一种镉轻度污染土壤中中稻-小麦轮作的方法与流程

本发明涉及污染土壤环境治理技术领域，具体涉及一种镉轻度污染土壤的中稻-小麦轮作避免修复方法。

背景技术：

土壤镉污染是人类面临的重要环境问题，且污染面积逐年增加。农田中的镉会抑制植物生长，降低农作物产量，且会通过食物链进入人体，危害人类健康。目前，我国用于镉污染土壤修复的技术主要有客土法、冰冻法、固化法、化学淋洗法、离子交换法和螯合法等，但这些方法工程量大、花费高、技术难度大、易造成二次污染，难以被大面积应用。

水稻、小麦是我国主要的粮食作物，占粮食总产量的80％以上，同时也是很容易富集镉的大宗类谷物。我国每年约有镉超标粮食作物10万吨，而南方的粮食镉污染问题尤为突出。食物是人类镉摄入的首要途径，镉在人体内的半衰期平均为30年，滞留长久。镉对人体伤害表现为：对骨骼、肝、肾、肺等组织和器官的不可逆损伤，致使功能病变。镉元素移动性强，生物富集作用大，易被吸收，毒性持久，对人类健康的极大危害引起世界的普遍关注。

我国人口众多，人均耕地面积少，对镉污染土壤进行荒弃处理是不现实的，因此，发展费用低廉、易于操作的绿色原位边生产边修复技术，在不停止农业生产的情况下对轻度污染土壤开展原位修复，符合我国现阶段的基本国情。

公开号为cn108114977的专利文献公开了一种利用超富集植物与能源植物轮作种植快速修复镉污染耕地的方法。镉超富集植物为伴矿景天，能源植物为高粱或油菜，以一年为修复周期，多茬种植，通过收割植物地上部带走污染耕地中的镉。镉超富集植物收割后进行焚烧，灰化后作为固体废弃物进行填埋或回收利用；能源植物收获后秸秆进行直燃发电、二次利用发酵生产工业酒精或可炭化为生物炭。

单纯的植物修复至少需要3年，且必须中断农业生产。目前完全不中断农业生产的镉原位修复方法还比较少。公开号为cn106001099的专利文献公开了一种利用花生-油葵轮作模式修复重金属污染土壤的方法，步骤如下：1)3月底，在受重金属污染的耕地上种植花生；2)当年8月中旬收获花生后种植油葵；3)按照先花生后油葵的种植顺序，对两种油料作物进行轮作种植，直至土壤重金属含量达标。该发明合理利用污染耕地，使用非食用性的油料作物进行轮作，避免重金属进入食物链，同时在一定程度上弥补了油料资源短缺的问题。在不停止农业生产的同时达到对重金属污染修复，给农民带来较好的经济收益。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能够在镉轻度污染土壤中进行粮食作物生产的方法，减少粮食作物对镉吸收，实现无需对土壤重金属污染进行先修复，在不停止农业生产的同时，保障农产品的安全。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种镉轻度污染土壤中中稻-小麦轮作的方法，包括以下步骤：

(1)在作物移栽前5-8天，在镉轻度污染土壤上施用土壤镉钝化调理剂，并与耕层土壤混匀；

(2)移栽中稻甬优7850，整个生育期进行淹水处理，分别在分蘖期、孕穗期、灌浆结实期叶面喷施锌强化镉阻控剂，中稻收获前一周排干田间水分；

(3)收获中稻后秸秆全部移出，然后直播小麦宁麦13，培育至收获，并将小麦秸秆全部移除。

步骤(1)中，土壤镉钝化调理剂有效降低土壤中活性态cd，减少作物对镉的吸收。

本发明所使用的土壤镉钝化调理剂是一种有机-无机复合钝化剂，要求镉含量低于0.2mgkg^-1，可降低土壤ph值0.5-1.0个单位。其主要组分可为：石灰，海泡石，沸石，生物炭。有机无机配合使用，可以在钝化土壤有效态重金属的同时改善土壤理化性质，具体的，以质量百分比计，石灰25-35％，海泡石25-35％，沸石15-25％，生物炭15-25％。采用本发明提供的土壤镉钝化调理剂可以使土壤有效镉降低40％以上，减少植物对镉的吸收，适合用于避免修复生产。

作为优选，所述土壤镉钝化调理剂以质量百分比计，组分为：石灰30％，海泡石30％，沸石20％，生物炭20％。

作为优选，所述土壤镉钝化调理剂的施用量为200dm³/亩。

作为优选，所述耕层土壤为土壤表层10-20厘米的土壤。

步骤(2)和(3)中，进行中稻-小麦轮作，本发明中轮作的中稻甬优7850和小麦宁麦13均为本实验室前期筛选得到的镉低积累优质品种，茎秆镉富集量高，但不向籽粒转移，符合国家食品安全标准(gb2762-2017)，且生物产量高，稻米/籽粒质量好。

本发明的技术方案中，以种植一次中稻-小麦为一个循环，一个循环周期为一年，中稻种植期为5-6个月，接下来6-7个月种植小麦。

中稻甬优7850是水生作物，生长过程中，农田处于淹水状态。淹水处理可以促进中稻移栽前施入土壤的镉钝化调理剂与土壤更均匀地混合，同时提升土壤ph值，改变镉在土壤中的形态，是减少作物吸收积累镉的有效手段。因此，本发明选用中稻甬优7850作为轮作过程中首先种植的作物。

