一种施加凹土材料修复耕地镉污染的方法技术

本发明专利技术公开了一种施加凹土材料修复耕地镉污染的方法，属于耕地镉污染治理技术领域。其步骤为：(1)筛选出镉污染耕地；(2)测定所选镉污染耕地的土壤污染深度、酸碱度、阳离子交换量等，计算待修复耕地的土方量及准备施加凹土材料的用量；(3)对所选用于修复试验的镉污染耕地进行耕种，分别依照时序播种水稻、小麦，在水稻播种前、水稻出穗前、小麦播种前施加凹土材料，每次都均匀播撒，并留出空白耕地进行试验效果对比；其凹土材料，其pH值大于7.5、粒径80目以下，自身Cd含量小于0.15mg/kg及凹土CEC大于250mmol/kg。本发明专利技术具有成本低廉、操作简单、见效快、实用性强等优点；特别是能够解决在实际农田中的Cd污染土壤的修复问题。

【技术实现步骤摘要】
一种施加凹土材料修复耕地镉污染的方法
本专利技术涉及耕地镉污染治理技术，特别涉及到一种施加凹土材料修复耕地镉污染的方法，通过施加凹土材料材料调控水稻、小麦籽粒吸收耕地土壤镉的实用钝化技术，尤其对于大田修复镉污染，包括具体试验工艺与大田试验结果，对于当前我国防治耕地镉等重金属污染有重大帮助。
技术介绍
我国耕地土壤重金属污染形势严峻，以Cd污染危害最为明显，目前急缺实用的Cd等重金属污染耕地防治技术。2014年4月，环境保护部和国土资源部联合发布的《全国土壤污染状况调查公报》显示，目前全国耕地土壤中重金属污染超标率(点位)占19.4％，其中又以Cd的超标率最高，为7.0％，意味着我国现有耕地资源中存在大量的Cd污染土壤急需修复与治理。治理土壤污染，必须依赖成熟的技术，而研发相对低成本的Cd污染耕地修复技术尤其有必要。由于重金属污染具有隐蔽性、滞后性、累积性和不可逆转性等特点，因此，研发治理土壤重金属污染的实用技术周期较长、且难以短期寻找到治理土壤重金属的林丹妙药，对耕地污染修复技术的研发又因为涉及到农时、气候、二次污染、成本、可操作性等因素限制，其难度相对更高、需求也愈切。任何一项修复技术的研发，都需要一定的应用前景，成熟的Cd污染耕地修复技术与方法是目前国内耕地污染治理最有需求或最具有应用前景的技术之一。针对农田土壤重金属污染修复的技术方法研究，其基本思路或基础原理包括降低土壤中重金属的总量或者改变重金属在土壤中的存在形态，降低在土壤中的移动性和生物有效性，进而降低农产品中重金属的含量等两个方面。前者以物理工程措施和植物修复为代表，后者以原位钝化修复技术与微生物修复为代表。工程措施虽然效果彻底、稳定，但是工程量大、成本高、表层易耕作土壤剥离引起肥力下降，从而造成耕地部分功能的极大丧失。植物修复成本低廉、可以净化美化环境，是一种环保的修复方法，但是植物对重金属的耐性有效，只适用于中等污染程度土壤，一种植物一般只能修复某一种重金属污染的土壤。超积累植物虽然对重金属耐性强，但是通常比较矮小，生长缓慢，生物量小，其修复周期长、效率低和植物后续处置困难等，目前污染农田的植物修复还处于田间试验与示范阶段，尚未做到大规模推广。微生物对生长环境要求严格，实验室筛选成功的菌种往往在野外大田中无法生存，修复效率降低。原位钝化修复技术成本较低、操作简单、修复快速，对大面积中低度污染土壤具有较好的优越性，能更好地满足当前污染农田土壤修复以及保障农产品安全产出的迫切要求。重金属污染土壤修复中，利用黏土矿物钝化土壤中重金属活性，降低重金属生物有效性，从而减少农作物吸收，是一种比较有效的修复技术，前人也做过大量研究。凹凸棒粘土作为黏土矿物中的一种，是一种富含水的链层状镁铝硅酸盐矿物，其结构式为(Mg,Al,Fe)5Si8O20(HO)2(OH2)44H2O。其晶体呈棒状、纤维状，层内贯穿孔道，外表面凹凸相间，内外比表面积较大，同时表面带有多余的正负电荷和特殊的表面电荷分布，因此表现出良好的吸附性、离子交换性、流变性、催化性和可塑性等。可利用凹凸棒石的吸附能力，与土壤中的Cd发生离子交换作用，将其固定在土壤中，防止其在土壤中迁移进入植物体内。同时施加凹凸棒石后可改善土壤结构，提高土壤养分，从而促进农作物生长，发展可持续性的生态农业。凹凸棒石材料或凹土的加入，使得PAA-atta复合保水剂比单纯PAA保水剂能更有效地促进0.25-0.50mm团粒结构的形成，保持土壤通透性，吸水保水性能，土壤pH值稳定时间更长。凹凸棒石改良剂能有效地减少重金属离子对烤烟的毒害，促进烤烟的生长。范迪富等在芦蒿地中添加低量凹凸棒石后根际土的pH值提高一个单位，芦蒿中Cd含量降低46％。凹凸棒石在减弱农作物吸收Cd方面具有突出效果，前人也有相关报道。除此之外，凹凸棒石已经应用于石油、化工、建材、造纸、医药、农业、印刷和生活用品等领域。我省盱眙县拥有丰富的凹凸棒石矿产资源，据保守测算，盱眙的凹凸棒石粘土资源储量在1亿吨以上，具有储量大，种类丰富、价格低廉、环境友好(不含Cd、Hg等重金属)等优势，利用凹凸棒石原位修复Cd污染土壤，尤其是工业、农业生产活动所造成的面源污染具有天然的资源优势。通过我国最近10多年防治土壤重金属污染的研究与实践经历来看，有两个趋向十分明显。一是防治土壤重金属污染的市场潜力很大，但成熟技术不多，对农用地重金属防治而言急缺有影响的工程示范；二是防治土壤重金属污染的实用材料很缺，国外生产修复材料的商家不少、尽管利用了国内的廉价非金属等矿产资源，但销售价格偏离国内市场需求实情，也不足以作为国内今后一个时期农用地重金属污染防治的优质材料支撑。盱眙出产的凹土(或凹凸棒石)作为一种地域优势明显的粘土矿物资源，可为获取适宜的修复材料提供物质基础。为了克服植物修复周期长、效率低等技术不足，基于减弱重金属生物有效性的钝化修复技术专利凸显其优势。中国专利技术专利申请号：200510002116.X，专利技术专利名称“重金属污染土壤原位修复剂”，由钠基膨润土、海泡石、凹凸棒石、粉煤灰及微生物菌根按照一定比例混合而成的修复剂，成本低廉，可使植株中Cd降低50％左右。中国专利技术专利申请号：201110370756.1，专利技术专利名称“蔬菜地土壤重金属Cd钝化剂及其应用”中，由石英、碱性长石、磷灰石、凹凸棒石等组成的天然矿物粉与玉米、小麦、水稻秸秆组成的钝化剂，按照0.02％wt比例施加于Cd污染菜园土壤中，可以显著降低土壤中交换态Cd含量。上述两个专利所用原材料比较多，配比复杂，同时发现凹凸棒石普遍用于钝化材料的制备中，因此，单独使用凹凸棒石修复Cd污染土壤成为研究的热点。中国专利技术专利申请号：200910232564.7，专利名称“重金属污染土壤的凹凸棒原位修复技术”，采用盆栽试验，温室条件下，将凹凸棒土直接添加到重金属污染土壤中，充分混匀，比例≤8％wt，种植黑麦草，植株中Cd降低效率为20.9％-38.5％。上述专利试验是在室温条件下完成，采用的受试作物非农作物，因此不能很好地反映凹土材料在实际农田中的修复效果。总体而言，目前有关Cd污染土壤的修复技术专利及前人研究多局限在室内模拟试验层次，用于实地调控试验与观测的成熟技术案例甚少。
技术实现思路
1.专利技术要解决的技术问题本专利技术针对耕地Cd污染防治问题，具体就是针对农田土壤Cd含量达到污染程度(土壤Cd达到中等以上污染)、稻米Cd含量超过国家限定标准，但又不能放弃稻米生产而研发的保障水稻生产安全(确保米中Cd绝大部分符合国家食品标准)的技术问题，本专利技术提供一种施加凹土材料修复耕地镉污染的方法，属于土壤重金属污染原位钝化修复技术之一，具有成本低廉、操作简单、见效快、实用性强等优点；特别是能够解决在实际农田中的Cd污染土壤的修复问题。2.技术方案本专利技术的基本原理：农作物吸收土壤Cd受耕地土壤Cd含量、酸碱度(pH)等物理化学条件控制，尤其受土壤的Cd等生物有效态含量控制。在不改变土壤Cd总量的前提下，通过施加粘土矿物等钝化剂或固定材料，调节耕地土壤的根际化学反应条件(改变其酸碱度、氧化还原状态等)，降低土壤重金属活性，增强土壤吸附或固定重金属的能力，从而降低粮食籽粒(水稻或小麦)Cd含量、保障粮食品质安全。凹凸棒石粘本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种施加凹土材料修复耕地镉污染的方法，其步骤为：(1)筛选出一块镉污染耕地：筛选出一块镉污染耕地、用于大田修复，所选耕地的土壤Cd含量全部大于1.0mg/kg、稻米Cd含量全部大于0.2mg/kg、小麦Cd含量全部大于0.5mg/kg，并选择近期持续耕种且一年稻麦两熟的污染耕地；(2)测定所选镉污染耕地的土壤污染深度、酸碱度、阳离子交换量，计算待修复耕地的土方量及准备施加凹土材料的用量；(3)按照正常耕种程序与方式，对所选用于修复试验的镉污染耕地进行耕种，分别依照时序播种水稻、小麦，在水稻播种前、水稻出穗前、小麦播种前施加凹土材料，每次都均匀播撒，并留出空白耕地进行试验效果对比。

