CN110558167A - 一种土壤重金属污染生态修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土壤重金属污染生态修复方法，一个生态修复周期包括：S1冬耕，S2种植一季绿植，S3稻田改造，S4沟内种植水草，S5春耕，S6养殖一季小龙虾，S7种植一季水稻。本发明在不破坏稻田现有生态环境的前提下，提供种植一季绿植+养殖一季小龙虾+种植一季水稻的边生产边修复模式，减少了化肥农药的投入；减轻并逐步消除稻田病虫害和土壤连作障碍，水稻每亩增产5％以上；降低小龙虾的发病率及死亡率，小龙虾产量可达100～300斤/亩；有机种植和养殖提升了农产品的品质，每亩比传统种植一季水稻种植增收1000元以上，很好的调动农民实施本发明的积极性，是投资低、可持续进行且适用大范围推广的土壤重金属污染修复与农业生产兼顾的生态修复模式。

Description

一种土壤重金属污染生态修复方法

技术领域

本发明属于重金属污染修复的技术领域，具体涉及一种土壤重金属污染生态修复方法。

背景技术

重金属污染是指由重金属镉(Cd)、铅(Pb)、汞(Hg)、铬(Cr)等造成的环境污染。随着工农业的发展，城镇化的快速推进，矿山采选废水、化工电镀废水、生活污水及其他污染性废水的排放强度越来越大，煤炭燃烧、工业废气等大气污染物沉降量的增加，这些污染物不断累积在土壤环境中，引发我国诸多耕地尤其是基本农田遭受重金属等污染物污染的问题，土壤环境的自净能力有限，如果土壤污染得不到有效控制和修复，将直接或间接影响地表地下水污染、农产品安全。

我国农地土壤的重金属污染还与土壤酸化有很大关系。土壤酸化带来的直接影响是增加重金属在土壤中的活性，使其更容易被作物吸收，从一定程度上加剧了重金属污染的危害。导致土壤酸化的主要原因就在于农用化学品的大量投入以及不合理耕作等。随着我国重金属污染环境的控制，化肥农药的滥用已逐渐成为农地土壤重金属污染的重要原因之一。长三角有些地方20年间土壤酸度增加了10倍，珠三角30年间耕地土壤pH值从5.7下降到5.4。

我国农地镉标准为镉总量0.3mg/kg(pH>7.5为0.6mg/kg)，食品卫生标准为镉总量0.20mg/kg，在《农业环境科学学报》2017年09期《全国土壤污染状况调查公报》中，欧美、日本等国家及我国台湾地区的大量试验表明，土壤酸碱度处于4.5～5.5区间时最容易产生镉大米。如在pH值为5.33、土壤全镉量为0.22mg/kg，试验中的33个样品的大米镉含量均超过我国规定的食品卫生标准0.20mg/kg，也就是在酸性条件下，镉不超标的土壤一样产生镉大米。

综上所述，我国土壤重金属污染问题主要不在土壤镉总量的问题上，而在于数十年快速、大量镉进入土壤，且因土壤被酸化导致土壤中重金属活性增加并被作物高效吸收的问题上，因此对于我国重金属污染的农地，在不破坏农地现有生态环境的前提下，提供一种农药化肥摄入少且能提高土壤pH值的应用范围广、投资少、可持续进行且能提高农民积极性的土壤重金属污染修复与农业生产兼顾的边生产边修复模式，具有重要的意义和应用前景。

发明内容

为解决上述技术问题中的至少之一，本发明提出一种土壤重金属污染生态修复方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种土壤重金属污染生态修复方法，一个生态修复周期包括如下步骤：

S1冬耕：一季稻收割后，稻田保持适当水量，每亩撒施30-80公斤左右粪肥后将酵素益生菌按比例稀释后遍洒在稻桩和稻草上，进行深度为15CM-20CM的翻耕，之后稻田保持翻耕后稻桩、稻草和粪肥可发酵水量；

