CN108586125A - 修复镉污染水稻田的复合钝化剂、制备方法及使用方法 - Google Patents

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CN108586125A CN201810375688.XA CN201810375688A CN108586125A CN 108586125 A CN108586125 A CN 108586125A CN 201810375688 A CN201810375688 A CN 201810375688A CN 108586125 A CN108586125 A CN 108586125A
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Abstract

本发明公开了一种修复镉污染水稻田的复合钝化剂、制备方法及使用方法，其原料以重量份数计，包括猪粪20‑50份、鸡粪30‑60份、秸秆15‑40份、发酵剂0.2‑1.0份，适用范围是水稻田重金属镉轻度污染土壤，本发明中的复合钝化剂制备方法是将猪粪、鸡粪和秸秆按照一定配比计量后混合均匀，调节含水量至40‑60％，在发酵菌剂的作用下，通过高温堆肥形成可用于复合钝化剂。在使用本发明复合钝化剂的同时，根据农田的重金属镉污染程度加配施入定量石灰，调节污染农田pH值以达到预期的修复效果。本发明不仅能有效地修复镉污染水稻田土壤，降低重金属镉在水稻中的积累，而且还能改良土壤，提高土壤肥力。

Description

修复镉污染水稻田的复合钝化剂、制备方法及使用方法
技术领域
本发明涉及污染土壤的修复领域，具体涉及一种修复镉污染水稻田的复合钝化剂、制备方法及使用方法。
背景技术
伴随科技发展及工业化进程加快，重金属污染现在已成为人们对环境污染关注的一个重要方面，镉对人体毒性很大，是世界卫生组织(PCS)确定的须优先研究的污染食品的17种毒物之一。镉是环境中普遍存在的金属元素，广泛分布在岩石、沉积物和土壤之中，地壳中镉的平均浓度只有0.2mg/kg。但有色金属冶炼和Ni-Cd电池等人类活动释放到环境中镉的数量是自然源的3～10倍，极大地增加了环境中镉的数量。土壤、污泥、灌溉污水、大气沉降颗粒物等各种介质中的镉，形成对食品“从土壤餐桌”的污染。目前，土壤镉修复常用的技术包括自然修复、物理工程修复、化学修复、生物修复和联合修复等。其中化学修复是通过向土壤中加入改良剂，以改变土壤的物理、化学性质，通过对重金属的吸附、沉淀或共沉淀作用，改变重金属在土壤中的存在形态，从而降低其生物有效性和迁移性。常用的改良剂有无机改良剂和有机改良剂，无机改良剂主要是通过改变土壤pH值，钝化重金属的活性，达到修复的目的，而有机改良剂主要是通过螯合重金属离子达到修复目的。
为提高镉污染土壤的经济效益和社会效益，有必要研发一种修复镉污染水稻田的钝化剂，降低镉污染的同时可以用作肥料。
发明内容
为了解决农田土壤中重金属镉的富集问题以及目前单一钝化剂对镉污染农田土壤修复的严峻形势，本发明目的之一在于提供一种修复镉污染水稻田的复合钝化剂，该复合钝化剂能够修复镉轻度(土壤镉含量为0.2-0.4mg/kg)污染农田的土壤，降低镉污染的同时可以用作肥料。
本发明的目的之二在于提供上述修复镉污染水稻田复合钝化剂的制备方法。
本发明的目的之三在于提供上述修复镉污染水稻田复合钝化剂的使用方法。
本发明是通过以下技术方案来实现的，一种修复镉污染水稻田的复合钝化剂，以重量份数计，包括如下成分：
猪粪20-50份、鸡粪30-60份、秸秆15-40份、发酵剂0.2-1.0份。
