CN105385452B - 一种用于降低农作物镉污染的修复药剂及使用方法 - Google Patents

一种用于降低农作物镉污染的修复药剂及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于降低农作物镉污染的修复药剂及使用方法；所述修复药剂包含以下原料：天然表面活性剂5‑45重量份，氧化剂4‑15重量份，硅酸盐矿物材料10‑60重量份。本发明的修复药剂一方面通过灌溉等农事活动，被吸附在土壤颗粒表面，从而改变了固液界面性质，削弱了土壤中的镉离子与土壤之间的粘附性，从而促使了重金属离子与土壤脱离，与活性物质生成络合物，减少了作物对重金属的吸收，另一方面修复药剂与重金属污染土壤中不稳定的镉发生反应，以不溶性镉盐沉淀稳定化，从而显著降低了种植农作物中的镉含量，达到安全农产品质量要求。

Description

一种用于降低农作物镉污染的修复药剂及使用方法
技术领域
本发明涉及农产品质量安全领域，特别是涉及一种用于降低农作物重金属镉污染的修复药剂及使用方法。
背景技术
20世纪初发现镉以来，镉的产量逐年增加。污染源主要是铅锌矿，以及有色金属冶炼、电镀和用镉化合物做原料或触媒的工厂，相当数量的镉通过废气、废水、废渣排入环境，造成污染。目前，全世界范围内镉污染现象已经普遍存在。进入人体的镉，除引起骨质疏松、骨骼萎缩、关节疼痛的“痛痛病”外，主要累积在肝、肾、胰腺、甲状腺和骨骼中。使肾脏器官等发生病变，并影响人的正常活动。造成贫血、高血压、神经痛、骨质松软、肾炎和分泌失调等病症。所以，农产品镉污染的修复受到越来越多的关注与重视。目前，镉污染的修复技术主要包括以下几种：
1、工程修复法：工程修复法主要有客土法、换土法和翻土法。客土法是向污染土壤内加入大量的干净土壤，覆盖在表层或混匀，使污染物浓度降低；换土法就是把污染土壤取走，换入新的干净土壤；翻土法是采用深耕的方式使狙击在表层的污染物分散到深层，达到稀释和自处理的目的。其中，客土法和换土法主要用于重度污染的土壤，而翻土法主要用于轻度污染的土壤。工程措施法治理重金属污染土壤具有彻底、稳定的特点，但其工程量大、投资费用高、破坏土体结构、引起土壤肥力下降。
2、物理化学修复法：物理化学修复法主要有土壤淋洗法、玻璃化法和电化学法等。土壤淋洗法利用淋洗剂淋洗污染土壤，使土壤固相中的重金属转移到液相中，降低污染物的毒性；玻璃化法是在现场使用电加热，将污染土壤熔化，冷却后形成化学惰性的、非扩散的坚硬玻璃体技术；电化学法是利用外加电场所产生的动电效应驱动土壤中的污染物沿电场方向定向迁移，富集的污染物可在电极区得到集中处理和分离。但这种方法存在的不足之处：修复成本高昂、能耗大、甚至存在二次污染。
3、植物修复法：植物修复法师利用种植某种植物来净化受镉污染的土壤和水体。植物修复法按其修复的机理和过程可分为植物萃取、植物固定、植物挥发、根系过滤、植物降解。其中，植物萃取是指利用植物根系吸收土壤污染物并运送至植物地上部分，通过收割地上部分物质而达到去除土壤中污染物的一种方法。不足之处在于：治理周期长，后期植物手机、处理工艺复杂，维护管理周期长。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，避开对土壤镉的处理，控制农作物对镉的吸收，降低农产品中镉的含量。本发明提供一种取材天然、原料广泛、制备简单、操作使用方便、效率高、治理效果好的用于降低农作物镉污染的修复药剂及使用方法。
本发明的修复药剂一方面通过灌溉等农事活动，被吸附在土壤颗粒表面，从而改变了固液界面性质，削弱了土壤中的镉离子与土壤之间的粘附性，从而促使了重金属离子与土壤脱离，与活性物质生成络合物，减少了作物对重金属的吸收，另一方面修复药剂与重金属污染土壤中不稳定的镉发生反应，以不溶性镉盐沉淀稳定化，从而显著降低了种植农作物中的镉含量，达到安全农产品质量要求。
