CN108998042A - 钝化修复农田土壤重金属污染的土壤调理剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钝化修复农田土壤重金属污染的土壤调理剂及其制备方法，该土壤调理剂由如下三种原料组成：钾长石5～7份，生石灰3～5份，矿源腐植酸2～3份。本发明利用钾长石、石灰、矿源腐植酸等矿物质为主要原料，经过破碎、加压蒸养、烘干、粉碎、造粒等工艺，生产一种农田土壤重金属污染修复的矿物土壤调理剂产品。本发明是以矿物质为原料，增强土壤调理剂对农田重金属的钝化作用和吸附作用；将生石灰做成颗粒状，能够使生石灰更好地利用在农田土壤重金属污染修复中；本发明的土壤调理剂含矿源腐植酸，矿源腐植酸通过吸附、络合、离子交换等一系列反应，使重金属向稳定化形态转化以降低迁移性和生物可利用性。

Description

钝化修复农田土壤重金属污染的土壤调理剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种土壤调理剂，具体涉及一种农田土壤重金属污染钝化修复的矿物土壤调理剂，还涉及所述土壤调理剂的制备方法，属于土壤改良剂技术领域。
背景技术
随着现代科技和经济的迅猛发展，工业“三废”的排放、污水灌溉、污泥农用、农药和化肥的长期不合理施用，造成农田土壤重金属污染，并成为一个被广泛关注的难题。土壤中的重金属可通过植物吸收进入食物链，进而对人体健康构成严重威胁。据全国土壤污染调查公报显示，我国土壤重金属总的超标率为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、砷、铜、铅等重金属。这已严重影响到耕地质量、食品安全乃至人类的身体健康和社会的稳定。
目前，重金属污染土壤的修复技术主要分为物理、化学和生物修复三大类；物理修复对污染重、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，而且成本高，耕地地力受影响。生物修复周期长，修复能力有限，受气候和地理因素限制。而化学钝化修复成本相对较低，便于操作，见效快，可边生产边修复，是目前最常用的大面积农田重金属污染修复的方法。因此，亟需一种利用化学钝化修复技术进行重金属污染土壤修复的土壤调理剂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种农田土壤重金属污染钝化修复的矿物土壤调理剂及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种钝化修复农田土壤重金属污染的土壤调理剂，以重量份计，由如下三种原料组成：钾长石5～7份，生石灰3～5份，矿源腐植酸2～3份。
优选地，一种钝化修复农田土壤重金属污染的土壤调理剂，以重量份计，由如下三种原料组成：钾长石6份，生石灰4份，矿源腐植酸2.5份。
进一步，一种钝化修复农田土壤重金属污染的土壤调理剂的制备方法，具体步骤如下：
(1)粉碎过筛：分别将钾长石和生石灰粉碎，过100～150目筛；
(2)混合搅拌：将步骤(1)粉碎过筛的钾长石、生石灰和水按照5～7：3～5：7～9的重量份数混合搅拌15～20min；
(3)注模：将步骤(2)混合后的矿石泥浆注入模具中，置于阴凉处风干；
(4)加压蒸养：将步骤(3)风干的原料脱模切割成小块，送入蒸养釜，控制蒸养釜内温度为180℃～200℃，压力为1.0MPa～1.1MPa，连续恒压蒸养6～10小时；
(5)烘干：将步骤(4)加压蒸养反应后的原料烘干至水分为8％～12％；
(6)粉碎过筛：将步骤(5)烘干后的原料粉碎，过160～200目筛；
(7)混合搅拌：将步骤(6)粉碎过筛后的原料与矿源腐植酸混合搅拌20～25min，其中原料钾长石、生石灰和矿源腐植酸的重量份数比为5～7：3～5：2～3；
(8)造粒：将步骤(7)混合均匀的物料加入圆盘造粒机，造粒得到颗粒土壤调理剂；
