CN110238175A - 一种利用油菜-中稻轮作修复镉污染农田土壤的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用油菜‑中稻轮作修复镉污染农田土壤的方法，该方法包括：第一年度，对待修复的镉污染农田土壤进行整地，并向土壤中施入活化基肥，撒播镉高富集油菜种子；在油菜的抽薹期和开花期时，向油菜喷施叶面活化剂；第二年度，收获油菜；收获后，向土壤中施入钝化调理剂，再统一进行耙地和淹水，将镉低积累中稻种子直播至镉污染农田土壤中，进行栽培管理；在中稻的分蘖期、孕穗期和灌浆期时，向中稻喷施叶面阻控剂；成熟后，收获中稻。本发明采用高富集油菜和低积累中稻轮作系统，并配合活化基肥、叶面活化剂、钝化调理剂以及叶面阻控剂，显著提高了油菜和水稻对待修复土壤中镉的吸收量，进一步提高了镉污染农田土壤的修改效果。

Description

一种利用油菜-中稻轮作修复镉污染农田土壤的方法

技术领域

本发明涉及土壤修复技术领域，尤其涉及一种利用油菜-中稻轮作修复镉污染农田土壤的方法。

背景技术

近几十年来，由于工业三废的排放、化肥的施用等人类活动，大量的重金属被排放到环境中，导致耕地土壤重金属严重超标。土壤重金属污染问题是我国乃至全球性的环境问题之一。

据2014年的全国土壤污染状况调查公报显示，我国耕地土壤的点位超标率高达19.4％，其中镉为首要污染物，每年生产的镉含量超标农产品已超过14.6亿千克，且镉会通过食物链在人体内富集，从而严重危害着人类健康。因此，治理土壤污染刻不容缓。

而在众多的污染治理技术中，植物修复技术是以植物吸收富集土壤中的重金属为基础发展起来的，因其具有环境友好、成本低廉、原位修复等优势，因而被广泛应用。这些植物多集中于超积累植物，但是现发现的镉超积累植物如东南景天、鼠耳芥、遏蓝菜等。这些植物相对来说生长缓慢、植株矮小、地上部生物量小，对不同的土壤类型、不同的气候条件都有严格的要求，因此严重制约了超积累植物在大面积修复中的实际应用。进一步筛选出适应不同季节、不同土壤类型，且生物量较大，易种植，易成活且修复效率高的植物修复材料尤为重要。

一个被认可的植物修复模式是能够在不停止农业生产的条件下，将土壤污染物浓度降到环境质量标准以下。油菜是我国南方冬春季主要的油料作物，且研究发现油菜与芥菜同属芸薹属植物，有较高的吸镉和耐镉能力。水稻作为我国主要的粮食作物，其生产不可忽视。

目前各种方法和不同措施的优化组合已成为土壤修复领域的研究趋势，相关研究需要对各种修复方法进行组合尝试。总的来说，植物修复技术需要多种措施的结合，不局限于对植物本身，包括新的管理措施、种植方案、新的作物品种等方面，为因重金属污染而造成损失的当地农民带来经济收入的同时，保障粮食生产安全。

发明内容

本发明提供了一种利用油菜-中稻轮作修复镉污染农田土壤的方法，该方法能够解决植物修复过程中植株矮小，季节限制，没有经济效益等问题，能够在保障作物安全生产的前提下，完成镉污染土壤的植物修复，修复效果显著，实现了边生产边修复的目的。

具体技术方案如下：

一种利用油菜-中稻轮作修复镉污染农田土壤的方法，包括以下步骤：

(1)在第一年度的秋季，对待修复的镉污染农田土壤进行整地，并在整地过程中向土壤中施入活化基肥，整地结束后，将油菜种子直播至待修复的镉污染农田土壤中，进行栽培管理；