本发明的技术方案如下所示。
1.一种用于降低农作物镉污染的修复药剂，其特征在于：所述修复药剂包含以下原料，其重量份数为：
天然表面活性剂为5-45重量份，优选10-40重量份，更优选20-30重量份；
氧化剂为4-15重量份，优选5-15重量份，更优选6-10重量份；
硅酸盐矿物材料为10-60重量份，优选15-55重量份，更优选20-40重量份。
2.根据第1项所述的修复药剂，其特征在于：所述氧化剂为选自次氯酸盐(例如次氯酸钠)、高氯酸盐(例如高氯酸钾)、过硫酸盐(例如过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾)、高锰酸钾中的一种或多种。
3.根据第1或2项所述的修复药剂，其特征在于：所述天然表面活性剂为柠檬酸、茶皂素、皂角苷、烷基多苷、葡萄糖酰胺中的任意一种或多种。
4.根据第1-3项中任一项所述的修复药剂，其特征在于：硅酸盐矿物材料选自蛭石、沸石、活性火山灰，硅藻土、高岭土、凹凸棒土、蒙脱土中的一种或多种。
5.一种用于降低农作物镉污染的修复药剂的制备方法，其特征在于：将上述重量份数的硅酸盐矿物、氧化剂粉碎，然后与液体的天然表面活性剂混合均匀。
6.根据以上第5项所述的制备方法，其特征在于，将硅酸盐矿物、氧化剂粉碎至50-300目，优选200目。
7.根据以上第5或6项所述的制备方法，其特征在于，将5-45重量份，优选10-40重量份，更优选20-30重量份的天然表面活性剂与适量的水配制成10-70重量％的水溶液。
8.使用以上1-4项中任何一项所述的修复药剂或通过第5-7项中任一项所述的制备方法获得的修复药剂用于处理土壤镉处理的使用方法，该方法包括：
(A)检测待处理污染土壤上种植的农作物产品镉含量，检测待处理土壤中镉含量；
(B)根据上述检测结果，按镉污染土壤：修复药剂＝10～50:1的质量比添加修复药剂(每亩地施用大约60-150kg，优选约80-120kg，更优选约90-100kg)，将修复药剂均匀地铺撒在待处理土壤的表面；
(C)采用翻耕搅拌的方式将待处理土壤连同其上铺撒的修复药剂均匀搅拌混合(例如1-5次，优选至少3次)，形成混合土壤；通过加水方式，保持混合土壤的含水量不低于70％(例如70-90％)；
(D)任选地在混合土壤上覆盖保湿材料，养护时间至少5天(例如5-60天，优选10-30天)，让混合土壤中的修复药剂与重金属污染土壤中不稳定的镉发生反应，以使得不溶性盐沉淀稳定化；保湿材料为稻草，麻袋等；若水稻田含水量大于90％时，可以不用进行保湿材料的覆盖。
采样检测混合土壤中镉的含量，检测混合土壤上栽种农产品镉的含量；为使农产品检测镉含量达到安全农产品质量要求，对镉含量大的土壤需适当延长养护时间。检测方法为公知的现有技术。
不受任何理论的制约，据认为，本发明的修复药剂通过与土壤中的镉污染物反应，使其沉淀稳定化，从而不被栽种的农作物吸收，使得农作物的镉含量显著降低，获得了良好的处理效果。
具体实施方式
以下通过具体实施例来说明本发明的实施方式，然而这些具体实施例仅用于说明的目的，不构成对本发明的任何限制。本申请中，％按重量计，除非另有规定。
实施例1：
将原料柠檬酸、茶皂素、过硫酸铵和沸石按照质量百分比称重，比例为柠檬酸：茶皂素：过硫酸铵：沸石＝10：25：5：60，加水将柠檬酸和茶皂素配制为60质量％混合液，过硫酸铵和沸石制成粒度200目的物料。将各物质混合均匀，即得到所述的修复药剂。
试验地点：湖南长沙县某水稻种植区
(1)采用《食品安全国家标准食品中镉的测定》(GB 5009.15-2014)中规定的镉检测方法测定了该地区种植的水稻中镉的含量为0.55mg/kg，采用《土壤环境质量标准》(GB15618—2008)中规定的重金属检测方法测定了土壤样品中的镉含量，其最大检测含量为2.94mg/kg。
