CN107008741A - 一种除去稻田土壤中重金属的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种除去稻田土壤中重金属的方法，首先栽培水稻，水稻成熟后收割稻穗保留稻茬，然后蓄水对稻茬进行淹水处理，从而使稻茬吸附稻田土壤中的重金属，采用本发明的有益效果是利用收割水稻后的废弃稻茬结合淹水处理吸附土壤中残留的重金属，利用的作物是水稻收割后的农产品废弃物，不影响水稻的产量，且无需单独种植，为治理稻田土壤重金属污染提供了一种新方法。

Description

一种除去稻田土壤中重金属的方法

技术领域

本发明涉及稻田土壤污染治理技术领域，具体涉及一种除去稻田土壤中重金属的方法。

背景技术

有毒重金属在土壤污染过程中具有隐蔽性、长期性、不可降解和不可逆转性的特点，它们不仅导致土壤肥力与作物产量、品质下降，还易引发地下水污染，并通过食物链途径在植物、动物和人体内累积。因此，土壤系统中重金属的污染和防治一直是国内外研究的热点和难点。

目前对重金属污染的治理主要包括物理/化学修复技术以及生物修复技术。物理/化学修复技术主要包括客土、换土、土壤淋洗、热解吸法、固化/稳定化以及离子拮抗技术等等，但这些方法工程量大、成本高，并且只是降低了重金属在表层土壤中的含量或者仅仅改变了重金属在土壤中的存在形态，并未从根本上去除土壤中的重金属，同时还可能存在二次污染的问题。

生物修复是目前重金属污染土壤修复的研究热点，它是指利用动物、植物或微生物的生命代谢活动，削减土壤环境中的重金属含量或通过改变重金属在土壤中的化学形态从而降低其毒性。植物修复作为生物修复的一种主要方式，与物理/化学方式相比廉价、无二次污染，具有更高的生态效益和经济效益。

水稻具有富集重金属镉的习性，是吸收镉能力最强的大宗谷类作物，但研究表明收割水稻地上部分(稻谷+秸秆)，每年带走的Cd仅占土壤总量的0.26％，其他重金属的移除量则更少，因此依靠移除水稻收获物的办法修复受重金属污染的农田收效甚微。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种除去稻田土壤中重金属的方法。

技术方案如下：一种除去稻田土壤中重金属的方法，其关键在于：首先栽培水稻，水稻成熟后收割稻穗保留稻茬，然后蓄水对稻茬进行淹水处理，从而使稻茬吸附稻田土壤中的重金属元素。

采用本发明提供的技术方案利用收割水稻后的废弃稻茬结合淹水处理来吸附稻田土壤中残留的重金属，无需再另外种植吸附植物，且利用的是农产品废弃物，为治理土壤重金属污染提供了一种新方法。

作为优选：在对稻茬进行淹水处理的同时放入鱼。采用此方案由于腐烂后的稻茬对土壤中的重金属具有更强的吸附作用，而鱼的活动可对土壤起到搅动作用，不仅加快了土壤中重金属的释放，也加快了稻茬的死亡速度，从而提高了稻茬对重金属的吸附作用。

上述稻茬的高度为10-120厘米。

上述淹水处理时蓄水深度大于等于所述稻茬的高度。采用此方案稻茬全部被水淹后腐烂速度加快，对稻田土壤中的重金属吸附量增加。

上述淹水处理的时间为0.5-4个月。采用此设计淹水处理的时间不会太长，刚好为冬季水稻收割后到春季水稻栽种前的修整时间，既不会影响水稻的种植，同时充分利用的土壤的修养时间来治理重金属污染，有利于提升下季栽种的作物质量。

上述重金属为镉、铅或铬。

有益效果：采用本发明的有益效果是利用收割水稻后的废弃稻茬结合淹水处理吸附土壤中残留的重金属，利用的作物是水稻收割后的农产品废弃物，不影响水稻的产量，且无需单独种植，为治理稻田土壤重金属污染提供了一种新方法。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1，一种除去稻田土壤中重金属的方法，首先选取四块试验区域，然后在各试验区域内填埋试验土壤(试验土壤中含有一定量的镉、铬、铅)。种植水稻前在各试验区域内分别播撒0.5kg兔肥作为基肥，然后按常规种植方法栽培水稻，栽培水稻后在水稻的分蘖期，在各试验区内分别追加28g复合肥 (N:P:K＝2:2:3)。

