CN105885858A - 在酸性重金属污染土壤阻控蔬菜吸收镉的根际调理剂及其应用 - Google Patents

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Abstract

在酸性重金属污染土壤阻控蔬菜吸收镉的根际调理剂及其应用，由质量占比30～40％的发酵牛粪和质量占比60～70％的绿泥石矿物粉组成，所述发酵牛粪的pH 7.5‑9.5，有机质≥45wt.％；绿泥石矿物粉，pH 9‑11，绿泥石占比30‑50wt.％。农业有机废弃物发酵牛粪可以提高土壤养分和有机质含量，对植物生长具有良好的促进作用；工业废弃物尾矿矿物粉含有多种粘土矿物，多孔吸附结构可钝化重金属。施用两者混合的根际调理剂，可在促进植物生长和固定土壤重金属转运方面起到协同作用。

Description

在酸性重金属污染土壤阻控蔬菜吸收镉的根际调理剂及其应用
技术领域
本发明属于重金属镉污染农田的阻控修复方法，具体涉及一种在酸性重金属污染土壤阻控蔬菜吸收镉的根际调理剂及其应用。
背景技术
重金属镉(Cd)具有很强的生物毒性，其在土壤中化学活性强、不能降解消除，通过食物链富集作用而严重危害人类健康，1955年日本神通川发生闻名于世的骨痛病以来，镉污染即引起各国各界的广泛关注。根据2014年公布的《全国土壤污染状况调查公报》，我国污染物以无机污染为主，重金属镉的点位超标率最高，达7％。其中，南方地区由于土壤重金属背景值高、土壤酸化等因素，其污染程度尤甚。特别是近来出现的以湖南为代表的多省份检出的大米镉超标事件，更是将镉污染食品安全问题推向风口浪尖。农作物重金属超标一方面影响食品安全，危害人体健康，另一方面也影响农产品销售出口，严重影响国家贸易竞争力。因此，如何在镉污染农田上生产健康的粮食，成为了我国科研工作者责无旁贷的科研任务。研究表明，不同蔬菜对重金属镉的吸收效率不同，而叶菜类蔬菜通常对重金属镉有较强的富集能力，从而容易重金属超标。
随着生产水平的提高，伴随产生了数量巨大的资源性工农业有机废弃物，比如种植业的农作物生物质废弃物，养殖业的各种畜禽粪便，造纸业的树皮、废纸浆，采矿余留的尾矿等。然而，粗放的废弃物处理方式不仅没能实现废弃物有效利用，反而造成了极大的环境污染。工农业废弃物中含有大量植物生长所需的有机物质和矿质微量元素，经过无害化处理之后对农作物生长具有有益影响。同时，某些工农业废弃物含有大量有机物和粘土矿物，具有钝化重金属的作用。中国发明专利(201310324576.9)发明了一种利用牛粪钝化土壤重金属的生物有机肥；而发明专利(201110050130.2)则采用黏土矿物的多孔吸附结构发明一种土壤重金属处理剂；目前，未见采用工农业废弃物资源化进行重金属污染土壤安全作物生产的报道。本专利将废弃物资源化和农产品安全生产相结合，是一举两得的有益尝试。
发明内容
解决的技术问题：本发明针对湖南重金属镉污染农田土壤，提供了一种可阻控蔬菜吸收重金属的根际调理剂及其应用，该调理剂由工农业废弃物组成，在修复土壤的同时，兼具废弃物资源化利用的特点。本发明可有效降低蔬菜的重金属浓度，有利于在酸性重金属污染土壤中生产符合国家食品安全标准的蔬菜。
技术方案：一种在酸性重金属污染土壤阻控蔬菜吸收镉的根际调理剂，由质量占比30～40％的发酵牛粪和质量占比60～70％的绿泥石矿物粉组成，所述发酵牛粪的pH 7.5-9.5，有机质≥45wt.％；绿泥石矿物粉，pH 9-11，绿泥石占比30-50wt.％
上述绿泥石尾矿矿物粉，pH 9.84，绿泥石41wt.％，长石25wt.％，石英25wt.％，方解石6wt.％，水云母3wt.％。
上述发酵牛粪pH 8.37，有机质≥45wt.％，水分≤30wt.％。
上述阻控蔬菜品种为空心菜。
上述根际调理剂在酸性重金属污染土壤阻控空心菜吸收镉中的应用。
有益效果：农业有机废弃物发酵牛粪可以提高土壤养分和有机质含量，对植物生长具有良好的促进作用；工业废弃物尾矿矿物粉含有多种粘土矿物，多孔吸附结构可钝化重金属。施用两者混合的根际调理剂，可在促进植物生长和固定土壤重金属转运方面起到协同作用。一方面植物生长通过稀释效应降低重金属浓度；一方面，粘土矿物对土壤重金属的钝化，可降低土壤重金属活性，减少重金属向植物的转运。而两者混合施用下，不仅在降低重金属吸收，在提高植物，尤其是空心菜的养分吸收上也发挥了协同增效作用(图1，图2)。因此，应用工农业废弃物在重金属污染土壤进行安全农作物生产，是一举两得的有益尝试。
附图说明
