CN103739411B - 一种土壤修复用功能有机肥的制备方法 - Google Patents
一种土壤修复用功能有机肥的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种土壤修复用功能有机肥的制备方法，是将秸秆粉碎后与蓝藻按质量比1-5:10的比例混合得混合料，然后向所述混合料中加入生物质转化复合菌剂和生物质转化诱导材料，混合均匀后常规堆置发酵5-15天，得到半固态有机肥；将所述半固态有机肥与粘土、生物质碳灰和重金属离子螯合剂按1000：50-200：50-150：1-5的比例混合造粒，即得土壤修复用功能有机肥。本发明有机肥施于土壤中具有持久缓释肥效，能吸附、螯合、惰性化固定重金属离子，促进土壤蓬松、保湿、透气性提高，有利于植物生根，优化土壤微量元素等有益组分构成，有效修复重金属污染的土地，不会引起土壤的二次污染。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种土壤修复用功能有机肥的制备方法，用于重金属污染土壤治理。
二、背景技术
由于农药、除草剂等超量应用，工业污染无序排放造成地表水与地下水污染直接造成耕地污染，我国受重金属污染的耕地面积约占耕地总面积的1/5。在我国污灌区中，有65%的土地遭受重金属污染，其中轻度污染占47%，中度污染占10%，严重污染占8%。粮食与蔬菜中Cd、Cu、Hg、Pb、As等超标严重，对农业造成了巨大的经济损失。修复重金属污染土壤较为经济的是原位处理方法，比如通过施加吸附、固定、螯合材料（凹凸棒土、甲壳素等）和工业副产物（生物质碳灰）等，使土壤重金属从生物可利用形态转化为生物不可利用的形态，从而限制重金属在土壤中的迁移性和降低其生物利用活性，降低重金属污染物对环境生物的毒性，达到修复重金属污染土壤的目的。
三、发明内容
本发明旨在提供一种土壤修复用功能有机肥的制备方法，所要解决的技术问题是遴选合适的组份和配比使有机肥能够吸附固定土壤中过量的重金属，起到修复土壤的作用。
随着我国经济的飞速发展，环境污染日益严重。我国60%以上的淡水水体出现富营养化并爆发蓝藻，太湖、巢湖、滇池等大型内陆湖泊蓝藻每年爆发成为常态。蓝藻暴发时，每天打捞的水华蓝藻超过数千吨。对其治理及综合利用的研究成为环境治理和资源开发的热点课题。蓝藻富含氮磷等营养，将蓝藻制成有机肥是变废为宝的公益性工作，蓝藻有机肥具有肥效高、肥效长、营养全面、无毒无害、抗病虫等优点。
秸秆作为农林废弃物富含氮、磷、钾、钙、镁和有机质等，是一种具有多用途的可再生的生物资源。我国的秸秆利用率较低，农村大量的秸秆被就地焚烧，燃烧秸秆使空气中烟尘、颗粒物和其他污染物的浓度急剧增加，空气质量迅速下降，不利于人体健康。而且降低大气能见度，妨碍交通。本发明将秸秆与蓝藻混合发酵生产有机肥，为秸秆再利用开辟了新途径，使资源得到有效利用。
凹凸棒土是一种具链层状结构的含水富镁硅酸盐粘土矿物，它具有独特的分散、耐高温、抗盐碱等良好的胶体性质和较高的吸附能力，并具有一定的可塑性及粘结力。
硅藻土是一种生物化学沉积岩，由硅藻的细胞壁沉积而成，其化学成份主要是SiO2，含有少量的Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、P2O5和有机质，质地软而轻，密度低、多孔隙、有粗糙感，具有极强的吸水性。凹凸棒土、硅藻土与有机肥复合造粒，一方面可以吸附提高肥料中的养分起到缓释增效的作用；另一方面可以吸附、固定和钝化土壤中的重金属污染物，降低重金属的迁移率和生物可利用性。
