CN112358359A - 一种土壤调理剂及在降低水稻糙米镉含量中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种土壤调理剂及在降低水稻糙米Cd含量中的应用，土壤调理剂，由以下原料按照质量配比混合组成：生石灰20‑40份；海泡石矿粉30‑50份；骨粉10‑20份；钙镁磷肥10‑20份。在农田土壤(田间)施用土壤调理剂时要均匀的撒施，并通过翻耕土层使土壤调理剂与1‑15cm的土层混合均匀，待稳定至少一周后进行水稻糙米的移栽与种植。本发明土壤调理剂低价易获取，适用于受轻中度Cd污染的酸性农田土壤，且能够降低水稻糙米Cd含量，从而长期保障受轻中度Cd污染的酸性农田土壤能够边修复与边生产，以保证农产品水稻的食用安全，实现安全利用。

Description

一种土壤调理剂及在降低水稻糙米镉含量中的应用
技术领域
本发明涉及土壤污染治理与修复技术领域，具体涉及一种土壤调理剂及在降低水稻糙米Cd含量中的应用。
背景技术
由于近几十年来工业化的飞速发展，加剧了能源的大量消耗和工业“三废”大量排放，进而导致了土壤生态环境的破坏。例如矿山的无序开采，工业废弃物的排放，农业肥料的滥用，随着大气沉降与雨水冲刷，会使得各类重金属污染物进入耕地土壤，使得农作物的重金属含量不断升高，最终通过食物链威胁到人体健康。2014年由环境保护部和国土资源部联合发布的《全国土壤污染状况调查公报》显示，我国土壤环境中重金属Cd的超标率为7％，位居所有污染物之首。2013年湖南的“镉大米”出现在广州的餐桌，2017年江西九江的“镉大米”事件也不断引起社会公众的广泛关注。有研究团队对我国水稻生产的主要省份进行了水稻采样及测定分析结果表明，我国湖南、四川、广西和安徽部分地区的水稻镉含量均有所超标。因此，对重金属Cd污染的土壤的治理修复已刻不容缓。
针对Cd(镉)污染的农田土壤，原位施用土壤调理剂是一种被公认的相对便捷有效且经济的修复技术，被广泛运用于我国不同区域的受污染耕地安全利用实践中。土壤调理剂种类繁多，主要被分为无机类土壤调理剂、有机类土壤调理剂和新型土壤调理剂。通过向受重金属Cd污染的农田土壤中施用土壤调理剂，材料本身会通过吸附和离子交换作用、沉淀固定作用、络合作用、氧化还原作用和离子拮抗等作用改变土壤中重金属Cd的赋存形态，进而减少农作物对其吸收。但若长期向土壤中施加单一的土壤调理剂可能会导致土壤理化性质的改变，土壤肥力降低或土壤板结等影响。因此，研究多种成分组合混施的土壤调理剂日渐受到关注。在其他研究中，往往只是对某种材料的应用效果进行短期研究，本发明通过连续2年的田间试验对土壤调理剂的效果进行实践与验证。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供了一种土壤调理剂及在降低水稻糙米Cd含量中的应用，该土壤调理剂低价易获取，适用于受轻中度Cd污染的酸性农田土壤，且能够降低水稻糙米Cd含量，从而长期保障受轻中度Cd污染的酸性农田土壤能够边修复与边生产，以保证农产品水稻的食用安全，实现安全利用。
一种土壤调理剂，由以下原料按照质量配比混合组成：
Figure BDA0002724348360000021
本发明中，施用石灰能够显著增加Cd污染土壤的pH，减少土壤有效Cd含量。海泡石矿粉属于粘土矿物，其较高的比表面积对土壤中Cd2+会通过同晶置换和表面络合作用进行吸附，同时也能够提高土壤pH。骨粉和钙镁磷肥属于含磷类材料，钙镁磷肥属于易容性含磷材料，骨粉属于固体性含磷材料，二者对土壤中重金属主要的钝化机制是吸附、沉淀和络合作用。含磷材料能够有效降低土壤中可交换态Cd的含量，并提高土壤中有效磷的含量，土壤有效磷对Cd的钝化具有积极作用，同时也能够促进农作物的生长。
