CN107879833A

CN107879833A - 一种利用农作物秸秆和生物碳制作的土壤修复剂

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Publication number: CN107879833A
Application number: CN201710887324.5A
Authority: CN
Inventors: 王帅; 高鷃铭; 余成全; 张尽晴
Original assignee: Hubei Agricultural Chang Rang Soil Remediation Polytron Technologies Inc
Current assignee: Hubei Agricultural Chang Rang Soil Remediation Polytron Technologies Inc
Priority date: 2017-09-27
Filing date: 2017-09-27
Publication date: 2018-04-06

Abstract

一种利用农作物秸秆和生物碳制作的土壤修复剂。本发明涉及一种土壤修复剂的制备方法及其在农业技术领域的应用，所述的土壤修复剂由以玉米秸秆为原料和生物碳进行堆肥处理后得到腐熟堆肥原料，添加螯合锌、麦饭石粉和微生物菌剂混合制得。本发明的土壤修复剂具有显著的修复效果，无毒害和二次污染，促进作物生长，提高作物产量和质量，降低和吸收农药残留、确保农产品安全，能够修复多种污染的特性。本发明的制备土壤修复剂的方法，工艺简单、来源广泛、成本低廉，既能高效修复污染农田土壤，又能够实现农业废弃物的资源化利用，在农田土壤改良应用中具有十分巨大的发展潜力。

Description

一种利用农作物秸秆和生物碳制作的土壤修复剂

技术领域

本发明属于农业技术领域，具体涉及一种以玉米秸秆为原料的土壤修复剂的制备方法及其在农业技术上的应用。

背景技术

土壤作为地球环境的重要组成部分，土壤环境的好坏和我们的生活息息相关，同时还是生态环境的重要组成部分，并且它又是各种污染物的最终归宿，世界上90%的污染物最终滞留在土壤中。

2014年4月17日，环保部和国土部联合发布《全国土壤污染状况调查公报》，就历时8年的全国性土壤污染情况向公众披露。公报显示，全国土壤总的点数超标率为16.1%，其中轻微、轻度、中度和重度污染点位超标率分别为11.2%、2.3%、1.5%和1.1%；南方土壤污染重于北方，西南、中南地区土壤重金属超标范围较大。土壤污染类型以无机污染物为主，有机污染物次之，复合污染所占比重较小，无机污染物超标点位数占总的超标点位数的82.8%。

目前，我国土壤污染的形势依然十分严峻，包括重金属污染和有机物污染等环境问题。土壤污染导致土壤肥力降低、农产品产量和质量严重下降等问题，污染物通过食物链等形式进行传递和富集进而危害人类健康和生态环境。2016年5月31日国务院印发了“土十条”、《土壤污染防治法草案》得到全国人大审议以及土壤污染问题在我国得到中央高度关注，近一年多来国家和地方政府投入了大量的人力、物力和财力进行土壤修复研究，并取得了显著的进展。

目前针对污染土壤，常用的修复方法包括客土法、化学淋洗法、固化稳定化法、电动力修复法、萃取法、氧化还原法、原为钝化法和生物修复等方法。但这些技术都存在一定的缺陷和适用范围，或存在成本高、工程难度大、修复污染局限、修复效果有待提高等限制条件。

我国作为传统的农业大国，每年产生可观的农田废弃物，如玉米秸秆、稻壳、小麦秸秆、油菜秸秆等等，但目前对于秸秆采取就地堆放或者就地焚烧，不仅产生严重的环境污染问题，还会造成生物质能源的浪费与损失，同时对社会生活、农业生产和生态环境产生严峻的困扰。近年来，随着热解技术在我国的推广应用，生物碳成为一种研究热点，并迅速发展广泛应用在农业土壤改良和土壤修复上。因此农田秸秆的资源化利用和高效处置成为全社会关注的热点和焦点，为解决农田污染和环境保护提供了一条具有发展前景的思路。

中国专利文献CN 103864542A发明了一种采用禽畜粪便为原料的土壤修复剂的制备方法和用途。该发明的土壤修复剂由生物碳、禽畜粪便和土壤混合得到堆肥原料，将堆肥原料进行堆肥处理后得到所述土壤修复剂。

中国专利文献CN 103864543B发明了一种采用秸秆为原料的土壤修复剂的制备方法和用途。该发明的土壤修复剂由生物碳、秸秆和土壤混合制得堆肥原料，将堆肥原料进行堆肥处理后得到所述土壤修复剂；工艺简单、成本低廉、来源广泛、修复效果好、不产生毒副作用、既能高效修复污染土壤，又实现了农业废弃物的资源化利用。

