CN114682620A

CN114682620A - 一种针对酸性砷、铅、镉复合污染的稻田土壤的治理方法

Info

Publication number: CN114682620A
Application number: CN202011617308.2A
Authority: CN
Inventors: 于冰冰; 袁学韬; 陈勃伟; 刘兴宇; 张明江; 王建雷; 徐政; 刘美林; 高博文
Original assignee: GRINM Resources and Environment Technology Co Ltd
Current assignee: GRINM Resources and Environment Technology Co Ltd
Priority date: 2020-12-30
Filing date: 2020-12-30
Publication date: 2022-07-01

Abstract

本发明属于土壤重金属污染治理领域，具体涉及一种针对酸性砷、铅、镉复合污染的稻田土壤的治理方法。该治理方法通过向含砷、铅、镉复合污染农田土壤中添加一定量的土壤调理剂并进行翻耕混合均匀，对重金属主要产生吸附和沉淀等作用，降低土壤重金属的迁移性。然后，对土壤进行微肥调控，施加具钝化效果的微量肥料的同时提升地力。再次，喷施叶面阻隔剂，降低重金属在作物体内向可食部位的迁移性。最后进行水分管理，进一步降低重金属的活性。该治理方法适于中轻度污染稻田酸性土壤的安全利用和风险管控，具有技术操作简单，投入品原料资源丰富、价格低廉、对重金属阻隔效率高、修复周期短、可同时处理多种重金属、对环境二次风险低等优点。

Description

一种针对酸性砷、铅、镉复合污染的稻田土壤的治理方法

技术领域

本发明属于土壤重金属污染治理领域，涉及一种稻田土壤的治理方法，具体涉及一种针对酸性砷、铅、镉复合污染的稻田土壤的治理方法。

背景技术

农产品重金属超标问题关系到国计民生，实现重金属污染农田的安全利用和风险管控是保障粮食安全的重要途径。因此，针对我国重金属污染农田特点，进行安全利用组合技术体系的应用研究显得尤为重要。目前，农田安全利用技术模式主要包括植物提取、土壤安全调理或钝化、深翻耕物理稀释、种植结构调整和农艺调控等。农田安全治理是一个复杂的系统工程，单一方式难以达到修复治理要求。相较于提取修复，通过阻隔技术体系来降低重金属进入食物链的风险,是当前世界范围内的研究热点，可简化操作，更好的降低处理成本，优化治理效果，不影响农作物生产等，是土壤重金属污染治理的重要手段之一，亦是一种治理中轻度重金属污染土壤的环境友好技术，对保障农田的安全生产与人体健康具有十分重要的意义。

土壤重金属污染阻控技术主要是指通过向土壤中添加具钝化重金属效果的安全调理剂，降低土壤中重金属的生物有效性，或利用植物生理作用，喷施各种阻隔剂抑制重金属在作物体内向可食部位的迁移或流动，或通过水分管理、深翻耕等措施调控重金属进入作物体内的行为。

作物可食部位重金属含量超标，不仅取决于土壤中重金属的全量和有效态含量，还受到土壤性质、肥料种类、作物种类、水分条件及耕作制度等的影响，传统的土壤重金属污染阻控技术在实际的农田重金属污染土壤应用过程中，存在一些问题：如(1)重金属污染农田面广，重金属污染类型多，污染成因各异，污染分布不均，土壤组成复杂、空间异质性强等，很难仅靠单项技术完成大面积的农田修复，如单一的深翻耕、原位钝化或安全调理、微肥调控、叶面阻控、水分管理等，缺乏各种技术的集成性应用研究；(2)常规的原位钝化缺乏广泛的田间试验评估，施用效果不够稳定，施用方法有待提升，采用的钝化产品大多只对某特定金属有效，对如砷、镉、铅等复合污染农田土壤的钝化效果并不理想，材料本身的廉价易得性和环境友好性往往被忽略；(3)由于农田土壤长期施加常规的氮磷钾肥等单一肥料，一些对土壤有益的元素并未补充被作物吸收，所施加的肥料本身可能带入重金属或对重金属产生活化效应，导致土壤重金属污染风险居高不下；(4)叶面阻隔技术主要通过在作物叶面喷施某种营养物质(阻隔剂)以促进作物本身对重金属的抗性，通过竞争作用限制目标主控重金属进入可食部位，但关于阻隔剂产品缺乏广泛的田间试验评估，叶面阻隔技术和钝化技术联合控制重金属的效果人仍有待验证；(5)水分管理等农艺调控措施与其他技术联用的实际修复效果有待验证，如淹水状态下，土壤镉活性下降，而砷释放风险有可能增加，针对砷、铅、镉复合污染农田的集成技术研发和规模应用可靠性验证仍有待加强。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明的目的在于提供一种针对酸性砷、铅、镉复合污染稻田土壤的治理方法，通过该治理方法对土壤重金属进行吸附沉淀，降低土壤重金属的迁移性，提升地力，降低重金属在作物体内向可食部位的迁移性，减轻农作物受重金属污染的影响。