(9)烘干：将步骤(8)造粒得到的土壤调理剂烘干至水分为8％～12％；
(10)筛分灌装：筛分步骤(9)烘干后的土壤调理剂，其颗粒粒径为1.00mm～4.75mm，按重量灌装，制成土壤调理剂产品。
优选地，步骤(2)所述混合搅拌：将步骤(1)粉碎过筛的钾长石、生石灰和水按照6：4：8的重量份数混合搅拌15min。
优选地，步骤(4)所述风干的原料脱模切割成10cm*30cm*370cm小块。
优选地，步骤(7)所述混合搅拌：其中原料钾长石、生石灰和矿源腐植酸的重量份数比为6：4：2。
进一步，所述土壤调理剂在钝化修复农田土壤重金属污染中的应用。
本发明的有益效果是：本发明利用钾长石、石灰、矿源腐植酸等矿物质为主要原料，经过破碎、加压蒸养、烘干、粉碎、造粒等工艺，生产一种农田土壤重金属污染修复的矿物土壤调理剂产品；钾长石富含硅元素，硅是主要的重金属钝化物质。
本发明是以矿物质为原料，经过加压蒸养反应，活化矿石中的硅、钙等元素，增加有效硅、钙含量，同时产品呈现微孔状，增强土壤调理剂对农田重金属的钝化作用和吸附作用。
通过该生产工艺将生石灰做成颗粒状，既保证了生石灰的农田土壤重金属钝化效果，又解决了生石灰施用不便的缺点，使得生石灰更好地利用在农田土壤重金属污染修复中。
本发明的土壤调理剂含矿源腐植酸，矿源腐植酸通过吸附、络合、离子交换等一系列反应，使重金属向稳定化形态转化以降低迁移性和生物可利用性。同时腐植酸还可以补充农田土壤有机质，改善土壤团粒结构，缓解石灰对土壤的板结，提升农田土壤耕地地力。
附图说明：
图1为本发明土壤调理剂的制备方法的流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但是应理解所述实施例仅是范例性的，不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改或替换均落入本发明的保护范围。
实施例1
一种钝化修复农田土壤重金属污染的土壤调理剂的制备方法，具体步骤如下：
(1)粉碎过筛：分别将钾长石和生石灰粉碎，过150目筛；
(2)混合搅拌：将步骤(1)粉碎过筛的钾长石、生石灰和水按照6：4：8的重量份数混合搅拌15min；
(3)注模：将步骤(2)混合后的矿石泥浆注入模具中，置于阴凉处风干；
(4)加压蒸养：将步骤(3)风干的原料脱模切割成10cm*30cm*370cm小块，送入蒸养釜，控制蒸养釜内温度为180℃，压力为1.0MPa，连续恒压蒸养8小时；
(5)烘干：将步骤(4)加压蒸养反应后的原料烘干至水分为10％；
(6)粉碎过筛：将步骤(5)烘干后的原料粉碎，过200目筛；
(7)混合搅拌：将步骤(6)粉碎过筛后的原料与矿源腐植酸混合搅拌20min，其中原料钾长石、生石灰和矿源腐植酸的重量份数比为6：4：2；
(8)造粒：将步骤(7)混合均匀的物料加入圆盘造粒机，造粒得到颗粒土壤调理剂；
(9)烘干：将步骤(8)造粒得到的土壤调理剂烘干至水分为10％；
(10)筛分灌装：筛分步骤(9)烘干后的土壤调理剂，其颗粒粒径为1.00mm～4.75mm，按重量灌装，制成土壤调理剂产品。
实施例2
一种钝化修复农田土壤重金属污染的土壤调理剂的制备方法，具体步骤如下：
(1)粉碎过筛：分别将钾长石和生石灰粉碎，过100目筛；
(2)混合搅拌：将步骤(1)粉碎过筛的钾长石、生石灰和水按照5：3：7的重量份数混合搅拌18min；
(3)注模：将步骤(2)混合后的矿石泥浆注入模具中，置于阴凉处风干；
(4)加压蒸养：将步骤(3)风干的原料脱模切割成10cm*30cm*370cm小块，送入蒸养釜，控制蒸养釜内温度为190℃，压力为1.0MPa，连续恒压蒸养6小时；
(5)烘干：将步骤(4)加压蒸养反应后的原料烘干至水分为8％；
(6)粉碎过筛：将步骤(5)烘干后的原料粉碎，过160目筛；
