CN109369285B - 一种适用于中碱性土壤重金属镉污染的调理剂及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明一种适用于中碱性土壤重金属镉污染的调理剂及其应用，该调理剂包括钙镁磷肥2‑4份、石硫合剂3‑8份、生物炭2‑4份。施用本发明的调理剂后，污染土壤中重金属镉的有效态含量降低率为20%‑50%；可显著降低重金属镉在中碱性污染土壤上生长作物中的镉含量，例如，施用于镉污染小麦田中可使小麦中的镉含量降低46.67%。本发明的调理剂原材料选择来源广泛且施用量小，能够适用于不同土壤类型、不同污染程度以及不同耕作环境，实现对土壤有效态隔的高效钝化，以及修复效果的安全性和长效性。

Description

一种适用于中碱性土壤重金属镉污染的调理剂及其应用
技术领域
本发明涉及一种适用于中碱性土壤重金属镉污染的调理剂及其应用，属于土壤修复领域。
背景技术
随着“镉小麦”事件的爆发，人们对北方中碱性土壤重金属镉污染的关注度加深，中碱性农田重金属修复的技术需求不断增多。但目前市场上主要针对南方酸性土壤研发的调理剂多以提高pH值为主，对中碱性土壤不起作用；而且已登记的中碱性土壤调理剂产品多为治理盐碱性土壤，不能钝化重金属；论文和专利中钝化材料来源不广泛(如鸡粪等)，施用量大(大都在1吨/亩以上施用量)，效果不稳定，重复性不好(黏土矿物、铁锰氧化物、生物炭、腐殖酸等)。对于广大北方粮食核心生产区的中碱性污染土壤的修复研究，开展的工作相对较少，中碱性土壤调理剂产品鲜有报道，难以满足我国农田土壤重金属污染修复治理需求。因此，研发效果显著、性价比高的中碱性土壤调理剂势在必行。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种适用于中碱性土壤重金属镉污染的调理剂及其应用。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种适用于中碱性土壤重金属镉污染的调理剂，包括钙镁磷肥、石硫合剂、生物炭。
一般地，按质量份计，包括钙镁磷肥1-6份、石硫合剂1-10份、生物炭1-6份。
进一步地，按质量份计，包括钙镁磷肥2-4份、石硫合剂3-8份、生物炭2-4份。
优选地，按质量份计，包括钙镁磷肥2-3份、石硫合剂3-5份、生物炭2-3份。
进一步地，所述生物炭包括秸秆类生物炭、壳类生物炭、木质类生物炭、粪类生物炭中的一种或一种以上。
本发明还提供，如上所述的适用于中碱性土壤重金属镉污染的调理剂在中碱性土壤重金属镉污染修复领域的应用。
进一步地，所述应用，其特征在于将土壤调理剂均匀撒施在土壤表面上，然后翻耕，使得调理剂与土壤充分混匀，加水平衡3-7天后移栽作物。
进一步地，所述重金属镉污染的中碱性土壤pH值偏中碱性，一般地，不小于7，试验发现本申请的调理剂尤其适用于中碱性土壤重金属镉污染。
本发明还提供，如上所述的中碱性土壤重金属镉污染的调理剂在作物种植中的应用。
进一步地，每亩中碱性土壤重金属镉污染中调理剂的施用量为200-500kg，优选为300-450kg，具体施用量根据土壤污染程度及考核目标等工程具体情况定。
进一步地，所述作物的种植场地为重金属镉污染的中碱性土壤。
进一步地，所述作物包括小麦，但不限于小麦。
本发明中，钙镁磷肥本身就是一种常用的肥料，它的有效成分磷酸根能促进重金属向残渣态转化，降低生物可利用性。钙镁磷肥含有较高的钙镁等溶液共存离子，可占据植物根系上的吸收位点和离子通道，与土壤中的Cd2+具有拮抗作用，抑制Cd2+向植物体内迁移。
本发明中，石硫合剂作为农业上的杀菌杀螨剂。其残留部分为钙、硫等元素的化合物(植物生长所必须的中量元素)，均可被植物的果、叶吸收。硫化物可通过改变土壤中可交换态和残渣态的质量分数来影响重金属在植物体内的分配，添加硫化物后重金属容易形成溶解性低、相对稳定的形态，从而降低重金属在土壤中的移动性和生物有效性。石硫合剂在土壤中转化产生的S2-或HS-可与土壤中的镉结合成一种难溶物质，从而缓解镉污染。
本发明中，生物炭含有作物生长所必需的的大量和中量元素，且其孔隙结构发达，比表面积大，具有很强的吸附能力。一方面，生物炭可以提高土壤肥力，促进作物生长并降低土壤重金属的生物有效性；另一方面，其表面高度芳香化结构和部分羟基、酚羟基、羧基等官能团，对水溶态和可交换态镉具有较强的吸附能力，降低重金属镉有效态含量，可作为土壤中污染物的钝化剂。
