專利名稱：利用鉀肥提高輕度鎘污染農(nóng)田土壤植物修復效率的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及污染環(huán)境修復技術領域，特別是涉及一種利用鉀肥提高輕度鎘污染農(nóng)田土壤植物修復效率的方法。
背景技術：
隨著我國工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟快速增長，土壤-植物-環(huán)境系統(tǒng)中重金屬污染問題日趨嚴重。據(jù)統(tǒng)計，我國受鎘等重金屬污染的耕地面積近2000萬公頃，約占我國耕地總面積的1/5。土壤是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎，由于土壤重金屬污染而引發(fā)的食品安全問題也屢見報端，如沈陽某污灌區(qū)所生產(chǎn)的稻米中鎘深度高達O. 4-1. Omg kg_\達到或超過誘發(fā)“痛痛病” 的平均含鎘量(文獻I :李玉浸.集約化農(nóng)業(yè)的環(huán)境問題與對策.北京中國農(nóng)業(yè)科技出版社，2001;文獻2:陳同斌，黃啟飛，高定等.中國城市污泥的重金屬含量及其變化趨勢.環(huán)境科學學報，2003,23 :561-569)?？梢?，我國目前農(nóng)田土壤的鎘污染現(xiàn)狀已不容忽視，遭受嚴重重金屬污染的土壤不僅影響農(nóng)作物生長發(fā)育，使得農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)下降，并進而通過食物鏈直接危害人類健康。如2011年初鬧得沸沸揚揚的“鎘米”事件即是最好的明證，這一事件也將我國的食品安全問題再次推向風口浪尖。而在鎘米事件中，土壤是鎘向人類食物鏈遷移累積的關鍵環(huán)節(jié)。因而修復農(nóng)田鎘污染土壤，對于改善我國農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展，保障食品安全和人類健康等都具有重大意義，已成為我國農(nóng)業(yè)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境安全所共同面臨的重大問題。植物萃取修復是指利用對污染物具有超積累或富集作用的特殊能力的植物(稱超積累植物、富集植物)，將土壤中污染物大量轉移到植物體內(nèi)，特別是地上部分，通過移走地上部分從而達到減少土壤中重金屬元素含量，實現(xiàn)修復的目的。相對于以往土壤修復所采用的挖掘、填埋，或其它物理化學工程技術方法，植物修復技術成本低，不需要大型的儀器設備或工程技術措施。據(jù)估計，若要將某鉛污染土壤的鉛含量從I. 4%下降到O. 4%，用植物修復的方法所需費用約為245000美元，而用挖掘和填埋的方法則需1600000美元，用土壤淋洗的方法則需790000美元。而且植物修復過程主要利用太陽能，不破壞生態(tài)環(huán)境， 同時還能起到綠化美化環(huán)境的作用。但植物萃取修復技術的效率高低主要決定于植物對污染環(huán)境中污染物的吸收與積累能力，尤其是植物地上部對目標污染物的積累能力。超積累植物是指對重金屬有較強的耐性，在富含重金屬的土壤上能夠良好生長而不發(fā)生毒害現(xiàn)象的植物，而且該植物的地上部重金屬含量與根系重金屬含量比值應大于I。由于超積累植物具有比普通植物高出幾十倍到幾百倍的富集重金屬的能力，因而在植物修復的研究與應用中受到了廣泛的關注。 目前世界各地已發(fā)現(xiàn)的超積累植物共400多種，但能超積累鎘的公認的只有4種，其中，東南景天是一種原生于我國的鎘超積累植物。超積累型東南景天最初發(fā)現(xiàn)于一個古老的鉛鋅礦山上，其莖葉中鎘含量可分別高達9000mg kg—1和6500mg kg_S是一種較為理想的修復我國農(nóng)田鎘污染的植物材料。