CN109804866A - 一种在镉污染土壤中安全种植作物的方法 - Google Patents

一种在镉污染土壤中安全种植作物的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种在镉污染土壤中安全种植作物的方法，包括下述步骤：播种前，在表层土壤中施入钝化剂来钝化镉；播种后，采用滴灌系统进行滴灌，所述滴灌系统包括输水主管，所述输水主管分别与设置在地面上地面滴灌管和不同埋深的地下滴灌管连通；作物苗期，采用地面滴灌管进行滴灌，在之后的生育期内，根据作物的扎根深度，逐步开通与根系距离为5～10cm的地下滴灌管进行滴灌。土壤中镉污染通常集中在土壤表层，本发明利用不同埋深的地下滴灌系统诱导作物根系更快的向下生长，巧妙的利用了根系的向水性，避开表层的镉积累层，此外，在土壤表层施用钝化剂，达到联合修复镉污染土壤的目的。

Description

一种在镉污染土壤中安全种植作物的方法
技术领域
本发明涉及种植技术领域，特别涉及一种在中轻度的镉污染土壤中安全种植作物的方法。
背景技术
土壤是生态环境的重要组成部分，也是人类赖以生存的物质基础。然而，随着我国工农业的快速发展，矿产资源的不合理开采，以及农业生产中污水灌溉、化肥的不合理使用、畜禽养殖等，导致了土壤重金属的污染逐步加剧。镉是环境中毒性最强的5毒(汞、铅、镉、砷、铬)元素之一，同时由于镉在土壤中不易迁移，镉对土壤的污染基本上是一个不可逆转的过程，土壤一旦受到镉污染就很难恢复。
据报道，全世界每年有9.5-45万吨的Cd被排放到土壤中。过量的Cd污染不仅使农作物的产量和品质降低，而且通过食物链的传递影响人和动物健康，导致癌变或畸形。土壤重金属污染的传统修复方法通常采用物理、化学技术，如物理分离法、化学钝化等。其原理主要是通过减少土壤表层污染物的浓度，或者增强土壤重金属的稳定性，进而降低其扩散性和生物有效性，减轻其对作物的危害及作物对其的吸收、转运量，从而维持农田的持续利用和作物的安全生产。这些传统方法具有治理效果好、历时短的优点，但成本高、难于管理、二次污染、环境扰动大等缺陷，严重限制了其在经济相对落后区域的发展。因此，对镉污染土壤的利用及修复的研究目前是土壤环境研究的热点。
发明内容
本发明提供了一种在镉污染土壤中安全种植作物的方法，解决现有的对对镉污染土壤修复成本高、难于管理、二次污染、环境扰动大等问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
一种在镉污染土壤中安全种植作物的方法，包括下述步骤：
(1)播种前，在表层土壤中施入钝化剂来钝化镉；
(2)播种后，采用滴灌系统进行滴灌，所述滴灌系统包括输水主管，所述输水主管分别与设置在地面上地面滴灌管和不同埋深的地下滴灌管连通；
作物苗期，采用地面滴灌管进行滴灌，在之后的生育期内，根据作物的扎根深度，逐步开通与根系距离为5～10cm的地下滴灌管进行滴灌。
其中，优选地，所述钝化剂为生物炭、磷矿粉、海泡石和石灰中的任意一种或几种。
其中，优选地，所述土壤镉的钝化剂的加入量为1500～3000kg/hm2，平衡时间为6～10天。
其中，优选地，所述地下滴灌管由第一滴灌管、第二滴灌管和第三滴灌管构成。
其中，优选地，所述第一滴灌管的埋深为距离地面15cm，所述第二滴灌管的埋深为距离地面25cm，所述第三滴灌管为距离地面35cm。
其中，优选地，所述地下滴灌管上覆盖有U型或半圆形的防护管。
其中，优选地，所述滴灌系统还包括水泵、水表、电磁阀和土壤水分传感器，所述水泵与所述输水主管连接，所述水表设置在输水主管上，所述电磁阀为多个，分别设置地面滴灌管和地下滴灌管上，所述土壤水分传感器为多个，均匀设置在相邻的地面滴灌管或相邻的地下滴灌管之间。
其中，优选地，所述滴灌系统还包括灌溉监测控制器，所述灌溉监测控制器与水泵、水表、电磁阀和土壤水分传感器连接，所述灌溉监测控制器通过无线通讯模块与中央监控计算机连接。
其中，优选地，所述滴灌系统还包括根系扫描仪，所述根系扫描仪与所述灌溉监测控制器连接。
本发明的有益效果：
