CN109530417B

CN109530417B - 一种镉污染土壤中油菜-中稻轮作边修复边生产的方法

Info

Publication number: CN109530417B
Application number: CN201811609760.7A
Authority: CN
Inventors: 杨肖娥; 唐琳; 亚西尔·哈米德; 曹雪蕊; 林强; 王小子; 陈锋
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2018-12-27
Filing date: 2018-12-27
Publication date: 2020-07-24
Anticipated expiration: 2038-12-27
Also published as: CN109530417A

Abstract

本发明公开了一种镉中度污染土壤的油菜‑中稻轮作边生产边修复的方法，属于污染土壤环境治理技术领域。所述方法包括以下步骤：(1)在镉污染土壤上种植油菜浙油50，分别于油菜抽薹期、开花期叶面喷施镉活化剂，培育至收获，全部移除；(2)平整土壤，并施用镉钝化调理剂，与耕层土壤混匀；(3)6‑8天后，移栽中稻甬优15，整个生育期进行淹水处理，分别于分蘖期、孕穗期、灌浆结实期叶面喷施锌强化镉阻控剂，中稻收获前一周排干田间水分，收获中稻后秸秆全部移出。本发明利用镉富集油菜与镉低积累优质中稻轮作，配合合理的水分管理，在保证作物安全优质生产的同时，对土壤进行修复。

Description

一种镉污染土壤中油菜-中稻轮作边修复边生产的方法

技术领域

本发明涉及污染土壤环境治理技术领域，具体涉及一种镉中度污染土壤的油菜-中稻轮作边生产边修复的方法。

背景技术

现代化工业促进经济发展，加快现代化进程，但同时引起的重金属污染问题日益突出，土壤污染面积逐年增大，污染程度日益严重。镉是无机污染物之首，农田镉污染问题是当前我国面临的主要环境问题之一。农田中的镉对作物产生严重的毒害作用，表现为生长迟缓，产量降低，品质下降等。而且，作物中的镉会通过食物链进入人体，危害人类健康。

水稻是我国最重要的粮食作物，占全国粮食作物种植面积的1/4。土壤中的镉在水稻体内积累，导致了稻米镉超标粮食安全问题。随着农田土壤环境的持续恶化，土壤镉污染导致的稻米镉超标问题对人类健康的危害影响日益严重。这些受镉污染的农产品通过食物链途径进入人体内后在肾脏内积累，长期的摄入使得镉在人体中不断富集，进而对人体的骨骼和呼吸系统造成危害，引起一系列的重大疾病。镉元素移动性强，生物富集作用大，易被吸收，毒性持久，对人类健康的极大危害引起世界的普遍关注。

目前，我国用于镉污染土壤修复的技术主要有客土法、冰冻法、固化法、化学淋洗法、离子交换法和螯合法等。但是，这些方法工程量大、花费高、技术难度大、易造成二次污染，难以被大面积应用。

植物修复是一种资源节约、环境友好的新兴修复技术。利用超积累植物的吸收积累作用提取土壤中的镉，再通过移除这些超积累植物以达到净化土壤的目的，是一种非常具有潜力的生态修复方法。但是，超积累植物多为生物量小，生长缓慢的草本，因此，单纯的植物修复通常至少需要2-3年的时间。我国人口众多，人均耕地面积少，对大量镉污染土壤停止粮食生产而开展植物修复是不现实的。因此，发展费用低廉、易于操作的绿色原位边生产边修复技术，在不停止农业生产的情况下对中度污染土壤开展原位修复，符合我国现阶段的的基本国情。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在镉中度污染土壤中进行粮食作物边生产边修复土壤镉污染的方法，在保障粮食安全生产的同时，对污染土壤进行修复。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种镉污染土壤中油菜-中稻轮作边修复边生产的方法，包括以下步骤：

(1)在镉污染土壤上种植油菜浙油50，分别于油菜抽薹期、开花期叶面喷施镉活化剂，培育至收获，全部移除；

(2)平整土壤，并施用镉钝化调理剂，与耕层土壤混匀；

(3)6-8天后，移栽中稻甬优15，整个生育期进行淹水处理，分别于分蘖期、孕穗期、灌浆结实期叶面喷施锌强化镉阻控剂，中稻收获前一周排干田间水分，收获中稻后秸秆全部移出。

本发明的技术方案中，以种植一次油菜-中稻为一个循环，一个循环周期为一年，油菜种植期为6-7个月，接下来5-6个月种植中稻。

本发明中轮作的油菜浙油50，为本实验室前期筛选得到的茎秆富集油菜品种，籽粒产量高，籽粒镉含量符合国家食品安全标准(GB2762-2017)。

油菜浙油50是镉富集植物，生长过程中可以从污染土壤中提取大量的镉，降低土壤镉含量，是修复镉污染土壤的重要手段。油菜籽用于榨油，籽粒中的重金属主要富集在油渣中，因此油可安全食用；富集了大量重金属的秸秆被收获移出农田进行资源化利用，例如发电，制炭等。因此，本发明选用油菜浙油50作为轮作过程中首先种植的作物。