水稻成熟后收割稻穗保留稻茬，保留的稻茬高度均为50厘米，并测定此时各试验区域内的稻茬根、茎、叶内的镉、铬、铅的含量，然后将四个试验区的淹水深度分别设置为0厘米、30厘米、50厘米、70厘米，淹水50天后再测定稻茬根、茎、叶中的镉、铬、铅含量，探究不同淹水深度对稻茬吸附重金属的影响，并计算淹水处理后各试验区域内稻茬各部位镉、铬、铅的增长百分率。

实施例2，一种除去稻田土壤中重金属的方法，本实施例与实施例1的不同之处在于，每个试验区域的淹水深度均设置为50厘米，四个试验区的淹水时间分别设定为15天、50天、85天、120天，淹水结束后测定稻茬根、茎、叶中的镉、铬、铅含量，探究不同淹水时间对稻茬吸附重金属的影响，并计算淹水处理后各试验区域内稻茬各部位镉、铬、铅的增长百分率。

实施例3，一种除去稻田土壤中重金属的方法，本实施例与实施例1的不同之处在于，四个试验区域保留的稻茬高度分别为10、50、90、120厘米，每个试验区域内淹水高度与保留的稻茬高度相同，即此时保留的稻茬均被全部浸没在水体中，淹水50天后测定稻茬根、茎、叶中的镉、铬、铅含量，探究不同高度的稻茬对重金属的吸附情况，并计算淹水处理后各试验区域内稻茬各部位镉、铬、铅的增长百分率。

实施例4，一种除去稻田土壤中重金属的方法，本实施例与实施例1的不同之处在于，仅选取两块试验区域，两块试验区域内保留的稻茬高度均为50厘米且淹水深度也均为50厘米，其中一个试验区域仅进行淹水处理，另一个试验区域在淹水同时放入30尾建鲤，淹水50天后测定稻茬根、茎、叶中的镉、铬、铅含量，探究放鱼或不放鱼对淹水后稻茬吸附重金属的影响，并计算淹水处理后各试验区域内稻茬各部位镉、铬、铅的增长百分率。

下面结合试验数据进一步说明本发明。

表1实施例1中淹水试验后稻茬各部位的重金属增长率(％)

从表1可以看出淹水深度为0即不淹水时，各试验区域中稻茬根的镉、铬、铅含量分别增加了17.39％、4.43％、7.12％，茎分别增加了10.00％、9.21％、10.61％，叶分别增加了14.29％、9.31％、10.34％，这是因为稻茬本身对重金属就有一定的吸附作用；淹水深度为30厘米时，根的镉含量与不淹水相比增加了近1倍，茎的镉含量增加了3倍，叶的镉含量增加了约5倍，铬含量、铅含量也有显著增加，这说明淹水处理与不淹水相比能显著提升稻茬各部位的重金属含量，稻茬各部位吸附的重金属均来自于稻田土壤，因此淹水处理后稻田土壤内的重金属含量显著降低；淹水深度为50厘米时，与不淹水相比，根的镉含量增加了约 3倍，茎的镉含量增加了16倍，叶的镉含量增加了约30倍，铬含量、铅含量也有显著增加，这是因为淹水深度越深，稻茬浸没在水体中的部位越多，对重金属的吸附效果越好，特别是腐烂后的叶对土壤重金属的吸附效果大大提升，有效降低了稻田土壤内的重金属含量；淹水深度为70厘米时，与不淹水相比根的镉含量增加了约3.5倍，茎的镉含量增加了12倍，叶的约增加了约30倍，铬含量、铅含量也有所增加，这一数据与淹水深度为50厘米的相比，各部位重金属含量增长不明显，这是因为保留的稻茬高度仅为50厘米，当淹水深度达到50 厘米时稻茬已全部浸没在水体中，作为吸附重金属的主体稻茬并没有随之增长，继续增加淹水深度效果并不明显。因此当淹水深度等于或大于稻茬高度时，保留的稻茬被全部浸没在水体中，此时的吸附效果最好。

表2实施例2中采用不同淹水时间处理后稻茬各部位的重金属增长率(％)

