本發明涉及水稻田治理領域，具體涉及一種原位修復鎘輕、中度污染水稻田的工藝。
背景技術：
土壤中鎘的污染主要來源是工業廢氣、廢渣、廢水中鎘的擴散、沉降和累積、污水灌溉、污泥施肥以及含鎘農用物資的長期大量施用等。土壤中高含量的鎘嚴重的影響了水稻等農作物的生長和質量，并且通過植物吸收進入大米，再通過食物鏈進入人體，在人體內不斷積累，從而引發各種疾病，嚴重危害到人體健康。
據統計(2011年)我國受鎘污染的農田面積約27.8萬hm2，每年生產出鎘含量超標的大田作物農產品近14.6億kg。隔的生物毒性大且具有潛伏性、持久性和不可逆性，在土壤中比其它重金屬更容易被植物吸附。鎘污染的危害主要有以下幾個方面
(1)鎘對水稻的毒害效應
鎘離子能抑制水稻種子萌發過程中蛋白酶和肽酶的活性，從而抑制水稻種子的發芽。鎘的脅迫會加速根尖細胞的老化造成水稻葉片失綠、變薄、變白、抑制水稻的細胞分裂，從而影響水稻的光合作用速率導致水稻長勢停滯或畸形生長。
(2)鎘對人體的毒害效應
鎘通過食物鏈進入人體，主要積累在肝、腎、胰腺、甲狀腺和骨骼之中，使腎臟、骨骼等器官組織發生病變，并引起神經痛及內分泌失調，使骨骼生長代謝發生障礙，引起骨痛病、軟骨病、骨質疏松的發生。鎘已被國際癌癥研究所確定為1A級致癌物，即對人類明確致癌，可引發腎、肺、前列腺、睪丸等器官的惡性腫瘤。
目前常用的鎘污染土壤修復技術有農業生態修復法、生物修復法、化學固定法、淋洗修復法、電動修復法等。其中，生物修復法具有處理費用低可達到較高的清潔水平等優點，但所需修復周期較長，受污染類型限制較大；電動修復法成本高、操作設備復雜工程龐大，不利于大面積修復；淋洗法成本較大、易造成二次污染、破壞土壤結構。化學固定法是現階段常用的土壤修復方法，但現有的化學固定法并不能降低土壤中鎘的總量，而且有些固定劑本身存在二次污染，長期固定效果不穩定。因此迫切需要尋找一種適合水稻田鎘污染修復的方法。
技術實現要素：
本發明針對現有技術中單一的穩定法難以達到從總量上降低鎘含量的要求，而淋洗法對土壤性質破壞嚴重等的現狀，提供了一種操作簡單，成本合理，易于實施，適應范圍廣，對土壤原有的pH影響小，修復效率高，效果較穩定，水稻田中鎘含量有效降低的原位修復鎘輕、中度污染水稻田的工藝。
一種原位修復鎘輕、中度污染水稻田的工藝，對于鎘輕度污染水稻田，進行以下處理：按100-300kg/畝土壤施加調理劑，翻耕混合均勻；
靜置，灌水，插秧；
所述調理劑包括A、B、C三部分，A為有機質、發酵劑、微生物菌劑；B為粉煤灰、腐殖酸鹽、生物質炭、含磷肥料、活化赤泥；C為膨潤土、鐵粉；A、B、C三部分按重量比20～30：20～40：40～60混合均勻，即得。
對于鎘中度污染水稻田，在加入調理劑前，先進行以下處理：
(1)按與所述土壤的質量比為0.2-1.0:100施用提取劑，翻耕混合均勻；
(2)灌水，翻耕，靜置，排水；
(3)再次灌水，翻耕，靜置，排水；
其中，所述提取劑為氯化鈣、氯化鎂或氯化銨中的一種或幾種。
在上述處理前，優選將中度鎘污染水稻田翻耕、破碎，剔除草根、樹枝等異物。
本發明進一步包括以下優選的技術方案：
優選的方案中，所述A部分按重量份計：有機質70～90份，發酵劑1～10份，微生物菌劑5～30份。
優選的方案中，B部分按重量份計：粉煤灰20～30份，腐殖酸鹽10～30份，生物質炭20～30份，含磷肥料20～30份，顆粒活化赤泥10～20份，甲殼素1～5份。
優選的方案中，C部分按重量份計，膨潤土40～60份，鐵粉40～60份。
優選的方案中，所述步驟(2)中靜置1-2天。
優選的方案中，所述步驟(3)中靜置1-2天。
優選的方案中，加入調理劑后，靜置2-7天。
優選的方案中，鎘輕度污染水稻田中Cd含量0.3-0.6mg/kg；中度鎘污染水稻田中，Cd含量0.6-0.9mg/kg。
優選的方案中，所述灌水深度10-15cm，排水程度：自然排干，露出土壤。
