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绿色“一带一路”技术 | 稻米降镉富硒集成技术

发布时间:2021-06-28

为促进“一带一路”共建国家的环保技术交流和产业合作,推动国内外环保先进实用技术推广应用,服务绿色“一带一路”建设和打好污染防治攻坚战,在生态环境部相关部门指导下,生态环境部对外合作与交流中心和中国环境保护产业协会联合开展了2020年绿色“一带一路”技术储备库技术征集活动并形成2020年绿色“一带一路”技术储备库入选技术清单,共计54项。现开通绿色“一带一路”技术储备库技术展示专栏,陆续展示纳入技术储备库的先进实用环保技术。




稻米降镉富硒集成技术



一、技术持有单位

永清环保股份有限公司、

湖南永清环保研究院有限责任公司

 


二、适用范围

地域:湖南、四川、江苏、浙江、河北、河南、重庆等地区。

行业:土壤重金属污染治理。

适用范围:轻、中度重金属污染稻田、烟草、蔬菜等耕地治理。



三、主要技术内容

(一)基本原理

根据重金属镉在水稻生长期间通过“土壤→水稻根系→水稻茎叶→稻谷”迁移转运规律,采用天然矿物(碳酸盐、硅酸盐、生石灰、黏土矿物等)经过科学配比而成兼具钝化与肥效功能的新型调理剂从源头上减少水稻对镉的吸收,喷施含硒叶面阻控剂从过程中阻控已吸收到茎叶中的镉向籽粒中转移,并结合田间水分管理,从3个不同环节进行联合阻控,可使稻米镉含量降低50%以上,硒含量可提高至0.04mg/kg以上,达到稻米降镉富硒的效果。

(二)技术优势

1、土壤调理上兼顾土壤钝化与肥效:利用土壤调酸降镉和养分硅钙镁拮抗阻控的机制,进行土壤钝化与生理阻控相结合的协同修复,将钝化与肥效协同应用,研制出兼具钝化与肥效功能的土壤调理剂产品。结合镉污染阻控效果受土壤、水稻两个主要要素制约,通过生石灰、碳酸盐分别快速和缓速提高土壤pH降低土壤镉活性,黏土矿物吸附固定镉,以及利用水稻的喜硅性抑制镉从茎叶向籽粒转运,从多方面降低稻米镉含量。

2、技术模式灵活多变更具针对性:针对不同土壤污染程度、修复目标和修复经费,通过土壤调理、叶面阻控、水分管理其中1-3个不同环节技术进行组合,再结合不同的药剂用量组合,形成了含11种修复技术应用模式,可形成不同的具有针对性的修复技术模式。

3、技术成本低廉同比具有竞争力:该技术成本低廉,轻度污染农田土壤治理成本不超过100元/亩,中度污染农田土壤治理成本不超过400元/亩,远低于其他同类修复技术成本。

4、富硒提高稻米经济价值:在降镉的同时富集硒,可使稻米中硒含量上升3~10倍,达到富硒米标准(≥0.04 mg/kg),极大提高稻米经济价值。



四、技术指标及使用条件

(一)技术指标

针对南方酸性稻田镉污染,通过土壤调理、叶面阻控、水分管理其中1-3个不同环节技术进行组合,可使土壤有效态镉降低15~30%,稻米降镉率20~80%。,同时生产富硒米。轻度镉污染稻田土壤治理成本不超过100元/亩,中度镉污染稻田土壤治理成本不超过400元/亩。 

(二)条件要求

1、在翻耕期水稻种植前至少2-3天,一次性基施由硅酸盐、碳酸盐、粘土矿物等天然成土矿物科学配比而成的土壤调理剂100~200kg/亩(视土壤条件而定,一般 0.5%以下),通过吸附、络合、沉淀等化学反应高效钝化重金属,可使土壤镉有效态降低30%以上,稻米镉降低30%以上。

2、在水稻生长分蘖后期和孕穗期,分别喷施含有腐殖酸、水溶性硅、以及锌、硒等微量元素的阻控剂(一次100ml/亩,共200ml/亩),通过离子间的“拮抗反应”,细胞壁的沉淀作用,阻控叶片从大气中吸收的重金属以及茎叶中已有重金属向籽粒的转移,可使稻米镉降低10%以上;同时,稻米硒含量上升3~10倍,达到富硒米的标准(≥0.04 mg/kg)。一般选择在晴天上午9点前、下午4点后喷施,阴天可全天喷施,适应温度范围为15-30℃。

