CN109122143B - 一种根系微地球化学障技术修复重金属污染抛秧种植水稻田的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种根系微地球化学障技术修复重金属污染抛秧种植水稻田的工艺，其包括如下步骤：(1)将水稻田育苗土与重金属修复材料进行混合，其余育苗过程按照当地耕作制度开展；(2)然后在施加基肥和后期追肥过程中，再将重金属修复材料添加到农田中，其它农作过程按照当地习惯耕种；该工艺根据水稻生长过程根系对土壤中物质的吸收特点，选取合适的矿物材料在周边形成化学障，使其对根系吸收作用进行保护，减少或阻断根系对污染物的吸收；利用该方法对镉和铅污染的水稻田进行修复治理，农田中镉的有效态能够降低40％,修复后稻米达标。

Description

一种根系微地球化学障技术修复重金属污染抛秧种植水稻田 的工艺

技术领域

本发明涉及一种重金属污染修复领域，特别涉及一种根系微地球化学障技术修复重金属污染抛秧种植水稻田的工艺。

背景技术

在元素的迁移过程中，如果环境的物理化学条件发生了急剧变化，导致介质中原来稳定迁移的元素其迁移能力下降，元素因形成大量化合物而沉淀，则这些引起元素沉淀的条件或因素就称为地球化学障。依据地球化学障原理，利用矿物材料的吸附吸收特性，可以对环境介质中水体和土壤中重金属污染进行处理，即为地球化学障技术的应用。

砷、铅、镉、汞等重金属是对动植物均有毒害作用的环境污染物，其在稻田土壤—水稻体系中具有很强的迁移性。这类重金属污染不仅影响着水稻产量，还容易在稻米中富集，严重影响稻米的卫生品质和营养品质，稻谷中重金属严重超标，被人们食用后，对人体健康造成严重的潜在威胁。因此，控制和降低稻米重金属污染亟需解决。针对目前稻田土壤和稻米重金属污染日益严重的现状，国内外开展了大量的工作来控制和降低水稻重金属污染，尝试通过农艺栽培技术来控制和降低水稻对重金属的吸收如稻田肥水控制、土壤pH调控和土壤氧化还原电位调控等方法。这些方法通过耗费大量水资源、伴随降低钙、锰、锌等有益微量元素等途径取得了部分成效，但是弊大于利，不能很好解决实际问题。

CN201510492258.2公开了一种利用耐隔微生物降低镉污染稻田中水稻籽粒隔含量的方法，属于生物恢复技术，利用棘孢曲霉和蜡样芽胞杆菌的混合菌修复镉污染较轻的稻田土壤。CN1058851002A公开一种铅镉阻隔剂分别在水稻的分蘖期、抽穗期、灌浆期叶面喷施，水稻的重金属富集分布大小次序为根、茎、籽、叶，单独对叶面喷铅镉阻隔剂不能有效降低水稻中的铅镉含量。

以往农田重金属修复项目多在大田中直接进行材料播撒，这样存在四个弊端：(1)材料用量大，很多的材料都播撒到远离水稻根系的土层中，虽然对农田也有修复效果，但是未免有些浪费；(2)增加农民劳作，大田播撒比较耗费人力，老百姓可能不太接受；(3)撒到大田中的材料可能会随着多次大田翻耕，被翻到远离耕作层的深层土壤中，起不到对耕作层中重金属的修复作用；(4)材料用量大，修复成本高，老百姓承担不了这笔费用，技术无法顺利推广。

发明内容

为了解决上述技术问题，发明人在研究中发现，水稻是通过根系吸收农田中的水和矿物质，并且只有矿物质溶解到水中才会被水稻吸收，从而进入稻米中。所以，想要减少稻米中污染物的量，就要减少被水稻根系吸收的量。水稻根系所占体积仅是农田耕作层的3％，稻苗根系吸收部分主要集中在0-10cm土层，大部分集中在0-5cm土层，根系对水和污染物的吸收主要集中在这一层中的根毛区。如果对该区域利用高效修复材料进行有效的钝化并有针对性的阻断，就可以减少或避免重金属进入农作物，保证农作物的食品安全。