優選的方案中，對于鎘中度污染的土壤，提取劑施用2～3季并按上述方式灌排水、插秧后，土壤中的鎘明顯降低，下一季水稻插秧前，施加土壤調理劑，再正常插秧。
優選的方案中，A部分的制備過程為：將有機質、發酵劑、微生物菌劑混合均勻，噴水使其含水率20～30％，堆腐72～144小時得到半腐熟有機質，而后造粒，晾干備用。
優選的方案中，所述活化赤泥顆粒通過以下方法制備得到：按重量份，赤泥70～80份，有機質20～30份，氯化鎂3～6份；5.0～8.0mol/L鹽酸以及水，將赤泥、氯化鎂混合，加入其總重30-50％的水，混合均勻，加入鹽酸，再次混合均勻，反應3～8小時后，固液分離，再次加水2-3次，加水后進行固液分離，所得固體在100～150℃烘干，磨碎過60目篩，即得活化赤泥基料；將基料與60目過篩有機質按重量比60～75：25～40混合，加入占混合物總重15～25％的水，混合均勻后，造粒。
活化赤泥疏通內部通道，添加有機質混合均勻后造粒，具有非常優異的吸附性能。
優選的方案中，所述活化赤泥顆粒的粒徑為0.5～2.0mm。
優選的方案中，將B部分和C部分通過干法制粒后備用。
所述有機質優選為秸桿粉碎物、玉米芯粉碎物、樹葉、花生餅、豆餅、草木灰中的一種或幾種。
所述發酵劑優選為市售有機肥發酵菌。
所述粉煤灰優選為火力發電廠濕法排出的、經過一年以上風化的，用于改良土壤的粉煤灰。
所述腐殖酸鹽優選為腐殖酸鉀、腐殖酸鈉、腐殖酸銨中的一種。
所述生物質炭優選為秸桿炭、稻殼炭、椰絲炭、椰殼炭、棕櫚殼炭、花生殼炭、核桃殼炭或板栗殼炭中的一種或幾種。
所述微生物菌劑優選為特異性功能微生物(活菌數108～1012個/克)或市售硅酸鹽菌劑(活菌數≥109個/克)。
所述“特異性功能微生物”是指專門馴化的耐受目標污染物修復的活性菌群。硅酸鹽菌劑也稱生物鉀肥。
所述含磷肥料優選為鈣鎂磷肥、磷酸氫鈣、磷酸二氫鈣、過磷酸鈣、磷酸氫二鉀或磷酸銨中的一種。
所述甲殼素優選為蝦、蟹甲殼素。
所述赤泥優選為燒結法和/或拜耳法生產氧化鋁產生的廢渣。
所述膨潤土優選為鈉基膨潤土或鈣基膨潤土。
所述鐵粉優選為微米級多孔還原鐵粉。
本發明的有益效果：
本發明針對水稻田相對一般的土壤來說水含量更高，土壤的性質和組成差異較大，而使用現有的方法和工藝無法降低土壤中鎘含量，水稻田中鎘的存在會對人體產生巨大影響的現狀，提出了一種簡單、高效，有效降低水稻田中鎘含量的原位修復鎘輕、中度污染水稻田的工藝。本發明結合水稻田的特殊性質，與施肥翻耕同時進行，不影響正常耕種和作物生長。整個過程不需要大型設備，只用一些基本的耕作器械即可完成，操作工序簡單。使用本發明的提取劑可提取水稻田中水溶態和交換態的鎘，所用調理劑對水稻田中殘存的鎘有穩定化的作用，可降低鎘的生物有效性，阻止植株根系對土壤中的鎘的吸收，從而阻止鎘通過植株根系向植株體內及籽粒中的轉移，同時可增加土壤的肥力，提高土壤中微生物總量和活性。
本發明通過工藝以及所使用藥劑的協同配合，不僅能夠與水稻耕種過程有效結合，處理成本低，風險小，且能夠在不影響水稻田土質的前提下有效地減少水稻田中的鎘含量，帶來非常好的經濟和環境效益。采用該工藝對鎘輕、中度污染的土壤進行2-3季的修復后，水稻田中鎘的去除率達到20-50％，稻米中的鎘可以達到《糧食衛生標準》(GB2715-2005)(總鎘小于0.2mg/kg)，有利于水稻生長，維護人體健康。
本發明所使用的提取劑和調理劑的主要成分鐵、鈣、鎂、磷是植物生長以及土壤中的重要元素，添加到水稻田中后不會給水稻田帶來二次污染，有利于水稻生長。本發明所使用的提取劑和調理劑都是中性鹽和天然礦物質，對pH影響較小，通過本發明的工藝，當季水稻便可以達到《糧食衛生標準》(GB2715-2005)稻谷限量0.2mg/kg以下。