中国专利文献CN 103611724A 发明了一种由有机肥、螯合锌、麦饭石粉和微生物菌剂为原料混合制得的土壤修复剂，一种适用于盐碱地的土壤修复剂。

中国专利文献CN 103627658B 发明了一种修复土壤生态系统的微生物菌剂，以巨大芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、丁酸梭菌和酵母菌为主体菌，以乳酸菌、细黄链霉菌为辅助菌，按照一定的活菌数比例混合制得的液体微生物菌剂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用玉米秸秆为原料的土壤修复剂的制备方法及其在农业技术领域土壤改良和土壤修复中的应用，所述的土壤修复剂旨在降低或去除污染土壤中的重金属元素和有机污染物（特别是农药和多环芳烃物质），修复效果十分显著。

本发明原料的重量份配比为：

玉米秸秆和生物碳堆肥原料 45-55

螯合锌3-6

麦饭石粉38-44

微生物菌剂 4-6。

其原料的重量份最佳配比为：

玉米秸秆和生物碳堆肥原料 50

螯合锌5

麦饭石粉40

微生物菌剂 5。

玉米秸秆和生物碳堆肥原料中玉米秸秆和生物碳的重量份配比为1：0.5~1。

所述的堆肥原料碳丶氮比为30：1。

所述的生物质包括秸秆、树枝树皮、落叶、枯草残体、木屑、纸屑中的一种或者几种原料的混合物。

所述的螯合锌为市售的氨基酸螯合锌。

所述的微生物菌剂以枯草芽孢杆菌、苏云金芽孢杆菌、丁酸梭菌和酵母菌为主体菌，以乳酸菌、圆褐固氮菌、细黄链霉菌为辅助菌；其中按照活菌数比例添加，枯草芽孢杆菌50~60、苏云金芽孢杆菌40~50、丁酸梭菌30~50、酵母菌20~50、乳酸菌1~2、圆褐固氮菌1~2、细黄链霉菌1~2，混合菌液中的有效活菌数≥2亿/克的活菌数比例混合均匀得到液体微生物菌剂。

制作方法为：首先在缺氧条件下热解生物质制备成生物碳，并粉碎过0.8-1.2mm分子筛；然后将生物碳和玉米秸秆混合均匀，,制成混合物，添加适量土壤调节混合物料碳丶氮比为25~35：1：1，得到玉米秸秆和生物碳堆肥原料；然后将堆肥原料置于堆肥场进行堆肥处理，堆肥期间调节含水率保持在50~60%，每天翻堆一次以避免局部环境厌氧，堆肥过程持续30-40天，直到堆肥原料形成腐殖物质；最后在腐殖物质中添加螯合锌、麦饭石粉和微生物菌剂，混匀即为土壤修复剂。

使用分法为:所述土壤修复剂针对污染土壤进行原位修复使用时，土壤修复剂的使用量为污染土壤干重的1~20%；所述的土壤修复剂作为土壤调理剂使用时，土壤修复剂的使用量为污染土壤干重的0.5~2%。

本发明的优点在于，本发明的土壤修复剂和普通的堆肥产品或者生物碳产品相对比，去除污染土壤中的重金属元素和有机污染物效果十分显著，去除率高，其原因在于：堆肥处理改善了生物碳的内部结构，增强了生物碳的吸附容量；生物碳促进了秸秆的堆肥，增加了堆肥微生物的活性。

本发明的土壤修复剂具有显著的修复效果，无毒害和二次污染，促进作物生长，提高作物产量和质量，降低和吸收农药残留、确保农产品安全，能够修复多种污染(包括重金属),的特性。本发明的制备一种土壤修复剂的方法，工艺简单、来源广泛、成本低廉，既能高效修复污染农田土壤，又能够实现农业废弃物的资源化利用，在农田土壤改良应用中具有十分巨大的发展潜力。

附图说明

附图1为两种土壤修复剂对可提取态Cd的去除率对照柱形图。

具体实施方式

实施例1

首先在缺氧条件下热解稻壳和水稻秸秆制备成生物碳，并粉碎过1mm分子筛；其次将生物碳和玉米秸秆按照质量比1：1的比例混合均匀，添加适量土壤以控制混合物料碳丶氮比为30，得到堆肥原料；然后将堆肥原料置于堆肥场进行堆肥处理，堆肥期间调节含水率保持在50~60%，每天翻堆一次以避免局部环境厌氧，堆肥过程持续36天，直到堆肥原料形成腐殖物质；最后将堆肥处理后腐熟原料中添加一定比例螯合锌、麦饭石粉和微生物菌剂混合制得，即为土壤修复剂。

实施例2

采取玉米秸秆和生物碳堆肥处理后的堆肥原料颗粒45 kg，螯合锌颗粒3 kg，麦饭石粉颗粒44 kg，微生物菌剂6 kg混合均匀制得土壤修复剂。

实施例3

采取玉米秸秆和生物碳堆肥处理后的堆肥原料颗粒55 kg，螯合锌颗粒5 kg，麦饭石粉颗粒38 kg，微生物菌剂4 kg混合均匀制得土壤修复剂。

实施例4

采取玉米秸秆和生物碳堆肥处理后的堆肥原料颗粒45 kg，螯合锌颗粒5 kg，麦饭石粉颗粒38 kg，微生物菌剂6 kg混合均匀制得土壤修复剂。

实施例5

采取玉米秸秆和生物碳堆肥处理后的堆肥原料颗粒50 kg，螯合锌颗粒4 kg，麦饭石粉颗粒41 kg，微生物菌剂5 kg混合均匀制得土壤修复剂。

实施例6

将本发明制备的土壤修复剂（实施例2-5得到的土壤修复剂）按照修复污染土壤干重的5%投加到Cd污染的土壤中，采集的供试土壤理化性质如表1所示，及时翻耕土壤，30天后再次翻耕土壤。