S2种植一季绿植：半月后，在稻田种植一季冬春季绿植，作为第二年改善土壤肥沃程度的有机肥；

S3稻田改造：第二年的1-2月份在稻田的周边开小于稻田总面积10％的围沟，开好围沟后，对稻田和围沟用生石灰兑水化开后遍洒清野消毒；

S4沟内种植水草：清野消毒半月后同时稻田水温在5度以上时，在围沟内种植不超过围沟面积30％的水草，沟内水位保持在60CM以上；

S5春耕：3月，稻田保持适当水量，每亩撒施30-80公斤左右粪肥后将酵素益生菌按比例稀释后遍洒在稻田绿植上，进行深度为15-20CM的翻耕，之后稻田保持翻盖后绿植粪肥可发酵水量；

S6养殖一季小龙虾：三月底4月初，稻田内水温在15度左右时，向围沟内投放小龙虾虾苗，放养规格为每尾0.1-0.2两，放养密度为每亩5000-10000尾，5-6月份陆续采用捕大留小的方式捕获小龙虾，未捕获的小龙虾继续在围沟内生长并根据生长情况捕获，其间稻田内水位保持在10CM-15CM之间；

S7种植一季水稻：先用生石灰10公斤/亩兑水化开满田遍洒消毒杀虫，适时在稻田内种植一季稻，水稻成熟后及时收割稻谷。

作为进一步的改进，在S1冬耕步骤中，翻耕时，将粪肥、稻桩和稻草覆盖在土壤下充分发酵分解，翻耕上来的土壤高于稻田水面进行冬晒。

作为进一步的改进，在S5春耕步骤中，翻耕土壤上部高于稻田水面露晒7-15天，翻耕土壤下部沤田以发酵绿植并培植土壤中的微生物。

作为进一步的改进，在S6养殖一季小龙虾步骤中，投放虾苗时，向围沟内配养适量的虑食性鱼类以调节稻田水质。

作为进一步的改进，所述围沟内配养的虑食性鱼类为每亩放养150-250g规格冬片鲢鱼15-25尾和鳙鱼3-8尾。

作为进一步的改进，在S6养殖一季小龙虾步骤中，5-6月每15-20天用生石灰10公斤/亩兑水化开后全围沟遍洒。

作为进一步的改进，在S7种植一季水稻步骤中，水稻稳兜后稻田水位保持在10CM以上，以隔绝稻田土壤与空气的直接接触。

作为进一步的改进，在S7种植一季水稻步骤中，水稻晒田时，稻田采用缓慢退水法，让稻田内的小龙虾随水退至围沟内，其间，保持围沟内水深60CM以上。

作为进一步的改进，通过1-3个生态修复周期的循环，逐步修复稻田土壤重金属污染。

作为进一步的改进，在第二个生态修复周期及以后，S6养殖一季小龙虾步骤中，为防止稻田内当前生态修复周期的虾苗因近亲繁殖而影响下一个生态修复周期小龙虾的产量和质量，在投放虾苗时，需要加投10-20公斤/亩相对于上一个生态修复周期购入虾苗的异地虾种以供小龙虾良性繁殖。

本发明提供的一种土壤重金属污染生态修复方法，一个生态修复周期包括：S1冬耕，S2种植一季绿植，S3稻田改造，S4沟内种植水草，S5春耕，S6养殖一季小龙虾，S7种植一季水稻。通过一个生态修复周期，利用酵素益生菌将稻桩、稻草和粪肥发酵成农田生态有机肥供冬季种植绿植的肥力，将种植的冬季绿植通过酵素益生菌在稻田发酵，作为一季水稻种植所需要的肥力，来改良土壤结构，提高土壤肥力，促进土壤中有益微生物菌的生长繁殖，抑制土壤内有害微生物的生存与繁殖，减轻稻田病虫害和土壤连作障碍，增加稻田土壤的有机质含量，修复钝化土壤有害重金属元素，稻田内减少使用甚至不使用化肥、农药。在稻田周边开围沟并用生石灰兑水后使用清野消毒，调节土壤的pH值，降低土壤内重金属元素活性的同时进一步杀灭稻田内各种病原体、寄生虫卵、有害藻类和敌害生物等。在稻田中种植一季水稻作物，在围沟内养殖小龙虾，用生石灰兑水化开后洒入稻田和围沟既能防治病虫害又能改善土壤的pH值。利用小龙虾钻泥的特性，增强稻田渗水、保水、透气能力；水稻成为小龙虾生长的庇护场所；稻田内害虫、杂草成为小龙虾的美食；小龙虾的粪便和分泌物里面所含的生物酶和微生物成分不但是水稻生长所需的有机肥，也是土壤最好的调节剂。

