CN109108061A - 一种利用水稻-油菜轮作修复镉污染农田的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用水稻‑油菜轮作修复镉污染农田的方法，包括如下步骤：1)将镉钝化剂和基肥施入农田土壤中，翻耕土壤混合并稳定1‑2周；所述镉钝化剂的施入质量为150‑250kg/亩；2)将水稻幼苗移栽到农田中，并栽培水稻至成熟，收获水稻并将水稻秸秆回收，整地晒田；3)将油菜种子继续撒播到农田中，并栽培油菜至成熟，收获油菜籽粒并将油菜秸秆回收。该方法降低土壤中镉的生物有效性，通过水稻和油菜轮作的方式，保证粮食安全生产的同时，通过作物根系的吸收并转移到秸秆，实现镉污染农田土壤的边生产边修复。

Description

一种利用水稻-油菜轮作修复镉污染农田的方法
技术领域
本发明涉及土壤修复领域，具体涉及一种利用水稻-油菜轮作修复镉污染农田的方法。
背景技术
镉是土壤中最具毒性和广泛存在的一种重金属。随着经济社会的发展，由于采矿、冶金、化工等工业产生的“三废”，以及城市交通、大气沉降、畜禽粪便、城市污泥、农药化肥等污染源的影响，土壤重金属污染问题已成为我国面临的严重的环境问题。
土壤中重金属镉的超标不仅会导致粮食作物的减产，而且还会通过土壤-作物-食物的食物链体系传入人体，危害人体健康。2014年4月17日，环保部和国土资源部联合发布的《全国土壤污染状况调查公报》显示，我国耕地土壤环境质量堪忧，点位超标率为19.4％，其中绝大部分为轻微、轻度、中度污染，其点位比例分别为13.7％、2.8％、1.8％。污染类型以无机型为主，其中镉污染最为严重，超标率为7％。耕地镉污染问题十分严峻，因此保证粮食的安全以及去除土壤中重金属镉，对于促进农田的可持续发展具有非常重要的作用。
重金属污染土壤的修复技术可归纳为两类：一类是利用工程措施和植物提取手段从土壤中去除重金属污染物，但工程措施(如客土，换土、淋洗法、电化学法等)工程量大、成本高，不适于面积大、污染强度小的耕地污染；而植物提取手段，植物普遍生物量较小，修复周期长。二类是原位钝化修复技术，主要是通过添加钝化剂来改变土壤中重金属的形态，减少重金属的移动性和生物可利用性，从而减少植物对重金属的吸收，然而土壤中重金属并未去除，其风险任然存在。
因此开发一种低成本、简单、高效、环境友好、兼具经济效益和社会效益的农田重金属污染土壤修复技术具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种利用水稻-油菜轮作修复镉污染农田的方法，降低土壤中镉的生物有效性，通过水稻和油菜轮作的方式，保证粮食安全生产的同时，通过作物根系的吸收并转移到秸秆，实现镉污染农田土壤的边生产边修复。
本发明所提供的技术方案为：
一种利用水稻-油菜轮作修复镉污染农田的方法，包括如下步骤：
1)将镉钝化剂和基肥施入农田土壤中，翻耕土壤混合并稳定1-2周；所述镉钝化剂的施入质量为150-250kg/亩；
2)将水稻幼苗移栽到农田中，并栽培水稻至成熟，收获水稻并将水稻秸秆回收，整地晒田；
3)将油菜种子继续撒播到农田中，并栽培油菜至成熟，收获油菜籽粒并将油菜秸秆回收。
上述技术方案中，采用镉钝化剂对农田土壤进行预先处理，降低土壤中镉的生物有效性；然后通过水稻和油菜轮作的方式，将土壤中的重金属镉转移到秸秆，保证水稻以及获油菜籽粒中的镉含量不超标，实现安全生产；其次，通过水稻和油菜轮作的方式能够有效地减少农田土壤中的镉含量。
本发明所述镉钝化剂的有效成分包括：CaO≥30wt％，MgO≥8wt％，SiO2≥4wt％，水分≤12wt％；所述镉钝化剂的pH为11-13。镉钝化剂能够降低土壤中镉的生物有效性。
作为优选，所述镉钝化剂的施入质量为198-202kg/亩。
本发明所述基肥包括15-25kg/亩的复合肥和25-35kg/亩的磷酸钙。
本发明所述复合肥的有效成分N：P2O5：K2O的比例为14-16wt％：14-16wt％：14-16wt％。