(2)分别在油菜的抽薹期和开花期时，向油菜喷施叶面活化剂；

(3)在第二年度的5月中旬，收获油菜，移除秸秆；

(4)油菜收获后，向土壤中施入钝化调理剂，再统一进行耙地和淹水，将中稻种子直播至镉污染农田土壤中，进行栽培管理；

(5)分别在中稻的分蘖期、孕穗期和灌浆期时，向中稻喷施叶面阻控剂；

(6)中稻成熟后，收获中稻，移除秸秆；

(7)重复步骤(1)～(6)。

本发明的创新点在于，采用筛选出的镉高富集油菜品种和镉低积累中稻品种轮作系统，并配合活化基肥、叶面活化剂、钝化调理剂以及叶面阻控剂，显著提高了油菜和水稻对待修复土壤中镉的吸收量，进一步提高了镉污染农田土壤的修改效果。

进一步地，步骤(1)中，所述活化基肥为黄腐酸钾硝硫基复合肥，施用量为25-35kg/亩。

该黄腐酸钾硝硫基复合肥购自广东拉多美化肥有限公司，肥料品牌型号为“必尊(15-15-15)”。

进一步地，步骤(1)中，所述油菜品种为绿生1号，中稻品种为甬优15或甬优538。

绿生1号，是油菜镉高富集品种，可购自杭州绿生现代农业与环境生态研究所；甬优15或甬优538，是水稻镉低积累品种，为常规市售产品。

油菜和水稻品种在镉污染农田土壤上均可以正常生长，并且按照农户的常规管理及高产栽培管理，油菜亩产达440-520斤，水稻亩产达634.5-689.9公斤；且收获的籽粒均符合食品中污染物的限量值。

进一步地，步骤(1)中，所述油菜的直播密度为300～400g/亩。

进一步地，步骤(2)中，所述叶面活化剂的主要成分为内生菌发酵液，所述内生菌为巨大芽孢杆菌(Bacillus megatherium)SaN1，编号为CGMCCNo.7295；所述叶面活化剂的施用量为1-2L/亩。

进一步地，以质量分数计，所述钝化调理剂的组分和用量为有机肥60-70％和生石灰30-40％；所述钝化调理剂的施用量为300～500kg/亩。

进一步地，步骤(4)中，所述中稻的直播密度为1-1.5kg/亩。

进一步地，步骤(5)中，所述叶面阻控剂为纳米锌肥；

以质量百分数计，所述纳米锌肥由浓度为5～8g/L的玉米棕榈油纳米乳液、4～5g/L的ZnSO₄·7H₂O和水混合而成；所述纳米锌肥的胶束粒径为1～4nm；所述纳米锌肥的施用量为1-2L/亩。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明采用镉高富集油菜和镉低积累中稻轮作系统，并配合活化基肥、叶面活化剂、钝化调理剂以及叶面阻控剂，显著提高了油菜和水稻对待修复土壤中镉的吸收量，进一步提高了镉污染农田土壤的修复效果。

(2)本发明通过对成熟植株的收获，将重金属从污染农田中移除，在不停止农业生产活动的条件下，给农民带来一定经济收入的同时，也保障了水稻的安全生产，真正实现了边生产边修复的目的。

(3)本发明方法可操作性较强，成本低廉，在农民进行正常生产活动的同时，就可以达到土壤修复的目的；其收获的秸秆还可以进一步进行秸秆资源化处理，实现重金属无害化处理的同时产出清洁燃料合成气和多功能生物炭材料，从而完成重金属修复植物的资源化利用。

附图说明

图1为实施例1和对比例1中油菜以及水稻的产量比较情况；

其中，对照表示对比例1，喷施表示实施例1。

图2为实施例1和对比例1中油菜茎叶、籽粒以及水稻精米中镉含量的比较情况；

其中，对照表示对比例1，喷施表示实施例1。

图3为实施例1和对比例1中油菜水稻种植前后土壤中镉含量的比较情况；

其中，对照表示对比例1，喷施表示实施例1。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，以下列举的仅是本发明的具体实施例，但本发明的保护范围不仅限于此。