3、除水稻分蘖后期排干晒田和蜡熟期收获前自然落干外,其他生长期内进行淹水管理,保持田间3~6cm水层,降低土壤氧化还原电位,促进土壤中硫,铁元素还原,进而与重金属形成沉淀、络合以降低其活性,可使土壤镉有效态降低10%以上,稻米镉降低20%以上。

(三)典型规模

本技术可以大面积使用,典型规模可以成千上万亩,实施效率与投入的人员及设备有关。土壤调理剂撒施人工的效率约3-5亩/人/天。叶面阻控剂喷施人工的效率约5-10亩/人/天。机械实施效率更高。



五、关键设备及运行管理

(一)主要设备

土壤调理剂和叶面阻控剂一般都可以依托农户现有的农用撒施和喷施设备开展实施。2017年永清环保也委托开发出一款以履带自走式旋耕机为基础,通过加装药剂撒施仓和智能集成模块,自重2.5t,功率75Kw,耕幅2.3m,型号YQNX-4.0的翻耕撒施一体化机器。此外,没有其他主要设备。

(二)运行管理

其翻耕深度15-20cm,在施用75-200kg/亩药剂时,撒施效率2.76-4.4亩/h,且计量控制精度在误差2.7-8.5%,撒施均匀度(变异系数)3.03%-4.85%,还具备远程定位、报工测亩、统计等模块化功能。运行管理只要正常操作和维护即可。



六、投资效益分析

以“2017年望城区重金属污染耕地修复一万亩效果承包区项目”为例。

(一)投资情况

项目合同额为1110.05万元,项目实际总投资约800万元,其中设备投资0万元,土壤修复材料及劳动力等工程投资约650万元,勘察、设计、审查、检测等其他投资150万元,单位土壤修复投资费用约为800元/亩修复早晚稻2季。

(二)运行费用

根据2017年4月-2018年8月实际修复情况,本项目修复面积1万亩,修复2季包括早稻和晚稻,累积修复面积共2万亩。

该修复项目不涉及设备的长期运行,费用支出主要为场调费、技术方案设计及评审费、药剂材料费、修复施工费、检测费等工程直接费用。

(三)效益分析

1、经济效益分析

项目实施区早稻米镉达标率89.4%,晚稻米镉达标率67.1%,实施区早稻和晚稻无减产;相当于早稻每亩生产约700斤达标稻谷;晚稻每亩生产约800斤达标稻谷,经济效益显著。

2、环境效益分析

投入的土壤调理剂和叶面阻控剂符合产品要求,无二次污染。



七、技术成果鉴定与鉴定意见

1、2014年12月16日,稻米降镉富硒集成技术通过湖南省科技厅的科学技术成果鉴定(湘科成登字第9430000Y20150019号)并取得湖南省科技成果登记证书,专家一致认为该技术成果总体居国内研究先进水平。

2、2016年2月29日,“望城重金属污染耕地整区修复技术方案”通过湖南省农学会评审,该修复方案从稻米镉含量入手兼顾土壤性质,对稻米镉含量进行精细分级,推算所需达成的目标降镉率,并分解到“土壤调理、叶面阻控和水分管理”技术中,对之进行合理组配,针对性强、适应性广,有望达到修复目标。方案总体思路清晰,技术路线合理,可操作性强,可为长株潭地区整县推进重金属污染耕地试点工作提供示范。专家认为该技术方案设计合理、适用可行。



八、推广与应用示范情况

(一)推广情况

已经成功应用于湖南(望城、攸县、湘乡和浏阳)、四川(绵竹、绵阳)、江苏(泰兴)、河北(唐山)、浙江(温岭)等16个镉污染农田项目,累积修复农田31万余亩,合同总额达1.8亿多元,推广应用居行业第一。

(二)应用情况

1、主要用户名录

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2、用户意见

修复项目治理效果达到合同要求,都通过验收。



九、专利及获奖情况

(一)专利情况

图片

(二)获奖情况

1、2016年申报的“耕地重金属污染修复技术与服务项目”(2016GK4137)获湖南省技术创新引导计划创新创业大赛优秀奖。

2、2019年研发的土壤调理剂入选为湖南省两型产品政府采购目录(第七批)。

3、2019年参与申报的“稻田镉砷污染阻控关键技术与应用”获2019年度国家科学技术进步奖二等奖。

4、2019年参与申报的“三重阻控技术有效治理稻田重金属污染”,获评中国科协生态环境产学联合体发布的“2019年度中国生态环境十大科技进展”。



十、技术服务方式


本技术的技术、产品、各项咨询、售后等配套服务等可全部由永清环保股份有限公司独立实施,保证项目及时高效保质保量地完成。该公司有专人负责技术咨询和售前售后服务,能够为客户提供最佳的综合服务。

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