本发明所述步骤2)中水稻幼苗在农田中的种植密度为每亩0.8-1.2万穴，每穴1-2株苗。
本发明所述步骤2)中栽培水稻包括：水稻幼苗移栽到农田8-12天后追施复合肥13-17kg/亩，尿素8-12kg/亩以及除草剂丁苄90-110g/亩；再过13-17天后追施尿素2-3kg/亩；水稻幼苗移栽至水稻灌浆之间采用浅水覆田，水稻灌浆至水稻成熟采用干湿交替灌溉，3-4天灌溉一次，13-17天进行除草、治虫。
本发明所述步骤2)中整地晒田包括：排水晒田，然后整地碎土，开沟起畦，畦高15-20cm，畦宽1-2m，畦面细碎齐整，开好田间沟及四周排水沟。
本发明所述步骤3)中油菜种子撒播前，施加复合肥50-70kg/亩并稳定1-2天。
本发明所述步骤3)中油菜种子撒播密度为0.4-0.5kg/亩。
本发明所述步骤3)中栽培油菜包括：油菜出苗18-22天后，追施尿素45-55kg/亩；再过18-22天再次追施尿素18-22kg/亩，并进行草害和虫害防治以及进行田间灌溉。
同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
(1)本发明采用镉钝化剂对农田土壤进行预先处理，同时结合水稻和油菜轮作的方式，将土壤中的重金属镉转移到秸秆，保证水稻以及油菜籽粒中的镉含量不超标，实现安全生产。
(2)本发明采用水稻和油菜轮作的方式能够有效地减少农田土壤中的镉含量。
(3)本发明与传统方法相比具有成本低、操作简单，兼具经济和社会效益，对我国农业的可持续发展具有重要的意义。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
施用镉钝化剂和基肥：本实验大田土壤的全镉含量平均值在1.30mg/kg，于6月中旬每亩施入复合肥20kg，用拖拉机翻耕土壤后，施入镉钝化剂，每亩施用量为200kg，同时每亩施加过磷酸钙30kg，翻耕土壤将土壤与镉钝化剂、基肥充分混合。其中，镉钝化剂的有效成分包括：CaO≥30wt％，MgO≥8wt％，SiO2≥4wt％，水分≤12wt％，pH为11-13(可选用土壤调理剂，西部环保有限公司生产)。复合肥的有效成分N：P2O5：K2O的比例为15wt％：15wt％：15wt％。
水稻移栽：6月上旬培育水稻幼苗(秀水03)，实验大田中镉钝化剂稳定1-2周后，7月上旬将水稻幼苗移栽到大田当中，种植密度为每亩1万穴，每穴1-2株苗。
田间管理：水稻幼苗移栽10天后每亩追施复合肥15kg、尿素10kg以及除草剂丁苄100g，再过15天每亩追施平衡肥尿素2.5kg。水稻幼苗移栽至水稻灌浆这段时期浅水覆田，水稻灌浆至水稻成熟期干湿交替灌溉，3-4天灌水1次，收获前1星期停止灌水。每隔15天进行1次除草、治虫。
水稻收获：水稻生长4个月后，于立冬前后(11月初)收获水稻，将水稻秸秆回收，去除土壤中的重金属镉。
整地晒田：水稻收获后，排水晒田，然后整地碎土，开沟起畦，畦高15-20cm，畦宽1.5m，畦面细碎齐整，开好田间沟及四周排水沟。
油菜撒播：整地结束之后，每亩施加基肥复合肥60kg，1-2天撒播油菜种子(浙油50)，每亩播撒0.4-0.5kg。
田间管理：油菜出苗20天后，每亩追施尿素50kg，再过20天每亩再次追施尿素20kg，并进行草害和虫害防治，根据土壤干旱程度进行田间灌溉。
油菜收获：次年5月上旬收获油菜籽粒，并将油菜秸秆转移出大田，去除土壤中的重金属镉。
实施例2
参考实施例1进行种植，不同之处在于，本实验大田土壤的全镉含量平均值在1.64mg/kg，水稻幼苗为秀水03，油菜种子为浙油50。
实施例3
参考实施例1进行种植，不同之处在于，本实验大田土壤的全镉含量平均值在1.45mg/kg，水稻幼苗为甬优1540，油菜种子为浙油50。
实施例4
参考实施例1进行种植，不同之处在于，本实验大田土壤的全镉含量平均值在1.75mg/kg，水稻幼苗为甬优538，油菜种子为浙油50。
实施例5
参考实施例1进行种植，不同之处在于，镉钝化剂每亩施用量为250kg。
实施例6
参考实施例1进行种植，不同之处在于，镉钝化剂每亩施用量为150kg。