步骤(1)中，所述镉活化剂为乙酸钙不动杆菌、荧光假单胞菌、巨大芽孢杆菌、嗜麦芽窄食单胞菌、短小芽胞杆菌和恶臭假单胞菌组成的复合内生细菌经液体发酵得到的发酵液。本发明所使用的镉活化剂，是一种混合微生物发酵液，可提高镉向叶片转移率50％以上，但不增加镉向籽粒的转移率。

作为优选，镉活化剂的喷施量为20L/亩。

中稻甬优15是水生作物，生长过程中，农田处于淹水状态。淹水处理可以促进中稻移栽前施入土壤的镉高效钝化剂调理剂与土壤更均匀地混合，同时提升土壤pH值，改变镉在土壤中的形态，是减少作物吸收积累镉的有效手段。因此，本发明选择在半年后使用水生作物中稻与油菜进行轮作。

土壤镉钝化调理剂有效降低土壤中活性态Cd，减少作物对镉的吸收。本发明所使用的土壤镉钝化调理剂是一种有机-无机复合钝化剂，要求镉含量低于0.2mg kg^-1，可降低土壤pH值0.5-1.0个单位。所述土壤镉钝化调理剂的组分包括：有机肥、石灰，海泡石。所述原料可从市场购买获得，石灰和海泡石对土壤重金属钝化效果很好，但是土壤pH值会严重升高，且土壤理化性质会发生改变，不利于植物生长。有机肥是一种生物材料，增加土壤缓冲性，调节石灰和海泡石的大量投入对土壤理化性质的严重改变。具体地，以质量百分比计，有机肥25-35％、石灰35-45％、海泡石25-35％。

作为优选，所述土壤镉钝化调理剂以质量百分比计，组分为：有机肥30％、石灰40％、海泡石30％。

作为优选，所述土壤镉钝化调理剂的施用量为300dm³/亩。

作为优选，所述耕层土壤为土壤表层10-20厘米的土壤。

作为优选，步骤(3)中，移栽的中稻秧龄为30-35天。

中稻生长过程中，施用锌强化镉阻控剂，减少其对镉的吸收。所述锌强化镉阻控剂为玉米棕榈油纳米乳液、锌肥和水混合而成纳米锌肥。具体可采用授权公告号为CN105061079B中提供的纳米锌肥，其配方为：2g玉米棕榈油纳米乳液，1.17g七水合硫酸锌，溶于1L蒸馏水。对镉向籽粒运输的阻控率高于20％。

作为优选，所述锌强化镉阻控剂的施用量为30L/亩。

本发明提供的轮作方式得到的水稻稻米镉含量符合食品安全国家标准(GB 2767-2017)，安全可食用。

油菜和中稻茎叶部分积累了大量的镉，如果秸秆还田，这些镉也会随之回归土壤。因此，在本发明技术方案中，在油菜和中稻收获后，将油菜和中稻的秸秆移出农田，避免造成二次污染，对土壤污染起到修复治理作用。

研究表明，与单季中稻种植相比，采用本发明提供的轮作方式，土壤中有效镉含量降低了45.65％。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明利用镉富集油菜与镉低积累优质中稻轮作，配合合理的水分管理，在保证作物安全优质生产的同时，对土壤进行修复。按照本发明的油菜-中稻轮作模式，在农业生产完全正常进行的情况下完成对镉中度污染土壤的修复，无经济效益损失，易被农户接受。

(2)本发明作为一种绿色原位修复技术，与传统土壤治理方法相比，投资少、工程量小、技术管理简单。收获的秸秆移出农田，不会造成二次污染。

(3)本发明对中稻喷施锌强化镉阻控剂，在降低中稻籽粒镉含量的同时提高了锌含量，提升稻米品质，改善人类营养健康，减少隐性饥饿问题。

附图说明

图1为实施例1种不同处理水稻籽粒中的镉含量对比图。

图2为实施例1种植一年后不同处理土壤中有效镉含量对比图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

1、实施地点：浙江省绍兴市新昌县梅渚镇张家店村

绍兴市梅渚镇张家店村土壤属于水稻土类，瀦育型水稻土亚类，土种为黄泥沙田。总镉含量0.45mg/kg，超过土壤环境质量标准(GB 15618-2008)中对农田用地的限值。

富集作物品种为：油菜-浙油50，为本实验室前期筛选得到的镉富集品种。

油菜镉高效活化剂为我实验室自主研发的复合内生细菌菌剂发酵液，公开于公开号为CN105950502A的专利文献，每亩1L，加水稀释20倍，在油菜抽薹期和开花期喷施。

土壤镉高效钝化调理剂为我实验室自主研发，组分为：有机肥30％，石灰40％，海泡石30％，混合均匀并加适量水造粒，每亩施用300L，并与耕层土壤混匀，随后对田块进行淹水处理，一周后移栽中稻。

其中有机肥购于绍兴科龙复合肥有限公司，由植物秸秆和畜禽粪便发酵制成，镉含量为0.20mg/kg，不会对土壤造成二次污染；石灰购自宜春华贵科技有限公司；海泡石购自长沙汇豪建材有限公司。