(2)采用翻耕搅拌的方式将修复药剂按60kg/亩的量，连同基肥与土壤混合均匀，4次翻耕搅拌，形成混合土壤；保持混合土壤的含水量不低于90％。
(3)混合土壤在移栽秧苗前，保湿养护7天，保持混合土壤的含水量不低于90％；养护7天后移栽秧苗，栽培管理同其他水稻。在水稻孕穗期，连同追肥，按30kg/亩，将修复剂均匀撒施；两次共使用修复药剂90kg/亩。
(4)在稻谷成熟后，对稻谷和土壤采样检测：处理后栽种的稻谷镉最大含量为0.081mg/kg，远低于《食品中污染物限量》(GB2762-2012)中对大米中镉含量的限量要求0.2mg/kg；土壤镉最大含量为0.23mg/kg。
实施例2
修复药剂制备同实施例1，只是采用35重量份柠檬酸代替10重量份柠檬酸和25重量份茶皂素。同样在湖南长沙县该水稻种植区进行试验，结果，在稻谷成熟后，对稻谷和土壤采样检测：处理后栽种的稻谷镉最大含量为0.091mg/kg。
实施例3
修复药剂制备同实施例1，只是采用35重量份茶皂素代替10重量份柠檬酸和25重量份茶皂素。同样在湖南长沙县该水稻种植区进行试验，结果，在稻谷成熟后，对稻谷和土壤采样检测：处理后栽种的稻谷镉最大含量为0.095mg/kg。
实施例4
修复药剂制备同实施例1，只是采用35重量份皂角苷代替10重量份柠檬酸和25重量份茶皂素。同样在湖南长沙县该水稻种植区进行试验，结果，在稻谷成熟后，对稻谷和土壤采样检测：处理后栽种的稻谷镉最大含量为0.12mg/kg。
实施例5
将原料柠檬酸、皂角苷、茶皂素、过硫酸铵和蛭石、沸石按照质量百分比称重，比例为柠檬酸：皂角苷：茶皂素：高锰酸钾：蛭石：沸石＝5：15：10：5：20：45，加水将柠檬酸、皂角苷和茶皂素配制为60质量％混合液，蛭石、过硫酸铵和沸石制成粒度不200目的物料。将各物质混合均匀，即得到所述的修复药剂。
试验地点：湖南衡阳市石鼓区某蔬菜种植地
(1)采用《食品安全国家标准食品中镉的测定》(GB 5009.15-2014)中规定的镉检测方法测定了该地区种植的辣椒中镉的含量为0.28mg/kg，采用《土壤环境质量标准》(GB15618—2008)中规定的重金属检测方法测定了土壤样品中的镉含量，其最大检测含量为1.96mg/kg。
(2)采用翻耕搅拌的方式将修复药剂以60kg/亩的量，连同基肥与土壤混合均匀，4次翻耕搅拌，形成混合土壤；保持混合土壤的含水量不低于70％。
(3)混合土壤在移栽辣椒苗前，保湿养护7天，保持混合土壤的含水量不低于70％，并在混合土壤上覆盖稻草或地膜保湿。
(4)养护7天后移栽辣椒苗，栽培管理同其他辣椒地。在辣椒挂果初期，连同追肥，按30kg/亩，将修复剂与肥料均匀混合，施于辣椒树周围；两次共使用修复药剂90kg/亩。
(5)在辣椒果实成熟后，对辣椒果实和土壤采样检测：处理后栽种的辣椒镉最大含量为0.035mg/kg，远低于《食品中污染物限量》(GB2762-2012)中对新鲜蔬菜中镉含量的限量要求0.1mg/kg；土壤镉最大含量为0.19mg/kg。
实施例6
将原料柠檬酸、皂角苷、茶皂素、过硫酸铵和蛭石、沸石按照质量百分比称重，比例为柠檬酸：皂角苷：茶皂素：高锰酸钾：蛭石：沸石＝5：15：10：5：20：45，加水将柠檬酸、皂角苷和茶皂素配制为60质量％混合液，蛭石、过硫酸铵和沸石制成粒度不200目的物料。将各物质混合均匀，即得到所述的修复药剂。
试验地点：湖南衡阳市石鼓区某蔬菜种植地
(1)采用《食品安全国家标准食品中镉的测定》(GB 5009.15-2014)中规定的镉检测方法测定了该地区种植的白菜中镉的含量为0.27mg/kg，采用《土壤环境质量标准》(GB15618—2008)中规定的重金属检测方法测定了土壤样品中的镉含量，其最大检测含量为1.96mg/kg。
(2)采用翻耕搅拌的方式将修复药剂以60kg/亩的量，连同基肥与土壤混合均匀，4次翻耕搅拌，形成混合土壤；保持混合土壤的含水量不低于70％。
