镉污染稻田土壤的原位钝化修复方法

摘要

本发明公开了一种镉污染稻田土壤的原位钝化修复方法，包括以下步骤：(1)准备多效镉钝化剂，多效镉钝化剂由以下质量分数的原料经研磨后混合而成：海泡石20％～25％，赤泥45％～50％和泥炭28％～32％；(2)将多效镉钝化剂施撒在镉污染稻田土壤中，充分混合；(3)对镉污染稻田土壤进行灌水；(4)进行插秧，插秧后按水稻种植常规程序进行管理。本发明的镉污染稻田土壤的原位钝化修复方法使用的药剂稳定性好，无二次污染且成本低廉。

权利要求

1.一种镉污染稻田土壤的原位钝化修复方法，包括以下步骤：（1）准备多效镉钝化剂，多效镉钝化剂由以下质量分数的原料经研磨后混合而成：海泡石：20%～25%，

赤泥：45%～50%，和

泥炭：28%～32%；

（2）将多效镉钝化剂施撒在镉污染稻田土壤中，翻耕均匀，使多效镉钝化剂与镉污染稻田土壤充分混合；

（3）对施加有多效镉钝化剂的镉污染稻田土壤进行灌水；

（4）灌水后，进行插秧，插秧后按水稻种植常规程序进行管理；

对于总Cd≤1mg/kg的中轻度镉污染稻田土壤，所述多效镉钝化剂的施用量为80kg/亩～200kg/亩；对于总Cd＞1mg/kg的重度镉污染稻田土壤，所述多效镉钝化剂的施用量为

200kg/亩～400kg/亩；

所述多效镉钝化剂为颗粒状材料，颗粒粒度≤5.0mm的占90%以上；

所述多效镉钝化剂的pH值为9.5～12.0；

所述海泡石为天然粘土矿物海泡石，所述赤泥为废渣赤泥，所述泥炭为天然有机物泥炭；

所述多效镉钝化剂施撒在稻田土壤耕作层表面以下20cm深的范围内。

2.根据权利要求1所述的镉污染稻田土壤的原位钝化修复方法，其特征在于，所述步骤（4）中，灌进稻田土壤的水不外流。

说明书

镉污染稻田土壤的原位钝化修复方法

技术领域

[0001] 本发明属于稻田土壤修复领域，具体涉及一种镉污染稻田土壤的原位钝化修复方法。

背景技术

[0002] 湖南是“有色金属之乡”，世界已发现的160多种矿藏中，湖南就有140多种，且多属贫杂系，使得湖南农田土壤重金属污染日趋严重，尤其镉污染突出。水稻是湖南乃至全国的主要粮食作物，但稻田中镉污染使水稻生长发育受阻，导致减产或绝收，更为严重的是有毒重金属通过食物链，构成对人类生命和健康的直接威胁。

[0003] 目前湖南地区主要通过降低稻田土壤中镉活性来解决稻田镉污染问题，主要包括以下三种技术措施：施用石灰，提高土壤pH、降低稻田土壤镉活性，是简单、适用、低成本的方法，但存在石灰稳定性差、施用困难(影响身体健康)、石灰品质不稳定，影响土壤性质等问题；长期水淹管理，通过还原形成S2-，与稻田土壤中的镉形成沉淀，能显著降低镉活性，但长期淹水，一方面有污水负面影响，另一方面还受水源条件、水利条件影响；施用活性硅肥，形成硅酸镉沉淀，比碱性石灰更稳定，但受活性硅材料影响，且成本相对较高。

发明内容

[0004] 本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，特别是针对现有治理方法中存在的药剂稳定性差、产生二次污染或成本过高的问题，提供一种药剂稳定性好、无二次污染且成本低廉的镉污染稻田土壤的原位钝化修复方法。

