專利名稱：一種減少油菜鎘吸收的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種減少油菜鎘吸收的方法。
背景技術(shù)：
隨著我國經(jīng)濟(jì)和工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，違規(guī)排放工業(yè)“三廢”和城市生活垃圾，使用重金屬含量超標(biāo)的污水灌溉和污泥農(nóng)用，不合理地施用農(nóng)藥、化肥，造成我國農(nóng)業(yè)土壤中的重金屬含量持續(xù)增加，尤其是位于城市郊區(qū)和工礦企業(yè)周邊的菜地土壤，重金屬污染日益嚴(yán)重，進(jìn)入菜地土壤的重金屬污染物被蔬菜吸收后，也加劇了蔬菜產(chǎn)品的重金屬污染。近年來的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，許多大中城市的蔬菜重金屬含量均出現(xiàn)了不同程度的超標(biāo)，例如南京、廣州、福州、沈陽以及天津。有調(diào)查表明，珠三角地區(qū)近40%的菜地土壤重金屬含量超標(biāo)，有10%屬于嚴(yán)重污染，在這些菜地中生產(chǎn)的蔬菜重金屬含量超標(biāo)率也較高，可以達(dá)到22 31%，其中以油菜、生菜、油麥菜中鎘、鉛的超標(biāo)率最高。南京城郊18個地點的油菜樣品分析表明，葉片Cd含量全部超過食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，最高超出17倍。在重慶各區(qū)縣進(jìn)行的蔬菜重金屬含量和健康風(fēng)險調(diào)查表明，蔬菜中Cd和Pb污染最為嚴(yán)重，而在油菜和芥菜中Cd和Pb經(jīng)膳食攝入的健康風(fēng)險較高，嚴(yán)重威脅居民健康。由此可知，嚴(yán)重的菜地土壤重金屬污染導(dǎo)致蔬菜產(chǎn)品的重金屬含量時有超標(biāo)，而對于葉菜類蔬菜，特別是油菜，鎘鉛污染更為嚴(yán)重，急需治理。降低作物重金屬污染的方法較多，可以從土壤和植物兩個方面入手。首先在土壤方面，可以通過重金屬污染修復(fù)技術(shù)來減少土壤中重金屬的含量或降低其有效性，從而減少作物吸收累積。目前在眾多土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)中，原位化學(xué)鈍化修復(fù)技術(shù)以其簡便、效果好和經(jīng)濟(jì)實用的優(yōu)點而受到人們的普遍重視，尤其適用于修復(fù)大面積中、輕度污染的農(nóng)田土壤。它通過在土壤中投加鈍化材料，與重金屬元素發(fā)生沉淀、吸附、離子交換、腐殖化以及氧化還原一系列反應(yīng)，進(jìn)而改變重金屬的賦存形態(tài)，顯著降低其生物有效性和可遷移性，明顯緩解重金屬污染對植物生長的毒害作用，大幅減少植物對重金屬的吸收累積。從上世紀(jì)80年代起，原位鈍化修復(fù)技術(shù)開始投入到實際應(yīng)用中。近年來，作為一種新型鈍化材料，生物質(zhì)碳開始逐步應(yīng)用到土壤重金屬污染修復(fù)研究中。隨著農(nóng)業(yè)廢棄物生物質(zhì)熱裂解碳化工藝技術(shù)的日益成熟，作物秸桿、畜禽糞便、城市垃圾以及污泥等有機(jī)生物質(zhì)均可采用熱裂解的方法轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)碳。這些農(nóng)業(yè)廢棄物資源量大，每年全國畜禽糞便排放量超過27億噸，秸桿有5億多噸，將這些廢棄物資源化不僅可以避免焚燒或堆置產(chǎn)生的環(huán)境污染問題，還可以促進(jìn)農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，有利于推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的固碳減排。