实施例1

试验地点位于浙江省衢州市衢江区犁金园村的镉污染农田上，其中镉含量为0.86mg/kg，超过土壤环境质量标准(GB15618-2008)中对农田用地的限量值。

本实施例利用高富集油菜与低积累中稻轮作修复镉污染农田的方法包括以下步骤：

(1)于第一年的10月初，对待修复的镉污染农田土壤进行整地，除草，并在整地过程中向土壤中施入活化基肥，整地结束后，将油菜绿生1号的种子直播至待修复的镉污染农田土壤中，进行栽培管理；

活化基肥为拉多美必尊黄腐酸钾硝硫型(15-15-15)，施用量为30kg/亩；

油菜品种为绿生1号，由杭州绿生现代农业与环境生态研究所提供；播种密度为300g/亩；

(2)分别在油菜的抽薹期和开花期各喷施叶面活化剂一次，施用量为1.5L每亩，兑40L水；

叶面活化剂的成分为内生菌发酵液，所述内生菌为巨大芽孢杆菌(Bacillusmegatherium)SaN1，编号为CGMCCNo.7295；

(3)在第二年的5月中旬，油菜成熟，将油菜收获，并将秸秆移除；

收获前进行测产，同时收集油菜和土壤样品，油菜分为根、茎秆、荚和籽粒，按常规方法测定油菜和土壤中的镉含量。

具体方法如下：油菜收获采用机械化收割，选定相对规整的3块试验地，测量面积大小，收获后的籽粒直接上地磅，称量记录，去其承载物的重量，即为油菜重量。然后计算油菜产量，三次取其平均值。处理好的油菜样品用万能粉碎机将植物干样粉碎，采用HNO₃/H₂O₂(5:1,v/v)消化；土壤样品过100目筛，采用HNO₃/HClO₄/HF(5:1:1,v/v/v)消化，滤液直接上机，采用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测定镉的浓度。

(4)油菜收获之后，向待修复的镉污染农田土壤中施入土壤钝化调理剂；再统一进行耙地，淹水；将镉低积累中稻品种甬优15直播入待修复的镉污染农田土壤中，进行栽培管理；

以质量分数计，钝化调理剂的组分和用量为有机肥65％；生石灰35％，钝化调理剂其施用量为500kg/亩；

甬优15的播种密度为直播密度为1.5kg/亩；

(5)在中稻的分蘖期、孕穗期和灌浆期时，分别向中稻喷施一次叶面阻控剂；

叶面阻控剂为纳米锌肥；

以质量百分数计，所述纳米锌肥由浓度为6g/L的玉米棕榈油纳米乳液、4g/L的ZnSO₄·7H₂O和水混合而成；所述纳米锌肥的胶束粒径为1～4nm；纳米锌肥的施用量为1.5L/亩，兑40L水；

(6)待中稻成熟时，将中稻收获，并移除秸秆；

收获前进行测产，同时收集中稻和土壤样品，中稻分为根、茎、叶和籽粒，按常规测定方法测定中稻和土壤中镉含量。

具体方法如下：水稻收获采用机械化收割，选定相对规整的3块试验地，测量面积大小，收获后的籽粒直接上地磅，称量记录，去其承载物的重量，即为水稻重量。然后计算水稻产量，三次取其平均值。处理好的水稻样品用万能粉碎机将干样粉碎，采用HNO3/H2O2(5:1,v/v)消化；土壤样品过100目筛，采用HNO3/HClO4/HF(5:1:1,v/v/v)消化，滤液直接上机，采用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测定镉的浓度。