对比例1
参考实施例1进行种植，但是不加镉钝化剂。
对比例2
参考实施例1进行种植，不同之处在于，镉钝化剂每亩施用量为100kg。
性能试验
分别对实施例1～6和对比例1～2中的土壤、水稻和油菜进行数据分析。具体包括水稻种植前土壤镉含量，油菜种植前土壤镉含量，糙米中镉含量，水稻秸秆镉含量，油菜籽粒镉含量以及油菜秸秆镉含量，具体数据如表1和2所示。
表1：水稻对土壤中镉含量的影响比较
表2：油菜对土壤中镉含量的影响比较
试验结果如表1和2所示：在大田实验中水稻在钝化剂的钝化作用下，在镉污染农田土壤中水稻能够安全生产(糙米镉含量<0.2mg/kg)，并且水稻秸秆能都带走一定量的镉，冬季轮作油菜，同时也能保证油菜的安全生产(油菜籽粒镉含量<0.5mg/kg)，同时水稻秸秆和油菜秸秆能够富集吸收一定量重金属镉，具有很好的土壤修复效果。
综合实施例1～6与对比例1～2比较，可知在重金属镉污染农田土壤中，在镉钝化剂对重金属镉的钝化作用下，通过水稻-油菜的轮作方式，不仅能够保证作物的安全生产，同时通过作物根系吸收重金属镉并转移到地上部秸秆中，提取修复重金属镉污染农田土壤，是一种成本低，易操作、环境友好，兼具经济效益和社会效益的土壤修复技术。

Claims (10)

1.一种利用水稻-油菜轮作修复镉污染农田的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将镉钝化剂和基肥施入农田土壤中，翻耕土壤混合并稳定1-2周；所述镉钝化剂的施入质量为150-250kg/亩；
2)将水稻幼苗移栽到农田中，并栽培水稻至成熟，收获水稻并将水稻秸秆回收，整地晒田；
3)将油菜种子继续撒播到农田中，并栽培油菜至成熟，收获油菜籽粒并将油菜秸秆回收。
2.根据权利要求1所述的利用水稻-油菜轮作修复镉污染农田的方法，其特征在于，所述镉钝化剂的有效成分包括：CaO≥30wt％，MgO≥8wt％，SiO2≥4wt％，水分≤12wt％；所述镉钝化剂的pH为11-13。
3.根据权利要求1所述的利用水稻-油菜轮作修复镉污染农田的方法，其特征在于，所述基肥包括15-25kg/亩的复合肥和25-35kg/亩的磷酸钙。
4.根据权利要求3所述的利用水稻-油菜轮作修复镉污染农田的方法，其特征在于，所述复合肥的有效成分N：P2O5：K2O的比例为14-16wt％：14-16wt％：14-16wt％。
5.根据权利要求1所述的利用水稻-油菜轮作修复镉污染农田的方法，其特征在于，所述步骤2)中水稻幼苗在农田中的种植密度为每亩0.8-1.2万穴，每穴1-2株苗。
6.根据权利要求1所述的利用水稻-油菜轮作修复镉污染农田的方法，其特征在于，所述步骤2)中栽培水稻包括：水稻幼苗移栽到农田8-12天后追施复合肥13-17kg/亩，尿素8-12kg/亩以及除草剂丁苄90-110g/亩；再过13-17天后追施尿素2-3kg/亩；水稻幼苗移栽至水稻灌浆之间采用浅水覆田，水稻灌浆至水稻成熟采用干湿交替灌溉，3-4天灌溉一次，13-17天进行除草、治虫。
7.根据权利要求1所述的利用水稻-油菜轮作修复镉污染农田的方法，其特征在于，所述步骤2)中整地晒田包括：排水晒田，然后整地碎土，开沟起畦，畦高15-20cm，畦宽1-2m，畦面细碎齐整，开好田间沟及四周排水沟。
8.根据权利要求1所述的利用水稻-油菜轮作修复镉污染农田的方法，其特征在于，所述步骤3)中油菜种子撒播前，施加复合肥50-70kg/亩并稳定1-2天。
9.根据权利要求1所述的利用水稻-油菜轮作修复镉污染农田的方法，其特征在于，所述步骤3)中油菜种子撒播密度为0.4-0.5kg/亩。
10.根据权利要求1所述的利用水稻-油菜轮作修复镉污染农田的方法，其特征在于，所述步骤3)中栽培油菜包括：油菜出苗18-22天后，追施尿素45-55kg/亩；再过18-22天再次追施尿素18-22kg/亩，并进行草害和虫害防治以及进行田间灌溉。
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