本发明在不破坏稻田现有生态环境的前提下，提供一种种植一季冬季绿植+养殖一季小龙虾+种植一季水稻的边生产边修复模式，减少了化肥农药的投入；减轻并逐步消除稻田病虫害和土壤连作障碍，水稻每亩增产5％以上；降低小龙虾的发病率及死亡率，小龙虾产量可达100～300斤/亩；有机种植和养殖提升了农产品的品质，每亩比传统种植一季水稻种植增收1000元以上，很好地调动了农民实施本发明的积极性，是投资少、可持续进行且适用大范围推广的土壤重金属污染修复与农业生产兼顾的生态修复模式。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1为本发明的生态修复周期流程图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面用具体实施例对本发明作进一步详细的描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，本发明实施例提供一种土壤重金属污染生态修复方法，第一个生态修复周期包括如下步骤：

S1冬耕：一季稻由收割机收割后，留稻桩15-40CM，其余稻草搅碎入田，稻田水位保持在保证稻桩和稻草的含水量达到70％左右，每亩撒施30-80公斤粪肥，本实施例是每亩撒施50公斤家禽畜粪肥后，酵素益生菌采用200倍的EM菌稀释液，将EM菌稀释液遍洒在稻田内，包括稻桩和稻草上，进行深度为20CM的深翻耕，稻田保持约10CM的水量，使粪肥、稻桩和稻草密实覆盖在土壤下充分发酵分解，翻耕上来的土壤高于稻田水面进行冬晒10天。由于EM菌在土壤中极易生存繁殖，所以能较快而稳定地占据土壤中的生态地位，形成有益的微生物菌的优势群落，让粪肥、稻桩和稻草在稻田内发酵分解，以改良土壤结构、调节稻田内土壤的生物环境，为种植冬季绿植提供肥力，促进土壤中有益微生物菌的生长繁殖，抑制土壤内有害微生物的生存与繁殖，减轻稻田病虫害和稻田土壤连作障碍，增加稻田土壤的有机质，有效减少耕作层重金属污染物的含量。

S2种植一季绿植：半月后，在稻田种植一季冬春季绿植，冬春季绿植可以是绿肥、蔬菜、饲草、油菜中的任一种，本实施例种植的冬春季绿植是紫云英，紫云英的固氮能力强，在植株腐解时可以大量激发土壤氮素，对农田生态系统中维持氮循环具有重要作用，作为第二年改善土壤肥沃程度的有机肥。种植一季绿植还可以增加土壤的有机质含量、逐步解决土壤板结问题，改善土壤地力的同时提升耕地的质量。紫云英每亩的播种量约为1.5-2公斤，播种时注意落子均匀。出苗时，种子浸水易造成烂芽缺苗；越冬时，多水或干旱均影响根系生长甚至死亡；春季旺长时，积水会造成黄苗，生长不良。

S3稻田改造：第二年的2月初在稻田的周边开不超过稻田总面积10％的围沟，优良的生态环境，可以提高小龙虾的成活率。围沟深100cm，宽200-300CM，坡比1:2.5，6亩以上稻田中间开深60-80cm、宽50-60cm十字沟与围沟联通，然后对稻田和围沟每亩用100公斤生石灰兑水化开后遍洒清野消毒、调节围沟内土壤结构和土壤PH值，钝化土壤重金属元素。

S4沟内种植水草：清野消毒半月后同时稻田水温在5度以上时，在围沟内采用扦插法种植约围沟面积30％的伊乐藻水草，培好水质是提高虾苗投放后成活率的关键手段，水草种植后保持围沟内水位在60CM以上。水草是小龙虾春季美食兼运动攀岩工具，平时注意观察伊乐藻的生长情况，生长覆盖面控制在围沟水面50％的范围内，超过的话要及时捞取出多余的水草，防止影响围沟内水体含氧量和败坏稻田水质。