目前對植物修復的研究多集中在提高修復效率上，常見的方法主要有施用螯合劑從而提高土壤中重金屬元素的生物有效性，從而促進植物吸收或者通過氮肥等常規(guī)肥料來促進植物生長，以達到增加積累量，提高修復效率的目的。但螯合劑的應用也會在一定程度上增加土壤中重金屬元素隨雨水淋溶，從而進入地下水的風險；而過量的氮素施用也會帶來負面的環(huán)境影響。以往的研究主要瞄準中度以及重度重金屬污染土壤的修復，而我國目前大部分污染農(nóng)田土壤只是輕度鎘污染，因此，研究如何利用合適的超積累植物材料輔之以恰當?shù)姆柿瞎芾泶胧﹣斫鉀Q輕度鎘污染的農(nóng)田土壤的修復問題，是保障我國當前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和食品安全急需解決的問題。在《氮肥和鉀肥強化龍葵修復鎘污染土壤》一文中，作者對比了 lOOmgkg-1， 300mgkg-l和600mg kg-1三個濃度氯化鉀肥修復鎘污染的效果；但結果表明，施用氯化鉀并不能有效提聞植物地上部鋪的積累量，從而達到提聞修復效率的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種高效、經(jīng)濟、綠色、環(huán)保的利用鉀肥提高輕度鎘污染農(nóng)田土壤植物修復效率的方法。為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種利用鉀肥提高輕度鎘污染農(nóng)田土壤植物修復效率的方法，依次包括以下步驟I)、在輕度鎘染污土壤中，移栽入鎘超積累植物一東南景天(Sedum alfredii H.) 的幼苗進行種植，并按照每畝施用2. 3 2. 5kg純k的硫酸鉀肥的量進行施肥；2)、當東南景天的地上部高達50 60cm時，收割東南景天的地上部。作為本發(fā)明的利用鉀肥提高輕度鎘污染農(nóng)田土壤植物修復效率的方法的改進步驟I)中，硫酸鉀肥一次性作為基肥全部施用；施用時，直接以固態(tài)形式施入土壤。作為本發(fā)明的利用鉀肥提高輕度鎘污染農(nóng)田土壤植物修復效率的方法的進一步改進步驟I)中，在東南景天的種植期間內(nèi)，需澆水，從而使種植東南景天的輕度鎘染污土壤保持田間持水量的60 % 80 %。作為本發(fā)明的利用鉀肥提高輕度鎘污染農(nóng)田土壤植物修復效率的方法的進一步改進輕度鎘染污土壤為總鎘含量< lmg/kg的酸性砂質(zhì)土壤。作為本發(fā)明的利用鉀肥提高輕度鎘污染農(nóng)田土壤植物修復效率的方法的進一步改進步驟I)中的移栽為扦插移栽或者在水培條件下預培養(yǎng)之后再移栽。作為本發(fā)明的利用鉀肥提高輕度鎘污染農(nóng)田土壤植物修復效率的方法的進一步改進步驟I)中，東南景天幼苗移栽時地上部高度為5 8cm。作為本發(fā)明的利用鉀肥提高輕度鎘污染農(nóng)田土壤植物修復效率的方法的進一步改進步驟I)中，在輕度鎘染污土壤中，按照每畝施用2. 4kg純k的硫酸鉀肥的量進行施肥。本發(fā)明的利用鉀肥提高輕度鎘污染農(nóng)田土壤植物修復效率的方法，通過利用硫酸鉀肥強化東南景天對土壤中鎘的提取作用，從而達到提高修復鎘染污土壤效率之目的。本發(fā)明所選用的植物為原生于我國的鎘超積累生態(tài)型東南景天，當?shù)厣喜扛哌_50-60cm時， 即可收獲地上部。在本發(fā)明中，以硫酸鉀(K2SO4)為鉀肥，并按照每畝施用2. 3 2. 5kg純 k的硫酸鉀肥的量進行施肥；即，每畝施用含有2. 3 2. 5kg鉀的硫酸鉀。在本發(fā)明中，輕度鎘染污土壤的最佳對象是鎘含量< O. 55mg/Kg的酸性砂質(zhì)土
