CN111247895A - 一种镉污染稻田修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及土壤修复技术领域，具体涉及一种镉污染稻田修复方法。本发明包括以下步骤：(1)将水稻秸秆打碎，施入稻田后灌水；(2)将培育繁殖后的新月藻和绿色裸藻移植于稻田中；(3)在稻田中种植水葱和鸭舌草。本发明中新月藻和绿色裸藻原料来源丰富，简单易得，吸附容量大，去除效率高，吸附的金属易于洗脱，利于吸附材料的重复利用和金属的回收；水葱和鸭舌草是稻田常见杂草，生长迅速，投资小效率高，而且能带来较高的环境生态效益，处理后能显著降低稻田中的镉含量，在一定程度上保障粮食安全。
Description
技术领域
本发明涉及土壤修复技术领域，具体涉及一种镉污染稻田修复方法。
背景技术
据2014年《全国土壤污染状况调查公报》显示，我国土壤环境状况总体不容乐观，部分地区土壤污染较重，耕地土壤环境质量堪忧。其中，镉污染物点位超标率达到7.0％，是耕地、林地、草地和未利用地的主要污染物之一。镉是重金属“五毒”元素之一，具有分解周期长(半衰期超过20年)、移动性大、毒性高、难降解等特点，在生产活动中容易被作物吸收富集，不仅严重影响作物的产量和品质，而且可以通过食物链在人体的积累危害人体健康。近年来，随着我国工业的发展，由于化肥、农药的大量施用，工业废水和污泥的农业利用，以及重金属大气沉降的日益增加，土壤中镉的含量明显增加，土壤镉污染状况越发严重。
水稻是我国主要的粮食作物，全国约有65％的人口以稻米为主食，稻米的安全品质与人类健康密切相关，目前水稻生产正受到镉污染土壤的严重威胁。与其它重金属元素相比，镉对水稻显示出更大的毒性，镉的活性较强，容易被水稻吸收和富集，可以在不影响水稻正常生长的情况下积累较高含量的镉，重金属镉通过灌溉在土壤中累积，且主要累积在0-20cm表层土壤，经过根、茎、叶的吸收，最终迁移到稻米中，直接影响人类的健康。据不完全统计，我国受镉污染的农田面积已超过20万hm2，每年生产镉含量超标的农产品达14.6亿kg，由于重金属污染导致的粮食每年减产1000多万吨，污染粮食多达1200多万吨，经济损失达200多亿元。
发明内容
针对以上技术问题，本发明的目的是提供一种镉污染稻田修复方法，通过灌水后在稻田中移植藻类、水葱和鸭舌草，收获后能带走部分镉离子，能有效降低稻田镉含量。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案；
一种镉污染稻田修复方法，包括以下步骤：
(1)将水稻秸秆打碎，施入稻田后灌水；
(2)将培育繁殖后的新月藻和绿色裸藻移植于稻田中；
(3)在稻田中种植水葱和鸭舌草。
进一步地，所述步骤(1)中水稻秸秆的施用量为500-1000kg/亩。
进一步地，所述步骤(1)中灌水至水层保持10-15cm。
进一步地，所述步骤(2)中的培育繁殖方法为将两种藻的混合藻液接种于培养液中，藻液与培养液的体积比为1:20-40。
优选地，所述培育繁殖的条件为温度20-28℃，光照强度2000-4000lx，培养5-7d。
进一步地，所述步骤(3)中水葱的种植方法为将幼苗定植于稻田，株距20-25cm，行距25-30cm，每穴2-3株。
进一步地，所述步骤(3)中鸭舌草的种植方法为将长度为10-15cm的鸭舌草茎秆插在水葱种植的行间，株距15-20cm。
进一步地，水葱和鸭舌草种植前在稻田中施用钙镁磷肥30-50kg/亩，定植后每隔10-15d在叶面喷施质量分数为0.01-0.1％的腐殖酸钾肥和0.5-1.0％的过磷酸钙。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)水稻秸秆粉碎还田后灌水处理，能创造强烈的土壤厌氧强还原环境。秸秆作为有机物施入土壤后能快速将土壤氧化还原电位从好氧条件的几百毫伏下降至-200毫伏甚至更低，从而引发反硝化反应、铁锰氧化物和硫酸盐还原，间接导致稻田土壤中游离态镉离子沉淀。同时引起铁锰氧化物、有机质、硫化物的形态或含量发生改变，使镉离子和硫化物如硫化氢产生硫化镉沉淀，减少毒性。
(2)新月藻和绿色裸藻原料来源丰富，简单易得，吸附容量大，去除效率高，吸附的金属易于洗脱，利于吸附材料的重复利用和金属的回收。两种藻类中含有金属硫蛋白、植物螯合肽等重金属结合蛋白，能通过诱导产生金属络合物把有害的游离镉离子形式转变为无害的镉离子—蛋白结合形式。新月藻和绿色裸藻还会向周围水体中分泌大量有机物藻酸盐，藻类胞外产物主要由糖类、果胶质等大分子物质组成，能与重金属形成缔合物或络合物附着在群体细胞的胶质外鞘上，从而降低稻田中游离态的重金属镉离子含量。
