CN116984365A

CN116984365A - 一种利用秸秆还田降低土壤中镉活性的方法

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Publication number: CN116984365A
Application number: CN202311066776.9A
Authority: CN
Inventors: 石含之; 刘帆; 王旭; 吴志超; 李富荣; 李冬琴; 卢燕湘; 曹怡然
Original assignee: Guangdong Agricultural Environment And Cultivated Land Quality Protection Center Guangdong Agricultural And Rural Investment Project Center; Institute Of Agricultural Quality Standards And Monitoring Technology Guangdong Academy Of Agricultural Sciences
Current assignee: Guangdong Agricultural Environment And Cultivated Land Quality Protection Center Guangdong Agricultural And Rural Investment Project Center; Institute Of Agricultural Quality Standards And Monitoring Technology Guangdong Academy Of Agricultural Sciences
Priority date: 2023-08-23
Filing date: 2023-08-23
Publication date: 2023-11-03

Abstract

本发明提供了一种利用秸秆还田降低土壤中镉活性的方法，属于土壤污染治理技术领域。本发明的利用秸秆降低土壤中镉活性的方法，包括如下步骤：(1)将秸秆与酶液混合酶解，得到酶解秸秆；(2)将秸秆与复合菌液混合得到秸秆混合物；(3)将所述秸秆混合物翻入土壤25～40cm深，将所述酶解秸秆翻入土壤10～20cm深。本发明基于秸秆还田的原理，通过添加复合酶和复合菌，加速秸秆降解，调节土壤微环境，加速镉的形态转化，使镉从活泼态转向稳定态，减少镉迁移和植物吸收。

Description

一种利用秸秆还田降低土壤中镉活性的方法

技术领域

本发明涉及土壤污染治理技术领域，尤其涉及一种利用秸秆还田降低土壤中镉活性的方法。

背景技术

镉是人体非必需元素，在自然界中常以化合物状态存在，一般含量很低，正常环境状态下，不会影响人体健康。镉和锌是同族元素，在自然界中镉常与锌、铅共生。当环境受到镉污染后，镉可在生物体内富集，通过食物链进入人体引起慢性中毒。镉被人体吸收后，在体内形成镉硫蛋白，选择性地蓄积肝、肾中。其中，肾脏可吸收进入体内近1/3的镉，是镉中毒的“靶器官”。其它脏器如脾、胰、甲状腺和毛发等也有一定量的蓄积。由于镉损伤肾小管，病者出现糖尿、蛋白尿和氨基酸尿。使骨骼的代谢受阻，造成骨质疏松、萎缩、变形等一系列症状。

镉是农业环境中主要的重金属污染物，它与铅、铬、砷、汞被并称为“五毒”。1984年***环境规划署将镉列入“危害全球环境的化学物质和化学过程清单”首位。镉污染能在自然界中蓄积，却不能自行破坏和消失。镉于食物链中富集，可通过水体土壤植被农作物水生生物等途径，不断向食物链的高层迁移和积累，对人体产生慢性中毒，危害人体健康。

目前，针对镉污染田地的修复通常有客土/换土法、化学淋洗法、固化稳定化法、电动修复法以及植物修复法等，但受污染土壤类型、污染特征的制约，或受二次污染、修复成本及修复效果的限制，许多方法难以应用于镉污染土壤的实际修复工程中。因此，提供一种方便、有效、利用推广应用的镉污染修复方法，是极为必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用秸秆还田降低土壤中镉活性的方法。本发明基于秸秆还田的原理，通过添加复合酶和复合菌，加速秸秆降解，调节土壤微环境，加速镉的形态转化，使镉从活泼态转向稳定态，减少镉迁移和植物吸收。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供了一种利用秸秆还田降低土壤中镉活性的方法，包括如下步骤：