生物質(zhì)碳具有多孔性，擁有較大的比表面積、較強(qiáng)的表面吸附能力以及高度的化學(xué)惰性，其表面高度芳香化結(jié)構(gòu)和部分羥基、酚羥基以及羰基官能團(tuán)，對有機(jī)和無機(jī)污染物具有高度的親和力，可以作為土壤重金屬污染的理想鈍化劑。近年來的多項研究表明，不同來源的生物質(zhì)碳對土壤和水體中的重金 屬以及有機(jī)污染物有較好的吸附鈍化效果，完全可以用于重金屬污染的鈍化修復(fù)，并具有來源廣泛、成本低廉且改良土壤理化性狀的優(yōu)點。
近年來，從植物方面入手來降低作物重金屬污染引起人們的廣泛關(guān)注。很多研究表明，作物累積重金屬的能力不僅在種間存在明顯差異，而且在種內(nèi)即品種間也存在較大差異?；谶@一發(fā)現(xiàn)，人們提出了重金屬排異品種的概念，這些品種在中輕度污染土壤上生長時，其可食部位重金屬含量極低，顯著低于傳統(tǒng)品種，能夠符合食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的要求。將重金屬排異品種應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，可以顯著減少作物對重金屬的吸收，保障農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)。目前，國內(nèi)外學(xué)者對多種作物Cd積累的品種間差異進(jìn)行了研究，并篩選了一批Cd排異作物品種；其中，大田作物包括水稻、小麥、大麥、大豆、玉米；蔬菜包括番茄、長豇豆、蕹菜、菜心、芹菜、大白菜。然而對于鎘累積能力較強(qiáng)的油菜，其鎘排異品種的篩選和應(yīng)用則未見報道。由于作物對重金屬的吸收不僅受基因型的控制，還受到土壤污染水平和理化性質(zhì)的影響，因此重金屬排異品種的應(yīng)用會受到土壤重金屬污染水平的嚴(yán)格限制。對于許多易于累積重金屬的蔬菜作物而言，選育的重金屬排異品種僅適合在重金屬輕度污染土壤上應(yīng)用，在中、高污染地區(qū)則由于可食部位重金屬含量超標(biāo)風(fēng)險較大而無法種植、推廣。如果能夠?qū)⒅亟饘倥女惼贩N栽培和土壤鈍化修復(fù)措施聯(lián)合應(yīng)用，在種植排異品種時，施用一些能顯著降低土壤重金屬活性的鈍化材料，這樣就可以有效發(fā)揮二者優(yōu)勢，進(jìn)一步減少作物對重金屬的吸收累積，從而擴(kuò)展重金屬排異品種的應(yīng)用范圍，提高其應(yīng)用的安全性。基于此，本發(fā)明將提供一種減少油菜鎘吸收的方法，將種植油菜鎘排異品種和土壤鈍化措施聯(lián)合應(yīng)用，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，為我國農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)提供新的解決方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種高效、經(jīng)濟(jì)、安全的減少油菜鎘吸收的方法。為實現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種減少油菜鎘吸收的方法，其特征在于:在鎘污染的菜地土壤中，施入生物質(zhì)碳，充分混勻；穩(wěn)定疒14天后，種植鎘排異油菜品種，從而可以顯著減少油菜鎘吸收，達(dá)到安全生產(chǎn)的目的，所述方法包括以下步驟:
1)制備生物質(zhì)碳:將玉米、大豆、棉花、小`麥、水稻生產(chǎn)和加工中所產(chǎn)生的廢棄物中的一種或幾種廢棄物，在炭化爐中經(jīng)30(T500 °C碳化后得到的固體產(chǎn)物，用粉碎機(jī)或球磨機(jī)粉碎,過Imm的篩網(wǎng)獲得；