S5春耕：3月，在紫云英的盛花期，每亩撒施50公斤家禽畜粪肥后，将200倍的EM菌稀释液遍洒在稻田内的紫云英上，进行深度为20CM的深翻耕，之后稻田保持约10CM深的水量，使稻田内土壤密实覆盖住紫云英，翻耕土壤上部高于稻田水面露晒15天，翻耕土壤下部沤田以发酵紫云英并培植土壤中的微生物，让紫云英在稻田内发酵分解，以改良土壤结构、调节稻田内土壤的生物环境，为种植一季水稻提供肥力，促进土壤中有益微生物菌的生长繁殖，抑制土壤内有害微生物的生存与繁殖，减轻稻田病虫害和稻田土壤连作障碍。

S6养殖一季小龙虾：在3月底4月初，稻田内水温在15度左右时，向围沟内投放小龙虾虾苗，放养规格为每尾0.1-0.2两，放养密度为每亩8000尾左右，投放虾苗前将虾苗浸泡在20毫克/升浓度的高锰酸钾中消毒约5分钟，其间实时观察虾苗耐受情况，以杀灭虾苗体表的寄生虫，然后将消毒后的虾苗用稻田水三起三落浇淋虾苗10分钟防止虾苗的应激反应，使虾苗适应稻田水的环境，以提高投放虾苗的成活率。由于围沟和稻田内经过施肥和益生菌培育具有大量的浮游生物，在投放虾苗时，每亩还配养250g规格的鲢鱼20尾，鳙鱼5尾，鱼种下田前用50公斤放养稻田水兑食盐2.5公斤消毒8分钟。围沟和稻田内的浮游生物是鲢鱼和鳙鱼的极好饵料，适当配养虑食性的鲢鱼和鳙鱼可以增加围沟的养殖产量和稻田的收益，又起到调节围沟和稻田水质的作用。第二天傍晚向围沟内补充投喂泡发的黄豆1次，用量为每亩1公斤，一星期后开始补充米糠促进虾苗的生长，每月在稻田进水口用EM菌稀释液500g随水流入围沟，以调节围沟的水体环境，使围沟内小龙虾和鱼都快速生长。

因围沟内的小龙虾和鱼长大，随着水温升高和小龙虾生长对水草需求量增大，4月下旬-5月份初，在围沟内补种耐高温的轮叶黑藻。轮叶黑藻是小龙虾喜食的水草，为防止刚种植就被小龙虾吃光，种植后先用网围住，待大量生长后再将网撤掉，其间，注意控制轮叶黑藻的水体覆盖面积不超过围沟水面的50％，以保证鱼虾良好的生长环境。围沟内的水草虽是小龙虾生长必须的饵料和避阴场所，但覆盖超过50％的水面不利于水体溶氧供应，同时，过多的水草将耗费稻田内的肥力。5-6月份，每20天用生石灰10公斤/亩兑水全围沟遍洒1次，全年每亩生石灰用量控制在150公斤以内，以增加围沟内水体的钙离子，提高水体的碱度，有利于小龙虾的脱壳生长。5-6月份，每天采用地龙以捕大留小的方式捕获小龙虾，6月底小龙虾捕获上市约120公斤/亩时，剩余未捕获的小龙虾继续在围沟内生长，其间稻田内水位保持在10CM-15CM之间，这些继续生长的小龙虾除了增加后市产量外也将作为来年的虾种亲本，到7月初时，因为进入天气炎热季节，作为留种亲本的小龙虾在稻田内自行钻洞避暑，是稻田内中耕除草、防治病虫害的帮手，调节土壤结构的能手。

