基于人工通气组织的砷污染稻田安全利用方法技术

本发明专利技术公开了一种基于人工通气组织的砷污染稻田安全利用方法，所述人工通气组织包括若干透气管，所述透气管允许氧气透过而不允许水透过，将透气管埋入稻田淹水土壤中，向透气管内持续通入空气或者氧气，从而提高淹水环境土壤的氧化还原电位、降低铁砷还原菌的活性、增加铁砷的氧化，从而促进溶解态砷在土壤固态中的吸附固定，降低水稻对砷的吸收和稻米中砷的积累，实现砷污染稻田的安全利用。本发明专利技术通过人工通气组织向淹水稻田土壤中加入氧气，运行成本低，能够低成本、高效、可持续地固定砷，降低稻米砷积累。降低稻米砷积累。降低稻米砷积累。

【技术实现步骤摘要】
基于人工通气组织的砷污染稻田安全利用方法


[0001]本专利技术属于土地污染治理和污染土壤安全利用
，具体涉及一种基于人工通气组织的砷污染稻田安全利用方法。

技术介绍

[0002]砷(Arsenic)是一种全球性的环境污染物，也是对人类毒性最大的重金属之一。环境中常见砷形态包括亚砷酸盐As(III)、砷酸盐As(V)、一甲基砷(MMA)和二甲基砷(DMA)。其中，As(III)是毒性和移动性最大的砷形态，经常在淹水土壤或沉积物中被检测到。在这些土壤中，异化砷或铁(Iron)还原微生物异常活跃，直接促进As(V)还原为As(III)，导致可溶性As(III)大量增加。水稻是唯一一种需要间歇性淹水的粮食作物，即使在未受砷污染的水稻土中，砷的生物利用性也非常高。此外，水稻对砷的吸收和转运效率极高，水稻籽粒中往往积累大量的砷，比其他谷物高10倍以上。稻米是全世界一半以上人类的口粮，稻米食物链对人类的砷暴露构成了重大威胁。因此，减少稻米中的砷积累是缓解人类砷暴露的关键举措。
[0003]目前，多种方法已被开发用于修复稻田土壤砷污染，但土壤砷污染的可持续修复仍然面临挑战。砷钝化剂(如铁矿物、硝酸盐、钛石膏、生物炭等)经常被用于土壤砷污染的稳定化修复，但钝化剂只能暂时降低砷的生物可利用性。加之较高的成本和对土壤生物的潜在危害，砷钝化剂在田间的长期使用受限。化学淋洗法和超积累植物修复是两种很有前途的方法，因为它们可以永久去除土壤砷污染，但这两种方法在实施过程中均会移除土壤营养物质；相比之下，植物修复更有前景，因为它对土壤质量的影响比化学淋洗小的多。然而，植物修复实施过程中会与水稻争夺空间、光照和养分，并需要额外处理大量的高砷废弃物，因此很难说服农民在田间广泛使用。
[0004]除了向水稻土中添加钝化剂如铁矿物外，铁矿物热区也可以在土壤中自然形成。并且，铁矿物热点往往也是砷分布热点，因为铁矿物会对砷进行专性吸附。例如，在水稻根表面往往有砖红色的铁氧化物形成，称为根表铁膜。水稻通气组织能将空气中的氧气运输至根部，根系泌氧驱动根表铁膜形成。然而，新形成的致密铁氧化物层会阻碍氧气的进一步分泌。因此，水稻根表铁膜往往只有几毫米厚，其对砷的固定效率有限。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对上述问题提供一种基于人工通气组织的砷污染稻田安全利用方法，该方法也是一种绿色、低成本、高效的砷稳定化修复方法，不仅不影响土壤质量，而且不影响水稻的正常生产。
[0006]为实现本专利技术的目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种基于人工通气组织的砷污染稻田安全利用方法，所述人工通气组织包括若干透气管，所述透气管允许氧气透过而不允许水透过，将透气管埋入稻田淹水土壤中，向透气管内持续通入空气或者氧气。
[0008]在上述技术方案中，通过通入空气或者氧气，氧气透过透气管进入土壤环境中，从而提高稻田土壤的氧化还原电位，促进溶解性高的As(III)氧化为溶解性低的As(V)，降低铁砷还原菌的活性，抑制高价砷被还原为溶解态砷，形成的铁氧化物吸附固定溶解态砷，从而减少稻田土壤中砷的生物可利用性，降低稻米砷吸收和积累。
[0009]在上述技术方案中，所述砷污染稻田包括砷污染超标稻田和砷污染未超标但砷生物可利用性高的稻田，砷污染未超标但砷生物可利用性高的稻田会导致种植在其中的水稻吸收、积累砷，导致稻米中砷超标，引起食品安全问题；
[0010]在水稻整个生育期内向透气管内持续通入空气或者氧气，或者，持续通气至土壤中溶解态砷含量基本恒定或者达到设定目标以内。
[0011]在上述技术方案中，所述人工通气组织的工作条件为透气管内气压20
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500kPa，优选20
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400kPa或20
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300kPa或20
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200kPa或20
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100kPa或20
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80kPa或20
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60kPa或20
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40kPa或20
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30kPa或20
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28kPa或22
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26kPa。
[0012]在上述技术方案中，所述透气管埋入土壤中的深度为5
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15cm，
[0013]透气管的内径为1
‑
20mm，壁厚为0.5
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2.5mm，
[0014]透气管在土壤中的铺设密度为0.1
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0.5m2管/m2土壤，
[0015]透气管为硅胶管，通气过程中透气管的末端封闭。
[0016]优选地，透气管埋入土壤中的深度为7
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13cm或7
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11cm或7
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9cm；
[0017]透气管的内径为1
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15mm或1