[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

[0006] 一种镉污染稻田土壤的原位钝化修复方法，包括以下步骤：

[0007] (1)准备多效镉钝化剂，多效镉钝化剂由以下质量分数的组分经研磨后混合而成：

[0008] 海泡石：20％～25％，

[0009] 赤泥：45％～50％，和

[0010] 泥炭：28％～32％；

[0011] (2)将多效镉钝化剂施撒在镉污染稻田土壤中，翻耕均匀，使多效镉钝化剂与隔污染稻田土壤充分混合；

[0012] (3)对施加有多效镉钝化剂的镉污染稻田土壤进行灌水；

[0013] (4)灌水后，进行插秧，插秧后按水稻种植常规程序进行管理。

[0014] 上述的镉污染稻田土壤的原位钝化修复方法中，优选的，所述多效镉钝化剂为颗粒状材料，颗粒粒度≤5.0mm的占90％以上。

[0015] 上述的镉污染稻田土壤的原位钝化修复方法中，优选的，所述海泡石为天然粘土矿物海泡石，所述赤泥为废渣赤泥，所述泥炭为天然有机物泥炭。

[0016] 上述的镉污染稻田土壤的原位钝化修复方法中，优选的，所述多效镉钝化剂的pH值为9.5～12.0。

[0017] 上述的镉污染稻田土壤的原位钝化修复方法中，优选的，对于总Cd≤1mg/kg的中轻度镉污染稻田土壤，所述多效镉钝化剂的施用量为80kg/亩～200kg/亩；对于总Cd＞1mg/kg的重度镉污染稻田土壤，所述多效镉钝化剂的施用量为200kg/亩～400kg/亩。

[0018] 上述的镉污染稻田土壤的原位钝化修复方法中，优选的，所述多效镉钝化剂施撒在稻田土壤耕作层表面以下20cm深的范围内。

[0019] 上述的镉污染稻田土壤的原位钝化修复方法中，优选的，所述步骤(4)中，灌进稻田土壤的水不外流。

[0020] 本发明中，海泡石、赤泥、泥炭经研磨混合后所得多效镉钝化剂中的主要成分为SiO2和CaO，经检测，按质量分数计，SiO2为33％～40％，CaO为29％～38％。

[0021] 与现有技术相比，本发明的优点在于：

[0022] 本发明公开了一种用于湖南典型镉污染稻田土壤的实用型原位钝化修复方法。本方法通过添加多效镉钝化剂，提高稻田土壤的pH值，使稻田中的镉形成碳酸盐等难溶性化合物，以及通过粘土矿物的物理化学吸附、粘土矿物的层间结构离子的交换嵌合，来改变镉在稻田土壤中的存在形式，将镉污染物转化为不易溶解、迁移能力或毒性更小的形式，从而降低土壤中镉有效性，实现对镉污染稻田的原位钝化修复。

[0023] 本方法采用的多效镉钝化剂主要成分为氧化钙和氧化硅，所有材料均取自于天然粘土矿物、废渣及天然有机物，药剂本身不含重金属或含量很低，不存在二次污染的风险。药剂获得或制备成本较低，且含有农作物需要的必须元素如Mg、Si、K等，在修复农田土壤的同时还可改善土壤肥力。本方法采用药剂呈碱性，pH值为9.5～12.0，pH升高，土壤对镉的吸附率也越高，镉被水的溶出率就越低，而作物对镉的吸收就明显减少。本方法对农田土壤中镉污染的处理，除了发生化学反应与镉形成难溶性化合物，同时药剂材料取自天然粘土矿物等，还可通过粘土矿物的物理化学吸附等作用降低镉的迁移能力，从而降低土壤中镉的有效态，因此，本方法对镉的固化/稳定化显著且持续性强。此外，本方法操作简单，只需在稻田翻耕时将药剂撒在稻田里，使药剂与稻田土壤耕作层充分混合，不需额外增加人工工作量。

具体实施方式

[0024] 以下结合具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

[0025] 以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。

[0026] 实施例1：

[0027] 一种本发明的镉污染稻田土壤的原位钝化修复方法，用于长沙县中轻度污染土壤盆栽试验。

[0028] 供试土壤：采自湖南省长沙县某镇0-20cm的耕层土壤。土壤的理化性质见表1。

[0029] 表1长沙县中轻度污染盆栽土壤的基本理化性质

[0030]