优选地，所述的猪粪为40-50份。
优选地，所述的鸡粪为50-60份。
其中所述秸秆是指水稻、小麦、玉米等禾本科农作物成熟脱粒后剩余的干燥茎叶部分，用量优选20-30份。
所述发酵菌剂采用北京世纪阿姆斯生物技术有限公司的有机物料腐熟剂，可以对物料进行充分、迅速的发酵。
所述镉污染水稻田中土壤镉含量为0.2-0.4mg/kg。
中国是中药生产大国，据不完全统计，目前我国中药企业每年消耗植物类药材70万吨左右，产生的含水分药渣高达数百万吨；因其对环境有不同程度的污染，故一直采用填埋的方法进行处理，这不仅占用了大量的土地资源，污染了土地及地下水，而且还造成资源的浪费；因为中药药渣都是植物的根茎叶，含有丰富的有机质、糖类和粗蛋白质等中量及微量元素营养物质，完全可以回收利用，如何有效处理、利用中药药渣已成为中药生产厂家迫切需要解决的问题。申请人发现，本发明修复镉污染水稻田的复合钝化剂中还可以加入5-20份中药药渣，能够更好地修复镉污染水稻田。所述中药渣，以重量份数计，由以下原料的药渣制成：党参100份、大黄250-350份、甘草70-110份、黄栀子250-300份、陈皮170-200份、金银花20-50份、菟丝子200-300份、黄柏110-150份、黄精150-200份。
本发明通过将多种原料按照合理配比混合制作成复合物料，调节并改变水稻田土壤中重金属的理化性质，将石灰与动物体粪便和植物秸秆制成的复合钝化剂结合使用可以使土壤中pH在升高的同时改善土壤的理化性质，增加土壤的保肥性能，降低土壤中重金属的水溶态及可交换态组分，钝化重金属的生物活性，还起到了赋予土壤养分缓释性能的互补和协同的作用。
本发明修复镉污染水稻田复合钝化剂的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤一：原料预处理
按重量份计，将猪粪和鸡粪均匀混合成粪便物料，将秸秆切成长度在1-3cm之间的条段，再将秸秆倒入高速粉碎器中粉碎为40-60目的秸秆粉末；
步骤二：混合物料
将预处理后的粪便物料与秸秆粉末按比例计量后均匀混合搅拌，搅拌过程中加入10-15wt％的自来水，防止混合时钝化剂含水量过低；并调节含水量至40％-60wt％(即用手将原材料捏成团，手缝见水但不滴水，松手落地摔散为宜)；
步骤三：接种菌剂
在调节好含水量的混合物料中，添加发酵菌剂，并搅拌均匀；
步骤四：好氧发酵
将接种菌剂的混合物料按照高1m-1.5m，堆宽1.5m-2.5m的标准堆放到发酵槽中，用细木棒在上方每隔30-50cm向下插一2-3cm的孔洞，当料内温度升高至60-70℃，根据温度变化维持1-2天翻堆一次，将物料内外料混合均匀；待温度再次上升到60-70℃，维持1-2天后再翻堆；如此重复翻堆3-4次后停止翻堆，移出混合物料；
其中，孔洞的存在可以保证堆体与空气的充分接触，保证好氧发酵的充分进行；而长时间高温状态下的堆放过程，可以杀灭其中含有的霉菌、细菌等各种病原微生物和虫卵，使各原料中含有的有机成分充分分解和熟化，在有氧状态下完成发酵过程。
步骤五：烘干
将堆肥翻料过程完成的混合物料通过烘干机在80℃下进行烘干，烘干至混合料含水量低于10％，按量包装成复合钝化剂产品并干燥储存。
其中步骤二所述的自来水为非含氟自来水。
需要加入中药药渣时，在步骤一中原料预处理时将中药药渣干燥，混匀，粉碎围40-60目的中药药渣粉末；
在步骤二中将将预处理后的中药药渣粉末与粪便物料和秸秆粉末按比例计量后均匀混合搅拌，其他步骤不变。
本发明修复镉污染水稻田复合钝化剂的使用方法如下：
(1)每亩施用17-17-17复合肥20-30公斤作为基肥，追施尿素5-9公斤/亩作为返青分蘖肥，之后再追施尿素10-15公斤/亩作为孕穗肥；
