專利名稱：可降低稻米鎘累積的土壤調(diào)理方法
可降低稻米鎘累積的土壤調(diào)理方法技術領域
本發(fā)明屬于環(huán)境科學、土壤學和植物營養(yǎng)學研究領域，尤其涉及一種重金屬污染土壤的修復方法。
背景技術：
重金屬鎘(Cd)是生物毒性極強的環(huán)境污染元素之一(陳朗、宋玉芳等“土壤鎘污染毒性效應的多指標綜合評價”，《環(huán)境科學》，2008，29 [9])，在聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署提出的12 種具有全球性意義的危險化學物質中位居首位。鎘對人體的危害極大，可引發(fā)“骨痛病”、 腎損害等(陳英旭，《環(huán)境學》，中國環(huán)境科學出版社，2005)。鎘是多種礦物的伴生礦，受日益發(fā)展的采礦、冶煉、電鍍和印染等工業(yè)以及來自農(nóng)業(yè)投入品自身的影響，農(nóng)田土壤鎘污染已逐漸成為影響經(jīng)濟發(fā)展和人類身體健康的重要環(huán)境問題。在土壤——植物系統(tǒng)中，鎘污染具有多源性、隱蔽性、一定程度上的長距離傳輸性和污染后果的嚴重性，而水稻是吸收鎘能力最強的谷類作物(Chaney R L, Reeves PG, Ryan J A, Simmons R ff, Welch R M, Scott Angle J: “An improved understanding of soil Cd risk to humans and low cost methods to phytoextract Cdfrom contaminated soils to prevent soil Cd risks，，， 〈〈Biometals》，2004，17[5])。上世紀末，我國鎘污染耕地面積已達I. 3 X 104hm2，涉及11個省市的25個地區(qū)，每年生產(chǎn)“鎘米”5. OX 107kg (王凱榮“我國農(nóng)田鎘污染現(xiàn)狀及其治理利用對策”，《農(nóng)業(yè)環(huán)境保護》，1997，16 [6])，有調(diào)查表明，湖南省重金屬污染元素中以鎘污染較為普遍，污染稻田含鎘2. 8mg/kg 51. 3mg/kg,比背景值高23 572倍(王凱榮、郭焱等“重金屬污染對稻米品質影響的研究”，《農(nóng)業(yè)環(huán)境保護》，1993，12[6])。而在耕地土壤鎘含量較高的前提下，鎘的土壤環(huán)境容量非常小，土壤中鎘含量稍有增加，就會使農(nóng)作物中鎘含量相應提高。因而，土壤鎘污染引起的稻米超標問題屢有發(fā)生，嚴重威脅到農(nóng)產(chǎn)品質量安全和人類身體健康。
食物鏈傳遞成為重金屬威脅人類身體健康的首要途徑，而稻米的清潔生產(chǎn)依賴于土壤環(huán)境質量，對于鎘污染土壤的修復，目前主要有客土法、化學修復、生物修復和農(nóng)藝措施等，客土法修復成本較高，生物修復耗時較長，而農(nóng)藝措施以及廉價的化學修復是經(jīng)濟可行的方法之一。據(jù)統(tǒng)計，目前我國的農(nóng)田鎘污染中以中輕度污染為主，而中輕度污染土壤可以通過有效的化學修復與農(nóng)藝調(diào)控措施相結合以保障農(nóng)產(chǎn)品質量安全，從而在一定程度上緩解人口與耕地資源的矛盾，有利于發(fā)展循環(huán)農(nóng)業(yè)，構建和諧社會。然而，現(xiàn)有的化學修復方法和農(nóng)藝措施種類繁多，每一種方法各有優(yōu)劣利弊，如何選擇和開發(fā)最優(yōu)化、最經(jīng)濟、最有效的土壤修復方法一直是困擾本領域技術人員的技術難題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種低成本、環(huán)境友好、資源節(jié)約、操作簡單且可降低稻米鎘累積的土壤調(diào)理方法。
