CN107520248A - 一种农作物修复农田汞污染土壤的方法 - Google Patents

一种农作物修复农田汞污染土壤的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及汞污染土壤修复技术领域，特别涉及一种农作物修复农田汞污染土壤的方法，包括步骤：3月底4月初，选取若干块土壤汞污染农田，选取根系发达的早稻秧苗移栽，肥水管理，秧苗期喷洒微生物菌液，7月下旬至8月上旬收割；当年9月上旬至10月上旬，油菜播种于农田中，成熟后将油菜连根拔起；次年3月下旬至4月中旬，择晴天将苎麻苗移栽在所述农田上，收获头麻、二麻、三麻；循环操作上述步骤，直至农田土壤中汞含量达国家标准。本发明在汞污染土壤的农田上依次种植水稻、油菜、苎麻等三种对重金属汞具有很强富集作用的农作物，且利用化学调控剂促进农作物对汞污染土壤的修复，使得土壤中汞的年平均净化率高达45％。

Description

一种农作物修复农田汞污染土壤的方法
技术领域
本发明属于汞污染土壤修复技术领域，特别涉及一种农作物修复农田汞污染土壤的方法。
背景技术
汞是一种对环境危害较大、人体非必需的元素，自工业化以来大规模人类活动，导致了大量汞排入到环境中。在我国，随着经济的高速增长和城市化的不断提高，全国范围内汞污染土壤问题十分严峻，尤其对农田土壤造成了严重危害，调查结果表明，汞污染土壤对水环境和农产品质量构成了显著威胁，因为农田土壤中的无机汞可以在硫酸盐还原菌或化学作用下转化毒性更大，能通过食物链产生生物放大效应的甲基汞，进而可以导致汞的生物累积效应发生。因此，如何解决汞污染农田土壤问题以及污染土壤的修复，已成为一项十分紧迫的任务。
目前，针对汞污染土壤农田的处理方法主要有三种：(1)热处理技术，即利用汞的挥发性对污染土壤进行加热，使土壤中单质汞挥发，虽然效果较好，但是这种方法投资成本高，处理设备费用昂贵，不宜大面积使用，且汞挥发至大气中同样也是一种污染；(2)原位固化/稳定化技术，即利用化学物质将土壤中的汞钝化，减小其在土壤中的移动性，这种方法虽简单，但土壤中的汞并未除去，若条件改变，被固定的污染物有可能重新被释放；(3)生物修复技术，即利用植物吸收和富集土壤中的汞，以此达到净化土壤的目的，该方法绿色环保，更适应环境保护的要求，越来越受到各国政府重视。因此，研制一种利用农作物修复农田汞污染土壤的方法显得尤为重要。
发明内容
本发明在汞污染土壤的农田上依次种植水稻、油菜、苎麻等三种对重金属汞具有很强富集作用的农作物，且施用化学调控剂促进农作物对汞污染土壤的修复，使得土壤中汞的年平均净化率高达45％，适用于广大重金属汞污染的土壤。
本发明提供了一种农作物修复农田汞污染土壤的方法，包括以下步骤：
S1：3月底4月初，选取若干块土壤汞污染农田，每块农田设种植块和排水沟，种植块和排水沟间隔分布，选取根系发达的水稻秧苗移栽，秧苗期喷洒微生物菌液，常规田间肥水管理，7月下旬至8月上旬收割；所述微生物菌液是肺炎克雷伯氏菌发酵液、多粘类芽胞杆菌发酵液混合得到的。
S2：当年9月上旬至10月上旬，将S1中的所述农田进行排水、松土，并施用化学调控剂Na2S2O3；油菜种子按固液比1:8与蒸馏水混合，得到种子液，并向种子液中加入双氧水，浸泡10h后过滤得待播种种子，待播种种子播种于农田中，每隔7～10天喷洒地衣芽孢杆菌液，共喷洒1～2个月，油菜定苗后每亩施用尿素7公斤，油菜成熟后将油菜连根拔起，将油菜秸秆和榨油后的油菜籽粕晒干粉碎，撒入农田中，让其自然降解。
