CN113367031A

CN113367031A - 一种减少青菜地上部镉累积的方法

Info

Publication number: CN113367031A
Application number: CN202110685325.8A
Authority: CN
Inventors: 赵玲; 任文杰; 周晓飞; 许有仁
Original assignee: Nanjing Rongzhong Environmental Engineering Research Institute Co ltd
Current assignee: Nanjing Rongzhong Environmental Engineering Research Institute Co ltd
Priority date: 2021-06-21
Filing date: 2021-06-21
Publication date: 2021-09-10

Abstract

本发明公开了一种减少青菜地上部镉累积的方法，向镉污染的菜地土壤中施入生物质灰渣，翻匀后放置2‑3天后，定期浇水，使土壤含水量达到田间最大持水量的60%，种植冷等离子体处理后的青菜种子；该方法简单易行，能够有效降低青菜地上可食部位镉含量，实现镉污染土壤叶菜类蔬菜安全生产目标。

Description

一种减少青菜地上部镉累积的方法

技术领域

本发明属于环境保护与安全生产技术领域，具体涉及一种减少青菜地上部镉累积的方法，减少青菜可食部位镉累积实现镉污染土壤安全生产的方法。

背景技术

目前土壤重金属污染已成为我国面临的一个严重环境问题。其中重金属镉（Cd）为土壤中的“五毒元素”之一，具有毒性强和化学活性高等特点，易被叶菜类蔬菜吸收累积，通过食物链传递给人类健康带来潜在威胁。因此，研究镉污染土壤治理修复技术，减少农作物可食部位的累积量具有重要现实意义。从20世纪70年代以来，低温等离子体种子技术作为一种种子处理的新技术被小范围广泛应用。研究表明，低温等离子体处理大葱种子，可以提高种子的发芽率和发芽势，促进幼苗生长，这种促进作用主要是等离子体处理可以增强种皮的亲水性和吸水能力，加速种子内储藏物质的分解代谢速率，增加可溶性糖和可溶性蛋白含量进而促进幼苗生长。低温等离子体种子处理还能提高番茄青枯病的抗性，促增加植物对矿质养分Ca和B的吸收，提高植物抗病系统中抗氧化酶的活性。此外，低温等离子体还应用于难降解有毒废液和城市生活垃圾的处理。目前，有关低温等离子体种子处理对农作物累积吸收重金属镉的影响还鲜有报道。

生物质灰渣是生物质发电厂采用植物燃烧后形成的固体废弃物，具有排放量大、开发潜力大等特点。生物质灰渣中含有大量农作物生长所需要的营养成分，通过灰渣与化肥配施的小白菜盆栽实验发现，白菜的鲜重增加，叶片的P、K含量增加，灰渣能明显提高土壤pH值，为土壤提供速效P和速效K，并对酸性土壤的改良有一定效果，表明生物质灰渣对农作物生长发育和酸性土壤的改良都具有积极的影响，在降低土壤中重金属的生物有效性和在环境中的迁移也起着重要作用。同时，多孔结构和表面丰富的含氧官能团使得生物质灰渣具有较强的吸附能力，可以用来修复污染土壤。此外，生物质灰渣具有保水能力，研究表明，以锯木灰、水稻灰、谷壳灰、玉米灰为研究对象，得出四种灰渣的吸水率和含水量不同，其中，草木灰的最大持水量最高，达368.41%，玉米灰的最大持水量最低，为198.73%。以上研究说明，生物质灰渣是经济有效的土壤改良剂。

为了解决镉污染土壤青菜可食部位易累积镉、难以达到食用安全限值的问题，本发明提供高效环保、经济可行的减少青菜地上部镉累积的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种减少青菜地上部镉累积的方法，该方法简单易行，能够有效降低青菜地上可食部位镉含量，实现镉污染土壤叶菜类蔬菜安全生产目标。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种减少青菜地上部镉累积的方法，向镉污染的菜地土壤中施入生物质灰渣，翻匀后放置2-3天后，定期浇水，使土壤含水量达到田间最大持水量的60%，种植冷等离子体处理后的青菜种子。

