CN104629767B - 一种应用于水稻田的镉钝化剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种土壤镉钝化剂及其制备方法，将EM菌液加入甘蔗糖厂亚硫酸法滤泥并充分混合，再堆成条状山形垛体，并盖上塑料布维持垛体的温度和湿度；每5‑6天翻堆1次，连续翻堆5次以上；待垛体温度降到常温后，即完成堆肥腐熟过程；将腐熟后的甘蔗糖厂亚硫酸法滤泥进行风干，得到风干滤泥；将风干滤泥与硅钙肥按照10:0.8‑1的重量比混合，即得所述的土壤镉钝化剂。本发明专门针对稻田土壤环境特点进行研发，首次以亚硫酸法滤泥复配硅钙肥为材料制成镉钝化剂，具有降低土壤镉有效态、钝化土壤镉以及减少稻米积累镉的作用。经大田试验，将此镉钝化剂按22.5t/ha用量施用于污染稻田，能够降低米粒中65～86％的镉含量。

Description

一种应用于水稻田的镉钝化剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于降低土壤镉有效性，减少稻米镉积累作用的土壤镉钝化剂及其制备方法。
背景技术
目前国内生产白砂糖的甘蔗糖厂所采用的澄清处理方法，基本可分为碳酸法和亚硫酸法两大类。用石灰和二氧化硫作为澄清剂的蔗汁澄清方法叫亚硫酸法，以亚硫酸法澄清蔗汁后产生的滤泥称亚硫酸法滤泥；而用石灰和二氧化碳作为澄清剂来澄清蔗汁的方法，叫做碳酸法，以碳酸法澄清蔗汁后产生的滤泥称碳酸法滤泥。两种滤泥的成分相差很大。亚硫酸法滤泥不含大量的钙盐，干物质中有机物总量为80％左右，主要为类脂物5～14％，纤维15～30％，糖分5～15％，粗蛋白5～15％，总灰分9～20％，pH 6.0-9.0。碳酸法滤泥干物质中含CaCO3达70-80％，成分以无机物为主，有机物含量15％，pH 8.0--9.0。
经过多年努力探索，科学家和企业研究出糖厂滤泥的多种综合利用方法。目前糖厂滤泥的资源化利用主要途径为生产有机肥或土壤改良剂：如利用糖厂滤泥生产微生物肥或微生物菌剂(发明专利申请号CN201210465369.0；CN01106646.6)，利用糖厂滤泥生产甘蔗专用有机无机复混肥(发明专利申请号CN201310235353.5)，碳酸法滤泥和木薯渣综合处理方法(CN201310182775.0)等。此外，滤泥也可用于生产化工产品，如甲酸钙，锅炉燃料、白灰、叶绿素和酒精等，如利用滤泥生产甲酸钙(发明专利申请号：CN201210426242.8)，利用碳酸法糖厂滤泥作为锅炉燃料的方法(CN201210002794.6)，利用糖厂滤泥生产白灰的方法(CN95116729.4)，利用糖厂滤泥废弃糖分作为生产酒精原料的方法(CN200610124159.X)。糖厂滤泥用作土壤改良剂可以起到增加土壤微生物繁殖、疏松土壤、改造咸田的作用。广东江门甘蔗化工厂与华南农大合作利用碳酸法滤泥研制改土剂和营养粘结剂在广州郊县及博罗、英德、四会等地对水稻、玉米、花生、果、菜等8种作物进行试验，对酸性土壤可起到改良土壤及作物增产的良好效果。
