一种利用小麦修复镉轻度污染农田的方法
阅读：761发布：2021-12-01
专利汇可以提供一种利用小麦修复镉轻度污染农田的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种利用小麦修复镉轻度污染农田的方法，该方法包括：在第一年度的秋季，对待修复的镉轻度污染农田 土壤 进行翻耕和整地，于此同时，将重金属调理剂与基肥一同施入待修复土壤中；整地后，将品种为扬麦22的小麦 种子 播入待修复土壤，进行栽培管理；待小麦生长至孕穗期和灌浆期之间时，对小麦 叶片 喷施叶面阻控剂；在第二年度的夏季初，小麦成熟后， 收获 小麦。本发明方法筛选出特定品种的小麦，并配合重金属调理剂和叶面阻控剂的施入，提高小麦对待修复镉轻度污染农田土壤中镉的吸收效果，进而提高待修复土壤的修复效果。，下面是一种利用小麦修复镉轻度污染农田的方法专利的具体信息内容。
1.一种利用小麦修复镉轻度污染农田的方法，其特征在于，包括：
(1)在第一年度的秋季，对待修复的镉轻度污染农田土壤进行翻耕和整地，于此同时，将重金属调理剂与基肥一同施入待修复土壤中；
(2)整地后，将品种为扬麦22的小麦种子播入待修复土壤，进行栽培管理；
(3)待小麦生长至孕穗期和灌浆期之间时，对小麦叶片喷施叶面阻控剂；
(4)在第二年度的夏季初，小麦成熟后，收获小麦。
2.如权利要求1所述的利用小麦修复镉轻度污染农田的方法，其特征在于，所述镉轻度污染农田土壤中镉浓度为0.3-0.6mg/kg。
3.如权利要求1所述的利用小麦修复镉轻度污染农田的方法，其特征在于，步骤(1)中，以质量分数计，所述重金属调理剂由以下用量比例的组分组成：有机肥60-70％和生石灰
30-40％。
4.如权利要求3所述的利用小麦修复镉轻度污染农田的方法，其特征在于，所述重金属调理剂的施用量为250～350kg/亩。
5.如权利要求3所述的利用小麦修复镉轻度污染农田的方法，其特征在于，所述基肥为N:P:K的质量比为16:16:8的复合肥，施用量为30～40kg/亩；返青期再追施15～25kg/亩的尿素。
6.如权利要求1所述的利用小麦修复镉轻度污染农田的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述小麦的播种量为10～20kg/亩。
7.如权利要求1所述的利用小麦修复镉轻度污染农田的方法，其特征在于，步骤(3)中，叶面阻控剂为纳米锌肥；
以质量百分数计，所述纳米锌肥由浓度为5～8g/L的玉米棕榈油纳米乳液、4～5g/L的ZnSO4·7H2O和水混合而成；所述纳米锌肥的胶束粒径为1～4nm。
8.如权利要求1所述的利用小麦修复镉轻度污染农田的方法，其特征在于，其特征在于，所述叶面阻控剂的喷施量为45～55L/亩；每周喷施一次，共喷施三次。
一种利用小麦修复镉轻度污染农田的方法
技术领域
背景技术
[0002] 近年来，伴随着工业化和经济的快速发展，土壤重金属污染问题在我国日益凸显。根据中国环境保护部2014年中国第二次全国土地调查结果显示，中国约有19.4％的农业土地被污染，其中“轻微污染”，“轻度污染”，“中度污染”和“严重污染”分别为13.7，2.8，1.8和
1.1％。镉作为五毒重金属元素之一，可被作物吸收，然后积聚在可食部位，从而影响作物生长，导致产量和质量下降。同时，镉又会通过食物链进入人体，对人体的肝脏和肾脏造成慢性损伤。
1.1％。镉作为五毒重金属元素之一，可被作物吸收，然后积聚在可食部位，从而影响作物生长，导致产量和质量下降。同时，镉又会通过食物链进入人体，对人体的肝脏和肾脏造成慢性损伤。
[0003] 目前，传统的重金属污染土壤修复的方法是物理和化学方法，主要有电动法、固化法、客土法、冰冻法、化学淋洗法、离子交换法和螯合法等。这些方法能够高效、快速定向迁移土壤中重金属离子达到去除的目的，但又普遍存在成本太高、二次污染严重等问题，很难大规模应用。植物修复技术作为一种高效、新型、环保的补救措施，主要利用超积累植物对土壤中的重金属进行提取、吸收、转化和固定等而起到清洁土壤的效果，成本低廉且环境可持续。然而，植物修复的应用仍然受到超积累植物的生物量低、修复成本高等的限制。
