一种淹水环境下稻田潜育化阻控及协同降镉的方法与流程

本发明属于土壤修复，具体涉及一种淹水环境下稻田潜育化阻控及协同降镉的方法。

背景技术：

1、随着工农业的迅速发展，耕地及其农产品受镉(cd)等重金属污染的问题日趋严重。2014年全国土壤环境调查公报显示，全国土壤镉的点位超标率为7.0％。重金属污染物在土壤中移动性很小，也不为微生物降解，土壤中过量的镉不仅能降低作物产量与品质，还会通过食物链迁移，引起人体病变，危害人类健康。因此，对农田土壤重金属污染的治理尤为重要。

2、当前，农田重金属镉污染土壤的修复技术较多，主要包括了物理、化学、生物、农艺修复技术等，而其中的水稻全生育期淹水的技术措施，是实现重金属镉污染稻田达标生产与安全利用最经济、最简便的技术措施。但长期淹水，使稻田土壤一直处于强还原的状态，极易诱发土壤次生潜育化的风险。很多研究表明，潜育化水稻土有机质及全量养分贮量丰富，但土壤矿化度低，有效养分偏少。而且，由于长期积水，水土温度低，生物活性较差，加之还原性有害物质的积累，对水稻生长极为不利，特别是移栽后，返青慢、分蘖少的现象常发，严重影响了水稻的生长发育。目前，潜育化稻田的改良技术主要集中在开挖排水沟或埋设暗沟、暗管等工程措施上，这些措施虽然对减轻土壤潜育化有明显作用，但是成本投入较大，维护难度高。

3、中国专利申请号为201610268272.9公开了一种高效降镉土壤修复剂及其应用，以重量份计，土壤修复剂由改性水辉石40-610份，有机肥20-30份，腐植酸5-38份以及微生物菌剂1-5份混合而成，改性水辉石通过将水辉石进行煅烧，然后加入多硫化钙搅拌反应，最后研磨成颗粒或粉末状得到。该土壤修复剂适合用于对镉污染土壤进行修复，然后在修复后的土壤上种植水稻，具有成本低，修复周期短，降镉效果好，水稻产量高等明显优势。但该专利中的土壤修复剂对淹水环境下稻田的次生潜育化没有阻控效果，影响稻田养分利用率的提高。中国专利申请号为201610901379.2公开了一种用于潜育化土壤的复合改良剂，包括如下重量份的组分：生石灰5-10份；粉煤灰20-30份；发酵腐熟的牛粪50-60份；发酵腐熟的油菜籽枯饼10-15份。本发明还提供了一种上述复合改良剂在改良潜育化土壤中的应用方法。本发明的复合改良剂应用于潜育化稻田，改良了土壤的理化性质，增加了土壤孔隙度，提高了土壤通透气性，降低了土壤容重，改善了土壤团聚体结构，减轻了土壤酸化程度，提高了土壤氧化还原电位，降低了土壤还原性物质总量，减轻了土壤毒性，增加了土壤速效养分含量，促进水稻增产10％以上，改良效果非常显著。但该复合改良剂对土壤中镉的吸附钝化能力有限，还有待继续进行改进。

4、基于此，本领域亟需一种能在淹水环境下降低土壤有效镉的方法，该方法既可阻控水稻田诱发土壤次生潜育化的风险，又可对土壤中镉离子进行钝化，从而保证了在镉污染稻田上生产出更为安全的稻米。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种淹水环境下稻田潜育化阻控及协同降镉的方法，该方法通过施放以过氧化钙为核心的长效缓释阻控剂，在淹水状态下缓慢释放出ho-和活性氧，既可通过提高土壤ph以降低土壤中镉有效性，又可通过释氧以阻控土壤次生潜育化，最终达到淹水环境下稻田潜育化阻控及协同降镉的目的。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种淹水环境下稻田潜育化阻控及协同降镉的方法，包括以下步骤：

4、(1)长效缓释阻控剂处理镉污染稻田土壤：先把长效缓释阻控剂均匀撒施在镉污染稻田土壤表层，然后进行翻耕或旋耕，翻耕深度15-20cm，将长效缓释阻控剂与稻田土壤充分混合，再施入化肥，耙平稻田，平衡1-2天；

5、(2)移栽水稻，水分管理：土壤平衡好后移栽水稻，水稻生长过程中土壤采用长期淹水管理模式。

6、优选的，步骤(1)中所述长效缓释阻控剂的施用量为0.03-0.15kg/m2；所述镉污染稻田土壤中总镉量为0.6-1.0mg/kg。

7、优选的，步骤(1)中所述长效缓释阻控剂的制备方法，包括以下步骤：

8、s1、过氧化钙造粒；

9、s2、将凹凸棒土加入去离子水中，接着加入生物质粉末、高锰酸钾、氯化铁，搅拌均匀后，进行水热碳化反应，反应完成后过滤、洗涤、干燥，在惰性气氛下煅烧，得到改性凹凸棒土；

10、s3、将膨润土加入去离子水中，经超声分散后，加入改性液中浸泡，浸泡完成后过滤、干燥，得到预处理膨润土；随后将预处理膨润土加入去离子水中，接着加入羧甲基壳聚糖、步骤s2中的改性凹凸棒土，搅拌均匀后，进行加热反应，反应完成后过滤、洗涤、干燥、研磨，得到改性复合材料；

11、s4、长效缓释阻控剂的制备：将圆鼓造粒机圆盘倾斜角调整至55-60°，加温装置调至45-50℃，将步骤s1中的过氧化钙颗粒置于圆鼓造粒机，将步骤s3中的改性复合材料做包膜，并置于振动给料机中，匀速投入粉料，用水雾喷枪不断在颗粒的上升处喷水雾，直至包膜完毕，干燥后即得所述长效缓释阻控剂。