为了实现上述目的，本发明提供一种针对酸性砷、铅、镉复合污染的稻田土壤的治理方法，包括如下步骤：

1)在水稻插秧前田间放水，按100～300kg/亩向水稻田施加土壤调理剂，并进行深旋耕作业，确保水稻田土壤与土壤调理剂充分混匀；

2)在水稻分蘖期或施加土壤调理剂3～7天后向水稻田施加微肥，微肥施加量为2.5～10kg/亩，可直接施入或与用肥料混合施入土壤，施肥2天后保持淹水；

3)在水稻生长至分蘖盛期和抽穗期前各喷施一次叶面阻隔剂，两次喷施时间间隔5～7天，每亩每次喷施200～500g，喷施前叶面阻隔剂按20:1～50:1质量比加水稀释；

4)水稻孕穗至乳熟期保持田间淹水状态，淹水高度固定在距表土5～15cm之间，一直保持到水稻收获前7天，自然落干田；

其中，该土壤调理剂为：按照质量百分比将白云石粉5％～20％、石灰石粉或贝壳粉10％～40％、轻烧重质氧化镁20％～40％、钠基膨润土5％～20％、硅酸钠1％～5％、草炭土0％～5％、腐殖酸0％～5％，使用时将上述成分混合均匀，然后过100～300目筛即可。

进一步地，步骤1)在施加土壤调理剂前进行晒田3-5天。

更进一步地，所述微肥为铁肥、硅肥、硒肥或锌肥。

优选地，所述铁肥为硫酸亚铁、硫酸铁、尿素铁络合物或黄腐酸二胺铁；所述硅肥为硅酸钠、硅酸钾、过二硅酸钠或偏硅酸钠；所述硒肥为硒化钠或硒化钾；所述锌肥为七水硫酸锌、一水硫酸锌、氧化锌、氯化锌、含锌玻璃肥料，木质素磺酸锌、环烷酸锌乳剂或螯合锌。

优选地，步骤2)所述微肥为过10～40目筛的粉剂或颗粒剂。

优选地，步骤3)所述喷施的方式为无人机喷施或人工喷施。

人工喷施为传统喷施方式，而采用无人机喷施可喷施面积大，节省人工和成本。

所述叶面阻隔剂也称为叶面阻控剂，为以富含硅元素(硅酸钾、偏硅酸钾、硅酸钠等)为主、以硒(硒化钠或硒化钾)为主、以锌和锰(硫酸锰、硫酸锌)为主、以铁(硫酸铁或硫酸亚铁中任意一种或二者的混合物)为主、以硫(硫酸钾)和植物调节剂(水杨酸、脱落酸、脯氨酸)为主的植物营养液。叶面阻隔剂作用机理主要是药剂通过与水稻细胞中的镉结合，将镉沉淀在茎叶细胞中；或通过沉淀和竞争作用堵塞镉的运转通道从而实现抑制重金属向可食部位的迁移或流动。叶面阻隔剂在喷施过程中须单独使用，不能与其他农药等混用。