(3)水葱和鸭舌草是稻田常见杂草，生长迅速，投资小效率高，而且能带来较高的环境生态效益。水葱具有发达的根系和高达1-2m的茎秆，通过根系和茎秆可以快速大量地蓄积稻田中的镉离子，对其他重金属的去除也存在一定的协同作用，待收获后水葱还可作为观赏植物或做编织物等用途。鸭舌草高度为12～35cm，种植在水葱的行间能够最大程度地利用稻田空间。鸭舌草的根系较浅，叶部较大，能有效地吸附稻田中的镉离子，生长速度也很快，可以不断将成熟的鸭舌草带出稻田，从而加快镉离子减少和稻田修复的速度。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。
以下实施例中新月藻和绿色裸藻分离于稻田水渠，水葱和鸭舌草均采集自稻田，培养液、钙镁磷肥、腐殖酸钾肥和过磷酸钙为市售。
实施例1
一种镉污染稻田修复方法，包括以下步骤：
(1)将水稻秸秆打碎，施入稻田后灌水，水稻秸秆的施用量为500kg/亩，灌水至水层保持10cm；
(2)将新月藻和绿色裸藻的混合藻液接种于培养液中，藻液与培养液的体积比为1:20，保持温度20℃，光照强度2000lx，培养7d后将新月藻和绿色裸藻移植于稻田中；
(3)在稻田中种植水葱和鸭舌草，水葱的种植方法为将幼苗定植于稻田，株距20cm，行距25cm，每穴2株；鸭舌草的种植方法为将长度为10cm的鸭舌草茎秆插在水葱种植的行间，株距15cm；水葱和鸭舌草种植前在稻田中施用钙镁磷肥30kg/亩，定植后每隔10d在叶面喷施质量分数为0.01％的腐殖酸钾肥和1.0％的过磷酸钙。
实施例2
一种镉污染稻田修复方法，包括以下步骤：
(1)将水稻秸秆打碎，施入稻田后灌水，水稻秸秆的施用量为600kg/亩，灌水至水层保持11cm；
(2)将新月藻和绿色裸藻的混合藻液接种于培养液中，藻液与培养液的体积比为1:25，保持温度22℃，光照强度2500lx，培养7d后将新月藻和绿色裸藻移植于稻田中；
(3)在稻田中种植水葱和鸭舌草，水葱的种植方法为将幼苗定植于稻田，株距23cm，行距28cm，每穴2株；鸭舌草的种植方法为将长度为10cm的鸭舌草茎秆插在水葱种植的行间，株距15cm；水葱和鸭舌草种植前在稻田中施用钙镁磷肥35kg/亩，定植后每隔10d在叶面喷施质量分数为0.01％的腐殖酸钾肥和0.9％的过磷酸钙。
实施例3
一种镉污染稻田修复方法，包括以下步骤：
(1)将水稻秸秆打碎，施入稻田后灌水，水稻秸秆的施用量为700kg/亩，灌水至水层保持12cm；
(2)将新月藻和绿色裸藻的混合藻液接种于培养液中，藻液与培养液的体积比为1:30，保持温度24℃，光照强度3000lx，培养6d后将新月藻和绿色裸藻移植于稻田中；
(3)在稻田中种植水葱和鸭舌草，水葱的种植方法为将幼苗定植于稻田，株距25cm，行距30cm，每穴3株；鸭舌草的种植方法为将长度为15cm的鸭舌草茎秆插在水葱种植的行间，株距18cm；水葱和鸭舌草种植前在稻田中施用钙镁磷肥40kg/亩，定植后每隔15d在叶面喷施质量分数为0.05％的腐殖酸钾肥和0.8％的过磷酸钙。
实施例4
一种镉污染稻田修复方法，包括以下步骤：
(1)将水稻秸秆打碎，施入稻田后灌水，水稻秸秆的施用量为800kg/亩，灌水至水层保持13cm；
(2)将新月藻和绿色裸藻的混合藻液接种于培养液中，藻液与培养液的体积比为1:35，保持温度26℃，光照强度3500lx，培养6d后将新月藻和绿色裸藻移植于稻田中；
(3)在稻田中种植水葱和鸭舌草，水葱的种植方法为将幼苗定植于稻田，株距20cm，行距25cm，每穴2株；鸭舌草的种植方法为将长度为15cm的鸭舌草茎秆插在水葱种植的行间，株距18cm；水葱和鸭舌草种植前在稻田中施用钙镁磷肥45kg/亩，定植后每隔15d在叶面喷施质量分数为0.05％的腐殖酸钾肥和0.7％的过磷酸钙。
实施例5
一种镉污染稻田修复方法，包括以下步骤：
(1)将水稻秸秆打碎，施入稻田后灌水，水稻秸秆的施用量为900kg/亩，灌水至水层保持14cm；
(2)将新月藻和绿色裸藻的混合藻液接种于培养液中，藻液与培养液的体积比为1:40，保持温度28℃，光照强度4000lx，培养5d后将新月藻和绿色裸藻移植于稻田中；
(3)在稻田中种植水葱和鸭舌草，水葱的种植方法为将幼苗定植于稻田，株距23cm，行距28cm，每穴3株；鸭舌草的种植方法为将长度为13cm的鸭舌草茎秆插在水葱种植的行间，株距20cm；水葱和鸭舌草种植前在稻田中施用钙镁磷肥50kg/亩，定植后每隔12d在叶面喷施质量分数为0.1％的腐殖酸钾肥和0.6％的过磷酸钙。
