CN107046840A - 一种基于阻隔层的镉污染农用地安全利用方法 - Google Patents

一种基于阻隔层的镉污染农用地安全利用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及重金属污染农用地修复与安全利用技术领域，具体说是一种基于阻隔层的镉污染农用地安全利用方法。在表层A1投加钝化剂D1，进行表层翻混，构造阻隔层A2；通过深翻，将阻隔层A2与深层B1土壤对调，将阻隔层A2翻至大宗农产品根系接触少的位置，将原深层B1翻作耕作层B2；对耕作层B2进行培肥，恢复生产力，同时投加钝化剂D2。本发明北方重金属背景低、降水量少、土壤呈中性或偏碱性等特点，以阻隔层构造为核心，辅以深翻与培肥措施，实现高浓度镉土层的钝化深埋，建立一种适用于北方镉污染农用地安全利用的组合技术，具有效果好、易操作、好推广等特点。

Description

一种基于阻隔层的镉污染农用地安全利用方法
技术领域
本发明涉及重金属污染农用地修复与安全利用技术领域，具体说是一种基于阻隔层的镉污染农用地安全利用方法。
背景技术
根据2014年环保部与国土资源部联合发布的《全国土壤污染现状调查公报》表明，我国农用地超标率达到19.4％，其中以镉污染问题最为突出。因此，镉污染农用地的修复与安全利用已成为亟待解决的民生问题。2016年国务院颁布的《土壤污染防治行动计划》也将其列为未来五到十年的工作重点。
前期研究均从″风险源-暴露途径-受体”角度出发，将镉超标农用地作为风险源、农艺措施及灌溉水和降尘作为暴露途径、农产品作为风险受体，从土壤镉钝化材料研制、减少镉向农作物中迁移农艺措施、低吸收/积累农产品品种的筛选三个方面开展科学研究与技术研发。
(1)农用地镉钝化研究较多(ZL 200810239918.6，ZL 201410054631.1，CN201310265005.2，CN 201510818835.2，CN 201610283412.X)。但该类研究均是钝化剂成分配比与制备，施用方式上局限于在农用地原状修复或安全利用，只是表层施用，而由于自然淋溶及作物根系分泌物作用，钝化逐渐失效，不断追加钝化剂反而会影响土壤理化性质与农产品产量。
(2)农艺措施现有研究集中在翻耕与灌溉淹水两个方面(ZL 201210570480.6，ZL201010583765.4，CN 201610108775.X，CN 201510356934.3)。其中，翻耕多是作为钝化剂混合的一个辅助手段，而非农用地安全利用的主要方法；而灌溉淹水主要用于水田镉超标的安全利用。
(3)低吸收农作物品种筛选与植物间作修复(ZL 201010591593.5，ZL201110025715.9，CN201410180139.9，CN 201510457071.9)由于成本、作物地域性、新品种鉴定周期等原因，从技术研发到农业生产还有很长的距离。
同时，以VIP(作物品种Varieties+灌溉淹水Irrigation+土壤酸碱度pH)为代表的镉超标农用地安全利用组合技术，仅限于南方重金属背景高、降水量大、土壤偏酸性的地区，且更适用于水稻类农作物生长习性。而对北方重金属背景低、降水量少、土壤呈中性或偏碱性的地区，VIP集成技术并不适用。而北方由于历史性污灌的影响，形成了大量面积大、污染重的重金属污灌区，其安全利用问题亟待解决。
综上所述，如何根据北方农用地的镉污染特征，以阻隔层构造为核心，建立一种阻断北方旱地污染土层中镉的迁移，实现镉污染农用地安全利用的方法，对重金属污染农用地的修复与安全利用具有重要的理论和技术指导意义。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于阻隔层的镉污染农用地安全利用方法。
为实现上述目的本发明采用的技术方案为：
一种基于阻隔层的镉污染农用地安全利用方法：
1)在表层A1投加钝化剂D1，进行表层翻混，构造阻隔层A2；
2)通过深翻，将阻隔层A2与深层B1土壤对调，将阻隔层A2翻至大宗农产品根系接触少的位置，将原深层B1翻作耕作层B2；
3)对耕作层B2进行培肥，恢复生产力，同时投加钝化剂D2。
所述表层A1与深层B1，其深度是根据镉浓度在土壤剖面中分布而定，具体是表层A1深度为0～20cm，深层B1深度为20～50cm。
所述阻隔层A2，具体是指表层A1土壤与投加的钝化剂D1混匀，并通过深翻，将该混入钝化剂D1的阻隔层A2(大宗农产品根系接触少的位置)，其中，A2为深度>30cm处的缺氧或厌氧环境，实现土壤镉的深层钝化，降低其活性与迁移能力。
所述钝化剂D1和D2均是以钙基钝化剂为主；其中，钙基钝化剂为草酸钙、熟石灰等。
所述钝化剂D1按照重量百分比计为60％～80％钙基钝化剂和20％～40％黏土矿物的吸附材料；钝化剂D2按照重量百分比计为50％～70％钙基钝化剂和30％～50％有机质的培肥材料。
所述安全利用方法适用条件，具体包括：
1)农用地类型为旱地；2)地区多年平均降水量<900mm；3)地下水平均深度>0.8m；4)表层A1平均镉浓度<1.5mg/kg，深层B1平均镉浓度<0.3mg/kg。
本发明具有以下优点及有益效果：