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10mm或1
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8mm或1
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5mm或2
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5mm或2
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4mm，壁厚为0.5
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2.5mm或0.5
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2.0mm或0.5
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1.5mm或0.8
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1.2mm；
[0018]透气管在土壤中的铺设密度为0.1
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0.4m2管/m2土壤，优选0.1
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0.3或0.15
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0.25m2管/m2土壤。
[0019]优选地，在上述技术方案中，在稻田每一行水稻植株的正下方或者一侧铺设一根透气管。
[0020]在上述技术方案中，所述人工通气组织还包括气体输送泵、供电单元，所述供电单元与所述气体输送泵电连接为气体输送泵的工作提供电能，气体输送泵的出气口连接透气管，气体输送泵用于向透气管中输入空气或氧气，气体输送泵的进气口的气源来自环境空气或者氧气瓶。
[0021]优选地，所述气体输送泵采用增氧泵或空气压缩泵；
[0022]所述供电单元包括太阳能电池板和蓄电池，所述太阳能电池板连接所述蓄电池为蓄电池充电，蓄电池与所述增氧泵电连接为增氧泵提供电能，增氧泵的出口连接透气管；
[0023]透气管的末端设置阀门，优选所述阀门为三通阀，输气时阀门关闭。
[0024]优选地，所述若干透气管相互平行设置，透气管之间通过连接管串联或并联，沿着稻田中的水稻植株行布置与水稻植株行平行；
[0025]透气管串联时，透气管最末端设置阀门；透气管并联时，每根并联的透气管的末端设置阀门。
[0026]术语定义：透气管在土壤中的铺设密度是指透气管的外表面积与土壤地块的总表面积的比值。
[0027]本专利技术方法的作用机理是：
[0028]将人工通气组织置于淹水土壤后，人工通气组织诱导的非生物或生物过程将参与
土壤砷固定。首先，人工通气组织通入的氧气提高了淹水土壤的氧化还原电位，由于铁砷还原菌仅在还原条件下比较活跃，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于人工通气组织的砷污染稻田安全利用方法，其特征在于：所述人工通气组织包括若干透气管，所述透气管允许氧气透过而不允许水透过，将透气管埋入稻田淹水土壤中，向透气管内持续通入空气或者氧气。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：通过通入空气或者氧气，氧气透过透气管进入土壤环境中，从而提高稻田土壤的氧化还原电位，促进溶解性高的As(III)氧化为溶解性低的As(V)，降低铁砷还原菌的活性，抑制高价砷被还原为溶解态砷，形成的铁氧化物吸附固定溶解态砷，从而减少稻田土壤中砷的生物可利用性，降低稻米砷吸收和积累。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述砷污染稻田包括砷污染超标稻田和砷污染未超标但砷生物可利用性高的稻田；在水稻整个生育期内向透气管内持续通入空气或者氧气，或者，持续通气至土壤中溶解态砷含量基本恒定或者达到设定目标以内。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述人工通气组织的工作条件为透气管内气压20
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500kPa，优选20
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400kPa或20
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300kPa或20
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200kPa或20
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100kPa或20
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80kPa或20
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60kPa或20
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40kPa或20
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30kPa或20
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28kPa或22
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26kPa。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述透气管埋入土壤中的深度为5
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15cm，透气管的内径为1
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20mm，壁厚为0.5
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2.5mm，透气管在土壤中的铺设密度为0.1
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0.5m2管/m2土壤，透气管为硅胶管，通气过程中透气管的末端封闭。6.根据权利要求5所述的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐先进，袁召锋，周于杰，徐建明，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：