长沙市望城区重金属污染耕地修复总承包实施方案.docx
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长沙市望城区重金属污染耕地修复总承包实施方案
1万亩重金属污染耕地修复效果总承包
服
务
方
案
1总体思路
结合耕地修复区域污染现状,考虑深耕地水文地质及土壤污染特征,严格划分污染区域,并针对不同污染程度区域选择合理的修复模式,将耕地中污染物健康风险控制在修复目标或可接受水平。
综合考虑本项目耕地污染特征,修复技术成熟度和可操作性,修复成本与周期,本方案制定“土壤调理+叶面阻控+水分管理”为主体,并辅助深耕改土的耕地修复总体思路,见图1.1。
2修复目标、范围与任务、修复流程
2.1修复目标
以湖南省农委和省财政厅下发的《关于2016年望城区重金属污染耕地修复治理########整区承包服务验收考核办法》执行。
2.2修复范围与任务
望城区新康乡2015年重金属污染耕地修复及农作物种植结构调整试点方案中的达标(4150亩)和管控生产区(11364亩),以及新的扩面区(13864亩),总计是29378亩。
该项目选择了新康乡试点区域内的7个村,共计10000亩农田,分为5个项点,各个项目点所管辖的修复面积和各项措施的修复面积见表2.1。
表2.1新康乡各村修复面积
序号
项目点
村
总面积(亩)
土壤调理剂(亩)
叶面阻控剂(亩)
水分管理(亩)
深翻耕(亩)
1
新河项目点
新河村
1620
3240
6480
3240
1620
长联村
900
1800
3600
1800
900
新阳村
630
1260
2520
1260
630
2
月圆
项目点
月圆村
2000
4000
8000
4000
2000
3
六合围项目点
六合围村
2000
4000
8000
4000
2000
4
兴旺
项目点
兴旺村
1350
2700
5400
2700
1350
5
合益
项目点
合益村
1500
3000
6000
3000
1500
合计
10000
20000
40000
20000
10000
2.3修复流程
本项目主要通过“土壤调理+叶面阻控+水分管理”为主体,并辅助以深耕改土的4种技术进行土壤重金属修复治理,降低稻米镉含量。
修复治理效果不仅受修复技术影响,而且受施工设备和施工工艺的影响。
本项目基于土壤重金属原位治理模式,通过深翻耕,降低和稀释表层土壤的镉含量,在耕地翻耕前撒施土壤调理剂,翻耕混匀、养护,实现土壤与调理剂充分反应;在分蘖期和孕穗期喷施叶面阻控剂各1次,阻止镉向稻米中迁移;在全生育期实行淹水灌溉,降低土壤中镉的生物有效性。
具体修复流程如图2.1。
3修复方案
3.1污染调查
3.1.1收集监测数据
根据省农委发布的《耕地重金属污染修复试点区域超标情况检测2014年实施方案》和《耕地重金属污染修复试点区域超标情况检测2015年实施方案》,2014年和2015年,望城区深耕改土、灌溉水和农作物受重金属污染情况均有监测数据。
为了避免重复采样造成浪费,在签订保密协议的前提下,向望城区政府申请调用2014年和2015年监测数据。
主要包括:
2014年土壤背景值监测数据;
2014年、2015年早稻成熟期土壤和对应稻米监测数据;
2014年、2015年中稻成熟期土壤和对应稻米监测数据;
2014年、2015年晚稻成熟期土壤和对应稻米监测数据;
2014年、2015年全年灌溉水监测数据;
监测数据具体指标包括:
采样点位置(所在村组、经纬度),土壤的全Cd、有效态Cd、pH,早稻、中稻、晚稻的稻米Cd含量,全年灌溉水的pH、Cd含量等。
3.1.2补充调查土壤污染情况
望城区提供的2014年和2015年监测数据中,部分采样点2015年早稻成熟期土壤监测数据缺失,我们对缺失的点位数据进行调查监测。
