基於硫矽肥的銅汙染土壤改良劑及其篩選方法和使用方法與流程
2023-06-04 21:58:51 3
本發明屬於土壤重金屬修復技術領域，尤其涉及一種基於硫矽肥的銅汙染土壤改良劑及其篩選方法和使用方法。
背景技術：
隨著社會經濟的快速發展，我國土壤重金屬汙染問題也越來越嚴重。而重金屬開採、冶煉和加工等工礦業活動是土壤的重要銅汙染源，農田土壤銅汙染是導致農產品銅超標的重要原因。因此採取有效的應對措施修復銅汙染土壤，有利於提高耕地質量和保障農產品質量安全。水稻是中國重要的糧食作物之一，解決中國稻米重金屬銅含量超標的問題及銅礦附近糧食安全具有重要的意義。
目前，有關土壤銅汙染治理的措施有很多報導，但有些技術存在土壤結構破壞或修復周期長等問題，不適宜農田土壤的修復。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種基於硫矽肥的銅汙染土壤改良劑及其篩選方法和使用方法，旨在解決目前，有關土壤銅汙染治理的措施存在破壞土壤結構或修復周期長，不適宜農田土壤修復的問題。
本發明是這樣實現的，一種基於硫矽肥的銅汙染土壤改良劑，所述基於硫矽肥的銅汙染土壤改良劑為硫磺(含S 99.99％)30kg/hm2和矽酸鈉(含SiO221％)1.0g/kg土配施，或者硫磺(含S 99.99％)用量0.013g/kg土與矽酸鈉(含SiO2 21％)用量1.0g/kg土配施。
本發明的另一目的在於提供一種篩選方法，所述篩選方法通過早、晚稻盆栽試驗，設置9個處理，其中硫磺設3水平，分別為0kg/hm2、30kg/hm2、60kg/hm2，分別表示為S0、S1、S2；矽酸鈉設3水平，分別為0g/kg、0.5g/kg、1.0g/kg，分別表示為Si0、Si1、Si2；重複10次，共計90盆；盆栽土壤供肥N、P2O5、K2O水平相同；通過對早晚稻試驗結果分析，得出處理S1Si2即硫磺30kg/hm2和矽酸鈉1.0g/kg土配施效果最佳。
進一步，所述基於硫矽肥的銅汙染土壤改良劑的盆栽使用方法包括：在水稻移栽前一天，將矽肥施入後與盆中土攪拌均勻，灌水，保持淹水狀態，水稻移栽時將硫肥與少量土壤攪拌均勻，全部沾秧根移栽，硫磺、矽酸鈉用量分別為0.013g/kg和1.0g/kg土配施。
進一步，所述大田使用方法在水稻移栽前一天，將硫、矽肥施用於耕作層土壤或硫肥施用同盆栽沾秧根後移栽，與土壤充分混勻，灌水，保持淹水狀態，次日移栽水稻，硫磺用量30kg/hm2土與矽酸鈉用量1.0g/kg土配施。
本發明提供的基於硫矽肥的銅汙染土壤改良劑及其篩選方法和使用方法，針對現有重金屬汙染農田修復技術存在的不足，提供一種直接利用硫矽肥互作效應修復銅汙染農田土壤抑制水稻吸收重金屬並提高其產量的有效方法。本發明在銅汙染的農田中施用硫、矽肥能降低土壤中酸可提取態Cu含量，提高殘渣態Cu的含量，減少土壤有效態Cu的含量；在銅汙染農田中施用硫、矽肥可明顯提高水稻幼苗素質，加快出葉速度、莖基部更加寬扁、根冠比及生物量明顯提高，水稻幼苗抵抗銅害能力顯著增強；硫、矽肥的施用可以降低水稻對銅的生物富集，減少銅在莖、葉、糙米中的吸收累積，抑制土壤中銅向水稻各器官的遷移、轉運，從而使銅汙染農田[國家農田土壤環境質量三級標準全銅量(以純Cu計算)達400mg/kg]稻米衛生品質符合中國食品安全標準；在銅汙染區的土壤以硫磺30kg/hm2和矽酸鈉1.0g/kg土配施，或者硫磺用量0.013g/kg土與矽酸鈉用量1.0g/kg土配施，治理效果最佳。硫、矽是水稻正常生長所需要的營養元素，硫、矽營養元素的供應狀況影響植物對環境的抗逆能力。
與現有技術相比，本發明具有以下優點：
1.本發明所用改良劑為矽酸鈉和硫磺，價格便宜，購買方便。利用硫矽互作改良銅汙染土壤，施用方法簡單易行，操作簡便，使用不破壞土壤結構。
2.硫在植物生長過程中參與半胱氨酸、甲硫胺基酸、穀胱甘肽(GSH)，植物螯合肽(PC)及類金屬硫蛋白(MT)等有機化合物的合成。大量GSH和Cys等小分子巰基化合物螯合細胞內重金屬並清除活性氧，減輕重金屬對植物的毒害。矽能通過與水稻體內的重金屬形成矽-金屬複合物，降低水稻體內重金屬活性，緩解其對水稻的毒害。本發明所用的改良劑均為水稻正常生長發育所需的營養元素，一方面能降低銅汙染土壤中有效態銅的含量，與對照相比降幅為1.85％～13.16％；另一方面還可以補充水稻硫、矽素營養，促進水稻正常生長，提高水稻抗逆性能，尤其硫、矽肥配施早、晚稻生物產量和經濟產量均高於對照，早、晚稻生物產量增幅分別為22.89％～54.97％和71.87％～126.90％、經濟產量增幅分別為24.43％～91.81％和351.21％～412.61％，與對照差異均顯著，其中早、晚稻增產效應最佳均為處理S1Si2；處理S1Si1和S1Si2糙米中銅含量比對照降低了2.65％～7.16％，且處理S1Si2與對照差異顯著。