所述的土壤调理剂1，由以下成分按质量份配比组成：生石灰20份、海泡石矿粉50份、骨粉15份、钙镁磷肥15份。所有组成成分均为可过80～200目(最优选为100目)尼龙晒的粉末状。
所述的土壤调理剂2，由以下成分按质量份配比组成：生石灰30份、海泡石矿粉30份、骨粉20份、钙镁磷肥20份。所有组成成分均为可过80～200目(最优选为100目)尼龙晒的粉末状。
所述的土壤调理剂3，由以下成分按质量份配比组成：生石灰40份、海泡石矿粉40份、骨粉10份、钙镁磷肥10份。所有组成成分均为可过80～200目(最优选为100目)尼龙晒的粉末状。
通过试验对比验证，作为本发明的用于轻中度Cd污染农田土壤对水稻糙米具有降Cd作用的土壤调理剂的最优质量配比方案为：生石灰40份、海泡石矿粉40份、骨粉10份和钙镁磷肥10份。
一种土壤调理剂在降低水稻糙米Cd含量中的应用，具体包括：
在农田土壤(田间)施用土壤调理剂时要均匀的撒施，并通过翻耕土层使土壤调理剂与1-15cm的土层混合均匀，待稳定1周至4周(至少一周后)进行水稻糙米的移栽与种植。
所述的土壤调理剂的施用量为100～300kg亩-1(最优选为200kg亩-1)。在盆栽中用土壤调理剂时要与土壤混合均匀，待稳定至少一周后可进行农作物的移栽与种植。施用量为土壤质量的0.5％。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明中，施用石灰能够显著增加Cd污染土壤的pH，减少土壤有效Cd含量。海泡石矿粉属于粘土矿物，其较高的比表面积对土壤中Cd2+会通过同晶置换和表面络合作用进行吸附，同时也能够提高土壤pH。骨粉和钙镁磷肥属于含磷类材料，钙镁磷肥属于易容性含磷材料，骨粉属于固体性含磷材料，二者对土壤中重金属主要的钝化机制是吸附、沉淀和络合作用。含磷材料能够有效降低土壤中可交换态Cd的含量，并提高土壤中有效磷的含量，土壤有效磷对Cd的钝化具有积极作用，同时也能够促进农作物的生长。
本发明土壤调理剂低价易获取，适用于受轻中度Cd污染的酸性农田土壤，且能够降低水稻糙米Cd含量，从而长期保障受轻中度Cd污染的酸性农田土壤能够边修复与边生产，以保证农产品水稻的食用安全，实现安全利用。
具体实施方式
实施例1
将以下原料按照质量配比混合组成：生石灰20份、海泡石矿粉50份、骨粉15份、钙镁磷肥15份。室温25℃下，将各个原材料经研磨过100目尼龙筛后混匀，则制备得到一种适用于酸性水稻土中能够降低水稻糙米Cd含量的土壤调理剂1。
实施例2
将以下原料按照质量配比混合组成：生石灰30份、海泡石矿粉30份、骨粉20份、钙镁磷肥20份。室温25℃下，将各个原材料经研磨过100目尼龙筛后混匀，则制备得到一种适用于酸性水稻土中能够降低水稻糙米Cd含量的土壤调理剂2。
实施例3
将以下原料按照质量配比混合组成：生石灰40份、海泡石矿粉40份、骨粉10份、钙镁磷肥10份。室温25℃下，将各个原材料经研磨过100目尼龙筛后混匀，则制备得到一种适用于酸性水稻土中能够降低水稻糙米Cd含量的土壤调理剂3。
实施例4单季水稻试验1
试验地点：浙江省温岭市温峤镇某村，土壤属偏酸性的洪积泥砂田土壤，pH为5.81，Cd含量为1.32mg kg-1，根据《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB15618-2018)评估，该土壤属于所规定的风险筛选值与风险管制值之间。