[0031] 注：重金属有效态提取方法为硝酸铵提取法。

[0032] 试验供试水稻品种选取适合湖南种植的湘晚籼13。

[0033] 试验通过添加多效镉钝化剂，作为长沙县中轻度污染土壤钝化调理剂，对镉污染稻田土壤进行修复，从而降低稻米中镉含量，并提高稻谷产量。

[0034] 本发明的镉污染稻田土壤的原位钝化修复方法包括以下步骤：

[0035] (1)准备多效镉钝化剂(即修复药剂)，多效镉钝化剂由以下质量分数的原料经研磨后混合而成：

[0036] 海泡石：25％，

[0037] 赤泥：46％，和

[0038] 泥炭：29％；

[0039] 海泡石为天然粘土矿物海泡石，赤泥为废渣赤泥，泥炭为天然有机物泥炭。

[0040] 本实施例中采用的多效镉钝化剂理化性质见下表2。修复药剂保持在干燥通风的环境下，不与水发生大面积接触。

[0041] 表2多效镉钝化剂的基本理化性质

[0042]

[0043] 注：多效镉钝化剂中重金属含量低于《水溶肥汞、砷、镉、铅、铬的限量要求》(NY1110)中标准限值要求。

[0044] (2)将采集的土壤过5mm筛，装入高28.0cm，直径16cm的陶瓷盆钵中，每盆装土5kg。按表3添加量添加多效镉钝化剂和基肥，搅拌均匀，使多效镉钝化剂与隔污染稻田土壤充分混合，肥料添加量：N-P2O5-K2O:0.53-0.20-0.25g/kg，氮肥按基肥∶追肥(7∶3)施。

[0045] (3)对施加有多效镉钝化剂的镉污染盆栽土进行灌水至润湿状态。

[0046] (4)灌水后，进行插秧，每盆4穴，每穴2株，插秧后按水稻种植常规程序进行管理。

[0047] 表3多效镉钝化剂添加量表(质量比)

[0048]编号 1 2 3 4 5 6
药剂添加量 CK(空白) 0.1％ 0.2％ 0.4％ 0.6％ 0.8％

[0049] 注：添加量为多效镉钝化剂与土壤的质量比。

[0050] 在上述实施例中，对盆栽水稻糙米中镉含量进行测定，与未施多效镉钝化剂水稻糙米中镉含量(对照组)进行对比，分析本实施例的方法对水稻糙米镉含量的影响；同时，对盆栽土壤中pH值、有效态镉进行测定，与未施多效镉钝化剂盆栽土壤中pH值、有效态镉(对照组)进行对比，分析本实施例的方法对土壤中镉有效态的影响。采用本实施例的方法后，土壤pH值、有效态镉和水稻糙米中镉含量变化情况见下表4。

[0051] 表4采用本实施例的方法后土壤pH值、有效态镉和水稻糙米镉含量变化情况[0052]

[0053] 由上述实施例看出，采用本发明的原位钝化修复方法，对治理镉污染稻田效果明显。添加多效镉稳定剂提高了土壤pH值，降低了土壤中有效态镉和水稻糙米中镉含量，其中土壤有效态镉和水稻糙米镉含量的最大降幅分别为47.1％和75.8％。随着修复药剂添加量的增加，土壤中有效态镉和糙米中的镉含量大体呈下降趋势，但考虑水稻存活率及经济成本，选择药剂添加量0.1％(质量比，约200kg/亩)为最佳添加量。经过多效镉稳定剂处理后，糙米中镉含量低于《食品安全国家标准食品污染物限值标准》，即镉≤0.2mg/kg。这是由于多效镉钝化剂呈碱性，与土壤混合后pH值有所增加，而pH值是影响土壤中有效态镉的主要因素之一，土壤中镉有效态会随土壤pH值的升高而降低。因此本发明的原位钝化修复方法可有效降低中轻度污染土壤中镉含量，抑制镉在水稻糙米中的富集。

[0054] 实施例2：

[0055] 一种本发明的镉污染稻田的原位钝化修复方法，用于常宁重度污染土壤盆栽试验。

[0056] 供试土壤：采自湖南省衡阳市常宁市某镇0-20cm的耕层土壤。土壤的理化性质见表5。

[0057] 表5常宁重度污染盆栽土壤的基本理化性质

[0058]