本发明将表层土壤与钝化剂混匀，构造阻隔层；通过深翻，深埋阻隔层，将原深层土壤翻作耕作层；钝化耕作层，并培肥恢复肥力。本发明北方重金属背景低、降水量少、土壤呈中性或偏碱性等特点，以阻隔层构造为核心，辅以深翻与培肥措施，实现高浓度镉土层的钝化深埋，建立一种适用于北方镉污染农用地安全利用的组合技术，具有效果好、易操作、好推广等特点。
附图说明
图1是本发明提供的基于阻隔层的镉污染农用地安全利用方法的示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
一种基于阻隔层的镉污染农用地安全利用方法，技术原理是：
1)针对北方旱地镉污染土壤的污染物垂直剖面分布特点，利用钝化剂稳定表层高浓度镉，形成阻隔层；
2)通过深翻，将表层与深层土壤对调，使镉在钝化剂和缺氧/厌氧双重作用下，大幅降低其活性，阻隔镉迁移；
3)深翻后减少高镉浓度的阻隔层与农作物根系的接触，有效降低农产品对镉的吸收/累积量；
4)原深层土壤深翻后也混入钝化剂，钝化剂随着自然淋溶作用会向下迁移，补充给阻隔层，持续钝化阻隔层中镉；
5)对于镉污染农用地处置后肥力的缺失，可通过培肥恢复。
一种基于阻隔层的镉污染农用地安全利用方法，具体步骤是：
1)在表层A1投加钝化剂D1，进行表层翻耕，混匀构造阻隔层A2；
2)通过深翻，将阻隔层A2与深层B1土壤对调，将阻隔层A2翻至大宗农产品根系接触少的位置，将原深层土壤B1翻作耕作层B2；
3)对耕作层B2进行培肥，恢复生产力，同时投加钝化剂D2。
该安全利用方法适用条件，具体包括：
1)农用地类型为旱地；
2)地区平均降水量<900mm；
3)地下水平均深度>0.8m；
4)表层A1平均镉浓度<1.5mg/kg，深层B1平均镉浓度<0.3mg/kg。
表层A1与深层B1的深度界定，具体是指：
1)该安全利用方法适用的农用地，重金属背景值低、多为外源污染，因此，其镉浓度在土壤剖面中分布通常是，在0～20cm较高，然后随着深度增加而快速减少；
2)对于该安全利用方法适用的农用地，表层A1深度界定为0～20cm，深层B1深度界定为20～50cm。
阻隔层A2，具体是指：
1)通过多次浅层翻耕，混匀表层A1土壤与钝化剂D1，构造阻隔层A2；
2)阻隔层A2是富含钝化剂和高浓度镉的土层，两者充分混合从而实现钝化表层A1中高浓度镉的目的。
3)深翻为阻隔层创造了一个缺氧或厌氧环境，也抑制了镉的活性，阻断了镉的迁移。
耕作层B2，具体是指：
1)由原深层B1土壤深翻而得，镉浓度较低，但肥力较差；
2)将耕作层B2与钝化剂D2混匀，起到镉活性钝化的作用；
3)另一方面，钝化剂D2中钙基离子的垂直向下迁移，也是对阻隔层的一种补充；
4)通过有机质培肥，恢复耕作层B2的生产力。
钝化剂D1和D2，具体是指：
1)所述钝化剂D1和D2，均是以钙基钝化剂为主，如草酸钙、熟石灰等；
2)钝化剂D1辅以黏土矿物等吸附材料，如沸石、浮石等；
3)钝化剂D2辅以有机质等天然材料，如腐植酸铵、腐熟的花生麸等。
实施例1：
本实施例所处置的农用地为辽宁省沈阳市周边某污灌区。该农用地面积为15亩，类型为旱地，多年平均降水量约为720mm，地下水平均深度为0.9m，表层土壤镉平均浓度为1.0mg/kg，深层土壤镉平均浓度为0.15mg/kg，农作物为玉米。处置前后均采集土壤与玉米，对比其中镉含量变化情况。
土壤镉总量浓度测定采用石墨炉原子吸收分光光度法(GB/T 17141-1997)；土壤镉有效态浓度测定方法参照Tessier连续提取法，其中有效态浓度为可交换态；作物中镉含量测定采用石墨炉原子吸收光谱法(GB/T 5009.15-2003)；土壤镉污染评价标准参考《土壤环境质量标准》(GB 15618-1995)；食用农产品的镉含量评价标准参考《食品中污染物限量》(GB2762-2012)。
具体操作流程包括：
步骤1：表层钝化，构造阻隔层
1)选用以钙基为主的钝化剂D1，辅以黏土矿物等吸附材料，本实施例钝化剂D1各组分的总量百分比为草酸钙80％：浮石(也可为通过现有的改性方式获得的改性浮石)20％；
2)在0～20cm的表层A1投加钝化剂D1，投加量为200kg/亩，同时进行翻耕(0～20cm)，混匀构造阻隔层A2；
3)构造阻隔层选择晴天进行，并养护3天，稳定后进行下一步操作。
步骤2：深翻阻隔层，形成耕作层
1)通过深翻，将原表层A1与深层B1土壤对调，即将阻隔层A2深翻至下层(30～50cm)；
2)深翻后阻隔层A2所处位置(30～50cm)，可以有效减少玉米根系与之接触，减少玉米对土壤中镉的直接吸收/累积量；
3)深翻后，为阻隔层创造了一个缺氧或厌氧环境，也抑制了镉的活性，阻断了镉的迁移；
步骤3：耕作层钝化，培肥恢复肥力
1)深翻阻隔层的同时，将原深层土壤B1翻到上层(0～30cm)，作为耕作层B2；
2)耕作层B2也投加混匀钝化剂D2，投加量为100kg/亩，钝化剂D2以钙基为主，辅以腐植酸等有机质材料，本实施例钝化剂D2各组分的总量百分比为草酸钙65％：有机质35％；
3)耕作层B2中投加的钝化剂，随着自然淋溶作用，将向下迁移，补充给构造钙层A2，使钝化具有持续性；
4)耕作层B2肥力差，本实施例添加腐熟牛圈肥或腐熟秸秆或腐熟鸡粪进行培肥，恢复肥力，保障产量。
实施例1中镉污染农用地经过上述安全利用方法处置后，经过培肥恢复，可以实现保质保量的农业生产。安全利用具体效果见表1。
表1 镉污染农用地处置后安全利用情况

