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富硒土壤修复改良技术应用与思考
来源: 中国土地   发布于:2022-02-16  浏览量:673

硒作为世界卫生组织确定的人与动物生命活动中必不可少的微量元素,对人体健康具有重要作用。目前,公认最安全、最有效、最科学的人体补硒方法是食用富硒农产品。富硒农产品开发实践已经证明,在土壤自然条件下开发的富硒食品,硒含量过低,达不到富硒产品的要求。而湖北恩施土家族苗族自治州天然富硒的土壤完全可以满足富硒农产品的开发需求。


恩施州富硒农产品开发潜力

       恩施州是世界上著名的富硒区,全州总面积中73%的土壤都属于高硒区。恩施第六届硒博会公布了最新的硒资源普查成果:恩施381.13万亩耕地、园地、草地中的59.53%富硒,土壤硒含量均值高达0.76 mg/kg,是全国土壤硒含量均值的2.6倍;参与评价的8640件农作物中,有1937件达到富硒标准,农产品天然富硒率为22.42%。但是,恩施地区硒的富集与广泛发育的黑色岩系分布等因素有关,恩施地区土壤存在硒、镉伴生的现象,土壤中存在一定程度的镉污染风险。

       目前,恩施富硒高镉土壤硒资源开发利用主要集中在两个方面。一是根据《土壤污染防治行动计划》,按污染程度将农用地划为三个类别:未污染和轻微污染的划为优先保护类,轻度和中度污染的划为安全利用类,重度污染的划为严格管控类。以耕地为重点,分别采取相应管理措施,保障农产品质量安全。二是不同农作物对硒、镉的吸收是有差异的。据此,恩施州筛选出本地富硒高镉土壤区中富硒低镉的农作物。筛选结果显示,玉米、茶叶吸收硒的能力强且镉超标率较低。

       农作物筛选的方式虽然可以规避镉污染的风险,但是人们日常生活中玉米、茶叶食用较少,达不到补硒的效果。我国70%的居民以稻米作为主食。富硒稻米作为功能性药食同源食品,可以有效解决居民硒摄入不足问题。而水稻具有较高富集硒的能力,也具有很强的从土壤中吸收镉的能力。因此,恩施州富硒高镉(轻度和中度污染土壤)水稻的土壤安全利用被广泛关注。



安全利用区的土壤修复技术对比

       目前,土壤修复技术包括物理修复技术、化学修复技术和生物修复技术。物理修复技术:主要包括客土、换土和深耕翻土法。客土法和换土法是治理农田重金属严重污染切实有效的方法,但是需要大量的人力、物力和财力,且会破坏土壤结构,降低土壤肥力。化学修复技术:主要包括淋洗与萃取、原位钝化修复技术。其中,原位钝化修复技术是指向土壤中添加某种钝化剂,改变土壤中重金属的赋存形态,降低其在土壤中的可移动性和生物的有效性,减少农作物对重金属的吸收量,进而达到修复的效果,因其可大面积推广、操作性强、实施成本低等优点被广泛关注。生物修复技术:包括植物修复和微生物修复。植物修复技术是利用植物吸收、转移、容纳重金属污染物来处理土壤的重金属污染问题。微生物修复是利用微生物的亲和吸附能力或转化能力,降低重金属的危害。植物修复周期长,适用于污染浓度低、污染范围大的土壤。如果富集植物处理不当,会造成二次污染,且修复期间无法种植农作物。微生物修复对环境条件变化很敏感,修复效果不稳定。由此,原位钝化修复技术与其他的农田土壤重金属污染修复技术相比,具有投入低、效率高、修复时间短、操作简单、不影响农耕活动等特点,对于中低浓度重金属污染的土壤具有较好的应用前景。



富硒高镉土壤原位钝化修复的探索

     恩施州鹤峰县某高硒高镉土壤,土壤镉含量为0.39 mg/kg,硒含量1.34 mg/kg,pH值为5.30。该区域土壤中的镉含量高于农用地土壤污染风险筛选值、低于管控值,为镉中度污染区,即土壤安全利用区。当地的试验区选择水稻种植,钝化剂选择生物质炭、海泡石和贝壳粉,配比为生物质炭50%、海泡石25%和贝壳粉25%。经过钝化剂处理后,水稻镉含量为0.06~0.11mg/kg,较对照水稻镉含量0.37mg/kg降低了69.16%~83.29%,符合《食品安全国家标准食品中污染物限量》(GB2762—2017)中规定的“水稻糙米镉≤0.2 mg/kg”;水稻硒含量为0.08~0.09mg/kg,符合《富硒稻谷》(GB/T22499—2008)中规定的0.04~0.30mg/kg。通过经济效益分析,恩施州鹤峰县每公顷水稻可增收0.84万元~2.17万元。

       原位钝化修复技术的特点(缺点)决定其需要周期性施用钝化剂,钝化剂对土壤环境的友好性至关重要。试验区在钝化剂选用时,使用的是植物源和天然成分来源,以生物质炭、海泡石和贝壳粉为主要原料的钝化剂,长期合理施用不仅可以提高农田土壤肥力、增加水稻产量,也不会对土壤造成二次污染。所用钝化剂组分具有以下特性:一是生物质炭是稻壳在无氧或限氧条件下高温裂解而成的,其具有巨大的比表面积,表面大量的负电荷以及高电荷密度的特性,对重金属离子有很好的吸附固定作用,可降低土壤中重金属的移动性和生物有效性,生物质炭还含有大量的有机碳和植物营养物质,施入土壤可以提高土壤有机质,改善土壤肥力;二是海泡石粉是由一种具层链状结构的含水富镁硅酸盐黏土矿物粉碎而成,具有纯天然、无毒、碱性等特性,具有非金属矿物中最大的比表面积和较强的吸附能力,可以降低重金属在土壤中的迁移性和生物有效性;三是贝壳粉具有较大的表面积,可吸附固定土壤重金属,且贝壳粉90%以上成分是碳酸钙,可以调节土壤酸碱度,降低土壤重金属生物的有效性和迁移性。此外,贝壳粉还含有多种有利于作物生长的生物刺激素、氨基酸和多糖等物质。

       鹤峰县富硒高镉水稻土壤安全利用的实践探索,显示了组合钝化剂当季改良效果好,且原料绿色天然,富含有机质,具备长期使用的条件,在经济效益方面也具备长期投入的条件。同时,长期稳定投入该种钝化剂,不需要担心土壤环境发生变化导致土壤重金属再度活化,在恩施州富硒高镉水稻土壤安全利用中使用的可行性较高。(作者均供职于湖北省地质局地球物理勘探大队)


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