2)生物質(zhì)碳施用:首先將污染菜地表層20厘米土層翻耕，將土塊打碎，將土面耙平，然后將生物質(zhì)碳按照每畝75(T2250 kg的用量均勻的撒施在土壤表層，同時施用底肥，底肥的用量為每畝40 kg N、30 kg P2O5及30 kg K20，最后將生物質(zhì)碳和底肥與表層20 cm土壤充分混勻，灌入重金屬含量合格的水，使田間水分經(jīng)常保持在65 75%田間最大持水量，平衡7 14天后，即可種植蔬菜；
3)鎘排異油菜品種種植:選用的鎘排異油菜品種商品名為華駿青梗菜，種植鎘排異油菜品種時，采用撒播方式播種，播種量為f 2 g/m2;油菜生長期間的追肥、灌溉管理以及植保措施和當(dāng)?shù)毓芾砟Ｊ较嗤?，生長30-50天后收獲油菜。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和效果:
O作用效果好。本發(fā)明的主要特征是聯(lián)合應(yīng)用了油菜鎘排異品種和對鎘污染有較強(qiáng)鈍化能力的生物質(zhì)碳；油菜鎘排異品種本身就具有低量累積鎘的特征，應(yīng)用在輕度鎘污染土壤上，可以顯著減少蔬菜鎘吸收，也降低了鎘經(jīng)膳食攝入威脅人體健康的風(fēng)險；在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明結(jié)合使用了對土壤重金屬污染有較強(qiáng)鈍化能力的生物質(zhì)碳材料，該材料疏松多孔，呈堿性或微堿性，比表面積大，穩(wěn)定性有機(jī)質(zhì)和螯合性官能團(tuán)豐富，對鎘吸附固定能力強(qiáng)；將二者結(jié)合起來，可以顯著降低土壤鎘的生物有效性，從而進(jìn)一步減少油菜對鎘的累積，并擴(kuò)大這種鎘排異品種的推廣應(yīng)用范圍。2)原料來源廣泛，成本低廉，對環(huán)境無不良影響。本發(fā)明所使用的鎘排異油菜品種華駿青梗菜由天津子豐種業(yè)有限公司生產(chǎn)，在市場上可以買到；本發(fā)明施用的生物質(zhì)碳取材于產(chǎn)量巨大的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物，來源十分廣泛，且生產(chǎn)過程僅需熱裂解碳化和粉碎，生產(chǎn)工藝簡單，成本較低，施用于土壤后，不僅可以顯著降低土壤污染物活性，還能改良土壤理化性狀，提高土壤肥力，同時減少了農(nóng)業(yè)廢棄物放置對環(huán)境的污染，可謂一舉數(shù)得。3)適用范圍廣。本發(fā)明提出的方法可以在大面積中、輕度污染的菜地土壤中使用，同時現(xiàn)場使用方法簡單，不存在二次污染，可以直接、快速、有效地降低我國菜地土壤鎘污染導(dǎo)致的蔬菜產(chǎn)品鎘蓄積，適合于大規(guī)模推廣應(yīng)用。


圖1為實施例中不同處理下土壤有效態(tài)Cd含量示意 圖2為實施例中不同處理下油菜可食部位鎘含量示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述，但并非是對本發(fā)明的限制，凡依照本發(fā)明公開內(nèi)容所作的任何本領(lǐng)域的等同替換，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。實施例:減少油菜鎘吸收的大田實驗