為解決上述技術問題，本發(fā)明提出的技術方案為一種可降低稻米鎘累積的土壤調(diào)理方法，包括以下步驟在對酸性重金屬鎘污染土壤進行翻耕施肥前，將土壤調(diào)理劑亞硫酸鹽均勻撒施在所述酸性重金屬鎘污染土壤的表面，然后再施用基肥，充分拌勻；并結合土壤淹水調(diào)理，在水稻生長期間使土壤盡量處于淹水狀態(tài)，使所述酸性重金屬鎘污染土壤處于低電化學勢的還原環(huán)境(Eh處于-150mV _300mV)，利用生成的還原產(chǎn)物對土壤中的鎘進行有效的吸附和生成化學沉淀，完成對土壤的調(diào)理過程。
上述的土壤調(diào)理方法中，所述土壤調(diào)理劑亞硫酸鹽優(yōu)選為強堿弱酸鹽，其溶液呈弱堿性。這樣將土壤調(diào)理劑加入土壤后能使土壤PH值隨Eh的降低而緩慢升高。所述土壤調(diào)理劑亞硫酸鹽更優(yōu)選為亞硫酸鈉，盡量避免與具有較強氧化性的物質同時使用，以確保其達到降低土壤Eh的調(diào)理效果。
上述的土壤調(diào)理方法中，所述還原產(chǎn)物中含有可使土壤中重金屬鎘轉化為難溶態(tài) CdS 的 S2'
上述的土壤調(diào)理方法中，所述還原產(chǎn)物中還優(yōu)選含有可吸附土壤中重金屬鎘的鐵鹽膠體。
上述的土壤調(diào)理方法中，所述酸性重金屬鎘污染土壤一般指含全量鎘O. 3mg/ kg 3. Omg/kg、且pH值小于6. 5的鎘污染土壤。
上述的土壤調(diào)理方法中，當所述酸性鎘污染土壤中全量鎘含量為O. 3mg/kg 1.Omg/kg (即輕度污染)時，所述土壤調(diào)理劑亞硫酸鹽的施用量優(yōu)選為1125kg/hm2 2250kg/hm2 ;當所述酸性鎘污染土壤中全量鎘含量為1. Omg/kg 3. Omg/kg (即中度污染) 時，所述土壤調(diào)理劑亞硫酸鹽的施用量優(yōu)選為2250kg/hm2 6750kg/hm2。
上述的土壤調(diào)理方法中，所述土壤淹水調(diào)理過程中控制灌溉水中的鎘含量優(yōu)選低于 O.005mg/L。
上述本發(fā)明技術方案的技術原理主要基于以下幾點
(1)通過加入土壤調(diào)理劑亞硫酸鹽(優(yōu)選亞硫酸鈉)，可使淹水后的土壤氧化還原電位(Eh)進一步降低，使土壤處于低電化學勢的還原環(huán)境，有利于還原物質的產(chǎn)生，如形成Fe2+，F(xiàn)e2+可與Cd2+競爭植物根際吸收，因為植物根系對鎘的吸收借助于鐵的運輸?shù)鞍祝?而Fe2+與鐵的運輸?shù)鞍變?yōu)先結合將極大地降低鎘與其結合的幾率，減少植物對鎘的吸收; 此外，所形成的鐵鹽等膠體，也可在一定程度上增強土壤對鎘的吸附作用，降低鎘的遷移能力；
(2)由于土壤調(diào)理劑亞硫酸鹽中含有亞硫酸根離子，在降低土壤氧化還原電位的同時，在還原條件下可進一步轉化得到s2_，從而促使土壤中的活性鎘向難溶態(tài)的CdS轉化， 最終降低鎘的生物有效性，其離子反應方程式主要為-t CJS ；
(3)由于添加的土壤調(diào)理劑如亞硫酸鈉屬于強堿弱酸鹽，其溶液呈弱堿性，加入淹水土壤后使土壤PH值隨Eh的下降而緩慢上升，pH升高有利于降低土壤鎘的生物有效性。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于首先，本發(fā)明的調(diào)理方法中采用的土壤調(diào)理劑亞硫酸鹽，不僅來源廣泛、成本較低，而且能有效降低酸性鎘污染稻田土壤中鎘的生物有效性；其次，本發(fā)明的調(diào)理方法中采用的土壤淹水調(diào)理措施不僅操作簡單、見效快，與土壤調(diào)理劑配合使用后不會對現(xiàn)有土壤的微環(huán)境造成消極影響?？傮w而言，本發(fā)明的方法操作簡單、可靠，使用后見效快，經(jīng)濟效益明顯，對防治土壤重金屬鎘污染，保障糧食安全具有重要意義。


圖1為本發(fā)明實施例I中采用本發(fā)明方法處理后對土壤氧化還原電位(Eh)的影響效果圖。(圖中的字母a f表示不同處理間LSD檢驗的差異顯著性p〈0. 05)