(1)将秸秆与酶液混合酶解，得到酶解秸秆；

(2)将秸秆与复合菌液混合得到秸秆混合物；

(3)将所述秸秆混合物翻入土壤25～40cm深，将所述酶解秸秆翻入土壤10～20cm深；

所述酶液包括纤维素酶、中性蛋白酶、漆酶；

所述复合菌液包括恶臭假单胞菌、固氮菌、沙雷氏菌、枯草芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌。

优选的，步骤(1)中所述秸秆的长度为5～10cm；所述秸秆与所述酶液的质量比为(5～8)：1。

优选的，所述酶解的温度为20～25℃，时间为1～4h。

优选的，所述纤维素酶的酶活为4～8万U/L；所述中性蛋白酶的酶活为8～12万U/L；所述漆酶的酶活为0.5～2万U/L。

优选的，所述纤维素酶、中性蛋白酶、漆酶的体积比为(12～16)：(3～6)：1。

优选的，步骤(2)中所述秸秆的长度为0.1～1cm；所述秸秆与所述复合菌液的质量比为(60～80)：1。

优选的，所述恶臭假单胞菌的浓度为10^5～6个/ml；所述固氮菌的浓度为10^7～9个/ml；所述沙雷氏菌的浓度为10^7～10个/ml；所述枯草芽孢杆菌的浓度为10^3～5个/ml；所述胶质芽孢杆菌的浓度为10^3～5个/ml。

优选的，所述复合菌液中恶臭假单胞菌、固氮菌、沙雷氏菌、枯草芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌的体积比为(4～8)：(12～18)：(10～15)：(2～5)：(2～5)。

优选的，所述秸秆混合物的用量为150～200kg/亩；所述酶解秸秆的用量为80～120kg/亩。

本发明提供了一种利用秸秆还田降低土壤中镉活性的方法。本发明基于不同深度土壤的结构特点和不同镉形态分布的特点，对秸秆进行复合酶酶解处理和复合菌液处理，加速秸秆的细胞壁消解，促进有机物质转化，将酶解后的秸秆施入土壤10～20cm深，将添加了复合菌液的秸秆施入土壤25～40cm深，针对不同土层的镉污染进行针对性转化，将活泼形态的镉转化为稳定的残渣态，能够大幅度降低活泼镉的含量，减少镉迁移和植物吸收，提高食品安全。

具体实施方式

(1)将秸秆与酶液混合酶解，得到酶解秸秆；

(2)将秸秆与复合菌液混合得到秸秆混合物；

(3)将所述秸秆混合物翻入土壤25～40cm深，将所述酶解秸秆翻入土壤10～20cm深。

本发明将秸秆与酶液混合酶解，得到酶解秸秆。

在本发明中，步骤(1)所述秸秆的长度优选为5～10cm，进一步优选为7cm。

在本发明中，所述秸秆与所述酶液的质量比优选为(5～8)：1，进一步优选为6：1。

在本发明中，所述酶液优选包括纤维素酶、中性蛋白酶、漆酶。

在本发明中，所述纤维素酶的酶活优选为4～8万U/L，进一步优选为6万U/L。

在本发明中，所述中性蛋白酶的酶活优选为8～12万U/L，进一步优选为10万U/L。

在本发明中，所述漆酶的酶活优选为0.5～2万U/L，进一步优选为1万U/L。

在本发明中，所述纤维素酶、中性蛋白酶、漆酶的体积比优选为(12～16)：(3～6)：1，进一步优选为15：4：1。

在本发明中，所述酶解的温度优选为20～25℃，进一步优选为25℃。

在本发明中，所述酶解的时间优选为1～4h，进一步优选为2h。

本发明将秸秆与复合菌液混合得到秸秆混合物。

在本发明中，步骤(2)中所述秸秆的长度优选为0.1～1cm，进一步优选为0.2cm。

在本发明中，所述秸秆与所述复合菌液的质量比优选为(60～80)：1，进一步优选为75：1。

在本发明中，所述复合菌液优选包括恶臭假单胞菌、固氮菌、沙雷氏菌、枯草芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌。

