CN107698316A - 一种改良重金属污染土壤的包膜肥料及其制备方法 - Google Patents

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李红霞
宋光森
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Abstract

本发明公开了一种改良重金属污染土壤的包膜肥料及其制备方法。该制备方法包括以下步骤：(1)预热肥料颗粒；(2)将磷酸镁铵、油脂混合搅拌，得到包膜匀浆；(3)将包膜匀浆均匀喷涂至步骤(1)中预热后的肥料颗粒的表面；(4)将生物炭粉末与蚯蚓粪粉末混匀后包裹在步骤(3)所得产物上，冷却、干燥后制得所述包膜肥料。本发明通过在肥料表面包裹一层成膜材料，既能够钝化土壤中有效态的重金属，减少重金属对生态系统造成的污染，又能够延缓肥料的养肥释放周期。所制备的包膜肥满足国家对有关包膜肥料的要求，施入土壤后，在化学和生物因素的作用下，肥料逐渐分解，养分缓慢释放，能够满足作物整个生长期对养分的需求。

Description

一种改良重金属污染土壤的包膜肥料及其制备方法
技术领域
本发明属于农业生产领域，更具体地，涉及一种改良重金属污染土壤的包膜肥料及其制备方法。
背景技术
化肥在农业生产中起着重要的作用，发展中国家粮食增产50％来自于化肥的作用。但是化肥的当季利用率低(目前我国当季氮肥利用率仅为20％～35％，磷肥的利用率为10％～20％，钾肥的利用率为30％～60％)，远低于世界发达国家利用水平。调查表明我国耕地土壤的点位超标率为19.4％，一些污染严重的土壤已经无法耕种。
2014年，环保部和国土资源部联合公布了《全国土壤污染状况调查公报》，调查公报显示全国土壤总点位超标率为16.1％，其中耕地土壤点位超标率更高达到了19.4％，从污染物超标情况看，镉、汞、砷、铜、铅、铬、锌、镍8种金属污染物点位超标率分别为7％、1.6％、2.7％、2.1％、1.5％、1.1％、0.9％、4.8％。土壤中的重金属不仅在作物系统中迁移影响作物的生理化和生长发育而且你能够随着食物链迁移到人体内危害人体健康。一些重金属污染严重的土壤无法再种植农作物，如何处理这些被重金属污染的土壤，如何降低重金属在植物体内的积累量，将是重金属污染土壤再利用面临的重要问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种既能满足缓控释肥的要求，又能够减少土壤中有效态的重金属的含量进而减少重金属对生态系统造成的污染的包膜肥料。
为实现上述目的，本发明的第一方面提供一种改良重金属污染土壤的包膜肥料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
(1)预热肥料颗粒；
(2)将磷酸镁铵、油脂混合搅拌，得到包膜匀浆；
(3)将包膜匀浆均匀喷涂至步骤(1)中预热后的肥料颗粒的表面；
(4)将生物炭粉末与蚯蚓粪粉末混匀后包裹在步骤(3)所得产物上，冷却、干燥后制得所述包膜肥料。
作为本发明优选的实施方式，肥料颗粒的粒径优选为2-4mm。
本发明中，所述磷酸镁铵、油脂的重量比优选为6-8：13-17。
本发明中，所述磷酸镁铵、生物炭粉末、蚯蚓粪粉末的粒径≤200目。
优选地，所述油脂优选为大豆油、花生油、菜籽油、棉花籽油和棕榈油中的至少一种。
优选地，包膜匀浆与肥料颗粒的重量比为3-5∶20。
优选地，生物炭粉末与蚯蚓粪粉末的重量比为3-4∶5-7；生物炭粉末与蚯蚓粪粉末的总重量与肥料颗粒的重量比为1∶1.5-5。
本发明中，生物炭优选为农作物秸秆、树木枯枝和/或树叶在500-1000℃的无氧条件下热解得到的生物炭。
作为本发明优选的实施方式，步骤(1)中，预热温度优选为70-85℃；步骤(2)中，搅拌温度优选为100-150℃，搅拌时间优选为1-2h；步骤(3)中，喷涂温度优选为70-85℃。
本发明的第二方面提供由所述制备方法制得的包膜肥料。
本发明的优点和积极效果：
(1)本发明通过在肥料表面包裹一层成膜材料，既能够钝化土壤中有效态的重金属，减少重金属对生态系统造成的污染，又能够延缓肥料的养肥释放周期。所制备的包膜肥满足国家对有关包膜肥料的要求，施入土壤后，在化学和生物因素的作用下，肥料逐渐分解，养分缓慢释放，能够满足作物整个生长期对养分的需求。
(2)本发明采用的蚯蚓粪表面积大，且增加了土壤的孔隙度，吸附能力较强，因此可以较大程度地吸附重金属，同时蚯蚓粪中含有酚羟基、羧基、羰基、氨基等多种官能团，这些基团能够与土壤中重金属发生络合反应，从而改变重金属的活性，降低有效态的金属含量。生物炭均结构疏松多孔，表面积大，能够吸附重金属，减少土壤中有效态的重金属的含量。同时在外层包裹生物炭和蚯蚓粪能够有效地减小油脂包膜肥料的黏度，提高膜的抗冲击性。蚯蚓粪因有很大的表面积和胶体网状特性，使得许多有益微生物得以生存，通过有益微生物的生命活动，固定转化空气中不能利用的分子态氮为化合态氮，解析不能利用的化合态磷和钾为可利用的整合态的磷和钾，并可解析10多种微量元素能够为植物生长提供多种营养元素。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
实施例1：
选取大豆秸秆粉碎至长度小于1cm，将其置于热解炉中，控制温度为500℃，在无氧的条件下热解1h，冷却后将制得的生物炭取出，粉碎至粒径小于200目。将新鲜的蚯蚓粪风干后粉碎至粒径小于200目。筛选直径为2-3mm的肥料颗粒100kg，加入转鼓流化床中，在70℃的条件下预热。将磷酸镁铵7kg、棕榈油13kg加入到反应釜中100℃下搅拌2h，得到包膜匀浆。将包膜匀浆均匀地喷涂至已经预热的肥料表面。将9kg的生物炭粉末和16kg的蚯蚓粪粉末混合均匀后包裹在已经喷涂匀浆的肥料表面，冷却，干燥得到一种可以改良重金属污染土壤的包膜肥料S1。