从表2可以看出，稻茬内重金属含量随着淹水时间的增长而不断增大，这是因为当淹水时间较短时，稻茬还未彻底死亡，吸附效果不理想，淹水时间足够长后，稻茬彻底死亡腐烂，死亡后的稻茬对重金属吸附效果更好。但是当淹水时间大于50天后，随着淹水时间的增长，稻茬各部位重金属增长率不显著，因此淹水时间为50天左右时最好。

表3实施例3中保留不同高度的稻茬进行淹水处理后稻茬各部位的重金属增长率(％)

从表3可以看出，随着保留的稻茬高度的增加，稻茬根、茎、叶中的重金属含量总体呈现上升的趋势，当保留的稻茬高度为50厘米时，稻茬各部位内重金属含量的增长率总体达到最大值，在此基础上继续增大保留的稻茬高度时，稻茬各部位重金属含量增长不显著，这是因为保留的稻茬高度越高越不易死亡，因此稻茬高度过高时，在一定的淹水时间内对稻田内土壤的重金属吸附效果增长不显著，因此淹水50天时，保留的稻茬最佳高度为50厘米。

表4实施例4中放鱼或不放鱼处理后稻茬各部位的重金属增长率(％)

从表4可以看出，未放鱼区内稻茬各部位的重金属含量与淹水试验前相比也有显著增长，这再次验证了淹水处理可大大提升稻茬对土壤中各类重金属的吸附量，从而降低土壤中的含量；而放鱼区内稻茬各部位的重金属含量与淹水试验前相比也有显著增长，进一步将放鱼区和未放鱼区的数据进行对比发现，放鱼区稻茬的根、茎、叶的重金属含量比未放鱼区增长率显著增大，这说明在淹水处理的同时放入鱼类可有效提升稻茬对土壤中重金属的吸附，从而协助降低土壤重金属含量。

从表1-4可知，淹水处理后稻茬的根、茎、叶中的重金属含量都有所增加，其中叶对重金属吸附量的增长率显著高于根部和茎部，这证明淹水后叶的吸附方式产生了较大变化。水稻收割并淹水后，稻茬逐渐死亡，其体内阻隔重金属吸收的生物学机制消失，庞大的水稻根系与茎、叶组成了一个体系内吸附系统，与土壤对重金属的吸附形成竞争，在淹水的特殊环境下，稻茬体内维管束系统因为逐步腐烂使得表面积大大增加，加之土壤中重金属污染主体部分(垂直分布于0-20cm耕作层中，向下则显著减少)与水稻根系发育部分刚好相互重叠，该系统会通过如扩散等方式，吸附大量土壤中重金属并逐步达到饱和或平衡；同时该系统中茎、叶表面也会由于腐烂而增加吸附表面积，形成体表系统，吸附水中的重金属并逐步达到饱和或平衡。若同时投放鱼，则鱼类的活动既可促进土壤中的重金属释放到水中，增加水体重金属含量，其搅动也可使水体更加浑浊，加快稻茬的死亡速度，进一步增加稻茬对重金属的吸附量，从而降低稻田土壤中的重金属含量。

采用本发明提供的方法利用稻茬进行吸附土壤中的重金属不仅能降低稻田土壤中的重金属含量，还能免去单独的种植过程，同时也是对农产品废弃物的二次利用，简单易行且具有明显的经济效益，该方法不仅对镉、铬、铅三种重金属有效，还对其他的重金属也有显著的吸附效果。

最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种除去稻田土壤中重金属的方法，其特征在于：首先栽培水稻，水稻成熟后收割稻穗保留稻茬，然后蓄水对稻茬进行淹水处理，从而使稻茬吸附稻田土壤中的重金属元素。

2.根据权利要求1所述的一种除去稻田土壤中重金属的方法，其特征在于：在对稻茬进行淹水处理的同时放入鱼。

3.根据权利要求1或2所述的一种除去稻田土壤中重金属的方法，其特征在于：所述稻茬的高度为10-120厘米。

4.根据权利要求3所述的一种除去稻田土壤中重金属的方法，其特征在于：所述淹水处理时蓄水深度大于等于所述稻茬的高度。

5.根据权利要求1所述的一种除去稻田土壤中重金属的方法，其特征在于：所述淹水处理的时间为0.5-4个月。

6.根据权利要求1、2或5所述的一种除去稻田土壤中重金属的方法，其特征在于：所述重金属为镉、铅或铬。