在本发明中，所述恶臭假单胞菌的浓度优选为10^5～6个/ml，进一步优选为10⁵个/ml。

在本发明中，所述固氮菌的浓度优选为10^7～9个/ml，进一步优选为10⁸个/ml。

在本发明中，所述沙雷氏菌的浓度为10^7～10个/ml，进一步优选为10⁹个/ml。

在本发明中，所述枯草芽孢杆菌的浓度为10^3～5个/ml，进一步优选为10⁴个/ml。

在本发明中，所述胶质芽孢杆菌的浓度为10^3～5个/ml，进一步优选为10⁴个/ml。

在本发明中，所述复合菌液中恶臭假单胞菌、固氮菌、沙雷氏菌、枯草芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌的体积比优选为(4～8)：(12～18)：(10～15)：(2～5)：(2～5)，进一步优选为6：15：12：4：4。

在本发明中，所述秸秆混合物的用量优选为150～200kg/亩，进一步优选为160kg/亩。

在本发明中，所述酶解秸秆的用量优选为80～120kg/亩，进一步优选为100kg/亩。

下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

本实施例提供了一种利用秸秆还田降低土壤中镉活性的方法，具体过程如下：

(1)将纤维素酶液(6万U/L)、中性蛋白酶液(10万U/L)、漆酶液(1万U/L)，按照体积比15：4：1混合，得到酶液。将恶臭假单胞菌液(10⁵个/ml)、固氮菌液(10⁸个/ml)、沙雷氏菌液(10⁹个/ml)、枯草芽孢杆菌液(10⁴个/ml)、胶质芽孢杆菌液(10⁴个/ml)按照体积比6：15：12：4：4混合，得到复合菌液。

(2)取水稻秸秆，切成长度为7cm的秸秆段。在秸秆段上均匀喷洒1/6秸秆段质量的酶液，于室温下静置2h，得到酶解秸秆。

取水稻秸秆，粉碎成长度为0.2cm的秸秆粉。在秸秆粉上均匀喷洒1/75秸秆粉质量的复合菌液，混合均匀，得到秸秆混合物。

(3)将秸秆混合物按照160kg/亩的用量旋耕施入土壤30cm深处；将酶解秸秆按照100kg/亩的用量旋耕施入土壤15cm深处。

实施例2

(1)纤维素酶液(8万U/L)、中性蛋白酶液(8万U/L)、漆酶液(0.5万U/L)，按照体积比12：6：1混合，得到酶液。恶臭假单胞菌液(10⁵个/ml)、固氮菌液(10⁹个/ml)、沙雷氏菌液(10⁷个/ml)、枯草芽孢杆菌液(10³个/ml)、胶质芽孢杆菌液(10⁵个/ml)按照体积比4：12：15：2：5混合，得到复合菌液。

(2)取水稻秸秆，切成长度为5cm的秸秆段。在秸秆段上均匀喷洒1/8秸秆段质量的酶液，于室温下静置1h，得到酶解秸秆。

取水稻秸秆，粉碎成长度为0.1cm的秸秆粉。在秸秆粉上均匀喷洒1/60秸秆粉质量的复合菌液，混合均匀，得到秸秆混合物。

(3)将秸秆混合物按照150kg/亩的用量旋耕施入土壤25cm深处；将酶解秸秆按照80kg/亩的用量旋耕施入土壤10cm深处。

实施例3

(1)将纤维素酶液(4万U/L)、中性蛋白酶液(12万U/L)、漆酶液(2万U/L)，按照体积比16：3：1混合，得到酶液。将恶臭假单胞菌液(10⁶个/ml)、固氮菌液(10⁷个/ml)、沙雷氏菌液(10¹⁰个/ml)、枯草芽孢杆菌液(10⁵个/ml)、胶质芽孢杆菌液(10³个/ml)按照体积比8：18：10：5：2混合，得到复合菌液。