(1)样点布设:
在修复区域监测点布设采用网格布点法,点密度设置按照150亩一个样点。
每个网格内选择土壤状况良好、面积在2亩左右的典型区域地块作为监测布点。
每个样点根据田块的形状采用梅花五点法或对角线法(布设5个分点)在2016年开展修复治理措施落实之前分别采集土壤样品。
(2)样品采集:
土壤样品的采集采用垂直柱状法采集各个分点,采集耕作层表层土壤(0-20cm),每个取样点取0.5kg混匀,混合土壤过多时,采用四分法减少至2.5kg,置于样品袋中,填写样品标签2份,内外张贴,防止标签污损、模糊。
采样时去除地表浮土、杂物等,每采集一个土样前,应将取样工具清洗干净,避免样品之间交叉污染。
(3)样点定位:
每个样点土壤采集后,在中间位置用GPS定位仪测定经纬度,数据稳定后(一般显示经纬度后5分钟)记录。
GPS采用WGC84坐标系,经纬度采用“十进制”方式表示,小数点后保留4位以上有效数字,GPS具有更高精度的小数点后的数字要全部保留。
注意保存采样轨迹记录,以便下次取样找点。
(4)现场拍照:
在采样点以标志性地物为背景,用数码相机现场拍摄照片记录采样情况,照片要求带有GPS经纬度定位显示信息和拍摄日期及时间;拍摄张数视地物背景情况可拍1-4张。
现场填写《补充监测点土壤样品采集登记表》(见附表1)。
采样点位登记表中的“点位编码、采样地点、经纬度”等必须在现场填写。
(5)样品检测:
样品及时送回监测;采集的土样铺开自然风干(注:
不能放太阳下暴晒);将干燥土壤样品研磨过20目筛,用于土壤pH和有效态镉测定;采用四分法取四分之一过20目土壤样品研磨过100目筛,用于测定土壤全Cd。
表3.2土壤样品检测指标和方法
指标
检测设备
检测方法
参考标准
仪器设备配置
pH
pH计
NY/T1377-2007
pH
全Cd
石墨炉原子吸收光谱仪
原子吸收
GB/T17141-1997
日本岛津AA7000型原子吸收分光光度计
有效态Cd
石墨炉原子吸收光谱仪
原子吸收
GB/T23739-2009
日本岛津AA7000型原子吸收分光光度计
3.2修复方案制定
针对省农委划分的“达标生产区”和“管控专产区”,采取“土壤调理+叶面阻控+水分管理”集成修复技术,并辅以深耕改土,加强施用监管和过程控制,达到降低稻米Cd含量的效果。
根据《湖南重金属污染耕地修复及农作物种植结构调整试点2015年实施方案》以及2015年########在望城6000亩(其中达标区1300亩,管控区4700亩)耕地重金属修复示范项目的治理效果和经验,制定2016年望城区新康乡10000亩中轻度污染耕地重金属修复的方案。
根据收集与调研监测污染稻米Cd和土壤全Cd数据,将修复区分为达标区和管控区,再根据土壤pH和有效态Cd数据进一步划分修复等级,分为A、B(达标区)和C、D、E、F(管控区),共6个等级,并统计处各等级在修复区所占面积比例。
以“土壤调理+叶面阻控+水分管理”集成修复技术为核心,并辅以深耕改土技术,对六种不同污染修复等级区域拟定差异化修复方案,如表3.3所示。
表3.3药剂施用量及水肥管理
分区
达标区
米镉:
0.2-0.4mg/kg
管控区
米镉>0.4mg/kg,土壤总镉≤1mg/kg
土壤pH
≤5.5
>5.5
≤5.5
>5.5
土壤有效镉
(mg/kg)
≤0.3
≤0.3
0.3-0.5
≤0.3
0.3-0.5
污染修复登记分类
A
B
C
D
E
F
各污染修复等级面积占比
25%
75%
20%
5%
40%
35%
土壤调理剂理论施用量(kg/亩)
112.5
90
112.5
187.5
90
150
土壤调理剂实际施用量(kg/亩)
125
(5包)
100
