CN104789229B - 烟秆生物炭基土壤调理剂及烟田土壤改良方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能够降低烟草重金属含量、提高烟草品质、改善土壤环境的烟秆生物炭基土壤调理剂及烟田土壤改良方法。由以下重量份的原料混合配制而成：烟秆生物炭40～60份，钝化剂40～60份。本发明原料易得、配制方法简单、成本低，能够有效降低烟草重金属含量，改善烟田土壤质量；利用烟草种植区产生的大量废弃烟秆作为原料，实现了废物资源化回收利用，有利于烟草业的可持续发展，适于在烟草种植领域大范围推广使用。

Description

烟秆生物炭基土壤调理剂及烟田土壤改良方法

技术领域

本发明涉及农业土壤处理技术领域，具体涉及一种烟秆生物炭基土壤调理剂及烟田土壤改良方法。

背景技术

重金属是地球上比较普遍的潜在危害生态的一类污染物。它的主要来源是随着人类对重金属的开采、冶炼、加工及商业制造，使不少重金属如铅、镉、汞等进入大气、水体或土壤，造成严重的重金属污染。与其他污染相比，重金属污染能够富集于生物体内，并将重金属转化为毒性更强的金属有机化合物。烟草是一种易于累积重金属的植物，尤其是易吸收土壤中的镉，富集在叶片中，富集系数可达到5～10倍。作为一种特殊需求品，烟草燃烧后其中含有的各种重金属元素会随着主流烟气进入人体，烟草中含有的过量重金属会直接影响人体健康。通过食物链的生物富集放大作用，这些重金属元素蓄积在人体某些器官中，会造成慢性中毒。

土壤重金属污染与其他环境污染不同，重金属元素本身很难被降解并从土壤中完全消除，因此，综合治理土壤重金属污染难度较大。目前，解决烟草重金属污染的方法主要是针对土壤实施农业生态工程措施，在受到重金属污染的土壤上施用各种改良剂，例如施用凹凸棒土等无机改良剂或者牛粪等有机肥，但是这些方法只适用于污染比较严重的土壤，而且操作繁琐，易于影响土质，对于大面积改善植烟土壤收获甚微。还有一些植物修复的方法，即在污染土壤上种植一些重金属超富集的植物，例如黑麦草等，来净化土壤，但是这种方法处理时间长、见效慢，还会影响到烟草的种植周期，使土壤的生产价值受到影响。对于一些热处理、电化法等物理方法，一次性投入高，很难在日常作业中推广应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够降低烟草重金属含量、提高烟草品质、改善土壤环境的烟秆生物炭基土壤调理剂及烟田土壤改良方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

设计一种烟秆生物炭基土壤调理剂，由以下重量份的原料混合配制而成：烟秆生物炭40～60份，钝化剂40～60份。

其中，钝化剂由以下重量比的原料混合配制而成：熟石灰20份，磷酸二氢钾15～20份，腐熟的油菜秸秆15～30份，草木灰15～30份，蚕沙15～20份。

或者，钝化剂由以下重量比的原料混合配制而成：熟石灰或碱性pH调节剂20份，磷酸二氢钾15～20份，腐熟的牲畜厩肥15～20份，草木灰15～30份，蚕沙15～20份。其中，所述碱性pH调节剂为白云石粉、生物炭或氧化钙。

所述烟秆生物炭的制备方法为：

选取干燥的烟秆，置于马弗炉内进行热解炭化，升温速度为20℃/min，达到500℃热解温度后，炭化2小时，然后自然冷却到常温，即得到所需的烟秆生物炭。

使用上述烟秆生物炭基土壤调理剂进行烟田土壤改良的方法为：以180～220kg/666.7m²的施用量，将上述烟秆生物炭基土壤调理剂均匀撒施在重金属含量超标的植烟土壤上；进行一次翻耕、耙地；再进行二次翻耕、耙地；烟草移栽；然后按照常规的烟草栽培耕作方法作业。

本发明的有益效果在于：

1.本发明使用烟秆生物炭作为原料，能够吸附土壤中的重金属，同时可以聚集营养物质，为微生物的生存提供了适宜的环境条件，大量增加了土壤微生物群落的数量，强化了微生物的代谢功能，从而达到降低土壤中的重金属活性的作用，实现了对重金属元素进行富集、吸收和降解的目的，从而有效地修复受到重金属污染的烟田土壤。

2.使用烟秆生物质炭与重金属钝化剂相结合，其中的无机钝化剂能大幅度降低土壤中有效态重金属的含量，进而有效抑制重金属在烟草植物体内的含量；其中的有机钝化剂兼具钝化重金属及改善土壤理化性质两种功能；将无机钝化剂与有机钝化剂相结合使用，能够最大限度的降低重金属有效性，减少对土壤性质的破坏。

