[发明专利]一种利用钢渣改良土壤及阻隔稻米吸收重金属的方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及重金属污染土壤修复及降低农产品重金属含量的技术，尤其涉及一种利用钢渣改良土壤及阻隔稻米吸收重金属的方法。

背景技术

随着社会经济的快速发展，人类对矿产资源的需求量日益增长，采矿活动所带来的环境问题也越来越严重。采矿和金属冶炼过程中形成的酸性矿水的不合理排放，导致矿区生态退化，农田污染严重。酸性矿水污染农田主要存在极端酸性的pH值和重金属含量过高两个方面的问题。重金属污染农田，不仅导致土壤退化，还会通过食物链威胁人类健康。尤值得注意的是，由于我国耕地缺乏，大多数中低污染农田依然进行着生产，如果不采取合适的应对措施，这些在中低污染农田中生产的农产品，可能对人体健康产生严重的危害。

水稻是中国最重要的粮食作物，解决中国稻米重金属含量超标的问题对解决矿区食品安全和中国的粮食供给问题具有重要意义。然而，目前针对酸性矿水污染农田稻米安全生产的研究尚不多见，而且已有的研究主要是低积累品种的筛选、土壤重金属的淋洗、提取和固定技术等方面。但低重金属积累的水稻品种往往产量较低，这在一定程度上限制了该技术的应用。重金属的淋洗和植物提取技术由于存在土壤结构破坏严重或修复周期长等问题，不适宜农田土壤的修复。

通过施加改良剂辅助农作物减少重金属吸收的技术，以其见效快、低成本、易操作、环境友好等特点，在重金属污染农田土壤修复实践得到了较为广泛的应用。目前国内外常用的改良剂有石灰、白云石、含磷矿物、粉煤灰、有机肥等，然而大多纯度较高的商品改良剂价格相对较高，在一定程度上限制了其广泛应用。钢渣是炼钢过程中产生的固体废物，我国钢渣利用率仅约20%，大量钢渣的弃置堆积，既增加了钢铁企业的处理压力，也占用了大量土地，并成为二次污染的源头。对钢渣进行二次开发利用一直是一项具有现实意义的研究。CN1640987A号、CN1876759A号和CN101863719A号专利分别发明了利用钢渣或将其作为配料与其它材料配制土壤改良剂的方法。但以往研究和发明大多只关注改良剂对土壤理化性质的影响，对植物生长及植物体内重金属积累和转运的研究较少，也未能根据改良剂的特征，及对土壤和植物的影响进行针对性利用。

发明内容

本发明的目的是针对现有重金属污染农田修复技术存在的不足，提供一种直接利用富硅工业副产品钢渣阻隔水稻吸收重金属并提高其产量的有效方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

在水稻秧苗移栽前一个月，将钢渣施用于土壤，与土壤充分混匀，灌水，保持淹水状态，待水稻秧苗移栽。

在上述利用钢渣改良土壤及阻隔稻米吸收重金属的方法中，所述钢渣在施入土壤前需按< 2 mm筛分。施用钢渣的效果与筛分的粒径大小及用量相关，总体趋势是粒径越小施用量越大(0.45-18 t·ha^-1)效果越显著。   

在上述利用钢渣改良土壤及阻隔稻米吸收重金属的方法中，所述土壤为重金属污染土壤、酸化土壤、缺硅或缺磷土壤。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效益：

1.本发明所述的将钢渣作为土壤改良剂的方法，可应用于各类重金属污染土壤，尤其是中轻度酸性重金属污染农田土壤。它的应用不破坏土壤的结构，能提高土壤pH值，而且可以促进土壤中水溶态重金属离子向硅酸盐、磷酸盐、氢氧化物等非可溶态转化，降低重金属的活性。施用钢渣对提高土壤pH和降低重金属活性的影响程度与钢渣的施用量有关，用量越大(0.45-18 t·ha^-1)效果越显著。具体用量需根据土壤特点及修复目标进行确定。

2.本发明所述的利用钢渣阻隔稻米重金属吸收的方法，是一项促进重金属污染农田水稻生长，降低水稻重金属吸收，提高稻米食用安全性的方法。该方法的作用过程主要包括：1)如上所述，施用钢渣改善了土壤的环境，促进了水稻生长；2)钢渣中含有丰富的硅，水稻是典型的喜硅作物，施用钢渣有利于改善水稻的硅素营养；3)对水稻而言，硅不仅是重要的营养元素，而且还能通过与水稻体内的重金属形成硅-重金属复合物，钝化水稻体内的重金属活性，缓解其对水稻的毒害，并抑制其向稻米的转运；4）钢渣中还含有大量的磷、钙、镁等营养元素，这些元素促进了水稻的生长，在一定程度上也缓解重金属对水稻的毒害。

3.本发明所述的用钢渣改良土壤和阻隔稻米吸收重金属的方法，强调土壤-植物系统中化学和生物的耦合作用，可以同时调控污染土壤环境中的重金属行为和水稻体内硅的对重金属行为的影响两个过程，实现重金属污染农田土壤修复、确保稻米食用安全和提高稻米产量的三重效益。