CN105874952A - 一种减少弱酸性土壤中重金属在农作物体内积累的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种减少弱酸性土壤中重金属在农作物体内积累的方法，属于重金属污染修复技术领域。本发明采用的技术方案：在农作物种植前，使用碱性物质石灰和粘土矿物钠基蒙脱石改良土壤，对土壤和改良物质进行翻耕混匀，陈化3-5天后添加N、P、K无机肥和牛粪有机肥作为底肥，然后移栽农作物进行种植，在农作物生长的中后期进行叶面追施有机硒肥，以降低重金属的生物有效性、改善土壤的理化性质和增加土壤肥效，从而促进农作物生长、提高农作物产量和品质，实现在中轻度重金属污染农田上安全、持续种植农作物。

Description

一种减少弱酸性土壤中重金属在农作物体内积累的方法

技术领域

本发明属于重金属污染修复技术领域，具体涉及一种减少弱酸性土壤中重金属在农作物体内积累的方法。

背景技术

土壤作为生态系统的组成部分，其重要性已经受到人们广泛关注。但随着大气沉降、农药化肥的不合理使用、污水灌溉等使农田遭受不同程度的重金属污染。据国家农业部对全国土壤污染状况调查结果显示耕地土壤点位超标率到达19.4％，其中轻微、轻度和中度污染点位比例分别为13.7％、2.8％和1.8％，重度污染占1.3％，主要污染物包括Pb、Cd、As等重金属和少量有机物。土壤重金属严重影响农作物的产量和质量，阻断农民的正常经济来源，更为严重的是重金属通过作物进入食物链，对人类健康产生威胁。

随着人们对农田土壤重金属污染危害性认识的提高，大家都在积极探索治理农田土壤重金属的优良方法，目前常见的处理土壤重金属的方法包括：(1)生物修复技术，已经应用于工程的多为植物修复技术，通过种植植物的方式，利用植物对重金属的超富集/富集作用将土壤重金属除去；(2)物理修复技术，常见的为客换土和电动修复技术；(3)化学修复技术，通过化学药剂增加重金属的活性或降低重金属的活性将重金属富集除去或将重金属固定在土壤中；(4)生态措施，通过改变耕作制度和合理施肥等措施降低重金属对农作物的污染风险。但在实际应用中，这些技术都显示其局限性，如植物修复技术，虽然对重度重金属污染有较好的修复效果，但是在修复期间需要完全或者部分停止农业生产活动，影响修复的积极性；物理修复技术对小面积污染土壤有显著效果，但对大面积农田，由于成本很高而难以推广；化学螯合剂能强化植物修复，但因降解性差对土壤存在二次污染风险，固化剂对重金属有较好的固定作用，但固定重金属的同时也降低了土壤中有益物质的活性，使土壤贫瘠；改变耕作制度和合理施肥能很好降低目标农作物的重金属含量，但是仅凭该单一措施，农作物体内重金属含量往往依然会超过安全食用范围。针对农田土壤重金属污染特点，联合两种或两种以上的修复技术是必然选择。

目前，中国人均耕地少、中轻度重金属污染农田土壤面积大，实行“边修复边生产”，实现污染农田资源化利用，是潮流所趋。针对中轻度重金属污染农田，考虑联合化学修复和生态修复措施，通过添加改良剂和肥料等，改善土壤的结构、理化性质，通过吸附、离子交换和元素拮抗降低土壤重金属的活性和迁移性，提高土壤肥力、减少农作物体内重金属的积累量，以实现在中轻度重金属污染农田持续种植安全、高品质农作物。

发明内容

本发明提供一种减少弱酸性土壤中重金属在农作物体内积累的方法，利用土壤改良剂配施肥料，降低重金属的生物有效性、改善土壤的理化性质和增加土壤肥效，从而促进作物生长、提高作物产量和品质，实现在中轻度重金属污染农田上安全、持续种植农作物。

本发明的技术方案如下：

一种减少弱酸性土壤中重金属在农作物体内积累的方法，在农作物种植前，使用碱性物质和土壤调理剂改良土壤，对土壤和改良物质进行翻耕混匀，陈化3～5天，添加底肥、移栽农作物进行种植，在农作物生长的中后期进行叶面追肥。

上述一种减少弱酸性土壤中重金属在农作物体内积累的方法，所述的重金属为Pb、Cd或其中的一种。

上述一种减少弱酸性土壤中重金属在农作物体内积累的方法，所述的碱性物质为石灰，石灰的添加量为每千克土壤添加3～6g，依据土壤酸碱度进行适当调整。

上述一种减少弱酸性土壤中重金属在农作物体内积累的方法，所述的土壤调理剂为粘土矿物钠基蒙脱石，粘土矿物的添加量为每千克土壤添加10g钠基蒙脱石。

上述一种减少弱酸性土壤中重金属在农作物体内积累的方法，所述的底肥包括无机肥和有机肥，无机肥为N、P和K肥，无机肥添加量根据农作物类型不同进行适当调整，粮食类作物无机肥按每千克土壤添加N∶P∶K＝0.25∶0.1∶0.1mg，蔬菜类作物无机肥按每千克土壤添加N∶P∶K＝0.25∶0.1∶0.15mg，有机肥为牛粪有机肥，有机肥的添加量为每千克土壤添加8g牛粪。