土壤长期淹水会改变土壤理化性质(例如：阳离子交换量、氧化还原电位)，以及微生物群落结构，因此，本发明选择在半年后使用旱生作物小麦与中稻进行轮作。

作为优选，步骤(2)中，移栽的中稻秧龄为30-35天。

中稻生长过程中，施用锌强化镉阻控剂，减少其对镉的吸收。所述锌强化镉阻控剂为玉米棕榈油纳米乳液、锌肥和水混合而成纳米锌肥。具体可采用授权公告号为cn105061079b中提供的纳米锌肥，其配方为：2g玉米棕榈油纳米乳液，1.17g七水合硫酸锌，溶于1l蒸馏水。对镉向籽粒运输的阻控率高于20％。

作为优选，所述锌强化镉阻控剂的施用量为30l/亩。

本发明提供的轮作方式得到的水稻稻米和小麦籽粒镉含量符合食品安全国家标准(gb2767-2017)，安全可食用。相较于未施用土壤镉钝化调理剂和叶面锌强化镉阻控剂的轮作方式，本发明提供的轮作方式得到的水稻稻米镉含量降低了62.98％，小麦籽粒镉含量降低了73.39％。该轮作方式适用于镉轻度污染土壤。

由于中稻和小麦茎叶部分积累了大量的镉，如果秸秆还田，这些镉也会随之回归土壤，因为，在本发明技术方案中，在中稻和小麦收获后，将中稻和小麦的秸秆移出农田，避免造成二次污染，同时对土壤污染起到修复治理作用。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)按照本发明的中稻-小麦轮作模式，在农业生产完全正常进行的情况下完成对镉轻度污染土壤的修复，无经济效益损失，易被农户接受。

(2)本发明作为一种绿色原位修复技术，与传统土壤治理方法相比，投资少、工程量小、技术管理简单。收获的秸秆移出农田，不会造成二次污染。

(3)本发明对中稻喷施锌强化镉阻控剂，在降低中稻籽粒镉含量的同时提高了锌含量，提升稻米品质，改善人类营养健康，减少隐性饥饿问题。

附图说明

图1为实施例1种不同处理水稻(a)、小麦(b)籽粒中的镉含量对比图。

图2为实施例中种植一年后不同处理土壤中有效镉含量对比图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

1、实施地点：浙江省绍兴市新昌县羽林街道新中村

绍兴市羽林街道新中村土壤属于水稻土类，瀦育型水稻土亚类，土种为棕大泥田。总镉含量0.35mg/kg，超过土壤环境质量标准(gb15618-2008)中对农田用地的限值。

低积累作物品种为：中稻-甬优7850，小麦-宁麦13，均为本实验室前期筛选得到的低积累优质品种。

土壤镉高效钝化调理剂为我实验室自主研发，组分为：石灰30％，海泡石30％，沸石20％，生物炭20％，混合均匀并加适量水造粒，每亩施用200l，并与耕层土壤混匀，随后对田块进行淹水处理，一周后移栽中稻。

其中石灰购自宜春华贵科技有限公司，海泡石购自长沙汇豪建材有限公司；沸石购自信阳福清沸石厂，生物炭购自广东省生态环境与土壤研究所。

中稻叶面锌强化镉阻控剂为本实验室自主研发的专利纳米锌肥，公开于授权公告号为cn105061079b的专利文献，在中稻分蘖期、孕穗期、灌浆结实期进行叶面喷施，每亩每次喷施30l。

2、试验共设2个处理，分别为1、对照(普通轮作)，2、轮作+土壤镉高效钝化调理剂+叶面锌强化镉阻控剂，每个处理重复3次。

具体处理方法如下：

(1)对照：即中稻-小麦轮作制，常规农事管理，秸秆还田。

(2)中稻-小麦轮作，中稻移栽前一周每亩施用200dm³土壤镉高效钝化调理剂；分别于中稻分蘖期、孕穗期、灌浆结实期每亩喷施30l锌强化镉阻控剂；秸秆移出农田。其他农事管理同对照。

收获的稻米和小麦籽粒按常规方法脱粒、磨粉，硝酸-高氯酸(5:1，v/v)消煮，电感耦合等离子质谱仪(icp-ms)测定镉含量。

收集的土壤样品于常温晾干，用木锤在牛皮纸上捶碎，过100目尼龙筛，硝酸-氢氟酸-高氯酸(5:1:1，v/v)消煮，电感耦合等离子质谱仪(icp-ms)测定镉含量。

3、试验结果分析

图1给出了在上述镉轻度污染土壤上按本发明的避免修复方法轮作的中稻和小麦镉含量。

如图1a所示，与对照相比，土施镉高效钝化调理剂、叶面喷施锌强化镉阻控剂的中稻甬优7850稻米镉含量降低至0.097mgkg^-1，低于食品安全国家标准(gb2767-2017)，安全可食用。

如图1b所示，与上述中稻轮作的小麦宁麦13籽粒镉含量降低至0.065mgkg^-1，低于食品安全国家标准(gb2767-2017)，安全可食用。

如图2所示，按着本避免修复方法轮作一年后，土壤有效镉含量降低至0.113mgkg^-1，与常规轮作相比降低了40.21％，低于土壤环境质量标准(gb15618-2008)，可以用于农业生产。

综上所述：按照此中稻-小麦避免修复方法生产出来的稻米，面粉安全可食用，此避免修复方法可用于镉轻微污染土壤的边生产边修复。

实施例1结果表明，本发明利用中稻-小麦进行轮作，配合使用土壤镉高效钝化调理剂，叶面锌强化镉阻控剂，可以在镉轻度污染土壤上实现常规中稻和小麦品种的安全生产，并且降低土壤有效镉含量。通过秸秆移除农田，在粮食生产的同时完成镉轻度污染的修复，具有边生产边修复等优点。

以上列举的仅是本发明的具体实施例。本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均可认为是本发明的保护范围。