CN110125152A - 一种快速修复重金属污染农田的系统方法 - Google Patents

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龚宇阳
李东明
龚永欢
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    • B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09C—RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
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    • B09C1/02—Extraction using liquids, e.g. washing, leaching, flotation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B09C1/00—Reclamation of contaminated soil
    • B09C1/10—Reclamation of contaminated soil microbiologically, biologically or by using enzymes
    • B09C1/105—Reclamation of contaminated soil microbiologically, biologically or by using enzymes using fungi or plants

Abstract

本发明提供一种快速修复重金属污染农田的系统方法，属于重金属污染土壤修复领域，步骤包括：(1)检测不同深度土壤重金属含量；(2)对污染源进行隔离；(3)修建排灌系统、排水降渍；(4)表层土施加重金属钝化剂，旋耕混匀；(5)根据(1)确定土壤深翻深度，开展深翻，表土补肥，混匀；(6)检测耕作层土重金属含量；(7)根据(6)将农田分为大量的重金属含量达标区和少量的重金属含量稍微超标区，达标区开展正常农业生产，稍微超标区进行植物提取修复。该方法联合物理、化学和生物修复等，形成一种可操作性强、适合大面积推广的系统方法，对落实“土十条”安全种植、提高农田使用率、解决现有单一修复方法的各种缺陷具有重要意义。

