专利名称：可降低稻米镉累积的土壤调理方法
可降低稻米镉累积的土壤调理方法技术领域
本发明属于环境科学、土壤学和植物营养学研究领域，尤其涉及一种重金属污染土壤的修复方法。
背景技术：
重金属镉(Cd)是生物毒性极强的环境污染元素之一(陈朗、宋玉芳等“土壤镉污染毒性效应的多指标综合评价”，《环境科学》，2008，29 [9])，在联合国环境规划署提出的12 种具有全球性意义的危险化学物质中位居首位。镉对人体的危害极大，可引发“骨痛病”、 肾损害等(陈英旭，《环境学》，中国环境科学出版社，2005)。镉是多种矿物的伴生矿，受日益发展的采矿、冶炼、电镀和印染等工业以及来自农业投入品自身的影响，农田土壤镉污染已逐渐成为影响经济发展和人类身体健康的重要环境问题。在土壤——植物系统中，镉污染具有多源性、隐蔽性、一定程度上的长距离传输性和污染后果的严重性，而水稻是吸收镉能力最强的谷类作物(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])。上世纪末，我国镉污染耕地面积已达I. 3 X 104hm2，涉及11个省市的25个地区，每年生产“镉米”5. OX 107kg (王凯荣“我国农田镉污染现状及其治理利用对策”，《农业环境保护》，1997，16 [6])，有调查表明，湖南省重金属污染元素中以镉污染较为普遍，污染稻田含镉2. 8mg/kg 51. 3mg/kg,比背景值高23 572倍(王凯荣、郭焱等“重金属污染对稻米品质影响的研究”，《农业环境保护》，1993，12[6])。而在耕地土壤镉含量较高的前提下，镉的土壤环境容量非常小，土壤中镉含量稍有增加，就会使农作物中镉含量相应提高。因而，土壤镉污染引起的稻米超标问题屡有发生，严重威胁到农产品质量安全和人类身体健康。
食物链传递成为重金属威胁人类身体健康的首要途径，而稻米的清洁生产依赖于土壤环境质量，对于镉污染土壤的修复，目前主要有客土法、化学修复、生物修复和农艺措施等，客土法修复成本较高，生物修复耗时较长，而农艺措施以及廉价的化学修复是经济可行的方法之一。据统计，目前我国的农田镉污染中以中轻度污染为主，而中轻度污染土壤可以通过有效的化学修复与农艺调控措施相结合以保障农产品质量安全，从而在一定程度上缓解人口与耕地资源的矛盾，有利于发展循环农业，构建和谐社会。然而，现有的化学修复方法和农艺措施种类繁多，每一种方法各有优劣利弊，如何选择和开发最优化、最经济、最有效的土壤修复方法一直是困扰本领域技术人员的技术难题。发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种低成本、环境友好、资源节约、操作简单且可降低稻米镉累积的土壤调理方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种可降低稻米镉累积的土壤调理方法，包括以下步骤在对酸性重金属镉污染土壤进行翻耕施肥前，将土壤调理剂亚硫酸盐均匀撒施在所述酸性重金属镉污染土壤的表面，然后再施用基肥，充分拌匀；并结合土壤淹水调理，在水稻生长期间使土壤尽量处于淹水状态，使所述酸性重金属镉污染土壤处于低电化学势的还原环境(Eh处于-150mV _300mV)，利用生成的还原产物对土壤中的镉进行有效的吸附和生成化学沉淀，完成对土壤的调理过程。
上述的土壤调理方法中，所述土壤调理剂亚硫酸盐优选为强碱弱酸盐，其溶液呈弱碱性。这样将土壤调理剂加入土壤后能使土壤PH值随Eh的降低而缓慢升高。所述土壤调理剂亚硫酸盐更优选为亚硫酸钠，尽量避免与具有较强氧化性的物质同时使用，以确保其达到降低土壤Eh的调理效果。
上述的土壤调理方法中，所述还原产物中含有可使土壤中重金属镉转化为难溶态 CdS 的 S2'
上述的土壤调理方法中，所述还原产物中还优选含有可吸附土壤中重金属镉的铁盐胶体。
上述的土壤调理方法中，所述酸性重金属镉污染土壤一般指含全量镉O. 3mg/ kg 3. Omg/kg、且pH值小于6. 5的镉污染土壤。
上述的土壤调理方法中，当所述酸性镉污染土壤中全量镉含量为O. 3mg/kg 1.Omg/kg (即轻度污染)时，所述土壤调理剂亚硫酸盐的施用量优选为1125kg/hm2 2250kg/hm2 ;当所述酸性镉污染土壤中全量镉含量为1. Omg/kg 3. Omg/kg (即中度污染) 时，所述土壤调理剂亚硫酸盐的施用量优选为2250kg/hm2 6750kg/hm2。
上述的土壤调理方法中，所述土壤淹水调理过程中控制灌溉水中的镉含量优选低于 O.005mg/L。
上述本发明技术方案的技术原理主要基于以下几点