低积累作物品种为：中稻-甬优15，为本实验室前期筛选得到的低积累优质品种。

中稻叶面锌强化镉阻控剂为本实验室自主研发的专利纳米锌肥，公开于授权公告号CN105061079B的专利文献，在中稻分蘖期、孕穗期、灌浆结实期进行叶面喷施，每亩每次喷施30L。

2、试验共设2个处理，分别为1、对照(夏秋季中稻单作，冬春季休耕)，2、轮作+油菜镉高效活化剂+土壤镉高效钝化调理剂+中稻叶面锌强化镉阻控剂，每个处理重复3次。

具体处理方法如下：

(1)对照：即冬季闲置，夏季常规中稻单作，常规农事管理，秸秆还田。

(2)油菜-中稻轮作，在油菜抽薹期和开花期每亩喷施20L镉高效活化剂，秸秆移出农田，其他农事管理同对照。中稻移栽前一周每亩施用300L土壤镉高效钝化调理剂，分别于中稻分蘖期、孕穗期、灌浆结实期每亩喷施30L锌强化镉阻控剂，秸秆移出农田，其他农事管理同对照。

收获的稻米按常规方法脱粒、磨粉，硝酸-高氯酸(5:1，v/v)消煮，电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)测定镉含量。

收集的土壤样品于常温晾干，用木锤在牛皮纸上捶碎，过100目尼龙筛，硝酸-氢氟酸-高氯酸(5:1:1，v/v)消煮，电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)测定镉含量。

3、试验结果分析

图1给出了在上述镉中度污染土壤上按本发明的边生产边修复技术模式轮作的中稻镉含量。与对照相比，油菜叶面喷施镉高效活化剂，中稻季土施镉高效钝化调理剂、叶面喷施锌强化镉阻控剂的中稻甬优15稻米镉含量降低至0.081mg kg^-1，低于食品安全国家标准(GB 2767-2017)，安全可食用。

如图2所示，按着本发明的边生产边修复技术模式轮作一年后，土壤有效镉含量降低至0.125mg kg^-1，与常规中稻单作相比降低了45.65％，低于土壤环境质量标准(GB15618-2008)，可以用于农业生产。

综上所述：按照此油菜-中稻轮作方法生产出来的稻米安全可食用，此轮作模式可用于镉中度污染土壤的边生产边修复。

实施例1结果表明，本发明利用油菜-中稻进行轮作，配合使用油菜叶面高效镉活化剂，土壤镉高效钝化调理剂，中稻叶面锌强化镉阻控剂，可以在镉中度污染土壤上实现常规中稻的安全生产，并且降低土壤有效镉含量。通过秸秆移除农田，在粮食生产的同时完成镉中度污染的修复，具有边生产边修复等优点。

以上列举的仅是本发明的具体实施例。本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均可认为是本发明的保护范围。

Claims

1.一种镉污染土壤中油菜-中稻轮作边修复边生产的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(2)平整土壤，并施用镉钝化调理剂，与耕层土壤混匀；

(3)6-8天后，移栽中稻甬优15，整个生育期进行淹水处理，分别于分蘖期、孕穗期、灌浆结实期叶面喷施锌强化镉阻控剂，中稻收获前一周排干田间水分，收获中稻后秸秆全部移出；

步骤(1)中，所述镉活化剂为乙酸钙不动杆菌、荧光假单胞菌、巨大芽孢杆菌、嗜麦芽窄食单胞菌、短小芽胞杆菌和恶臭假单胞菌组成的复合内生细菌菌剂经液体发酵得到的发酵液；

步骤(2)中，所述镉钝化调理剂的组分以质量百分比计，包括：有机肥25-35％、石灰35-45％、海泡石25-35％；

所述锌强化镉阻控剂为玉米棕榈油纳米乳液、锌肥和水混合而成纳米锌肥。

2.如权利要求1所述的镉污染土壤中油菜-中稻轮作边修复边生产的方法，其特征在于，步骤(1)中，镉活化剂的喷施量为20L/亩。

3.如权利要求1所述的镉污染土壤中油菜-中稻轮作边修复边生产的方法，其特征在于，所述镉钝化调理剂以质量百分比计，组分为：有机肥30％、石灰40％、海泡石30％。

4.如权利要求3所述的镉污染土壤中油菜-中稻轮作边修复边生产的方法，其特征在于，所述镉钝化调理剂的施用量为300dm³/亩。

5.如权利要求1所述的镉污染土壤中油菜-中稻轮作边修复边生产的方法，其特征在于，所述耕层土壤为土壤表层10-20厘米的土壤。

6.如权利要求1所述的镉污染土壤中油菜-中稻轮作边修复边生产的方法，其特征在于，步骤(3)中，移栽的中稻秧龄为30-35天。

7.如权利要求1所述的镉污染土壤中油菜-中稻轮作边修复边生产的方法，其特征在于，所述锌强化镉阻控剂的施用量为30L/亩。