[0059] 注：重金属有效态提取方法为硝酸铵提取法。

[0060] 试验供试水稻品种选取适合湖南种植的湘晚籼13。

[0061] 试验通过添加多效镉钝化剂，作为常宁重度污染土壤钝化调理剂，对镉污染土壤进行修复，从而降低稻米中镉含量，并提高稻谷产量。

[0062] 本发明的镉污染稻田的原位钝化修复方法包括以下步骤：

[0063] (1)准备多效镉钝化剂，多效镉钝化剂由以下质量分数的原料经研磨后混合而成：

[0064] 海泡石：25％，

[0065] 赤泥：46％，和

[0066] 泥炭：29％；

[0067] 海泡石为天然粘土矿物海泡石，赤泥为废渣赤泥，泥炭为天然有机物泥炭。

[0068] 本实施例中采用的多效镉钝化剂理化性质见下表6。修复药剂保持在干燥通风的环境下，不与水发生大面积接触。

[0069] 表6多效镉钝化剂的基本理化性质

[0070]

[0071] 注：多效镉钝化剂中重金属含量低于《水溶肥汞、砷、镉、铅、铬的限量要求》(NY1110)中标准限值要求。

[0072] (2)将采集的土壤过5mm筛，装入高28.0cm，直径16cm的陶瓷盆钵中，每盆装土5kg。按表7添加量添加多效镉钝化剂和基肥，搅拌均匀，使多效镉钝化剂与隔污染稻田土壤充分混合，肥料添加量：N-P2O5-K2O:0.53-0.20-0.25g/kg，氮肥按基肥∶追肥(7∶3)施。

[0073] (3)对施加有多效镉钝化剂的镉污染盆栽土进行灌水至润湿状态。

[0074] (4)灌水后，进行插秧，每盆4穴，每穴2株，插秧后按水稻种植常规程序进行管理。

[0075] 表7多效镉钝化剂添加量表

[0076]编号 1 2 3 4 5 6
药剂添加量 CK(空白) 0.1％ 0.2％ 0.4％ 0.6％ 0.8％

[0077] 注：添加量为质量比。

[0078] 在上述实施例中，对盆栽水稻糙米中镉含量进行测定，与未施多效镉钝化剂水稻糙米中镉含量(对照组)进行对比，分析本实施例的方法对水稻糙米镉含量的影响；同时，对盆栽土壤中pH值、有效态镉进行测定，与未施多效镉钝化剂盆栽土壤中pH值、有效态镉(对照组)进行对比，分析本实施例的方法对土壤中镉有效态的影响。采用本实施例的方法后，土壤pH值、有效态镉和水稻糙米中镉含量变化情况见下表8。

[0079] 表8采用本实施例的方法后土壤pH值、有效态镉和水稻糙米镉含量变化情况[0080]

[0081] 由上述实施例看出，采用本发明的原位钝化修复方法，对治理镉污染稻田效果明显。添加多效镉稳定剂提高了土壤pH值，降低了土壤中有效态镉和水稻糙米中镉含量，其中土壤有效态镉和水稻糙米镉含量的最大降幅分别为53.4％和64.7％。随着修复药剂添加量的增加，土壤中有效态镉和糙米中的镉含量大体呈下降趋势，但考虑水稻存活率及经济成本，选择药剂添加量为0.2％(质量比，约400kg/亩)为最佳添加量。经过多效镉稳定剂处理后，糙米中镉含量接近《食品安全国家标准食品污染物限值标准》。这是由于多效镉钝化剂呈碱性，与土壤混合后pH值有所增加，而pH值是影响土壤中有效态镉的主要因素之一，土壤中镉有效态会随土壤pH值的升高而降低。因此本发明的原位钝化修复方法可有效降低重度污染土壤中镉含量，抑制镉在水稻糙米中的富集。