[0005] “边生产边修复”是近年来我国研究人员提出来的一种符合我国基本国情的植物修复措施，是将超积累/富集植物和低积累作物组合成轮作或间套作体系，从而在不停止正常农业生产的前提下，安全高效地修复污染土壤的植物修复新技术。因此，正确筛选低积累基因型作物，辅助以有效的强化措施，可以在提高超积累/富集植物吸收和积累污染物的同时，继续降低与之轮作、间作或套作的低积累作物体内的污染物含量，使其可食部位污染物含量不超标，从而在保障作物安全生产的同时完成污染土壤的植物修复。
[0006] 小麦作为最重要的谷类作物，拥有世界上最广泛的种植面积，为人类提供约20％的能源和蛋白质。2015年全球小麦总产量约为7.28亿吨，仅次于玉米。中国不仅是小麦生产的最大国家，也是消费的最大国家，农业用地约为2400万hm2，覆盖全国30个省。
[0007] 因此，通过“边生产边修复”的技术模式来保证重金属镉轻度污染的土壤上生产的小麦的安全食用是势在必行的。
发明内容
[0008] 本发明提供了一种利用小麦修复镉轻度污染农田的方法，该方法能够在保障小麦安全生产的前提下，完成镉污染土壤的植物修复，修复效果显著，实现了边生产边修复的目的。
[0009] 具体技术方案如下：
[0010] 一种利用小麦修复镉轻度污染农田的方法，包括：
[0011] (1)在第一年度的秋季，对待修复的镉轻度污染农田土壤进行翻耕和整地，于此同时，将重金属调理剂与基肥一同施入待修复土壤中；
[0013] (3)待小麦生长至孕穗期和灌浆期之间时，对小麦叶片喷施叶面阻控剂；
[0014] (4)在第二年度的夏季初，小麦成熟后，收获小麦。
[0015] 本发明的创新之处在于：筛选出特定品种的小麦，并配合重金属调理剂和叶面阻控剂的施入，提高小麦对待修复镉轻度污染农田土壤中镉的吸收效果，进而提高土壤的修复效果。
[0016] 进一步地，所述镉轻度污染农田土壤中镉浓度为0.3～0.6mg/kg。
[0018] 所述有机肥为猪粪有机肥。
[0019] 进一步地，所述重金属调理剂的施用量为250～350kg/亩。
[0020] 进一步地，所述基肥为N:P:K的质量比为16:16:8的复合肥，施用量为30～40kg/亩；返青期再追施15～25kg/亩的尿素。
[0021] 进一步地，步骤(2)中，所述小麦的播种量为10～20kg/亩。
[0022] 进一步地，步骤(3)中，叶面阻控剂为纳米锌肥；
[0024] 进一步地，所述叶面阻控剂的喷施量为45～55L/亩；每周喷施一次，共喷施三次。
[0025] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0026] (1)本发明方法筛选出特定品种的小麦，并配合重金属调理剂和叶面阻控剂的施入，提高小麦对待修复镉轻度污染农田土壤中镉的吸收效果，进而提高待修复土壤的修复效果。
[0027] (2)本发明方法与传统的物理化学修复方法相比，成本低廉、技术简单、操作容易、修复过程中不会带来二次污染，是一种环境友好的绿色原位修复技术，适合于推广应用。
[0029] (4)本发明方法一方面可以不中断中轻度重金属镉污染土壤的农业生产，同时不改变待修复地区的农作物种植结构，很好地解决了中轻度重金属污染土壤的利用问题；另一方面收获的粮食均可以保证其安全性，使得中轻度重金属污染土壤在修复过程中产生一定的经济效益，真正实现边生产边修复。附图说明
[0030] 图1为实施例1方法获得的小麦产量的结果图。
[0031] 图2为实施例2方法中不同品种的小麦产量的结果图。
[0032] 图3为实施例2方法中不同品种的小麦籽粒Cd浓度的结果图。
[0033] 图4为实施例2方法中不同品种的小麦地上部Cd积累量的结果图。
具体实施方式
[0034] 下面结合具体实施方式对本发明做进一步详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。