12、优选的，步骤s1中所述过氧化钙造粒的具体方法为：将圆盘造粒机圆盘倾斜角调整至50-65°，加温装置调至40-55℃；将过氧化钙粉末放至圆盘造粒机的圆盘内，把圆盘造粒机转速调至20-40r/min，根据成粒情况，用水雾喷枪不断在粉末的上升处喷水雾，并不断筛选出直径为3-5mm表面光滑的颗粒，同时不断加入过氧化钙粉末，直至造粒完毕。

13、优选的，步骤s2中所述生物质粉末为玉米秸秆粉、小麦秸秆粉或水稻秸秆粉中的一种或几种；所述凹凸棒土、生物质粉末、高锰酸钾、氯化铁的质量比为50:50-80:3-5:2-4；所述水热碳化反应的温度为220-250℃，反应时间为10-14h；所述煅烧温度为400-500℃，时间为3-5h。

14、优选的，步骤s3中所述改性液为十八烷基双羟乙基甲基氯化铵与十六烷基甲基二羟乙基溴化铵混合水溶液，其中，十八烷基双羟乙基甲基氯化铵的浓度为20-30g/l，十六烷基甲基二羟乙基溴化铵的浓度为20-30g/l；所述浸泡的温度为50-60℃，时间为2-4h。

15、优选的，步骤s3中所述预处理膨润土、羧甲基壳聚糖、改性凹凸棒土的质量比为50:5-10:25-50，所述加热反应的温度为200-240℃，时间为12-16h。

16、优选的，步骤s4中所述过氧化钙颗粒与改性复合材料的质量比为100:10-20；所述干燥温度为80-120℃。

17、优选的，步骤(2)中所述水稻为低镉品种。

18、优选的，步骤(2)所述长期淹水管理模式具体为：水稻移栽后，对镉污染稻田土壤进行灌溉，在水稻整个生长期控制淹水深度为3-4cm，田间缺水时限不能超过1d，收割前10d自然落水，水稻生长期间的追肥和植保措施与稻田所在地管理方式相同。

19、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

20、(1)本发明提供的一种淹水环境下稻田潜育化阻控及协同降镉的方法，采用水稻全生育期淹水管理模式联合施用长效缓释阻控剂，既阻控了土壤次生潜育化，又协同并强化了稻田土壤镉钝化固定，使镉污染稻田水稻正常生长发育，并能够生产出更为安全的稻米，保障了粮食安全，意义重大；使用的长效缓释阻控剂用量较少，成本较低，组成材料对环境无负面影响，并能促使水稻正常生长发育和增加水稻产量，土壤施用一次长效缓释阻控剂对土壤潜育化阻控及协同降镉效果至少能维持水稻整个生育期，通过在长期淹水镉污染稻田上施用长效缓释阻控剂后，水稻生长发育正常，水稻产量增加，土壤还原性物质总量和活性还原性物质含量降低明显，协同降隔效果显著。

21、(2)本发明提供的一种淹水环境下稻田潜育化阻控及协同降镉的方法，制备以过氧化钙为核心、改性复合材料为包膜的长效缓释阻控剂，过氧化钙可在较长一段时间内持续不断地释放氧气，促进植物体内的新陈代谢活动，增强植物根系的呼吸作用，并提高农产品的产量及质量；氧气也可以使潜育化稻田中土壤变得蓬松，增加土壤透气性，对植物由根系缺氧而引起的危害有较大的缓解作用；作为包膜材料的凹凸棒土和膨润土为原料，首先对凹凸棒土进行改性，将其与生物质粉末、高锰酸钾、氯化铁进行水热碳化，使生物质碳沉积在凹凸棒石表面，提高凹凸棒土的吸附性能，并且引入的锰离子、铁离子在水热碳化反应和后续的煅烧过程中，与生物炭形成铁锰氧化物-生物碳复合材料，有利于提高长效缓释阻控剂对镉的吸收；接着将膨润土进行预处理，提高了膨润土之间的层间距，改变了分散状态，有利于后续膨润土的改性，随后再将预处理膨润土与羧甲基壳聚糖、改性凹凸棒土共同进行加热反应(水热碳化反应)，使羧甲基壳聚糖在膨润土表面碳化，提高了膨润土表面的结构杂化程度，同时羧甲基壳聚糖分子链上富含的-oh、-nh2和-cooh等活性基团同时嫁接到膨润土表面，通过静电或络合作用吸附土壤中的镉离子，最后再将改性复合材料对过氧化钙进行包膜，可延长过氧化钙的释氧时间，并控制其释氧速率，使长效缓释阻控剂一次性施入稻田后，在水稻整个生育期内发挥作用，有效降低氧化剂的施用成本，提高施用效率。

22、(3)本发明提供的一种淹水环境下稻田潜育化阻控及协同降镉的方法，使用的长效缓释阻控剂以凹凸棒土和膨润土为原料，凹凸棒土和膨润土本身具有比表面积大的特点，通过水热碳化法在其表面沉积生物碳，可进一步使其结构复杂化，延缓氧气的释放速率，并且表面生成的生物碳及铁锰氧化物可通过表面沉淀、表面络合、晶格固定、基质截留等机理完成对镉吸附固定，即便在长期淹水的情况下，也可降低了土壤可交换态镉含量，减少了其生物有效性及生物毒性，同时采用水稻全生育期淹水土壤水分管理模式，配合长效缓释阻控剂施用，从而达到土壤次生潜育化阻控、水稻正常生长发育、水稻对镉的吸收和籽粒的镉累积协同降低的目的，在镉污染稻田上生产出更为安全的稻米，具有良好的应用前景。