本發(fā)明涉及土壤修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及利用農(nóng)作物植株不可食用部分萃取移除重金屬的土壤修復(fù)方法。

背景技術(shù)：

隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活廢棄物的排放，化工原料、化肥、農(nóng)藥、重金屬、放射性物質(zhì)和有害微生物等污染源進(jìn)入土壤，逐漸超出土壤自凈能力，從而引起土壤組成結(jié)構(gòu)及功能發(fā)生變化，微生物活動(dòng)受到抑制，土壤生態(tài)平衡受到破壞，土壤質(zhì)量下降，影響作物正常發(fā)育和產(chǎn)品質(zhì)量，造成土壤污染。按照主要污染物類型劃分，土壤污染可以分為：重金屬污染、有機(jī)物污染、放射性污染、病原菌污染、固體廢棄物污染等，其中重金屬污染是目前較為嚴(yán)重的一種土壤污染，我國首次土壤普查顯示，中國有近20％的耕地存在鎘、砷、汞、鉛、鎳、銅等重金屬超標(biāo)，這些重金屬不僅影響植物根、葉的發(fā)育，還可通過農(nóng)作物吸收進(jìn)入食物鏈，嚴(yán)重影響食品安全并危及人類健康，破壞人體神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、骨骼系統(tǒng)等，造成極大危害。

土壤修復(fù)是指對已經(jīng)污染的土壤采取適宜的方式方法，去除土壤中的污染物或者降低污染物活性，恢復(fù)土壤正常狀態(tài)。目前土壤污染修復(fù)技術(shù)主要包括：物理修復(fù)技術(shù)、化學(xué)修復(fù)技術(shù)、生物修復(fù)技術(shù)、聯(lián)合修復(fù)技術(shù)等。對于土壤重金屬污染，通過物理和化學(xué)手段治理非常困難，也容易造成二次污染，利用植物萃取吸收的生物修復(fù)技術(shù)，其能耗小、不產(chǎn)生二次污染，是最具有應(yīng)用前景的修復(fù)技術(shù)，但現(xiàn)有植物萃取吸收技術(shù)要求農(nóng)田停止正常生產(chǎn)，而且可用作土壤修復(fù)的植物在農(nóng)田種植時(shí)往往需要馴化和適應(yīng)過程，而且其扎根深、多年生，導(dǎo)致修復(fù)后植物余根不易清除干凈，甚至引起土壤本身結(jié)構(gòu)的變化，因此，目前植物萃取吸收技術(shù)應(yīng)用受到很大限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種利用農(nóng)作物植株的不可食用部分萃取移除重金屬的土壤修復(fù)方法，通過選用具有優(yōu)良的萃取重金屬性能的農(nóng)作物品種，種植在農(nóng)田上，在不停止農(nóng)田生產(chǎn)的前提下，完成對土壤的修復(fù)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種利用農(nóng)作物植株不可食用部分萃取移除重金屬的土壤修復(fù)方法，該方法選用具有萃取重金屬性能的農(nóng)作物品種，通過增加種植密度的種植方式，在農(nóng)田上進(jìn)行土壤修復(fù)種植，利用農(nóng)作物植株不可食用部分萃取重金屬，并對農(nóng)作物植株不可食用部分進(jìn)行集中處理，使重金屬從土壤中移除，同時(shí)收獲符合食品安全標(biāo)準(zhǔn)的可食用部分；所述農(nóng)作物品種的萃取重金屬性能表現(xiàn)為植株的不可食用部分萃取重金屬的含量分別不低于cr2.0mg/kg、ni20.0mg/kg、cd0.7mg/kg、pb10.0mg/kg。

