥农药等造成的土壤重金属污染问题也日益严重。土壤重金属污染来源有金属矿山开采冶炼、化学工业生产、重金属农药、污水灌溉和化肥施用以及高地质背景值等，其中有色金属矿业采选和冶炼所排放的含重金属废气沉降、废水灌溉，以及废渣等固体废料溶蚀扩散进入土壤等是重金属污染的主要途径。中国工程院院士罗锡文表示，我国受镉、砷、汞、铜、铅、锌等重金属污染的耕地约有3亿亩，占总耕地面积的1/6。国土资源部曾公开表示，我国每年因重金属污染的粮食达1200万吨，造成的直接经济损失超过200亿元，而这些粮食足以每年多养活4000多万人口。土壤重金属污染已成为土壤污染中倍受关注的公共问题之一。
农田环境污染造成土壤微生物区系失调，耕地土壤生态功能变差，土壤对干旱、重金属污染、养分缺乏等胁迫因子的缓冲作用下降。重金属在土壤中很难被微生物分解，因而会在土壤中不断积累，不仅能够引起土壤的组成、结构和功能的变化，还能够抑制作物根系生长和光合作用、致使作物减产甚至绝收，更为重要的是，可被植物和其他生物吸收、富集，进而通过食物链在人、畜体内蓄积，直接影响植物、动物甚至人类健康。2009年到2012年，中国已有30多起重特大重金属污染事件，如镉米、砷米等。
据了解，国内外常采用的重金属污染土壤的治理和修复方法有化学钝化技术、土壤淋洗技术等化学修复技术，以及微生物修复技术和植物修复技术等。即使采用成本较低的植物修复法，其修复资金也将达到6万亿元。据中国农业科学院农业资源区划所研究员徐明岗介绍：“从农业生产的角度看，种植不进入食物链的植物吸附重金属后集中处理，或增施能够钝化重金属的有机肥、土壤改良剂等措施比较符合现阶段我国农业发展水平，且易于为广大农民掌握和接受。”但种植不进入食物链的植物最然可行，但与经济效益最大化的现代化耕种模式不相匹配，短时间内难以实现；增施钝化重金属的有机肥及土壤改良剂成本较高，且需每季作物连续使用才有较好的效果，这对于目前中国农业的发展程度还不足以达到此需求。如何利用常规土地管理模式来修复被污染土壤，不需增加额外成本，且能保产保收，对于我国被污染土壤领域有着重要意义。
韦本辉研究员在耕作模式方面做了大量研究，他提出土壤、水分、光能等自然资源增量利用的“粉垄增量效应理论”和“以根为本”、“营养均衡供应”、“根深御旱寒强后劲”等作物高效栽培新理论，主持粉垄农耕新方法研究，自主发明粉垄农耕新方法，在辽宁、甘肃、湖南等8个省在13种作物上应用比传统耕作增产10-30%，被院士等专家鉴定为省级成果并认定为原创性。同时，他还发现合理利用粉垄操作并进行改进对于修复被污染土壤也有良好的效果，其发明的多项专利证明粉垄可以更好的提高土壤中微生物的数量及土壤含氧量，且利于保水保墒，增产增收等。目前利用耕作方式来修复被污染土壤的介绍较少，授权公开号CN103071669B的发明专利：用禾本科植物富集修复土壤重金属污染的方法，其特点包括如下步骤：a）土壤重金属含量的事先检测 ：b）土地的耕作：c）禾本科植物的选择及种植 ：d）沟槽的回填及拔除幼穗：e）重金属含量的过程检测：f）植物茎的回收 ：g）重金属含量的最终检测。本发明以增高对禾本科植物植株茎节的埋藏高度，提高植物的根量，以增强植物对土壤重金属污染的吸收和富集能力，具有成本低廉、安全可靠且修复土壤重金属污染效果显著的优点。其需预先种植禾本科植物，修复周期较长，同时，根据不同土壤污染源，如重金属，农药，有毒化学品等还需分门别类制定种植作物种类，较难推广应用，不符合中国现代农业发展的基本国情。
发明内容
本发明的目的是针对目前被污染土壤修复技术的不足，提出一种粉垄暗沟系统设置来修复被污染土壤的方法，利用强降雨和灌溉等对土壤中的污染物的渗透、流动原理，将土壤污染物得以减排的原理，使用本发明技术可以实现低成本、方便、高效、安全的土壤修复模式。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的粉垄暗沟系统设置修复被污染土壤方法，具体步骤如下：
（1）在被重金属和化肥、农药过量施用污染的耕地，在干田条件下，利用粉垄机进行粉垄耕作，并在耕作松土层层面上形成凹状条沟；所述粉垄机的螺旋钻头一字排列中间安装有加长型钻头；所述加长型钻头在粉垄机械螺旋钻头排列中间，安装数量为1-2根，长度在20cm以上（其长度比其他螺旋型钻头增长10-25cm）；并在加长型钻头的相应后位加设清沟方铲。
