[发明专利]一种重金属污染农田土壤的生态水利修复系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及耕地资源保护与污染土壤治理领域，具体是一种重金属污染农田土壤的生态水利修复系统及方法。

背景技术

国土资源部最新统计数据表明，全国18.26亿亩耕地面积有12％以上受到镉、铅、砷、汞等重金属污染，稻田重金属污染及其引发的稻米重金属超标问题尤为严重。2013年发生的湖南省镉大米事件更是震惊国内外，除湖南以外，我国南方广东、广西、福建、浙江等地均存在大米镉超标现象，超标率约在5％～15％。长期食用重金属超标的粮食，会严重伤害人体肝、肾和神经系统，威胁人民群众生命健康安全。我国60％的人口以稻米为主食，稻田重金属污染降低了土壤质量，破坏了我国珍贵的土地资源，极大削弱了稻米稳产增产的基础，积极开展重金属污染稻田的修复治理是合理利用土地资源、解决稻米重金属污染、保障我国基本口粮安全的根本出路。

目前国内外已有的重金属污染土壤修复治理措施包括工程措施、土壤改良和淋洗、农业措施及植物修复等。工程措施包括翻耕、客土与换土，工程量较大，还需耗费大量清洁土壤，适宜用于场地修复，但难以应付大面积污染稻田的区域治理。土壤改良措施依靠改良剂稳定重金属，无法降低土壤中重金属含量和解除重金属污染风险，且存在改良剂对土壤造成二次污染和破坏土壤自身生态平衡的问题。土壤化学淋洗技术适用于污染场地修复，实施周期短、效率较高、清理重金属较为彻底，但其采用化学药剂易造成土壤二次污染，亟需寻找环境友好型农田土壤淋洗剂。农业措施通过施肥和田间水分调控抑制作物吸收重金属，无法消减土壤中重金属含量，调控精细化要求高，重金属污染风险难解除。植物修复费用低廉、不破坏场地结构，但周期较长，见效慢，一方面造成稻田长期无法种植，影响稻米生产；且植物吸收富集重金属后的再处理也是难题，因此国内还没有大面积植物修复重金属污染稻田土壤的案例。

综上，现有治理技术局限于将重金属在污染土壤介质中进行原位或异位处理，成本较高，且对正常农作产生一定干扰，难以大面积推广应用。与此同时，水体重金属的污染治理相对容易且不影响水稻种植，如何利用农田水利和生态修复原理，在不影响水稻正常耕作的条件下化土壤重金属治理为水体重金属治理，提出一套重金属污染稻田的生态水利修复技术，将是破解重金属污染稻田土壤治理修复难题的理想解决方案，具有极大的经济效益和应用前景。

发明内容

本发明提供一种重金属污染农田土壤的生态水利修复系统及方法，可以降低处理难度，提高处理效率，实现重金属污染土壤的标本兼治，在清洁土壤的同时实现不干扰正常耕作的情况下的农作物安全种植，破解我国稻田土壤重金属污染修复困境，保障稻米安全生产。

本发明通过如下技术方案实现：

一种重金属污染农田土壤的生态水利修复系统，包括强化排水管或排水带、沉淀池、生态沟渠、生态净化塘，强化排水管或排水带铺设在稻田土壤中，强化排水管或排水带与沉淀池连通，沉淀池与生态沟渠和生态净化塘通过管道依次连通，生态沟渠和生态净化塘的边坡种植有重金属超累积植物，生态沟渠底部填充夯实的黏土层，黏土层上面覆盖防渗膜，防渗膜上面填充重金属吸附性能优异的重金属吸附基质，生态净化塘出水经水泵和循环管路输送至稻田，环保淋洗剂投放器通过环保淋洗剂计量器和环保淋洗剂投放阀门接入循环管路，化肥投放器通过化肥计量器和化肥投放阀门接入循环管路。

进一步的，所述重金属超累积植物为苎麻、蒌蒿、蜈蚣草中的一种或几种。

进一步的，所述重金属吸附基质为硅藻土。

进一步的，循环管路上设有进水流量计和进水阀门。

一种重金属污染农田土壤的生态水利修复方法，应用上述生态水利修复系统进行水利修复，所述方法包括如下步骤：

步骤一、种植间歇期稻田土壤重金属环保淋洗：在水稻种植间歇期，向田间施用重金属环保淋洗剂，通过翻耕方式将重金属环保淋洗剂与稻田耕层土壤混合均匀，借助翻耕过程中的扰动将稻田土壤中生物有效态重金属淋洗溶出，转移入水体；

步骤二、稻田土壤淋洗后重金属的田间退水强排：稻田土壤重金属经淋洗进入水体后，采用铺设在田间的强化排水管或排水带强化田间退水排放，将从土壤淋洗出的重金属最大限度排出稻田系统，本质性降低稻田土壤重金属含量；

步骤三、田间退水排出的重金属生态渠塘净化：田间强排的退水通过强化排水管或排水带进入沉淀池，经沉淀降低退水土壤颗粒含量后，依次进入生态沟渠和生态净化塘组成的生态渠塘，利用生态沟渠的重金属吸附基质进行基质吸附、利用生态渠塘边坡上重金属超累积植物进行植物吸收、利用重金属超累积植物根系周围的微生物进行微生物同化，拦截和去除重金属，净化退水水质；