(7)混合搅拌：将步骤(6)粉碎过筛后的原料与矿源腐植酸混合搅拌25min，其中原料钾长石、生石灰和矿源腐植酸的重量份数比为7：5：3；
(8)造粒：将步骤(7)混合均匀的物料加入圆盘造粒机，造粒得到颗粒土壤调理剂；
(9)烘干：将步骤(8)造粒得到的土壤调理剂烘干至水分为8％；
(10)筛分灌装：筛分步骤(9)烘干后的土壤调理剂，其颗粒粒径为1.00mm～4.75mm，按重量灌装，制成土壤调理剂产品。
实施例3
一种钝化修复农田土壤重金属污染的土壤调理剂的制备方法，具体步骤如下：
(1)粉碎过筛：分别将钾长石和生石灰粉碎，过130目筛；
(2)混合搅拌：将步骤(1)粉碎过筛的钾长石、生石灰和水按照7：5：9的重量份数混合搅拌20min；
(3)注模：将步骤(2)混合后的矿石泥浆注入模具中，置于阴凉处风干；
(4)加压蒸养：将步骤(3)风干的原料脱模切割成10cm*30cm*370cm小块，送入蒸养釜，控制蒸养釜内温度为200℃，压力为1.1MPa，连续恒压蒸养10小时；
(5)烘干：将步骤(4)加压蒸养反应后的原料烘干至水分为12％；
(6)粉碎过筛：将步骤(5)烘干后的原料粉碎，过180目筛；
(7)混合搅拌：将步骤(6)粉碎过筛后的原料与矿源腐植酸混合搅拌25min，其中原料钾长石、生石灰和矿源腐植酸的重量份数比为5：3：2；
(8)造粒：将步骤(7)混合均匀的物料加入圆盘造粒机，造粒得到颗粒土壤调理剂；
(9)烘干：将步骤(8)造粒得到的土壤调理剂烘干至水分为12％；
(10)筛分灌装：筛分步骤(9)烘干后的土壤调理剂，其颗粒粒径为1.00mm～4.75mm，按重量灌装，制成土壤调理剂产品。
实施例4-10用于说明本发明的土壤调理剂对土壤和水稻种植的影响，所用材料和方法如下：
供试产品：实施例1制备得到的土壤调理剂(主要技术指标：CaO≥25.0％；MgO≥4.0％；SiO2≥20.0％；K2O≥4.0％；pH：9.0-11.0)。
供试土壤：板页岩发育的黄泥田，土壤肥力中等，土壤中镉含量为2.766mg/kg。试验前土壤养分及重金属含量分析结果见表1。
表1试验前土壤养分及重金属分析结果表
供试作物及品种：双季水稻，早稻供试品为H优518，晚稻供试品种为湘晚灿13号。
试验方法：
试验于2016年3月～10月在3组早稻和晚稻上进行(早晚稻在一块田中试验)。
试验设3个处理：
处理1(CK)：常规施肥(40％复合肥25kg亩+尿素10kg/亩+氯化钾5kg/亩)。
处理2：常规施肥+土壤调理剂(100kg/亩)。
处理3：常规施肥+土壤调理剂(150kg/亩)
试验设3次重复，共9个小区，小区面积30平方米，随机区组排列，小区间设隔离行，各小区之间田埂用塑料薄膜铺盖至田面30厘米以上，以防小区间串水串肥。试验小区均采用移栽，移栽密度为6寸×6寸。
土壤调理剂的施用量：100kg/亩、150kg/亩；施用方法：早、晚稻移栽前对田翻耕、耙碎、整平，田埂做好，然后按处理区把土壤调理剂均匀地施用在对应的小区内，随即耙匀。隔1-2天后再施其它肥料，继而移栽水稻。
2.5试验田间管理
田间管理遵循“最适”和“一致”的原则，各处理之间除施肥措施外，其它各项管理措施均一致，且符合生产要求，由专人在同一天内完成。
试验田早稻3月20日播种，4月15日整地，4月18日～20日作埂覆膜，4月21日分处理按方案施基肥。各处理其它各项管理措施均一致，7月14日采集试验田各小区耕作层土壤样、稻谷样，7月15日试验田收割，分别对各小区进行测产验收，测定各处理水稻经济性状和实际产量。
试验田晚稻6月15日播种，7月15日整地，7月21日～23日作埂覆膜，7月22日分处理按方案施基肥。各处理各项管理措施保持一致，10月25日采集试验田各小区耕作层土壤与稻谷样，10月26日试验田收割，分别对各小区进行测产验收，测定各处理水稻经济性状和实际产量。