本发明进一步限定的技术方案是：

进一步的，前述减少青菜地上部镉累积的方法中，青菜种子品种为一代交配华美青梗菜。

前述减少青菜地上部镉累积的方法中，生物质灰渣为发电厂采用农作物秸秆发电后的碱性灰渣，生物质灰渣添加量为镉污染的菜地土壤重量的0~10%。

技术效果，本发明采用生物质灰渣施入污染的土壤，生物质灰渣是生物质发电厂采用植物燃烧后形成的固体废弃物，原料充足，工艺简单，操作方便，具有排放量大、开发潜力大等特点，费用低，且安全有效，生物质灰渣中含有大量农作物青菜生长所需要的营养成分，通过灰渣与化肥配施的菜盆栽实验发现，菜的鲜重增加，灰渣能明显提高土壤pH值，为土壤提供速效P和速效K，表明生物质灰渣对农作物生长发育和土壤的改良都具有积极的影响，在降低土壤中重金属的生物有效性和在环境中的迁移也起着重要作用。同时，多孔结构和表面丰富的含氧官能团使得生物质灰渣具有较强的吸附能力，可以用来修复污染土壤。此外，生物质灰渣具有保水能力，利用发电厂发电后的灰渣提供了一种较好的废弃物资源化利用途径。

前述减少青菜地上部镉累积的方法中，冷等离子种子处理条件为在氦气氛围中，处理频率为13.56MHz，压强为150Pa，以80~100W非电离辐射处理青菜种子 10~20s。

前述减少青菜地上部镉累积的方法中，镉污染的菜地土壤为红壤，红壤中镉浓度为0.32~0.57mg/kg，pH 4.5~4.8。

本发明的有益效果是：

本发明通过在污染土壤施加生物质灰渣，种植低温等离子体处理的青菜种子，能够有效降低青菜地上可食部位镉含量，实现镉污染土壤叶菜类蔬菜安全生产目标。

附图说明

图1为本发明实施例等离子体种子处理联合施用生物质灰渣对镉污染土壤青菜生长的影响图；

图2为本发明实施例等离子体种子处理联合施用生物质灰渣对镉污染土壤青菜可食部位镉含量的影响图；

图3为本发明实施例等离子体种子处理联合施用生物质灰渣对镉污染土壤pH的影响图；

图4为本发明实施例等离子体种子处理联合施用生物质灰渣对土壤有效态镉含量的影响图。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供的一种减少青菜地上部镉累积的方法，向镉污染的菜地土壤中施入生物质灰渣，翻匀后放置2-3天后，定期浇水，使土壤含水量达到田间最大持水量的60%，种植冷等离子体处理后的青菜种子，减少青菜地上部镉的累积量，满足镉污染农田青菜安全生产的要求。

本实施例中生物质灰渣组成分析：

生物质灰渣为发电厂采用农作物秸秆发电后的灰渣，其pH为9.63，呈碱性；全氮、全磷、全钾和全碳含量分别为0.17%、0.55%、4.70%和13.29%，Cd、Pb、Cr、As和Hg含量都低于《肥料中砷、镉、铅、铬、汞生态指标》（GB/T 23349—2009）规定的限值，生物质灰渣添加量为镉污染的菜地土壤重量的0~10%。

本实施例中等离子体种子处理：

供试的一代交配华美青梗菜种子，选用氦气作为介质，进行低温等离子体放电处理，处理频率为13.56MHz，压强为150Pa，处理时间为10~20s，处理功率为80~100W。

本实施例中镉污染土壤制备：

供试土壤采用的我国南方地区的红壤，所有土壤均采自表层（0~20cm），剔除土壤中的杂物，磨碎过2mm筛用作盆栽用土，每盆装有750g过了2mm筛的红壤，添加CdCl₂溶液使每盆土全Cd含量达到0.57±0.03 mg/kg，在室温下老化一个月，每隔2天拌匀一次，并保持含水率为30%。

盆栽试验

每盆装750g已老化好的红壤，试验设2个处理：种植经等离子体处理的青菜种子和未经等离子体处理的青菜种子，每个处理根据生物质灰渣添加量设置亚处理：等离子体处理（添加灰渣0%，3%，5%，10%）和非等离子处理（添加灰渣0%，10%），每个处理重复3次，每盆施加7g有机肥，根据灰渣中P、K的含量，用氮、磷、钾化肥向土壤中补加肥料，使加入的N、P、K各元素总量均相同，灰渣、有机肥与土壤充分拌匀，盆栽试验在温室中进行，并于9月底播种（盆栽试验是9月30号播种的），定期浇蒸馏水，每盆浇水量一致，间苗使每盆留长势相当的小青菜4棵，40d天后采收，对收获的青菜地上部鲜重进行测定，结果表示于图1。