实施例6
一种镉污染稻田修复方法，包括以下步骤：
(1)将水稻秸秆打碎，施入稻田后灌水，水稻秸秆的施用量为1000kg/亩，灌水至水层保持15cm；
(2)将新月藻和绿色裸藻的混合藻液接种于培养液中，藻液与培养液的体积比为1:40，保持温度26℃，光照强度3500lx，培养5d后将新月藻和绿色裸藻移植于稻田中；
(3)在稻田中种植水葱和鸭舌草，水葱的种植方法为将幼苗定植于稻田，株距25cm，行距30cm，每穴3株；鸭舌草的种植方法为将长度为13cm的鸭舌草茎秆插在水葱种植的行间，株距20cm；水葱和鸭舌草种植前在稻田中施用钙镁磷肥50kg/亩，定植后每隔12d在叶面喷施质量分数为0.1％的腐殖酸钾肥和0.5％的过磷酸钙。
实验例1
本实验在湖南省长沙市进行，实验田分6个小区，分别采用上述6个实施例的技术方案，处理前实验田的镉含量为1.34mg/kg，达到三级污染水平。使用本发明的方法对实验小区进行处理，完成后分别取3个点测量各实验小区的镉含量，与处理前对比，结果如下表。
表1处理后各实验小区镉含量变化
| 点1(mg/kg) | 点2(mg/kg) | 点3(mg/kg) | 平均(mg/kg) | 降低百分比 | |
| 实施例1 | 0.26 | 0.23 | 0.31 | 0.27 | 79.85％ |
| 实施例2 | 0.27 | 0.24 | 0.23 | 0.25 | 81.34％ |
| 实施例3 | 0.24 | 0.25 | 0.28 | 0.26 | 80.60％ |
| 实施例4 | 0.26 | 0.27 | 0.27 | 0.27 | 79.85％ |
| 实施例5 | 0.25 | 0.23 | 0.22 | 0.23 | 82.84％ |
| 实施例6 | 0.19 | 0.21 | 0.21 | 0.20 | 85.07％ |
由上表数据可知，使用本发明的修复方法后稻田中镉含量明显降低。本发明步骤简单，材料易得，能快速降低稻田中重金属镉污染程度，在一定程度上保障粮食安全。
Claims (8)
1.一种镉污染稻田修复方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将水稻秸秆打碎，施入稻田后灌水；
(2)将培育繁殖后的新月藻和绿色裸藻移植于稻田中；
(3)在稻田中种植水葱和鸭舌草。
2.根据权利要求1所述的一种镉污染稻田修复方法，其特征在于，所述步骤(1)中水稻秸秆的施用量为500-1000kg/亩。
3.根据权利要求1所述的一种镉污染稻田修复方法，其特征在于，所述步骤(1)中灌水至水层保持10-15cm。
4.根据权利要求1所述的一种镉污染稻田修复方法，其特征在于，所述步骤(2)中的培育繁殖方法为将两种藻的混合藻液接种于培养液中，藻液与培养液的体积比为1:20-40。
5.根据权利要求4所述的一种镉污染稻田修复方法，其特征在于，所述培育繁殖的条件为温度20-28℃，光照强度2000-4000lx，培养5-7d。
6.根据权利要求1所述的一种镉污染稻田修复方法，其特征在于，所述步骤(3)中水葱的种植方法为将幼苗定植于稻田，株距20-25cm，行距25-30cm，每穴2-3株。
7.根据权利要求1所述的一种镉污染稻田修复方法，其特征在于，所述步骤(3)中鸭舌草的种植方法为将长度为10-15cm的鸭舌草茎秆插在水葱种植的行间，株距15-20cm。
8.根据权利要求6或7所述的一种镉污染稻田修复方法，其特征在于，水葱和鸭舌草种植前在稻田中施用钙镁磷肥30-50kg/亩，定植后每隔10-15d在叶面喷施质量分数为0.01-0.1％的腐殖酸钾肥和0.5-1.0％的过磷酸钙。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN112567920A (zh) * | 2020-12-16 | 2021-03-30 | 山东农业大学 | 一种提高杂交狼尾草对镉污染土壤修复能力方法 |
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2020
- 2020-02-13 CN CN202010089947.XA patent/CN111247895A/zh active Pending
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