CN102422737A - 一种利用钢渣改良土壤及阻隔稻米吸收重金属的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用钢渣改良土壤及阻隔稻米吸收重金属的方法，在水稻秧苗移栽前一个月，将钢渣施用于土壤，与土壤充分混匀，灌水，保持淹水状态，待水稻秧苗移栽。本发明利用富含硅的碱性工业副产品钢渣作为土壤改良剂，通过同时调控酸性矿水污染土壤(改善土壤酸性和降低重金属活性)和喜硅作物水稻(通过硅调控水稻中重金属行为变化)两个子***的化学和生物过程，改善土壤环境，降低稻米吸收重金属，实现改良污染农田土壤和提高稻米食用安全的双重效益。
Description
技术领域
本发明涉及重金属污染土壤修复及降低农产品重金属含量的技术，尤其涉及一种利用钢渣改良土壤及阻隔稻米吸收重金属的方法。
背景技术
随着社会经济的快速发展，人类对矿产资源的需求量日益增长，采矿活动所带来的环境问题也越来越严重。采矿和金属冶炼过程中形成的酸性矿水的不合理排放，导致矿区生态退化，农田污染严重。酸性矿水污染农田主要存在极端酸性的pH值和重金属含量过高两个方面的问题。重金属污染农田，不仅导致土壤退化，还会通过食物链威胁人类健康。尤值得注意的是，由于我国耕地缺乏，大多数中低污染农田依然进行着生产，如果不采取合适的应对措施，这些在中低污染农田中生产的农产品，可能对人体健康产生严重的危害。
水稻是中国最重要的粮食作物，解决中国稻米重金属含量超标的问题对解决矿区食品安全和中国的粮食供给问题具有重要意义。然而，目前针对酸性矿水污染农田稻米安全生产的研究尚不多见，而且已有的研究主要是低积累品种的筛选、土壤重金属的淋洗、提取和固定技术等方面。但低重金属积累的水稻品种往往产量较低，这在一定程度上限制了该技术的应用。重金属的淋洗和植物提取技术由于存在土壤结构破坏严重或修复周期长等问题，不适宜农田土壤的修复。
通过施加改良剂辅助农作物减少重金属吸收的技术，以其见效快、低成本、易操作、环境友好等特点，在重金属污染农田土壤修复实践得到了较为广泛的应用。目前国内外常用的改良剂有石灰、白云石、含磷矿物、粉煤灰、有机肥等，然而大多纯度较高的商品改良剂价格相对较高，在一定程度上限制了其广泛应用。钢渣是炼钢过程中产生的固体废物，我国钢渣利用率仅约20%，大量钢渣的弃置堆积，既增加了钢铁企业的处理压力，也占用了大量土地，并成为二次污染的源头。对钢渣进行二次开发利用一直是一项具有现实意义的研究。CN1640987A号、CN1876759A号和CN101863719A号专利分别发明了利用钢渣或将其作为配料与其它材料配制土壤改良剂的方法。但以往研究和发明大多只关注改良剂对土壤理化性质的影响，对植物生长及植物体内重金属积累和转运的研究较少，也未能根据改良剂的特征，及对土壤和植物的影响进行针对性利用。
发明内容
本发明的目的是针对现有重金属污染农田修复技术存在的不足，提供一种直接利用富硅工业副产品钢渣阻隔水稻吸收重金属并提高其产量的有效方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
在水稻秧苗移栽前一个月，将钢渣施用于土壤，与土壤充分混匀，灌水，保持淹水状态，待水稻秧苗移栽。
在上述利用钢渣改良土壤及阻隔稻米吸收重金属的方法中，所述钢渣在施入土壤前需按< 2 mm筛分。施用钢渣的效果与筛分的粒径大小及用量相关，总体趋势是粒径越小施用量越大(0.45-18 t·ha-1)效果越显著。
在上述利用钢渣改良土壤及阻隔稻米吸收重金属的方法中，所述土壤为重金属污染土壤、酸化土壤、缺硅或缺磷土壤。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效益：