生物质碳灰与有机肥复配，生物炭具有多孔性、高比表面积、较强表面吸附、高度化学惰性以及生物炭表面富含活性基团，对有机和无机污染物具有很强的吸附和亲和活性，可被用作土壤中污染物的修复剂。同时碳灰富含作物所需P、K等营养元素，能够改善土壤养分和土壤理化性质，实现土壤重金属的钝化修复作用，又能促进作物生长，提高作物品质；而且，生物质碳灰施用于农田可一并解决工业废弃物再利用和土壤肥力下降等节能环保、生态农业问题。
EDTA是化学中一种良好的配合剂，它有六个配位原子，能和碱金属、稀土元素和过渡金属等形成稳定的水溶性络合物。除钠盐外，还有铵盐及铁、镁、钙、铜、锰、锌、钴、铝等各种盐。
葡萄糖酸盐尤其葡萄糖酸钠是化学中一种良好的稳定剂，具有明显的螯合协调效应，适用于钼、硅、磷、钨、亚硝酸盐等各种配方，能和重金属离子形成稳定的螯合物，并可通过普通生化处理迅速、完全地降解。
腐植酸钠是天然含腐植酸的优质低钙低镁风化煤经化学提炼而成，它是多功能的高分子化合物，含有羟基，醌基，羧基等较多的活性基团，具有很大的内表面积，有较强的吸附，交换，络合，螯合能力。在农业中作为复合肥料，可改变土壤结构，对农作物起到防病抗病增产增收的效果。
甲壳素又名几丁质、甲壳质或壳多糖，是一种含氮多糖类物质，分子为长链状，由约由8000个单体组成的多糖，为自然界的一种半透明而坚固的材料，与有机肥复配施于土壤中，可以螯合重金属离子，降低其活性，起到修复土壤的作用。
以上各原料协同复配后制得的有机肥能够吸附固定土壤中过量的重金属，起到修复土壤的作用。
本发明土壤修复用功能有机肥按以下步骤制备：
1）将秸秆粉碎后与蓝藻按质量比1-5:10的比例混合得混合料，然后向所述混合料中加入生物质转化复合菌剂和生物质转化诱导材料，混合均匀后常规堆置发酵5-15天，得到半固态有机肥；发酵速度快、发酵温度低、发酵彻底。
2）将所述半固态有机肥与粘土、生物质碳灰和重金属离子螯合剂按1000：50-200：50-150：1-5的比例混合造粒，即得土壤修复用功能有机肥。
所述生物质转化复合菌剂按质量百分比构成为：15-30%假单胞菌，20-35%枯草芽孢杆菌，10-28%米曲霉，5-26%根霉；所述生物质转化复合菌剂的微生物活菌含量≥5亿个/毫升；
所述生物质转化复合菌剂的添加量为所述混合料质量的0.5-2‰。
所述生物质转化诱导材料按质量份构成为：单宁酸0.1-0.5份，合成鞣酸0.1-0..5份，腐植酸0.1-3份，柠檬酸、酒石酸或苹果酸0.1-0.5份，聚丙烯酸（PAA）0.1-0.5份（数均分子量2000-5000），硫酸锌0.02-0.1份，硫酸亚铁0.05-1份，硅酸镁0.1-0.2份，氧化锌0.01-0.05份，腐植酸钠0.1-3份，氧化钙0.1-2份，凹凸棒0.5-3份，活性炭0.5-1份，硼砂0.1-1份，聚丙烯酰胺（PAM）0.005-0.01份；
所述生物质转化诱导材料的添加量为所述混合料质量的0.8-2.5‰。
所述蓝藻为絮凝压滤后的藻泥，含水率为80-99%。
所述秸秆为稻草、稻壳、油菜杆、麦秸秆、花生壳中的一种或几种；秸秆粉碎后的长度为5-10mm。
所述生物质碳灰为植物燃烧后的灰烬。凡植物所含的矿质元素，碳灰中几乎都含有。其中含量最多的是钾元素，还含有钙、镁、硅、硫和铁、锰、铜、锌、硼、钼等微量营养元素。所以，它是一种来源广泛、成本低廉、养分齐全、肥效明显的有机农家肥。碳灰还具有很好的吸附功能，能够吸附固定土壤中过量的重金属，起到修复土壤的效果。