[0035] 实施例1
[0036] 一、试验地点及土壤理化性质
[0037] 以位于湖州市某地重金属污染的农田作为试验田，土壤中主要的污染物为Cd，平均浓度为0.61mg/kg；土壤pH值为4.98(水：土＝1:2.5)，有机碳含量为49.87g/kg，阳离子交换量(CEC)为21.30cmol/kg，总氮含量为0.92mg/kg，有效磷含量为34.56mg/kg，速效钾含量为92.55mg/kg。
[0038] 二、试验步骤
[0039] (1)于当年10月份，将小麦重金属调理剂与基肥一起施入待修复土壤中，并翻耕，小麦重金属调理剂选用GSA-4，用量为16000kg/hm2；翻耕之后全部打一遍除草剂；
[0040] 以质量百分数计，重金属调理剂GSA-4的组分和用量为猪粪有机肥65％和生石灰35％；；基肥为N:P:K的质量比为16:16:8的复合肥，施用量为35kg/亩；返青期再追施20kg/亩的尿素；
[0041] (2)于当年11月中旬，将低积累小麦品种扬麦22播种在待修复土壤上；在小麦生长过程中，要适当追肥并做好除草、防病虫害等田间管理措施；所述小麦的播种量为15kg/亩；
[0043] 以质量百分数计，所述纳米锌肥由浓度为7g/L的玉米棕榈油纳米乳液、5g/L的ZnSO 4·7H 2O和水混合而成；所述纳米锌肥的胶束粒径为3nm；
[0044] (4)于第二年6月初，收获小麦。
[0045] 设置两个处理，分别是：
[0046] PCA处理(即修复区)：采用上述步骤(二)的方法进行种植；
[0047] 空白对照(即空白区)：种植扬麦22，对其进行正常的田间管理，不采取其他任何修复措施。
[0048] 三、土壤和植物中重金属含量的检测方法
[0049] 土壤样品的采集：采样深度为0～20cm，采用五点取样法，获得混合土样。土壤样品取回后，将大土块敲碎，除去残根、杂物，铺成薄薄一层，置于阴凉无风、洁净无污染处自然风干。风干后的土样，用擀面杖压碎并磨细，过20目和100目的尼龙筛，用于土壤基本理化性质以及土壤重金属全量的测定。
[0050] 修复前和修复后，对待修复土壤的土壤样品均进行采集。
[0051] 植物样品的采集：作物成熟后，所有的植物样品先用自来水将残留在植株表面的泥土彻底清洗干净；再把植株体各个部位用剪刀分离开，油菜分为根、地上部和籽粒，东南景天分为根和地上部；用去离子水将分离好的植株各个部位清洗3遍，沥干水分后装入信封袋，放入烘箱中；先在105℃杀青1个小时，然后调至65℃烘至恒重。烘好的植物样品，用万分之一天平称其干重并记录数据；然后用万能粉碎机将植物干样粉碎，采用HNO3/H2O2(5:1,v/v)消化，电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测定镉的浓度。
[0052] 四、试验结果分析：
[0053] 结果如图1和表1、表2所示。
[0054] 由图1可知，在实施例修复模式中，第二年6月初收获的小麦产量为5350kg/ha,而空白试验区收获的小麦产量为4126kg/ha。
[0055] 表1小麦各部位的生物量及镉浓度、镉的积累量
[0056]
[0057]
[0058] 由表1可知，修复区成熟期小麦各部位干重大小顺序为：地上部＞根＞籽粒，均值分别为0.566kg/m2，9.410g/m2，和5.350g/m2；而空白试验区的为：地上部＞根＞籽粒，均值分别为0.430kg/m2，5.920g/m2，和4.126g/m2。
[0059] 修复区各部位重金属镉含量的表现为：根＞地上部＞籽粒，均值分别为0.336mg/kg，0.199mg/kg，0.043mg/kg；而空白试验区的为：根＞地上部＞籽粒，均值分别为0.406mg/kg，0.294mg/kg，0.201mg/kg。
[0060] 修复区各部位重金属镉积累量的情况为：地上部＞根＞稻谷，均值分别为0.113mg/m2，3.162μg/m2,0.230μg/m2；而空白试验区的为：地上部＞根＞稻谷，均值分别为
