CN111438181A - 一种安全利用汞污染土壤的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种安全利用汞污染土壤的方法，该方法合理安全利用汞污染土壤，同时该方法能够实现汞污染土壤的修复作用。具体为：在长江流域汞污染农田，采用冬季种植油菜、夏季种植黄花月见草、或油葵、或大豆、或花生等油料作物的轮种方式，利用不同作物对汞元素富集的差异性，以及汞在可食用部位积累的差异性，保证农作物可食用部分的汞含量处于安全范围；同时，利用所选作物的非食用部位（高生物量）对汞的积累作用，对土壤中的汞起到移除修复的效果。目的是在边利用边修复汞污染土壤的同时保证农产品的食用安全性、增加汞污染土壤的利用和修复效率、缓解我国耕地资源紧张、粮食和食物安全形势严峻的境况，并创造良好的经济、社会和生态效益。

Description

一种安全利用汞污染土壤的方法
技术领域
本发明涉及一种土壤的利用方法，具体涉及一种安全利用汞污染土壤的方法，属于土壤安全利用技术领域。
背景技术
现代工业化的迅速发展，使得大量的土地受到了严重的污染。其中，农田土壤中重金属污染，使得农业安全生产用地急剧减少，耕地资源紧张，严重影响了粮食与食品安全。
由于具有丰富的耕地资源，发达国家往往从地力培育等需求出发实行轮作，对受污染耕地一般采取休耕等方式，待其自然恢复后再进行农业生产。相比于发达国家，我国仍处于发展中阶段，人均耕地少，耕地分布较散，发达国家的休耕方式在我国并不适用于，因此受污染耕地亟需得到修复。
重金属污染土壤的治理主要有两种途径，一是改变重金属在土壤中的存在状态，使其由生物活性状态转为钝化状态，从而减少作物的吸收；二是从土壤中移除重金属，从而得到安全的农田土壤。
修复重金属污染土壤的方法包括物理法、化学法以及生物法。对于污染重、面积小的土壤，物理化学法具有治理效果明显、治理效率高的优势；但对于污染面积较大的土壤，需要消耗大量的人力与财力，而且容易造成土壤结构的破坏和土壤肥力的下降。
生物修复是指利用生物活动降低土壤中重金属浓度或改变其存在形态，从而使污染的土壤环境能够部分或完全恢复到原始状态的过程。生物修复措施包括植物修复、微生物修复和动物修复等，在生产实践中得到广泛的关注。
植物修复措施，是以植物忍耐和超量积累某种或某些化学元素为理论基础，通过排斥或在局部富集重金属。植物修复的关键是寻找合适的超积累或耐重金属植物，超积累植物可吸收积累重金属，从而实现污染土壤中重金属的移除；耐重金属植物可以在污染土壤中正常生长，从而达到安全利用重金属污染土壤的目的。
针对重金属污染的农田土壤，通过改变耕作管理制度，以及在汞污染农田土壤中种植低积累作物，达到降低汞污染农田危害的目的。主要有：控制土壤含水，是指通过控制土壤水分来调节其氧化还原电位，降低重金属活性；化肥选择，指在不影响土壤供肥的情况下，选择能降低土壤重金属污染的化肥；增施有机肥，指利用有机肥能够固化土壤中多种重金属以降低土壤重金属活性的特性；选择农作物品种，指选择具有重金属耐性的作物和可食用部位重金属积累较低，能够进行安全生产的作物。
综上，重金属污染农田土壤的修复，具有修复成本高、修复周期长、修复产出低、修复效率低等缺点，因此在进行农田土壤修复的过程中实现农田的安全生产尤为重要。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种提高汞污染土壤的利用率，同时兼具修复汞污染农田土壤的方法。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种安全利用汞污染土壤的方法，将低积累汞的油料作物采用轮作方式种植于汞污染农田中，利用各作物可食部分汞含量的差异、非食用部位对汞元素积累的差异，安全利用汞污染土壤。