(2)取水稻秸秆，切成长度为10cm的秸秆段。在秸秆段上均匀喷洒1/5秸秆段质量的酶液，于室温下静置4h，得到酶解秸秆。

取水稻秸秆，粉碎成长度为1cm的秸秆粉。在秸秆粉上均匀喷洒1/80秸秆粉质量的复合菌液，混合均匀，得到秸秆混合物。

(3)将秸秆混合物按照150kg/亩的用量旋耕施入土壤40cm深处；将酶解秸秆按照80kg/亩的用量旋耕施入土壤20cm深处。

对比例1

为验证酶液和复合菌液对降低土壤中镉活性效果的影响，设置本对比例。本对比例与实施例1的区别在于，省略酶液和复合菌液，其他处理与实施例1相同。

对比例2

为验证酶液组成对降低土壤中镉活性效果的影响，设置本对比例。本对比例与实施例1的区别在于，省略漆酶，其他处理与实施例1相同。

对比例3

为验证复合菌液组成对降低土壤中镉活性效果的影响，设置本对比例。本对比例与实施例1的区别在于，省略恶臭假单胞菌和沙雷氏菌，其他处理与实施例1相同。

对比例4

为验证酶解过程对降低土壤中镉活性效果的影响，设置本对比例。本对比例与实施例1的区别在于，在秸秆段上喷洒酶液后，不等待酶解，直接施入土壤，其他处理与实施例1相同。

对比例5

为验证秸秆还田方式对降低土壤中镉活性效果的影响，设置本对比例。本对比例与实施例1的区别在于，在酶解秸秆的制备过程中，将秸秆粉碎成0.2cm的秸秆粉，其他处理与实施例1相同。

对比例6

为验证秸秆施入土壤的方式对降低土壤中镉活性效果的影响，设置本对比例。本对比例与实施例1的区别在于，将酶解秸秆和秸秆混合物均旋耕施入土壤25cm深，其他处理与实施例1相同。

试验例1

本试验例对实施例1～3，对比例1～7的方法进行验证，具体过程如下：

1、室内验证实验

准备长0.5m，宽0.5m，内高度为40cm的盆钵。自田间采集深度为0～40cm的土壤，除去植物根系和石块等杂质，在通风干燥处阴干。将处理后的土壤与硝酸镉溶液混合均匀，使土壤中的镉离子浓度为4mg/kg，为含镉土壤。所采集土壤分别为湖南长沙红壤、黑龙江海伦黑土，均按照上述方法制成含镉土壤。

同时设置9个相同的盆钵，每个盆钵放入含镉土壤，使土层厚度为40cm，调整土壤含水量为田间最大持水量的60％。分别按照实施例1、实施例2、实施例3、对比例1、对比例2、对比例3、对比例4、对比例5、对比例6的方法进行处理(其中，酶解秸秆所施质量＝施入量×0.25÷667)。

将各组盆钵置于25℃温度培养6个月，培养结束后，取10～30cm的土壤，采用Tesssier七级连续提取法，检测土壤样品中的镉，将镉分为水溶态、离子交换态、碳酸盐结合态、腐殖酸结合态、铁锰氧化态、强有机结合态及残渣态。统计各组土壤中镉含量(μg/kg)及形态分析结果，如表1～2所示。

表1红壤土壤镉含量和形态分析结果

表2黑土土壤镉含量和形态分析结果

从表1～2可以看出，实施例1～3的方法较其他对比例组，水溶态和离子交换态的镉含量明显下降，残渣态镉含量有所上升，表明活泼状态的镉逐渐向稳定态镉转化。从对比例组的分析结果可以看出，单纯的秸秆还田对镉的形态转化较慢，效果不明显；而省略某些酶或菌，或改变秸秆还田方式也会对镉形态转化造成影响。