本发明提供了一种根系微地球化学障技术修复重金属污染抛秧种植水稻田的工艺。

所述根系微地球化学障技术，即根据水稻生长过程根系对土壤中物质的吸收特点，在根系生成过程选取合适的矿物材料在水稻根系周边形成化学障，使其对根系吸收作用进行保护，减少或阻断根系对污染物的吸收。

所述根系微地球化学障技术修复是在水稻育苗阶段进行修复。

本发明利用该方法对镉污染的水稻田进行修复治理，最终使水稻稻米中镉含量达到国家食品安全卫生标准。农田土壤中镉有效态能够降低约40％,原本镉超标一倍左右的水稻稻米，修复后稻米达标。

本发明是通过下述技术方案实现的：

一种根系微地球化学障技术修复重金属污染抛秧种植水稻田的工艺，其包括如下步骤；(1)将水稻田育苗土与重金属修复材料进行混合，其余育苗过程按照当地耕作制度开展；(2)然后在施加基肥和后期追肥过程中，再将重金属修复材料添加到农田中，其它农作过程按照当地习惯耕种。

步骤(1)将水稻田育苗土与重金属修复材料按照重量比1:0.04-0.1进行混合，其余育苗过程按照当地耕作制度开展。

步骤(1)中育苗土与重金属修复材料的重量比是兼顾修复成本和修复效果的比例，如果添加比例太小，可能达不到修复的效果；添加比例太大，增加修复的同时，有可能因为粘土矿物的性质，导致水稻秧苗生长受阻。进一步优选步骤(1)将水稻田育苗土与200目重金属修复材料按照重量比1:0.06的进行混合，其余育苗过程按照当地耕作制度开展。

步骤(1)中所述育苗土(即床土)准备：取土过筛，与床土调节剂拌匀，堆放，等待播种。

所述床土调节剂是当地农民自行购买进行育苗的材料，属于农耕环节材料，本发明在尽量不干扰农耕制度的情况下进行修复。

步骤(1)中选择200目的重金属修复材料颗粒较小，比表面积大可以全方面有效快速吸附重金属。

步骤(1)中重金属修复材料的混合即在育苗土搅拌过程中加入，重金属修复材料添加主要是在水稻根系位置形成微地球化学障，针对水稻对重金属的吸收起到阻隔作用。搅拌同时添加重金属修复材料既不会增加农民额外劳作，也能够搅拌更均匀。

步骤(2)按照每亩大田添加≥15kg的重金属修复材料到农田中，其他农作过程按照当地习惯进行。

进一步优选步骤(2)，按照每亩大田添加20公斤的比例，将50目的重金属修复材料添加到农田中，其他农作过程按照当地习惯进行。

本发明重金属修复材料的添加量也是经过大量实验获得的，此比例兼顾修复成本和修复效果，添加太少，可能影响修复效果，添加太多，修复成本就增加了，过多可能会影响当地土壤结构组成。

步骤(2)中用50目的稍大颗粒的材料是防止材料被水冲走，降低修复效果。

步骤(2)中所述重金属修复材料播撒至大田水稻植株附近。优选，重金属修复材料材料撒到植株周边半径15cm以内的地方修复效果最好。

步骤(2)中基肥、后期追肥时添加重金属修复材料是为了控制整块农田中重金属随水的迁移，保证修复效果。

步骤(1)、(2)中所述的重金属修复材料为改性凹凸棒土，是按照下述方法制备：将凹凸棒土研磨成粉状体，先加入重量百分比1-5％磷酸铝，再加入重量百分比1-5％木屑，混合均匀；将混合料均匀加入至团粒机中，喷雾加水搅拌，加工成球粒状；将球状体在60-70℃干燥箱中干燥3-6h，干燥后，在400-800℃烧制即可。

进一步优选，所述改性凹凸棒土，是按照下述方法制备：将凹凸棒土研磨成50-200目粉状体，先加入重量百分比3％磷酸铝，再加入重量百分比3％木屑松树木屑混合均匀后加入至团粒机中，喷雾加水搅拌，加工成球粒状；用鼓风干燥箱60-70℃恒温干燥6h,干燥后用数显梭式窑在500℃温度内烧制约6小时即成。