實驗地點設(shè)在天津市東麗區(qū)大畢莊鎮(zhèn)污灌 菜地，該菜地位于天津北排河污灌區(qū)，從上個世紀(jì)70年代以后長期使用城市生活污水和工業(yè)污水進(jìn)行灌溉，土壤和生產(chǎn)的蔬菜都受到重金屬污染。示范點土壤基本理化性質(zhì)如下:pH值7.8,陽離子交換容量CEC 17.5 cmol/kg，有機(jī)質(zhì)含量4.56%，總鎘含量平均值為2.8 mg/kg，總鉛含量平均值為117.2 mg/kg。根據(jù)土壤環(huán)境質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)，該菜地土壤為鎘中度污染土壤。實驗共設(shè)有4個鈍化處理，包括:(I)對照處理，不施用鈍化材料；(2)生物質(zhì)碳I處理，施用750 kg/畝生物質(zhì)碳；(3)生物質(zhì)碳II處理,施用1500 kg/畝生物質(zhì)碳；(4)生物質(zhì)碳III處理，施用2250 kg/畝生物質(zhì)碳。種植2個油菜品種，分別為傳統(tǒng)品種寒綠油菜和鎘排異品種華駿青梗菜。因此本實驗共有8個處理，每個處理設(shè)置3次重復(fù)，共有24個小區(qū)，每個小區(qū)面積為10m2。在種植油菜前，首先將污染菜地表層20厘米土層翻耕，將土塊打碎，將表層耙平，然后將生物質(zhì)碳按照每畝75(T2250 kg的用量均勻的撒施在土壤表層，同時施用底肥，底肥的用量為每畝40 kg N、30 kg P2O5及30 kg K2O,最后將生物質(zhì)碳和底肥與表層20 cm土壤充分混勻，用重金屬含量不超標(biāo)的井水進(jìn)行灌溉，使土壤經(jīng)常保持70%最大田間持水量，穩(wěn)定10天后，即可種植蔬菜。油菜種子直接撒播在土壤中，播種量為1.5 g/m2。根據(jù)土壤水分狀況，不定期采用井水灌溉，使土壤中含水量經(jīng)常保持在田間持水量的70%，并在蔬菜生長中期按25 kg/畝施用氮磷鉀復(fù)合肥，以促進(jìn)蔬菜生長。待生長35天后收獲油菜，采用硝酸-高氯酸法消解，原子吸收分光光度法測定油菜樣品中的Cd含量，采用DTPA浸提法提取測定土壤中有效態(tài)Cd的含量。不同鈍化處理對土壤有效態(tài)Cd含量的影響見圖1。由圖1可知，隨著生物質(zhì)碳施用量的提高，土壤有效態(tài)鎘含量逐步下降。對于傳統(tǒng)品種寒綠油菜，施用750、1500和2250kg/畝的生物質(zhì)碳可使土壤有效態(tài)鎘含量比對照處理分別降低18.1%、21.9%以及29.7% ;而對于鎘排異品種華駿青梗菜，施用相同劑量的生物質(zhì)碳可使土壤有效態(tài)鎘含量分別比對照降低10.8%、19.4%以及26.5%.總體上來看，種植兩個品種的小區(qū)中土壤有效態(tài)Cd含量差異較小，施用生物質(zhì)碳可以有效降低土壤鎘的生物有效性。圖2為鈍化處理對不同油菜品種可食部位鎘含量的影響。首先對比兩個品種地上部鎘含量可知，相同處理下鎘排異品種華駿青梗菜的地上部鎘累積比傳統(tǒng)品種寒綠油菜平均低43.6%，而且雖然在對照處理中華駿青梗菜鎘含量高于國家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)限值(葉菜類蔬菜:0.2 mg/kg)，但是在其他鈍化處理中，其鎘含量均低于該限值，表現(xiàn)出典型的鎘低量累積特征。其次，就降低油菜地上部鎘含量的效果來看，各鈍化處理的作用大小順序為:生物質(zhì)碳III >生物質(zhì)碳II >生物質(zhì)碳I。其中，對于傳統(tǒng)品種寒綠油菜，施用750、1500和2250kg/畝的生物質(zhì)碳分別可以使油菜地上部Cd含量比對照降低21.2%,24.4%以及33.2%，然而即使在生物質(zhì)碳最高用量處理中，寒綠油菜可食部位Cd含量仍略高于食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)限值，說明該品種不適合用于鎘中度污染菜地的安全生產(chǎn)。對于鎘排異品種華駿青梗菜，施用750、1500和2250 kg/畝的生物質(zhì)碳分別可以使油菜地上部Cd含量比對照降低33.2%、53.1%以及50.2%，鈍化效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)品種?？