(3)混合土壤在移栽白菜苗前，保湿养护10天，保持混合土壤的含水量不低于70％，并在混合土壤上覆盖稻草或地膜保湿。
(4)养护10天后移栽白菜苗，栽培管理同其他白菜地。在白菜苗生长15天时，连同追肥，按30kg/亩，将修复剂与肥料均匀混合，施于白菜苗周围；两次共使用修复药剂90kg/亩。
(5)在白菜收获后，对白菜和土壤采样检测：处理后栽种的白菜镉最大含量为0.032mg/kg，远低于《食品中污染物限量》(GB2762-2012)中对新鲜叶类蔬菜中镉含量的限量要求0.2mg/kg；土壤镉最大含量为0.19mg/kg。
以上说明了本发明的优选实施方式，然而，本领域技术人员清楚，在不偏离本发明主旨和范围的情况下，可以对本发明做出许多修饰或调整，这些修饰或调整也意图纳入本发明权利要求保护范围内。

Claims (11)

1.一种用于降低农作物镉污染的修复药剂，其特征在于：所述修复药剂包含以下重量份数的原料：
(A)柠檬酸、茶皂素和皂角苷中的一种或多种5-45重量份；
(B)氧化剂4-15重量份；
(C)硅酸盐矿物材料10-60重量份。
2.根据权利要求1所述的修复药剂，其特征在于：所述修复药剂包含以下原料：
(A)柠檬酸、茶皂素和皂角苷中的一种或多种10-40重量份；
(B)氧化剂5-15重量份；
(C)硅酸盐矿物材料15-55重量份。
3.根据权利要求1所述的修复药剂，其特征在于：所述修复药剂包含以下原料：
(A)柠檬酸、茶皂素和皂角苷中的一种或多种20-30重量份；
(B)氧化剂6-10重量份；
(C)硅酸盐矿物材料20-40重量份。
4.根据权利要求1所述的修复药剂，其特征在于：所述氧化剂为选自次氯酸盐、高氯酸盐、过硫酸盐、高锰酸钾中的一种或多种。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的修复药剂，其特征在于：所述组分(A)为柠檬酸和茶皂素，或者柠檬酸、茶皂素和皂角苷。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的修复药剂，其特征在于：硅酸盐矿物材料选自蛭石、沸石、活性火山灰，硅藻土、高岭土、凹凸棒土、蒙脱土中的一种或多种。
7.权利要求1-6中任一项所述的用于降低农作物镉污染的修复药剂的制备方法，其特征在于：将上述重量份数的硅酸盐矿物、氧化剂粉碎，然后与液体的柠檬酸、茶皂素和皂角苷中的一种或多种混合均匀。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，将硅酸盐矿物、氧化剂粉碎至50-300目。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，将5-45重量份的柠檬酸、茶皂素和皂角苷中的一种或多种与适量的水配制成10-70重量％的水溶液。
10.使用权利要求1-6中任何一项所述的修复药剂或通过权利要求7-9中任一项所述的制备方法获得的修复药剂用于处理土壤镉处理的使用方法，该方法包括：
(A)检测待处理污染土壤上种植的农作物产品镉含量，检测待处理土壤中镉含量；
(B)根据上述检测结果，按镉污染土壤：修复药剂＝10～50:1的质量比添加修复药剂，将修复药剂均匀地铺撒在待处理土壤的表面；
(C)采用翻耕搅拌的方式将待处理土壤连同其上铺撒的修复药剂均匀搅拌混合，形成混合土壤；通过加水方式，保持混合土壤的含水量不低于70％；
(D)任选地在混合土壤上覆盖保湿材料，养护时间至少5天，让混合土壤中的修复药剂与重金属污染土壤中不稳定的镉发生反应，以使不溶性盐沉淀稳定化。
11.根据权利要求10所述的使用方法，其特征在于：所述保湿材料为稻草或麻袋。
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