CN108676564A - 一种适用于受重金属污染的酸性土壤调理剂及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于受重金属污染的酸性土壤调理剂及制备方法，属于土壤调理剂技术领域。该土壤调理剂是由碱渣和豆秆经过粉碎、浸渍、热解炭化等步骤制成。经田间试验证明，不但具有较好的去除酸性土壤中的重金属，而且可以改善土壤结构，提高农作物产量和品质。

Description

一种适用于受重金属污染的酸性土壤调理剂及制备方法
技术领域
本发明涉及农业技术领域，尤其涉及一种适用于受重金属污染的酸性土壤调理剂。
背景技术
土壤酸化是制约中国农业可持续发展的主要问题之一。近年来，酸雨沉降不断增加，铵态氮肥大量使用等导致土壤酸化加剧，酸化土壤面积不断增加，土壤酸化导致土壤中的Ca、Mg、P等营养元素大量淋失。植物正常生长发育有赖于良好的土壤环境，中性土壤环境最有利于大多数植物的生长。酸性土壤中铝毒和土壤肥力低是限制作物生长的两个主要障碍因素。随着土壤酸度增加，土壤溶液中总铝和有毒形态铝的浓度均增加，有毒形态铝对植物根系产生伤害，影响作物正常生长。酸化还使土壤阳离子交换量(CEC)减小，土壤的保肥能力下降。重金属污染也是影响农业持续发展的重要问题之一，土壤中残留的重金属具有长久性、隐蔽性，并且积累后难以被微生物降解，可以通过食物链在植物体内富集，对土壤质量、农产品安全具有很大危害。土壤中的重金属能否被植物吸收，主要取决于其有效态含量的重金属能否被植物吸收，土壤中有效态的重金属一方面会对植物造成毒害作用，导致减产，另一方面会对土壤微生物和土壤动物产危害，并对土壤中的生物酶活性产生抑制作用。因此治理重金属污染和土壤酸化问题已经刻不容缓，土壤调理剂各种各样，如赛众土壤调理剂、金龟二代土壤调理剂等，虽然有一定土壤改良功能，但在改良受重金属污染的酸性土壤时，见效缓慢，效果差。发明人经过多年的实践研究，充分利用工、农业废弃物，经过特殊的加工，研究出一种适用于受重金属污染的酸性土壤调理剂，在实际生产中取得了理想的效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于受重金属污染的酸性土壤调理剂。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的，该土壤调理剂是由碱渣和豆秆制成，制备方法如下：将干净干燥的豆秆粉碎过60目筛，加入到锐钛矿型纳米二氧化钛水分散液中，浸渍20h后，在90℃下干燥3h去除自由水分后，得到生物质材料；再将碱渣干燥粉碎过60目筛，将生物质材料与碱渣按1：1比例混匀后加入到热解反应器中，在无氧条件下，升温至200-300℃，进行热解炭化反应，保温50min后，以10℃/min的升温速度，升温至680-780℃保温1h，当温度降低至50℃时出料粗破碎得本发明生物质炭，将本发明生物质炭浸入生物质液中24h后干燥，加工成直径0.2-0.5mm的颗粒得本发明土壤调理剂。
作为一种优选，将生物质材料和碱渣加入到热解反应器中，无氧条件为400mL/min的氮气保护的条件下，升温至250℃，进行热解炭化反应，并保温50min。
以豆秆碱渣制备的生物质炭比表面积和孔体积虽然随着裂解温度的升高而增大，但当升温至200-300℃时，我们发现其热解炭化时的比表面积和孔结构变化不大，主要由于豆秆中含有水分和一定量的焦油溢出将微孔封堵，使其比表面积、总孔体积和微孔孔容变化不大，因此需要保温50min，为豆秆中的水分和焦油全部溢出提供了足够的时间。当保温50min后，水蒸气全部溢出，观察到烟气由白色转黄色，主要是因为原料已干燥完，开始进入了预炭化阶段。
作为一种优选，以10℃/min的升温速度，升温至730℃并保温1h，当温度降低至50℃时出料粗破碎得生物质炭。
经过实验证明，以10℃/min的升温速度升温制得的生物质炭比表面积、总孔体积较好，如果升温速度过快，得到的生物质炭裂纹现象严重，内部微孔不能最大限度的膨胀扩大，产生的微孔数量较少，膨大后的孔隙结构不够均匀；升温速度过慢影响生产率，增加生产费用。升温至730℃保温70min可得到理想的生物质炭，如果温度过高保温时间太长，生物质炭的产率降低，灰分含量上升，随着裂解温度的升高，生物质炭的官能团总量逐渐减少；如果温度过低保温时间太短，得到的生物质炭比表面积、总孔体积和微孔孔容较小，达不到理想的使用效果。
所述生物质液是由梓白皮400g、狼尾草根500g、皱叶羊蹄550g、了哥王800g加入200L水，先以武火煮沸后，改用文火加热1h过滤制得。
本发明的有益效果：本土壤调理剂施用后可以提高土壤的pH值，并降低重金属对植物的毒性，其表面含有丰富的含氧官能团，具有较高的阳离子交换量，具有高度的孔隙结构，可以增加土壤的孔隙度和持水性，改善土壤环境，有利植物根系生长；具有较高的化学和生物学稳定性，同时具有特殊的理化性质，这使其对土壤中的重金属具有一定的吸附固定能力，可以有效降低重金属元素在土壤中的迁移性。
