CN103232850B - 垃圾土壤改良剂和制备方法及垃圾土壤的改良方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种垃圾土壤改良剂及其改良方法，所述改良剂由质量比为1-10：1-5：10-30的生物质炭、羟基磷灰石和蚯蚓土混合组成。采用本发明的土壤改良剂进行垃圾土壤的改良，能明显缓解垃圾土壤对绿化植物以及草坪草叶片质膜的伤害，提高植物的生理抗逆性，明显促进植物的生长；同时可以改善垃圾填埋场土壤的物理结构和化学性质，保护垃圾填埋场的生态环境，为垃圾填埋场污染治理提供了新的途径，具有良好的经济、生态和社会效益。

Description

垃圾土壤改良剂和制备方法及垃圾土壤的改良方法

技术领域

本发明属于土壤改良领域，更具体地，本发明涉及一种垃圾土壤的改良剂和制备方法及其垃圾土壤的改良方法。

背景技术

当前我国城市垃圾填埋场重金属及有机污染严重。由于重金属以及多环芳烃（PAHs）等有机物在环境中具有相对稳定性和难降解性，很难从环境中清除出去，使得重金属污染治理十分困难。传统的治理方法投资昂贵，需要打扰土壤结构，只能小面积污染治理。

目前，化学固定是修复土壤污染的主要途径。通过加入土壤改良剂，可以改变土壤的物理、化学性质，通过对重金属的吸附、沉淀或共沉淀作用，改变了重金属在土壤中的存在状态，从而降低其生物有效性和迁移性。化学固定作为一种原位修复技术，因其成本低廉、易于实施，近年来发展较快，对于垃圾填埋场中的重金属及有机物污染土壤，特别是对于轻中度污染，是一种极为适宜的方法。

常用的改良剂有无机改良剂和有机改良剂，其中无机改良剂主要包括石灰、碳酸钙、粉煤灰等碱性物质，以及天然、天然改性或人工合成的沸石、膨润土等矿物。有机改良剂包括农家肥、绿肥、草炭等有机肥料。目前实际应用的土壤改良剂，如石灰等，普遍使用化学添加物比例过大，各组分复配后效果不理想，一些改良剂造价偏高，难以大面积推广应用。

发明内容

基于此，为了克服现有技术中的缺陷，本发明提供了一种新的垃圾土壤改良剂的配方。

为实现上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种垃圾土壤改良剂，所述改良剂由质量比为1-10：1-5：10-30的生物质炭、羟基磷灰石和蚯蚓土混合组成。

在其中一些实施例中，所述生物质炭、羟基磷灰石和蚯蚓土的质量比为4-8：2-4：15-25。

在其中一个实施例中，所述生物质炭、羟基磷灰石和蚯蚓土的质量比为5：3：20。

在其中一些实施例中，所述蚯蚓土为垃圾土壤喂养的蚯蚓所产出的蚓粪。

在其中一些实施例中，所述垃圾土壤为来自于城市卫生垃圾填埋场或农村简易垃圾填埋场的土壤。

本发明还提供了上述土壤改良剂的制备方法，包括步骤：

(1)将羟基磷灰石过40-80目筛；将生物质炭粉碎成平均直径≤2cm的颗粒状；

(2)将羟基磷灰石与生物质炭混合，搅拌均匀，再与蚯蚓土混合，充分搅拌，混合均匀，即得。

本发明还提供了使用上述垃圾土壤改良剂对垃圾土壤进行改良的方法，包括以下步骤：

按质量百分比计，在垃圾土壤中添加5-15%的权利要求1-5任一项所述的垃圾土壤改良剂，25-35天后，即对土壤进行了改良。

垃圾填埋场土壤明显增加绿化植物以及草坪草叶片的电导率和MDA、游离脯氨酸的含量，从而加剧植物质膜透性和膜脂过氧化程度，进而明显降低叶绿素含量、净光合速率水平、根系活力以及硝酸还原酶活性，最终减少植物生物量的积累，抑制植株生长。本发明的垃圾土壤改良剂的组分来源及效果说明如下：