S7种植一季水稻：先用生石灰10公斤/亩兑水化开满田遍洒消毒杀菌清除病虫害，稻田耕整前每亩用3公斤尿素撒施后整体耕作，在7月初采用相间宽窄行插种植法每亩种植1.6-1.8万兜一季稻秧苗。种植的一季稻品种选择抗倒伏、抗病害、米质优、产量高、适合本地种植的优质稻黄花粘，水稻稳兜后稻田水位保持在10CM以上，既隔绝稻田土壤与空气的直接接触，能有效降低稻田土壤中活性镉等重金属离子在稻米中的累积，又保证养殖鱼虾的生长环境。7-8月每20天用10公斤/亩的生石灰兑水化开泼洒1次，全年每亩稻田生石灰用量控制在150公斤以内，既防病防虫，又调节稻田土壤PH值，改良土壤土质结构，稳定稻田土壤中有害重金属元素的活性，水稻孕穗期时，对稻田追施每亩12-15公斤钾肥。水稻晒田时，稻田采用缓慢退水法，让稻田内的小龙虾随稻田水逐步退至围沟内，其间，保持围沟内水深60CM以上，以保证来年的虾种量，10月初，水稻成熟收割后晒干，每亩稻田(除围沟外面积)平均产量478公斤。

本发明实施例第二个生态修复周期与第一个生态修复周期的区别在于：S1:冬耕：因稻田内有第一个生态修复周期的虾种钻在泥内，在进行耕作时需要尽量避免伤害种虾而造成虾种损失，冬季寒冻时需加深围沟和稻田水位保温。S3稻田改造：围沟沿用上一个生态修复周期的继续使用，如果围沟内淤泥过多需要进行清除，以保证围沟内的水质。淤泥经清理后需要冷冻、曝晒几天。用生石灰清野杀菌消毒时，因为稻田内已经有上一个修复周期的虾种产出的小龙虾，所以一次用量每亩不能超过15公斤，年用量控制在不超过每亩150公斤。S6养殖一季小龙虾：因上一个生态修复周期留有虾种，第二个生态修复周期的6-8月份到相对于上一个生态修复周期购入虾苗的异地补充每亩15公斤，每尾0.5两的虾种以供小龙虾自然生态繁殖，防止近亲交配而影响下一个生态修复周期小龙虾的产量和质量，春季养殖田内虾苗密度控制在每亩5000-10000尾，多出的虾种作为春季苗种出售。

根据国家《土壤污染防治行动计划》规定要求，参照农业部、环保部农用土壤污染分类划分标准，2017年对耕地划分的优先保护类(土壤全镉≤0.6mg/kg的耕地)标准，2017年、2018年通过对属于优先保护范畴的20个试点稻田采用本发明试验跟踪后，稻田土壤镉含量、土壤有效态镉含量、稻谷镉含量、土壤有机质含量、土壤PH值抽样情况表如下：

其中，2018年与2017年相比，稻田土壤重金属元素镉(Cd)含量都有降低，平均降低幅度为0.149mg/kg；土壤有效态镉含量同步降低，平均降低幅度约为0.05mg/kg；而土壤有机质含量平均增加14.43g/kg；土壤PH质趋向于中性，均值由2017年的6.05提高到了2018年度6.15。按GB2762-2017标准，2018年88％的稻谷镉含量低于限量标准，12％的稻谷镉含量高于限量标准，2018年相对2017年稻谷镉含量指标呈下降趋势。

2017年、2018年采用本发明试验跟踪的20个试点稻田土壤重金属铅(Pb)、汞(Hg)、铬(Cr)、砷(As)含量、稻田土壤PH值抽样情况表如下：

其中，按照GB15618-2018标准中水田土壤铅风险值为100mg/kg，汞风险值为0.5mg/kg，络风险值为250mg/kg，砷风险值为30mg/kg，2017年和2018年重金属含量铅、汞、铬、砷全部达到国家合格标准，2018年稻田土壤PH值85％趋向于中性。

其中，GB15618-2018为《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》

GB2762-2017为《食品安全国家标准食品中污染物限量》

HJ 803-2016为《土壤积沉积物12种金属元素的测定王水提取-电感耦合等离子体质谱法》

GB/T 23739-2009为《土壤质量有效态铅和镉的测定原子吸收法》

NY/T 1121.6-2006为《土壤检测第6部分：土壤有机质的测定》

GB2762-2017为《食品安全国家标准食品中污染物限量》

NY/T1121.2-2006为《土壤检测第2部分：土壤pH的测定》

上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，不能理解为对本发明保护范围的限制。

总之，本发明虽然列举了上述优选实施方式，但是应该说明，虽然本领域的技术人员可以进行各种变化和改型，除非这样的变化和改型偏离了本发明范围，否则都应该包括在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种土壤重金属污染生态修复方法，其特征在于，一个生态修复周期包括如下步骤：