(2)当农田土壤的pH处在6.5以下时需要混合施用石灰，施用量为：30-60kg/亩。当需要施用本复合钝化剂的农田土壤的pH处在6.5以上时，直接施用本复合钝化剂即可。石灰一般同基肥于土壤翻耕前一次性(水稻移栽前1周以上)一起施用；
(3)每亩施用复合钝化剂150-250公斤/亩，同基肥于土壤翻耕前一次性(水稻移栽前1周以上)一起施用。
本发明所述方法以钝化剂复合技术为手段，形成降低水稻田土壤中重金属镉污染效果显著的复合钝化剂产品，其所用原料购买方便，工艺简单，对生产环境和生产成本要求较低。制作的复合钝化剂产品可直接施入水稻田土壤中，施用后不仅能够有效降低土壤中重金属镉的含量，还能改良土壤，为水稻生长提供所需的多种营养成分，并减少水稻籽粒对镉的吸收。
本发明将无机改良剂石灰和有机改良剂动物体粪便、植物秸秆结合制作成一种针对镉污染水稻田土壤的复合钝化剂，对重金属镉轻度污染的农田土壤有明显修复效果。
本发明作为一种修复镉污染水稻田的复合钝化剂制作方法，已经在重金属镉轻度(土壤镉含量为0.2-0.4mg/kg)污染的水稻田土壤上进行了田间定位跟踪试验，比盆栽试验和温室试验更具有说服力。
具体实施方式
下面将结合实例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。
实施例中所述秸秆为玉米秸秆，所述发酵菌剂采用北京世纪阿姆斯生物技术有限公司的有机物料腐熟剂。
实施例1：
首先，将50份猪粪和50份鸡粪按照比例计量后混合成粪便物料，将秸秆切成长度为2cm的条段，再将秸秆倒入高速粉碎器中进行粉碎，粉碎物为40-60目的粉状。
接着，将上步中100份粪便物料与25份秸秆粉末均匀混合搅拌，搅拌过程中加入10％非含氟自来水，防止混合时钝化剂含水量过低，并调节含水量至50％。
然后，在调节好含水量的混合料中，按重量添加0.7份的发酵菌剂，并搅拌均匀。
接着，接种菌剂的混合料按照堆高1.3m，堆宽2.0m的标准堆放到发酵槽中，用细木棒在上方每隔35cm向下插一2.5cm的孔洞，当料内温度升高至60-70℃，根据温度变化维持2天翻堆一次，将物料内外料混合均匀，待温度再次上升到60-70℃，维持2天后再翻堆，如此重复翻堆3次后停止翻堆，移出混合料。
然后，将堆肥翻料过程完成的混合物料放入烘干机内，在80℃下进行烘干，烘干至混合料含水量低于10％，按量包装成复合钝化剂产品并干燥储存。
实施例2：
首先，将20份猪粪和30份鸡粪按照比例计量后混合成粪便物料，将秸秆切成长度为1cm的条段，再将秸秆倒入高速粉碎器中进行粉碎，粉碎物为40-60目的粉状。
接着，将上步中50份粪便物料与15份秸秆粉末按照比例均匀混合搅拌，搅拌过程中加入10％非含氟自来水，防止混合时钝化剂含水量过低，并调节含水量至45％。
然后，在调节好含水量的混合料中，按重量添加0.4份的发酵菌剂，并搅拌均匀。
接着，将配置好的混合料堆成高1.0m，堆宽1.5m的标准堆，用细木棒在上方每隔35cm向下插一2.5cm孔洞；当料内温度升高至60-70℃，根据温度变化维持2天翻堆一次，将物料内外料混合均匀。待温度再次上升到60-70℃，维持2天后再翻堆。如此重复翻堆3次后停止翻堆，移出混合料。
然后，将堆肥翻料过程完成的混合物料放入烘干机内，在80℃下进行烘干，烘干至混合料含水量低于10％，按量包装成复合钝化剂产品并干燥储存。
实施例3：
首先，将50份猪粪和40份鸡粪按照比例计量后混合成粪便物料，将秸秆切成长度为3cm的条段，再将秸秆倒入高速粉碎器中进行粉碎，粉碎物为40-60目的粉状。