所述粘土为凹凸棒土和/或硅藻土。粘土的添加有利于有机肥造粒，还能够吸附固定土壤中过量的重金属离子，起到修复土壤的效果。
所述重金属离子螯合剂选自EDTA、甲壳素、腐植酸钠、葡萄糖酸、柠檬酸中的一种或几种。重金属离子螯合剂能够螯合土壤中重金属离子，促进重金属惰性化，实现修复土壤的效果。
将本发明功能有机肥施于土壤表层，施肥量120-150公斤/亩，再翻耕土壤，使功能有机肥与土壤充分混匀，田间水分保持不低于15%，自然静置1-2周后即可种植农作物，田间管理与正常的农业生产无异。
本发明功能有机肥能够能够吸附固定土壤中过量的重金属，起到修复土壤的作用。
本发明功能有机肥以蓝藻、秸秆等为原料，不仅使废弃物得到有效利用，还能有利于植物生长腐殖质、蓬松透气、保水性提高，有利于有机生态农产品丰产。
本发明功能有机肥施于土壤中具有持久缓释肥效，能吸附、螯合、惰性化固定重金属离子，促进土壤蓬松、保湿、透气性提高，有利于植物生根，优化土壤微量元素等有益组分构成，有效修复重金属污染的土地，不会引起土壤的二次污染。将生物质碳灰、凹凸棒土和重金属离子螯合剂施入土壤中，吸附、螯合重金属离子等污染物，提高地温，提升土壤有机质促进植物生长，具有巨大的市场应用价值。
本发明具有如下有益效果：
最大限度的降低成本：具有很强吸附能力的碳灰作为废弃物不仅能吸附、钝化重金属离子，还富含磷和钾等营养元素，增加有机肥的总养分；凹凸棒土、硅藻土等在我国资源丰富，价格低廉，是一种生态缓释吸附材料。
缓解环境生态压力：每年打捞的大批蓝藻堆积腐败、农业废弃秸秆焚烧时产生二次污染。蓝藻和秸秆生物废弃物有效利用大大缓解湖泊与农业环境生态压力。
缓解土地紧张压力：随着生物质能发电产业的迅速发展，电厂碳灰迅速增加，占用大量土地，对大气和水体造成污染。利用生物质炭灰制造功能有机肥可有效缓解土地压力。
变废为宝、以废治污：蓝藻和秸秆发酵制成有机肥使废弃物得到有效利用，电厂碳灰可以作为肥料也能修复重金属污染土壤。
使用简单方便：田间管理与正常的农业生产无异，易于被广大农民接受。可以与种子混合播撒，也可以施于表面再翻耕土地。可以提高作物对土壤养分的利用率，增强土壤的保湿能力，改善土壤结构等作用，具有巨大的市场应用价值。
四、具体实施方式
实施例1：
1、功能有机肥的制备
将秸秆粉碎后与蓝藻按1：10的质量比混合得混合料，然后向混合料中添加混合料质量0.5‰的生物质转化复合菌剂和混合料质量0.8‰的生物质转化诱导材料，混合均匀后常温堆置发酵10天，得到半固态有机肥。将发酵后得到的半固态有机肥与硅藻土、生物质电厂碳灰和重金属离子螯合剂按1000：50：50：1的质量比复配造粒，即得土壤修复用功能有机肥。
所述生物质转化复合菌剂按质量百分比构成为：30%假单胞菌，30%枯草芽孢杆菌，20%米曲霉，20%根霉；所述生物质转化复合菌剂的微生物活菌含量≥5亿个/毫升。
所述生物质转化诱导材料按质量份数构成为：单宁酸0.5份，合成鞣酸0.5份，腐植酸2份，酒石酸0.5份，PAA0.1份（数均分子量4000），硫酸锌0.1份，硫酸亚铁0.05份，硅酸镁0.2份，氧化锌0.04份，腐植酸钠0.5份，氧化钙1.5份，凹凸棒2份，活性炭1份，硼砂1份，PAM0.01份，各原料均为市购。以上各原料混合后即得生物质转化诱导材料。
所述重金属离子螯合剂为EDTA、甲壳素和葡萄糖酸钠的混合物，质量比2:3:1。
2、现场施肥
