CN107090292A

CN107090292A - 一种钝化农田重金属的土壤调理剂及其制备方法

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Publication number: CN107090292A
Application number: CN201710284863.XA
Authority: CN
Inventors: 黄勇; 陈波君; 王鹏
Original assignee: Hunan Morning Dew Environmental Technology Development Co Ltd
Current assignee: Hunan Morning Dew Environmental Technology Development Co Ltd
Priority date: 2017-04-26
Filing date: 2017-04-26
Publication date: 2017-08-25

Abstract

本发明公开了一种钝化农田重金属的土壤调理剂及其制备方法，所述土壤调理剂包括以下重量百分比的各组分：生石灰40％～60％；高岭土10％～25％；海泡石20％～35％；凹凸棒粉5％～25％；钙镁磷肥1％～15％。该土壤调理剂的制备方法如下：将生石灰、高岭土、海泡石、凹凸棒粉和钙镁磷肥按照上述比例进行混合均匀，即得所述土壤调理剂。该调理剂可广泛应用于各种重金属污染的农田土壤，尤其适用于我国南方酸性农田土壤的重金属污染治理。该调理剂中富含有多种修复因子，具有快速且持续稳定的修复效果；可边生产边修复，不影响农业生产；该调理剂的原料来源广泛，成本低廉，环境友好，无二次污染，易于大面积推广。

Description

一种钝化农田重金属的土壤调理剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及农田土壤保育与重金属污染修复，尤其涉及一种钝化农田重金属的土壤调理剂及其制备方法。

背景技术

随着社会的进步，冶炼、矿产、电镀等工业的飞速发展，废水、废气、废渣及工业废品与生活垃圾等其他废弃物不合理的排放与处理致使土壤中重金属含量明显高于背景值，并造成现存的或潜在的土壤质量退化、生态与环境恶化的重金属污染现象日益严重。同时，农业生产中城市污泥、污水在农业中的再利用和大量含重金属农用化学品的不规范的施用，更使农用土壤出现不同程度的重金属污染。土壤中的重金属可通过作物吸收及积累进入食物链，进而对人体健康构成严重威胁。据2014年《全国土壤污染状况调查公报》公布，我国土壤总的重金属超标率为16.1％，其中轻微、轻度、中度和重度污染点位比例分别为11.2％、2.3％、1.5％和1.1％。我国耕地土壤点位超标率为19.4％，其中轻微、轻度、中度和重度污染点位比例分别为13.7％、2.8％、1.8％和1.1％。主要污染物为镉、镍、铜、铅等重金属。其中，重金属镉污染问题已经严重危害我国农用土壤安全，对粮食安全存在极大的隐患，关系到整个社会的稳定与发展。

目前，重金属污染土壤的修复技术主要包括：(1)工程修复，如客土、换土和深耕翻土等，此方法工程量大，投资费用高，不适合大面积污染土壤的治理；(2)物理修复，如电动修复和电热修复，对污染重、面积小的土壤修复效果明显，但容易导致土壤结构破坏和肥力下降，不适于农田土壤的修复；(3)生物修复，如微生物修复和植物修复，其中微生物修复技术还局限于科研和实验室水平，应用实例不多，而植物修复周期长，且影响农事劳作，故难以在农田土壤重金属污染中大面积使用；(4)化学修复，如化学淋洗、化学钝化等。其中化学淋洗会一定程度破坏土壤结构，而化学钝化修复通过向土壤中加入钝化剂、调理剂，改变土壤的物理、化学性质，借助其对重金属的吸附、沉淀、离子交换、络合等作用，改变重金属在土壤中的存在状态，降低其生物有效性；化学钝化修复技术以其成本低廉、修复快速、操作简单并可边修复边生产等优点受到重视，适于大面积重金属污染农田的修复。

常用的化学钝化修复技术的调理剂包括碱性材料、含磷材料、富含铁锰氧化物的矿物及有机物料等。但常用的调理剂具有各自的局限性，如长期施用含磷材料可能诱发水体富营养化；富含铁锰氧化物的矿物由于成本相对较高，同时存在Fe、Mn对作物毒害风险；有机物料在刚施入到土壤时可以降低重金属的有效性，但钝化时效性不够长，随着有机物的矿化分解，有可能导致被吸附的重金属离子重新释放。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种适用于各种重金属污染及严重酸化农田土壤处理的土壤调理剂及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种钝化农田重金属的土壤调理剂，所述土壤调理剂包括以下重量百分比的各组分：

