CN104178178A

CN104178178A - 一种能够钝化蔬菜地土壤铜锌铅的有机改良剂

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Publication number: CN104178178A
Application number: CN201410405224.0A
Authority: CN
Inventors: 王辉; 戴绪燕; 汪海燕; 刘德辉; 董元华
Original assignee: Institute of Soil Science of CAS
Current assignee: Institute of Soil Science of CAS
Priority date: 2014-08-16
Filing date: 2014-08-16
Publication date: 2014-12-03
Anticipated expiration: 2034-08-16
Also published as: CN104178178B

Abstract

本发明公开了一种能够钝化蔬菜地土壤铜锌铅的有机改良剂，其由磷矿粉和蚯蚓粪组成，其中二者的质量含量分别为：磷矿粉10%～50%，蚯蚓粪50%～90%。该有机改良剂能够钝化污染土壤重金属,尤其是中、轻度污染蔬菜地土壤Cu、Zn、Pb，降低酸提取态、氧化态等活性态重金属含量，增加有机态、残渣态等活性较低形态的重金属含量，显著减少植物体内Cu、Zn、Pb含量，同时还能提供植物生长所需的大中微量养分，改善土壤性状，恢复退化蔬菜地土壤生态系统健康，克服土壤连作障碍，提高蔬菜产量和品质。

Description

一种能够钝化蔬菜地土壤铜锌铅的有机改良剂

技术领域

本发明属于土壤改良剂技术领域，尤其涉及一种能够钝化蔬菜地土壤Cu、Zn、Pb的有机改良剂。

背景技术

随着工业、城市污染的加剧和农用化学物质种类、数量的增加，从工、农、生活中排放出来的重金属不断增多，土壤重金属污染日益严重。2014年国家环保部公布《全国土壤污染状况调查公报》，全国土壤环境状况总体不容乐观，部分地区土壤污染较重，耕地土壤环境质量堪忧，工矿业废弃地及部分城市郊区蔬菜地土壤环境问题突出。全国土壤总的点位超标率为16.1％，其中中、轻度污染点位比例为15.0％，重度污染点位为1.1％，部分城市郊区蔬菜地土壤大面积中、轻度污染；污染类型以无机型为主，主要为镉、汞、砷、铜、铅、铬、锌、镍8种无机污染物超标；南方土壤污染重于北方，长江三角洲、珠江三角洲、东北老工业基地等部分区域土壤污染问题较为突出。

针对重度污染土壤，应实行污染土壤修复措施以恢复土壤的正常农业生产功能，而对于大多数重金属中、轻度污染的农田土壤，可通过土壤重金属钝化技术，在正常的农业生产活动过程中降低农产品对重金属的吸收与积累，保证农产品的质量安全，同时严格控制重金属污染物的输入，逐渐将土壤重金属含量降下来。近年来，针对土壤中重金属的钝化处理技术逐渐成熟，常用的钝化剂包括Fe、Al、Mn氧化物、钙镁磷肥等无机材料，有机肥、活性污泥等有机材料，石灰等碱性材料，蒙脱石、沸石等粘土矿物等，其基本钝化原理都是通过氧化还原、离子交换、吸附、络合、螯合、沉淀等化学过程降低土壤重金属的活性，阻断重金属在土-植系统中的迁移，达到降低植物体内重金属含量、保证农产品质量安全的目的。

磷矿粉是一种常见的磷酸盐矿物。我国磷矿资源丰富，总计160余亿吨，但大多数为中低品位磷矿(含五氧化二磷小于30％，占全国磷矿资源88％)，因其含磷量低，工业利用成本高、能耗大，一直难以利用，但其还含有大量的钙、镁等有益矿物元素，且与进口高品位磷矿粉相比Cd含量很低。磷矿粉钝化重金属主要通过两种机制：一是磷矿粉所含的钙镁在一定程度上能与重金属产生拮抗作用，从而降低植物对重金属的吸收；二是磷矿粉释放出磷酸根与重金属形成难溶的磷酸盐沉淀，从而降低重金属的有效态含量。然而上述钝化剂在农用过程中施用往往会有一些问题，由于大部分钝化剂用量少，在土壤中难以充分混匀，钝化效果差，同时这些钝化剂养分含量低或养分配比不平衡，对促进植物生长效果差，还要增施各种肥料，费时费力。例如发明专利CN201010595856.X公开了一种酸化磷矿粉钝化土壤重金属的方法，只能起到钝化重金属与补充土壤磷数的效果，不能补充土壤氮钾素、且施用时难以与土壤充分混匀。

