專利名稱：一種降低油菜鎘污染風(fēng)險(xiǎn)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及土壤重金屬污染的綜合治理技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種降低油菜鎘污染風(fēng)險(xiǎn)的方法。
背景技術(shù)：
隨著工農(nóng)業(yè)快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，土壤環(huán)境受到日益嚴(yán)重的重金屬污染，對(duì)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和人類健康產(chǎn)生極大危害。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)受Cd、As、Pb等重金屬污染的耕地面積近2000萬(wàn)公頃，約占總耕地面積的1/5 ;其中，工業(yè)“三廢”污染耕地1000萬(wàn)公頃，受污水灌溉污染的農(nóng)田面積330萬(wàn)公頃。我國(guó)每年因重金屬污染而減產(chǎn)糧食超過(guò)1000萬(wàn)噸，另外被重金屬污染的糧食每年也多達(dá)1200萬(wàn)噸，由此造成的經(jīng)濟(jì)損失合計(jì)至少為200億元。目前我國(guó)菜地重金屬污染狀況也日趨嚴(yán)重。有調(diào)查表明，我國(guó)菜地土壤Cd污染最為嚴(yán)重，Cd含量超標(biāo)率高達(dá)24.1%。天津市開展的菜地土壤重金屬含量狀況調(diào)查表明，市郊部分菜地土壤Cd和Hg污染嚴(yán)重。遼寧農(nóng)業(yè)環(huán)保監(jiān)測(cè)站調(diào)查表明，近3600 hm2的菜地土壤受到重金屬污染，各種蔬菜已受到不同程度的重金屬污染，蔬菜綜合超標(biāo)率為36.1%。上海市近年來(lái)開展的調(diào)查表明部分菜地土壤受到重金屬污染，主要污染元素為Cd和Hg。由此可見，菜地土壤的重金屬污染問(wèn)題已嚴(yán)重威脅到我國(guó)蔬菜安全生產(chǎn)，成為亟需解決的突出環(huán)境問(wèn)題。目前可用于治理土壤重金屬污染的技術(shù)很多，主要包括:I)物理修復(fù)技術(shù)，如客土法、電動(dòng)力法以及固化法；2)化學(xué)修復(fù)技術(shù)，如化學(xué)淋洗法、氧化還原法以及化學(xué)鈍化法；
3)生物修復(fù)技術(shù)，即利用某些植物、動(dòng)物、微生物來(lái)吸收、提取或固定土壤中的污染物，其中以植物提取修復(fù)技術(shù)研究較多。雖然近年來(lái)土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)研究獲得了飛速的發(fā)展，但是現(xiàn)有的重金屬污染修復(fù)技術(shù)也存在著局限性。例如，客土法、電動(dòng)力法、化學(xué)淋洗法成本較高，對(duì)土壤擾動(dòng)大，嚴(yán)重降`低土壤肥力，而且易造成二次污染，因此只適用于治理小范圍嚴(yán)重污染土壤以及處理突發(fā)污染事故。而植物提取修復(fù)技術(shù)雖然因其操作簡(jiǎn)便和環(huán)境友好而受到廣泛關(guān)注，但目前發(fā)現(xiàn)的修復(fù)用植物品種有限，且多數(shù)生物量低，生長(zhǎng)緩慢，適應(yīng)能力差，修復(fù)效率難以滿足實(shí)際應(yīng)用的需要?？傊壳坝糜谥卫硗寥乐亟饘傥廴镜膶?shí)用、可靠、成熟的技術(shù)較少，尋求高效、經(jīng)濟(jì)、安全的土壤重金屬污染治理技術(shù)已成為擺在人們面前的重要課題之一。農(nóng)作物累積重金屬的能力在品種間存在較大差異，為綜合治理土壤重金屬污染以及有效降低作物受重金屬污染的風(fēng)險(xiǎn)提供了新的思路。目前對(duì)小麥、水稻、大豆、馬鈴薯、蕹菜、菜心以及番茄多種大田作物和蔬菜的研究發(fā)現(xiàn)，農(nóng)作物累積重金屬能力的差異不僅體現(xiàn)在種間差異上，而且在同一種內(nèi)的不同品種間也有明顯差異。有學(xué)者對(duì)多種葉菜類蔬菜種間和種內(nèi)鎘吸收的差異研究發(fā)現(xiàn)，鎘積累的品種間差異甚至大于種間差異?