本發(fā)明的土壤修復(fù)技術(shù)中，農(nóng)作物的選擇與其種植方式，是決定技術(shù)可行性和修復(fù)效果的關(guān)鍵，要實(shí)現(xiàn)農(nóng)田不停止生產(chǎn)，完成農(nóng)田原位修復(fù)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)同時(shí)進(jìn)行，既要保障收獲的可食用部分確保食品安全性，又要保障可食用部分的產(chǎn)量，因此，本發(fā)明方法中選種的農(nóng)作物其萃取重金屬性能表現(xiàn)在農(nóng)作物植株不可食用部分對重金屬的萃取性能和可食用部分對重金屬的萃取吸收性能兩方面；另外，在種植過程采用非常規(guī)的增加種植密度和水肥管理等方式，促進(jìn)土壤中重金屬向莖、葉等農(nóng)作物植株的不可食用部分內(nèi)轉(zhuǎn)移，并適量增加不可食用部分的生產(chǎn)總量，以此實(shí)現(xiàn)利用農(nóng)作物植株不可食用部分萃取移除重金屬，并對富集吸收的不可食用部分集中處理，達(dá)到土壤修復(fù)的目的，同時(shí)收獲安全的可食用部分，不影響農(nóng)田正常生產(chǎn)，從而推進(jìn)土壤修復(fù)技術(shù)的顯著發(fā)展。

作為對上述技術(shù)方案的限定，所述農(nóng)作物包括糧食作物、蔬菜作物、水果作物。

作為對上述技術(shù)方案的限定，所述農(nóng)田為重金屬尚清潔土壤或重金屬輕微污染土壤。

作為對上述技術(shù)方案的限定，所述增加種植密度的方式中種植密度較當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)種植密度增加30％。

可采用撒播或者增加播種行數(shù)等方式實(shí)現(xiàn)種植密度的增加，在保證可食用部分產(chǎn)量的基礎(chǔ)上，促進(jìn)農(nóng)作物植株不可食用部分的生長量，增大農(nóng)作物植株不可食用部分對重金屬的萃取量，增強(qiáng)對土壤的修復(fù)效果。

作為對上述技術(shù)方案的限定，該方法包括以下步驟：

a、篩選農(nóng)作物品種：將當(dāng)?shù)胤N植的農(nóng)作物審定品種在重金屬污染的試驗(yàn)土壤中種植，進(jìn)行篩選試驗(yàn)，依據(jù)收獲的各農(nóng)作物植株不可食用部分萃取重金屬的含量與可食用部分萃取重金屬的含量，并兼顧農(nóng)作物產(chǎn)量因素，選擇具有萃取重金屬性能的農(nóng)作物品種，用作土壤修復(fù)的種植品種；

b、土壤修復(fù)：切斷導(dǎo)致農(nóng)田重金屬含量增加的重金屬污染源，將篩選得到的農(nóng)作物品種，以增加種植密度的方式，在農(nóng)田上進(jìn)行土壤修復(fù)種植，收獲農(nóng)作物植株不可食用部分和符合食品安全標(biāo)準(zhǔn)的可食用部分，將農(nóng)作物植株的不可食用部分進(jìn)行焚燒處理，降低土壤中重金屬含量，通過農(nóng)作物的反復(fù)種植，完成對土壤的修復(fù)。

作為對上述技術(shù)方案的限定，步驟a所述篩選試驗(yàn)包括以下步驟：

a1、采用五點(diǎn)取樣法對試驗(yàn)土壤取樣，測定試驗(yàn)土壤中cr、ni、cd、pb元素含量；

a2、將不同品種的農(nóng)作物種植在試驗(yàn)土壤上，待農(nóng)作物成熟，采用五點(diǎn)取樣法采集農(nóng)作物植株，分離出不可食用部分和可食用部分，殺青并烘干、粉碎、消解后，測定不可食用部分中cr、ni、cd、pb元素含量和可食用部分中cr、ni、cd、pb元素含量；

a3、依據(jù)不同品種農(nóng)作物植株的不可食用部分萃取重金屬的含量、可食用部分萃取重金屬的含量，按照篩選標(biāo)準(zhǔn)，選擇用作萃取移除重金屬的農(nóng)作物品種。

利用農(nóng)作物植株不同部位對不同重金屬吸收量不同的原理，通過研究不同農(nóng)作物品種的不同部位與特定重金屬種類的富集、吸收對應(yīng)關(guān)系，篩選農(nóng)作物植株不可食用部分對特定重金屬高富集吸收、同時(shí)可食用部分低吸收的品種，用作土壤修復(fù)的農(nóng)作物，經(jīng)過不可食用部分吸收、萃取、移除土壤中的重金屬，達(dá)到降低農(nóng)田重金屬含量的目的。