上述农作物包括油料作物。
上述种植的数据，包括：籽粒中汞含量，成熟期生物产量，土壤汞移除量，经济效益。
上述农作物包括于油葵、大豆、花生、油菜、黄花月见草，食用部分为油料作物的种子，非食用部分为除可食部位之外的部位。
上述种植，为：冬季种植油菜，夏季种植黄花月见草。
上述田垄位于长江流域，为酸性土壤，具有亚热带季风气候。
本发明的有益之处在于：
本发明的一种安全利用汞污染土壤的方法，区别于现有修复污染土壤，以修复为主，必要时投以大量的资金和政策资源以进行局部管控的方式；本发明的污染土壤，尤其是汞污染农田土壤，以利用为主，同时兼具修复功能。综合考虑农作物的种植期和务农的劳作期，结合农作物的种植节季和价值，包括经济价值和作物的食用价值，以冬季低劳务侧重食用价值，以夏季多劳务侧重经济价值为方向，择优选择不同季节的种植组合。具体的，可根据当地土壤的污染层度和各农作物产量、产率、适时价值及土壤的去污染率综合衡量选择。
本发明的通过采用安全的替代种植方案，合理的利用汞污染土壤，将低积累汞的几种油料作物轮番种植于汞污染农田中，利用不同作物对汞元素富集的差异，作物的可食部分汞含量的差异，有针对性地选择对该区域的重金属耐性作物进行种植，有效降低重金属通过食物链向人体迁移的风险，保证农作物可食用部分的汞含量处于安全范围，在安全生产的同时辅助去除农田土壤中汞，提高污染农田土壤的利用率，可缓解我国耕地资源紧张、粮食和食物安全形势严峻的境况，并可创造良好的经济、社会和生态效益。
附图说明
图1为本发明的汞污染土壤上油料作物的轮种方式图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
一种安全利用汞污染土壤的方法，于汞污染农田种植重金属低积累农作物，所述农作物包括油料作物，为油葵、大豆、花生、油菜、黄花月见草。
种植方式：冬季种植油菜，夏季种植黄花月见草、油葵、大豆、花生中任一种作物，优选种植黄花月见草。
油料作物的选择参数，包括：籽粒中汞含量，成熟期生物产量，土壤汞移除量，经济价值。
实施例：
本实施例中待利用的汞污染农田位于江苏无锡市东南部的鹅湖镇，该区域土壤pH为5.89，属弱酸性土壤；有机质含量较低，为2.51％；土壤总汞含量为2.55mg·kg-1，超过《食用农产品产地环境质量评价标准》(HJ/T 332-2006)(0.3mg·kg-1)的7倍，属于汞重度污染土壤。
具体实施方案如下：
第一阶段：
将3亩试验区平均分为4个试验小区，每小区为0.75亩，夏季在4个小区分别种植油葵、大豆、花生和黄花月见草。
收获各试验区的油葵、大豆、花生和黄花月见草地上部秸秆及种子，冬季全部种植油菜，收集油菜秸秆及种子。一季作物生长周期进行正常田间管理。
每次取样时，在各个试验区每种植物样品随机选取3株。带回实验室，自来水清洗2遍，去离子水清洗1次，低温烘干，粉碎后使用混酸消解，原子荧光光谱仪检测Hg元素含量。
试验区共采集48份植物样品，其中24份植物秸秆和24份种子。
每0.75亩地作为一个土壤采样单元，由2个采样点组成，按照蛇形法采样。采集土壤样品进行Hg元素含量与形态分析。
每个采样点采0～20cm耕作层土壤，并在每个点横向左中右各取一个混合，各采样点混匀后四分法取约1kg土壤，共16个土壤样品。
第一阶段的种植结果，如下表所示：
Figure BDA0002407093390000051
Figure BDA0002407093390000061