本发明所述的抛秧技术是指育成秧苗后改插秧为抛秧的一种省力种稻方法，有三省(省秧田、省劳力、省成本)、二早(早发、早熟)、二增(增产、增效)的明显效果。采用钵体育苗盘或纸筒培育出根部带有营养土块的水稻秧苗，通过人工抛撒或机械抛植,使秧苗根部向下自由落入田间定植,是水稻栽培技术上的一项创新和改革。

有益效果

1、本发明修复工艺主要针对利用抛秧技术进行种植的重金属污染水稻田，工艺清晰，操作简单，易于应用推广。

2、本发明所提出的技术，在保证修复效果的同时，在劳作成本与材料用量方面能够大大降低成本。农民劳作方面：本修复工艺的材料添加完全在育苗土混匀环节、基肥和追肥环节撒入农田中，几乎不增加种植农民的劳作量，成本接近零；材料用量方面：当前重金属镉超标一倍左右的污染农田，利用重金属修复材料钝化技术进行修复，每亩用材料量基本都在300公斤以上，修复材料成本超过3000元。本修复工艺可以将材料用量控制在30公斤以内，材料购买成本约为原方法的十分之一，且基本不增加老百姓的劳动量，具有很高的应用性和推广性。

3、对镉持续污染的水稻田进行修复治理，最终原本水稻稻米中镉超标一倍左右的水稻田，土壤镉的有效态降低约40％,修复后稻米达标。对照组，水稻土镉有效态范围为：12.19ppm-21.40ppm，平均值为16.41ppm，水稻稻米中镉含量范围为：0.15ppm-0.36ppm，平均值为0.27ppm；修复组，水稻土镉有效态范围为：5.48ppm-15.90ppm，平均值为9.84ppm，水稻稻米中镉含量范围为：0.08ppm-0.21ppm，平均值为0.12ppm。

4、本发明提出的修复工艺不同于当前普遍将修复材料撒到农田里的做法。本工艺是根据水稻生长以及对重金属污染物吸收的特点，创新性地提出在育苗阶段就开展修复的理念，并提出了根系微地球化学障的概念，为农田重金属修复成本的降低和应用推广提供了新思路。

5、水稻在分蘖期对重金属的吸收是其各个生长期速度最快的，该技术的应用时间集中在育苗期，在水稻根系位置形成微地球化学障，针对水稻对重金属的吸收起到阻隔作用。因此在水稻的最早生长环节进行修复，效用能贯彻水稻整个生长、发育和成熟期，不会遗漏任何水稻对重金属的吸收环节，在基肥、后期追肥时添加重金属修复材料控制整块农田中重金属随水的迁移，保证修复效果，更加促进了修复效果的展现。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

实施例1

水稻试验田1：对镉持续污染的水稻田进行修复治理，水稻土中隔超标，水稻稻米中镉超标一倍左右的水稻田中采用根系微地球化学障技术修复重金属污染抛秧种植水稻田的工艺。

重金属修复材料是按照下述方法制备得到的：将凹凸棒土研磨成200目粉状体100g,加入200目磷酸铝3g，100目的松树木屑1g混合均匀后加入至团粒机中，喷雾加水搅拌，加工成球粒状；用鼓风干燥箱60-70℃恒温干燥6h,干燥后用数显梭式窑在500℃温度内烧制约6小时成。

取育苗土过筛，与加入床土调节剂、200目重金属修复材料搅拌混合均匀，堆放，等待播种，其中育苗土与重金属修复材料重量比1:0.06；播种、育苗过程按照当地抛秧耕作制度开展；然后在施加基肥和后期几次追肥过程中，按照每亩大田添加20公斤的比例，将50目的重金属修复材料添加到农田中，尽量播撒至水稻植株附近，其他农作过程按照当地习惯进行。

实施例2

水稻试验田2：对镉持续污染的水稻田进行修复治理，水稻土中隔超标，水稻稻米中镉超标一倍左右的水稻田中采用根系微地球化学障技术修复重金属污染抛秧种植水稻田的工艺。

重金属修复材料是按照下述方法制备得到的：将凹凸棒土研磨成100目粉状体100g,加入100目磷酸铝3g，100目的松树木屑1g混合均匀后加入至团粒机中，喷雾加水搅拌，加工成球粒状；用鼓风干燥箱60-70℃恒温干燥4h,干燥后用数显梭式窑在500℃温度内烧制约6小时成。