S3：次年3月下旬至4月中旬，对S2中的农田进行整地并施用KI 10kg/亩、腐熟枯饼150～200kg/亩、钙镁磷肥100～150kg/亩，择晴天将苎麻苗移栽在所述种植块上，浇足定根水，植株密度为1500～2000株/亩，农家肥追肥2～3次，分别在6月上旬、8月上旬、11月上旬收获头麻、二麻、三麻。
S4：循环操作S1-S3，直至农田土壤中汞含量降低至1.5mg/kg，则完成了农作物对农田汞污染的修复。
优选的，计算方式为：
每块农田的土壤汞年净化率＝[(农作物种植前农田含汞量－苎麻完全收获后农田汞含量)÷2]÷农作物种植前农田含汞量
农田的土壤汞平均年净化率＝每块农田的土壤汞年净化率总和数÷农田块数
优选的，所述农田的块数为4块。
优选的，S1中所述种植块宽度100～200cm，排水沟宽度30～60cm；水稻秧苗的株距为15～20cm，行距20～30cm。
优选的，S2中所述Na2S2O3在土壤中的用量为5～10kg/亩，所述双氧水体积浓度为20％，且用量为相当于所述种子液总体积10～15％。
优选的，所述微生物菌液为肺炎克雷伯氏菌发酵液、多粘类芽胞杆菌发酵液按体积比3:1混合均匀得到的，肺炎克雷伯氏菌和多粘类芽胞杆菌菌体浓度分别为108cfu/ml、106cfu/ml；施用时每1ml微生物菌液添加200ml无菌水的混菌稀释液，混菌稀释液按2L/亩的量进行喷洒。
优选的，S2中，所述地衣芽孢杆菌液施用时，每0.5ml地衣芽孢杆菌液中添加150ml无菌水，制得地衣芽孢杆菌稀释液，地衣芽孢杆菌稀释液按1L/亩的量进行喷洒。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明在汞污染土壤的农田上采用水稻、油菜、苎麻等三种对重金属汞具有很强富集作用的农作物依次轮作的方式，利用不同农作物对土壤中汞的不同形态进行富集吸收，同时农作物轮作可以保持、恢复土壤肥力，均衡土壤中养分，减少病虫草害。另外，在水稻种植中喷洒微生物菌液，促进水稻根系的生长壮大，以此提高水稻根系对重金属汞的吸收，油菜、苎麻种植中都利用了化学调控剂促进农作物对汞污染土壤的修复，经两年一个轮作循环使得土壤中汞的年平均净化率高达45％，成本低，治理持久且绿色环保。
具体实施方式
下面对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
实施例1
一种农作物修复农田汞污染土壤的方法，包括以下步骤：
S1：3月底4月初，选取若干块土壤汞污染农田，农田的块数为4块，每块农田设种植块和排水沟，种植块和排水沟间隔分布，种植块宽度100cm，排水沟宽度30cm，选取根系发达的水稻秧苗移栽，株距为15cm，行距20cm，秧苗期喷洒微生物菌液，微生物菌液为肺炎克雷伯氏菌发酵液、多粘类芽胞杆菌发酵液按体积比3:1混合均匀得到的，肺炎克雷伯氏菌和多粘类芽胞杆菌菌体浓度分别为108cfu/ml、106cfu/ml；施用时每1ml混合发酵菌液添加200ml无菌水的混菌稀释液，混菌稀释液按2L/亩的量进行喷洒；常规田间肥水管理，7月下旬至8月上旬收割；微生物菌液是肺炎克雷伯氏菌发酵液、多粘类芽胞杆菌发酵液混合得到的。