本发明的土壤调理剂由生石灰、高岭土、海泡石、凹凸棒粉和钙镁磷肥五种原料按比例制成，该土壤调理剂可通过改变土壤pH、增加土壤胶体表面电荷、增加土壤吸附位点、离子拮抗及羟基化合物等途径有效降低土壤中重金属的生物有效性。可广泛应用于各种重金属污染的农田土壤，尤其适用于我国南方酸性农田土壤的重金属污染治理。本发明的土壤调理剂富含多种修复因子，具有快速且持续稳定的修复效果；可边生产边修复，不影响农业生产；且该土壤调理剂的原料来源广泛，成本低廉，环境友好，无二次污染，易于大面积推广。

作为对上述技术方案的进一步改进：

优选的，所述土壤调理剂包括以下重量百分比的各组分：

更优选的，所述土壤调理剂包括以下重量百分比的各组分：

优选的，所述生石灰为石灰原石经煅烧后，过60～140目筛得到的粉末，生石灰粉末中氧化钙的质量百分比含量≥75％。

优选的，所述高岭土为高岭土矿经球磨后，过60～140目筛得到的粉末，高岭土粉末中高岭土的质量百分比含量≥60％。

优选的，所述海泡石为沉积型海泡石原矿经风干粉碎后，过60～140目筛得到的粉末，海泡石粉末中海泡石的质量百分比含量≥50％。

优选的，所述凹凸棒粉为凹凸棒原石经球磨后，过60～140目筛得到的粉末，凹凸棒粉中凹凸棒石的质量百分比含量≥60％。

优选的，所述钙镁磷肥为含有磷酸根的碱性肥料经粉碎后，过60～140目筛得到的粉末，钙镁磷肥中P₂O₅的质量百分比含量≥12％。

作为一个总的技术构思，本发明另一方面提供了一种上述钝化农田重金属的土壤调理剂的制备方法，该制备方法包括以下步骤：将生石灰、高岭土、海泡石、凹凸棒粉和钙镁磷肥按照上述的比例进行混合均匀，即得所述土壤调理剂。该制备方法操作简单，简易可行。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明的土壤调理剂中含生石灰、高岭土、海泡石、凹凸棒粉和钙镁磷肥，可改变土壤pH、增加土壤胶体表面电荷、增加土壤吸附位点、形成离子拮抗及羟基化合物，使得该土壤调理剂可从多角度降低污染土壤中重金属的生物有效性。中试试验和示范推广结果表明：施用本调理剂后农产品中的镉、铅等重金属含量均符合《食品安全国家标准》。

(2)本发明的土壤调理剂不仅具有原位钝化污染土壤中重金属的功能，而且还能较大幅度地提高土壤的pH值、促进土壤团粒结构的形成、增强土壤的通透性，兼具修复酸化土壤、改善土壤耕地质量等功能，适用于各种成土母质发育的土壤，是一种广谱型、多功能的环保产品。

(3)本发明的土壤调理剂的原料来源广泛，制备方法简单、易行，使用方便，具有广阔的推广应用前景。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

实施例1：

本发明钝化农田重金属的土壤调理剂一种实施例。该土壤调理剂包括以下质量百分比的各组分：生石灰45％；高岭土12.5％；海泡石25％；凹凸棒粉15％；钙镁磷肥2.5％。

其中，生石灰为由石灰石原矿经煅烧粉碎后过80目筛，制备得到的粉末。该生石灰粉末由湖南省宁乡县某石灰厂提供，其中氧化钙的质量百分比含量≥75％。高岭土为由高岭土原矿经煅烧粉碎后过80目筛，制备得到的粉末。该高岭土粉末由湘潭市湘潭县某高岭土厂提供，高岭土粉末中高岭土的质量百分比含量≥60％。海泡石为由海泡石原矿经煅烧粉碎后过80目筛，制备得到的粉末。该海泡石粉末由江西省乐平市某工业园提供，海泡石粉末中海泡石的质量百分比含量≥50％。凹凸棒粉为由凹凸棒原矿经煅烧粉碎后过80目筛，制备得到的粉末。该凹凸棒粉由河北省灵寿县某矿产品加工厂提供，凹凸棒粉中凹凸棒石的质量百分比含量≥60％。钙镁磷肥为一种含有磷酸根的碱性肥料，将该碱性肥料经粉碎后过60～140目筛得到钙镁磷肥粉末，钙镁磷肥中P₂O₅的质量百分比含量≥12％。该钙镁磷肥由湖北省某化工厂提供。