；谶@一發(fā)現(xiàn)，一些對(duì)重金屬累積能力較低的品種，即重金屬排異品種被篩選出來(lái)，這些排異品種在中輕度污染土壤上種植時(shí)可食部位的重金屬含量低于相關(guān)食品安全標(biāo)準(zhǔn)的最大限值，從而可以有效降低作物受重金屬污染的風(fēng)險(xiǎn)，保證農(nóng)產(chǎn)品的安全生產(chǎn)。近年來(lái)，科學(xué)家成功培育和應(yīng)用了多個(gè)Cd排異作物品種。加拿大、美國(guó)以及澳大利亞等國(guó)的科研人員分別成功選育和推廣了硬粒小麥、向日葵以及馬鈴薯的鎘排異品種，有效降低了這些作物受重金屬鎘污染的風(fēng)險(xiǎn)。然而，重金屬排異品種的應(yīng)用會(huì)受到土壤重金屬污染水平的嚴(yán)格限制。對(duì)于許多易于累積重金屬的蔬菜而言，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(xiǎn)較大而無(wú)法種植、推廣。有學(xué)者指出，在排異品種栽培時(shí)輔以合理的化學(xué)或農(nóng)藝學(xué)調(diào)控措施，通過(guò)與重金屬元素直接作用或改變土壤理化性質(zhì)，從而降低重金屬在土壤中的移動(dòng)性和生物有效性，進(jìn)一步減少作物可食部位重金屬含量，將是一種比單獨(dú)應(yīng)用排異品種更為有效的途徑。鈍化措施是目前常用的一種降低土壤重金屬活性的調(diào)控措施，它主要是通過(guò)添加鈍化材料來(lái)改變土壤重金屬賦存形態(tài)，進(jìn)而降低重金屬的生物有效性，以減少作物重金屬吸收。粘土礦物是目前較為常用的一種鈍化材料，它用于鈍化調(diào)控具有原位、廉價(jià)、易操作、有效期長(zhǎng)、對(duì)土壤理化性質(zhì)和質(zhì)地?zé)o影響的優(yōu)點(diǎn)，并且作為土壤的主要組分之一，它可以增強(qiáng)土壤的自凈能力，改善土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)。此外，我國(guó)粘土礦物資源具有品種豐富、分布廣泛、儲(chǔ)量巨大、價(jià)格低廉的優(yōu)勢(shì)，將其用于重金屬污染土壤的鈍化修復(fù)，不僅可以為污染環(huán)境治理提供一條有效的途徑，也有利于粘土礦物資源的綜合利用。常用于重金屬污染土壤鈍化修復(fù)的天然粘土礦物有:沸石、蒙脫石、高嶺石、凹凸棒石、海泡石和蛭石，其中，以沸石、海泡石、蒙脫石的鈍化修復(fù)效果較好。油菜是大眾化速生綠葉蔬菜，在我國(guó)蔬菜周年供應(yīng)中起著重要作用。然而，作為一種十字花科蕓薹屬植物，油菜體內(nèi)極易累積Cd，屬于Cd富集植物。近年來(lái)雖然有研究表明，油菜不同基因型對(duì)重金屬Cd的耐性和積累能力存在顯著差異，但是關(guān)于篩選油菜Cd排異品種的研究少有報(bào)道；而對(duì)于油菜大量富集Cd的特性，現(xiàn)有技術(shù)也沒(méi)有給出有效降低其鎘污染風(fēng)險(xiǎn)的土壤鈍化劑，更沒(méi)有給出適合調(diào)控鎘排異油菜品種安全生產(chǎn)的鈍化劑。因此，提供一種降低油菜鎘污染風(fēng)險(xiǎn)的方法，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，有效減少油菜的Cd吸收，是本技術(shù)領(lǐng)域中一個(gè)亟待 解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種高效、經(jīng)濟(jì)、安全的降低油菜鎘污染風(fēng)險(xiǎn)的方法。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種降低油菜鎘污染風(fēng)險(xiǎn)的方法，其特征在于:在鎘污染的菜地土壤中，施入粘土礦物和有機(jī)肥，充分混勻；穩(wěn)定10 30天后，種植鎘排異油菜品種，從而可以顯著降低油菜可食部位鎘含量，達(dá)到安全生產(chǎn)的目的，所述方法包括以下步驟:
1)選用粘土礦物:粘土礦物選用海泡石或蒙脫石，要求形態(tài)為10(Γ200目礦粉，產(chǎn)地不限，施用量為廣4 kg/m2 ；