土壤样和稻谷样由农业部微生物产品检测中心(武汉)检测。(土壤样品主要检测有机质、pH值、碱解氮、有效磷、镉，籽粒样品主要检测镉含量)。
实施例4施用土壤调理剂对土壤pH的影响
对采集土壤的pH进行检测，结果如表2和表3所示。
表2对土壤pH的影响(早稻)
表3对土壤pH值的影响(晚稻)
结果表明，施用土壤调理剂对土壤pH值有一定的影响，与对照(处理1)相比，早、晚稻施用土壤调理剂的土壤pH在一定程度上均有所提高。整体来说，施用150kg/亩的影响较大，早稻试验田pH值提高12.0％，晚稻试验田pH值提高20.2％。
实施例5施用土壤调理剂对土壤镉含量的影响
对采集土壤的镉含量进行检测，结果如表4和表5所示。
表4对土壤镉含量的影响(早稻)
表5对土壤镉含量的影响(晚稻)
由表4、表5可知，早稻施用100kg和150kg土壤调理剂后，土壤镉含量分别为2.462mg/kg、2.452mg/kg，晚稻施用100kg和150kg土壤调理剂后，土壤镉含量分别为2.623mg/kg、2.649mg/kg。结果表明，施用土壤调理剂能降低早、晚稻田土壤镉含量，早稻田土壤降镉5.3％、5.7％，晚稻田土壤降镉4.2％、3.3％。
实施例6施用土壤调理剂对稻米镉含量的影响
对采集稻谷样的稻米镉含量进行检测，结果如表6和表7所示。
表6对稻米镉含量的影响(早稻)
表7对稻米镉含量的影响(晚稻)
由表6、表7可知，早稻施用100kg和150kg土壤调理剂后，稻米镉含量分别为0.43mg/kg、0.36mg/kg；晚稻施用100kg和150kg土壤调理剂后，稻米镉含量分别为0.24mg/kg、0.16mg/kg。结果表明，早稻和晚稻施用土壤调理剂后，降低稻米镉含量效果显著，晚稻效果更好；与对照(处理1)相比较，降幅分别为47.8％、65.2％，降镉效果非常显著。
实施例7施用土壤调理剂对水稻产量及产值的影响
(1)不同处理对早稻产量及产值的影响
表8不同处理对早稻产量结果的影响
表9早稻产量结果分析—F测验
表10早稻产量结果分析—多重比较(LSR法)
从表8-10中可知，施用土壤调理剂的早稻产量及产值均有所提高。处理1的亩产值为1250.45元，施用土壤调理剂100kg/亩的处理2产量达到550.56kg/亩，增产率达10.1％，亩产值为1376.4元，较对照(处理1)施用常规肥增加了125.95元/亩。与对照相比，施用土壤调理剂150kg/亩的处理3亩产量和亩产值分别为566.20kg、1415.5元，产量和产值分别增加了66.02kg/亩、165.05元/亩。经方差分析结果可知，处理2与对照组产量差异显著，处理3与对照相比，产量差异极显著(P<0.01)。
(2)不同处理对晚稻产量及产值的影响
表11不同处理对晚稻产量结果的影响
表12晚稻产量结果分析—F测验
表13晚稻产量结果分析—多重比较(LSR法)
从表11-13中可知，施用土壤调理剂的晚稻产量及产值均有所提高。处理1的亩产值为1397.5元，施用土壤调理剂100kg/亩的处理2产量达到567.53kg/亩，增产率达9.65％，亩产值为1532.3元，较处理1常规施肥增加了134.8元/亩。与对照相比，施用土壤调理剂150kg/亩的处理3亩产量和亩产值分别为595.76kg、1608.55元，产量和产值分别增加了78.14kg/亩、211.05元/亩。经方差分析，处理3与对照相比，产量差异达到极显著水平(P<0.01)。
实施例8施用土壤调理剂对水稻生育期的影响
表14早稻生育期记载(月/日)
表15晚稻生育期记载(月/日)
如表14和表15所示，土壤调理剂对水稻生育期无明显影响。
实施例9施用土壤调理剂对水稻经济性状的影响
表16对早稻经济性状的影响
表17对晚稻的经济性状的影响
由表16、17可知，与对照相比，施用土壤调理剂对水稻的株高、穗长、有效穗、总粒数、实粒数均有所提高，从而在一定程度上提高了水稻产量；尤其是处理3，其效果更明显。
实施例10施用土壤调理剂的投入产出效益分析