生物质炭：在缺氧的条件下对木材、草、玉米秆或其它生物质进行高温处理，燃烧掉生物质中的油和气，剩下的就是生物质炭；生物质炭具有大量的孔洞结构以及巨大的表面积，且表面带有大量的负电荷，因此吸附性很强，能吸附垃圾土渗滤液、土壤或沉积物中的重金属离子离子及有害有机化合物。生物质炭丰富孔洞结构有利于土壤微生物的生长，促进植物对营养元素的吸收。施用生物质炭不仅能够改善土壤理化性质、提高土壤肥力，还通过吸附或共沉淀作用降低生物对土壤中重金属的有效利用，其对重金属离子的固定主要由离子交换主导，这与生物质炭巨大的比表面积和自身表面的氧化及吸附高度氧化的有机物而具有的羧基和多环芳烃表面产生的净负电荷有关。施用生物质炭导致土壤pH值升高，从而也可以显著降低土壤重金属形态和生物利用度，其主要机理是生物质炭本身呈弱碱性，土壤添加生物质炭后pH值升高，引起土壤负电荷增加，导致土壤对重金属的吸附也增加，进而降低了重金属的生物利用度。此外，由于生物质炭本身含有氮、磷、钾等养分元素，一方面，这些元素的存在与重金属形成竞争，另一方面也促进了植物生长。

羟基磷灰石：属于磷酸盐类无机物，能明显降低重金属的生物有效性，降低了重金属在土壤中的迁移，消除重金属对于植物重金属毒害。

蚯蚓土：来源于用垃圾填埋场土壤喂养的蚯蚓所产出的蚓粪，是一种氮、磷、钾含量齐全并含有大量有机质和腐植酸的黑色有机物，属于生物有机肥，对提高垃圾土壤肥力具有十分重要的意义，且来源于垃圾土饲养的蚯蚓排泄物，取材方便，具有良好的经济性。垃圾土施用有机肥料，能明显降低土壤中重金属元素的有效离子含量,促使交换态重金属离子向松结合有机态和氧化结合态C转化，降低了土壤中重金属元素的生物有效性。生物有机肥还能有效降低垃圾途中填埋气和渗滤液的毒害作用。

采用本发明的土壤改良剂进行垃圾土壤的改良，能明显缓解垃圾土壤对绿化植物以及草坪草叶片质膜的伤害，提高植物的生理抗逆性，明显促进植物的生长；同时可以改善垃圾填埋场土壤的物理结构和化学性质，保护垃圾填埋场的生态环境，为垃圾填埋场污染治理提供了新的途径，具有良好的经济、生态和社会效益。

附图说明

图1为实施例3的土壤改良剂对垃圾土壤培养下的绿化植物和草坪植物生理活性的影响；

图2为实施例3的土壤改良剂对垃圾土壤培养下的绿化植物和草坪植物生长的影响；

图3为实施例3的土壤改良剂对垃圾土壤培养下的绿化植物和草坪植物生物量积累的影响。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例来详细说明本发明。

以下实施例中所使用的各种原料来源于市售和自身生产，其中，生物质炭购于浙江湖州富升炭业有限公司，为颗粒状；羟基磷灰石购于浙江晶格新材料开发有限公司，为化学纯粉末产品；蚯蚓土来源于广州郊区垃圾填埋场养殖的蚯蚓排泄物。蚯蚓土的来源地不影响本发明的垃圾土壤改良剂的效果。