上述一种减少弱酸性土壤中重金属在农作物体内积累的方法，所述的叶面肥为有机硒肥，喷施量为50ml/亩，使用时按500倍水量稀释。

本发明的技术方案主要基于以下原理：

(1)通过向酸性土壤添加石灰，调节土壤的pH成为中性或弱碱性，降低土壤重金属Pb、Cd的生物有效性。

(2)添加天然粘土矿物钠基蒙脱石作为土壤调理剂，一定程度提高土壤的pH，同时利用粘土矿物的表面吸附和离子交换能力降低重金属的迁移性。

(3)农作物种植之前添加无机复合肥、有机动物肥作为底肥，改善土壤肥力状况，促进植物生长，同时动物肥本身的物理结构和特性决定其对重金属有很好的吸附固定作用，降低土壤重金属的生物有效性，减少作物对重金属的吸收。

(4)农作物种植后喷施有机硒肥，一方面通过提高肥效促进农作物生长、提高农作物生物量，另一方面通过Se与Pb、Cd的拮抗作用，抑制作物对Pb、Cd的吸收，收获富硒作物。

本发明的优点在于：所添加的土壤调节物质和有机肥均属易降解物质，不会带来二次污染，能有效降低土壤重金属Pb、Cd的生物有效性，改善土壤的结构、理化性质，并提高土壤肥力，减少作物体内重金属的积累量，提高作物体内硒含量，收获富硒健康作物；种植方法可操作性强，对受到重金属Pb、Cd或其中一种污染的农田持续种植健康、富硒作物具有综合性效果。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步说明本发明。

实施例1

选取Pb污染土壤作为本次试验土壤，Pb的浓度为825.63mg/kg，土壤pH为5.61，采取盆栽实验，每盆装土2.5kg，供试作物为油菜和大豆，每盆分别留苗5株和4株，实验设置不添加任何改良剂处理为对照组，每个处理组设置4个重复。每盆土壤按照5g/kg量添加石灰、10g/kg量添加钠基蒙脱石，将石灰、钠基蒙脱石与土壤混匀，陈化5天，按照油菜N∶P∶K＝0.25∶0.1∶0.15mg/kg、大豆N∶P∶K＝0.25∶0.1∶0.1mg/kg添加无机肥、8g/kg添加牛粪有机肥至土壤作为底肥，分别移栽油菜和大豆，每日用去离子水浇灌，使得土壤水分在田间持水量的60-70％，油菜每2周喷一次有机硒肥，大豆在花前、花后及采收前16天各喷施一次，每次喷施以叶、茎均有滴珠为宜，分别在第55天和第90收获油菜和大豆。按照上述方法分别将各作物在对应盆栽中连续种植2季，第3季只添加肥料处理。每季的管理方式一致，分别测定各处理组作物可食部位Pb、Se含量及地上部分生物量。

不同种植处理油菜和大豆可食部位Pb、Se含量和地上部分干重的影响见表1。由表1可知，改良剂配施肥料可明显降低油菜和大豆可食部位Pb含量、提高油菜和大豆可食部位Se含量和地上部分生物量。作物中Pb、Se含量分别在食品安全国家标准污染物限量(GB2762-2012)(豆类Pb含量≤0.2mg/kg，叶菜蔬菜Pb含量≤0.3mg/kg)、食品中硒限量卫生标准(GB13105-1991)(豆类Se含量≤0.3mg/kg，蔬菜类Se含量≤0.1mg/kg)范围内；第一、二、三季油菜可食部位Pb含量与对照组相比分别下降55.15％、58.94％和57.41％，第一、二、三季大豆可食部位Pb含量与对照组相比分别下降48.60％、53.33％和52.77％；第一、二、三季油菜与对照组相比分别增产90.25％、97.44％和98.02％，第一、二、三季大豆与对照组相比分别增产52.07％、52.59％和45.84％。

表1不同种植处理油菜和大豆可食部位Pb、Se含量和地上部分生物量

实施例2

选取Cd污染土壤作为本次实验土壤，Cd的浓度为1.37mg/kg，土壤pH为5.95，采取盆栽实验，每盆装土2.5kg，供试作物为油菜和大豆，每盆分别留苗5株和4株，实验设置不添加任何改良剂处理为对照组，每个处理组设置4个重复。每盆土壤按照4g/kg量添加石灰，其余改良剂及肥料添加方式同实施例1。相同方法连续种植2季，第3季只添加肥料处理。每季的管理方式同实施例1，分别测定各处理组作物可食部位Cd、Se的含量及地上部分生物量。