S1冬耕：一季稻收割后，稻田保持适当水量，每亩撒施30-80公斤左右粪肥后将酵素益生菌按比例稀释遍洒在稻桩和稻草上，进行深度为15CM-20CM的翻耕，之后稻田保持翻耕后稻桩、稻草和粪肥可发酵水量；

S2种植一季绿植：半月后，在稻田种植一季冬春季绿植，作为第二年改善土壤肥沃程度的有机肥；

S3稻田改造：第二年的1-2月份在稻田的周边开小于稻田总面积10％的围沟，开好围沟后，对稻田和围沟用生石灰兑水化开遍洒清野消毒；

S4沟内种植水草：清野消毒半月后同时稻田水温在5度以上时，在围沟内种植不超过围沟面积30％的水草，沟内水位保持在60CM以上；

S5春耕：3月，稻田保持适当水量，每亩撒施30-80公斤左右粪肥后将酵素益生菌按比例稀释后遍洒在稻田绿植上，进行深度为15-20CM的翻耕，之后稻田保持翻盖后绿植粪肥可发酵水量；

S6养殖一季小龙虾：三月底4月初，稻田内水温在15度左右时，向围沟内投放小龙虾虾苗，放养规格为每尾0.1-0.2两，放养密度为每亩5000-10000尾，5-6月份陆续采用捕大留小的方式捕获小龙虾，未捕获的小龙虾继续在围沟内生长并根据生长情况捕获，其间稻田内水位保持在10CM-15CM之间；

S7种植一季水稻：先用生石灰10公斤/亩兑水化开满田遍洒消毒杀虫，适时在稻田内种植一季稻，水稻成熟后及时收割稻谷。

2.如权利要求1所述的一种土壤重金属污染生态修复方法，其特征在于，在S1冬耕步骤中，翻耕时，将粪肥、稻桩和稻草覆盖在土壤下充分发酵分解，翻耕上来的土壤高于稻田水面进行冬晒。

3.如权利要求2所述的一种土壤重金属污染生态修复方法，其特征在于，在S5春耕步骤中，翻耕土壤上部高于稻田水面露晒7-15天，翻耕土壤下部沤田以发酵绿植并培植土壤中的微生物。

4.如权利要求3所述的一种土壤重金属污染生态修复方法，其特征在于，在S6养殖一季小龙虾步骤中，投放虾苗时，向围沟内配养适量的虑食性鱼类以调节稻田水质。

5.如权利要求4所述的一种土壤重金属污染生态修复方法，其特征在于，所述围沟内配养的虑食性鱼类为每亩放养150-250g规格冬片鲢鱼15-25尾和鳙鱼3-8尾。

6.如权利要求5所述的一种土壤重金属污染生态修复方法，其特征在于，在S6养殖一季小龙虾步骤中，5-6月每15-20天用生石灰10公斤/亩兑水化开全围沟遍洒。

7.如权利要求6所述的一种土壤重金属污染生态修复方法，其特征在于，在S7种植一季水稻步骤中，水稻稳兜后稻田水位保持在10CM以上，以隔绝稻田土壤与空气的直接接触。

8.如权利要求7所述的一种土壤重金属污染生态修复方法，其特征在于，在S7种植一季水稻步骤中，水稻晒田时，稻田采用缓慢退水法，让稻田内的小龙虾随稻田水退至围沟内，其间，保持围沟内水深60CM以上。

9.如权利要求1至8中任一项所述的一种土壤重金属污染生态修复方法，其特征在于，通过2个以上生态修复周期的循环，逐步修复稻田土壤重金属污染。

10.如权利要求9所述的一种土壤重金属污染生态修复方法，其特征在于，在第二个生态修复周期及以后，S6养殖一季小龙虾步骤中，为防止稻田内当前生态修复周期的虾苗因近亲繁殖而影响下一个生态修复周期小龙虾的产量和质量，在投放虾苗时，需要加投10-20公斤/亩相对于上一个生态修复周期购入虾苗的异地虾种以供小龙虾良性繁殖。