(4包)
125
(5包)
200
(8包)
100
(4包)
150
(6包)
叶面阻控剂(ml/亩)
200ml(100ml/次,分2次)
水分管理
分蘖盛期前浅湿润灌溉、分蘖盛期后保持2-4cm水层,收获前一周排干
深耕改土
翻耕深度15-20cm
注:
1.达标区土壤有效态镉>03mg/kg占比较小,统一按≤0.3mg/kg计;管控区土壤有效态镉>0.5mg/kg占比较少,统一按≤0.5mg/kg计。
2.土壤调理剂每包按25kg计。
3.叶面阻控剂在分蘖期和抽穗期分别喷施一次。
4药剂运输与储存
4.1药剂运输
4.1.1运输量
修复方案中所用修复物资主要有土壤调理剂、叶面阻控剂。
土壤调理剂由##自主研发和生产,##自行组织配送。
配送量具体计算如下:
表4.4土壤调理剂用量计算
序号
项目点
村
总面积(亩)
早(晚)稻用量(t)
1
新河项目点
新河村
1620
377.5
长联村
900
新阳村
630
2
月圆项目点
月圆村
2000
220
3
六合围项目点
六合围村
2000
227
4
兴旺项目点
兴旺村
1350
228
5
合益项目点
合益村
1500
198
合计
10000
1250.5
4.1.2运输路线
根据上文可知早稻季需要调理剂用量达到了1250.5吨。
土壤调理剂由##药剂厂自主生产并运输至项目点。
拟定采用“##药剂厂---各村存储点”(一级转运)方式运输,减少药剂中途转存储,从而减少药剂装卸和仓库存储所产生的费用和时间。
能保证药剂在短时间内即使运达项目点,确保药剂施用不影响农时。
土壤调理剂运输路线为:
“长浏高速---绕城高速---雷锋大道北”到达新康乡,然后向各个村的药剂存储点运输,运输路线示意图如图4.3所示。
图4.3##药剂厂→新康乡各村运输路线示意图
4.1.3运输时间
望城区早稻修复季单季一共需要运输土壤调理剂1250.5t,和大型物流公司签订合同,根据各村级公路的具体条件,合计安排运输车辆,保证药剂按时运输至存储点。
计划从3月18日开始运输,12天内完成运输任务,平均每天运输量约为100t。
4.2药剂存储
4.2.1存储点布设
以村为单位,按照每个村根据实际情况,设置若干个存储点计算。
优先选用2014年和2015年望城区进行耕地修复时原有的修复物资存储点。
如果部分村没有存储点的话,在进行布设。
存储点布设要求交通方便,满足载重10t以上的火车可达;存储点安排有防雨防潮措施;并且距离周围耕地较近。
综合考虑这几种因素,严格布设药剂存储点。
4.2.2药剂装卸
土壤调理剂和叶面阻控剂由物流公司统一配备叉车或者工人,进行装卸。
相对较少,易装卸。
4.2.3药剂接受
4.2.3.1收货登记
修复区每个村派专人负责修复药剂收获。
确定药剂到货情况与送货单信息无误后,在药剂送货单上签字,确认收到药剂。
并与合作大户或者村委确认药剂的数量,并负责安排药剂存放。
认真统计每天药剂到货信息,每天向上级汇报信息。
4.2.3.2产品抽检
(1)重量抽检
对叶面阻控剂和土壤调理剂每批次药剂抽检1%,称重,计算平均重量。
如果抽检的平均重量与产品的登记重量差异在5%以内,则该批次货物重量合格,如果超过5%,则该批次货物重量不合格,不予签字收货。
(2)质量抽检
对质量抽检的同时,土壤调理剂和叶面阻控剂抽样1%,然后将抽检样品平均分为2份,一份供##自检,一份供政府监测。
4.3人员安排
修复区安排1名总负责人,负责望城区所有的药剂运输。
主要包括与负责土壤调理剂运输的物流公司和叶面阻控剂的供货商确定具体供货时间。
每天汇总望城区各个乡镇的药剂到货信息。
统筹安排各个修复区的药剂配送进度。
保障药剂按时按量送到各修复区。
新康乡每个项目点安排1名负责人。
负责整个村庄的药剂运输。