图1：根际调理剂对空心菜地上部生物量和重金属镉吸收的影响示意图。对照，种植空心菜；处理1，种植空心菜+尾矿矿物粉；处理2，种植空心菜+发酵牛粪；联合处理，种植空心菜+尾矿矿物粉+发酵牛粪。
图2：根际调理剂对土壤pH和空心菜磷吸收的影响示意图。对照，种植空心菜；处理1，种植空心菜+尾矿矿物粉；处理2，种植空心菜+发酵牛粪；联合处理，种植空心菜+尾矿矿物粉+发酵牛粪。
具体实施方式
实施例1：
本发明利用农业废弃物发酵牛粪(pH 8.37，有机质≥45wt.％，水分≤30wt.％)和工业废弃物尾矿矿物粉(pH 9.84，绿泥石41wt.％，长石25wt.％，石英25wt.％，方解石6wt.％，水云母3wt.％)作为根际调理剂，选用当地广泛种植、且具有较高重金属吸收活性的大叶类蔬菜空心菜作为实验对象。
试验地为湖南省湘潭县某重金属镉污染农田旱地土壤，其镉污染浓度为0.68mg/kg，超过国家二级环境质量标准值(GB 15618-1995，<0.3mg/kg)。其基本理化性质为pH 4.9。划分为种植小区(2.0m×4.0m)进行田间实验。
实验用根际调理剂为农业有机废弃物发酵牛粪，施用量为500公斤/亩。将根际调理剂均匀撒入土壤，翻土将其与土壤均匀混合。每个小区内根据当地习惯种植，田间正常管理，约2个月后待植物成熟，分别收获植物地上部和根部，集中处理测定植物地上部生物量及重金属浓度等。结果表明(图1)：施加发酵牛粪对空心菜生长有较大促进作用，显著提高了空心菜地上部生物量(增加71.9％)；发酵牛粪处理对空心菜重金属浓度有显著影响，施入发酵牛粪之后，空心菜对土壤重金属的吸取浓度(以干重计)从原来的8.06mg/kg降低到4.91mg/kg(鲜重计为0.344mg/kg)，降幅为39％。
实验用根际调理剂为工业有机废弃物尾矿矿物粉，施用量为1000公斤/亩。将根际调理剂均匀撒入土壤，翻土将其与土壤均匀混合。每个小区内根据当地习惯种植蔬菜，田间正常管理，待植物成熟后收获植物地上部和根部，集中测定植物生物量以及重金属浓度等指标。结果表明(图1)：施入尾矿矿物粉对空心菜的生物量有一定的促进作用(增加17.5％)；与此同时，尾矿矿物粉处理对空心菜重金属浓度有一定降低作用，该处理下，空心菜重金属浓度降低至7.572mg/kg(鲜重计为0.53mg/kg)；进一步分析了该处理对土壤pH和植物磷素吸收的影响(图2)，结果表明，尾矿矿物粉对土壤pH有较明显提高作用，从对照4.83提高至5.47，而单独施加尾矿矿物粉对植物磷吸收没有显著影响。
实验用根际调理剂为工农业废弃物发酵牛粪和尾矿矿物粉混合物，施用量分别为500公斤/亩和1000公斤/亩。将根际调理剂均匀撒入土壤，翻土将其与土壤均匀混合。每个小区内根据当地习惯种植蔬菜，田间正常管理，待植物成熟后收获，并测定植物生物量及重金属浓度等指标。结果表明(图1)：混合调理剂显著促进空心菜生长(增加107.7％)，并显著降低蔬菜重金属浓度，鲜重由于0.564mg/kg降低至0.276mg/kg(降幅51％)，接近国家规定的食品安全标准(GB 2762-2005，<0.2mg/kg)。同时，混合调理剂显著提高了土壤pH，并显著促进了空心菜对土壤磷素的吸收(图2)，由对照的4.149g/m2提高至8.614g/m2(增加了107.6％)。
综上结果表明，发酵牛粪和尾矿矿物粉混合施用，是一种在酸性旱地土壤中可有效阻控蔬菜吸收重金属镉的根际调理剂。

Claims (5)

1.在酸性重金属污染土壤阻控蔬菜吸收镉的根际调理剂，其特征在于由质量占比30~40%的发酵牛粪和质量占比60~70%的绿泥石矿物粉组成，所述发酵牛粪的pH 7.5-9.5，有机质≥45 wt.%；绿泥石矿物粉，pH 9-11，绿泥石占比30-50wt.%。
2.根据权利要求1中所述在酸性重金属污染土壤阻控蔬菜吸收镉的根际调理剂，其特征在于所述绿泥石尾矿矿物粉，pH 9.84，绿泥石41 wt.%，长石25 wt.%，石英25 wt.%，方解石6 wt.%，水云母3 wt.%。
3.根据权利要求1中所述在酸性重金属污染土壤阻控蔬菜吸收镉的根际调理剂，其特征在于所述发酵牛粪pH 8.37，有机质≥45 wt.%，水分≤30 wt.%。
4.根据权利要求1~3任一所述在酸性重金属污染土壤阻控蔬菜吸收镉的根际调理剂，其特征在于阻控的蔬菜品种为空心菜。
5.权利要求1~3任一所述根际调理剂在酸性重金属污染土壤阻控空心菜吸收镉中的应用。
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