CN111360063A - 一种强化籽粒苋修复镉污染耕地的方法 - Google Patents

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史学峰
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    • B09C—RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • 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

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Abstract

本发明公开了一种强化籽粒苋修复镉污染耕地的方法，向镉污染耕地土壤中移栽籽粒苋，籽粒苋收获前10‑20天向镉污染耕地土壤中施用10‑40kg/亩的可降解螯合剂NTA，提高耕地土壤中镉有效性，促进籽粒苋对耕地土壤中镉的吸收，并在籽粒苋栽种95天后，收割籽粒苋。本发明以NTA(氨三乙酸)作为螯合剂，能促进耕地土壤中镉活化，提高其生物可利用性，提升籽粒苋对耕地土壤中镉的富集能力，且NTA易于被生物降解，不会对环境造成二次污染，是一种绿色、经济、高效、环保的镉污染耕地修复方法。

Description

一种强化籽粒苋修复镉污染耕地的方法
技术领域
本发明属于重金属污染土壤修复技术领域，涉及一种强化高富集植物-籽粒苋修复镉污染耕地的方法。
背景技术
2014年《全国土壤污染状况调查公报》显示，全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，工矿业废弃地土壤环境问题突出。工矿业、农业等人为活动以及土壤环境背景值高是造成土壤污染或超标的主要原因，耕地土壤点位超标率为19.4％，主要污染物为镉、镍、铜、砷、汞、铅、滴滴涕等。
耕地土壤中的镉具有毒性大、累积能力强、迁移能力强等特点，可通过地表径流和淋溶等途径污染地表水和地下水，亦可通过生物链形式向农作物和人体迁移，危害农产品质量安全和人类身体健康(如引发“骨痛病”、肾损害、糖尿病等病症)。
目前适用于镉污染耕地修复技术可以分为物理修复技术、化学钝化/固化稳定化技术、植物修复技术。物理修复技术涉及工程量大，费用高，而且容易引起农田肥力减弱，耕层破坏。化学钝化/固化稳定化技术修复效果好，成本低，但该类修复技术主要是通过改变重金属形态和生物可利用性，减少重金属向农作物迁移，并未从根本上解决重金属污染问题。植物修复是利用自然生长的有修复潜力的富集或超富集植物(如伴矿景天、龙葵等)对土壤中重金属进行吸收、富集，转运到植物地上部，最后通过将其收获、安全处置等过程，从而减少土壌中重金属的含量。但是目前发现大多数镉富集植物生物量小、生长缓慢，在实际应用中受到限制，加之耕地土壤中镉是与固相结合且难被植物吸收，从而造成修复效果欠佳。
研究表明采用螯合剂可活化土壌中的重金属，可有效提高植物提取效率。近年来，乙二胺四乙酸(EDTA)为代表的人工合成蠻合剂被广泛用来増强植物提取效率并取得一定效果。但EDTA不易被生物降解，易造成二次污染。
发明内容
针对现有镉污染耕地植物修复技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种强化籽粒苋修复镉污染耕地的方法，以NTA(氨三乙酸)作为螯合剂，能促进耕地土壤中镉活化，提高其生物可利用性，提升籽粒苋对耕地土壤中镉的富集能力，且NTA易于被生物降解，不会对环境造成二次污染，是一种绿色、经济、高效、环保的镉污染耕地修复方法。
为了实现上述发明目的，本发明采用技术方案如下：
一种强化籽粒苋修复镉污染耕地的方法，向镉污染耕地土壤中移栽籽粒苋，籽粒苋收获前10-20天向镉污染耕地土壤中施用10-40kg/亩的可降解螯合剂NTA，提高耕地土壤中镉有效性，促进籽粒苋对耕地土壤中镉的吸收，并在籽粒苋栽种95天后，收割籽粒苋。
优选地，先在无污染土壤对籽粒苋进行育苗，当籽粒苋株高15-20cm时，进行定苗、移栽至镉污染耕地土壤，保持籽粒苋株距为(20-30cm)×(20-40cm)；更优选地，籽粒苋株距为25cm×30cm。
优选地，所述的籽粒苋品种为美国籽粒苋K472。
优选地，在籽粒苋移栽之前，先向镉污染耕地土壤中均匀施用底肥80kg/亩，底肥为氮磷钾复合肥，总养分(N+P2O5+K2O)≥46％。
优选地，所述的可降解螯合剂NTA施入耕地土壤的形式是喷施，具体为先将NTA溶于水，然后用喷雾器从上表喷施的方式施入。
