專利名稱：一種促進鎘污染土壤植物修復(fù)的根際調(diào)控劑及其施用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及土壤污染的植物修復(fù)，特別是涉及一種促進鎘污染土壤植物修復(fù)的根際調(diào)控劑及其施用方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著化工、電鍍、印染工業(yè)的發(fā)展，我國土壤受鎘、鉛、鉻、砷等重金屬污染日益嚴重，目前受污染的耕地面積近2000萬公頃，約占總耕地面積的1/5，其中工業(yè)“三廢”污染耕地1000萬公頃，污水灌溉的農(nóng)田330多萬公頃，由此引起的糧食減產(chǎn)超過1000萬噸，受重金屬污染的糧食每年達到1200多噸，經(jīng)濟損失超過200億元(萬云兵，仇榮亮，陳志良，張景書.重金屬污染土壤中提高植物修復(fù)功效的探討.環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備.2002, 3(4) : 56 59)。重金屬污染由于其不可逆性,重金屬在土壤中滯留時間長,植物 和微生物不能降解，因此治理起來非常困難。鎘是生物毒性很強的重金屬元素之一，一旦進入土壤，由于其遷移性強，很容易被植物吸收并積累，進入食物鏈中，從而威脅人類健康。日本著名的“骨痛病”就是由于人們食用了鎘含量超標的稻米而引起的。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國受鎘污染的農(nóng)田面積已超過20萬公頃，每年生產(chǎn)鎘超標的食品達14. 6億千克(劉莉，錢瓊秋.影響作物對鎘吸收的因素分析及土壤鎘污染的防治對策.浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報，2005, 17 (2) : 112 116)。治理鎘污染的方法與治理其它重金屬污染的方法相同，主要為固化、玻璃化、熱處理、土壤淋洗和電動修復(fù)，投資昂貴，經(jīng)常需要擾亂土層結(jié)構(gòu)，治理后的土壤由于失去活性，往往不適宜再種植農(nóng)作物，對大面積的污染更是無可奈何。植物修復(fù)技術(shù)是一種新興的治理重金屬污染土壤的方法，它是利用綠色植物吸收、聚集、降解、固定環(huán)境中的污染物從而減少或者減輕污染物毒性的技術(shù)。其優(yōu)點包括治理效果永久、原位修復(fù)土壤、治理成本低廉、對環(huán)境友好、治理過程無二次污染、金屬元素可回收利用等。農(nóng)田土壤重金屬污染多數(shù)為中低程度且污染土壤面積覆蓋大，因此采用植物修復(fù)方法原位修復(fù)重金屬污染土壤是非常適宜的方法。但植物修復(fù)技術(shù)一般采取種植超積累植物對重金屬進行提取修復(fù)，然而由于超積累植物生物量小、生長速率慢、對生長環(huán)境要求比較嚴格等限制了超積累植物在大田上的推廣應(yīng)用。目前，強化植物修復(fù)的方法主要是在土壤中添加EDTA等螯合劑，由于螯合劑的成本較高、降解較慢，同時可能污染地下水，不適宜推廣應(yīng)用，而重金屬在土壤中的生物有效性低是制約植物修復(fù)效率的主要因素，因此發(fā)明一種能活化土壤中重金屬(本發(fā)明主要針對鎘)且對環(huán)境友好型的根際調(diào)控劑是非常必要的。

發(fā)明內(nèi)容
為提高鎘污染土壤進行植物修復(fù)的效率，本發(fā)明旨在提供一種促進鎘污染土壤植物修復(fù)的根際調(diào)控劑。本發(fā)明提供的一種促進鎘污染土壤植物修復(fù)的根際調(diào)控劑，由以下重量份的原料混合制成硫磺(以S計)4 5份、氮肥(以N計)5 7份、磷肥(以P2O5計)4 5份、鉀肥(以K2O計)4 5份。其中，所述硫磺為粉狀；所述氮肥優(yōu)選為尿素和/或硫酸銨，所述磷肥優(yōu)選為磷酸二氫鉀和/或磷酸一銨，所述鉀肥優(yōu)選為氯化鉀和/或硫酸鉀。其修復(fù)的原理如下硫磺施入土壤中后能氧化成S042_，酸化土壤，將土壤中的難溶態(tài)鎘轉(zhuǎn)化為易溶態(tài)鎘，促進超積累植物對鎘的吸收；同時，硫是作物生長必需元素，硫既是蛋白質(zhì)的組成成分，又是酶或輔酶的活性物質(zhì)，還可促進作物對氮、磷、鉀的吸收，因此，施用硫肥的同時配合施用氮、磷、鉀肥，能提高作物產(chǎn)量，從而提高植物的修復(fù)效率。本發(fā)明還提供所述促進鎘污染土壤植物修復(fù)的根際調(diào)控劑的施用方法，具體為在 鎘污染土壤上種植高積累鎘油菜品種，每公頃施用200-400kg根際調(diào)控劑。其中，所述高積累鎘油菜品種，是指生物量大、吸收積累鎘能力強的油菜品種，優(yōu)選朱蒼花籽、川油II -10、白芥、綿羊蠻油菜。本發(fā)明的有益效果在于I)本發(fā)明提供了一種穩(wěn)定性好、環(huán)境友好型的能提高鎘污染土壤植物修復(fù)效率的根際調(diào)控劑，促進植物原位修復(fù)鎘污染農(nóng)田土壤，修復(fù)效果好，同時不會對環(huán)境造成污染，適于大面積的示范推廣。