试验资料 为了更好地说明本发明的有益效果，特做以下实验，将本发明的土壤调理剂设为A组，利用赛众土壤调理剂的设为B组，利用金龟二代土壤调理剂设为C组，以不添加土壤调理剂的处理为空白对照（CK）；称500kg风干的供试重金属污染的酸性土壤分成10份，分别置于塑料盆中，将本发明的土壤调理剂与其他各组土壤调理剂分别施入塑料盆内混匀，共5个处理，每个处理重复2次，2个月后实验结果如下表。
组别 PH值 每份添加量 交换性铝含量 速效氮含量 速效钾含量 速效磷含量 有机质含量（%）
A组 6.9 1000g 40mg/kg 69.8mg/kg 48.8mg/kg 66.5mg/kg 1.66
B组 6.2 1200g 123mg/kg 56.9mg/kg 34.5mg/kg 54.8mg/kg 1.34
C组 6.1 1200g 122mg/kg 58.1mg/kg 36.4mg/kg 53.8mg/kg 1.40
CK 5.6 0 332mg/kg 35.3mg/kg 30.1mg/kg 36.2mg/kg 1.20
3、采用原子荧光光谱法(AFS)，对土壤中几种重金属的检测结果见下表。
研究表明，A组虽然添加较少量的本发明土壤调理剂，却取得了理想的实验效果。
4、挑选均匀一致的番茄苗，移植到以上塑料盆中，每盆6株，各盆番茄管理一致，成熟时收获，收获时测定番茄挂果数、平均果重、产量及质量；并观察记录生长情况。
组别 平均果重（g） 挂果数 发病率（%） 虫害率（%） 产量增幅（%）
A组 240 15 0 0 80
B组 185 12 25.0 25.0 36
C组 180 10 33.3 25.0 35
CK 140 9 25.0 50.0 0
5、对质量的影响
组别 胡萝卜素 维生素A 维生素B 维生素C 钙含量
A组 450微克 72微克 91毫克 24毫克 9毫克
B组 358微克 55微克 68毫克 17毫克 7毫克
C组 344微克 58微克 74毫克 19毫克 6毫克
CK 330微克 50微克 65毫克 15毫克 5毫克
通过以上实验可知，在相同条件下，使用本发明的土壤调理剂取得了理想的实验效果，有效的控制了植株的发病率和虫害率，减少了农药的使用量，提高了产品的质量和产量。
6、采用原子荧光光谱法(AFS)，对采收的番茄中几种重金属的检测结果见下表。
通过以上结果可知，使用本发明土壤调理剂生产的番茄质量最好，符合NY/T655-2002食品茄果类蔬菜质量要求。在田间试验中，同样取得了理想的实验效果，本发明的土壤调理剂制得推广应用。
具体实施方式
实施例一：该土壤调理剂是由碱渣和豆秆制成，制备方法如下：将干净干燥的豆秆粉碎过60目筛，加入到锐钛矿型纳米二氧化钛水分散液中，浸渍20h后，在90℃下干燥3h去除自由水分后，得到生物质材料；再将碱渣干燥粉碎过60目筛，将生物质材料与碱渣按1：1比例混匀后加入到热解反应器中，在无氧条件下，升温至200-300℃，进行热解炭化反应，保温50min后，以10℃/min的升温速度，升温至680-780℃保温1h，当温度降低至50℃时出料粗破碎得本发明生物质炭，将本发明生物质炭浸入生物质液中24h后干燥，加工成直径0.2-0.5mm的颗粒得本发明土壤调理剂。其生物质液是由梓白皮400g、狼尾草根500g、皱叶羊蹄550g、了哥王800g加入200L水，先以武火煮沸后，改用文火加热1h过滤制得。
实施例二：该土壤调理剂是由碱渣和豆秆制成，制备方法如下：将干净干燥的豆秆粉碎过60目筛，加入到锐钛矿型纳米二氧化钛水分散液中，浸渍20h后，在90℃下干燥3h去除自由水分后，得到生物质材料；再将碱渣干燥粉碎过60目筛，将生物质材料与碱渣按1：1比例混匀后加入到热解反应器中，无氧条件为400mL/min 的氮气保护的条件下，升温至250℃，进行热解炭化反应，并保温50min，以10℃/min的升温速度，升温至680-780℃保温1h，当温度降低至50℃时出料粗破碎得本发明生物质炭，将本发明生物质炭浸入生物质液中24h后干燥，加工成直径0.2-0.5mm的颗粒得本发明土壤调理剂。其生物质液是由梓白皮400g、狼尾草根500g、皱叶羊蹄550g、了哥王800g加入200L水，先以武火煮沸后，改用文火加热1h过滤制得。

Claims (3)

1.一种适用于受重金属污染的酸性土壤调理剂，其特征在于该土壤调理剂是由碱渣和豆秆制成。
2.如权利要求1所述的一种适用于受重金属污染的酸性土壤调理剂的制备方法，其特征在于将干净干燥的豆秆粉碎过60目筛，加入到锐钛矿型纳米二氧化钛水分散液中，浸渍20h后，在90℃下干燥3h去除自由水分后，得到生物质材料；再将碱渣干燥粉碎过60目筛，将生物质材料与碱渣按1：1比例混匀后加入到热解反应器中，在无氧条件下，升温至200-300℃，进行热解炭化反应，保温50min后，以10℃/min的升温速度，升温至680-780℃保温1h，当温度降低至50℃时出料粗破碎得本发明生物质炭，将本发明生物质炭浸入生物质液中24h后干燥，加工成直径0.2-0.5mm的颗粒得本发明土壤调理剂。
3.如权利要求1所述的一种适用于受重金属污染的酸性土壤调理剂的制备方法，其特征在于所述生物质液是由梓白皮400g、狼尾草根500g、皱叶羊蹄550g、了哥王800g加入200L水，先以武火煮沸后，改用文火加热1h过滤制得。
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