S2：当年9月上旬至10月上旬，将S1中的农田进行排水、松土，并施用化学调控剂Na2S2O3，Na2S2O3在土壤中的用量为5kg/亩；油菜种子按固液比1:8与蒸馏水混合，得到种子液，并向种子液中加入双氧水，双氧水体积浓度为20％，且用量为相当于种子液总体积10％，浸泡10h后过滤得待播种种子，待播种种子播种于农田中，每隔7天喷洒地衣芽孢杆菌液，共喷洒1个月，地衣芽孢杆菌液施用时，每0.5ml地衣芽孢杆菌液中添加150ml无菌水，制得地衣芽孢杆菌稀释液，地衣芽孢杆菌稀释液按1L/亩的量进行喷洒；油菜定苗后每亩施用尿素7公斤，且兑水泼浇，油菜成熟后将油菜连根拔起，将油菜秸秆和榨油后的油菜籽粕晒干粉碎，撒入农田中，让其自然降解。
S3：次年3月下旬至4月中旬，对S2中的农田进行整地并施用KI 10kg/亩、腐熟枯饼150kg/亩、钙镁磷肥100kg/亩，择晴天将苎麻苗移栽在种植块上，浇足定根水，植株密度为1500株/亩，农家肥追肥2次，分别在6月上旬、8月上旬、11月上旬收获头麻、二麻、三麻。
S4：循环操作S1-S3，直至农田土壤中汞含量降低至1.5mg/kg，则完成了农作物对农田汞污染的修复，1.5mg/kgGB15618-1995针对农业用地的汞限值。
每块农田的土壤汞年净化率＝[(农作物种植前农田含汞量－苎麻完全收获后农田汞含量)÷2]÷农作物种植前农田含汞量，农田的土壤汞平均年净化率＝每块农田的土壤汞年净化率总和数÷农田块数。
需要说明的是，肺炎克雷伯氏菌、多粘类芽胞杆菌和地衣芽孢杆菌均购买于中国普通微生物菌种保藏管理中心，且按照常规培养条件和培养基进行活化培养，地衣芽孢杆菌菌体浓度为108cfu/ml；腐熟枯饼由菜枯或茶枯或两者混合物15天自然发酵而成，农家肥选自峨眉山市阿古利斯生物科技有限公司生产的有机农家肥。
本发明实施例1中检测到的农作物种植前后农田土壤中汞含量的有关实验数据及结果如下表1所示。
表1实施例1中检测到的农作物种植前后农田土壤中汞含量
由表1得知实施例1中农田的土壤汞平均年净化率为(43％+44％+45％+42％)÷4＝43.5％，本发明农作物轮作的方法对农田汞污染土壤有很好的修复效果，成本低，治理持久且绿色环保。
实施例2
一种农作物修复农田汞污染土壤的方法，包括以下步骤：
S1：3月底4月初，选取若干块土壤汞污染农田，农田的块数为4块，每块农田设种植块和排水沟，种植块和排水沟间隔分布，种植块宽度200cm，排水沟宽度60cm，选取根系发达的水稻秧苗移栽，株距为20cm，行距30cm，
秧苗期喷洒微生物菌液，微生物菌液为肺炎克雷伯氏菌发酵液、多粘类芽胞杆菌发酵液按体积比3:1混合均匀得到的，肺炎克雷伯氏菌和多粘类芽胞杆菌菌体浓度分别为108cfu/ml、106cfu/ml；施用时每1ml混合发酵菌液添加200ml无菌水的混菌稀释液，混菌稀释液按2L/亩的量进行喷洒；常规田间肥水管理，7月下旬至8月上旬收割；微生物菌液是肺炎克雷伯氏菌发酵液、多粘类芽胞杆菌发酵液混合得到的。
S2：当年9月上旬至10月上旬，将S1中的农田进行排水、松土，并施用化学调控剂Na2S2O3，Na2S2O3在土壤中的用量为10kg/亩；油菜种子按固液比1:8与蒸馏水混合，得到种子液，并向种子液中加入双氧水，双氧水体积浓度为20％，且用量为相当于种子液总体积15％，浸泡10h后过滤得待播种种子，待播种种子播种于农田中，每隔10天喷洒地衣芽孢杆菌液，地衣芽孢杆菌液施用时，每0.5ml地衣芽孢杆菌液中添加150ml无菌水，制得地衣芽孢杆菌稀释液，地衣芽孢杆菌未稀释前菌体浓度为108cfu/ml，地衣芽孢杆菌稀释液按1L/亩的量进行喷洒，共喷洒2个月，油菜定苗后每亩施用尿素7公斤，且兑水泼浇，油菜成熟后将油菜连根拔起，将油菜秸秆和榨油后的油菜籽粕晒干粉碎，撒入农田中，让其自然降解。