在本發(fā)明中，在鎘污染土壤上一年可以多茬種植鎘超積累植物一東南景天，每次收割時可保留地上部少許(一般保留地上部5 IOcm)，使其繼續(xù)生長第二茬，省卻反復種植的麻煩。同時，也可以進行邊生產(chǎn)邊修復，即在每年的農(nóng)閑季節(jié)(秋冬季)種植鎘超積累植物一東南景天進行鎘污染土壤的修復，這樣既不影響正常的糧食生長，又可解決農(nóng)田土壤污染的問題。收獲后的東南景天地上部可進行資源化加工處理，回收其中的鎘，從而避免二次污染。本發(fā)明具有如下優(yōu)點I)、本發(fā)明瞄準輕度鎘污染的農(nóng)田土壤，輔之以適當?shù)拟浄蕬茫洳僮餍詮?，費用較低，不破壞土壤理化性狀，不引起二次污染，可以明顯增加植物(即東南景天)對鎘的積累量，提聞修復效率。2)、本發(fā)明采用原生于我國的鎘超積累植物一東南景天，其具有很強的鎘富集能力，生長速度快，栽培管理容易，而且可以扦插繁殖。3)、本發(fā)明所采用的修復方法，與傳統(tǒng)的污染土壤治理方法相比，投資少，見效快， 而且綠色環(huán)保。


下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細說明。圖I是施用不同鉀肥種類及水平對東南景天地上部鎘濃度的影響；圖2是施用不同鉀肥種類及水平對東南景天鎘修復效率的影響。
具體實施例方式以下實例將進一步說明本發(fā)明方法的可行性和積極效果。實施例I、一種利用鉀肥提高輕度鎘污染農(nóng)田土壤植物修復效率的方法，依次進行以下步驟I)、在輕度鎘染污土壤中，移栽入鎘超積累植物一東南景天(Sedum alfredii H.) 的幼苗(幼苗的地上部高度為5 8cm)進行種植，并按照每畝施用2. 3 2. 5kg純k的硫酸鉀肥的量進行施肥；上述移栽為扦插移栽或者在水培條件下預培養(yǎng)之后再移栽。硫酸鉀肥一次性作為基肥全部施用；施用時，直接以固態(tài)形式施入土壤。在東南景天的種植期間內(nèi)，需定時澆水，從而使種植東南景天的輕度鎘染污土壤保持田間持水量的 60% 80%。輕度鎘染污土壤為總鎘含量< lmg/kg的酸性砂質(zhì)土壤。2)、當東南景天的地上部高達50 60cm時，收割東南景天的地上部。為了證明本發(fā)明的優(yōu)點所在，發(fā)明人進行了如下試驗試驗I、試驗地點設在浙江大學華家池校區(qū)農(nóng)業(yè)實驗站內(nèi)，經(jīng)檢測土壤(為青紫泥土壤， 屬于砂質(zhì)土壤)理化性狀為pH值5. 6,有機質(zhì)3. 37%,總鎘O. 52mg kg—1 ;試驗選取三種鉀肥 (氯化鉀，碳酸鉀和硫酸鉀)，每種肥料設4個供鉀水平，分別為不供鉀肥的實驗對照(KO)，按照每畝施用O. 6kg純k的鉀肥(Kl)、每畝施用I. 2kg純k的鉀肥(K2)、每畝施用2. 4kg純 k的鉀肥(K3)、每畝施用3. 6kg純k的鉀肥(K4)。每個處理重復3次。超積累植物一東南景天在經(jīng)過育苗至6 8厘米高后移入土壤，每日適量澆水，在60 80%的田間持水量下生長4個月(此時，每畝施用2. 4kg純k的硫酸鉀(K3)所對應的東南景天的地上部高為 55 60cm)，然后收獲植株地上部。先用自來水充分洗凈植物表面吸附的臟物，然后再用去離子水沖洗，浙去水分后， 先在110°C殺青20min，然后在65°C下烘干至恒重，稱量干重。然后將植物樣品磨碎，過 O. 2mm篩，用HN03 HC104(4 lv/v)在160°C下消煮完全，用ICP-MS測定植物體內(nèi)鎘含量。結果表明，硫酸鉀的施用能顯著提高東南景天地上部鎘積累量。比較三種不同肥料處理，施用碳酸鉀或氯化鉀并不會顯著影響東南景天地上部的鎘含量。只有在較高濃度 (每畝施用2. 4kg純k的鉀肥)的硫酸鉀處理下，東南景天地上部的鎘濃度顯著增高。從 KO處理下的OmgktT1增加到K3處理下的Slmgkg4JfW 了 I倍多(圖I)。這表明硫酸鉀肥的應用可顯著提高東南景天地上部鎘的濃度。但是，繼續(xù)增大鉀肥供應量(每畝施用3. 6kg 純k的鉀肥(K4)，)并不能進一步提高東南景天地上部的鎘含量。圖2顯示了不同鉀肥處理對東南景天鎘修復效率的影響。將東南景天地上部鎘的積累量除以土壤中的總鎘含量來表征其提取(修復)土壤鎘污染的效率。每畝施用2. 