试验时间：2018年6月～2018年11月
田间试验设计：选取12块田间小区，每个小区大小为4m*5m(共20m2)，各个小区之间互不干扰。将各个小区划分为东西两个区域，东边种植水稻品种甬优17，西边种植水稻品种甬优538。试验设置4个处理，每个处理重复3次。具体处理方案如下：
试验处理1：空白对照；
试验处理2：实施例1提供的土壤调理剂1，200kg亩-1。
试验处理3：实施例2提供的土壤调理剂2，200kg亩-1。
试验处理4：实施例3提供的土壤调理剂3，200kg亩-1。
试验结果：结果见表1
表1单季水稻试验1试验结果
Figure BDA0002724348360000041
由表1可知，3种不同配比的土壤调理剂均能增加土壤pH，土壤调理剂3能够显著降低土壤有效Cd含量，从而减少作物对Cd元素的吸收。3种土壤调理剂均能有效的降低2种水稻品种的糙米Cd含量，且低于国家食品安全标准水稻中镉的限量标准0.2mg kg-1。
表1中，a、b、c、d、e为统计中显著性差异的表示方法，表示含量高低差异。
实施例5单季水稻试验2-1
试验地点：浙江省温岭市温峤镇某村
试验时间：2019年6月～2019年11月
田间试验设计：在实施例4的基础上，第二年将各个小区划分为南北两个方向裂区，在小区南侧裂区继续施用土壤调理剂。东边区域继续种植水稻品种甬优17，西边种植水稻品种秀水134。具体处理方案如下：
试验处理1：空白对照；
试验处理2：实例1提供的土壤调理剂1，200kg亩-1。
试验处理3：实例2提供的土壤调理剂2，200kg亩-1。
试验处理4：实例3提供的土壤调理剂3，200kg亩-1。
试验结果：结果见表2。
表2单季水稻试验2-1试验结果
Figure BDA0002724348360000051
由表2可知，种植第2季水稻前继续施用同种土壤调理剂均能够增加土壤pH，有效降低土壤有效Cd含量，同时对2种水稻品种的糙米Cd含量具有较好的降低作用。对照处理中的土壤有效Cd含量相比种植第1季水稻时有较大的增幅，这是因为在2019年水稻成熟期采样时，田间土壤表面已经完全干涸，而2018年水稻成熟期采样时田间土壤仍存在水层，2019年11降雨量仅为34.0mm，只有2018年的1/3还不到。在淹水条件下，土壤中Eh降低，对土壤有效Cd减少呈正相关关系。
实施例6单季水稻试验2-2
试验地点：浙江省温岭市温峤镇某村
试验时间：2019年6月～2019年11月
田间试验设计：在实施例4的基础上，第二年将各个小区划分为南北两个方向裂区，在小区北侧裂区不再施用土壤调理剂。东边区域继续种植水稻品种甬优17，西边种植水稻品种秀水134。具体处理方案如下：
试验处理1：空白对照；
试验处理2：实施例1提供的土壤调理剂1，200kg亩-1，但不施用。
试验处理3：实施例2提供的土壤调理剂2，200kg亩-1，但不施用。
试验处理4：实施例3提供的土壤调理剂3，200kg亩-1，但不施用。
试验结果：结果见表3
表3单季水稻试验2-2试验结果
Figure BDA0002724348360000061
由表3可知，在只施用1次土壤调剂剂的情况下，连续2年种植2季水稻，均能够有效增加土壤pH，减少土壤有效Cd含量，并能够保障2种水稻品种的糙米Cd含量低于国家食品安全标准水稻中镉的限量标准0.2mg kg-1，从而实现污染农田土壤的安全利用。因此本发明所得土壤调理剂的对土壤有效Cd的钝化效果与糙米降Cd效果具有至少2年的稳定性。
实施例7盆栽水稻试验
试验地点：浙江省杭州市浙江大学紫金港校区温室
试验时间：2019年6月～2019年11月