本发明提供的针对酸性砷、铅、镉复合污染的稻田土壤的治理方法，通过在水稻种植前和种植后的不同时期进行综合管理，阻隔土壤中重金属向水稻可食部位的迁移转化，维持重金属在土壤中以稳定态存在。

采用上述技术方案，与单一技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)所用土壤调理剂含硅、钙、镁等主成分，能与土壤中重金属产生良好的吸附沉淀作用，促进土壤重金属从易迁移扩散的风险态向不易迁移的惰性态转变，同时提升土壤pH，增加土壤对重金属的吸附，结合深翻耕物理措施可以使药剂与土壤充分接触混匀达到高效降低土壤中重金属生物有效性的效果；

(2)微肥调控以铁肥、硅肥等为主，补充微量元素使地力提升的同时，可以对土壤中砷产生良好的吸附钝化作用；

(3)以Si为主的叶面阻隔剂，补充叶面微量营养元素的同时，通过与水稻细胞中的镉结合，将镉沉淀在茎叶细胞中；以Zn、Mn为主的叶面阻隔剂与水稻茎叶中重金属竞争转运孔道，抑制重金属在水稻体内的转运，可以达到阻隔重金属由茎叶向水稻可食部位的迁移性，将重金属固定在非可食部位中，同时Si元素有利于促进水稻生长，有助于抗逆抗倒伏、保产或促产；

(4)该治理方法分多步对土壤和水稻中的重金属扩散风险进行了有效阻控，最终能使水稻可食部位中重金属含量达到国家相关食品安全限量标准，适用于大面积重金属污染类型复杂的稻田安全利用和风险管控工程。

本发明可根据不同的土壤性质和重金属污染类型以及程度，可对各技术和所涉材料组分配方进行实时调整，在尽量节约成本的前提下达到土壤安全利用和风险管控目的。

本发明的有益效果在于：

本发明提供一种针对酸性砷、铅、镉复合污染的稻田土壤的治理方法，该方法可以阻控土壤中砷、铅、镉等向作物可食部位迁移，可降低稻谷中重金属含量50％以上，有效固定土壤重金属，显著降低重金属的生物有效性，阻隔重金属向作物可食部位的迁移和富集，使作物可食部位达到《食品安全国家标准食品中污染物限量(GB2762—2017)》(无机砷≤0.2mg/kg，铅≤0.2mg/kg，镉≤0.2mg/kg)。

具体实施方式

下面将对本发明的实施例进行详细、完善的描述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

实施例1

取南方某地水稻田As-Pb-Cd复合污染土壤，经分析，该土壤样品中含镉1.86mg/kg、铅89.41mg/kg、砷111.37mg/kg。

所用土壤调理剂含白云石粉20％、石灰石粉20％、轻烧重质氧化镁40％、钠基膨润土10％、硅酸钠5％、草炭土2％、腐殖酸3％混合均匀，pH约11.26，该土壤调理剂以Si-Ca-Mg复合材料为主。

所用微肥为铁肥(20目，FeSO₄含量≥98％)。

所用叶面阻隔剂商品名为米尔控镉灵，属于Si基营养液(Si≥120g/L，潍坊乐多收生物工程有限公司)。施用时按产品说明进行施用。含Si的叶面阻隔剂既可以保产甚至增加产量，又可以与重金属形成沉淀。

在水稻种植前田间放水，晒田3天后将土壤调理剂按300kg/亩施入土壤中旋耕机翻耕混合，确保水稻田土壤与土壤调理剂充分混匀；然后灌水养护7天，按10kg/亩人工施撒铁肥，然后进行水稻种植并按当地劳作习惯进行田间管理，在水稻分蘖期及水稻抽穗前10天喷施叶面阻隔剂，前三步工序完成后，进行日常淹水管理。土壤重金属检测以DTPA法浸提土壤镉和铅有效态，以0.5M NaH₂PO₄浸提法表征土壤砷有效态，结果如表1所示。