2)選用有機(jī)肥:有機(jī)肥選用雞糞，可以由養(yǎng)雞場(chǎng)提供并經(jīng)過(guò)腐熟處理，或直接在市場(chǎng)上購(gòu)買成品肥料，施用量為f 4 kg/m2 ；
3 )鈍化材料施用方法:在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)，可先將粘土礦物和有機(jī)肥撒施于土壤表層，然后用農(nóng)業(yè)機(jī)械或人工將(Γ20 cm污染土層翻耕，并將土塊打碎，和鈍化材料混勻，田間水分經(jīng)常保持在65 75%田間最大持水量，平衡10 30天后，即可種植蔬菜；4)鎘排異油菜品種種植:選用的鎘排異油菜品種商品名為華綠二號(hào)，種植鎘排異油菜品種時(shí)，采用撒播方式播種，播種量為f 2 g/m2;并根據(jù)土壤肥力狀況施用2(T30 kg/畝氮磷鉀復(fù)合肥料；同時(shí)根據(jù)土壤水分狀況采用無(wú)重金屬污染的水澆灌，使土壤經(jīng)常保持70%田間持水量；生長(zhǎng)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(diǎn)和效果:
I)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(duì)鎘污染有較強(qiáng)鈍化能力的土壤鈍化劑；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，可以顯著降低蔬菜鎘污染風(fēng)險(xiǎn)，也降低了鎘經(jīng)膳食攝入威脅人體健康的風(fēng)險(xiǎn)；在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明給出了能夠降低該排異品種鎘吸收的專用土壤鈍化劑，其中粘土礦物海泡石或蒙脫石具有較強(qiáng)的表面吸附和離子交換能力，可以有效吸附或置換土壤中的活性鎘成分，同時(shí)提高土壤自凈能力；有機(jī)肥雞糞含有豐富的有機(jī)大分子活性物質(zhì)，可以大量絡(luò)合土壤中活性鎘離子，同時(shí)有效改善土壤肥力；將二者結(jié)合起來(lái)，可以顯著降低土壤鎘的遷移性和生物有效性，從而進(jìn)一步減少了油菜對(duì)鎘的累積，并擴(kuò)大了該鎘排異油菜品種的推廣應(yīng)用范圍。2)原料來(lái)源廣泛，成本低廉。本發(fā)明所使用的鎘排異油菜品種華綠二號(hào)由河北定興縣蔬菜種子有限責(zé)任公司生產(chǎn)，在市場(chǎng)上可以買到；海泡石和蒙脫石在我國(guó)儲(chǔ)量巨大，在河北、湖南、江西、江蘇等省均有廣泛分布，價(jià)格較低，且在本發(fā)明中所用的海泡石或蒙脫石不需要改性措施處理，原礦粉即可，不限產(chǎn)地；而雞糞則直接使用腐熟的肥料或成品有機(jī)月巴，來(lái)源充足，價(jià)格低廉。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(shí)現(xiàn)場(chǎng)使用方法簡(jiǎn)單，不存在二次污染，可以直接、快速、有效地降低我國(guó)菜地土壤鎘污染導(dǎo)致的食品安全風(fēng)險(xiǎn)，適合于大規(guī)模推廣應(yīng)用。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例中不同處理下土壤有效態(tài)Cd含量示意 圖2為本發(fā)明實(shí)施例中不同處理下油菜可食部位鎘含量示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述，但并非是對(duì)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(shí)施例:降低油菜鎘污染風(fēng)險(xiǎn)的大田實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)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(gè)世紀(jì)70年代以后長(zhǎng)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(diǎn)土壤基本理化性質(zhì)如下:pH值7.8,陽(yáng)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，該菜地土壤為鎘中度污染土壤。