取育苗土过筛，与加入床土调节剂、100目重金属修复材料搅拌混合均匀，堆放，等待播种，其中育苗土与重金属修复材料重量比1:0.08；播种、育苗过程按照当地抛秧耕作制度开展；然后在施加基肥和后期几次追肥过程中，按照每亩大田添加18公斤的比例，将50目的重金属修复材料添加到农田中，尽量播撒至水稻植株附近，其他农作过程按照当地习惯进行。

实施例3

水稻试验田3：对镉持续污染的水稻田进行修复治理，水稻土中隔超标，水稻稻米中镉超标一倍左右的水稻田中采用根系微地球化学障技术修复重金属污染抛秧种植水稻田的工艺。

重金属修复材料是按照下述方法制备得到的：将凹凸棒土研磨成100目粉状体100g,加入100目磷酸铝3g，100目的松树木屑1g混合均匀后加入至团粒机中，喷雾加水搅拌，加工成球粒状；用鼓风干燥箱60-70℃恒温干燥6h,干燥后用数显梭式窑在500℃温度内烧制约6小时成。

取育苗土过筛，与加入床土调节剂、200目重金属修复材料搅拌混合均匀，堆放，等待播种，其中育苗土与重金属修复材料重量比1:0.06；播种、育苗过程按照当地抛秧耕作制度开展；然后在施加基肥和后期几次追肥过程中，按照每亩大田添加15公斤的比例，将50目的重金属修复材料添加到农田中，尽量播撒至水稻植株附近，其他农作过程按照当地习惯进行。

实施例4

水稻试验田4：对镉持续污染的水稻田进行修复治理，水稻土中隔超标，水稻稻米中镉超标一倍左右的水稻田中采用根系微地球化学障技术修复重金属污染抛秧种植水稻田的工艺。

重金属修复材料是按照下述方法制备得到的：将凹凸棒土研磨成50目粉状体100g,加入200目磷酸铝3g，100目的松树木屑1g混合均匀后加入至团粒机中，喷雾加水搅拌，加工成球粒状；用鼓风干燥箱60-70℃恒温干燥6h,干燥后用数显梭式窑在500℃温度内烧制约6小时成。

取育苗土过筛，与加入床土调节剂、50目重金属修复材料搅拌混合均匀，堆放，等待播种，其中育苗土与重金属修复材料重量比1:0.04；播种、育苗过程按照当地抛秧耕作制度开展；然后在施加基肥和后期几次追肥过程中，按照每亩大田添加15公斤的比例，将50目的重金属修复材料添加到农田中，尽量播撒至水稻植株附近，其他农作过程按照当地习惯进行。

方法：将实施例1-4修复后的水稻田与未修复的水稻田进行镉含量测定

结果：经过用本发明的重金属修复材料采用根系微地球化学障技术修复重金属污染抛秧种植水稻田的工艺得到的稻米中镉的含量降低超过40％,修复后稻米达标。见表1、2

表1水稻土中镉有效态含量

表2水稻稻米中镉含量

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (1)

1.一种采用根系微地球化学障技术修复镉污染的水稻田的方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）采用抛秧种植水稻，将水稻育苗土与重金属修复材料按照重量比1:0.06进行混合，其余育苗过程按照当地耕作制度开展；（2）然后在施加基肥和后期追肥过程中，按照每亩大田添加20公斤的比例，将重金属修复材料撒播到水稻田中水稻植株周边半径15cm以内的地方修复，其它农作过程按照当地习惯耕种;所述根系微地球化学障技术修复是在水稻育苗阶段进行修复;步骤（1）中所述重金属修复材料是200目的改性凹凸棒土颗粒；步骤（2）中所述重金属修复材料是50目的改性凹凸棒土；所述水稻田为镉超标、种植的水稻稻米中镉超标一倍左右的水稻田；所述改性凹凸棒土是按照下述方法制备：将凹凸棒土研磨成粉状体，先加入重量百分比1-5%磷酸铝，再加入重量百分比1-5%木屑，混合均匀；将混合料均匀加入至团粒机中，喷雾加水搅拌，加工成球粒状；将球状体在60-70℃干燥箱中干燥3-6h，干燥后，在400-800℃烧制即可。