偟膩砜矗捎谑芑蛐涂刂?，無論在任何處理中，鎘排異品種華駿青梗菜地上部鎘累積都顯著低于傳統(tǒng)品種寒綠油菜，而添加生物質(zhì)碳后，華駿青梗菜的地上部鎘含量又大幅降低，顯著低于食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，不僅可以安全食用，還可有效減少人體鎘攝入。因此，施用生物質(zhì)碳可以有效鈍化土壤鎘污染，顯著降低土壤鎘的有效性，進(jìn)而阻抗鎘向油菜可食部位遷移、累積，從而提高油菜的食品衛(wèi)生質(zhì)量。
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根據(jù)上述說明，結(jié)合本領(lǐng)域技術(shù)可實現(xiàn)本發(fā)明的方案。
權(quán)利要求
1.一種減少油菜鎘吸收的方法，其特征在于在鎘污染的菜地土壤中，施入生物質(zhì)碳，充分混勻；穩(wěn)定疒14天后，種植鎘排異油菜品種，從而可以顯著減少油菜鎘吸收，達(dá)到安全生產(chǎn)的目的，所述方法包括以下步驟 1)制備生物質(zhì)碳將玉米、大豆、棉花、小麥、水稻生產(chǎn)和加工中所產(chǎn)生的廢棄物中的一種或幾種廢棄物，在炭化爐中經(jīng)30(T500 °C碳化后得到的固體產(chǎn)物，用粉碎機(jī)或球磨機(jī)粉碎,過Imm的篩網(wǎng)獲得； 2)生物質(zhì)碳施用首先將污染菜地表層20厘米土層翻耕，將土塊打碎，將土面耙平，然后將生物質(zhì)碳按照每畝75(T2250 kg的用量均勻的撒施在土壤表層，同時施用底肥，底肥的用量為每畝40 kg N、30 kg P2O5及30 kg K20，最后將生物質(zhì)碳和底肥與表層20 cm土壤充分混勻，灌入重金屬含量合格的水，使田間水分經(jīng)常保持在65 75%田間最大持水量，平衡7 14天后，即可種植蔬菜； 3)鎘排異油菜品種種植選用的鎘排異油菜品種商品名為華駿青梗菜，種植鎘排異油菜品種時，采用撒播方式播種，播種量為f 2 g/m2;油菜生長期間的追肥、灌溉管理以及植保措施和當(dāng)?shù)毓芾砟Ｊ较嗤?，生長30-50天后收獲油菜。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種減少油菜鎘吸收的方法，在中輕度鎘污染菜地中，施入生物質(zhì)碳，充分混勻；穩(wěn)定7~14天后，種植鎘排異油菜品種華駿青梗菜，從而可以顯著減少油菜鎘吸收，本發(fā)明聯(lián)合應(yīng)用了油菜鎘排異品種和對鎘污染有較強(qiáng)鈍化能力的生物質(zhì)碳，油菜鎘排異品種本身就具有低量累積鎘的特征；而生物質(zhì)碳可以通過物理化學(xué)吸附來顯著降低土壤有效態(tài)鎘的含量，同時改善土壤理化性狀，提高土壤肥力，將二者結(jié)合起來，可以顯著降低土壤鎘的生物有效性，從而進(jìn)一步減少油菜對鎘的累積，并擴(kuò)大這種鎘排異品種的推廣應(yīng)用范圍，本發(fā)明具有作用效果好、原料來源廣泛、成本低廉且適用范圍廣的優(yōu)點，且不會引起二次污染，具有良好的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號A01G1/00GK103250539SQ20131018154
公開日2013年8月21日 申請日期2013年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月16日
發(fā)明者王林, 徐應(yīng)明, 孫約兵, 梁學(xué)峰, 林大松, 孫揚(yáng), 秦旭 申請人:農(nóng)業(yè)部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測所