每天汇总各个村的到货信息。
统筹安排各个修复区的药剂配送进度。
每个项目点安排1名药剂接货专员。
负责整个村的药剂运输和存储,包括与药剂运输司机对接,确认药剂存储位置,并在药剂收货单上签字确认到货数量,做好每天药剂到货信息登记,每天向上汇报。
每个项目点安排1名药剂质量抽检专员。
协助接货专员完成对整个村的药剂质量抽检。
5组织实施与质量保障措施
5.1施用土壤调理剂
5.1.1土壤调理剂施用量
土壤调理剂施用标准综合考虑土壤Cd有效态和pH等影响因素,建立数学模型,并通过大量室内和田间试验验证,为稻田土壤Cd治理提供合理的推荐用量。
针对望城区新康乡10000亩耕地污染特点,本方案拟施用标准见表5.5。
注意:
达标区和管控区划分主要是依据《湖南重金属污染耕地修复及农作物种植结构调整试点2015年实施方案》。
表5.5不同污染程度和理论性质对应的土壤调理剂施用标准
分区
达标区
米镉:
0.2-0.4mg/kg
管控区
米镉>0.4mg/kg,土壤总镉≤1mg/kg
土壤pH
≤5.5
>5.5
≤5.5
>5.5
土壤有效镉
(mg/kg)
≤0.3
≤0.3
0.3-0.5
≤0.3
0.3-0.5
污染修复登记分类
A
B
C
D
E
F
土壤调理剂理论施用量(kg/亩)
112.5
90
112.5
187.5
90
150
土壤调理剂实际施用量(kg/亩)
125
(5包)
100
(4包)
125
(5包)
200
(8包)
100
(4包)
150
(6包)
注:
1.达标区土壤有效态镉>03mg/kg占比较小,统一按≤0.3mg/kg计;管控区土壤有效态镉>0.5mg/kg占比较少,统一按≤0.5mg/kg计。
2.土壤调理剂每包按25kg计。
3.叶面阻控剂在分蘖期和抽穗期分别喷施一次。
每个村的土壤调理剂总量见表4.1所示。
由于农时较紧,土壤调理剂采取边运输边发放的方式进行。
由于5个项目点的组织方式略有不同,所以土壤调理剂发放形式也略有不同,大户统一组织机械撒施的区域,药剂发放给种植大户,村委组织农户自行撒施的区域,直接发给农户。
项目点发放过程与药剂运输时间基本一致,计划在12天内完成。
根据修复区域的具体情况,##村组负责人安排1-2名尽管人员与耕地修复合作户村组药剂存放点协作完成土壤调理剂的发放并仔细填写附表2《土壤调理剂发放登记表》,每天进行文字和图片总结,保证土壤调理剂按修复需求量发放到位。
5.1.2施用方式
在耕地翻耕施肥前,将调理剂均匀撒施到耕作土壤表面。
调理剂撒施后翻耕拌匀,平衡2-3天后施用基肥,即可移栽水稻。
目前土壤调理剂使用方式主要包括两种:
机械撒施和人工撒施。
根据########2015年望城6000亩耕地重金属修复项目实验经验,现拟对机械和人工撒施效率,土壤调理剂施用工程量以及机械、人员和工期等参数设计如下。
、
5.1.2.1机械撒施和人工撒施效率设计
(1)机械撒施效率
机械撒施过程中所采用的土壤调理剂撒施机主要由料箱、输料装置、抛撒装置和动力装置组成。
其基本工作原理为:
土壤调理剂经料箱地步的输送装置输送到撒施部件处,由撒施部件撒施到田间。
本方案中机械撒施采用地轮式土壤调理剂撒施机,该机以普通的农用拖拉机作为牵引机车,通过牵引机车带动撒施机地轮转动,使车厢式料箱底部的输链缓缓地向后移动,同时带动车上的土壤调理剂由前向后移动,喂给撒施部件进行撒施。
撒施机卸料漏斗基本尺寸见图5.4,机械撒施现场见图5.5。
机械卸料漏斗面积(S,可调控):
由图5.4可知,卸料漏斗口基本尺寸长a=1.8m,宽cmax=0.2m;卸料漏斗口最大面积S=a*cmax=1.8m*0.2m=0.36m2;漏斗卸料面积可调控,其调控范围为0-0.36m2.机械卸料漏斗口面积与机械卸料漏斗卸料速率对应关系见表5.6。