如上表所示，夏季时，需要雇佣劳作力，以经济收益为主要目的；从经济效益看，黄花月见草>油葵>油菜>大豆>花生，黄花月见草收益高达9000元每亩，远超其他油料作物；从汞移除量看，黄花月见草仅次于油葵，高于大豆和花生。冬季无务工人员，农田以育肥为主，种植油菜可实现对汞污染土壤的修复，汞移除量可达12-13mg/hm2，远高于其他油料作物，同时具有一定的经济效益。
下表为各油料作物各部位的汞含量：
Figure BDA0002407093390000062
从上表可见，各油料作物的可食用部分的汞含量均低于国家标准，符合国家食品安全标准(0.01毫克每千克)，均可安全食用。
基于第一阶段的种植数据，在江苏无锡市东南部的鹅湖镇汞污染农田土壤区域，优选的油料作物组合为：夏季种植黄花月见草，冬季种植油菜，可同时兼顾经济效益和对农田土壤中汞的去除效果，以达到对对汞污染田亩的充分再利用。
第二阶段：
将筛选出的最佳轮作植物组合，在3亩大区实验田中种植春夏黄花月见草+秋冬油菜。每试验区各植物均随机选取3株及3份种子样品，共36份植物样品，其中18份植物体、18份种子样品，测定植物体及种子内Hg含量。
每亩地作为一个土壤单元，由2个采样点组成，按照蛇形法采样。每个采样点采0～20cm耕作层土壤，并在每个点横向左中右各取一个混合，各点混匀后取1kg，共12个土壤样品。
第二阶段的种植结果，如下表所示：
Figure BDA0002407093390000071
黄花月见草的适应性强，耐酸耐旱，对土壤要求不高，在中性、微碱或微酸性土壤均能生长。黄花月见草与籽粒中汞含量在汞安全利用范围内，具有较高的经济效益，种植范围广泛，利润较高。油菜作为常见的油料作物，与其他油料作物相比，生物量大，汞移除量较高(与大豆花生相比)，并且籽粒的汞含量低，种植面积广泛。因此冬季种植油菜，夏季种植黄花月见草符合在汞污染农田安全种植的要求，适宜推广。且油菜与黄花月见草的花期较长，有观赏价值。
各区域可根据所处的区域条件和气候环境，选用合适的油料作物，实现对农田的利用，兼具经济效益和修复污染土壤的效果。
以上描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种安全利用汞污染土壤的方法，其特征在于，将低积累汞的油料作物采用轮作方式种植于汞污染农田中，利用各作物可食部分汞含量的差异、非食用部位对汞元素积累的差异，安全利用汞污染土壤。
2.根据权利要求1所述的一种安全利用汞污染土壤的方法，其特征在于，所述作物种植过程中的数据，包括：作物成熟期产量，籽粒中汞含量，土壤汞移除效率，经济效益。
3.根据权利要求1所述的一种安全利用汞污染土壤的方法，其特征在于，所述油料作物包括于油葵、大豆、花生、油菜、黄花月见草。
4.根据权利要求1所述的一种安全利用汞污染土壤的方法，其特征在于，所述作物种类与种植方式为：冬季种植油菜，夏季种植油葵或大豆、花生、黄花月见草。
5.根据权利要求1所述的一种安全利用汞污染土壤的方法，其特征在于，所述农田的区域具有亚热带季风气候，位于长江流域，农田土壤为酸性土壤。
6.根据权利要求5所述的一种安全利用汞污染土壤的方法，其特征在于，农田位于江苏无锡市东南部的汞污染农田土壤区域，夏季种植黄花月见草，冬季种植油菜。
7.根据权利要求1所述的一种安全利用汞污染土壤的方法，其特征在于，在所述汞污染农田中冬季和夏季种植不同的农作物，冬季农作物兼顾土壤修复和土壤汞移除效率，夏季作物兼顾经济效益和土壤汞移除效率。
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