取市售的上述生石灰、高岭土、海泡石、凹凸棒粉和钙镁磷肥，按照上述质量比例混合均匀，即制备得到本实施例的土壤调理剂。

采用上述的农田土壤调理剂进行中试试验，具体中试实验步骤及实验结果如下：

2015年3月至7月在长沙市望城区铜关镇中山村开展了田间中试试验。其土壤全镉含量为0.712mg/kg，土壤pH值为5.72，为重金属中度污染酸性稻田。

A.试验处理

中试试验设置4个处理区组：包括1个对照处理(记为CK)和3个施用本实施例的土壤调理剂进行120kg/亩(记为T120)、160kg/亩(记为T160)和200kg/亩(记为T200)处理。CK：不施用土壤调理剂产品，进行常规田间管理；T120：施用本实施例的土壤调理剂120kg/亩；T160：施用本实施例的土壤调理剂160kg/亩；T200：施用本实施例的土壤调理剂200kg/亩。小区面积30m²(5×6m)，每处理3次重复，随机区组排列。小区间作泥田埂并覆厚农膜，单灌单排防止小区间串水。

B.供试作物品种

各区组处理种植水稻品种均为湘早籼24号。

C.施用方法

在翻耕后，将本实施例的土壤调理剂按照设计施用量一次性施入，灌水耙匀，2天后移栽水稻。参照当地管理措施，需水关键时期保证灌溉。肥料施用量为：尿素10kg/亩、复合肥60kg/亩。所有中试试验小区除土壤调理剂施用量(0、120、160、200kg/亩)不同外，其它田间管理措施基本保持一致。

D.样品采集与检测分析

在试验前，在试验田按梅花五点法采集土壤样品3个；在水稻成熟期，每个小区按梅花五点法分别采集土壤和稻谷样品混合样，四分法取约500克，并填写样品标签。按照相关国家标准，送样并检测基础土壤全镉、成熟期土壤有效态镉和糙米镉含量。

E.主要结果

中试实验各区组土壤有效镉含量及土壤pH值数据如表1所示。

表1中试实验各区组土壤有效镉含量及pH值数据

中试实验各区组早稻米镉含量数据如表2所示。

表2中试实验各区组早稻米镉含量数据

由表1和表2的中试结果表明，施用本实施例的土壤调理剂120～200kg/亩，可提高土壤pH值0.17～0.39个单位，降低土壤有效态镉的含量28.1％～47.7％，水稻糙米镉含量降低29.5％～49.5％。对土壤pH的提高效果、对土壤有效态镉含量的降低效果及水稻糙米降镉率均随施用量(120～200kg/亩)的增加而增大。综合考虑降镉效果和成本因素，对于中轻度镉污染稻田推广施用量为160kg/亩左右。在该施用量下，可使土壤有效态镉和糙米镉含量降低35％以上。

实施例2：

本发明钝化农田重金属的土壤调理剂一种实施例。该土壤调理剂包括以下质量百分比的各组分：生石灰45％；高岭土10％；海泡石22％；凹凸棒粉15％；钙镁磷肥8％。该土壤调理剂所用的原料及调理剂的制备方法均匀实施例1相同。

实施例3：

本发明钝化农田重金属的土壤调理剂一种实施例。该土壤调理剂包括以下质量百分比的各组分：生石灰45％；高岭土15％；海泡石22％；凹凸棒粉10％；钙镁磷肥8％。该土壤调理剂所用的原料及调理剂的制备方法均匀实施例1相同。

实施例4：

本发明钝化农田重金属的土壤调理剂一种实施例。该土壤调理剂包括以下质量百分比的各组分：生石灰40％；高岭土15％；海泡石22％；凹凸棒粉13％；钙镁磷肥10％。该土壤调理剂所用的原料及调理剂的制备方法均匀实施例1相同。