蚯蚓粪是一种黑色、均一、有自然泥土味的细碎类团聚体物质，由蚯蚓摄食各种有机废弃物包括畜禽粪便后形成。近年来随着集约化畜禽养殖业的快速发展及饲料添加剂的广泛使用，蔬菜地大量施用畜禽粪便等有机肥，畜禽粪便对土壤重金属的污染逐渐引起人们关注。中国科学院南京土壤研究所在全国11个省800多个畜禽粪便样品调查分析表明，目前畜禽粪便中Cu、Zn、As、Cd污染较重，对照国家有机肥料相关标准，畜禽粪便中Cu、Zn、As、Cd超标率分别达到了36.1％、27.0％、11.5％、7.8％，猪粪、鸡粪中超标率较高，牛粪相对安全，以牛粪为主要原料制成的蚯蚓粪重金属含量很低。蚯蚓粪不仅含有丰富的有机质、腐殖酸、氮磷钾等大中微量元素，还含有谷氨酸、天门冬氨酸、缬氨酸等10多种氨基酸，赤霉素、生长素、细胞分裂素等多种植物生长激素,蚯蚓粪中含有的腐殖酸可以改善土壤结构,有利于土壤的通气、保水、保肥、提高土壤的缓冲能力，是一种能够促进植物生长、克服土壤连作障碍的高效生物有机肥。蚯蚓粪还具有一定的重金属钝化效果，其机理主要是其含有酚羟基、羧基、羰基、氨基等多种官能团，能够吸附活性重金属离子。另外蚯蚓粪具有很大的表面积，富含细菌、放线菌和真菌等多种微生物类群，微生物本身以及微生物与各种有机、无机胶体的相互作用能够对重金属进行生物吸附、富集、沉淀等行为，短期内会降低重金属的生物有效性

发明内容

本发明针对大量城郊区蔬菜地土壤重金属中轻度污染的问题，提供了一种兼具能够有效钝化土壤中Cu、Zn、Pb和提供植物生长所需的大中微量元素、改善土壤结构与生物活性的有机改良剂，本发明运用天然无污染重金属钝化剂磷矿粉，混配具有改良土壤结构与提供各种养分和活性物质的蚯蚓粪，相互协同作用以达到钝化土壤重金属和改良土壤、促进植物生长的双重目的。

本发明的目的可以通过以下措施达到：

一种能够钝化蔬菜地土壤铜锌铅的有机改良剂，其由磷矿粉和蚯蚓粪组成，其中二者的质量含量分别为：磷矿粉10％～50％，蚯蚓粪50％～90％。

在一种技术方案中，有机改良剂中的磷矿粉的质量含量为15％～45％，蚯蚓粪的质量含量为55％～85％。

在另一种技术方案中，有机改良剂中的磷矿粉的质量含量为20％～40％，蚯蚓粪的质量含量为60％～80％。

本发明中的磷矿粉选用中低品位(含P₂O₅小于30％)的磷矿石粉，其具体的是将中低品位磷矿石经粉碎后过100目筛(粒径在0.150mm以下)而成。

本发明中的蚯蚓粪优选采用以牛粪为主要原料并混合秸秆、蔬菜下脚料等有机废弃物经蚯蚓生物处理而成的蚯蚓粪；适用于本发明中的蚯蚓粪中有机质含量≥45％，氮磷钾总养分含量≥5％。

本发明的有机改良剂为了能够达到更佳的效果，需要求其总有机质含量≥30％。

本发明的有机改良剂的施用量为3000～6000kg/hm²，优选的施用量为4000～5000kg/hm²，以4500kg/hm²为佳。该有机改良剂在施用时，有机改良剂中磷矿粉的施用量占需改良土壤质量的1‰～5‰。

本发明针对钝化剂使用过程中出现的问题，将重金属钝化剂磷矿粉与蚯蚓粪相结合，蚯蚓粪本身是一种重金属钝化与肥效兼得的有机改良剂，同时蚯蚓粪还是一种高效生物有机肥，利用蚯蚓粪的高效生物活性提高土壤生物活性、活化磷矿粉，减少了磷矿粉酸化步骤，省时省力，使钝化剂对土壤重金属的钝化效果达到最佳，且不对环境造成破坏。