（2）粉垄一次性耕作后，在耕作松土层层面上自然形成的凹状条沟内，摆放2-3cm长杂草或树枝条，再采取人工或者小型机械回土，平整田面。
（3）在田（地）的四周采用人工或小型机械挖沟，沟底同样摆放厚度为2-3cm的杂草或树枝条，回土，形成耕作松土层以下的一个排污网络系统，并在沟底部设置排水排污口，以利于排污。
（4）为便于天然降水和人工灌水的浸透淋洗，实行干湿交替的水分管理。
（5）利用上述粉垄耕作和设置的排污网络系统及土壤微生物的分解吸附作用，经过作物生长一个周期，或在免耕条件下经两到三年的水淋排污作用，即可达到减污修复土的目的。
所述粉垄操作的耕作深度为30-50cm（凹下部分未计）。
所述步骤（4）干湿交替的水分管理方法为：
在下雨或灌溉时，保持水层在3cm以上，待水分自然落干至土壤水分含量15-20%，再次灌水至水层3cm以上，再次自然落干，按此进行水分交替管理，使土壤中的重金属或残留的化肥农药成分，随水分下沉到粉垄土壤松土层底部与犁底层交界处，再由此层面下沉到凹状条沟中。
所述粉垄机可以安装料槽、自动排放设备、回土设备，粉垄、挖沟、在沟底摆放杂草或树枝条、回土操作可由自动化粉垄机一次性完成。自动化粉垄机还可以安装自动施肥、自动喷药装置，以实现自动化操作，减少重复的的劳动力操作。
本发明的有益效果是：
（1）本发明技术粉垄耕作后，由于耕作层土壤结构改善、土质疏松，土壤氧气含量增加，有利于土壤微生物代谢活动旺盛，而增加微生物对重金属、有机污染物等的吸着和转化；利用上述粉垄耕作和设置的排污网络系统及微生物的分解吸附作用，经过作物生长一个周期，或在免耕条件下经两到三年的水淋排污作用，可达到减污修复土的目的。
（2）高效、方便、低成本、安全。传统的重金属、化学、农药等污染土壤后，通常采用土壤改良剂等物质来改良土壤，不仅成本高、周期长，且改良作用并不显著，这是因为，一般重污染土壤地区是受到常年连续污染造成的，要想彻底解决问题，还需解决上游污染问题，单纯土壤改良添加剂的使用虽可以改善指标，但难以治本；本发明是通过改进传统的耕作模式来修复被污染土壤，在作物种植前按照本发明的耕作技术进行即可，更高效、方便、安全，且不需再额外投入大量劳动力成本，相对于传统修复土壤模式更廉价、低成本。
具体实施方式
实施例1 粉垄暗沟系统设置修复被污染土壤方法
发明人在南宁市武鸣里建镇实施本发明技术，里建镇周边工业企业较多，有啤酒厂、造纸厂、农药化工厂等，发明人对其周边一处10余亩的荒地进行土壤成分检测，发现土壤中含有重金属镉、铅和多种农药成分，见表1。
表1 被污染土壤成分检测结果
注：其它包括：杀扑磷、灭多威、三唑酮、马拉硫磷、联苯菊酯。
针对以上情况，发明人根据本发明技术对被污染土壤进行改造，具体步骤如下：
（1）针对该田块，在干田条件下，利用粉垄机进行粉垄耕作，粉垄深度为30-50cm（凹下部分未计），并在耕作松土层层面上形成凹状条沟；所述粉垄机的螺旋钻头一字排列中间安装有加长型钻头；所述加长型钻头在粉垄机械螺旋钻头排列中间，安装数量为2根，长度比其他螺旋型钻头增长20cm；并在加长型钻头的相应后位加设清沟方铲。
（2）粉垄一次性耕作后，在耕作松土层层面上自然形成的凹状条沟内，摆放2-3cm长杂草或树枝条，再采取人工或者小型机械回土，平整田面。
（3）在田（地）的四周采用人工或小型机械挖沟，沟底同样摆放厚度为2-3cm的杂草或树枝条，回土，形成耕作松土层以下的一个排污网络系统，并在沟底部设置排水排污口，以利于排污。
（4）为便于天然降水和人工灌水的浸透淋洗，实行干湿交替的水分管理；方法为：在下雨或灌溉时，保持水层在3cm以上，待水分自然落干至土壤水分含量15-20%，再次灌水至水层3cm以上，再次自然落干，按此进行水分交替管理，使土壤中的重金属或残留的化肥农药成分，随水分下沉到粉垄土壤松土层底部与犁底层交界处，再由此层面下沉到凹状条沟中。
（5）利用上述粉垄耕作和设置的排污网络系统及土壤微生物的分解吸附作用，在改造过的田块种植甘蔗，品种为新台糖22号，于2012年2月19日定植。
经过一个生长周期后，再次测定土壤中重金属和农药的残留量，同时对2013、2014年甘蔗产量进行测定，土壤中重金属和农药残留也进行动态检测。