中国专利《一种包含糖厂酒精废液、滤泥或泥炭的生物土壤调理剂》(CN201310078222.0)，涉及一种包含糖厂酒精废液、滤泥或泥炭的生物土壤调理剂，该生物土壤调理剂由糖厂酒精废液、泥炭和微生物发酵的糖厂滤泥制备，能为作物提供均衡的影响，优化土壤的结构平衡，长期保持土壤营养的充足，提高作用产量，而且也能够降低作物中的重金属含量。但该发明专利有以下两点不明确：(1)没有提及该调理剂对土壤重金属的钝化作用。该土壤调理剂主要强调提高土壤营养从而促进作物生长，而且也能降低作物中重金属含量，但没有提到具有直接降低土壤重金属有效态、钝化土壤重金属的作用。(2)没有明确采用哪种糖厂滤泥。两种滤泥的成份相差较大，对土壤重金属的钝化效果也不一致。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种土壤镉钝化剂，能够降低稻田中镉的生物有效性。同时，本发明还提供一种用于生产该土壤镉钝化剂的方法。
本发明解决上述技术问题所采取的技术方案是：一种土壤镉钝化剂，由甘蔗糖厂亚硫酸法滤泥、EM菌液和硅钙肥为原材料制备而成，所述的亚硫酸法滤泥是指甘蔗糖厂在制糖过程中采用石灰和二氧化硫作为澄清剂进行蔗汁澄清处理所产生的滤泥；所述的甘蔗糖厂亚硫酸法滤泥与EM菌液的混合重量比为100:1-2，混合腐熟并风干后得到风干滤泥；所述风干滤泥与硅钙肥的混合重量比为10:0.8-1。
所述的甘蔗糖厂亚硫酸法滤泥干重中有机物总量为70-80％，包括类脂物5-14％、纤维15-30％、糖分5-15％、粗蛋白5-15％和总灰分9-20％，pH6.0-9.0。
所述的硅钙肥含20-30％SiO2和25-35％CaO。
所述的类脂物为蔗蜡和蔗脂。
本发明还提供一种用于制备上述土壤镉钝化剂的方法，包括以下步骤：
(1)将新鲜甘蔗糖厂亚硫酸法滤泥进行堆肥腐熟处理：将EM菌液加入甘蔗糖厂亚硫酸法滤泥并充分混合，再堆成条状山形垛体，并盖上塑料布维持垛体的温度和湿度；每5-6天翻堆1次，连续翻堆5次以上；待垛体温度降到常温后，即完成堆肥腐熟过程；
(2)将腐熟后的甘蔗糖厂亚硫酸法滤泥进行风干，得到风干滤泥；
(3)将风干滤泥与硅钙肥按照10:0.8-1的重量比混合，即得所述的土壤镉钝化剂。
本发明所述的亚硫酸法滤泥、EM菌液和硅钙肥复配制成的土壤镉钝化剂，能够有效钝化稻田中的镉，降低其有效态含量，减少镉向稻米中的转移，其主要机制如下：①通过化学沉淀降低镉的溶解度。亚硫酸法滤泥含有大量硫酸盐、磷酸盐以及高分子絮凝剂，可使土壤溶液中的镉形成沉淀，这是亚硫酸法滤泥钝化镉的主要机制。②提高pH：亚硫酸法滤泥含有大量石灰，硅钙肥的pH在7～9范围内，因此该钝化剂可将土壤pH控制于中性偏碱范围。③形成有机难溶态：亚硫酸法滤泥中富含蔗渣，高分子有机化合物富含氧官能团尤其是含羧基或羟基的物质可高效吸附并钝化重金属离子。④硅能显著减少镉从水稻根系向地上部以及籽粒的转运。本发明通过以上作用实现对土壤镉的钝化，从而减少稻米对镉的积累。
本发明专门针对稻田土壤环境特点进行研发，首次以亚硫酸法滤泥复配硅钙肥为材料制成镉钝化剂，具有降低土壤镉有效态、钝化土壤镉以及减少稻米积累镉的作用。经大田试验，将此镉钝化剂按22.5t/ha用量施用于污染稻田，能够降低米粒中65～86％的镉含量。
具体实施方式
产品制备实例：
将1-2％EM菌液加入甘蔗糖厂亚硫酸法滤泥并充分混合，再堆成条状山形垛体，并盖上塑料布维持垛体的温度和湿度；每5-6天翻堆1次，连续翻堆5次以上；待垛体温度降到常温后，即完成堆肥腐熟过程；将腐熟后的甘蔗糖厂亚硫酸法滤泥进行风干，得到风干滤泥；将风干滤泥与硅钙肥按照10:1的重量比混合，即得所述的土壤镉钝化剂。
产品使用方法：