1.本发明所述的将钢渣作为土壤改良剂的方法，可应用于各类重金属污染土壤，尤其是中轻度酸性重金属污染农田土壤。它的应用不破坏土壤的结构，能提高土壤pH值，而且可以促进土壤中水溶态重金属离子向硅酸盐、磷酸盐、氢氧化物等非可溶态转化，降低重金属的活性。施用钢渣对提高土壤pH和降低重金属活性的影响程度与钢渣的施用量有关，用量越大(0.45-18 t·ha-1)效果越显著。具体用量需根据土壤特点及修复目标进行确定。
2.本发明所述的利用钢渣阻隔稻米重金属吸收的方法，是一项促进重金属污染农田水稻生长，降低水稻重金属吸收，提高稻米食用安全性的方法。该方法的作用过程主要包括：1)如上所述，施用钢渣改善了土壤的环境，促进了水稻生长；2)钢渣中含有丰富的硅，水稻是典型的喜硅作物，施用钢渣有利于改善水稻的硅素营养；3)对水稻而言，硅不仅是重要的营养元素，而且还能通过与水稻体内的重金属形成硅-重金属复合物，钝化水稻体内的重金属活性，缓解其对水稻的毒害，并抑制其向稻米的转运；4）钢渣中还含有大量的磷、钙、镁等营养元素，这些元素促进了水稻的生长，在一定程度上也缓解重金属对水稻的毒害。
3.本发明所述的用钢渣改良土壤和阻隔稻米吸收重金属的方法，强调土壤-植物***中化学和生物的耦合作用，可以同时调控污染土壤环境中的重金属行为和水稻体内硅的对重金属行为的影响两个过程，实现重金属污染农田土壤修复、确保稻米食用安全和提高稻米产量的三重效益。
4.本发明提供的用钢渣改良土壤的方法，也适用于缓解土壤酸化，或作为硅肥和磷肥施用。施用方式可单施，或与其他肥料混施；施用量和施用时间可根据具体情况灵活掌握。
5.本发明所提供的用钢渣阻隔农作物吸收重金属的方法，也适用于除水稻外的其他作物，尤适用于黄瓜、甘蔗等喜硅作物。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明作进一步说明，但本发明保护范围并不仅限于此。
实施例：
污染农田土壤进行翻耕和平整后，将筛分的钢渣(< 0.15 mm)均匀施入土壤，施用量为6.75 t·ha-1，钢渣与土壤充分混匀后，灌水，保持淹水状态，平衡一个月左右。平衡结束后，进行水稻秧苗的移栽。水稻生长期间的水、肥、移栽、收获等管理按当地常规方式进行。试验连续进行了三个水稻生长季，期间不再补加钢渣，其他管理方式按常规进行。
试验结果主要为：
（1）在连续三个水稻生长季，施加钢渣均显著改善了污染土壤较强的酸性环境条件。
（2）施加钢渣显著降低了土壤活性重金属含量，连续三个水稻生长季期间均有有显著降低。试验还发现，施加钢渣促进了重金属离子向硅酸盐、磷酸盐、氢氧化物等沉淀转化。
（3）施加钢渣显著促进了污染农田水稻的生长，连续三个水稻生长季稻谷产量分别增加20%、28%和34%。
（4）钢渣改良抑制了重金属在水稻体内的转运，并促进了生理活性较强的金属离子向对金属-硅复合物沉淀转化，并增加了复合物沉淀在细胞壁分布，缓解了对水稻的毒害。
（5）本实施例中钢渣改良后，前两个生长季精米中的Cd和Pb的含量均达到了中国食品安全标准(GB 2762-2005)。
Claims (3)
1.一种利用钢渣改良土壤及阻隔稻米吸收重金属的方法，其特征是：在水稻秧苗移栽前一个月，将钢渣施用于土壤，与土壤充分混匀，灌水，保持淹水状态，待水稻秧苗移栽。
2.如权利要求1所述利用钢渣改良土壤及阻隔稻米吸收重金属的方法，其特征在于，所述钢渣在施入土壤前需按< 2 mm筛分。
3.如权利要求1所述利用钢渣改良土壤及阻隔稻米吸收重金属的方法，其特征在于，所述土壤为重金属污染土壤、酸化土壤、缺硅或缺磷土壤。
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