2)本發(fā)明的根際調(diào)控劑成本低廉，設(shè)定硫磺粉的市場價為2000元/噸，除去農(nóng)民按正常的施肥方法所需的花費，利用根際調(diào)控劑修復(fù)一公頃土地的成本約為90元。3)本發(fā)明利用高積累鎘油菜修復(fù)鎘污染農(nóng)田土壤，同時下茬可以種植低積累鎘的作物品種，一邊進行鎘污染土壤的修復(fù)一邊進行正常的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動，達到雙重目的。4)本根際調(diào)控劑為固體粉末的混合物，施用方法簡單方便，便于在農(nóng)業(yè)上推廣應(yīng)用。
具體實施例方式以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。實施例中所用肥料為硫磺(純度> 99. 5%，粉狀，國藥集團化學(xué)試劑有限公司)，尿素(純度> 99. 0%，國藥集團化學(xué)試劑有限公司)，硫酸銨(純度>99. 0%，國藥集團化學(xué)試劑有限公司)，磷酸二氫鉀(純度> 99. 5%，國藥集團化學(xué)試劑有限公司)，磷酸一銨(純度> 99. 0%，北京北化精細化學(xué)品有限責(zé)任公司)，硫酸鉀(純度>99. 0%，中國醫(yī)藥集團上?；瘜W(xué)試劑公司)，氯化鉀(純度^ 99. 8%，國藥集團化學(xué)試劑有限公司)，均購自中國農(nóng)業(yè)大學(xué)供應(yīng)科。實施例I2009年春季，在中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院溫室內(nèi)進行實驗，所用土壤為高鎘污染土壤，全鎘濃度為I. 5mg · kg—1，所用的油菜品種為高積累鎘油菜品種朱蒼花籽(購自武漢的種子站)。根際調(diào)控劑由以下重量份的原料混合制成硫磺4kg、尿素10. 7kg、磷酸二氫鉀
7.7kg、氯化鉀2. 1kg，即S:N:P205K20=4:5:4:4o處理每公頃施用根際調(diào)控劑200kg，以不施用根際調(diào)控劑為對照。施用方式為基施，施用時間為在油菜播種前，將根際調(diào)控劑與土壤按照3. Ig · kg—1的水平混合均勻,穩(wěn)定一周后再播種。
除根際調(diào)控劑外，處理和對照每公頃均施入尿素139kg、磷酸二氫鉀82kg和氯化鉀24kg作為底肥。植株生長42天后，測定土壤pH值、修復(fù)效率。其中，修復(fù)效率=植物地上部提取鎘量/ ( 土壤鎘含量X 土壤質(zhì)量)X 100%。結(jié)果表明，在高鎘污染土壤上施用根際調(diào)控劑后，油菜收獲時土壤pH值比對照降低O. 35個pH單位，施用根際調(diào)控劑的油菜的修復(fù)效率為O. 78%，比對照提高14. 7%。 為了驗證修復(fù)劑發(fā)揮作用的時間效應(yīng)，2010年春季，在上述油菜收獲后的土壤上繼續(xù)種植一茬油菜，品種仍為朱蒼花籽。種植時按照每公頃均施入尿素139kg、磷酸二氫鉀82kg和氯化鉀24kg作為底肥。植株生長42天后，測定土壤pH值、修復(fù)效率。試驗結(jié)果表明，高鎘污染土壤上施用根際調(diào)控劑后，種植第二茬油菜，收獲時土壤PH值比對照降低O. 25個pH單位，施用根際調(diào)控劑的油菜的修復(fù)效率為6. 71%，比對照提高54. 6%ο實施例22009年春季，在中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院溫室內(nèi)進行實驗，所用土壤為低鎘污染土壤，全鎘濃度為I. Omg · kg—1，所用的油菜品種為高積累鎘油菜品種朱蒼花籽(購自武漢的種子站)。根際調(diào)控劑由以下重量份的原料混合制成硫磺5kg、硫酸銨28. 3kg、磷酸一銨
8.1kg、硫酸鉀9. 3kg，即S:N:P205K20=5:7:5:5o每公頃施用根際調(diào)控劑400kg,以不施用根際調(diào)控劑為對照。施用方式為基施，施用時間為在油菜播種前，將根際調(diào)控劑與土壤按照
3.Ig · kg-1的水平混合均勻,穩(wěn)定一周后再播種。除根際調(diào)控劑外，處理和對照每公頃均施入尿素139kg、磷酸二氫鉀82kg和氯化鉀24kg作為底肥。植株生長42天后，測定土壤pH值、修復(fù)效率。其中，修復(fù)效率=植物地上部提取鎘量/ ( 土壤鎘含量X 土壤質(zhì)量)X 100%。試驗結(jié)果表明，在低鎘污染土壤上施用根際調(diào)控劑后，油菜收獲時土壤pH值比對照降低O. 14個pH單位，施用根際調(diào)控劑的油菜的修復(fù)效率為I. 13%，比對照提高31.4%。為了驗證修復(fù)劑發(fā)揮作用的時間效應(yīng)，2010年春季，在上述油菜收獲后的土壤上繼續(xù)種植一茬油菜，品種仍為朱蒼花籽。種植時每公頃均施入尿素139kg、磷酸二氫鉀82kg和氯化鉀24kg作為底肥。植株生長42天后，測定土壤pH值、修復(fù)效率。結(jié)果表明，低鎘污染土壤上施用根際調(diào)控劑后，種植第二茬油菜，收獲時土壤pH值比對照降低O. 12個pH單位，施用根際調(diào)控劑的油菜的修復(fù)效率為9. 93%，比對照提高29%。實施例32009年10月，在浙江省一個鎘污染的農(nóng)田土壤進行實驗，土壤全鎘為