表5.6机械卸料基本参数
档位
卸料漏斗口宽c(m)
卸料漏斗口面积S(m2)
机械卸料漏斗卸料速率V1(kg/min)
0
0
0
0
1
0.05
0.09
7
2
0.1
0.18
14
3
0.15
0.27
21
4
0.2
0.36
28
机械卸料漏斗卸料速率(v1):
机械运行以第3档为例(见表5.6),机械卸料漏斗口宽c为0.15m,卸料漏斗口面积S(m2)为0.27m2,机械卸料漏斗卸料速率v1=21kg/min。
机械运行速率(v2):
根据########2015年望城6000亩耕地重金属修复项目经验,机械在田间运行速率v2=5km/h。
机械每日工作时长(T):
按8小时/天计。
机械撒施效率(W机械):
不同污染区域土壤调理剂每亩撒施量不同。
现以每亩施用量100kg为例(即污染区域属于达标区且土壤pH大于5),计算机械撒施效率。
(2)人工撒施效率
人工撒施土壤调理剂现场见图5.3。
每分钟人工撒施面积(v3):
根据########2015年望城6000亩耕地重金属修复项目经验,v3=14m2/min。
人工撒施效率(v4):
根据########2015年望城6000亩耕地重金属修复项目经验,V4=2.1kg/min。
人工每日工作时长(T):
按每天8小时/天计。
人工撒施效率(W人工):
不同污染区域土壤调理剂每亩撒施量不同,具体施用标准见表6.7。
现以每亩施用量100kg为例(即污染区域属于达标区且土壤pH大于5),计算人工撒施效率。
综上所述,土壤调理剂机械撒机施效率为100.8亩/天,人工撒施效率为10.08亩/天。
5.1.2.2土壤调理剂施用工程量以及机械、人员和工期
5个项目点撒施土壤调理剂的施工组织形式不同,新河项目采用组织农户人工撒施的方式,六合围和月圆项目点采用统一机械撒施的方式,其中六合围有2台撒施机械,月圆有4台撒施机器,兴旺和合益项目点采用人工撒施+机械撒施的方式进行,其中兴旺共有撒施机械3台,合益共有撒施机械2台。
根据修复面积和撒施方式不同,5个项目点全部完成撒施工作,计划需要11天时间,考虑到农时季节天气变化、各村组农户水稻种植时间差异等因素,实际土壤调理剂施用耗时需延长至15天,具体信息如下表所示。
表5.7土壤调理剂人工和机械撒施面积及总耗时
序号
项目点
总面积(亩)
人工撒施
机械撒施
总耗时(天)
面积(亩)
人数个)
时间(天)
面积(亩)
数量(台)
时间(天)
1
新河
3150
3150
300
10
0
0
0
11
2
月圆
2000
0
0
0
2000
4
5
5
3
六合围
2000
0
0
0
2000
0
10
10
4
兴旺
1350
350
100
10
1000
3
4
10
5
合益
1500
500
100
10
1000
2
5
10
5.1.3过程监管
(1)土壤调理剂施用时间需在水稻种植前平衡2-3天。
(2)土壤调理剂施用过程主要包括3种形式:
农户自行撒施、大户雇人撒施和公司雇佣施工队撒施。
以农户自行撒施的,项目定点负责人需积极走访田间,积极与当地农户沟通,并监督壤调理剂施用过程,确保调理剂按修复方案要求科学合理施用,并做好文字和图片详细记录,认真填写附表3《土壤调理剂施用过程监督表》。
以大户雇人撒施的,项目定点负责人与大户签订合同,促使大户严格落实耕地土壤调理剂施用工作,并安排专人协助大户,指导实施过程,确保土壤调理剂按质按量按时合理施用,并做好文字和图片详细记录。
以公司雇佣施工队机器撒施的,项目定点负责人需与施工队负责人签订合同,促使施工队格落实耕地土壤调理剂施用工作,并安排专人协助施工队,指导实施过程,确保土壤调理剂按质按量按时合理施用,并做好文字和图片详细记录。