按22.5t/ha用量，将土壤镉钝化剂均匀施用于镉污染土壤表层；对施用过土壤镉钝化剂的稻田表层进行充分犁耙，犁耙深度15～20cm左右，使钝化剂与土壤充分混合；施用时间为水稻移栽前30天或以上，留有足够时间保证钝化剂与土壤颗粒和镉充分相互作用并达到平衡。
大田应用实例
应用实例1
试验时间为2014年，试验地点位于广西金城江某污染稻田。土壤镉含量为1.85mg/kg。供试品种为潭两优83。由表1可见，亚硫酸法滤泥单独处理、亚硫酸法滤泥与硅钙肥复配处理均可显著降低稻米镉含量。若仅添加亚硫酸法滤泥使潭两优83稻米的镉含量降低69％，单独硅钙肥处理可使潭两优83的稻米镉含量下降10％。如果将亚硫酸法滤泥与硅钙肥复配，可使稻米镉含量比对照降低86％。说明本发明所述的亚硫酸法滤泥与硅钙肥复配制成的镉钝化剂其钝化土壤镉、降低稻米镉含量的效果要远远优于单独亚硫酸法滤泥或硅钙肥处理。该钝化剂处理可使潭两优83稻米镉含量由超5倍的1.056mg/kg降至0.143mg/kg(达到食品中污染物限量标准(GB2762-2012))。
表1 镉钝化剂对潭两优83稻米积累镉的影响
应用实例2
试验时间为2014年，试验地点位于广西金城江某污染稻田。土壤镉含量为1.61mg/kg。供试品种为五丰优569。由表2可见，亚硫酸法滤泥单独处理、亚硫酸法滤泥与硅钙肥复配处理均可显著降低五丰优569稻米镉含量。若仅添加亚硫酸法滤泥使五丰优569稻米的镉含量降低22％，硅钙肥单独处理使五丰优569稻米的镉含量降低37％，如果将亚硫酸法滤泥与硅钙肥复配，可使稻米镉含量比对照降低65％。说明本发明所述的亚硫酸法滤泥与硅钙肥复配制成的镉钝化剂其钝化土壤镉、降低稻米镉含量的效果要远远优于单独亚硫酸法滤泥或硅钙肥处理。虽然采用本发明所述的镉钝化剂处理后，五丰优569品种的稻米镉含量下降了65％，但并未降低至污染物限量标准以下，这主要与该水稻品种富集镉的能力较强有关。
表1 镉钝化剂对五丰优569稻米积累镉的影响

Claims (2)

1.一种土壤镉钝化剂，其特征在于，由甘蔗糖厂亚硫酸法滤泥、EM菌液和硅钙肥为原材料制备而成，所述的亚硫酸法滤泥是指甘蔗糖厂在制糖过程中采用石灰和二氧化硫作为澄清剂进行蔗汁澄清处理所产生的滤泥；所述的甘蔗糖厂亚硫酸法滤泥与EM菌液的混合重量比为100:1-2，混合腐熟并风干后得到风干滤泥；所述风干滤泥与硅钙肥的混合重量比为10:0.8-1；
所述的甘蔗糖厂亚硫酸法滤泥干重中有机物总量为70-80％，包括类脂物5-14％、纤维15-30％、糖分5-15％、粗蛋白5-15％和总灰分9-20％，pH6.0-9.0；
所述的硅钙肥含20-30％SiO2和25-35％CaO。
2.权利要求1所述的土壤镉钝化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将新鲜甘蔗糖厂亚硫酸法滤泥进行堆肥腐熟处理：将EM菌液加入甘蔗糖厂亚硫酸法滤泥并充分混合，再堆成条状山形垛体，并盖上塑料布维持垛体的温度和湿度；每5-6天翻堆1次，连续翻堆5次以上；待垛体温度降到常温后，即完成堆肥腐熟过程；
(2)将腐熟后的甘蔗糖厂亚硫酸法滤泥进行风干，得到风干滤泥；
(3)将风干滤泥与硅钙肥按照10:0.8-1的重量比混合，即得所述的土壤镉钝化剂。
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