本发明中采用的可降解螯合剂NTA，外观为白色棱形结晶或粉末，能为金属离子提供四个配位键，而且它的分子又较小，因而NTA具有非常强的络合能力，能与各种金属离子形成稳定的螯合物。此外，NTA具有很强的生物可分解性。NTA通过细菌作用分解试验，其最终产物为CO2和NH3，不会对环境造成二次污染。
优选地，在移栽籽粒苋后的第1到第2个月内，向镉污染耕地土壤中施用氮肥1-2次，所述氮肥为铵态氮肥，每次按照10-20kg/亩的用量进行施用。
相对于现有技术，本发明具有如下优点和有益效果：
(1)本发明使用的籽粒苋品种，具有生长速度快、生物量大，易于种植管理，且籽粒苋吸附镉能力强，能有效降低耕地土壤中镉浓度。
(2)本发明使用的可降解螯合剂NTA，能促进耕地土壤中镉活化，提高其生物可利用性，提升籽粒苋对耕地土壤中镉的富集能力，从而提高籽粒苋修复镉污染耕地的修复效果。
(3)与传统螯合剂相比，本发明使用的螯合剂NTA易于被生物降解，通过细菌作用分解，其最终产物为CO2和NH3，不会对环境造成二次污染。
(4)本发明采用可降解螯合剂NTA强化籽粒苋修复镉污染耕地的方法，具有修复彻底，适应性强，可操作性强，对土壤环境扰动小等特点，是一种绿色、经济、高效、环保的镉污染耕地修复方法。
具体实施方式
下面将通过实施例对本发明作例进一步详述，这些描述并不是要对本发明的内容作进一步的限定。本领域的技术人员应理解，对本发明内容的技术特征所做的等同替换，或相应的改进，仍属于本发明的保护范围之内。
实施例1
实验地点在湖南镇湘潭市湘潭县排头乡。
本发明提供了一种强化高富集植物-籽粒苋修复镉污染耕地的方法，具体步骤如下：
(1)选择无镉污染的耕地作为籽粒苋育苗基地；撒播籽粒苋种子，籽粒苋品种为美国籽粒苋K472；
(2)移栽前对镉污染试验小区进行整细整匀，起垄，施用80kg/亩的氮磷钾复合肥作为底肥，撒施，总养分(N+P2O5+K2O)≥46％；试验小区土壤基本理化性质见表1；
表1试验小区土壤基本理化性质
Figure BDA0002388676490000031
(3)籽粒苋生根发芽，籽粒苋生长期间加强田间管理，当籽粒苋株高15-20cm左右时，对育苗基地的籽粒苋株进行定苗、移栽至试验小区，籽粒苋株距25cm×30cm；
(4)在移栽籽粒苋后的第1到第2个月内，向镉污染试验小区土壤中施用铵态氮肥1-2次，每次按照10-20kg/亩的用量进行施用；
(5)在籽粒苋生长期间加强田间管理(主要为病虫害防治、草害防治等)；
(6)在籽粒苋收割前10-20天将可降解螯合剂NTA按照10-40kg/亩的用量施入试验小区土壤中，具体方式为先将NTA溶于水，然后用喷雾器从上表喷施的方式施入；
(7)移栽后籽粒苋生长95天时收割作物，并将其分为地上部分(含籽粒、杆和叶)和地下部分(主要为根)，并分别测定植物地上部分和地下部分镉含量。
具体试验设计见表2，每个处理设置3个重复，每个实验样方面积为6m2(2m×3m)，总计27块小区，所有样方随机区组排列。不同处理条件下籽粒苋重金属镉累积量，提取效率及相对提高率见表3。
表2试验小区设计
试验处理 NTA添加时间 NTA添加量(kg/亩)
CK — 0
T1 籽粒苋收割前20天 10
T2 籽粒苋收割前20天 20
T3 籽粒苋收割前20天 30
T4 籽粒苋收割前20天 40
T5 籽粒苋收割前10天 10
T6 籽粒苋收割前10天 20
T7 籽粒苋收割前10天 30
T8 籽粒苋收割前10天 40
表3不同处理条件下籽粒苋重金属镉累积量，提取效率及相对提高率
Figure BDA0002388676490000041
Figure BDA0002388676490000051
注：1)提取效率＝植株地上部分镉含量(或地下部分镉含量)/耕作层土壤中镉含量；2)耕地土壤最有效耕作层以0-10cm计，土壤容重以1200kg/m3计，则本试验田耕作层土壤中总镉含量以30.4g计，具体算法为667m2×10cm×1200kg/m3×0.38mg/kg＝30.4g；3)单茬提取效率＝地上部分提取效率+地下部分提取效率；4)年度总提取效率＝2×单茬提取效率。
由表2和表3可知，施入可降解螯合剂NTA均能提高籽粒苋吸附耕地土壤中镉的效率，其相对提高率在7.3％-40.5％之间。在籽粒苋收割前10天，按30kg/亩的标准施用可降解螯合剂NTA时，修复效果最佳，籽粒苋地上部分和地下部分的提取效率分别为5.4％和1.2％，单茬提取效率为6.6％，相对提高率为40.5％。总提取效率可达到13.2％(根据当地气候条件，南方地带籽粒苋一般每年可生长2-3季，本实施例按籽粒苋每年生长2季计)。
相比于传统植物修复技术(如伴矿景天等)，本发明籽粒苋生物量大、易于种植管理、可操作性强、修复成本低、无二次污染，且通过施用可降解螯合剂可有效提高籽粒苋修复镉污染耕地的效率，是一种绿色、经济、高效、环保的镉污染耕地修复方法，具有广阔的应用前景。