此外，本發明的調理劑中不僅富含Si，Ca，Fe，Mg和相當量的微量無素，有較高的吸附活性、吸水性和孔隙率，對重金屬有吸附、鈍化作用，可提高土壤的持水性，調理土壤的pH，改良土壤。且可明顯提高土壤的有機質含量、改善土壤結構，提高土壤保水保肥性能，此外，在有效阻止植物根系吸附重金屬的同時，可提高土壤中N、P、K的利用效率，提高作物產量。不僅如此，本發明還可降低土壤的酸度和重金屬對植物的毒性，表面豐富的-COOH、-COH和-OH等含氧官能團產生的表面負電荷可提高土壤的陽離了交換量，高度的孔隙結構還可增加土壤的空隙度和保水能力，增強土壤的固碳作用，同時可為微生物提供生存和繁殖場所。此外，本發明同時還可增加作物產量，加速谷類作物分蘗，促進幼穗分分化、灌漿和籽粒飽滿，提高作物抗旱、抗寒和抗鹽堿等抗逆性。本發明的調理劑具有較好的吸附和離子交換性能，對重金屬有一定的吸附效果。含有的氨基、羥基等極性基團具有堿性和吸濕性，起到吸附、離子交換、螯合和酸堿調節的作用。抑制重金屬通過植株根系向植株體內及籽粒中的轉移；同時，該調理劑還能降低重金屬在土壤中的生物毒性。
具體實施方式
實施例1
所述調理劑制備示例如下：
1)A部分各組分按重量份數計，有機質：發酵劑：微生物菌劑＝80：5：15，混合均勻，噴水使混合物料含水率約25％，常溫堆腐120小時，形成半腐熟有機質，在轉鼓造粒機中造粒，制得粒徑約3mm的顆粒，晾干備用。
2)活化赤泥：按重量份數計，赤泥70％，有機質25％，氯化鎂5％，鹽酸5.0mol/L，水。將赤泥、氯化鎂混合，加入其總重40％的水，混勻，加入鹽酸，再混勻，常溫反應5小時后，固液分離，再加水2次，攪拌均勻，靜置后進行固液分離，所得固體在120℃烘干，磨碎過60目篩，制得活化赤泥基料；將基料與60目過篩有機質按重量比75：25混合，加水占混合物總重的20％，充分混勻后，在轉鼓造粒機中造粒，制得0.8mm粒徑的活化赤泥顆粒。
3)B部分各組分按重量份數計，粉煤灰：腐殖酸鹽：生物質炭：含磷肥料：活化赤泥：甲殼素＝25：20：20：20：13：2，混合均勻后，采用輥壓控制技術進行干法制粒，制得粒徑約3mm的顆粒，備用。
4)C部分各組分按重量份數計，膨潤土：鐵粉＝50：50，采用輥壓控制技術進行干法制粒，制得粒徑約3mm的顆粒，備用。
5)A、B、C部分按重量比25：25：50均勻混合，即得調理劑。
實施例2
本次實驗取用某市郊水稻田土壤，鎘濃度0.82mg/kg。取5kg土樣破碎至2cm，裝入20L的塑料容器，加入50g氯化鈣，混合均勻，加入10L水，充分攪拌均勻，浸泡1天后將水排出(水樣①)，再注入10L水，充分攪拌均勻，浸泡1天后排水(水樣②)，取10g土樣待檢(土樣①)，然后一邊攪拌，一邊加入7g實施例1所述調理劑，充分攪拌均勻后，靜置3天后再取10g土樣待檢(土樣②)。
經檢測土樣①中鎘的濃度為0.51mg/kg，去除率為37.94％；土樣②鎘的浸出濃度<0.005mg/L，鎘的固化率為>95％。
水樣①鎘濃度0.101mg/L，水樣②鎘濃度0.033mg/L。
實施例3
某鄉水稻示范田土壤鎘的初始濃度為0.37mg/kg，取該土壤5kg，破碎至粒徑小于2cm。裝入20L的塑料容器，添加少量水將土壤潤濕，加入5g實施例1所述調理劑，充分攪拌均勻后，靜置3天后再取10g土樣待檢。
經檢測土樣鎘的浸出濃度<0.002mg/L，鎘的固化率為>95％。
對比例1
不結合水稻的耕種，不進行灌水、排水，其余按照實施例2進行處理，結果土壤中總鎘含量不變。
對比例2
直接加入調理劑，不加入氯化鈣，其余按照實施例2進行處理，結果出壤中總鎘含量不變，且水稻中鎘含量高。
對比例3
處理過程中，除了氯化鈣加入量相對土壤小于0.2：100外，其余按照實施例2進行處理，結果土壤中總鎘含量降幅較小。
對比例4
處理過程中，除了調理劑加入量小于100kg/畝外，其余按照實施例2進行處理，結果水稻中鎘含量降幅較小。