O.96mg · kg-1, DTPA-Cd 為 O. 69mg · kg-1, 土壤 pH 值為 7. 76, 土壤有機質(zhì)為 39. 6g · kg-1, 土壤全氮含量為2. 36g · kg—1，速效磷含量為33. 4mg · kg—1，速效鉀含量為76. 4mg · kg-1。田間試驗共3個小區(qū)，油菜于10月初播種，5月底收獲。油菜品種為高積累鎘油菜品種川油II -10，油菜的行距為25cm,株距為25cm。根際調(diào)控劑由以下重量份的原料混合制成硫磺5kg、尿素12. 9kg、磷酸二氫鉀7. 7kg、氯化鉀2. Ikg,即S:N:P205K20=5:6:4:4o處理每公頃施用根際調(diào)控劑300kg,以不施用根際調(diào)控劑為對照。施用時間4月初，方法為條施，具體為用鐵鍬將小區(qū)內(nèi)的土壤挖成十字條形的溝，溝的深度不超過20cm，挖的過程中不要傷害到油菜的根系，將根際調(diào)控劑施入到溝中，與周圍土壤混合均勻。5月底收獲后，測定土壤pH值、修復(fù)效率。結(jié)果表明，施用根際調(diào)控劑的油菜收獲時土壤pH值比對照降低O. 02個pH單位；施用根際調(diào)控劑的油菜的修復(fù)效率為O. 18%，是對照的2. 43倍。雖然，上文中已經(jīng)用一般性說明及具體實施方案對本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎(chǔ)上，可以對之作一些修改或改進，這對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。因 此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎(chǔ)上所做的這些修改或改進，均屬于本發(fā)明要求保護的范圍。
權(quán)利要求
1.一種促進鎘污染土壤植物修復(fù)的根際調(diào)控劑，由以下重量份的原料混合制成硫磺(以S計)4 5份、氮肥(以N計)5 7份、磷肥(以P2O5計)4 5份、鉀肥(以K2O計)4 5份。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的根際調(diào)控劑，其特征在于，所述硫磺為粉狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的根際調(diào)控劑，其特征在于，所述氮肥為尿素和/或硫酸銨，所述磷肥為磷酸二氫鉀和/或磷酸銨，所述鉀肥為氯化鉀和/或硫酸鉀。
4.權(quán)利要求I所述促進鎘污染土壤植物修復(fù)的根際調(diào)控劑的施用方法，具體為在鎘污染土壤上種植高積累鎘油菜品種，每公頃施用200-400kg根際調(diào)控劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的施用方法，其特征在于，所述高積累鎘油菜品種為朱蒼花籽、川油II -10、白芥、綿羊蠻油菜中的一種。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種促進鎘污染土壤植物修復(fù)的根際調(diào)控劑，由以下重量份的原料混合制成硫磺(以S計)4～5份、氮肥(以N計)5～7份、磷肥(以P2O5計)4～5份、鉀肥(以K2O計)4～5份。本發(fā)明還提供所述根際調(diào)控劑的施用方法，具體為在鎘污染土壤上種植高積累鎘油菜品種，每公頃施用240-320kg根際調(diào)控劑。本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)明的根際調(diào)控劑能提高鎘污染土壤植物的修復(fù)效率，穩(wěn)定性好、不造成二次污染、成本低廉、施用方法簡單、便于推廣，促進植物原位修復(fù)鎘污染土壤，可一邊進行鎘污染土壤的修復(fù)一邊進行正常的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動。
文檔編號B09C1/10GK102826925SQ20121031655
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月30日
發(fā)明者江榮風(fēng), 于玲玲, 朱俊艷, 蘇德純, 李花粉 申請人:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)