Claims (6)

1.一种强化籽粒苋修复镉污染耕地的方法，其特征在于：向镉污染耕地土壤中移栽籽粒苋，籽粒苋收获前10-20天向镉污染耕地土壤中施用10-40kg/亩的可降解螯合剂NTA，提高耕地土壤中镉有效性，促进籽粒苋对耕地土壤中镉的吸收，并在籽粒苋栽种95天后，收割籽粒苋。
2.根据权利要求1所述的强化籽粒苋修复镉污染耕地的方法，其特征在于：先在无污染土壤对籽粒苋进行育苗，当籽粒苋株高15-20cm时，进行定苗、移栽至镉污染耕地土壤，保持籽粒苋株距为(20-30cm)×(20-40cm)。
3.根据权利要求1所述的强化籽粒苋修复镉污染耕地的方法，其特征在于：所述的籽粒苋品种为美国籽粒苋K472。
4.根据权利要求1所述的强化籽粒苋修复镉污染耕地的方法，其特征在于：在籽粒苋移栽之前，先向镉污染耕地土壤中均匀施用底肥80kg/亩，底肥为氮磷钾复合肥，总养分(N+P2O5+K2O)≥46％。
5.根据权利要求1所述的强化籽粒苋修复镉污染耕地的方法，其特征在于：所述的可降解螯合剂NTA施入耕地土壤的形式是喷施，具体为先将NTA溶于水，然后用喷雾器从上表喷施的方式施入。
6.根据权利要求1所述的强化籽粒苋修复镉污染耕地的方法，其特征在于：在移栽籽粒苋后的第1到第2个月内，向镉污染耕地土壤中施用氮肥1-2次，所述氮肥为铵态氮肥，每次按照10-20kg/亩的用量进行施用。
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