Description

一种快速修复重金属污染农田的系统方法
技术领域
本发明属于重金属污染土壤修复领域，具体涉及一种快速修复重金属污染农田的系统方法。
背景技术
我国南方地区降雨丰富，耕地以水田为主，且存在大批量的冷浸田。以湖北省为例，其水田约占耕地总量的59％，冷浸田约占水田总量的15％。《全国土壤污染状况调查公报》指出全国耕地土壤点位超标率占19.4％，并以重金属无机污染物为主。耕地重金属主要来源于矿产资源开发、污水灌溉、涉重企业“三废”排放、不合理农药和畜禽肥料的施用等外来污染。耕地重金属污染具有表聚性，重金属大都汇聚在表层0-20cm土壤，污染深度不超过40cm。对于水田，其土壤质地一般为粘土、粘壤土，粘性土壤重金属有较强吸附作用，对重金属渗透扩散有较强的阻隔作用。
对于重金属污染农田，目前常用的修复方法包括化学修复法、生物修复方法和物理修复法。化学修复方法一般指重金属活化和重金属钝化修复方法，其中重金属活化主要用于植物提取修复法的强化，重金属钝化主要用于降低土壤重金属活性和移动性，适用于中、轻度污染土壤，具有效率高、可操作性强的特点，因此应用较为广泛。但是钝化药剂结构和作用机理复杂，且部分物质对作物产量、土壤理化性质、土壤肥力结构、土壤微生物菌群等影响较大，需要根据具体条件慎重筛选。生物修复方法一般指植物提取修复、微生物和动物辅助修复等，生物修复方法能彻底去除重金属、不造成二次污染，但修复周期长且需完全停止或部分停止农业生产活动，农户接受程度不高。微生物或动物辅助修复其修复效率有限，且工程应用较为困难。物理修复方法通常包括客土、深耕翻土及(化学)淋洗等措施，深耕翻土适用于中度或轻度污染农田，客土法适用于中度或重度污染农田。深耕翻土法需要确定准确的翻耕深度，客土法需要就近找到合适的洁净土源，淋洗法需要大量的机械混合操作、大量的淋洗水以及存在土壤肥力流失、土壤重金属活性增大等问题。以上单一修复方法都存在自身的短板，难以实现在经济可行的条件下，在较短的时间内对大面积重金属污染农田进行修复治理。
农田土壤污染关乎“米袋子”安全和人民群众的健康。同时，大量成片污染农田被撂荒，排灌系统年久失修，长期被水浸泡，野生杂草常年侵占，导致农田使用率大幅度降低。为保住“舌尖上的安全”、落实“土十条”安全种植、提高农田使用率、解决现有单一修复方法的各种缺陷，针对现有大面积重金属污染农田的实际情况，寻找快速、系统化的重金属污染农田修复方法具有重要意义。
发明内容
为克服现有单一修复方法在修复成本、修复时间、目标可达性和自身缺陷等方面的不足，基于我国受污染农田的实际情况，本发明联合物理修复、化学修复和生物修复等，提供一种快速修复重金属污染农田的系统修复方法。
本发明采取的技术方案如下：
一种快速修复重金属污染农田的系统方法，该方法包括如下系统性步骤：
(1)取样分析检测农田不同深度土壤重金属含量；
(2)对重金属污染农田的污染源进行污染源隔离；
(3)修建通畅的排灌系统，对重金属污染农田排水降渍；
(4)土壤表层施加重金属钝化剂并充分混合钝化；
(5)根据步骤(1)的结果确定土壤深翻的深度，开展农田土壤深翻，深翻后在表层施加生物菌型有机肥或普通有机肥并配合适量化肥，充分旋耕混合；
(6)取样分析检测农田耕作层土壤重金属含量；
(7)根据步骤(6)的分析检测结果将农田基本分成两个区域，即大量的重金属含量达标区域和少量的重金属含量稍微超标区域。对于重金属含量达标区域开展正常农业生产；对于重金属含量稍微超标区域，采用植物提取修复的方法降低耕作层土壤重金属含量，直至土壤重金属浓度达标。
以上所述的重金属污染农田系统修复方法，其特征在于，所述农田为水田、水旱轮作田、冷浸田、撂荒田，农田土壤土质为粘土或粘壤土，农田土壤重金属污染程度为中度到轻度，农田土壤表层受到重金属污染，但是其下层土壤符合种植的土壤环境质量标准。
以上所述的重金属污染农田修复系统方法，其特征在于，所述步骤(7)开展正常农业生产时，第一个种植季优选种植豆科作物，果实收获后秸秆就地还田和开展微生物腐熟。
本发明的优点在于：联合物理修复、化学修复和生物修复等，形成一种快速修复的系统方法，该方法经济可行、可操作性强，不占用耕种时间，可利用种植间歇期或农闲期开展，适合大面积推广。对于普通农田，其操作周期为2～3个月，对于冷浸田，其操作周期为3～6个月，具体时间需要依据天气情况确定。本修复重金属污染农田的系统方法将各种修复方法根据我国农田的实际情况进行有机结合，形成系统合力解决了各单一修复方法的不足，能有效提高污染农田的安全利用率。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步说明本发明。
实施例1
湖北省黄石大冶市境内矿产资源丰富，开采历史悠久，大冶市境内大量农田成片被污染，农田使用率低，大量污染农田被撂荒。申请人对大冶市某连片近三百亩受重金属污染的农田开展修复工程，根据调查该区域农田受到重金属镉、砷复合污染，污染源是农田附近原有的矿区。