表18早稻不同处理的投入产出分析表
表19晚稻不同处理的投入产出分析表
由表18、19可知，施用土壤调理剂能提高水稻的经济效益，其中以晚稻施用150kg/亩的产投比最高，为1.17。
实施例4-10的结果表明，(1)施用本发明的土壤调理剂能明显提高土壤的pH值，其中以施用150kg/亩的效果最显著，早稻试验田pH值提高0.6，晚稻试验田经过两次施用土壤调理剂后，pH值提高1.0，与CK相比，增幅达20.2％；(2)施用土壤调理剂能够稍微降低稻田土壤中重金属镉的含量降幅在3.3％～5.7％之间；(3)施用土壤调理剂能降低稻米中重金属镉含量，特别是第二季晚稻施用土壤调理剂100、150kg/亩后，稻米中镉含量降幅达47.8％、65.2％，效果显著；表明本发明的土壤调理剂对钝化稻田土壤重金属镉，降低稻田土壤重金属镉活性的效果非常显著(4)施用土壤调理剂的水稻产量及产值均有所提高，以施用土壤调理剂150kg/亩的增产率最高，早稻达13.2％，晚稻达15.1％，增产效果极显著。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种钝化修复农田土壤重金属污染的土壤调理剂，其特征在于，以重量份计，由如下三种原料组成：钾长石5～7份，生石灰3～5份，矿源腐植酸2～3份。
2.一种钝化修复农田土壤重金属污染的土壤调理剂，其特征在于，以重量份计，由如下三种原料组成：钾长石6份，生石灰4份，矿源腐植酸2.5份。
3.一种钝化修复农田土壤重金属污染的土壤调理剂的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)粉碎过筛：分别将钾长石和生石灰粉碎，过100～150目筛；
(2)混合搅拌：将步骤(1)粉碎过筛的钾长石、生石灰和水按照5～7：3～5：7～9的重量份数混合搅拌15～20min；
(3)注模：将步骤(2)混合后的矿石泥浆注入模具中，置于阴凉处风干；
(4)加压蒸养：将步骤(3)风干的原料脱模切割成小块，送入蒸养釜，控制蒸养釜内温度为180℃～200℃，压力为1.0MPa～1.1MPa，连续恒压蒸养6～10小时；
(5)烘干：将步骤(4)加压蒸养反应后的原料烘干至水分为8％～12％；
(6)粉碎过筛：将步骤(5)烘干后的原料粉碎，过160～200目筛；
(7)混合搅拌：将步骤(6)粉碎过筛后的原料与矿源腐植酸混合搅拌20～25min，其中原料钾长石、生石灰和矿源腐植酸的重量份数比为5～7：3～5：2～3；
(8)造粒：将步骤(7)混合均匀的物料加入圆盘造粒机，造粒得到颗粒土壤调理剂；
(9)烘干：将步骤(8)造粒得到的土壤调理剂烘干至水分为8％～12％；
(10)筛分灌装：筛分步骤(9)烘干后的土壤调理剂，其颗粒粒径为1.00mm～4.75mm，按重量灌装，制成土壤调理剂产品。
4.根据权利要求3所述的一种钝化修复农田土壤重金属污染的土壤调理剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述混合搅拌：将步骤(1)粉碎过筛的钾长石、生石灰和水按照6：4：8的重量份数混合搅拌15min。
5.根据权利要求3所述的一种钝化修复农田土壤重金属污染的土壤调理剂的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述风干的原料脱模切割成10cm*30cm*370cm小块。
6.根据权利要求3所述的一种钝化修复农田土壤重金属污染的土壤调理剂的制备方法，其特征在于，步骤(7)所述混合搅拌：其中原料钾长石、生石灰和矿源腐植酸的重量份数比为6：4：2。
7.权利要求1或2所述的一种钝化修复农田土壤重金属污染的土壤调理剂，用于钝化修复农田土壤重金属污染。
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