CN110893413A - 利用原位活化、钝化及高积累作物修复镉污染土壤的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用原位活化、钝化及高积累作物修复镉污染土壤的方法，包括以下步骤：⑴在粤东地区总镉含量＜0.9mg/kg的水稻污染土壤中，按每亩施加土壤酸度调节剂，经翻耕、耙匀，并淋水平衡3~5天，即得被活化的农田；⑵在所述被活化的农田中采用抛秧方式种植高积累水稻，待水稻成熟后将秸秆和稻谷收割；⑶修复完成后，按每亩施加土壤钝化剂生石灰后翻耕，翻耕结束后待所述土壤钝化剂与土壤反应5~7天进行常规水稻种植即可。本发明操作简单、实用性强、修复效率高、易于推广。

Description

利用原位活化、钝化及高积累作物修复镉污染土壤的方法

技术领域

本发明涉及土壤污染植物修复技术领域，尤其涉及利用原位活化、钝化及高积累作物修复镉污染土壤的方法。

背景技术

镉（Cd）是毒性最强的重金属元素之一，具有代谢的难降解性和高积累性，极易被植物体吸收，导致在植物体内大量积累，通过食物链进入人体，危害人类健康。

重金属污染土壤的修复技术可以分为两类：一类是利用工程措施和植物修复手段从土壤中去除重金属污染物，但工程措施不适用于大面积农田污染，而植物修复效率低，周期长，我国人多地少，不可能将现有耕地完全不生产粮食而利用植物修复来进行长时间治理；第二类是原位钝化修复技术，通过添加钝化剂来改变土壤中重金属的形态，减少重金属的生物有效性，从而减少植物对重金属的吸收。随着对农田土壤重金属污染认识的深入以及对环境保护和人类健康要求的提高，对农田土壤修复也就提出了更高的要求。单一修复技术很难对复合污染进行理想的修复，因此目前的重金属污染修复技术是将各种修复技术进行合理的结合，从而提高修复效率，其中在污染修复技术的应用推广中采用最多的技术为“土壤钝化+低吸水稻”。

“土壤钝化+低吸水稻”指重金属原位钝化技术与低镉水稻相结合的联合修复技术。一般研究认为作物体内重金属含量不与土壤中该元素的总浓度相关，而与该元素在土壤中有效态的浓度相关性相关。作物通过根系从土壤中吸收有效态重金属，并在体内累积起来。重金属原位钝化技术是一种污染土壤的治理方法，指向污染土壤添加一些活性物质（钝化剂），通过调节土壤理化性质以及沉淀、吸附、络合、氧化-还原等一系列反应，改变重金属在土壤中的化学形态和赋存状态，有效降低其在土壤中的迁移性和生物有效性，从而降低重金属污染物对环境受体（如动植物、微生物、水体和人类等）的毒性。而筛选稻米为镉含量低，稳定性好，适应当地环境的水稻品种，两种技术结合能够一定程度解决镉污染农田水稻安全生产问题。

但即便如此，“土壤钝化+低吸水稻”还是具有修复不彻底性以及存在安全隐患，该技术只是采用钝化技术降低了重金属的生物有效性，而并没有将对人体具有危害的重金属从污染农田中清除，由于被吸附钝化的重金属还留在土壤中，在一定的外界条件下又释放到土壤环境中，可能造成地表水和地下水的污染。同时钝化剂的大量使用存在破坏土壤结构的潜在风险，而且目前常用的钝化剂的钝化效果因土壤性质、重金属元素的浓度、钝化剂种类及用量而有差异，且由于受成本以及材料本身可能会给环境带来危害的限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种操作简单、实用性强、修复效率高、易于推广的利用原位活化、钝化及高积累作物修复镉污染土壤的方法。

为解决上述问题，本发明所述的利用原位活化、钝化及高积累作物修复镉污染土壤的方法，包括以下步骤：

⑴在粤东地区总镉含量＜0.9mg/kg的水稻污染土壤中，按每亩施加30~100 kg土壤酸度调节剂，经翻耕、耙匀，并淋水平衡3~5天，即得被活化的农田；

⑵在所述被活化的农田中采用抛秧方式种植高积累水稻，待水稻成熟后将秸秆和稻谷收割；

⑶修复完成后，按每亩施加50~250kg土壤钝化剂生石灰后翻耕，翻耕结束后待所述土壤钝化剂与土壤反应5~7天进行常规水稻种植即可。

所述步骤⑴与所述步骤⑶中翻耕深度均为10~20cm。

所述步骤⑵中高积累水稻是指百香139。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、与现有“原位钝化+低吸水稻”技术相比，本发明采用一种逆向的治理思路，利用“原位活化+高积累作物”弥补原有技术存在安全隐患的缺陷，通过施加土壤酸度调节剂与土壤中的重金属离子发生反应，使得难被植物吸收利用的残渣态或铁锰结合态转化为可交换态，再利用高积累作物将污染农田中的重金属彻底清除。

2、由于水稻秧苗适宜在pH=4.5~5.0的环境中生长，因此本发明适应水稻秧苗的生长规律，通过在土壤中施加酸度调节剂，将农田中的pH值调节至该范围。同时在采取抛秧方式，将未成秧的种子抛在田里，能够节省大量的人力成本。

3、本发明在修复完成后通过施加土壤钝化剂，回调土壤 pH值，避免土壤酸化，同时使得残余的重金属钝化，最终达到恢复土地生产力、消除粮食安全隐患、实现区域生态平衡与可持续发现的长远目标。

