专利名称：利用钾肥提高轻度镉污染农田土壤植物修复效率的方法
技术领域：
本发明涉及污染环境修复技术领域，特别是涉及一种利用钾肥提高轻度镉污染农田土壤植物修复效率的方法。
背景技术：
随着我国工农业生产和经济快速增长，土壤-植物-环境系统中重金属污染问题日趋严重。据统计，我国受镉等重金属污染的耕地面积近2000万公顷，约占我国耕地总面积的1/5。土壤是农业生产的基础，由于土壤重金属污染而引发的食品安全问题也屡见报端，如沈阳某污灌区所生产的稻米中镉深度高达O. 4-1. Omg kg_\达到或超过诱发“痛痛病” 的平均含镉量(文献I :李玉浸.集约化农业的环境问题与对策.北京中国农业科技出版社，2001;文献2:陈同斌，黄启飞，高定等.中国城市污泥的重金属含量及其变化趋势.环境科学学报，2003,23 :561-569)。可见，我国目前农田土壤的镉污染现状已不容忽视，遭受严重重金属污染的土壤不仅影响农作物生长发育，使得农产品品质下降，并进而通过食物链直接危害人类健康。如2011年初闹得沸沸扬扬的“镉米”事件即是最好的明证，这一事件也将我国的食品安全问题再次推向风口浪尖。而在镉米事件中，土壤是镉向人类食物链迁移累积的关键环节。因而修复农田镉污染土壤，对于改善我国农业生态环境，促进农业生产优质高产可持续发展，保障食品安全和人类健康等都具有重大意义，已成为我国农业发展和生态环境安全所共同面临的重大问题。植物萃取修复是指利用对污染物具有超积累或富集作用的特殊能力的植物(称超积累植物、富集植物)，将土壤中污染物大量转移到植物体内，特别是地上部分，通过移走地上部分从而达到减少土壤中重金属元素含量，实现修复的目的。相对于以往土壤修复所采用的挖掘、填埋，或其它物理化学工程技术方法，植物修复技术成本低，不需要大型的仪器设备或工程技术措施。据估计，若要将某铅污染土壤的铅含量从I. 4%下降到O. 4%，用植物修复的方法所需费用约为245000美元，而用挖掘和填埋的方法则需1600000美元，用土壤淋洗的方法则需790000美元。而且植物修复过程主要利用太阳能，不破坏生态环境， 同时还能起到绿化美化环境的作用。但植物萃取修复技术的效率高低主要决定于植物对污染环境中污染物的吸收与积累能力，尤其是植物地上部对目标污染物的积累能力。超积累植物是指对重金属有较强的耐性，在富含重金属的土壤上能够良好生长而不发生毒害现象的植物，而且该植物的地上部重金属含量与根系重金属含量比值应大于I。由于超积累植物具有比普通植物高出几十倍到几百倍的富集重金属的能力，因而在植物修复的研究与应用中受到了广泛的关注。 目前世界各地已发现的超积累植物共400多种，但能超积累镉的公认的只有4种，其中，东南景天是一种原生于我国的镉超积累植物。超积累型东南景天最初发现于一个古老的铅锌矿山上，其茎叶中镉含量可分别高达9000mg kg—1和6500mg kg_S是一种较为理想的修复我国农田镉污染的植物材料。目前对植物修复的研究多集中在提高修复效率上，常见的方法主要有施用螯合剂从而提高土壤中重金属元素的生物有效性，从而促进植物吸收或者通过氮肥等常规肥料来促进植物生长，以达到增加积累量，提高修复效率的目的。但螯合剂的应用也会在一定程度上增加土壤中重金属元素随雨水淋溶，从而进入地下水的风险；而过量的氮素施用也会带来负面的环境影响。以往的研究主要瞄准中度以及重度重金属污染土壤的修复，而我国目前大部分污染农田土壤只是轻度镉污染，因此，研究如何利用合适的超积累植物材料辅之以恰当的肥料管理措施来解决轻度镉污染的农田土壤的修复问题，是保障我国当前农业生产和食品安全急需解决的问题。在《氮肥和钾肥强化龙葵修复镉污染土壤》一文中，作者对比了 lOOmgkg-1， 300mgkg-l和600mg kg-1三个浓度氯化钾肥修复镉污染的效果；但结果表明，施用氯化钾并不能有效提闻植物地上部铺的积累量，从而达到提闻修复效率的目的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高效、经济、绿色、环保的利用钾肥提高轻度镉污染农田土壤植物修复效率的方法。为了解决上述技术问题，本发明提供一种利用钾肥提高轻度镉污染农田土壤植物修复效率的方法，依次包括以下步骤I)、在轻度镉染污土壤中，移栽入镉超积累植物一东南景天(Sedum alfredii H.) 的幼苗进行种植，并按照每亩施用2. 3 2. 