以连续10年种植水稻的常规农田土壤作为试验田，将本发明制备的土壤修复用功能有机肥分别按照120、80公斤/亩的量施于土壤表层，再翻耕土壤，使有机肥土壤充分混匀，田间水分保持在不低于15%合适范围，自然静置2周后即可种植农作物，田间管理与正常的农业生产无异。
以常规土壤（即只添加化肥，不添加本发明功能有机肥，）作为对照组，对照组施化肥25公斤/亩，1号田施有机肥120公斤/亩，2号田施有机肥80公斤/亩。在对照组、1号田和2号田中种植稻谷，种植周期为6个月，在其它影响因素相同的情况下对稻谷的生长情况、产量以及品质进行检测，对比如下：
表1有机肥施用大田稻谷生长情况
| 试验田 | 穗重（g） | 穗长（cm） | 粒重（g） | 饱粒数 | 瘪粒数 | 结实率（%） | 千粒重（g） |
| 对照组 | 4.88 | 16.69 | 4.64 | 150.20 | 20.70 | 88.46 | 27.47 |
| 1号田 | 5.13 | 17.59 | 4.85 | 147.40 | 13.45 | 91.76 | 30.32 |
| 2号田 | 4.28 | 16.45 | 4.06 | 127.68 | 14.86 | 89.82 | 28.61 |
表2稻谷产量
| 对照组 | 1号田 | 2号田 | |
| 面积（m2） | 408 | 402 | 415 |
| 产量（kg） | 334 | 365 | 348 |
| 单位产量（kg/hm2） | 8186 | 9083 | 8385 |
表3稻谷品质检测
| 检测指标 | 1号田 | 2号田 | 对照组 | 检测方法 |
| 胶稠度（mm） | 65 | 68 | 63 | GB/T17891-1999 |
| 直链淀粉（%） | 18.6 | 18.7 | 17.1 | GB/T15683-2008 |
| 蛋白质（%） | 8.1 | 8.0 | 5.2 | GB5009.5-2010 |
从表1-3可知，施用功能有机肥的试验田稻谷穂重、结实率等指标均明显高于常规试验田，1号田和2号田单位产量分别是常规试验田的1.11倍和1.02倍，在品质方面，施用功能有机肥的1号田稻谷直链淀粉和蛋白质含量分别是常规试验田的1.09倍和1.56倍，总体试验田优劣情况为：1号田＞2号田＞对照组，即施用功能有机肥的试验田其产量和品质明显优于非施用试验田，说明该功能有机肥能够较好地提升作物产量，且具有显著改善作物品质的功能。
实施例2：
1、功能有机肥的制备
将秸秆粉碎后与蓝藻按5：10的质量比混合得混合料，然后向混合料中添加混合料质量2‰的生物质转化复合菌剂和混合料质量2.5‰的生物质转化诱导材料，混合均匀后常温堆置发酵8天，得到半固态有机肥。将发酵后得到的半固态有机肥与凹凸棒土、生物质碳灰和重金属离子螯合剂按1000：100：150：5的质量比复配造粒，即得土壤修复用功能有机肥。
所述生物质转化复合菌剂按质量百分比构成为：30%假单胞菌，30%枯草芽孢杆菌，20%米曲霉，20%根霉；所述生物质转化复合菌剂的微生物活菌含量≥5亿个/毫升。
所述生物质转化诱导材料按质量份数构成为：单宁酸0.5份，合成鞣酸0.5份，腐植酸1.6份，苹果酸0.5份，PAA0.5份（数均分子量3000），硫酸锌0.1份，硫酸亚铁0.05份，硅酸镁0.2份，氧化锌0.04份，腐植酸钠0.5份，氧化钙1.5份，凹凸棒2份，活性炭1份，硼砂1份，PAM0.01份，各原料均为市购。以上各原料混合后即得生物质转化诱导材料。