本发明的有益效果：本发明将磷矿粉与蚯蚓粪混配在一起施用，在二者的协同作用下不仅可以有效钝化污染土壤重金属，尤其是中、轻度污染蔬菜地土壤Cu、Zn、Pb污染，降低酸提取态、氧化态等活性态重金属含量，增加有机态、残渣态等活性较低形态的重金属含量，显著减少植物体内Cu、Zn、Pb含量，同时还能有效降低施用成本，提供植物生长所需的大中微量养分，改善土壤性状，恢复退化蔬菜地土壤生态系统健康，克服土壤连作障碍，提高蔬菜产量和品质。本发明具有很高的经济、生态与社会效益，应用前景广阔。

具体实施方式

实施例1：

由磷矿粉和蚯蚓粪混合而成，其中所述磷矿粉为五氧化二磷含量小于30％的中低品位磷矿石，经粉碎过100目筛而成，占改良剂的质量比例为20％wt；所述蚯蚓粪为以牛粪为主要原料，混合玉米秸秆、水稻秸秆等经蚯蚓生物处理而成，其中有机质含量≥45％，氮磷钾总养分含量≥5％，占改良剂的质量比例为80％wt。改良剂中总有机质含量≥30％。

采集苏州市郊区土壤重金属轻度污染的表层菜园土(0-20cm)(Cu、Zn、Pb、Cr含量超过国家土壤环境质量标准(修订)GB15618-2008二级标准，但未达到三级标准，属中轻度污染水平)开展有机改良剂钝化重金属盆栽试验，土壤基本理化性状为pH 5.60，有机质28.60 g/kg，全N 2.54 g/kg，全P 1.05 g/kg，全K 13.05 g/kg，全Cu 81.98 mg/kg，全Zn 312.42 mg/kg，全Pb 82.98 mg/kg，全Cr 156.98 mg/kg，其他重金属元素未超标。试验设对照和有机改良剂施用两个处理，试验采用的番茄品种为合作903，土壤风干粉碎过20目筛后，部分与有机改良剂充分混匀作为有机改良剂处理，有机改良剂按4500kg/hm²用量施用，其余作为对照处理，对照处理加入与改良剂处理等氮磷钾的化学肥料。塑料盆(22cm×17cm)每盆装土1.5kg，其中300g土装入事先用300目尼龙网缝制的根袋(7cm×13cm)内，将根袋埋入塑料盆中央，保持根袋内外土面相平，每个根袋内移栽长势相同的番茄幼苗一株，每个处理四个重复，随机排列。

所有盆栽试验生长期间各处理均保持相同的温度和光照，并通过称重加去离子水保持其含水量为田间持水量的70％。到番茄成熟期收获，历时约120天。在番茄成熟期分布采集根袋内的土壤作为根际土，根袋外2cm处周围土壤为非根际土。土壤样品经自然风干，研磨，分别过1mm和0.149mm筛待测。

植物样在成熟期分地上地下分别收获。植株样品在105℃下杀青30min，65℃下烘干至恒重，用不锈钢粉碎机粉碎，过100目筛待测。

土壤样品中重金属的形态分析采用欧盟标准改进的BCR三步连续提取法，原子吸收分光光度法测定，重金属总量分析方法参照GB/T 17138-1997，残渣态为全量减去BCR提取的三种形态之和。

试验结果如表1、表2。表1表明，与对照相比，含20％磷矿粉有机改良剂施用均降低了根际与非根际土壤中Cu、Zn、Pb的活性，减少了活性较高、易为植物吸收利用的酸可提取态、氧化物结合态的含量，增加了植物难以吸收利用的有机结合态、残渣态的含量。表2表明有机改良剂施用对土壤形态的改变显著降低了植物根茎叶中吸收的Cu、Zn、Pb的含量，根部尤其明显。有机改良剂施用对根际与非根际土壤Cr的形态改变不显著，未改变甚至略增加了植物体内的Cr含量，钝化土壤Cr效果不显著。

表1 含20％磷矿粉有机改良剂施用后土壤重金属钝化效果(mg/kg)

表2 含20％磷矿粉有机改良剂施用后植物重金属含量(ug/kg)

实施例2：

由磷矿粉和蚯蚓粪混合而成，其中所述磷矿粉为五氧化二磷含量小于30％的中低品位磷灰石矿，经粉碎过100目筛而成，占改良剂的质量比例为30％wt；所述蚯蚓粪为以牛粪为主要原料，混合玉米秸秆、水稻秸秆经蚯蚓生物处理而成，其中有机质含量≥45％，氮磷钾总养分含量≥5％，占改良剂的质量比例为70％wt。改良剂中有机质含量≥30％。