5kg纯k的硫酸钾肥的量进行施肥；2)、当东南景天的地上部高达50 60cm时，收割东南景天的地上部。作为本发明的利用钾肥提高轻度镉污染农田土壤植物修复效率的方法的改进步骤I)中，硫酸钾肥一次性作为基肥全部施用；施用时，直接以固态形式施入土壤。作为本发明的利用钾肥提高轻度镉污染农田土壤植物修复效率的方法的进一步改进步骤I)中，在东南景天的种植期间内，需浇水，从而使种植东南景天的轻度镉染污土壤保持田间持水量的60 % 80 %。作为本发明的利用钾肥提高轻度镉污染农田土壤植物修复效率的方法的进一步改进轻度镉染污土壤为总镉含量< lmg/kg的酸性砂质土壤。作为本发明的利用钾肥提高轻度镉污染农田土壤植物修复效率的方法的进一步改进步骤I)中的移栽为扦插移栽或者在水培条件下预培养之后再移栽。作为本发明的利用钾肥提高轻度镉污染农田土壤植物修复效率的方法的进一步改进步骤I)中，东南景天幼苗移栽时地上部高度为5 8cm。作为本发明的利用钾肥提高轻度镉污染农田土壤植物修复效率的方法的进一步改进步骤I)中，在轻度镉染污土壤中，按照每亩施用2. 4kg纯k的硫酸钾肥的量进行施肥。本发明的利用钾肥提高轻度镉污染农田土壤植物修复效率的方法，通过利用硫酸钾肥强化东南景天对土壤中镉的提取作用，从而达到提高修复镉染污土壤效率之目的。本发明所选用的植物为原生于我国的镉超积累生态型东南景天，当地上部高达50-60cm时， 即可收获地上部。在本发明中，以硫酸钾(K2SO4)为钾肥，并按照每亩施用2. 3 2. 5kg纯 k的硫酸钾肥的量进行施肥；即，每亩施用含有2. 3 2. 5kg钾的硫酸钾。在本发明中，轻度镉染污土壤的最佳对象是镉含量< O. 55mg/Kg的酸性砂质土
在本发明中，在镉污染土壤上一年可以多茬种植镉超积累植物一东南景天，每次收割时可保留地上部少许(一般保留地上部5 IOcm)，使其继续生长第二茬，省却反复种植的麻烦。同时，也可以进行边生产边修复，即在每年的农闲季节(秋冬季)种植镉超积累植物一东南景天进行镉污染土壤的修复，这样既不影响正常的粮食生长，又可解决农田土壤污染的问题。收获后的东南景天地上部可进行资源化加工处理，回收其中的镉，从而避免二次污染。本发明具有如下优点I)、本发明瞄准轻度镉污染的农田土壤，辅之以适当的钾肥应用，其操作性强，费用较低，不破坏土壤理化性状，不引起二次污染，可以明显增加植物(即东南景天)对镉的积累量，提闻修复效率。2)、本发明采用原生于我国的镉超积累植物一东南景天，其具有很强的镉富集能力，生长速度快，栽培管理容易，而且可以扦插繁殖。3)、本发明所采用的修复方法，与传统的污染土壤治理方法相比，投资少，见效快， 而且绿色环保。
下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细说明。图I是施用不同钾肥种类及水平对东南景天地上部镉浓度的影响；图2是施用不同钾肥种类及水平对东南景天镉修复效率的影响。
具体实施例方式以下实例将进一步说明本发明方法的可行性和积极效果。实施例I、一种利用钾肥提高轻度镉污染农田土壤植物修复效率的方法，依次进行以下步骤I)、在轻度镉染污土壤中，移栽入镉超积累植物一东南景天(Sedum alfredii H.) 的幼苗(幼苗的地上部高度为5 8cm)进行种植，并按照每亩施用2. 3 2. 5kg纯k的硫酸钾肥的量进行施肥；上述移栽为扦插移栽或者在水培条件下预培养之后再移栽。硫酸钾肥一次性作为基肥全部施用；施用时，直接以固态形式施入土壤。在东南景天的种植期间内，需定时浇水，从而使种植东南景天的轻度镉染污土壤保持田间持水量的 60% 80%。轻度镉染污土壤为总镉含量< lmg/kg的酸性砂质土壤。2)、当东南景天的地上部高达50 60cm时，收割东南景天的地上部。为了证明本发明的优点所在，发明人进行了如下试验试验I、试验地点设在浙江大学华家池校区农业实验站内，经检测土壤(为青紫泥土壤， 属于砂质土壤)理化性状为pH值5. 6,有机质3. 37%,总镉O. 52mg kg—1 ;试验选取三种钾肥 (氯化钾，碳酸钾和硫酸钾)，每种肥料设4个供钾水平，分别为不供钾肥的实验对照(KO)，按照每亩施用O. 6kg纯k的钾肥(Kl)、每亩施用I. 2kg纯k的钾肥(K2)、每亩施用2. 4kg纯 k的钾肥(K3)、每亩施用3. 6kg纯k的钾肥(K4)。每个处理重复3次。