實(shí)驗(yàn)共設(shè)有6個(gè)鈍化處理，包括:(I)對(duì)照處理，不施用鈍化材料；(2 )海泡石單一處理，施用2.25 kg/m 2海泡石；(3)蒙脫石單一處理，施用2.25 kg/m2蒙脫石；(4)有機(jī)肥單一處理，施用2.25 kg/m2雞糞；(4)海泡石與雞糞復(fù)合處理，施用1.13 kg/m2海泡石，配施1.13 kg/m2雞糞；(5)蒙脫石與雞糞復(fù)合處理，施用1.13 kg/m2蒙脫石，配施1.13 kg/m2雞糞。種植2個(gè)油菜品種，分別為傳統(tǒng)品種上海四月慢和鎘排異品種華綠二號(hào)。因此本實(shí)驗(yàn)共有12個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)置3次重復(fù)，共有36個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積為10m2。在種植油菜前，先將鈍化材料均勻撒施到土壤表層，然后再用人力將土壤表層(T20cm 土層翻耕，并將土塊打碎，通過(guò)耙地將其和鈍化材料混勻，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15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(zhǎng)中期按25 kg/畝施用氮磷鉀復(fù)合月巴，以促進(jìn)蔬菜生長(zhǎng)。待生長(zhǎng)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(cè)定油菜樣品中的Cd含量，采用DTPA浸提法提取測(cè)定土壤中有效態(tài)Cd的含量。不同鈍化處理對(duì)土壤有效態(tài)Cd含量的影響見圖1。由圖1可知，土壤添加粘土礦物海泡石和蒙脫石、有機(jī)肥雞糞及二者的復(fù)配材料均能降低土壤有效態(tài)鎘的含量，而且粘土礦物和有機(jī)肥復(fù)合處理的效果明顯優(yōu)于二者單一處理。對(duì)于種植傳統(tǒng)品種上海四月慢的小區(qū)，施用海泡石或蒙脫石可以使土壤有效態(tài)Cd含量比對(duì)照分別降低12.0%和11.6%，而施用雞糞可以使有效態(tài)Cd含量降低30.9%，且達(dá)到顯著水平(產(chǎn)< 0.05);與此相比，在總劑量相同的粘土礦物和有機(jī)肥復(fù)合處理中，土壤有效態(tài)Cd含量分別比對(duì)照減少37.0%和34.1%，且達(dá)到顯著水平Gd < 0.05)。在種植鎘排異品種華綠二號(hào)的小區(qū)，施用海泡石、蒙脫石以及雞糞的單一處理分別可以使土壤有效態(tài)Cd含量比對(duì)照降低10.2%、13.3%以及17.8% ;而在總劑量相同的粘土礦物和有機(jī)肥復(fù)合處理中，土壤有效態(tài)Cd含量分別比對(duì)照減少28.4%和32.3%，且達(dá)到顯著水平(產(chǎn)< 0.05)?？傮w上來(lái)看，種植兩個(gè)品種的土壤中有效態(tài)Cd含量差異較小，而粘土礦物和雞糞的復(fù)配處理能顯著降低土壤鎘的有效性，且效果優(yōu)于粘土礦物或雞糞單一處理。圖2為鈍化處理對(duì)不同油菜品種可食部位鎘含量的影響。首先對(duì)比兩個(gè)品種地上部鎘含量可知，相同處 在對(duì)照處理中華綠二號(hào)鎘含量高于國(guó)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(lái)看，各鈍化處理的作用大小順序?yàn)?粘土礦物與雞糞復(fù)配處理 > 粘土礦物或雞糞單一處理。其中，對(duì)于傳統(tǒng)品種上海四月慢，施用海泡石、蒙脫石以及雞糞的單一處理分別可以使油菜地上部Cd含量比對(duì)照降低24.8%、