3.本发明各原料易得、配制方法简单、成本低，能够有效降低烟草重金属含量，改善烟田土壤质量；利用烟草种植区产生的大量废弃烟秆作为原料，实现了废物资源化回收利用，有利于烟草业的可持续发展，适于在烟草种植领域大范围推广使用。

具体实施方式

下面结合实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。

实施例1：一种烟秆生物炭基土壤调理剂，由以下重量份的原料混合配制而成：烟秆生物炭45份，钝化剂55份。其中，钝化剂由以下重量比的原料混合配制而成：熟石灰20份，磷酸二氢钾15份，腐熟的油菜秸秆25份，草木灰25份，蚕沙15份。

实施例2：一种烟秆生物炭基土壤调理剂，由以下重量份的原料混合配制而成：烟秆生物炭50份，钝化剂50份。其中，钝化剂由以下重量比的原料混合配制而成：熟石灰20份，磷酸二氢钾18份，腐熟的油菜秸秆20份，草木灰22份，蚕沙20份。

实施例3：一种烟秆生物炭基土壤调理剂，由以下重量份的原料混合配制而成：烟秆生物炭60份，钝化剂40份。其中，钝化剂由以下重量比的原料混合配制而成：熟石灰20份，磷酸二氢钾20份，腐熟的牲畜厩肥20份，草木灰22份，蚕沙18份。

实施例4：一种烟秆生物炭基土壤调理剂，由以下重量份的原料混合配制而成：烟秆生物炭43份，钝化剂57份。其中，钝化剂由以下重量比的原料混合配制而成：熟石灰20份，磷酸二氢钾15份，腐熟的牲畜厩肥15份，草木灰30份，蚕沙20份。

实施例5：一种烟秆生物炭基土壤调理剂，由以下重量份的原料混合配制而成：烟秆生物炭52份，钝化剂48份。其中，钝化剂由以下重量比的原料混合配制而成：白云石粉20份，磷酸二氢钾18份，腐熟的牲畜厩肥20份，草木灰25份，蚕沙17份。

实施例6：一种烟秆生物炭基土壤调理剂，由以下重量份的原料混合配制而成：烟秆生物炭45份，钝化剂55份。其中，钝化剂由以下重量比的原料混合配制而成：生物炭20份，磷酸二氢钾16份，腐熟的牲畜厩肥18份，草木灰30份，蚕沙16份。

实施例7：一种烟秆生物炭基土壤调理剂，由以下重量份的原料混合配制而成：烟秆生物炭55份，钝化剂45份。其中，钝化剂由以下重量比的原料混合配制而成：氧化钙20份，磷酸二氢钾20份，腐熟的牲畜厩肥20份，草木灰20份，蚕沙20份。

在以上实施例中所用的烟秆生物炭基土壤调理剂的制备方法为：

1.制备烟秆生物炭：选取干燥的烟秆，置于马弗炉内进行热解炭化，升温速度为20℃/min，达到500℃热解温度后，炭化2小时，然后自然冷却到常温，即得到所需的烟秆生物炭。

2.制备钝化剂：将各原料按照上述的重量份进行混合配比均匀。

3.将制备好的烟秆生物炭和钝化剂按照一定比例混合配比均匀，即得到该烟秆生物炭基土壤调理剂。

使用本发明烟秆生物炭基土壤调理剂进行烟田土壤改良的方法如下：以200kg/666.7m²的施用量，将该烟秆生物炭基土壤调理剂均匀撒施在重金属含量超标的植烟土壤上；进行一次翻耕、耙地；进行二次翻耕、耙地；烟草移栽；然后按照常规的烟草栽培耕作方法作业。两次翻耕耙地的目的是让烟秆生物炭基土壤调理剂与土壤充分混合，有利于对土壤中重金属的充分吸收，提高处理效果。