超积累植物一东南景天在经过育苗至6 8厘米高后移入土壤，每日适量浇水，在60 80%的田间持水量下生长4个月(此时，每亩施用2. 4kg纯k的硫酸钾(K3)所对应的东南景天的地上部高为 55 60cm)，然后收获植株地上部。先用自来水充分洗净植物表面吸附的脏物，然后再用去离子水冲洗，浙去水分后， 先在110°C杀青20min，然后在65°C下烘干至恒重，称量干重。然后将植物样品磨碎，过 O. 2mm筛，用HN03 HC104(4 lv/v)在160°C下消煮完全，用ICP-MS测定植物体内镉含量。结果表明，硫酸钾的施用能显著提高东南景天地上部镉积累量。比较三种不同肥料处理，施用碳酸钾或氯化钾并不会显著影响东南景天地上部的镉含量。只有在较高浓度 (每亩施用2. 4kg纯k的钾肥)的硫酸钾处理下，东南景天地上部的镉浓度显著增高。从 KO处理下的OmgktT1增加到K3处理下的Slmgkg4JfW 了 I倍多(图I)。这表明硫酸钾肥的应用可显著提高东南景天地上部镉的浓度。但是，继续增大钾肥供应量(每亩施用3. 6kg 纯k的钾肥(K4)，)并不能进一步提高东南景天地上部的镉含量。图2显示了不同钾肥处理对东南景天镉修复效率的影响。将东南景天地上部镉的积累量除以土壤中的总镉含量来表征其提取(修复)土壤镉污染的效率。每亩施用2. 4kg 纯k的的硫酸钾(K3)后，由于东南景天地上部镉的积累量大幅增加，其修复土壤镉污染的效率也从不施肥处理下的7. 71%显著提高到14. 57%。修复效率的大幅提高有助于缩短修复污染土壤所需的时间，从而在最大程度上降低修复过程对农业生产的影响。对比实验试验地点同样设在浙江大学华家池校区农业实验站内，将实验I中的青紫泥换成粘性土壤，经检测土壤(为小粉土，属于粘性土壤)理化性状为PH值5. 8，有机质3. 1%， 总镉O. 50mgkg_1 ;试验设置及操作同实验I。结果表明，各处理下，东南景天地上部镉浓度(表I)，及修复效率(表2)并没有显著差别。上述实验说明本发明的方法适用于砂质土壤上，但在粘土上并不能产生类似的效果O表I表 2
也上部镉浓度(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
权利要求
1.利用钾肥提高轻度镉污染农田土壤植物修复效率的方法，其特征是依次包括以下步骤1)、在轻度镉染污土壤中，移栽入镉超积累植物--东南景天的幼苗进行种植，并按照每亩施用2. 3 2. 5kg纯k的硫酸钾肥的量进行施肥；2)、当东南景天的地上部高达50 60cm时，收割东南景天的地上部。
2.根据权利要求I所述的利用钾肥提高轻度镉污染农田土壤植物修复效率的方法，其特征是所述步骤I)中，硫酸钾肥一次性作为基肥全部施用；施用时，直接以固态形式施入土壤。
3.根据权利要求I或2所述的利用钾肥提高轻度镉污染农田土壤植物修复效率的方法，其特征是所述步骤I)中，在东南景天的种植期间内，需浇水，从而使所述种植东南景天的轻度镉染污土壤保持田间持水量的60% 80%。
4.根据权利要求3所述的利用钾肥提高轻度镉污染农田土壤植物修复效率的方法，其特征是所述轻度镉染污土壤为总镉含量< lmg/kg的酸性砂质土壤。
5.根据权利要求4所述的利用钾肥提高轻度镉污染农田土壤植物修复效率的方法，其特征是所述步骤I)中的移栽为扦插移栽或者在水培条件下预培养之后再移栽。
6.根据权利要求5所述的利用钾肥提高轻度镉污染农田土壤植物修复效率的方法，其特征是所述步骤I)中，东南景天幼苗移栽时地上部高度为5 8cm。
7.根据权利要求6所述的利用钾肥提高轻度镉污染农田土壤植物修复效率的方法，其特征是所述步骤I)中，在轻度镉染污土壤中，按照每亩施用2. 4kg纯k的硫酸钾肥的量进行施肥。
全文摘要
本发明公开了一种利用钾肥提高轻度镉污染农田土壤植物修复效率的方法，依次包括以下步骤1)在轻度镉染污土壤中，移栽入镉超积累植物--东南景天的幼苗进行种植，并按照每亩施用2.3～2.5kg纯k的硫酸钾肥的量进行施肥；2)当东南景天的地上部高达50～60cm时，收割东南景天的地上部。利用本发明的方法修复轻度镉污染农田土壤，具有高效、经济、绿色、环保等特点。
文档编号B09C1/00GK102580987SQ201210015169
公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月18日 优先权日2012年1月18日
发明者杨肖娥, 高峻 申请人:浙江大学