针对本实施例设置对照，该对照除不施用活化基肥、叶面活化剂、钝化调理剂以及叶面阻控剂外，其余内容与实施例1完全相同。

实施例2

试验地点位于浙江省湖州市长兴县的镉污染农田上，其中镉含量为0.58mg/kg，超过土壤环境质量标准(GB15618-2008)中对农田用地的限量值。

本实施例参考实施例1进行种植，不同之处在于，水稻的品种为甬优538(常规市售品种)，土壤钝化调理剂每亩施用量为300kg/亩。

针对本实施例设置对照，该对照除不施用活化基肥、叶面活化剂、钝化调理剂以及叶面阻控剂外，其余内容与实施例1完全相同。

试验结果如下：

如图1所示，两个实施案例中，在喷施活化剂或阻控剂的条件下，油菜和水稻均可以正常生长，且其产量均有所提高。实施例1中油菜在喷施叶面活化剂的条件下其产量提高7.6％，水稻在喷施阻控剂的条件下其产量提高5.0％。实施例2中油菜和水稻的产量分别提高4.7％，3.2％。

如图2所示，实施案例中籽粒镉含量均未超标，且水稻在喷施阻控剂的情况下，其精米中镉含量分别下降30.3％，17.1％，显著低于安全标准值。

如图3所示，实施例1中在油菜季收获之后，土壤镉含量降低15.3％，水稻季收获之后，土壤镉含量相较水稻种植前下降了10.6％。实施例2中油菜收获后土壤镉含量降低10.7％，水稻季收获之后土壤镉含量下降3.1％。因此在经过油菜-水稻轮作系统种植之后，土壤镉含量分别下降24.3％和13.8％。

Claims (8)

1.一种利用油菜-中稻轮作修复镉污染农田土壤的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在第一年度的秋季，对待修复的镉污染农田土壤进行整地，并在整地过程中向土壤中施入活化基肥，整地结束后，将油菜种子直播至待修复的镉污染农田土壤中，进行栽培管理；

(2)分别在油菜的抽薹期和开花期时，向油菜喷施叶面活化剂；

(3)在第二年度的5月中旬，收获油菜，移除秸秆；

(4)油菜收获后，向土壤中施入钝化调理剂，再统一进行耙地和淹水，将中稻种子直播至镉污染农田土壤中，进行栽培管理；

(5)分别在中稻的分蘖期、孕穗期和灌浆期时，向中稻喷施叶面阻控剂；

(6)中稻成熟后，收获中稻，移除秸秆；

(7)重复步骤(1)～(6)。

2.如权利要求1所述的利用油菜-中稻轮作修复镉污染农田土壤的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述活化基肥为黄腐酸钾硝硫基复合肥，施用量为25-35kg/亩。

3.如权利要求1所述的利用油菜-中稻轮作修复镉污染农田土壤的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述油菜的品种为绿生1号；所述中稻的品种为甬优15或甬优538。

4.如权利要求1所述的利用油菜-中稻轮作修复镉污染农田土壤的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述油菜的直播密度为300-400g/亩。

5.如权利要求1所述的利用油菜-中稻轮作修复镉污染农田土壤的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述叶面活化剂的主要成分为内生菌发酵液，所述内生菌为巨大芽孢杆菌(Bacillus megatherium)SaN1，编号为CGMCCNo.7295；所述叶面活化剂的施用量为1-2L/亩。

6.如权利要求1所述的利用油菜-中稻轮作修复镉污染农田土壤的方法，其特征在于，步骤(4)中，以质量分数计，所述钝化调理剂的组分和用量为有机肥60-70％和生石灰30-40％；所述钝化调理剂的施用量为300～500kg/亩。

7.如权利要求1所述的利用油菜-中稻轮作修复镉污染农田土壤的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述中稻的直播密度为1-1.5kg/亩。

8.如权利要求1所述的利用油菜-中稻轮作修复镉污染农田土壤的方法，其特征在于，步骤(5)中，所述叶面阻控剂为纳米锌肥；

以质量百分数计，所述纳米锌肥由浓度为5～8g/L的玉米棕榈油纳米乳液、4～5g/L的ZnSO₄·7H₂O和水混合而成；所述纳米锌肥的胶束粒径为1～4nm；所述纳米锌肥的施用量为1-2L/亩。