表1组合修复稻田土壤试验结果

从表1可以看出，处理后土壤中有效态镉、铅和砷含量分别下降82.61％、81.58％、83.11％，土壤pH值上升了2.11个单位，稻谷产量增加了27.78％，水稻可食部位镉、铅和砷全量分别下降了80.55％、80.36％、88.16％，水稻可食部位中镉、铅和砷含量均满足食品安全国家标准《食品中污染物限量》(GB2762—2017)中无机砷≤0.2mg/kg，铅≤0.2mg/kg，镉≤0.2mg/kg的限量标准。

实施例2

所用土壤调理剂含白云石粉25％、石灰石粉15％、轻烧重质氧化镁35％、钠基膨润土15％、硅酸钠5％、草炭土2％、腐殖酸3％混合均匀，pH约10.17。

所用微肥为锌肥(20目，ZnSO₄·H₂O含量≥95％)。

所用叶面阻隔剂商品名为贝尔壳，属于含Zn、Mn营养液(铁+锰+铜+锌+硼≥130g/L，贝尔壳生物工程(湖北)有限公司)。施用时按产品说明进行施用。含Zn、Mn的叶面阻隔剂主要与重金属竞争镉的转运通道，从而实现抑制重金属的流动。

在水稻种植前田间放水，晒田3天后将土壤调理剂按300kg/亩施入土壤中旋耕机翻耕混合，确保水稻田土壤与土壤调理剂充分混匀；灌水养护7天，按10kg/亩人工施撒铁肥，然后进行水稻种植，并按当地劳作习惯进行田间管理，在水稻分蘖期及水稻抽穗前10天喷施叶面阻隔剂，前三步工序完成后，进行日常淹水管理。

土壤重金属检测以DTPA法浸提土壤镉和铅有效态，以0.5M NaH₂PO₄浸提法表征土壤砷有效态，结果如表2所示。

表2组合修复稻田土壤试验结果

从表2可以看出，处理后土壤中有效态镉、铅和砷含量分别下降81.33％、84.91％、81.05％，土壤pH值上升了1.37个单位，稻谷产量增加了24.84％，水稻可食部位镉、铅和砷全量分别下降了80.65％、82.22％、82.80％，水稻可食部位中镉、铅和砷含量均满足食品安全国家标准《食品中污染物限量》(GB2762—2017)中无机砷≤0.2mg/kg，铅≤0.2mg/kg，镉≤0.2mg/kg的限量标准。

实施例3

取南方某地水稻田As-Pb-Cd复合污染土壤，经分析，该土壤样品中含镉0.85mg/kg、铅46.55mg/kg、砷55.48mg/kg。

所用土壤调理剂主要包含白云石粉20％、石灰石粉40％、轻烧重质氧化镁25％、钠基膨润土5％、硅酸钠5％、草炭土2％、腐殖酸3％混合均匀，pH约10.17；

所用微肥为铁肥(20目，FeSO₄含量≥98％)；

所用叶面阻隔剂为商品名为叶面阻控剂，属于Si基营养液(Si≥80g/L，Na≤78g/L，环保桥(湖南)生态环境工程股份有限公司)。施用时按产品说明进行施用。

在水稻种植前田间放水，晒田3天后将土壤调理剂按300kg/亩施入土壤中旋耕机翻耕混合，灌水养护7天，按10kg/亩人工施撒铁肥，水稻种植后按当地劳作习惯进行田间管理，在水稻分蘖期及水稻抽穗前10天喷施叶面阻隔剂，前三步工序完成后，进行日常淹水管理。

土壤重金属检测以DTPA法浸提土壤镉和铅有效态，以0.5M NaH₂PO₄浸提法表征土壤砷有效态，结果如表3所示。

表3组合修复稻田土壤试验结果

从表3可以看出，处理后土壤中有效态镉、铅和砷含量分别下降81.08％、52.63％、78.06％，土壤pH值上升了1.64个单位，稻谷产量增加了23.24％，水稻可食部位镉、铅和砷全量分别下降了84.62％、81.08％、68.89％，水稻可食部位中镉、铅和砷含量均满足食品安全国家标准《食品中污染物限量》(GB2762—2017)中无机砷≤0.2mg/kg，铅≤0.2mg/kg，镉≤0.2mg/kg的限量标准。