实施例5：

本发明钝化农田重金属的土壤调理剂一种实施例。该土壤调理剂包括以下质量百分比的各组分：生石灰40％；高岭土20％；海泡石20％；凹凸棒粉10％；钙镁磷肥10％。该土壤调理剂所用的原料及调理剂的制备方法均匀实施例1相同。

实施例6：

本发明钝化农田重金属的土壤调理剂一种实施例。该土壤调理剂包括以下质量百分比的各组分：生石灰40％；高岭土20％；海泡石20％；凹凸棒粉15％；钙镁磷肥5％。该土壤调理剂所用的原料及调理剂的制备方法均匀实施例1相同。

实施例7：

本发明钝化农田重金属的土壤调理剂一种实施例。该土壤调理剂包括以下质量百分比的各组分：生石灰40％；高岭土25％；海泡石20％；凹凸棒粉10％；钙镁磷肥5％。该土壤调理剂所用的原料及调理剂的制备方法均匀实施例1相同。

实施例8：

本发明钝化农田重金属的土壤调理剂一种实施例。该土壤调理剂包括以下质量百分比的各组分：生石灰50％；高岭土15％；海泡石20％；凹凸棒粉10％；钙镁磷肥5％。该土壤调理剂所用的原料及调理剂的制备方法均匀实施例1相同。

实施例9：

本发明钝化农田重金属的土壤调理剂一种实施例。该土壤调理剂包括以下质量百分比的各组分：生石灰55％；高岭土10％；海泡石20％；凹凸棒粉10％；钙镁磷肥5％。该土壤调理剂所用的原料及调理剂的制备方法均匀实施例1相同。

实施例10：

本发明钝化农田重金属的土壤调理剂一种实施例。该土壤调理剂包括以下质量百分比的各组分：生石灰60％；高岭土10％；海泡石20％；凹凸棒粉5％；钙镁磷肥5％。该土壤调理剂所用的原料及调理剂的制备方法均匀实施例1相同。

上述实施例1～10的土壤调理剂各原料的质量配比如下表3所示。

表3各实施例土壤调理剂的原料组成配比

实施例

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

生石灰

45

45％

40％

50％

55％

60％

高岭土

12.5

10％

15％

20％

25％

15％

10％

海泡石

25

22％

20％

凹凸棒粉

15

15％

10％

13％

10％

15％

10％

5％

钙镁磷肥

2.5

8％

10％

5％

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种钝化农田重金属的土壤调理剂，其特征在于，所述土壤调理剂包括以下重量百分比的各组分：

2.根据权利要求1所述的钝化农田重金属的土壤调理剂，其特征在于，所述土壤调理剂包括以下重量百分比的各组分：

3.根据权利要求2所述的钝化农田重金属的土壤调理剂，其特征在于，所述土壤调理剂包括以下重量百分比的各组分：

4.根据权利要求1或2或3所述的钝化农田重金属的土壤调理剂，其特征在于，所述生石灰为石灰原石经煅烧后，过60～140目筛得到的粉末，生石灰粉末中氧化钙的质量百分比含量≥75％。

5.根据权利要求1或2或3所述的钝化农田重金属的土壤调理剂，其特征在于，所述高岭土为高岭土矿经球磨后，过60～140目筛得到的粉末，高岭土粉末中高岭土的质量百分比含量≥60％。

6.根据权利要求1或2或3所述的钝化农田重金属的土壤调理剂，其特征在于，所述海泡石为沉积型海泡石原矿经风干粉碎后，过60～140目筛得到的粉末，海泡石粉末中海泡石的质量百分比含量≥50％。

7.根据权利要求1或2或3所述的钝化农田重金属的土壤调理剂，其特征在于，所述凹凸棒粉为凹凸棒原石经球磨后，过60～140目筛得到的粉末，凹凸棒粉中凹凸棒石的质量百分比含量≥60％。

8.根据权利要求1或2或3所述的钝化农田重金属的土壤调理剂，其特征在于，所述钙镁磷肥为含有磷酸根的碱性肥料经粉碎后，过60～140目筛得到的粉末，钙镁磷肥中P₂O₅的质量百分比含量≥12％。

9.一种如权利要求1～8中任一项所述的钝化农田重金属的土壤调理剂的制备方法，包括以下步骤：将生石灰、高岭土、海泡石、凹凸棒粉和钙镁磷肥按照上述比例进行混合均匀，即得所述土壤调理剂。