2、田间实验

选取中度镉污染(经检测镉浓度为0.41ppm)的地块，随机划分为10组，每组地块面积为10m²。对照组地块不作处理，其他各组地块分别按照实施例1、实施例2、实施例3、对比例1、对比例2、对比例3、对比例4、对比例5、对比例6的方法进行处理。处理完成后，在各地块上种植早稻，早稻播种量为20万株/亩，按照常规方式管理。早稻成熟后收获，采集10～30cm深的土壤，采用Tesssier七级连续提取法，检测土壤样品中的镉，将镉分为水溶态、离子交换态、碳酸盐结合态、腐殖酸结合态、铁锰氧化态、强有机结合态及残渣态。统计各组土壤中镉含量(μg/kg)及形态分析结果，结果如表3所示。

表3土壤镉含量和形态分析结果

从表3可以看出，与对照组相比，采用实施例1～3的方法进行秸秆还田，土壤中水溶态和离子交换态的镉含量明显下降，残渣态镉含量有所上升，铁锰氧化态和强有机结合态镉的含量也有所升高，表明，活泼状态的镉逐渐向稳定态镉转化。而根据对比例各组的分析结果可以看出，单纯的秸秆还田、省略某些酶或菌，改变秸秆粉碎程度，改变秸秆还田方式，也能够促进镉的形态转化，但转化速度较慢。这一结果与室内实验结果一致。

早稻成熟后收获，检测各组早稻糙米中的镉含量，检测结果如表4所示。

表4各组早稻糙米镉含量的检测结果

早稻采收后，将各组原地的水稻秸秆继续按照实施例1～3、对比例1～6的方案进行处理、还田，对照组清除秸秆，然后种植晚稻。晚稻的播种量为18万株/亩，播种后按照常规方式管理。晚稻成熟后收获，各组晚稻糙米中的镉含量，检测结果如表5所示。

表5各组晚稻糙米镉含量的检测结果

组别	晚稻糙米镉含量(mg/kg)
		对照组	0.28
实施例1	0.09
		实施例2	0.10
实施例3	0.09
		对比例1	0.24
对比例2	0.17
		对比例3	0.14
对比例4	0.16
		对比例5	0.13
对比例6	0.13

从表4～5可以看出，与对照组、对比例各组相比，采用实施例1～3的方法进行秸秆还田，能够明显降低水稻糙米中的镉含量，且试验时间越长，粮食中镉的含量越低，表明，本发明的方法能够明显减少镉的迁移，提高食品安全。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种利用秸秆还田降低土壤中镉活性的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将秸秆与酶液混合酶解，得到酶解秸秆；

(2)将秸秆与复合菌液混合得到秸秆混合物；

所述酶液包括纤维素酶、中性蛋白酶、漆酶；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述秸秆的长度为5～10cm；所述秸秆与所述酶液的质量比为(5～8)：1。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述酶解的温度为20～25℃，时间为1～4h。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述纤维素酶的酶活为4～8万U/L；所述中性蛋白酶的酶活为8～12万U/L；所述漆酶的酶活为0.5～2.0万U/L。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述纤维素酶、中性蛋白酶、漆酶的体积比为(12～16)：(3～6)：1。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述秸秆的长度为0.1～1cm；所述秸秆与所述复合菌液的质量比为(60～80)：1。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述恶臭假单胞菌的浓度为10^5～6个/ml；所述固氮菌的浓度为10^7～9个/ml；所述沙雷氏菌的浓度为10^7～10个/ml；所述枯草芽孢杆菌的浓度为10^3～5个/ml；所述胶质芽孢杆菌的浓度为10^3～5个/ml。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述复合菌液中恶臭假单胞菌、固氮菌、沙雷氏菌、枯草芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌的体积比为(4～8)：(12～18)：(10～15)：(2～5)：(2～5)。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述秸秆混合物的用量为150～200kg/亩；所述酶解秸秆的用量为80～120kg/亩。