实施例1垃圾土壤的改良剂

由以下重量份的组分混合组成：

生物质炭1份

羟基磷灰石5份

蚯蚓土10份。

本实施例的土壤改良剂的制备方法，包括步骤：

(1)将羟基磷灰石过60目筛；将生物质炭粉碎成平均直径≤2cm的颗粒状；

(2)将羟基磷灰石与生物质炭混合，搅拌均匀，再与蚯蚓土混合，充分搅拌，混合均匀，即得。

在使用时，按5%（质量百分数）的添加量加入到垃圾土壤中，处理35天后，即可改良土壤。

实施例2垃圾土壤的改良剂

由以下重量份的组分混合组成：

生物质炭10份

羟基磷灰石1份

蚯蚓土30份。

该实施例中的垃圾土壤改良剂的制备方法与实施例1相同。

在使用时，按8%（质量百分数）的添加量加入到垃圾土壤中，处理28天后，即可改良土壤。

实施例3垃圾土壤的改良剂

由以下重量份的组分混合组成：

生物质炭5份

羟基磷灰石3份

蚯蚓土20份。

该实施例中的垃圾土壤改良剂的制备方法与实施例1相同。

在使用时，按10%（质量百分数）的添加量加入到垃圾土壤中，处理25天后，即可改良土壤。

实施例4垃圾土壤的改良剂

由以下重量份的组分混合组成：

生物质炭4份

羟基磷灰石4份

蚯蚓土15份。

该实施例中的垃圾土壤改良剂的制备方法与实施例1相同。

在使用时，按12%（质量百分数）的添加量加入到垃圾土壤中，处理30天后，即可改良土壤。

实施例5垃圾土壤的改良剂

由以下重量份的组分混合组成：

生物质炭8份

羟基磷灰石2份

蚯蚓土25份。

该实施例中的垃圾土壤改良剂的制备方法与实施例1相同。

在使用时，按15%（质量百分数）的添加量加入到垃圾土壤中，处理32天后，即可改良土壤。

试验例1土壤改良剂对垃圾土壤培养下的绿化植物和草坪植物生理活性的影响

垃圾土采集于广州市白云区兴丰垃圾填埋场，该垃圾场已封场超过3年。通过调查，在垃圾场采用多点取样法取土约1t，运回室内自然风干，剔除砾石、塑料袋、植物根系碎屑等杂质，充分混合，装袋备用。该土呈现砂质土的外貌特征，有机质含量较高。对照土壤取自当地果园，为常规园林土。

植物盆栽试验于大棚内进行，用塑料盆装土，每盆装土1kg。选择长势一致的绿化和草坪植株移栽于塑料盆中，预培养3个月。每盆1株，每处理5盆。采用垃圾土及土壤改良剂(实施例3的改良剂，使用量为垃圾土质量的10%)处理30天(2012年10月12日)，对照采用垃圾土及猪粪+石灰(猪粪+石灰的使用量为垃圾土质量的10%)处理30天(2012年10月12日)，取样测定各项生理指标。叶片叶绿素用丙酮提取，分光光度计在665和645nm处测定含量；叶片丙二醛(MDA)含量的测定采用硫代巴比妥酸比色法；细胞膜透性用相对电导率表示，采用电导率仪测定；根系活力采用氯化三苯基四氮唑法测定。计算植物样品在试验前后各生理指标的相对百分数，结果见表1-4和图1A-D所示。

表1不同植物样品的根系活力相对百分数

表2不同植物样品的叶绿素相对百分数

表3不同植物样品的MDA相对百分数

表4不同植物样品的电导率相对百分数

由表1-4和图1A-D可知，与对照相比，垃圾土培养下植物根系活力和叶绿素含量降低，土壤改良剂和石灰+猪粪作用均能不同程度增加绿化及草坪植物的叶绿素含量(P<0.05）。土壤改良剂能较好地缓解植物叶绿素含量因垃圾土处理下降的趋势，以灰莉效果较明显，叶绿素含量较垃圾土上升了23%。土壤改良剂处理都促进了植物根系活力，但石灰+猪粪的效果明显差于土壤改良剂。土壤改良剂能较好缓解垃圾土对植物根系活力的抑制。

表1-4和图1A-D结果显示，垃圾土处理能够破坏植物叶片的细胞膜结构，增加质膜透性，植物叶片电导率较对照有明显增加。土壤改良剂能改善垃圾土处理下植物质膜透性增加的趋势。石灰+猪粪对于改善垃圾土环境对植物叶片质膜伤害方面作用与土壤改良剂相比不明显。

丙二醛含量的高低可以反映生物膜脂过氧化强度和膜系统受伤害的程度，是逆境生理研究中的一项重要指标。从表1-4和图1A-D可以看出，与相对电导率结果类似，垃圾土种植下植物叶片MDA含量都有所增加。土壤改良剂处理下，植物叶片MDA含量都有降低趋势，效果好于石灰+猪粪处理。