实施例4

取南方某地水稻田As-Pb-Cd复合污染土壤，经分析，该土壤样品中含镉0.58mg/kg、铅44.41mg/kg、砷68.29mg/kg。

所用土壤调理剂含白云石粉30％、石灰石粉15％、轻烧重质氧化镁35％、钠基膨润土10％、硅酸钠5％、草炭土2％、腐殖酸3％混合均匀，pH约10.77。

所用微肥为铁肥(20目，FeSO₄含量≥98％)。

在水稻种植前田间放水，晒田3天后将土壤调理剂按300kg/亩施入土壤中旋耕机翻耕混合，确保水稻田土壤与土壤调理剂充分混匀；然后灌水养护7天，按10kg/亩人工施撒铁肥，然后进行水稻种植并按当地劳作习惯进行田间管理，在水稻分蘖期及水稻抽穗前10天喷施叶面阻隔剂，前三步工序完成后，进行日常淹水管理。土壤重金属检测以DTPA法浸提土壤镉和铅有效态，以0.5M NaH₂PO₄浸提法表征土壤砷有效态，结果如表4所示。

表4组合修复稻田土壤试验结果

从表4可以看出，处理后土壤中有效态镉、铅和砷含量分别下降75.49％、80.74％、75.47％，土壤pH值上升了1.76个单位，稻谷产量增加了23.25％，水稻可食部位镉、铅和砷全量分别下降了77.42％、77.50％、70.21％，水稻可食部位中镉、铅和砷含量均满足食品安全国家标准《食品中污染物限量》(GB2762—2017)中无机砷≤0.2mg/kg，铅≤0.2mg/kg，镉≤0.2mg/kg的限量标准。

本发明提供的针对酸性砷、铅、镉复合污染的稻田土壤的治理方法，其主要技术包括原位钝化或安全调理、微肥调控、叶面阻控和水分管理等内容，所用土壤调理剂能够对南方酸性稻田土起到调节pH，与土壤中砷、铅、镉等发生吸附沉淀等作用，所用微肥能进一步提升土壤地力水平，结合飞施叶面肥和水分管理等联用阻隔技术，基本上可以解决单一技术对稻田重金属治理效果不理想问题。

以上所述的仅是本发明的优选实例。应当指出对于本领域的普通技术人员来说，在本发明所提供的技术启示下，作为本领域的公知常识，还可以做出其它等同变型和改进，也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种针对酸性砷、铅、镉复合污染的稻田土壤的治理方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)在水稻插秧前田间放水，按100～300kg/亩向水稻田施加土壤调理剂，并进行深旋耕作业，确保水稻田土壤与土壤调理剂充分混匀，然后灌水；

2.根据权利要求1所述的治理方法，其特征在于，进一步地，步骤1)在施加土壤调理剂前进行晒田3-5天。

3.根据权利要求1所述的治理方法，其特征在于，所述微肥为铁肥、硅肥、硒肥或锌肥。

4.根据权利要求3所述的治理方法，其特征在于，所述铁肥为硫酸亚铁、硫酸铁、尿素铁络合物或黄腐酸二胺铁；所述硅肥为硅酸钠、硅酸钾、过二硅酸钠或偏硅酸钠；所述硒肥为硒化钠或硒化钾；所述锌肥为七水硫酸锌、一水硫酸锌、氧化锌、氯化锌、含锌玻璃肥料，木质素磺酸锌、环烷酸锌乳剂或螯合锌。

5.如权利要求1所述所述的治理方法，其特征在于，步骤2)所述微肥为过10～40目筛的粉剂或颗粒剂。

6.如权利要求1所述所述的治理方法，其特征在于，步骤3)所述喷施的方式为无人机喷施或人工喷施。

7.如权利要求1所述所述的治理方法，其特征在于，所述叶面阻隔剂为含硅植物营养液、含硒植物营养液、含锌和锰的植物营养液、含铁植物营养液、或含硫和植物调节剂的植物营养液。