(1)通过加入土壤调理剂亚硫酸盐(优选亚硫酸钠)，可使淹水后的土壤氧化还原电位(Eh)进一步降低，使土壤处于低电化学势的还原环境，有利于还原物质的产生，如形成Fe2+，Fe2+可与Cd2+竞争植物根际吸收，因为植物根系对镉的吸收借助于铁的运输蛋白， 而Fe2+与铁的运输蛋白优先结合将极大地降低镉与其结合的几率，减少植物对镉的吸收; 此外，所形成的铁盐等胶体，也可在一定程度上增强土壤对镉的吸附作用，降低镉的迁移能力；
(2)由于土壤调理剂亚硫酸盐中含有亚硫酸根离子，在降低土壤氧化还原电位的同时，在还原条件下可进一步转化得到s2_，从而促使土壤中的活性镉向难溶态的CdS转化， 最终降低镉的生物有效性，其离子反应方程式主要为-t CJS ；
(3)由于添加的土壤调理剂如亚硫酸钠属于强碱弱酸盐，其溶液呈弱碱性，加入淹水土壤后使土壤PH值随Eh的下降而缓慢上升，pH升高有利于降低土壤镉的生物有效性。
与现有技术相比，本发明的优点在于首先，本发明的调理方法中采用的土壤调理剂亚硫酸盐，不仅来源广泛、成本较低，而且能有效降低酸性镉污染稻田土壤中镉的生物有效性；其次，本发明的调理方法中采用的土壤淹水调理措施不仅操作简单、见效快，与土壤调理剂配合使用后不会对现有土壤的微环境造成消极影响。总体而言，本发明的方法操作简单、可靠，使用后见效快，经济效益明显，对防治土壤重金属镉污染，保障粮食安全具有重要意义。
图1为本发明实施例I中采用本发明方法处理后对土壤氧化还原电位(Eh)的影响效果图。(图中的字母a f表示不同处理间LSD检验的差异显著性p〈0. 05)
图2为本发明实施例I中采用本发明方法处理后降低盆栽试验水稻糙米镉含量的影响效果图。(图2中的字母a e表示不同处理间LSD检验的差异显著性p〈0. 05)
图3为本发明实施例2中采用本发明方法处理后降低田间试验水稻糙米镉含量的影响效果图。(图2中的字母a、b表示不同处理间LSD检验的差异显著性p〈0. 05)具体实施方式
以下结合说明书附图和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。
实施例1:
本实施例采用盆栽试验研究本发明对酸性镉污染土壤(潮泥田)降低稻米镉的效果。本实施例的盆栽酸性镉污染土壤的化学性状见下表I。
表1:实施例I中供试土壤的化学性状
权利要求
1.一种可降低稻米镉累积的土壤调理方法，包括以下步骤在对酸性重金属镉污染土壤进行翻耕施肥前，将土壤调理剂亚硫酸盐均匀撒施在所述酸性重金属镉污染土壤的表面，然后再施用基肥，充分拌匀；并结合土壤淹水调理，在水稻生长期间使土壤处于淹水状态，使所述酸性重金属镉污染土壤的Eh处于-150mV -300mV的低电化学势的还原环境， 利用生成的还原产物对土壤中的镉进行有效的吸附和生成化学沉淀，完成对土壤的调理过程。
2.根据权利要求I所述的土壤调理方法，其特征在于，所述土壤调理剂亚硫酸盐为强碱弱酸盐，其溶液呈弱碱性。
3.根据权利要求2所述的土壤调理方法，其特征在于，所述土壤调理剂亚硫酸盐为亚硫酸钠。
4.根据权利要求3所述的土壤调理方法，其特征在于，所述还原产物中含有可使土壤中重金属镉转化为难溶态CdS的S2_。
5.根据权利要求I 4中任一项所述的土壤调理方法，其特征在于，所述还原产物中含有可吸附土壤中重金属镉的铁盐胶体。
6.根据权利要求I 4中任一项所述的土壤调理方法，其特征在于，所述酸性重金属镉污染土壤中含全量镉O. 3mg/kg 3. Omg/kg,且pH值小于6. 5。
7.根据权利要求6所述的土壤调理方法，其特征在于，当所述酸性镉污染土壤中全量镉含量为O. 3mg/kg I. Omg/kg时,所述土壤调理剂亚硫酸盐的施用量为1125kg/hm2 2250kg/hm2 ;当所述酸性镉污染土壤中全量镉含量为I. Omg/kg 3. Omg/kg时,所述土壤调理剂亚硫酸盐的施用量为2250kg/hm2 6750kg/hm2。
8.根据权利要求I 4中任一项所述的土壤调理方法，其特征在于，所述土壤淹水调理过程中控制灌溉水中的镉含量低于O. 005mg/L。
全文摘要
本发明公开了一种可降低稻米镉累积的土壤调理方法，包括以下步骤在对酸性重金属镉污染土壤进行翻耕施肥前，将土壤调理剂亚硫酸盐均匀撒施在酸性重金属镉污染土壤的表面，然后再施用基肥，充分拌匀；并结合土壤淹水调理，在水稻生长期间使土壤处于淹水状态，使酸性重金属镉污染土壤的Eh处于-150mV～-300mV的低电化学势的还原环境，利用生成的还原产物对土壤中的镉进行有效的吸附和生成化学沉淀，完成对土壤的调理过程。本发明的方法操作简单、可靠，使用后见效快，经济效益明显，对防治土壤重金属镉污染，保障粮食安全具有重要意义。
文档编号B09C1/00GK102974606SQ201210570480
公开日2013年3月20日 申请日期2012年12月25日 优先权日2012年12月25日
发明者刘昭兵, 纪雄辉, 谢运河, 彭华 申请人:湖南省土壤肥料研究所