4.3%以及24.2% ;而在總劑量相同的粘土礦物和有機(jī)肥復(fù)合處理中，油菜莖葉Cd含量分別比對(duì)照減少46.5%和50.5%，且達(dá)到顯著水平0° < 0.05)，而且這兩個(gè)處理下油菜可食部位Cd含量低于食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)限值。對(duì)于鎘排異品種華綠二號(hào)，施用海泡石、蒙脫石、雞糞的單一處理以及粘土礦物和雞糞的復(fù)配處理分別可以使油菜地上部Cd含量比對(duì)照降低54.9%、52.4%,55.4%,66.7% 和 66.2%,，且均達(dá)到顯著水平(P < 0.05)。總的來(lái)看，由于受基因型控制，無(wú)論在任何處理中，鎘排異品種華綠二號(hào)地上部鎘累積都顯著低于傳統(tǒng)品種上海四月慢，而添加鈍化材料特別是粘土礦物和有機(jī)肥的復(fù)配材料后，華綠二號(hào)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，粘土礦物海泡石或蒙脫石與有機(jī)肥雞糞配合使用可以有效鈍化土壤鎘污染，顯著降低土壤鎘的有效性，進(jìn)而抑制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，降低其鎘污染風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)上述說(shuō)明， 結(jié)合本領(lǐng)域技術(shù)可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方案。
權(quán)利要求
1.一種降低油菜鎘污染風(fēng)險(xiǎn)的方法，其特征在于:在鎘污染的菜地土壤中，施入粘土礦物和有機(jī)肥，充分混勻；穩(wěn)定10 30天后，種植鎘排異油菜品種，從而可以顯著降低油菜可食部位鎘含量，達(dá)到安全生產(chǎn)的目的，所述方法包括以下步驟:. 1)選用粘土礦物:粘土礦物選用海泡石或蒙脫石，要求形態(tài)為10(Γ200目礦粉，產(chǎn)地不限，施用量為廣4 kg/m2 ；. 2)選用有機(jī)肥:有機(jī)肥選用雞糞，可以由養(yǎng)雞場(chǎng)提供并經(jīng)過(guò)腐熟處理，或直接在市場(chǎng)上購(gòu)買成品肥料，施用量為f 4 kg/m2 ；. 3 )鈍化材料施用方法:在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)，可先將粘土礦物和有機(jī)肥撒施于土壤表層，然后用農(nóng)業(yè)機(jī)械或人工將(Γ20 cm污染土層翻耕，并將土塊打碎，和鈍化材料混勻，田間水分經(jīng)常保持在65 75%田間最大持水量，平衡10 30天后，即可種植蔬菜； . 4)鎘排異油菜品種種植:選用的鎘排異油菜品種商品名為華綠二號(hào)，種植鎘排異油菜品種時(shí)，采用撒播方式播種，播種量為f 2 g/m2;并根據(jù)土壤肥力狀況施用2(T30 kg/畝氮磷鉀復(fù)合肥料；同時(shí)根據(jù)土壤水分狀況采用無(wú)重金屬污染的水澆灌，使土壤經(jīng)常保持70%田間持水量；生長(zhǎng)30-50天后收獲油菜。
全文摘要
本發(fā)明提供一種降低油菜鎘污染風(fēng)險(xiǎn)的方法，在中輕度鎘污染菜地中，施入粘土礦物海泡石或蒙脫石以及有機(jī)肥雞糞，充分混勻；穩(wěn)定10~30天后，種植鎘排異油菜品種華綠二號(hào)，從而可以顯著降低油菜鎘污染風(fēng)險(xiǎn)，本發(fā)明聯(lián)合應(yīng)用了油菜鎘排異品種和對(duì)鎘污染有較強(qiáng)鈍化能力的土壤鈍化劑，油菜鎘排異品種本身就具有低量累積鎘的特征；而粘土礦物和有機(jī)肥可以通過(guò)吸附、離子交換以及絡(luò)合反應(yīng)來(lái)顯著降低土壤有效態(tài)鎘的含量，同時(shí)提高土壤自凈能力，改善土壤肥力狀況，將二者結(jié)合起來(lái)，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(duì)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(lái)源廣泛、成本低廉且適用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C09K17/04GK103238440SQ20131018170
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)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(qǐng)人:農(nóng)業(yè)部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測(cè)所