Claims (7)

1.一种基于阻隔层的镉污染农用地安全利用方法，其特征在于：
1)在表层A1投加钝化剂D1，进行表层翻混，构造阻隔层A2；
2)通过深翻，将阻隔层A2与深层B1土壤对调，将阻隔层A2翻至大宗农产品根系接触少的位置，将原深层B1翻作耕作层B2；
3)对耕作层B2进行培肥，恢复生产力，同时投加钝化剂D2。
2.按权利要求1所述的基于阻隔层的镉污染农用地安全利用方法，其特征在于，所述表层A1深度为0～20cm，深层B1深度为20～50cm。
3.按权利要求1所述的基于阻隔层的镉污染农用地安全利用方法，其特征在于，所述大宗农产品根系接触少的位置为深度>30cm处的缺氧或厌氧环境。
4.按权利要求1所述的基于阻隔层的镉污染农用地安全利用方法，其特征在于，所述钝化剂D1和D2均是以钙基钝化剂为主。
5.按权利要求4所述的基于阻隔层的镉污染农用地安全利用方法，其特征在于，所述钝化剂D1按照重量百分比计为60％～80％钙基钝化剂和20％～40％黏土矿物的吸附材料；钝化剂D2按照重量百分比计为50％～70％钙基钝化剂和30％～50％有机质的培肥材料。
6.按权利要求4或5所述的基于阻隔层的镉污染农用地安全利用方法，其特征在于，所述钙基钝化剂为草酸钙或熟石灰。
7.按权利要求1所述的基于阻隔层的镉污染农用地安全利用方法，其特征在于，所述安全利用方法适用条件，具体包括：
1)农用地类型为旱地；2)地区多年平均降水量<900mm；3)地下水平均深度>0.8m；4)表层A1平均镉浓度<1.5mg/kg，深层B1平均镉浓度<0.3mg/kg。
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