不同种植处理油菜和大豆可食部位Cd、Se含量和地上部分生物量的影响见表2。由表2可知，改良剂配施肥料可明显降低油菜和大豆可食部位Cd含量、提高油菜和大豆可食部位Se含量和地上部分生物量。作物中Cd、Se含量分别在食品安全国家标准污染物限量(GB2762-2012)(豆类Cd含量≤0.2mg/kg，叶菜蔬菜Cd含量≤0.2mg/kg)、食品中硒限量卫生标准(GB13105-1991)(豆类Se含量≤0.3mg/kg，蔬菜类Se含量≤0.1mg/kg)范围内；第一、二、三季油菜可食部位Cd含量与对照组相比分别下降43.11％、37.58％和39.87％，第一、二、三季大豆可食部位Cd含量与对照组相比分别下降47.85％、49.33％和38.10％；第一、二、三季油菜与对照组相比分别增产84.37％、81.73％和87.94％，第一、二、三季大豆与对照组相比分别增产55.37％、56.33％和54.13％。

表2不同种植处理油菜和大豆可食部位Cd、Se含量和地上部分生物量

实施例3

田间小区试验：供试土壤为棕红壤，属于Pb、Cd复合污染土壤，Pb、Cd的浓度分别为513.28mg/kg和1.29mg/kg，土壤pH为5.92，实验地点位于某冶炼厂600-800m处。供试作物为油菜和大豆，实验设置不添加任何改良剂处理为对照组，每个处理设置3个重复，共计12个小区，每个小区的面积为1.2×2.3m²，小区之间使用PVC隔板进行分隔。按照7600kg/hm²添加石灰，向土壤添加石灰和钠基蒙脱石后，对土壤进行翻耕，耕作深度为15-20cm，按照盆栽实验方法添加改良剂及肥料。作物在生长期间供水充足，采用人工方式除去杂草。相同方法连续种植2季，第3季只添加肥料处理。每季收获油菜、大豆后测定各处理组作物可食部位Pb、Cd、Se的含量及地上部分生物量。

不同种植处理油菜和大豆可食部位Cd、Se含量和地上部分生物量的影响见表3。由表3可知，改良剂配施肥料可明显降低油菜和大豆可食部位Pb和Cd含量、提高油菜和大豆可食部位Se含量和地上部分生物量。作物可食部位Pd、Cd含量在食品安全国家标准污染物限量(GB2762-2012)范围内，Se含量符合食品中硒限量卫生标准(GB13105-1991)要求；第一、二、三季油菜可食部位Pb含量与对照组相比分别下降54.24％、55.73％和55.95％，第一、二、三季大豆可食部位Pb含量与对照组相比分别下降62.13％、63.79％和64.07％；第一、二、三季油菜可食部位Cd含量与对照组相比分别下降44.72％、52.05％和53.13％，第一、二、三季大豆可食部位Cd含量与对照组相比分别下降48.06％、53.38％和52.55％；第一、二、三季油菜与对照组相比分别增产90.06％、91.31％和92.48％，第一、二、三季大豆与对照组相比分别增产60.03％、59.83％和62.40％。

表3不同种植处理油菜和大豆可食部位Pb、Cd、Se含量和地上部分生物量

以上所述是本发明的优选实施方式，应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，在本发明原理的基础上，还可以根据上述说明加以改进或变换，这些改进或变换也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种减少弱酸性土壤中重金属在农作物体内积累的方法，其特征在于：在农作物种植前，使用碱性物质和土壤调理剂改良土壤，对土壤和改良物质进行翻耕混匀，陈化3～5天，添加底肥、移栽农作物进行种植，在农作物生长的中后期进行叶面追肥。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的重金属为Pb、Cd或其中的一种。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的碱性物质为石灰，石灰的添加量为每千克土壤添加3～6g，依据土壤酸碱度进行适当调整。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的土壤调理剂为粘土矿物钠基蒙脱石，粘土矿物的添加量为每千克土壤添加10g。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的底肥包括无机肥和有机肥，无机肥为N、P和K肥，无机肥添加量根据农作物类型不同进行适当调整，粮食类作物无机肥按每千克土壤添加N∶P∶K＝0.25∶0.1∶0.1mg，蔬菜类作物无机肥按每千克土壤添加N∶P∶K＝0.25∶0.1∶0.15mg，有机肥为牛粪有机肥，有机肥的添加量为每千克土壤添加8g牛粪。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的叶面肥为有机硒肥，喷施量为50ml/亩，使用时按500倍水量稀释。