接着，将上步中90份粪便物料与20份秸秆粉末按照比例均匀混合搅拌，搅拌过程中加入10％非含氟自来水，防止混合时钝化剂含水量过低，并调节含水量至60％。
然后，在调节好含水量的混合料中，按重量添加0.6份的发酵菌剂，并搅拌均匀。
接着，将配置好的混合料堆成高1.5m，堆宽2.5m的标准堆，用细木棒在上方每隔35cm向下插一2.5cm的孔洞。当料内温度升高至60-70℃，根据温度变化维持2天翻堆一次，将物料内外料混合均匀。待温度再次上升到60-70℃，维持2天后再翻堆。如此重复翻堆3次后停止翻堆，移出混合料。
然后，将堆肥翻料过程完成的混合物料放入烘干机内，在80℃下进行烘干，烘干至混合料含水量低于10％，按量包装成复合钝化剂产品并干燥储存。
实施例4：
首先，将50份猪粪和50份鸡粪按照比例计量后混合成粪便物料，将秸秆切成长度为2cm的条段，再将秸秆倒入高速粉碎器中进行粉碎，粉碎物为40-60目的粉状物料，将中药药渣干燥，混匀，粉碎为40-60目的中药药渣粉末。
接着，将上步中100份粪便物料、25份秸秆粉状物料均匀和10份中药药渣粉末混合搅拌，搅拌过程可中加入10％非含氟自来水，防止混合时钝化剂含水量过低，并调节含水量至50％。
然后，在调节好含水量的混合料中，按重量添加0.7份的发酵菌剂，并搅拌均匀。
接着，接种菌剂的混合料按照堆高1.3m，堆宽2.0m的标准堆放到发酵槽中，用细木棒在上方每隔35cm向下插一2.5cm的孔洞，当料内温度升高至60-70℃，根据温度变化维持2天翻堆一次，将物料内外料混合均匀，待温度再次上升到60-70℃，维持2天后再翻堆，如此重复翻堆3次后停止翻堆，移出混合料。
然后，将堆肥翻料过程完成的混合物料放入烘干机内，在80℃下进行烘干，烘干至混合料含水量低于10％，按量包装成复合钝化剂产品并干燥储存。
所述中药渣，以重量份数计，由以下原料的药渣制成：党参100份、大黄270份、甘草90份、黄栀子270份、陈皮190份、金银花30份、菟丝子250份、黄柏120份、黄精170份。
实施例5：
首先，将50份猪粪和50份鸡粪按照比例计量后混合成粪便物料，将秸秆切成长度为2cm的条段，再将秸秆倒入高速粉碎器中进行粉碎，粉碎物为40-60目的粉状物料，将中药药渣干燥，混匀，粉碎为40-60目的中药药渣粉末。
接着，将上步中100份粪便物料、25份秸秆粉状物料均匀和10份中药药渣粉末混合搅拌，搅拌过程可中加入10％非含氟自来水，防止混合时钝化剂含水量过低，并调节含水量至50％。
然后，在调节好含水量的混合料中，按重量添加0.7份的发酵菌剂，并搅拌均匀。
接着，接种菌剂的混合料按照堆高1.3m，堆宽2.0m的标准堆放到发酵槽中，用细木棒在上方每隔35cm向下插一2.5cm的孔洞，当料内温度升高至60-70℃，根据温度变化维持2天翻堆一次，将物料内外料混合均匀，待温度再次上升到60-70℃，维持2天后再翻堆。如此重复翻堆3次后停止翻堆，移出混合料。
然后，将堆肥翻料过程完成的混合物料放入烘干机内，在80℃下进行烘干，烘干至混合料含水量低于10％，按量包装成复合钝化剂产品并干燥储存。
所述中药渣，以重量份数计，由以下原料的药渣制成：党参100份、大黄250份、甘草100份、黄栀子270份、陈皮180份、金银花25份、菟丝子270份、黄柏130份、黄精160份。
对比例1
首先，将50份猪粪和50份鸡粪按照比例计量后混合成粪便物料，将中药药渣干燥，混匀，粉碎为40-60目的中药药渣粉末。
接着，将上步中100份粪便物料和35份中药药渣粉末混合搅拌，搅拌过程中加入10％非含氟自来水，防止混合时钝化剂含水量过低，并调节含水量至50％。