2 2 2
0.126mg/m，2.404μg/m ,0.829μg/m。
2 2 2
0.126mg/m，2.404μg/m ,0.829μg/m。
[0061] 表2小麦对土壤镉修复效果分析表
[0062] 土壤Cd全量(mg/kg) 土壤有效态Cd含量(mg/kg)
修复前 0.61 0.250
修复后 0.58 0.213
修复效率(％) 5.6 14.8
修复前 0.61 0.250
修复后 0.58 0.213
修复效率(％) 5.6 14.8
[0063] 由表2所知，本修复模式对浙北地区镉轻度污染土壤的修复效果比较明显。其中土壤镉全量的本底值为0.61mg/kg，修复后镉全量降低为0.58mg/kg，修复效率为5.6％。修复前土壤镉有效态含量为0.250mg/kg，修复后有效态镉含量降低为0.213mg/kg，修复效率为14.8％。
[0064] 修复后，小麦籽粒镉含量为0.043mg/kg，低于国家食品卫生安全标准的规定(小麦籽粒＜0.1mg/kg)，表明本修复模式可以在保障作物安全生产的同时完成浙北地区镉轻度污染土壤的植物修复。
[0065] 实施例2
[0066] 一、试验地点及土壤理化性质
[0067] 以位于湖州市某地重金属污染的农田作为试验田，土壤中主要的污染物为Cd，平均浓度为0.61mg/kg；土壤pH值为5.03(水：土＝1:2.5)，有机碳含量为47.85g/kg，阳离子交换量(CEC)为20.87cmol/kg，总氮含量为0.94mg/kg，有效磷含量为36.03mg/kg，速效钾含量为91.30mg/kg。二、试验材料
[0068] 选择在试验地所在地区广泛种植的小麦品种10种，主要包括扬麦22、新麦26、扬麦23、扬麦16(其余品种省略)。
[0069] 三、试验步骤
[0070] (1)于当年10月份，对试验地块进行整地，划分出12个试验小区，田间排水沟提前做好。对杂草茎叶定向喷施草甘膦，并在试验区施入基肥，(①肥料配方N:P2O5:K2O＝16:16:8；②基肥施用量：36公斤/亩)并翻耕。
[0071] (2)于当年11月中旬，将4个品种的小麦种子播种在待修复土壤上，每个品种重复3次，完全随机排列；在小麦生长过程中，要适当追肥并做好除草、防病虫害等田间管理措施。
[0072] (3)于第二年6月初，收获小麦。
[0073] 四、植物中重金属含量的检测方法
[0074] 同实施例1中植物重金属含量的检测方法。
[0075] 五、试验结果分析
[0076] 结果如图2、图3和图4所示。
[0077] 由图2我们可以看出，不同品种之间小麦籽粒产量存在着较大的差异。籽粒产量最高的小麦品种为扬麦23，为6460.35kg/ha，最低的为新麦26，为3785.95kg/ha，相差1.71倍，平均值为5014.21kg/ha。
[0078] 由图3我们可以看出，不同品种小麦籽粒Cd浓度有着较大的差异。籽粒Cd浓度的变化范围为0.031(新麦26)～0.137(扬麦16)mg/kg，两者相差4.42倍。
[0079] 由图4我们可以看出，不同品种小麦地上部对Cd的积累量存在着较大的差异。地上部Cd积累量最高的品种为扬麦16(5.262g/ha)，最低的品种为新麦26(1.208g/ha)，相差4.36倍。
[0080] 综合籽粒产量，籽粒Cd浓度以及地上部Cd积累量的结果，扬麦22表现出较好的产量水平，较高的地上部Cd积累量以及较低的籽粒Cd浓度(分别为0.040mg/kg，低于国家食品卫生安全标准规定的0.1mg/kg)。
[0081] 因此，我们选择扬麦22作为适合长兴本地的轻度污染土壤上的Cd低积累小麦品种，在保证粮食安全生产的同时完成轻度污染土壤的修复。
[0082] 以上列举的仅是本发明的具体实例。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，均认为是本发明的保护范围。
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