土壤中镉污染通常集中在土壤表层，本发明利用不同埋深的地下滴灌系统诱导作物根系更快的向下生长，巧妙的利用了根系的向水性，避开表层的镉积累层，此外，在土壤表层施用钝化剂，达到联合修复镉污染土壤的目的。采用该发明方法种植在中轻度镉污染土壤中的作物根、茎、叶和仔粒中镉含量符合国家规定标准，且对作物产量没有显著性影响，同时，达到了节水灌溉的目的。
具体实施方式
下面将结合本发明具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例提供一种用于镉污染土壤中的滴灌系统，包括水泵1、水表2、输水主管3、电磁阀4和土壤水分传感器，输水主管3分别与设置在地面上地面滴灌管5和不同埋深的地下滴灌管连通；地下滴灌管上覆盖有U型或半圆形的防护管9。水泵1与输水主管3连接，水表2设置在输水主管3上，电磁阀4为多个，分别设置地面滴灌管5和地下滴灌管上，土壤水分传感器为多个，均匀设置在相邻的地面滴灌管5或相邻的地下滴灌管之间。
地下滴灌管由第一滴灌管6、第二滴灌管7和第三滴灌管8构成。第一滴灌管 6的埋深为距离地面15cm，所述第二滴灌管7的埋深为距离地面25cm，所述第三滴灌管8为距离地面35cm。
作物苗期，采用地面滴灌管5进行滴灌，在之后的生育期内，根据作物扎根深度，逐步开通不同埋深的地下滴灌管(根系距离滴灌管5cm左右时)进行滴灌。
另外，滴灌系统还包括灌溉监测控制器，灌溉监测控制器与水泵1、水表2、电磁阀4和土壤水分传感器连接，灌溉监测控制器通过无线通讯模块与中央监控计算机连接。
为了进一步提高系统的自动控制性，本系统中还包括根系扫描仪，根系扫描仪与灌溉监测控制器连接。
应用例1
本实施例于2017年10月至2018年6月进行，试验试验土壤类型为砂壤土， pH值8.0，有机质0.9％，速效氮80mg/kg，速效磷15mg/kg，速效钾80mg/kg，镉1.48～7.21mg/kg(《土壤环境质量标准》(GB 15618-1995)限值为0.6mg/kg)。
2016年10月12日播种冬小麦(矮抗58)，2017年6月5日收获。播种前，施入土壤镉的钝化剂来钝化镉；所述土壤镉的钝化剂为生物炭加入量为200kg/hm2，平衡时间为8天。
播种后，在发芽和苗期、冬灌、拔节、抽穗灌浆时期分别进行滴水灌溉，发芽和苗期采用地面滴灌管时行滴灌；冬灌时采用地面滴灌管进行滴灌，灌水 450m3/ha；冬灌时，采用第一滴灌管6进行滴灌，灌水300m3/ha；拔节返青时，采用第二滴灌管7进行滴灌，灌水450m3/ha；抽穗灌浆期，用第三滴灌管进行滴灌，灌水300m3/ha。该种植方法中播种、施肥等其它均为常规的种植方法，在此不再赘述。
收获后，测定收获的冬小麦千粒重、产量，冬小麦根、茎、叶、籽粒中重金属含量，结果如表1所示。
应用例2
本实施例于2017年10月至2018年6月进行，试验试验土壤类型为砂壤土， pH值8.0，有机质0.9％，速效氮80mg/kg，速效磷15mg/kg，速效钾80mg/kg，镉1.48～7.21mg/kg(《土壤环境质量标准》(GB 15618-1995)限值为0.6mg/kg)。
2016年10月12日播种冬小麦(中麦895)，2017年6月5日收获。播种前，施入土壤镉的钝化剂来钝化镉；所述土壤镉的钝化剂为磷矿粉，加入量为1500kg/hm2，平衡时间为10天。
播种后，在发芽和苗期、冬灌、拔节、抽穗灌浆时期分别进行滴水灌溉，发芽和苗期采用地面滴灌管时行滴灌，灌水450m3/ha；冬灌时，采用第一滴灌管进行滴灌，灌水300m3/ha；拔节返青时，采用第一滴灌管进行滴灌，灌水 450m3/ha；抽穗灌浆期，用第二滴灌管进行滴灌，灌水300m3/ha。该种植方法中播种、施肥等其它均为常规的种植方法，在此不再赘述。
收获后，测定收获的冬小麦千粒重、产量，冬小麦根、茎、叶、籽粒中重金属含量，结果如表1所示。
表1采用本发明方法对冬小麦产量及不同部位Cd含量影响
应用例3
本实施例于2017年5月至2017年10月进行，试验试验土壤类型为砂壤土， pH值8.0，有机质0.9％，速效氮80mg/kg，速效磷15mg/kg，速效钾80mg/kg，镉1.48～7.21mg/kg(《土壤环境质量标准》(GB 15618-1995)限值为0.6mg/kg)。