作為對上述技術(shù)方案的限定，步驟b所述農(nóng)作物土壤修復(fù)種植包括以下步驟：

b1、播種、前期肥水及病蟲害防治管理：播前澆足底墑水、施足底肥，足墑播種，采用機(jī)播方式，等行距種植，行距10cm，播深3-5cm；出苗后查苗、補(bǔ)苗，保證苗全；

b2、中后期肥水及病蟲害防治管理；拔節(jié)期追肥，澆灌好拔節(jié)水、抽穗水；

b3、收獲及取樣檢測：收獲農(nóng)作物植株，對不可食用部分、可食用部分、土壤均取樣檢測cr、ni、cd、pb元素含量。

進(jìn)一步限定農(nóng)作物品種的篩選方法和土壤修復(fù)種植方法，使本發(fā)明的土壤修復(fù)方法更利于應(yīng)用和推廣。

綜上所述，采用本發(fā)明的技術(shù)方案，獲得的利用農(nóng)作物植株不可食用部分萃取移除重金屬的土壤修復(fù)方法，通過選用具有萃取重金屬性能的農(nóng)作物品種作為修復(fù)土壤的植物，采用增加種植密度和水肥管理、藥劑噴施方式，促進(jìn)農(nóng)作物植株不可食用部分吸收、萃取、移除土壤中的重金屬，達(dá)到對重金屬污染土壤的修復(fù)目的，同時(shí)收獲符合食品安全標(biāo)準(zhǔn)的可食用部分，完成農(nóng)田原位修復(fù)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的同時(shí)進(jìn)行。該土壤修復(fù)方法，不僅省去利用農(nóng)田外來植物需要馴化以適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂?、土壤條件等繁雜環(huán)節(jié)，省時(shí)省力，又能保證了萃取量，提高土壤修復(fù)效果，且環(huán)保、不造成二次污染，是利于應(yīng)用推廣的土壤修復(fù)技術(shù)。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例

本實(shí)施例涉及利用農(nóng)作物植株不可食用部分萃取移除重金屬的土壤修復(fù)方法，按以下步驟進(jìn)行：

a、篩選農(nóng)作物品種：將適合污染地種植并已經(jīng)通過當(dāng)?shù)貙彾ǖ亩喾N農(nóng)作物品種，選擇常規(guī)種植的作物種類包括小麥、玉米或水稻，搜集多種同一作物種類的不同品種，在有重金屬污染的試驗(yàn)土壤中種植，進(jìn)行篩選試驗(yàn)，依據(jù)收獲的各農(nóng)作物品種的農(nóng)作物植株不可食用部分萃取重金屬的含量與可食用部分萃取重金屬的含量，兼顧農(nóng)作物的產(chǎn)量，選擇具有萃取重金屬性能的農(nóng)作物品種，用作土壤修復(fù)的種植品種。

所述種植篩選試驗(yàn)，以河北省范圍內(nèi)3個(gè)不同位點(diǎn)的典型土壤及土壤上種植45個(gè)不同品種的小麥篩選為例，根據(jù)河北省土壤重金屬污染分布特征選擇3個(gè)位點(diǎn)為試驗(yàn)區(qū)，試驗(yàn)區(qū)土壤的基本性質(zhì)，見下表：

上表中土壤ph和電導(dǎo)率(ec)在水土比為5:1條件下測定，有機(jī)質(zhì)使用外加熱重鉻酸鉀法測定；全氮含量采用凱氏定氮儀測定；速磷采用鉬藍(lán)比色法測定；速鉀采用火焰光度計(jì)測定。

篩選試驗(yàn)步驟如下：

a1、在大田試驗(yàn)區(qū)，采用“五點(diǎn)取樣法”對試驗(yàn)區(qū)土壤取樣，樣品經(jīng)風(fēng)干混勻后，研磨、過0.149mm尼龍篩，測定樣品中cr、ni、cd、pb元素含量；

a2、將45個(gè)不同品種的小麥種植在大田試驗(yàn)區(qū)，設(shè)3個(gè)重復(fù)樣，待小麥成熟后，五點(diǎn)取樣法取小麥植株地上部分，用去離子水清洗整個(gè)植株，分離出莖葉和籽粒，105℃殺青20min，70℃烘干，分別將莖葉、脫殼麥粒粉碎，過0.149mm尼龍篩，測定莖葉中cr、ni、cd、pb元素含量和籽粒中cr、ni、cd、pb元素含量；