表2 甘蔗产量及被污染土壤指标变化
注：重金属和农药成分含量为mg/kg。
可以看出，通过本发明技术的实施，使原来重金属和农药严重污染的地块恢复正常，甘蔗产量逐年升高，在2014年份宿根蔗产量达到4.9吨，与正常田块产量几乎相当，同时，土壤中的重金属和农药含量大大降低到正常标准。
实施例2 粉垄暗沟系统设置修复被污染土壤方法2
发明人除对以上田块进行种植甘蔗进行修复外，还进行了免耕条件下经两到三年的水淋排污作用修复过程，具体步骤如下：
（1）针对该田块，在干田条件下，利用粉垄机进行粉垄耕作，粉垄深度为30-50cm（凹下部分未计），并在耕作松土层层面上形成凹状条沟；所述粉垄机的螺旋钻头一字排列中间安装有加长型钻头；所述加长型钻头在粉垄机械螺旋钻头排列中间，安装数量为1根，长度比其他螺旋型钻头增长15cm；并在加长型钻头的相应后位加设清沟方铲。
（2）粉垄一次性耕作后，在耕作松土层层面上自然形成的凹状条沟内，摆放厚度为2-3cm杂草或树枝条，再采取人工或者小型机械回土，平整田面。
（3）在田（地）的四周采用人工或小型机械挖沟，沟底同样摆放厚度为2-3cm的杂草或树枝条，回土，形成耕作松土层以下的一个排污网络系统，并在沟底部设置排水排污口，以利于排污。
（4）为便于天然降水和人工灌水的浸透淋洗，实行干湿交替的水分管理；方法为：在下雨或灌溉时，保持水层在3cm以上，待水分自然落干至土壤水分含量15-20%，再次灌水至水层3cm以上，再次自然落干，按此进行水分交替管理，使土壤中的重金属或残留的化肥农药成分，随水分下沉到粉垄土壤松土层底部与犁底层交界处，再由此层面下沉到凹状条沟中。
（5）利用上述粉垄耕作和设置的排污网络系统及土壤微生物的分解吸附作用，对改造田块实施免耕条件下经两到三年的水淋排污作用处理。经过检测，土壤重金属和农药污染同样得到良好修复。
表3 土壤重金属和农药成分检测结果
Claims (6)
1.一种粉垄暗沟系统设置修复被污染土壤方法，其特征在于：具体步骤如下：
（1）对被重金属和化肥、农药过量施用残留污染的耕地，在干田条件下，利用粉垄机进行粉垄耕作，并在耕作松土层下的犁底层层面上形成凹状条沟；所述粉垄机的螺旋钻头一字排列中间安装有加长型钻头；
（2）粉垄一次性耕作后，在耕作松土层层面上自然形成的凹状条沟内，摆放杂草或树枝条，再采取人工或者小型机械回土，平整田面，种植作物；
（3）在田或地的四周采用人工或小型机械挖沟，沟底同样摆放杂草或树枝条，回土，形成耕作松土层以下的一个排污网络系统，并在沟底部设置排水排污口，以利于排污；
（4）为便于天然降水和人工灌水的浸透淋洗，实行干湿交替的水分管理；
（5）利用上述粉垄耕作和设置的排污网络系统及土壤微生物的分解吸附作用，经过作物生长一个周期，或在免耕条件下经两到三年的水淋排污作用，即可达到减污修复土地的目的。
2.根据权利要求1所述的粉垄暗沟系统设置修复被污染土壤方法，其特征在于：所述加长型钻头在粉垄机械螺旋钻头排列中间，安装数量为1-2根，长度在20cm以上；并在加长型钻头的相应后位加设清沟方铲。
3.根据权利要求1所述的粉垄暗沟系统设置修复被污染土壤方法，其特征在于：所述粉垄操作的耕作深度为30-50cm，凹下部分未计。
4.根据权利要求1所述的粉垄暗沟系统设置修复被污染土壤方法，其特征在于：步骤（2）和步骤（3）中使用的杂草或树枝条厚度为2-3cm。
5.根据权利要求1所述的粉垄暗沟系统设置修复被污染土壤方法，其特征在于：所述步骤（4）干湿交替的水分管理方法为：
在下雨或灌溉时，保持水层在3cm以上，待水分自然落干至土壤水分含量15-20%，再次灌水至水层3cm以上，再次自然落干，按此进行水分交替管理，使土壤中的重金属或残留的化肥农药成分，随水分下沉到粉垄土壤松土层底部与犁底层交界处，再由此层面下沉到凹状条沟中。
6.根据权利要求1所述的粉垄暗沟系统设置修复被污染土壤方法，其特征在于：所述粉垄机可以安装料槽、自动排放设备、回土设备，粉垄、挖沟、在沟底摆放杂草或树枝条、回土操作可由自动化粉垄机一次性完成。
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