盆栽试验及分析方法同实施例1。

试验结果如表3、表4。表3表明，与对照相比，含30％磷矿粉有机改良剂施用降低了根际与非根际土壤中Cu、Zn、Pb的活性，减少了活性较高、易为植物吸收利用的酸可提取态、氧化物结合态的含量，增加了植物难以吸收利用的有机结合态、残渣态的含量。表4表明有机改良剂施用对土壤形态的改变显著降低了植物根茎叶中吸收的Cu、Zn、Pb的含量，根部尤其明显。有机改良剂施用对根际与非根际土壤Cr的形态改变不显著，未改变甚至略增加了植物体内的Cr含量，钝化土壤Cr效果不显著。表4结果表明含30％磷矿粉有机改良剂施用钝化土壤Cu、Zn、Pb的效果好于含20％磷矿粉有机改良剂。

表3 含30％磷矿粉有机改良剂施用后土壤重金属钝化效果(mg/kg)

表4 含30％磷矿粉有机改良剂施用后植物重金属含量(ug/kg)

实施例3：

由磷矿粉和蚯蚓粪混合而成，其中所述磷矿粉为五氧化二磷含量小于30％的中低品位磷灰石矿，经粉碎过100目筛而成，占改良剂的质量比例为40％wt；所述蚯蚓粪为以牛粪为主要原料，混合玉米秸秆、水稻秸秆经蚯蚓生物处理而成，其中有机质含量≥45％，氮磷钾总养分含量≥5％，占改良剂的质量比例为60％wt。改良剂中总有机质含量≥30％。

盆栽试验及分析方法同实施例1。

试验结果如表5、表6。表5表明，与对照相比，含40％磷矿粉有机改良剂施用降低了根际与非根际土壤中Cu、Zn、Pb的活性，减少了活性较高、易为植物吸收利用的酸可提取态、氧化物结合态的含量，增加了植物难以吸收利用的有机结合态、残渣态的含量。表6表明有机改良剂施用对土壤形态的改变显著降低了植物根茎叶中吸收的Cu、Zn、Pb的含量，根部尤其明显。有机改良剂施用对根际与非根际土壤Cr的形态改变不显著，未改变甚至略增加了植物体内的Cr含量，钝化土壤Cr效果不显著。表6结果表明含40％磷矿粉有机改良剂施用钝化土壤Cu、Zn、Pb的效果与含30％磷矿粉有机改良剂施用效果差异不明显。

表5 含40％磷矿粉有机改良剂施用后土壤重金属钝化效果(mg/kg)

表6 含40％磷矿粉有机改良剂施用后植物重金属含量(ug/kg)

在本实施例中分别单纯施用相同量的磷矿粉和相同量的蚯蚓粪，其对土壤中Cu、Zn、Pb的钝化效果均低于本有机改良剂施用效果的40％。

Claims

1.一种能够钝化蔬菜地土壤铜锌铅的有机改良剂，其特征在于其由磷矿粉和蚯蚓粪组成，其中二者的质量含量分别为：磷矿粉10%～50%，蚯蚓粪50%～90%。

2.根据权利要求1所述的有机改良剂，其特征在于所述磷矿粉的质量含量为20%～40%，蚯蚓粪的质量含量为60%～80%。

3.根据权利要求1或2所述的有机改良剂，其特征在于所述磷矿粉为含P₂O₅小于30%的中低品位的磷矿石粉。

4.根据权利要求1或2所述的有机改良剂，其特征在于所述磷矿粉的粒径在0.150mm以下。

5.根据权利要求1或2所述的有机改良剂，其特征在于所述蚯蚓粪为以牛粪为主要原料并混合有机废弃物经过蚯蚓生物处理而成，质量符合国家有机类肥料行业标准（HY525-2011）。

6.根据权利要求1或2所述的有机改良剂，其特征在于所述蚯蚓粪中有机质含量≥45%，氮磷钾总养分含量≥5%。

7.根据权利要求1或2所述的有机改良剂，其特征在于该有机改良剂中总有机质含量≥30%。

8.根据权利要求1或2所述的有机改良剂，其特征在于该有机改良剂的施用量为3000～6000kg/hm²。

9.根据权利要求8所述的有机改良剂，其特征在于该有机改良剂的施用量为4000～5000kg/hm²。

10. 根据权利要求1或2所述的有机改良剂，其特征在于该有机改良剂在施用时，有机改良剂中磷矿粉的施用量占需改良土壤质量的1‰～5‰。