然后，在调节好含水量的混合料中，按重量添加0.7份的发酵菌剂，并搅拌均匀。
接着，接种菌剂的混合料按照堆高1.3m，堆宽2.0m的标准堆放到发酵槽中，用细木棒在上方每隔35cm向下插一2.5cm的孔洞，当料内温度升高至60-70℃，根据温度变化维持2天翻堆一次，将物料内外料混合均匀，待温度再次上升到60-70℃，维持2天后再翻堆。如此重复翻堆3次后停止翻堆，移出混合料。
然后，将堆肥翻料过程完成的混合物料放入烘干机内，在80℃下进行烘干，烘干至混合料含水量低于10％，按量包装成复合钝化剂产品并干燥储存。
所述中药渣，以重量份数计，由以下原料的药渣制成：党参100份、大黄250份、甘草100份、黄栀子270份、陈皮180份、金银花25份、菟丝子270份、黄柏130份、黄精160份。
将上述制备的实施例1-5、对比例1复合钝化剂应用于安徽省铜陵市西联乡犁桥村镉轻度(土壤平均镉含量为0.310mg/kg，土壤平均pH值5.88)污染耕地修复田间小区试验，试验共设8个处理，每个处理3次重复；每个小区面积20m2，小区间设隔离行、用塑料薄膜铺盖至田面30cm以下，各小区间采取单灌单排，避免串灌串排；各处理间除撒施复合钝化剂种类不同外，其余农事操作相同；复合钝化剂于土壤翻耕前一次性施入(水稻移栽前1周以上，水稻品种为两优6206)，然后施用基肥，翻耕后充分耙匀，移栽水稻秧苗；
处理1：按照当地高产栽培方式施肥；
处理2：当地高产栽培方式施肥+施用石灰(45公斤/亩)；
处理3：当地高产栽培方式施肥+施用石灰(45公斤/亩)+施用本复合钝化剂(200公斤/亩)(实施例1制得)；
处理4：当地高产栽培方式施肥+施用石灰(45公斤/亩)+施用本复合钝化剂(200公斤/亩)(实施例2制得)；
处理5：当地高产栽培方式施肥+施用石灰(45公斤/亩)+施用本复合钝化剂(200公斤/亩)(实施例3制得)。
处理6：当地高产栽培方式施肥+施用石灰(45公斤/亩)+施用本复合钝化剂(200公斤/亩)(实施例4制得)。
处理7：当地高产栽培方式施肥+施用石灰(45公斤/亩)+施用本复合钝化剂(200公斤/亩)(实施例5制得)。
处理8：当地高产栽培方式施肥+施用石灰(45公斤/亩)+施用本复合钝化剂(200公斤/亩)(对比例1制得)。
所述当地高产栽培方式施肥为每亩施用17-17-17复合肥30公斤作为基肥，追施尿素5公斤/亩作为返青分蘖肥，之后再追施尿素10公斤/亩作为孕穗肥。
所用复合肥和尿素均为当地农资经销商购买。
于水稻成熟期采集水稻样品，并测定糙米中的镉元素、氮、磷、钾含量和产量。
表1不同处理对水稻籽粒Cd含量、氮磷钾及亩产量的影响
从表1可以看出，添加了中药药渣的复合钝化剂水稻籽粒Cd含量更低，氮磷钾含量更高，亩产量更高。
以上内容描述了本发明的基本原理和主要特征，本发明不受上述实施例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (10)

1.一种修复镉污染水稻田的复合钝化剂，其特征在于，以重量份数计，包括如下成分：猪粪20-50份、鸡粪30-60份、秸秆15-40份、发酵菌剂0.2-1.0份。
2.根据权利要求1所述修复镉污染水稻田的复合钝化剂，其特征在于，所述的猪粪为40-50份。
3.如权利要求1所述修复镉污染水稻田的复合钝化剂，其特征在于，所述的鸡粪为50-60份。
4.如权利要求1所述修复镉污染水稻田的复合钝化剂，其特征在于，所述秸秆是指水稻、小麦、玉米农作物成熟脱粒后剩余的茎叶部分，用量为20-30份。