实施例2

以与实施例1相同的方式进行操作，对收获的青菜地上部镉含量进行测定，将结果表示于图2。

实施例3

以与实施例1相同的方式进行操作，对收获青菜后的盆栽土壤pH进行测定，将结果表示于图3。

实施例4

以与实施例1相同的方式进行操作，对收获青菜后的盆栽土壤有效态镉含量进行测定，将结果表示于图4。

根据图1所示，经等离子体处理的青菜种子结合施用0%，3%，5%和10%的灰渣，得到的青菜地上部鲜重分别为3.34g/盆，58.43 g/盆，107.2 g/盆，111.6 g/盆；未经等离子处理青菜种子结合添加0%和10%灰渣，得到的青菜地上部鲜重分别为0.25 g/盆和46.69 g/盆。既无等离子体种子处理又无灰渣处理的青菜地上部鲜重，表明镉污染土壤对青菜的生长产生了抑制作用。当灰渣用量都为0%和10%时，等离子体种子处理比未经等离子体种子处理的青菜生物量增加了12.4倍和1.4倍，存在显著差异，表明单一等离子体处理的菜种可以促进了青菜在镉污染土壤中的生长。同时，经等离子体处理的菜种，结合施用3%，5%和10%的灰渣，青菜地上部生物量增加了16.5倍，31.1倍和32.4倍，表明等离子体种子处理联合施用生物质灰渣，能够显著提高了镉污染土壤青菜地上部的生物量。

根据图2所示，等离子体处理菜种并添加0%，3%，5%和10%灰渣处理，测得青菜可食的地上部Cd含量分别为22.07mg/kg，8.59 mg/kg，6.32 mg/kg和2.76mg/kg；而非等离子体处理，仅添加0%灰渣和10%灰渣的两个处理中，青菜可食地上部Cd分别为73.42mg/kg和2.9mg/kg。当不施用灰渣时，等离子体处理比非等离子体处理的青菜地上部Cd浓度降低了70%；而添加10%灰渣时，降低了4.8%，说明等离子体处理菜种能够减少青菜对土壤中Cd的吸收，特别是有利于降低青菜可食部位的Cd含量。菜种经等离子体处理后，联合施用生物质灰渣，随着灰渣添加比例从3%增加到10%，青菜地上部Cd含量显著下降，表明等离子体种子处理联合施用生物质灰渣，显著降低了青菜对镉污染土壤中镉的吸收累积。

根据图3所示，等离子体处理组在添加灰渣为0%，3%，5%，10%后的土壤pH 分别为4.8，4.82，5.4和6.4；非等离子体处理组在添加灰渣为0%和10%后的土壤pH分别为4.5和6.2，表明随着灰渣添加量的增加，土壤pH也随之增加。当灰渣添加比例为3%时，pH变化不是很明显，但是当灰渣添加量达到10%时，土壤pH最高可以达到6.4。由此可知，施用生物质灰渣提高了土壤pH，从而降低了土壤中镉的生物有效性。在不添加生物质灰渣的处理组，等离子体种子处理的青菜收获后的土壤pH比未等离子体种子处理的高0.3，表明等离子体种子处理可能减少青菜根部对土壤的酸化，从而减少了青菜对土壤镉的吸收累积。

根据图4所示，等离子体处理组中，添加灰渣量分别为0%，3%，5%和10%时，土壤有效态Cd含量分别为0.14mg/kg，0.04 mg/kg，0.02 mg/kg和低于镉的检出限（10^-5 mg/kg）；而非等离子体处理组中，在灰渣添加量为0%和10%时，土壤有效态分别为1.55mg/kg和0.43 mg/kg。相比之下，在灰渣添加量为0%和10%时，等离子体处理比非等离子体处理后土壤有效态Cd含量降低了90.9%和99.9%，说明等离子体处理菜种可以有效降低土壤中有效态Cd。在非等离子体处理组中，添加灰渣10%比不加灰渣后土壤有效态降低了72.2%，表明虽然灰渣自身含有一定量的Cd，但添加10%灰渣还是可以降低土壤的有效态Cd含量，并降低植物对土壤中Cd的直接吸收。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims

1.一种减少青菜地上部镉累积的方法，其特征在于：向镉污染的菜地土壤中施入生物质灰渣，翻匀后放置2-3天后，定期浇水，使土壤含水量达到田间最大持水量的60%，种植冷等离子体处理后的青菜种子。

2.根据权利要求1所述的减少青菜地上部镉累积的方法，其特征在于：所述青菜种子品种为一代交配华美青梗菜。

3.根据权利要求1所述的减少青菜地上部镉累积的方法，其特征在于：所述生物质灰渣为发电厂采用农作物秸秆发电后的碱性灰渣，所述生物质灰渣添加量为镉污染的菜地土壤重量的0~10%。

4.根据权利要求1所述的减少青菜地上部镉累积的方法，其特征在于：所述的冷等离子种子处理条件为在氦气氛围中，处理频率为13.56MHz，压强为150Pa，以80~100W非电离辐射处理青菜种子 10~20s。

5.根据权利要求1所述的减少青菜地上部镉累积的方法，其特征在于：所述镉污染的菜地土壤为红壤，红壤中镉浓度为0.32~0.57mg/kg，pH 4.5~4.8。