在以上实施例中所涉及的仪器设备如无特别说明，均为常规仪器设备；所涉及的工业原料如无特别说明，均为市售常规工业原料。

在本发明中，使用烟秆生物炭作为吸附剂，来净化土壤，烟秆生物炭是由烟秆在无氧条件下经过高温热解而产生的一类难熔、稳定、富含碳素的固态物质。烟秆生物炭取材来自于农业废弃物——烟秆，在中国烟草种植地区，每年产生数百万吨废弃烟秆，考虑到病虫害传染等问题，此类烟秆不能直接翻压还田，通常烟农会直接将烟秆焚毁，这样不但脱离了农业循环而且会产生大量温室气体，不利于环境保护和可持续发展。本发明利用烟秆生物炭作为土壤内重金属的吸附剂，其制备工艺简单，原材料易得，烟秆生物炭结构稳定，在土壤中可以维持上百年的时间，对于改善土壤质量起着长效的作用。经过电镜扫描发现，烟秆生物炭中有许多微孔，能够有效地吸附土壤中的重金属元素，同时也能够聚集大量的营养物质，为土壤中的有益微生物提供了适宜的生存环境。土壤中微生物种类繁多、数量巨大，对土壤的性质、特性有很大影响，这些微生物参与了80%～90%的土壤过程，土壤中的一切生物及生物化学反应几乎都有微生物的参与，它们在土壤功能及土壤理化过程中直接或间接地起重要作用，包括对动植物残体的分解、养分的储存转化及污染物的降解等。由于烟秆生物炭能够富集营养，为微生物的生长提供了适宜的环境条件，大量增加了土壤微生物群落的数量，强化了微生物的代谢功能，从而达到降低土壤中重金属活性的作用，通过对重金属元素进行富集、吸收和降解，最终达到对污染土壤的修复。蚕沙原料来源广泛，其富含粗蛋白、粗纤维、粗脂肪、果胶、黄酮、生物碱、微量元素等成分，其不但能吸附固化土壤中的重金属成分，而且还能够提高土壤酶活性，从而改善土壤肥力水平。油菜秸秆来源广泛，且富含纤维素、粗蛋白等成分，有利于重金属元素的吸附与固定。

本发明采用烟秆生物质炭与重金属钝化剂结合的方法降低重金属危害。钝化剂包括有机钝化剂和无机钝化剂，施用无机钝化剂能大幅度降低土壤中有效态重金属的含量，进而有效抑制植物体内含量， 无机钝化剂钝化效果持久，但大量施用无机钝化剂会对土壤的物理性质产生一定的影响，整体肥力水平也会下降。有机钝化剂兼具钝化重金属及改善土壤理化性质两种功能，但是却存在易分解，钝化作用不持久的缺点。因此，本发明中的钝化剂采用无机钝化剂和有机钝化剂相结合的方式，能够兼具两者的优点，最大限度的降低重金属有效性，减少对土壤性质的破坏。

试验：以大田试验的方式将烟草种植于选定的重金属含量较高的植烟土壤中，分别测定采用常规施肥的土壤和施用烟秆生物炭基土壤调理剂的土壤种植的烟草中重金属的含量。通过数据对比分析，得到烟秆生物炭基土壤调理剂对于烟叶中重金属含量的降低所起的作用。

试验地点：重庆石柱

试验时间：2014年

试验实施：在2个试验田进行对比试验，CK试验田正常施肥，T1试验田在正常施肥的基础上，施用烟秆生物炭基土壤调理剂200kg/666.7m²。生产管理按照烟草生产规范执行。经检测，试验田土壤中铅含量43.65mg/kg，镉含量0.49mg/kg，汞含量0.20mg/kg，砷含量4.03mg/kg。在烟草成熟收获后对根系附近土壤取样，过筛后测定土壤重金属含量，结果如下表1所示。

烟草成熟收获后分析土壤重金属含量时，对样品进行了过筛。因此，所测定重金属含量不包括调理剂所吸附的重金属含量。从表1可以看出，施用调理剂后，土壤重金属含量明显低于对照烟田的土壤重金属含量。

在中部烟叶成熟时采收后于105℃杀青15min后60℃烘干，然后测定烟叶中的重金属含量，结果如下表2所示。

由以上数据可知，与常规的施肥方式相比，本发明烟秆生物炭基土壤调理剂影响了土壤中重金属的吸附与转化，有效地降低了烟叶中重金属的含量。

上面结合实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。

Claims (1)

1.一种烟田土壤的改良方法，其特征在于，以200 kg/666.7m²的施用量，将烟秆生物炭基土壤调理剂均匀撒施在重金属含量超标的植烟土壤上；进行一次翻耕、耙地；再进行二次翻耕、耙地；烟草移栽；然后按照常规的烟草栽培耕作方法作业；

所述烟秆生物炭基土壤调理剂由以下重量份的原料混合配制而成：烟秆生物炭40～60份，钝化剂40～60份；

所述钝化剂由以下重量比的原料混合配制而成：熟石灰20份，磷酸二氢钾15～20份，腐熟的牲畜厩肥15～20份，草木灰15～30份，蚕沙15～20份；

所述烟秆生物炭的制备方法为：

选取干燥的烟秆，置于马弗炉内进行热解炭化，升温速度为20℃/min，达到500℃热解温度后，炭化2小时，然后自然冷却到常温，即得到所需的烟秆生物炭。