圖2為本發(fā)明實施例I中采用本發(fā)明方法處理后降低盆栽試驗水稻糙米鎘含量的影響效果圖。(圖2中的字母a e表示不同處理間LSD檢驗的差異顯著性p〈0. 05)
圖3為本發(fā)明實施例2中采用本發(fā)明方法處理后降低田間試驗水稻糙米鎘含量的影響效果圖。(圖2中的字母a、b表示不同處理間LSD檢驗的差異顯著性p〈0. 05)具體實施方式
以下結合說明書附圖和具體優(yōu)選的實施例對本發(fā)明作進一步描述，但并不因此而限制本發(fā)明的保護范圍。
實施例1:
本實施例采用盆栽試驗研究本發(fā)明對酸性鎘污染土壤(潮泥田)降低稻米鎘的效果。本實施例的盆栽酸性鎘污染土壤的化學性狀見下表I。
表1:實施例I中供試土壤的化學性狀
權利要求
1.一種可降低稻米鎘累積的土壤調(diào)理方法，包括以下步驟在對酸性重金屬鎘污染土壤進行翻耕施肥前，將土壤調(diào)理劑亞硫酸鹽均勻撒施在所述酸性重金屬鎘污染土壤的表面，然后再施用基肥，充分拌勻；并結合土壤淹水調(diào)理，在水稻生長期間使土壤處于淹水狀態(tài)，使所述酸性重金屬鎘污染土壤的Eh處于-150mV -300mV的低電化學勢的還原環(huán)境， 利用生成的還原產(chǎn)物對土壤中的鎘進行有效的吸附和生成化學沉淀，完成對土壤的調(diào)理過程。
2.根據(jù)權利要求I所述的土壤調(diào)理方法，其特征在于，所述土壤調(diào)理劑亞硫酸鹽為強堿弱酸鹽，其溶液呈弱堿性。
3.根據(jù)權利要求2所述的土壤調(diào)理方法，其特征在于，所述土壤調(diào)理劑亞硫酸鹽為亞硫酸鈉。
4.根據(jù)權利要求3所述的土壤調(diào)理方法，其特征在于，所述還原產(chǎn)物中含有可使土壤中重金屬鎘轉化為難溶態(tài)CdS的S2_。
5.根據(jù)權利要求I 4中任一項所述的土壤調(diào)理方法，其特征在于，所述還原產(chǎn)物中含有可吸附土壤中重金屬鎘的鐵鹽膠體。
6.根據(jù)權利要求I 4中任一項所述的土壤調(diào)理方法，其特征在于，所述酸性重金屬鎘污染土壤中含全量鎘O. 3mg/kg 3. Omg/kg,且pH值小于6. 5。
7.根據(jù)權利要求6所述的土壤調(diào)理方法，其特征在于，當所述酸性鎘污染土壤中全量鎘含量為O. 3mg/kg I. Omg/kg時,所述土壤調(diào)理劑亞硫酸鹽的施用量為1125kg/hm2 2250kg/hm2 ;當所述酸性鎘污染土壤中全量鎘含量為I. Omg/kg 3. Omg/kg時,所述土壤調(diào)理劑亞硫酸鹽的施用量為2250kg/hm2 6750kg/hm2。
8.根據(jù)權利要求I 4中任一項所述的土壤調(diào)理方法，其特征在于，所述土壤淹水調(diào)理過程中控制灌溉水中的鎘含量低于O. 005mg/L。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可降低稻米鎘累積的土壤調(diào)理方法，包括以下步驟在對酸性重金屬鎘污染土壤進行翻耕施肥前，將土壤調(diào)理劑亞硫酸鹽均勻撒施在酸性重金屬鎘污染土壤的表面，然后再施用基肥，充分拌勻；并結合土壤淹水調(diào)理，在水稻生長期間使土壤處于淹水狀態(tài)，使酸性重金屬鎘污染土壤的Eh處于-150mV～-300mV的低電化學勢的還原環(huán)境，利用生成的還原產(chǎn)物對土壤中的鎘進行有效的吸附和生成化學沉淀，完成對土壤的調(diào)理過程。本發(fā)明的方法操作簡單、可靠，使用后見效快，經(jīng)濟效益明顯，對防治土壤重金屬鎘污染，保障糧食安全具有重要意義。
文檔編號B09C1/00GK102974606SQ201210570480
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月25日 優(yōu)先權日2012年12月25日
發(fā)明者劉昭兵, 紀雄輝, 謝運河, 彭華 申請人:湖南省土壤肥料研究所