(3)土壤调理剂施用期间,项目定点负责人应适时核查调理剂剩余量能否满足剩余耕地修复田块施用要求。
如调理剂少,需找出原因并及时向项目负责人汇报;如土壤调理剂剩余,需做好详细记录,并在耕地修复调理剂施用过程结束后运回公司。
(4)质量负责人负责土壤调理剂的发放、运输、接收、存储、管理、分发到户和田间实施过程监督,保障耕地修复现场实施过程科学有序进行。
5.1.4质量保障
土壤调理剂施加15天后,每150亩选取1好点检测土样留样送检,检测pH值和有效态Cd含量,与前期调研数据比较,评价土壤调理剂施加的修复效果,具体采样及评估方法如下:
(1)布点方法:
按150亩一个采样点的密度采用网格法进行布点,每个网格内选择土壤状态良好、地面平坦、各种因素相对稳定、面积在2亩左右的典型地块作为布点采样地块。
(2)采样方法:
确定采样地块后采用梅花5点取样法采集耕作层(0-20cm)土壤,每个分点取0.5kg土混匀共2.5kg,做好标签后带回实验室检测pH和有效态Cd。
(3)查漏补缺:
在土壤调理剂施用前采样一次作为对照,在调理剂施用15天后在同样采样点再采样一次,并将样品送检。
同事依据检测结果决定采样点代表的种植面积是否需要追加调理剂施用。
(4)土壤调理剂施用后效果评价指标:
土壤调理剂重金属钝化效率评估;施加土壤调理剂生态风险评估。
(5)不达标区补救措施:
如果有不达标的点,其pH仍偏低且有效态Cd含量大于0.3mg/kg的田块,则可在水稻分蘖晒田时期追施调理剂作为补救措施,追施用量如表5.8。
表5.8追施土壤调理剂用量
污染分区
pH
有效态Cd(mg/kg)
施用量(kg/亩)
达标区
≤5.5
≤0.3
50
管控区
≤5.5
≤0.3
60
管控区
≤5.5
0.3-0.5
80
管控区
>5.5
0.3-0.5
80
5.2施用叶面阻控剂
通过喷施含硅的叶面阻控剂可以降低稻米中镉的积累,同时能增加水稻产量。
拟采用########自助研发的叶面阻控剂,其技术指标见表5.9。
该叶面阻控剂在综合考虑肥力指标的前提下,进行水溶性硅和活性有机物质的添加,能够保证硅肥的有效吸收。
表5.9叶面阻控剂的主要技术指标
序号
项目
指标
1
有效硅(以SiO2计)含量(g/L)≥
120
2
氮含量(g/L)≥
80
3
(g/L)≥
15
4
(g/L)≥
120
5
pH
9.5-11
6
水不溶物含量(%)≤
1.0
此外,叶面阻控剂的重金属镉、铬、铅、汞、砷的指标均符合《水溶性肥料汞、砷、镉、铅、铬的限量要求》(NY1110-2010)的要含量限值要求(Cd≤10mg/kg;Cr≤50mg/kg;Pb≤50mg/kg;Hg≤5mg/kg;As≤10mg/kg)。
5.2.1叶面阻控剂施用量
叶面阻控剂在水稻生长期内分蘖盛期和孕穗期进行2次喷施,每次100ml/亩,共200ml/亩,考虑喷施过程中液体损失和天气原因需要补喷的情况,每亩发放250ml。
叶面阻控剂早/晚稻的发放需在2天内全部完成。
为避免叶面阻控剂的短缺,各村均设置一个药剂存储点,以村为单位发放叶面阻控剂,发放过程需在2天内完成。
根据修复区域的具体情况,########村组负责人安排1-2名监管人员与耕地修复合作户村组药剂存放点协作完成叶面阻控剂的发放并仔细填写附表4《叶面阻控剂发登记表》,每天进行文字和图片并举的总结,保证叶面阻控剂按修复需求量发放到位。
5.2.2施用方式要求
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℃,于水稻分蘖盛期第一次、孕穗期第二次喷施叶面阻控剂。
将100ml水溶性叶面
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