45個(gè)小麥品種中秸稈cr含量前三名的分別是13.246mg/kg、5.365mg/kg、4.029mg/kg，相應(yīng)的籽粒cr含量分別為2.243mg/kg、2.146mg/kg、1.817mg/kg；秸稈cr含量與籽粒cr含量比例最高的品種其秸稈cr含量為3.038mg/kg，籽粒cr含量為0.180mg/kg，二者比例最高達(dá)到16.836；

45個(gè)品種有43個(gè)品種的秸稈ni含量都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于籽粒ni含量，二者比例在1.911～69.927之間，秸稈ni含量前三名的分別是36.961mg/kg、28.035mg/kg、23.258mg/kg，相應(yīng)的籽粒ni含量分別為0.529mg/kg、0.533mg/kg、0.458mg/kg；

45個(gè)小麥品種中秸稈cd含量前兩名的分別是1.502mg/kg、0.898mg/kg，相應(yīng)的籽粒cd含量分別為0.028mg/kg、0.024mg/kg；

45個(gè)小麥品種中秸稈pb含量前三名的分別是58.986mg/kg、18.273mg/kg、15.293mg/kg，相應(yīng)的籽粒pb含量分別為0.629mg/kg、0.467mg/kg、0.533mg/kg。

a3、依據(jù)不同品種農(nóng)作物的莖葉中重金屬含量，以及籽粒中重金屬含量值，確定農(nóng)作物品種的篩選標(biāo)準(zhǔn)：莖葉中cr元素含量需不低于2.0mg/kg，ni元素含量需不低于20.0mg/kg，cd元素含量需不低于0.70mg/kg，pb元素含量需不低于10.0mg/kg，相應(yīng)的籽粒中cr、ni、cd、pb元素含量值均不超過食品安全中規(guī)定的重金屬元素含量標(biāo)準(zhǔn)。

按照上述篩選標(biāo)準(zhǔn)選擇的可用于萃取cr元素的小麥品種有藁優(yōu)5766、小偃101，最佳小麥品種為藁優(yōu)5766；可用于萃取ni元素的小麥品種有良星66、石新828，最佳小麥品種為良星66；可用于萃取cd元素的小麥品種有嬰泊700。

對于pb元素的萃取，由于實(shí)驗(yàn)的所有小麥品種，其籽粒中pb含量超出食品質(zhì)量安全標(biāo)準(zhǔn)，可考慮將經(jīng)萃取種植的小麥用作飼料的方法用于土壤修復(fù)，或配以噴施藥劑減少重金屬向籽粒中的轉(zhuǎn)移吸收達(dá)到食品安全標(biāo)準(zhǔn)。

上述步驟中cr、ni、cd、pb元素用7700xicp-ms儀器測定。

b、土壤修復(fù)：切斷導(dǎo)致待修復(fù)農(nóng)田重金屬含量超標(biāo)的重金屬污染源，將篩選得到的農(nóng)作物品種，以增加種植密度的方式，在重金屬污染的農(nóng)田上進(jìn)行土壤修復(fù)種植，收獲農(nóng)作物植株不可食用部分和符合食品安全標(biāo)準(zhǔn)的可食用部分，將農(nóng)作物植株不可食用部分進(jìn)行焚燒處理或用于加工纖維板等，來移除土壤的重金屬污染；通過農(nóng)作物的反復(fù)種植，完成對土壤的修復(fù)。

所述農(nóng)作物品種的土壤修復(fù)種植，以石家莊趙縣為土壤修復(fù)試驗(yàn)地點(diǎn)，步驟如下：

b1、播種、前期肥水及病蟲害防治管理：

(1)選用經(jīng)步驟a篩選得到的小麥品種的包衣種子，或進(jìn)行藥劑拌種，防治地下害蟲；

(2)精細(xì)整地，地面上虛下實(shí)、無明暗坷垃；

(3)播前澆足底墑水，實(shí)現(xiàn)足墑播種；

(4)底肥：播前畝施有機(jī)肥3方、磷酸二銨25公斤、尿素10公斤、硫酸鉀12.5公斤做底肥，同時(shí)，畝施辛硫磷顆粒5公斤拌毒土，防治地下害蟲；

(5)播期、播量：播期，10月5-12日；播種量，在適宜播期范圍內(nèi)冀中南掌握畝基本苗在33萬左右，北部麥區(qū)掌握在40萬左右；超出適期范圍后每晚播一天增加0.6公斤播量，實(shí)現(xiàn)播期播量相配套；

