[发明专利]基于人工通气组织的砷污染稻田安全利用方法

说明书

本发明公开了一种基于人工通气组织的砷污染稻田安全利用方法，所述人工通气组织包括若干透气管，所述透气管允许氧气透过而不允许水透过，将透气管埋入稻田淹水土壤中，向透气管内持续通入空气或者氧气，从而提高淹水环境土壤的氧化还原电位、降低铁砷还原菌的活性、增加铁砷的氧化，从而促进溶解态砷在土壤固态中的吸附固定，降低水稻对砷的吸收和稻米中砷的积累，实现砷污染稻田的安全利用。本发明通过人工通气组织向淹水稻田土壤中加入氧气，运行成本低，能够低成本、高效、可持续地固定砷，降低稻米砷积累。

技术领域

本发明属于土地污染治理和污染土壤安全利用技术领域，具体涉及一种基于人工通气组织的砷污染稻田安全利用方法。

背景技术

砷(Arsenic)是一种全球性的环境污染物，也是对人类毒性最大的重金属之一。环境中常见砷形态包括亚砷酸盐As(III)、砷酸盐As(V)、一甲基砷(MMA)和二甲基砷(DMA)。其中，As(III)是毒性和移动性最大的砷形态，经常在淹水土壤或沉积物中被检测到。在这些土壤中，异化砷或铁(Iron)还原微生物异常活跃，直接促进As(V)还原为As(III)，导致可溶性As(III)大量增加。水稻是唯一一种需要间歇性淹水的粮食作物，即使在未受砷污染的水稻土中，砷的生物利用性也非常高。此外，水稻对砷的吸收和转运效率极高，水稻籽粒中往往积累大量的砷，比其他谷物高10倍以上。稻米是全世界一半以上人类的口粮，稻米食物链对人类的砷暴露构成了重大威胁。因此，减少稻米中的砷积累是缓解人类砷暴露的关键举措。

目前，多种方法已被开发用于修复稻田土壤砷污染，但土壤砷污染的可持续修复仍然面临挑战。砷钝化剂(如铁矿物、硝酸盐、钛石膏、生物炭等)经常被用于土壤砷污染的稳定化修复，但钝化剂只能暂时降低砷的生物可利用性。加之较高的成本和对土壤生物的潜在危害，砷钝化剂在田间的长期使用受限。化学淋洗法和超积累植物修复是两种很有前途的方法，因为它们可以永久去除土壤砷污染，但这两种方法在实施过程中均会移除土壤营养物质；相比之下，植物修复更有前景，因为它对土壤质量的影响比化学淋洗小的多。然而，植物修复实施过程中会与水稻争夺空间、光照和养分，并需要额外处理大量的高砷废弃物，因此很难说服农民在田间广泛使用。

除了向水稻土中添加钝化剂如铁矿物外，铁矿物热区也可以在土壤中自然形成。并且，铁矿物热点往往也是砷分布热点，因为铁矿物会对砷进行专性吸附。例如，在水稻根表面往往有砖红色的铁氧化物形成，称为根表铁膜。水稻通气组织能将空气中的氧气运输至根部，根系泌氧驱动根表铁膜形成。然而，新形成的致密铁氧化物层会阻碍氧气的进一步分泌。因此，水稻根表铁膜往往只有几毫米厚，其对砷的固定效率有限。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题提供一种基于人工通气组织的砷污染稻田安全利用方法，该方法也是一种绿色、低成本、高效的砷稳定化修复方法，不仅不影响土壤质量，而且不影响水稻的正常生产。

为实现本发明的目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于人工通气组织的砷污染稻田安全利用方法，所述人工通气组织包括若干透气管，所述透气管允许氧气透过而不允许水透过，将透气管埋入稻田淹水土壤中，向透气管内持续通入空气或者氧气。

在上述技术方案中，通过通入空气或者氧气，氧气透过透气管进入土壤环境中，从而提高稻田土壤的氧化还原电位，促进溶解性高的As(III)氧化为溶解性低的As(V)，降低铁砷还原菌的活性，抑制高价砷被还原为溶解态砷，形成的铁氧化物吸附固定溶解态砷，从而减少稻田土壤中砷的生物可利用性，降低稻米砷吸收和积累。

在上述技术方案中，所述砷污染稻田包括砷污染超标稻田和砷污染未超标但砷生物可利用性高的稻田，砷污染未超标但砷生物可利用性高的稻田会导致种植在其中的水稻吸收、积累砷，导致稻米中砷超标，引起食品安全问题；

在水稻整个生育期内向透气管内持续通入空气或者氧气，或者，持续通气至土壤中溶解态砷含量基本恒定或者达到设定目标以内。