实施例2：
选取大豆秸秆粉碎至长度小于1cm，将其置于热解炉中，控制温度为1000℃，在无氧的条件下热解1h，冷却后将制得的生物炭取出，粉碎至粒径小于200目。将新鲜的蚯蚓粪风干后粉碎至粒径小于200目。筛选直径为3-4mm的肥料颗粒100kg，加入转鼓流化床中，在85℃的条件下预热。将磷酸镁铵6kg、棕榈油17kg加入到反应釜中120℃下搅拌2h，得到包膜匀浆。将包膜匀浆均匀地喷涂至已经预热的肥料表面。将12kg的生物炭粉末和15kg的蚯蚓粪粉末混合均匀后包裹在已经喷涂匀浆的肥料表面，冷却，干燥得到一种可以改良重金属污染土壤的包膜肥料S2。
实施例3：
选取大豆秸秆粉碎至长度小于1cm，将其置于热解炉中，控制温度为1000℃，在无氧的条件下热解0.8h，冷却后将制得的生物炭取出，粉碎至粒径小于200目。将新鲜的蚯蚓粪风干后粉碎至粒径小于200目。筛选直径为3-4mm的肥料颗粒100kg，加入转鼓流化床中，在85℃的条件下预热。将磷酸镁铵8kg、棕榈油17kg加入到反应釜中150℃下搅拌2h，得到包膜匀浆。将包膜匀浆均匀地喷涂至已经预热的肥料表面。将10kg的生物炭粉末和20kg的蚯蚓粪粉末混合均匀后包裹在已经喷涂匀浆的肥料表面，冷却，干燥得到一种可以改良重金属污染土壤的包膜肥料S3。
对比例1：
选取大豆秸秆粉碎至长度小于1cm，将其置于热解炉中，控制温度为500℃，在无氧的条件下热解1h，冷却后将制得的生物炭取出，粉碎至粒径小于200目。将新鲜的蚯蚓粪风干后粉碎至粒径小于200目。筛选直径为2-3mm的肥料颗粒100kg，加入转鼓流化床中，在70℃的条件下预热。将磷酸镁铵7kg、棕榈油13kg加入到反应釜中100℃下搅拌2h，得到包膜匀浆。将包膜匀浆均匀地喷涂至已经预热的肥料表面，干燥的到包膜肥料D1。
采用25℃的静水浸泡法测试实施例1及对比例1中制备的包膜肥料在水中的24h和28天的溶出率。
25℃静水中浸泡后24h及28天养分释放率测定结果：
由上表可以看出，虽然实施例1及对比例1中包膜肥料的养分释放规律均满足国家缓释肥料的标准，但是实施例1在24小时内的养分释放率及28天的累积养分释放率均优于对比例1。
将实施例1及对比例1制备的包膜肥分别投入到100ml含有1mg/ml的Cu、Zn、Cr、Cd、Pb等金属离子的溶液中静置7天，测定吸附情况。
静置七天后实施例1所得包膜肥料对Cu、Zn、Cr、Cd、Pb的吸附率分别为45.88％、85.032％、88.110％、88.447％、93.296％。对比例1所得肥料对Cu、Zn、Cr、Cd、Pb的吸附率分别为4.35％、3.56％、5.97％、6.22％、15.23％。通过上述实验说明该包膜肥料能够吸附钝化离子态的重金属，改良重金属污染土壤中重金属的存在状态，降低重金属的有效性，减小重金属对生态环境的破坏，改良重金属污染土壤。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种改良重金属污染土壤的包膜肥料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：
(1)预热肥料颗粒；
(2)将磷酸镁铵、油脂混合搅拌，得到包膜匀浆；
(3)将包膜匀浆均匀喷涂至步骤(1)中预热后的肥料颗粒的表面；
(4)将生物炭粉末与蚯蚓粪粉末混匀后包裹在步骤(3)所得产物上，冷却、干燥后制得所述包膜肥料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，肥料颗粒的粒径为2-4mm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述磷酸镁铵、油脂的重量比为6-8：13-17。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述磷酸镁铵、生物炭粉末、蚯蚓粪粉末的粒径≤200目。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述油脂为大豆油、花生油、菜籽油、棉花籽油和棕榈油中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其中，包膜匀浆与肥料颗粒的重量比为3-5：20。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其中，生物炭粉末与蚯蚓粪粉末的重量比为3-4：5-7；生物炭粉末与蚯蚓粪粉末的总重量与肥料颗粒的重量比为1：1.5-5。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其中，生物炭为农作物秸秆、树木枯枝和/或树叶在500-1000℃的无氧条件下热解得到的生物炭。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤(1)中，预热温度为70-85℃；步骤(2)中，搅拌温度为100-150℃，搅拌时间为1-2h；步骤(3)中，喷涂温度为70-85℃。
10.由权利要求1-9中任意一项所述的制备方法制得的包膜肥料。
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