2016年5月12日播种夏玉米，2017年10月5日收获。播种前，施入土壤镉的钝化剂来钝化镉；所述土壤镉的钝化剂为海泡石，加入量为3000kg/hm2，平衡时间为6天。
播种后，在发芽和苗期、冬灌、拔节、抽穗灌浆时期分别进行滴水灌溉，苗期采用地面滴灌管时行滴灌，灌水450m3/ha；拔节期，采用第二滴灌管进行滴灌，灌水450m3/ha；抽雄期，用第三滴灌管进行滴灌，灌水300m3/ha。该种植方法中播种、施肥等其它均为常规的种植方法，在此不再赘述。
收获后，测定收获的夏玉米千粒重、产量，冬小麦根、茎、叶、籽粒中重金属含量，结果如表2所示。
应用例4
本实施例于2017年5月至2017年10月进行，试验试验土壤类型为砂壤土， pH值8.0，有机质0.9％，速效氮80mg/kg，速效磷15mg/kg，速效钾80mg/kg，镉1.48～7.21mg/kg(《土壤环境质量标准》(GB 15618-1995)限值为0.6mg/kg)。
2016年5月12日播种夏玉米，2017年10月5日收获。播种前，施入土壤镉的钝化剂来钝化镉；所述土壤镉的钝化剂为石灰，加入量为2500kg/hm2，平衡时间为7天。
播种后，在发芽和苗期、冬灌、拔节、抽穗灌浆时期分别进行滴水灌溉，苗期采用地面滴灌管时行滴灌，灌水450m3/ha；拔节期，采用第二滴灌管进行滴灌，灌水450m3/ha；抽雄期，用第三滴灌管进行滴灌，灌水300m3/ha。该种植方法中播种、施肥等其它均为常规的种植方法，在此不再赘述。
收获后，测定收获的夏玉米千粒重、产量，冬小麦根、茎、叶、籽粒中重金属含量，结果如表2所示。
表2采用本发明方法对夏玉米产量及不同部位Cd含量影响
由上述可知，采用本发明种植方法，冬小麦和夏玉米的产量并未受到影响，且根、茎、叶、籽粒中镉重金属含量远低于国家限定的标准。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种在镉污染土壤中安全种植作物的方法，其特征在于包括下述步骤：
(1)播种前，在表层土壤中施入钝化剂来钝化镉；
(2)播种后，采用滴灌系统进行滴灌，所述滴灌系统包括输水主管，所述输水主管分别与设置在地面上地面滴灌管和不同埋深的地下滴灌管连通；作物苗期，采用地面滴灌管进行滴灌，在之后的生育期内，根据作物的扎根深度，逐步开通与根系距离为5～10cm的地下滴灌管进行滴灌。
2.根据权利要求1所述的一种在镉污染土壤中安全种植作物的方法，其特征在于：所述钝化剂为生物炭、磷矿粉、海泡石和石灰中的任意一种或几种。
3.根据权利要求2所述的一种在镉污染土壤中安全种植作物的方法，其特征在于：所述土壤镉的钝化剂的加入量为1500～3000kg/hm2，平衡时间为6～10天。
4.根据权利要求1所述的一种在镉污染土壤中种植作物的方法，其特征在于：所述地下滴灌管由第一滴灌管、第二滴灌管和第三滴灌管构成。
5.根据权利要求4所述的一种在镉污染土壤中安全种植作物的方法，其特征在于：所述第一滴灌管的埋深为距离地面15cm，所述第二滴灌管的埋深为距离地面25cm，所述第三滴灌管为距离地面35cm。
6.根据权利要求1所述的一种在镉污染土壤中安全种植作物的方法，其特征在于：所述地下滴灌管上覆盖有U型或半圆形的防护管。
7.根据权利要求1所述的一种在镉污染土壤中安全种植作物的方法，其特征在于：所述滴灌系统还包括水泵、水表、电磁阀和土壤水分传感器，所述水泵与所述输水主管连接，所述水表设置在输水主管上，所述电磁阀为多个，分别设置地面滴灌管和地下滴灌管上，所述土壤水分传感器为多个，均匀设置在相邻的地面滴灌管或相邻的地下滴灌管之间。
8.根据权利要求7所述的一种在镉污染土壤中安全种植作物的方法，其特征在于：所述滴灌系统还包括灌溉监测控制器，所述灌溉监测控制器与水泵、水表、电磁阀和土壤水分传感器连接，所述灌溉监测控制器通过无线通讯模块与中央监控计算机连接。
9.根据权利要求8所述的一种在镉污染土壤中安全种植作物的方法，其特征在于：所述滴灌系统还包括根系扫描仪，所述根系扫描仪与所述灌溉监测控制器连接。
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