表1 供试土壤理化性质

实施例7

按照实施例6中本发明的土壤修复剂对污染土壤进行修复实验。表2为本发明的土壤修复剂和一般修复剂对可提取态Cd的去除效率对照表，一般修复剂为普通堆肥产品、生物碳以及普通堆肥产品和生物碳混合修复剂，其余条件实验均和本发明的土壤修复剂相同。60天后取样检测土壤中可提取态Cd的去除效率，实验数据如图1所示：图1中普通堆肥产品为水稻秸秆堆肥产品，生物碳为缺氧条件下热解油菜秸秆制备的生物碳。

由图1可知，普通堆肥产品和生物碳混合修复剂相比较单一的普通堆肥产品、生物碳对可提取态Cd的去除率稍高；本发明的通过玉米秸秆和生物碳堆肥处理后，添加螯合锌、麦饭石粉和微生物菌剂制得的土壤修复剂对污染物Cd的去除效果非常明显，去除率高于其他三种普通堆肥产品和生物碳一种或者多种混合修复剂。

实施例8

将本发明制备的土壤修复剂（实施例2-5得到的土壤修复剂）按照调理土壤干重的1%投加到供试土壤中，供试土壤理化性质如表1所示，及时翻耕，30天后再次翻耕。60天后取样检测土壤理化性质，实验数据如表3所示：

表2 施用本发明的土壤修复剂作为土壤调理剂的土壤理化性质

pH	有机质（%）	CEC（cmol/kg）
			7.20	19.05	27.90

对比表1和表2研究发现，污染土壤的理化性质中pH由6.18提高到7.20，有机质含量增加了66.23%，CEC含量增加了48.1%，采用本发明的土壤修复剂作为土壤调理剂使用时，能够显著改善土壤理化性质，土壤肥力显著提升。

Claims

1. 一种利用农作物桔杆和生物碳制作的土壤修复剂，其特征在于，其原料的重量份配比为：

玉米秸秆和生物碳堆肥原料 45-55

螯合锌3-6

麦饭石粉38-44

微生物菌剂 4-6。

2.根据权利要求1所述的土壤修复剂，其特征在于，其原料的重量份配比为：

玉米秸秆和生物碳堆肥原料 50

螯合锌5

麦饭石粉40

微生物菌剂 5。

3.根据权利要求1所述的土壤修复剂，其特征在于玉米秸秆和生物碳堆肥原料中玉米秸秆和生物碳的重量份配比为1：0.5~1。

4.根据权利要求1所述的土壤修复剂，其特征在于，所述的堆肥原料碳丶氮比为30：1。

5.根据权利要求1所述的土壤修复剂，其特征在于，所述的生物质包括秸秆、树枝树皮、落叶、枯草残体、木屑、纸屑中的一种或者几种原料的混合物。

6.根据权利要求1所述的土壤修复剂，其特征在于，所述的螯合锌为市售的氨基酸螯合锌。

7.根据权利要求1所述的土壤修复剂，其特征在于，所述的微生物菌剂按照活菌数比例添加，枯草芽孢杆菌50~60、苏云金芽孢杆菌40~50、丁酸梭菌30~50、酵母菌20~50、乳酸菌1~2、圆褐固氮菌1~2、细黄链霉菌1~2，混合菌液中的有效活菌数≥2亿/克的活菌数比例混合均匀得到液体微生物菌剂。

8.根据权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的土壤修复剂，其特征在于制作方法为：首先在缺氧条件下热解生物质制备成生物碳，并粉碎过0.8-1.2mm分子筛；然后将生物碳和玉米秸秆混合均匀，,制成混合物，添加适量土壤调节混合物料碳丶氮比为25~35：1：1，得到玉米秸秆和生物碳堆肥原料；然后将堆肥原料置于堆肥场进行堆肥处理，堆肥期间调节含水率保持在50~60%，每天翻堆一次以避免局部环境厌氧，堆肥过程持续30-40天，直到堆肥原料形成腐殖物质；最后在腐殖物质中添加螯合锌、麦饭石粉和微生物菌剂，混匀即为土壤修复剂。

9.根据权利要求1或2所述的土壤修复剂，其特征在于使用分法为:所述土壤修复剂针对污染土壤进行原位修复使用时，土壤修复剂的使用量为污染土壤干重的1~20%；所述的土壤修复剂作为土壤调理剂使用时，土壤修复剂的使用量为污染土壤干重的0.5~2%。