3.本發明所提供的方法既適用於缺硫缺矽土壤，也適合硫矽較為豐富的土壤及水稻等喜矽、喜硫作物。
附圖說明
圖1是本發明實施例提供的基於硫矽肥的銅汙染土壤改良劑的篩選方法流程圖。
具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
下面結合附圖對本發明的應用原理作詳細的描述。
本發明實施例的基於硫矽肥的銅汙染土壤改良劑為以硫30kg/hm2和矽1.0g/kg土配施，或者硫肥用量0.013g/kg土與矽用量1.0g/kg土配施。
如圖1所示，本發明實施例的基於硫矽肥的銅汙染土壤改良劑的篩選方法包括以下步驟：
S101：供試土壤是通過加入化學純氯化銅，使土壤全銅含量(以純Cu計算)達到400mg/kg(國家農田土壤環境質量三級標準全銅量)，施入後與盆中土攪拌均勻，盆缽土面上保持水層，使土壤與外源銅平衡；
S102：供試早稻品種為中早25、晚稻品種為豐華佔，硫肥採用硫磺，其中含S 99.99％；矽肥用分析純矽酸鈉(Na2SiO3·9H2O)，其中含SiO2 21％。早、晚稻試驗設計完全相同；
S103：硫磺設3水平，分別為0kg/hm2、30kg/hm2、60kg/hm2，分別表示為S0、S1、S2；矽酸鈉設3水平，分別為0g/kg、0.5g/kg、1.0g/kg，分別表示為Si0、Si1、Si2，共組成9個處理(見表)。試驗為完全隨機設計，重複10次，共計90盆。試驗盆栽土壤供肥(N、P2O5、K2O)水平相同。
下面結合試驗對本發明的應用原理作進一步的描述。
本實施例供試土壤是通過加入化學純氯化銅，使土壤全銅含量(以純Cu計算)達到400mg/kg(國家農田土壤環境質量三級標準全銅量)，施入後與盆中土攪拌均勻，盆缽土面上保持水層，使土壤與外源銅平衡。供試早稻品種為中早25、晚稻品種為豐華佔，硫肥採用硫磺，其中含S 99.99％；矽肥用分析純矽酸鈉(Na2SiO3·9H2O)，其中含SiO2 21％。早、晚稻試驗設計完全相同。硫磺設3水平，分別為0kg/hm2、30kg/hm2、60kg/hm2，分別表示為S0、S1、S2；矽酸鈉設3水平，分別為0g/kg、0.5g/kg、1.0g/kg，分別表示為Si0、Si1、Si2，共組成9個處理(見表1)。試驗為完全隨機設計，重複10次，共計90盆。試驗盆栽土壤供肥(N、P2O5、K2O)水平相同。
表1試驗設計
試驗結果表明：施用硫、矽肥均可增加早、晚稻的生物產量和經濟產量。尤其硫、矽肥配施早、晚稻生物產量和經濟產量均高於對照，早、晚稻生物產量增幅分別為22.89％～54.97％和71.87％～126.90％、經濟產量增幅分別為24.43％～91.81％和351.21％～412.61％，與對照差異均顯著，其中早、晚稻增產效應最佳均為處理S1Si2。另外，不同處理對成熟期水稻糙米中銅含量的影響不同。其中硫、矽配施處理S1Si1和S1Si2糙米中銅含量比對照降低了2.65％～7.16％，且處理S1Si2與對照差異顯著。說明硫肥用量30kg/hm2和矽肥用量1.0g/kg配施在增產及降低糙米中銅含量效果最佳。
本發明實施例的基於硫矽肥的銅汙染土壤改良劑的使用方法包括：在水稻移栽前一天，將矽肥施入後與盆中土攪拌均勻，灌水，保持淹水狀態，水稻移栽時將硫肥與少量土壤攪拌均勻，全部沾秧根移栽，硫、矽肥用量分別為30kg/hm2和1.0g/kg土；或者在水稻移栽前一天，將硫、矽肥施用於耕作層土壤(或硫肥施用同盆栽沾秧根後移栽)，與土壤充分混勻，灌水，保持淹水狀態，次日移栽水稻，硫肥用量0.013g/kg土與矽用量1.0g/kg土配施。水稻生長期間的水、肥等管理措施按常規方法進行。
本發明在銅汙染的農田中施用硫、矽肥都能降低土壤中酸可提取態Cu含量，提高殘渣態Cu的含量，減少土壤有效態Cu的含量，但土壤鐵錳氧化物結合態Cu和有機物/硫化物結合態Cu含量因硫、矽用量不同而存在差異；在銅汙染農田中施用硫、矽肥可明顯提高水稻幼苗素質，加快出葉速度、莖基部更加寬扁、根冠比及生物量明顯提高，水稻幼苗抵抗銅害能力顯著增強；硫、矽肥的施用可以降低水稻對銅的生物富集，減少銅在莖、葉、糙米中的吸收累積，抑制土壤中銅向水稻各器官的遷移、轉運，從而使銅汙染農田[國家農田土壤環境質量三級標準全銅量(以純Cu計算)達400mg/kg]稻米衛生品質符合中國食品安全標準(<10mg/kg)；在銅汙染區的土壤以硫30kg/hm2和矽1.0g/kg土配施，或者硫肥用量0.013g/kg土與矽用量1.0g/kg土配施，治理效果最佳。硫、矽是水稻正常生長所需要的營養元素，硫、矽營養元素的供應狀況影響植物對環境的抗逆能力。修復銅汙染土壤、降低農產品中重金屬含量是當前礦區周邊銅汙染土壤亟待解決的一個重大問題。基於此，銅汙染土壤的修復技術具有重要的理論意義和實用價值。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。