4、本发明原料来源广泛，成本低廉。

5、本发明利用适应当地环境的水稻实施土壤重金属污染的植物修复，操作简单、实用性强、修复效率高，适合大规模推广。

具体实施方式

利用原位活化、钝化及高积累作物修复镉污染土壤的方法，包括以下步骤：

⑴在粤东地区总镉含量＜0.9mg/kg的水稻污染土壤中，根据当地农田的基础pH值，按每亩施加30~100 kg土壤酸度调节剂，目的在于降低土壤pH，提高重金属镉的生物有效性。土壤酸度调节剂采用枫叶锦土壤酸度调节剂，为一次性施用，采用人工撒肥方式，将酸度调节剂均匀撒到污染农田中。土壤酸度调节剂施用结束后，用旋耕机将农田翻耕，翻耕深度为10~20cm，耙匀，使调节剂与污染土壤混合均匀，并淋水平衡3~5天，即得被活化的农田。

⑵在被活化的农田中采用抛秧方式种植高积累水稻百香139，吸附农田表层土壤中的镉元素。水稻生长期间，尽可能多的增加晒田时间。待水稻成熟后将秸秆和稻谷收割；稻谷用于生产工业乙醇，秸秆用于垃圾焚烧发电。

水稻种植采用抛秧方式，即将还未成秧的种子抛在田里。

粤东地区的主要品种中，百香139的镉富集能力最强。在水稻种植过程中，土壤pH值与镉富集能力呈现负相关，施加土壤酸度调节剂的土壤中水稻镉富集能力最强，大约为2~4。

在水稻抽穗期增加晒田时间，可以增强水稻对镉的富集能力。

⑶修复完成后，农田中的镉元素基本被清除，为了避免植物无法吸收的重金属带来的危害以及土壤酸化，按每亩施加50~250kg土壤钝化剂生石灰，其目的在于回调土壤pH值，钝化残余重金属。然后施用旋耕机将钝化剂与土壤混合均匀，翻耕深度为10~20cm。翻耕结束后待土壤钝化剂与土壤反应5~7天进行常规水稻种植即可。

应用案例分析：

广东省汕头市潮阳区贵屿镇（东经116°14′40″-117°19′35″，北纬23°02′33″-23°38′50″），属亚热带海洋性气候。温和湿润，阳光充足，雨水充沛，无霜期长，受海洋性气候影响，夏季气温高而无酷暑，冬季时间短而无严寒。土壤以赤红壤为主，表层已经人工耕作熟化为水稻土。该区域由于垃圾拆解工业而造成农田大面及重金属污染。

根据当地农田中不同污染情况和水稻种植情况，采用五点取样法，对该污染区的土壤进行采样，带回试验室进行下一步处理和分析。

本次共取研究区53个土壤样品，经研究发现当地的土壤明显呈酸性，pH范围为4.6~6.1。这是因为该区域为南亚热带海洋性气候，雨水充沛，受到雨水淋溶影响，土壤普遍呈酸性，再加上历史上利用被酸洗废水污染的河水灌溉，导致土壤呈酸性。土壤酸碱度是土壤重要的基本性质之一，是土壤形成过程和熟化培肥过程的一个指标。土壤酸碱度对土壤中养分存在的形态及有效性、土壤理化性质、微生物活动以及植物生长发育都有很大的影响。

研究分析发现水稻镉含量与土壤 pH 值之间的相关系数为-0.416，呈现极显著负相关（表1），说明 pH 值越小，水稻镉含量越高，这是因为土壤中重金属生物有效性会受到pH 值的较大影响，土壤的酸化会使土壤中的金属离子更容易释放出来，使得水稻更容易吸收土壤中的重金属。水稻秧苗适宜在pH为4.5~5.5的土壤中生长，因此用土壤调酸剂将土壤pH调节至该范围，能够提高水稻吸附重金属能力的同时避免对水稻生长产生影响。

表1 土壤性质的相关性表

**表示在0.01水平（双侧）上显著相关，说明两个因素之间呈现极显著相关。

在修复结束以后，需要用土壤钝化剂生石灰将农田的土壤pH回调，以维护农田生态系统的可持续发展。因该区域农田修复采用“原位钝化+低吸水稻”技术，因此表2仅作为本发明的参考数据。

表2 石灰盆栽实验pH变化表

根据“原位钝化”盆栽实验的结果来看，每亩施加150公斤生石灰，可以将土壤pH提高1.2，因此在土壤修复完成之后，农田pH=4.5~5.0，用钝化剂可以将土壤提高至5.7~6.2。

Claims (3)

1.利用原位活化、钝化及高积累作物修复镉污染土壤的方法，包括以下步骤：

⑴在粤东地区总镉含量＜0.9mg/kg的水稻污染土壤中，按每亩施加30~100 kg土壤酸度调节剂，经翻耕、耙匀，并淋水平衡3~5天，即得被活化的农田；

⑵在所述被活化的农田中采用抛秧方式种植高积累水稻，待水稻成熟后将秸秆和稻谷收割；

⑶修复完成后，按每亩施加50~250kg土壤钝化剂生石灰后翻耕，翻耕结束后待所述土壤钝化剂与土壤反应5~7天进行常规水稻种植即可。

2.如权利要求1所述的利用原位活化、钝化及高积累作物修复镉污染土壤的方法，其特征在于：所述步骤⑴与所述步骤⑶中翻耕深度均为10~20cm。

3.如权利要求1所述的利用原位活化、钝化及高积累作物修复镉污染土壤的方法，其特征在于：所述步骤⑵中高积累水稻是指百香139。