S3：次年3月下旬至4月中旬，对S2中的农田进行整地并施用KI 10kg/亩、腐熟枯饼200kg/亩、钙镁磷肥150kg/亩，择晴天将苎麻苗移栽在种植块上，浇足定根水，植株密度为2000株/亩，农家肥追肥3次，分别在6月上旬、8月上旬、11月上旬收获头麻、二麻、三麻。
S4：循环操作S1-S3，直至农田土壤中汞含量降低至1.5mg/kg，则完成了农作物对农田汞污染的修复，1.5mg/kgGB15618-1995针对农业用地的汞限值。
每块农田的土壤汞年净化率＝[(农作物种植前农田含汞量－苎麻完全收获后农田汞含量)÷2]÷农作物种植前农田含汞量，农田的土壤汞平均年净化率＝每块农田的土壤汞年净化率总和数÷农田块数。
本发明实施例2中检测到的农作物种植前后农田土壤中汞含量的有关实验数据及结果如下表2所示。
表2实施例2中检测到的农作物种植前后农田土壤中汞含量
由表2得知实施例2中农田的土壤汞平均年净化率为(45％+48％+44％+43％)÷4＝45％，本发明农作物轮作的方法对农田汞污染土壤有很好的修复效果，成本低，治理持久且绿色环保。
实施例3
一种农作物修复农田汞污染土壤的方法，包括以下步骤：
S1：3月底4月初，选取若干块土壤汞污染农田，农田的块数为4块，每块农田设种植块和排水沟，种植块和排水沟间隔分布，种植块宽度160cm，排水沟宽度40cm，选取根系发达的水稻秧苗移栽，株距为18cm，行距25cm，秧苗期喷洒微生物菌液，微生物菌液为肺炎克雷伯氏菌发酵液、多粘类芽胞杆菌发酵液按体积比3:1混合均匀得到的，肺炎克雷伯氏菌和多粘类芽胞杆菌菌体浓度分别为108cfu/ml、106cfu/ml；施用时每1ml混合发酵菌液添加200ml无菌水的混菌稀释液，混菌稀释液按2L/亩的量进行喷洒；常规田间肥水管理，7月下旬至8月上旬收割；微生物菌液是肺炎克雷伯氏菌发酵液、多粘类芽胞杆菌发酵液混合得到的。
S2：当年9月上旬至10月上旬，将S1中的农田进行排水、松土，并施用化学调控剂Na2S2O3，Na2S2O3在土壤中的用量为8kg/亩；油菜种子按固液比1:8与蒸馏水混合，得到种子液，并向种子液中加入双氧水，双氧水体积浓度为20％，且用量为相当于种子液总体积12％，浸泡10h后过滤得待播种种子，待播种种子播种于农田中，每隔8天喷洒地衣芽孢杆菌液，共喷洒1.5个月，地衣芽孢杆菌液施用时，每0.5ml地衣芽孢杆菌液中添加150ml无菌水，制得地衣芽孢杆菌稀释液，地衣芽孢杆菌未稀释前菌体浓度为108cfu/ml，地衣芽孢杆菌稀释液按1L/亩的量进行喷洒；油菜定苗后每亩施用尿素7公斤，且兑水泼浇，油菜成熟后将油菜连根拔起，将油菜秸秆和榨油后的油菜籽粕晒干粉碎，撒入农田中，让其自然降解。
S3：次年3月下旬至4月中旬，对S2中的农田进行整地并施用KI 10kg/亩、腐熟枯饼180kg/亩、钙镁磷肥130kg/亩，择晴天将苎麻苗移栽在种植块上，浇足定根水，植株密度为1800株/亩，农家肥追肥3次，分别在6月上旬、8月上旬、11月上旬收获头麻、二麻、三麻。
S4：循环操作S1-S3，直至农田土壤中汞含量降低至1.5mg/kg，则完成了农作物对农田汞污染的修复，1.5mg/kgGB15618-1995针对农业用地的汞限值。
每块农田的土壤汞年净化率＝[(农作物种植前农田含汞量－苎麻完全收获后农田汞含量)÷2]÷农作物种植前农田含汞量，农田的土壤汞平均年净化率＝每块农田的土壤汞年净化率总和数÷农田块数。
本发明实施例3中检测到的农作物种植前后农田土壤中汞含量的有关实验数据及结果如下表3所示。
表3实施例3中检测到的农作物种植前后农田土壤中汞含量