试验例2土壤改良剂对垃圾土壤培养下的绿化植物和草坪植物生长的影响

垃圾土及土壤改良剂(实施例3的改良剂，使用量为垃圾土质量的10%)处理60天后收获绿化及草坪植物植株，测量植株高度、冠幅和根长。采用便携式叶面积仪测定试验植物平均叶面积。计算植物样品在试验前后各生长指标的相对百分数。结果如表5-8和图2A-D。

表5不同植物样品的叶面积相对百分数

表6不同植物样品的根长相对百分数

表7不同植物样品的冠幅相对百分数

表8不同植物样品的株高相对百分数

由表5-8和图2A-D结果可知，垃圾土培养下植株株高明显降低(p＜0.05)，其中降低最明显的是灰莉，达到27%，其次是白蝴蝶，达到16%，试验过程中出现了白蝴蝶等植物顶端叶片衰败及大量凋落的现象。土壤改良剂有效增加了植物株高（(p＜0.05)，施用土壤改良剂效果好于石灰+猪粪。垃圾土与土壤改良剂对冠幅和根长的影响与株高变化趋势类似。

叶面积大小是衡量植物长势优劣的重要形态指标。垃圾土处理下叶面积降低最明显的植物是巴西野牡丹（22%）。土壤改良剂作用下，植物叶面积降低的趋势得到有效缓解。土壤改良剂处理效果均好于石灰+猪粪处理。

试验例3土壤改良剂对垃圾土壤培养下的绿化植物和草坪植物生物量积累的影响

垃圾土及土壤改良剂(实施例3的改良剂，使用量为垃圾土质量的10%)处理60天后收获绿化植物植株，用自来水洗净后，去离子水清洗2～3遍，晾干后于105℃下杀青30min，然后在65℃下烘干至恒重，分别测定植株地上部分、根部和总生物量，计算相对百分数，结果见表9和图3所示。

表9不同植物样品的生物量相对百分数

从表9和图3可以看出，在垃圾土的作用下，试验植物根部、地上部分生物量及总生物量较对照都出现下降现象。在垃圾土上添加土壤改良剂的作用下，绿化草坪植物的生物量积累均有较明显提高，土壤改良剂处理效果均好于石灰+猪粪处理。

虽然本发明仅仅是以实施例3的土壤改良剂进行了如上试验，但是本领域技术人员都知道，实施例1-5的其他土壤改良剂均可以取得如实施例3的土壤改良剂相似的效果，只是效果较实施例3的土壤改良剂效果稍差。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种垃圾土壤改良剂，其特征在于，所述改良剂由质量比为1-10：1-5：10-30的生物质炭、羟基磷灰石和蚯蚓土混合组成。

2.根据权利要求1所述的垃圾土壤改良剂，其特征在于，所述生物质炭、羟基磷灰石和蚯蚓土的质量比为4-8：2-4：15-25。

3.根据权利要求2所述的垃圾土壤改良剂，其特征在于，所述生物质炭、羟基磷灰石和蚯蚓土的质量比为5：3：20。

4.根据权利要求1-3任一项所述的垃圾土壤改良剂，其特征在于，所述蚯蚓土为垃圾土壤喂养的蚯蚓所产出的蚓粪。

5.根据权利要求1-3任一项所述的垃圾土壤改良剂，其特征在于，所述垃圾土壤为来自于城市卫生垃圾填埋场或农村简易垃圾填埋场的土壤。

6.权利要求1-5任一项所述的土壤改良剂的制备方法，其特征在于，包括步骤：

(1)将羟基磷灰石过40-80目筛；将生物质炭粉碎成平均直径≤2cm的颗粒状；

(2)将羟基磷灰石与生物质炭混合，搅拌均匀，再与蚯蚓土混合，充分搅拌，混合均匀，即得。

7.一种垃圾土壤的改良方法，其特征在于，包括以下步骤：

按质量百分比计，在垃圾土壤中添加5-15%的权利要求1-5任一项所述的垃圾土壤改良剂，25-35天后，即对土壤进行了改良。