利用本发明所述的一种快速修复重金属污染农田的系统方法进行修复。修复前农田长期被水浸泡，多数是撂荒田和冷浸田，还有一部分水田。农田淤泥深度普遍在0.5m以上，较深区域淤泥达到1m以上，土壤粘重，农田土壤镉、砷浓度超过《土壤环境质量标准》III级标准，修复目标是土壤砷浓度低于30.0mg/kg，土壤镉浓度低于1.0mg/kg。修复重金属污染农田的系统方法步骤如下：
(1)取样分析检测农田不同深度土壤重金属含量。对重金属污染农田进行分层采样检测分析，确定其污染深度，农田区域砷浓度范围13.8～158.0mg/kg，按采样点代表面积计算加权平均值是34.2mg/k；镉浓度范围0.15～5.46mg/kg，按采样点代表面积计算加权平均值是1.16mg/kg。土壤pH范围4.60～7.09，平均值为6.00。污染土壤为表层0～20cm，下层20～40cm的土壤重金属镉、砷基本达到《土壤环境质量标准》II级标准。
(2)对重金属污染农田的污染源进行污染源隔离。该区域农田污染源主要是附近和上游的历史性矿山开采和冶炼，目前部分区域仍然遗留大量污染矿渣。长期以来重金属污染物随地表径流进入下游农田，使农田受到重金属污染。为隔离污染源，在山区排洪通道修建污染源隔离坝，在修复农田区域修建排洪通道，使受洪水不进入农田区域；在农田与原有矿山区域交界处修建地表径流截流渠和排洪渠。
(3)对重金属污染农田排水降渍，修建通畅的排灌系统。由于原有的农田排灌系统全部被损毁或者堵塞，农田水渍严重、淤泥深厚，冷浸田分布较广，这些条件都易于造成重金属污染物的沉淀和聚集，因此开展了田间修建密集中沟、边沟的降渍工程，重新建立排灌渠道的水利工程，以及疏通农田下游排洪渠道工程。
(4)土壤表层施加重金属钝化剂并充分混合钝化。对表层土壤按0.3％的量施加钝化剂，钝化剂的配比为还原铁粉与凹凸棒石粉以1∶10的比例组配，采用旋耕机充分混匀，混匀后养护10天，取土样做土壤重金属浸出试验，浸出值达到《农田灌溉水质标准》。
(5)根据对不同深度土壤重金属含量取样分析检测结果，确定土壤深翻的深度为0.5m。对短期内较难改成旱地的农田采用挖掘机深翻，对短期内可以改成旱地的农田采用深翻犁深翻。深翻后在表层施加300kg/亩有机肥(植物源)、100kg/亩生物菌型有机肥和15kg/亩钙镁磷肥和20kg/亩复合肥施入肥料，用旋耕机充分旋耕混合。
(6)对处理后的农田耕作层土壤重金属含量取样分析检测，取样密度为每亩1个混合样品。
(7)根据步骤(6)的分析检测结果，有95％的面积达到修复标准，另外5％的面积的重金属含量稍微超标。对于重金属含量达标区域开展正常农业生产，种植了大豆和油菜，根据检测结果大豆籽粒、油菜籽粒和油菜油中重金属镉、砷含量均在《食品安全国家标准食品中污染物限量》标准限值以内，大豆秸秆和油菜秸秆还田后撒秸秆微生物腐熟剂，确保了下季种植对有机质的需求。对于重金属含量稍微超标区域，种植砷的超富集植物蜈蚣草和镉的超富集植物圆叶遏蓝菜，采用植物提取修复的方法降低耕作层土壤重金属含量，通过三季的种植，土壤重金属浓度达到修复标准。
以上所述实施例，为本发明人实施的实例，应当指出的是，对熟悉本领域的技术人员来说，在本发明原理的基础上，尚可根据上述说明加以调整或改进，这些调整及改进均应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种快速修复重金属污染农田的系统方法，其特征在于，包括以下系统性步骤：
(1)取样分析检测农田不同深度土壤重金属含量；
(2)对重金属污染农田的污染源进行污染源隔离；
(3)修建通畅的排灌系统、对重金属污染农田排水降渍；
(4)土壤表层施加重金属钝化剂并充分混合钝化；
(5)根据步骤(1)的结果确定土壤深翻的深度，开展农田土壤深翻，深翻后在表层施加生物菌型有机肥或普通有机肥并配合适量化肥，充分旋耕混合；
(6)取样分析检测农田耕作层土壤重金属含量；
(7)根据步骤(6)的分析检测结果将农田基本分成两个区域，即大量的重金属含量达标区域和少量的重金属含量稍微超标区域。对于重金属含量达标区域开展正常农业生产；对于重金属含量稍微超标区域，采用植物提取修复的方法降低耕作层土壤重金属含量，直至土壤重金属浓度达标。
2.根据权利要求1所述的重金属污染农田系统修复方法，其特征在于，所述农田为水田、水旱轮作田、冷浸田、撂荒田，农田土壤土质为粘土或粘壤土，农田土壤重金属污染为中度到轻度，农田土壤表层受到重金属污染，但是其下层土壤符合土壤环境质量标准。
3.根据权利要求1所述的重金属污染农田系统修复方法，其特征在于，所述步骤(7)开展正常农业生产时，第一个种植季优选种植豆科作物，果实收获后秸秆就地还田和开展微生物腐熟。
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