由表3得知实施例3中农田的土壤汞平均年净化率为(46％+44％+43％+44％)÷4＝44.25％，本发明农作物轮作的方法对农田汞污染土壤有很好的修复效果，成本低，治理持久且绿色环保。
需要说明的是，本发明权利要求书中采用的步骤方法与上述实施例相同，为了防止赘述，本发明的描述了优选的实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种农作物修复农田汞污染土壤的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：3月底4月初，选取若干块土壤汞污染农田，每块农田设种植块和排水沟，种植块和排水沟间隔分布，选取根系发达的水稻秧苗移栽，秧苗期喷洒微生物菌液，常规田间肥水管理，7月下旬至8月上旬收割；所述微生物菌液是肺炎克雷伯氏菌发酵液、多粘类芽胞杆菌发酵液混合得到的；
S2：当年9月上旬至10月上旬，将S1中的所述农田进行排水、松土，并施用化学调控剂Na2S2O3；油菜种子按固液比1:8与蒸馏水混合，得到种子液，并向种子液中加入双氧水，浸泡10h后过滤得待播种种子，待播种种子播种于农田中，每隔7～10天喷洒地衣芽孢杆菌液，共喷洒1～2个月，油菜定苗后每亩施用尿素7公斤，油菜成熟后将油菜连根拔起，将油菜秸秆和榨油后的油菜籽粕晒干粉碎，撒入农田中，让其自然降解；
S3：次年3月下旬至4月中旬，对S2中的农田进行整地并施用KI 10kg/亩、腐熟枯饼150～200kg/亩、钙镁磷肥100～150kg/亩，择晴天将苎麻苗移栽在所述种植块上，浇足定根水，植株密度为1500～2000株/亩，农家肥追肥2～3次，分别在6月上旬、8月上旬、11月上旬收获头麻、二麻、三麻；
S4：循环操作S1-S3，直至农田土壤中汞含量降低至1.5mg/kg，则完成了农作物对农田汞污染的修复。
2.如权利要求1所述的农作物修复农田汞污染土壤的方法，其特征在于，计算方式为：
每块农田的土壤汞年净化率＝[(农作物种植前农田含汞量－苎麻完全收获后农田汞含量)÷2]÷农作物种植前农田含汞量
农田的土壤汞平均年净化率＝每块农田的土壤汞年净化率总和数÷农田块数。
3.如权利要求1所述的农作物修复农田汞污染土壤的方法，其特征在于，所述农田的块数为4块。
4.如权利要求1所述的农作物修复农田汞污染土壤的方法，其特征在于，S1中所述种植块宽度100～200cm，排水沟宽度30～60cm；水稻秧苗的株距为15～20cm，行距20～30cm。
5.如权利要求1所述的农作物修复农田汞污染土壤的方法，其特征在于，S2中所述Na2S2O3在土壤中的用量为5～10kg/亩，所述双氧水体积浓度为20％，且用量为相当于所述种子液总体积10～15％。
6.如权利要求1所述的农作物修复农田汞污染土壤的方法，其特征在于，所述微生物菌液为肺炎克雷伯氏菌发酵液、多粘类芽胞杆菌发酵液按体积比3:1混合均匀得到的，肺炎克雷伯氏菌和多粘类芽胞杆菌菌体浓度分别为108cfu/ml、106cfu/ml；施用时每1ml微生物菌液添加200ml无菌水的混菌稀释液，混菌稀释液按2L/亩的量进行喷洒。
7.如权利要求1所述的农作物修复农田汞污染土壤的方法，其特征在于，S2中，所述地衣芽孢杆菌液施用时，每0.5ml地衣芽孢杆菌液中添加150ml无菌水，制得地衣芽孢杆菌稀释液，地衣芽孢杆菌稀释液按1L/亩的量进行喷洒。
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