[0082] 实施例3：

[0083] 一种本发明的镉污染稻田的原位钝化修复方法，用于长沙县某镇稻田中轻度污染镉污染修复示范田。示范田土壤主要理化性质见下表9。

[0084] 表9长沙县中轻度污染示范田土壤主要理化性质

[0085]

[0086]

[0087] 试验供试水稻品种选取适合湖南种植的湘晚籼13。

[0088] 长沙县示范田通过添加多效镉钝化剂，作为稻田原位钝化调理剂，对镉污染稻田土壤进行修复，从而降低水稻糙米中镉含量，并提高稻谷产量。

[0089] 本发明的镉污染稻田的原位钝化修复方法包括以下步骤：

[0090] (1)准备多效镉钝化剂(即修复药剂)，多效镉钝化剂由以下质量分数的原料经研磨后混合而成：

[0091] 海泡石：20％，

[0092] 赤泥：50％，和

[0093] 泥炭：30％；

[0094] 海泡石为天然粘土矿物海泡石，赤泥为废渣赤泥，泥炭为天然有机物泥炭。

[0095] 本实施例中采用的多效镉钝化剂理化性质见下表10。修复药剂保持在干燥通风的环境下，不与水发生大面积接触。

[0096] 表10多效镉钝化剂的基本理化性质

[0097]

[0098] 注：多效镉钝化剂中重金属含量低于《水溶肥汞、砷、镉、铅、铬的限量要求》(NY1110)中标准限值要求。

[0099] (2)将多效镉钝化剂均匀散在稻田土壤里，翻耕均匀，使多效镉钝化剂与稻田土壤耕作层20cm混合。在修复药剂使用过程中，做好防护措施，如带口罩、手套，防止粉尘的吸入以及与皮肤接触，注意搅拌翻动以达到混合均匀，大范围使用时需适量洒水，使修复药剂与土壤充分混合接触。多效镉钝化剂施用量为200kg/亩。

[0100] (3)对施加有多效镉钝化剂的镉污染稻田土壤进行灌水。

[0101] (4)灌水后，进行插秧，插秧后按田间管理按水稻种植正常程序进行。

[0102] 在上述实施例中，对长沙县示范田土壤中pH值、有效态镉进行测定，与未施多效镉钝化剂土壤中pH值、有效态镉(对照组)进行对比，分析本实施例的方法对pH值、土壤中镉有效态的影响；对晚稻水稻糙米镉含量进行测定，与未施多效镉钝化剂农田中水稻糙米镉含量(对照组)进行对比，分析本实施例的方法对水稻糙米镉含量的影响；同时，对水稻产量进行测定，与未施多效镉钝化剂农田中水稻产量(对照组)进行对比，分析本实施例的方法对水稻产量的影响。采用本实施例的方法后，土壤pH值、有效镉降低率、稻米降镉率及稻谷增产效果见表11。

[0103] 表11采用本实施例的方法后的土壤pH值、有效镉、水稻糙米镉及稻谷产量变化情况

[0104]

[0105] 由上述实施例看出，采用本发明的原位钝化修复方法，对治理镉污染稻田效果明显。本实施案例稻田属中轻度镉污染，且稻田污染土壤偏酸性，添加1％(200kg/亩)多效镉稳定剂后提高了稻田土壤pH值，降低了土壤中有效态镉和水稻糙米中镉含量，其中土壤有效态镉和水稻糙米镉含量的降幅分别为23.9％和71％。经过多效镉稳定剂处理后，糙米中镉含量低于《食品安全国家标准食品污染物限值标准》，即镉≤0.2mg/kg。这是由于多效镉钝化剂呈碱性，与土壤混合后pH值有所增加，而pH值是影响土壤中有效态镉的主要因素之一，土壤中镉有效态会随土壤pH值的升高而降低。与对照组对比，稻谷产量增加7.57％。这是由于多效镉钝化剂中含有农作物需要的必须元素如Mg、Si、K等，能改善土壤肥力，在合适的添加量范围之内添加多效镉钝化剂能使水稻增产。

[0106] 因此，本发明的原位钝化修复方法可有效降低镉污染稻田土壤中镉含量，抑制镉在水稻糙米中的富集，增加水稻产量。

[0107] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。