(6)播種方式及質(zhì)量：機(jī)播、等行距種植，行距10厘米(本地常規(guī)播種行距為15厘米)，播深3-5厘米，播后鎮(zhèn)壓；

(7)查苗、補(bǔ)苗：出苗后及時(shí)查苗、補(bǔ)苗，保證苗全；

(8)化學(xué)除草：立足春草秋治，在11月中下旬(小麥三葉期)進(jìn)行秋季化學(xué)除草；

(9)病蟲防治:播種前土壤撒施毒土，同時(shí)，種子用“殺蟲劑+殺菌劑”進(jìn)行藥劑拌種，防治地下害蟲；小麥出苗前后用殺蟲劑在道邊、壟溝和地頭噴灑藥帶，防止灰飛虱等害蟲遷入；

(10)凍水：入冬前以苗情、土壤墑情來確定是否灌凍水；

b2、中后期肥水及病蟲害防治管理：

(1)追肥：拔節(jié)期隨第一水畝追尿素20公斤；

(2)灌水：灌好拔節(jié)水、抽穗水兩次關(guān)鍵水；

(3)吸漿蟲防治：孕穗期拌毒土防治吸漿蟲；

(4)蚜蟲、病害防治：楊花后葉面噴施“殺蟲劑+殺菌劑”做好“一噴三防”，防病、防蟲、防干熱風(fēng)；

(5)葉面噴肥：灌漿期噴施磷酸二氫鉀等葉面肥，促進(jìn)灌漿、提高粒重；

(6)做好闊葉雜草為主的春草除治；

(7)后期做好麥蚜、白粉病、赤霉病等病蟲害防治；

b3、收獲及取樣檢測：收獲農(nóng)作物植株，對莖葉、籽粒、土壤均取樣檢測cr、ni、cd、pb元素含量；便于重金屬萃取移除量的計(jì)算，以及后續(xù)的修復(fù)種植。

步驟b的上述管理中施入的肥、水、藥都需要檢測、篩選，不帶入重金屬。

以重金屬鉻、鎳元素的萃取為例，一季小麥?zhǔn)斋@的不可食用部分每畝可從耕層中萃取的鉻和鎳最高量分別為7.948g和22.177g(根據(jù)調(diào)查以一年小麥秸稈產(chǎn)量600kg計(jì))，按照一畝耕層20cm(小麥根淺)土壤總質(zhì)量為173420kg，則每畝種植一季小麥可以降低土壤中的cr和ni的濃度分別為：0.046和0.128mg/kg。根據(jù)食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(hj/t332-2006)鉻和鎳的標(biāo)準(zhǔn)值為250和60mg/kg，農(nóng)作物品種的生命期一般為5-15年，按照農(nóng)作物品種正?？煞N植的年限10年計(jì)算，小麥秸稈cr和ni含量最高的品種可以分別用于cr超標(biāo)濃度0.46mg/kg、ni超標(biāo)濃度1.28mg/kg范圍內(nèi)農(nóng)田污染的修復(fù)，修復(fù)期限為10年?，F(xiàn)實(shí)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中一年均是2-3季，小麥種植與玉米輪作為2季，同時(shí)實(shí)現(xiàn)玉米品種篩選種植，或者篩選出不可食用部分吸收萃取濃度更高的品種，可以用于修復(fù)污染程度更高的農(nóng)田。

綜上所述，本發(fā)明的土壤修復(fù)方法，利用糧食農(nóng)作物植株不可食用部分吸收、萃取、移除土壤中的重金屬，達(dá)到對重金屬污染土壤的修復(fù)目的，同時(shí)收獲食用安全的可食用部分，完成農(nóng)田原位修復(fù)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的同時(shí)進(jìn)行，不僅省去利用農(nóng)田外來植物需要馴化以適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂颉⑼寥罈l件等繁雜環(huán)節(jié)，省時(shí)省力，又能保證了萃取量，提高土壤修改效果，且環(huán)保、不造成二次污染，是利于應(yīng)用推廣的土壤修復(fù)技術(shù)。