所述重金属离子螯合剂为甲壳素、腐植酸钠和柠檬酸钠的混合物，质量比3:2:1。
2、现场施肥
以受重金属污染的土壤（污染值见下表）作为试验田，将本发明制备的土壤修复用功能有机肥分别按照120、150、180公斤/亩的量施于土壤表层，120、150、180公斤/亩分别记为A、B、C号田，再翻耕土壤，使有机肥土壤充分混匀，田间水分保持在不低于15%，自然状态放置45天后即可种植农作物，田间管理与正常的农业生产无异。
3、土壤修复
修复过程中定时检测土壤中重金属含量，以及土壤中氮磷钾和有机质的变化，并核算作物产量（见下表4），整个修复周期为8个月，包括土壤施肥平衡期1.5个月，作物种植期6.5个月。
表4修复前后土壤（旱地）及作物产量品质变化
从表4可知，土壤修复功能有机肥不仅具有明显吸附螯合重金属元素的作用，还具有提升土壤肥力，提升土壤有机质，改善土壤质量，保湿高产的多种功能，参照以上实验结果可知功能有机肥的最适添加量以120-150公斤/亩为宜。
Claims (6)
1.一种土壤修复用功能有机肥的制备方法，其特征在于按以下步骤操作：
1）将秸秆粉碎后与蓝藻按质量比1-5:10的比例混合得混合料，然后向所述混合料中加入生物质转化复合菌剂和生物质转化诱导材料，混合均匀后常规堆置发酵5-15天，得到半固态有机肥；
2）将所述半固态有机肥与粘土、生物质碳灰和重金属离子螯合剂按1000：50-200：50-150：1-5的比例混合造粒，即得土壤修复用功能有机肥；
所述生物质转化复合菌剂按质量百分比构成为：15-30%假单胞菌，20-35%枯草芽孢杆菌，10-28%米曲霉，5-26%根霉，上述菌种添加量之和为100%；所述生物质转化复合菌剂的微生物活菌含量≥5亿个/毫升；所述生物质转化复合菌剂的添加量为所述混合料质量的0.5-2‰；
所述生物质转化诱导材料按质量份构成为：单宁酸0.1-0.5份，合成鞣酸0.1-0.5份，腐植酸0.1-3份，柠檬酸、酒石酸或苹果酸0.1-0.5份，聚丙烯酸 0.1-0.5份，硫酸锌 0.02-0.1份，硫酸亚铁0.05-1份，硅酸镁0.1-0.2份，氧化锌0.01-0.05份，腐植酸钠0.1-3份，氧化钙0.1-2份，凹凸棒0.5-3份，活性炭0.5-1份，硼砂0.1-1份，聚丙烯酰胺 0.005-0.01份；
所述生物质转化诱导材料的添加量为所述混合料质量的0.8-2.5‰。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述蓝藻为絮凝压滤后的藻泥，含水率为80-99%。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述秸秆为稻草、稻壳、油菜杆、麦秸秆、花生壳中的一种或几种；秸秆粉碎后的长度为5-10mm。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述生物质碳灰为植物燃烧后的灰烬。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述粘土为凹凸棒土和/或硅藻土。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述重金属离子螯合剂选自EDTA、甲壳素、腐植酸钠、葡萄糖酸、柠檬酸中的一种或几种。
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