【技术特征摘要】
1.一种施加凹土材料修复耕地镉污染的方法，其步骤为：（1）筛选出一块镉污染耕地：筛选出一块镉污染耕地、用于大田修复，所选耕地的土壤Cd含量全部大于1.0mg/kg、稻米Cd含量全部大于0.2mg/kg、小麦Cd含量全部大于0.5mg/kg，并选择近期持续耕种且一年稻麦两熟的污染耕地；（2）测定所选镉污染耕地的土壤污染深度、酸碱度、阳离子交换量，计算待修复耕地的土方量及准备施加凹土材料的用量；（3）按照正常耕种程序与方式，对所选用于修复试验的镉污染耕地进行耕种，分别依照时序播种水稻、小麦，在水稻播种前、水稻出穗前、小麦播种前施加凹土材料，每次都均匀播撒，并留出空白耕地进行试验效果对比；所述步骤（3）中凹土材料，其pH值大于7.5、粒径80目以下，自身Cd含量小于0.15mg/kg及凹土CEC大于250mmol/kg；所述步骤（3）中，施加凹土材料量为1.0kg/m2—2.5kg/m2。2.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖启林，朱伯万，任静华，金洋，华明，常青，
申请(专利权)人：江苏省地质调查研究院，
类型：发明
国别省市：江苏;32