5.如权利要求1所述修复镉污染水稻田的复合钝化剂，其特征在于，所述发酵菌剂为北京世纪阿姆斯生物技术有限公司的有机物料腐熟剂。
6.如权利要求1所述修复镉污染水稻田的复合钝化剂，其特征在于，所述镉污染水稻田中土壤镉含量为0.2-0.4mg/kg。
7.如权利要求1所述修复镉污染水稻田的复合钝化剂，其特征在于，还可以加入5-20份中药药渣，所述中药药渣，以重量份数计，由以下原料的药渣制成：党参100份、大黄250-350份、甘草70-110份、黄栀子250-300份、陈皮170-200份、金银花20-50份、菟丝子200-300份、黄柏110-150份、黄精150-200份。
8.如权利要求1所述修复镉污染水稻田复合钝化剂的制备方法，其特征在于，依次包括如下步骤：
步骤一：原料预处理
按重量份计，将干燥的猪粪和鸡粪均匀混合成粪便物料，将秸秆切成长度在1-3cm之间的条段，再倒入高速粉碎器中粉碎为40-60目的秸秆粉末；
步骤二：混合物料
将预处理后的粪便物料与秸秆粉末按比例计量后均匀混合搅拌，搅拌过程中加入10-15wt％的自来水，并调节含水量至40-60wt％；
步骤三：接种菌剂
在调节好含水量的混合物料中，添加发酵菌剂，并搅拌均匀；
步骤四：好氧发酵
将接种菌剂的混合物料按照高1-1.5m，堆宽1.5-2.5m的标准堆放到发酵槽中，用细木棒在上方每隔30cm-50cm向下插一2-3cm的孔洞，当料内温度升高至60-70℃，根据温度变化维持1-2天翻堆一次，将物料内外料混合均匀；待温度再次上升到60-70℃，维持1-2天后再翻堆；如此重复翻堆3-4次后停止翻堆，移出混合物料；
步骤五：烘干
将堆肥翻料过程完成的混合物料通过烘干机在80-90℃下进行烘干，烘干至混合料含水量低于10％，按量包装成复合钝化剂产品并干燥储存。
9.如权利要求7所述修复镉污染水稻田复合钝化剂的制备方法，其特征在于，依次包括如下步骤：
步骤一：原料预处理
按重量份计，将猪粪和鸡粪均匀混合成粪便物料，将秸秆切成长度在1-3cm之间的条段，再倒入高速粉碎器中粉碎为40-60目的秸秆粉末；将中药药渣干燥，混匀，粉碎围40-60目的中药药渣粉末；
步骤二：混合物料
将预处理后的中药药渣粉末与粪便物料和秸秆粉末按比例计量后均匀混合搅拌，搅拌过程中加入10-15wt％的自来水，并调节含水量至40-60wt％；
步骤三：接种菌剂
在调节好含水量的混合物料中，添加发酵菌剂，并搅拌均匀；
步骤四：好氧发酵
将接种菌剂的混合物料按照高1m-1.5m，堆宽1.5m-2.5m的标准堆放到发酵槽中，用细木棒在上方每隔30-50cm向下插一2-3cm的孔洞，当料内温度升高至60-70℃，根据温度变化维持1-2天翻堆一次，将物料内外料混合均匀；待温度再次上升到60-70℃，维持1-2天后再翻堆；如此重复翻堆3次后停止翻堆，移出混合物料；
步骤五：烘干
将堆肥翻料过程完成的混合物料通过烘干机在80℃下进行烘干，烘干至混合料含水量低于10％，按量包装成复合钝化剂产品并干燥储存。
10.如权利要求1所述修复镉污染水稻田复合钝化剂的使用方法如下：
(1)每亩施用复合肥20-30公斤作为基肥，追施尿素5-9公斤/亩作为返青分蘖肥，之后再追施尿素10-15公斤/亩作为孕穗肥；
(2)当农田土壤的pH处在6.5以下时需要混合施用石灰，施用量为：30-60kg/亩；当农田土壤的pH处在6.5以上时，直接施用本复合钝化剂即可；石灰同基肥于土壤翻耕前一次性一起施用；
(3)每亩施用复合钝化剂150-250公斤/亩，同基肥于土壤翻耕前一次性一起施用。
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