供试土壤：分别选自诸暨市山下湖镇某村的黄斑田(pH为5.82，Cd含量为0.53mgkg-1)、温岭市泽国镇某村的洪积泥砂田(pH为4.87，Cd含量为1.22mg kg-1)以及温岭市泽国镇某村的青紫泥田(pH为5.33，Cd含量为1.65mg kg-1)。所选供试土壤均为仅受轻中度镉污染的农田土壤。3种土壤的Cd含量均处于《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB15618-2018)所规定的风险筛选值与风险管制值之间。
试验设计：采用盆栽试验，每盆土中称取10目尼龙尼龙筛的土壤4kg。根据不同处理向盆钵中施用不同配比的土壤调理剂，土壤调理剂用量均为土壤质量的0.5％(每盆20g)。待与土壤混匀稳定7天后，移栽甬优17水稻苗。施肥方式为根据土壤质量施加0.2gkg-1的复合肥作为基肥，待水稻生长稳定后，再追施0.2g kg-1的复合肥。灌水方式为常规灌溉。具体处理方案如下：
试验处理1：诸暨市山下湖镇某村的黄斑田土壤，空白对照
试验处理2：诸暨市山下湖镇某村的黄斑田土壤，施用实例3提供的土壤调理剂3。
试验处理3：温岭市泽国镇某村的洪积泥砂田土壤，空白对照
试验处理4：温岭市泽国镇某村的洪积泥砂田土壤，施用实例3提供的土壤调理剂3。
试验处理5：温岭市泽国镇某村的青紫泥田土壤，空白对照
试验处理6：温岭市泽国镇某村的青紫泥田土壤，施用实施例3提供的土壤调理剂3。
试验结果：结果见表4
表4盆栽水稻试验结果
Figure BDA0002724348360000071
由表4可知，针对不同的Cd污染浓度的农田土壤，施用实施例3所提供的土壤调理剂3均能够有效提高土壤pH，降低土壤有效Cd含量，并降低水稻甬优17的糙米Cd含量，且低于0.2mg kg-1。由此可见，本发明的土壤调理剂具有一定适用推广性。

Claims (10)

1.一种土壤调理剂，其特征在于，由以下原料按照质量份配比混合组成：
Figure FDA0002724348350000011
2.根据权利要求1所述的土壤调理剂，其特征在于，由以下成分按质量份配比组成：生石灰20份、海泡石矿粉50份、骨粉15份、钙镁磷肥15份。
3.根据权利要求2所述的土壤调理剂，其特征在于，所有成分均为过80～200目尼龙晒的粉末状。
4.根据权利要求1所述的土壤调理剂，其特征在于，由以下成分按质量份配比组成：生石灰30份、海泡石矿粉30份、骨粉20份、钙镁磷肥20份。
5.根据权利要求4所述的土壤调理剂，其特征在于，所有成分均为过80～200目尼龙晒的粉末状。
6.根据权利要求1所述的土壤调理剂，其特征在于，由以下成分按质量份配比组成：生石灰40份、海泡石矿粉40份、骨粉10份、钙镁磷肥10份。
7.根据权利要求6所述的土壤调理剂，其特征在于，所有成分均为过80～200目尼龙晒的粉末状。
8.根据权利要求1～7任一项所述的土壤调理剂在降低水稻糙米Cd含量中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，具体包括：
在农田土壤施用土壤调理剂时要均匀的撒施，并通过翻耕土层使土壤调理剂与1-15cm的土层混合均匀，待稳定1周至4周进行水稻糙米的移栽与种植。
10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述的土壤调理剂的施用量为100～300kg亩-1。
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