4kg 純k的的硫酸鉀(K3)后，由于東南景天地上部鎘的積累量大幅增加，其修復土壤鎘污染的效率也從不施肥處理下的7. 71%顯著提高到14. 57%。修復效率的大幅提高有助于縮短修復污染土壤所需的時間，從而在最大程度上降低修復過程對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響。對比實驗試驗地點同樣設在浙江大學華家池校區(qū)農(nóng)業(yè)實驗站內(nèi)，將實驗I中的青紫泥換成粘性土壤，經(jīng)檢測土壤(為小粉土，屬于粘性土壤)理化性狀為PH值5. 8，有機質(zhì)3. 1%， 總鎘O. 50mgkg_1 ;試驗設置及操作同實驗I。結果表明，各處理下，東南景天地上部鎘濃度(表I)，及修復效率(表2)并沒有顯著差別。上述實驗說明本發(fā)明的方法適用于砂質(zhì)土壤上，但在粘土上并不能產(chǎn)生類似的效果O表I表 2
也上部鎘濃度(mg/kg DW)KCIK2CO3K2SO4KO6.0 士 2.56.0 士 2.56.0 士 2.5Kl6.1 士 0.26.1 士 0.95.0 士 0.4K26.2±1.47.0 士 3.05.3 士 1.9K37.6 士 2.57.4 士 0.86.5±1.4K47.0 士 1.27.2 土 1.16.2 士 0.8
權利要求
1.利用鉀肥提高輕度鎘污染農(nóng)田土壤植物修復效率的方法，其特征是依次包括以下步驟1)、在輕度鎘染污土壤中，移栽入鎘超積累植物--東南景天的幼苗進行種植，并按照每畝施用2. 3 2. 5kg純k的硫酸鉀肥的量進行施肥；2)、當東南景天的地上部高達50 60cm時，收割東南景天的地上部。
2.根據(jù)權利要求I所述的利用鉀肥提高輕度鎘污染農(nóng)田土壤植物修復效率的方法，其特征是所述步驟I)中，硫酸鉀肥一次性作為基肥全部施用；施用時，直接以固態(tài)形式施入土壤。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的利用鉀肥提高輕度鎘污染農(nóng)田土壤植物修復效率的方法，其特征是所述步驟I)中，在東南景天的種植期間內(nèi)，需澆水，從而使所述種植東南景天的輕度鎘染污土壤保持田間持水量的60% 80%。
4.根據(jù)權利要求3所述的利用鉀肥提高輕度鎘污染農(nóng)田土壤植物修復效率的方法，其特征是所述輕度鎘染污土壤為總鎘含量< lmg/kg的酸性砂質(zhì)土壤。
5.根據(jù)權利要求4所述的利用鉀肥提高輕度鎘污染農(nóng)田土壤植物修復效率的方法，其特征是所述步驟I)中的移栽為扦插移栽或者在水培條件下預培養(yǎng)之后再移栽。
6.根據(jù)權利要求5所述的利用鉀肥提高輕度鎘污染農(nóng)田土壤植物修復效率的方法，其特征是所述步驟I)中，東南景天幼苗移栽時地上部高度為5 8cm。
7.根據(jù)權利要求6所述的利用鉀肥提高輕度鎘污染農(nóng)田土壤植物修復效率的方法，其特征是所述步驟I)中，在輕度鎘染污土壤中，按照每畝施用2. 4kg純k的硫酸鉀肥的量進行施肥。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用鉀肥提高輕度鎘污染農(nóng)田土壤植物修復效率的方法，依次包括以下步驟1)在輕度鎘染污土壤中，移栽入鎘超積累植物--東南景天的幼苗進行種植，并按照每畝施用2.3～2.5kg純k的硫酸鉀肥的量進行施肥；2)當東南景天的地上部高達50～60cm時，收割東南景天的地上部。利用本發(fā)明的方法修復輕度鎘污染農(nóng)田土壤，具有高效、經(jīng)濟、綠色、環(huán)保等特點。
文檔編號B09C1/00GK102580987SQ201210015169
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月18日 優(yōu)先權日2012年1月18日
發(fā)明者楊肖娥, 高峻 申請人:浙江大學