申请人从常用的调理剂原材料种类中筛选出来针对中碱性土壤重金属污染有较好钝化效果的材料，这些材料能够通过离子交换、吸附、沉淀、拮抗等钝化作用改变重金属在土壤中的存在形态，降低重金属在土壤中的迁移性及生物有效性。申请人通过大量试验，将不同作用机理的钝化剂进行组合复配，优化不同类别单一钝化材料，从螯合作用、官能团吸附、物理固持性、竞争拮抗等不同效果层面提高土壤调理剂的作用效果和时效，获得了效果优异的中碱性土壤重金属镉污染的调理剂配方，该调理剂对土壤的改良效果可与小麦的镉吸附能力相对应，高效、经济。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)调理剂的原材料来源广泛；
(2)减少调理剂施用量并增强调理剂钝化效果，可有效降低土壤中有效态隔含量，降低率约为 20％-50％；
(3)适用面广，能够适应于不同土壤类型、不同污染程度以及不同耕作环境；
(4)兼具重金属钝化和增肥效果，可以有效的降低重金属的活性减少其危害，并增加土壤肥力，可降低重金属镉污染土壤上生长的作物中镉含量，降低率高达46.67％；
(5)兼具杀菌能力，有效降低土壤病菌对作物生长的不利影响；
(6)安全性和长效性好，不会对环境造成二次污染。
附图说明
图1为小区试验A土小麦镉含量柱状图。
图2为小区试验B土小麦镉含量柱状图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
实施例1
通过盆栽试验研究多种土壤调理剂配比方式对土壤中重金属镉的钝化效果。分别选择河南某两种小麦地，其中A为硅铝土(普通褐土)，B硅铝土(钙积褐土)。具体土壤理化性质见表1。
表1实验田镉污染土壤理化性质
Figure RE-GDA0001905835600000031
实施例实验设计：
A、B两种中碱性土壤的土培试验分别设置9个处理(包含一个空白对照)，每个处理设置3个平行，处理模式按照表2将配方材料分别加入200g土中(投加量为质量分数)，充分混匀。加去离子水80mL，保持土壤含水率30％左右。分别培养30天后采集土壤样品，采集的土壤样品进行有效态镉含量测定(GB/T 23739-2009土壤有效态铅和镉的测定)。通过试验设计确定该土壤调理剂对重金属镉的钝化效果。
表2处理模式
Figure RE-GDA0001905835600000041
表3DTPA提取法测定土壤有效态镉含量降低率
Figure RE-GDA0001905835600000042
Figure RE-GDA0001905835600000051
从A、B两种土样土壤培养30天的重金属镉有效态降低率表3可看出，施用本发明的土壤调理剂对土壤有效态镉的降低率有显著影响。与空白对照组相比，施用本发明调理剂可明显降低土壤中镉的有效态，且随着施加量的有效态镉的含量的降低越多，降低率约为20％-50％。针对中碱性土壤镉污染的钝化剂较少，如中国专利(专利申请号201710331099.7)公开了一种适用于北方污灌区土壤钝化剂及其施用办法，具体公开了海泡石、生物炭、腐殖酸等组合使用修复重金属镉、汞，田间施用量为100-800kg/亩的钝化剂对镉的钝化效率较低，仅为11.13％-20.46％。因此，相比较而言本发明的土壤调理剂具有用量少，降隔效率高的优势。
实施例2：小区试验
为了更好的验证本发明的中碱性土壤重金属镉污染的调理剂对中碱性土壤重金属镉污染的修复效果，挑选土培试验中土壤镉有效态降低30％以上的四种处理(处理6、处理7、处理8、处理9)和对照(处理1)进行小区试验。选择实例1中河南两块小麦地，其中A为硅铝土(普通褐土)，B硅铝土(钙积褐土)。分别在两个试验田设置处理田块和对照田块。
本实施的小区试验田管理具体包括以下步骤：
按照4m×4m的规格，中间起垄(垄20cm宽，10cm高，不覆盖塑料膜)划分小区，其中5种小区处理(四种处理与对照)，每种处理设置3个平行，每个试验田共划分15个小区，两块实验地共 30个小区。对照田块正常翻耕，四种处理田块进行翻耕施肥前，将调理剂均匀撒施在污染农田表面，调理剂添加量按其与土壤质量的百分比，充分拌匀。所有田块灌水平衡，以刚浸湿为宜。考虑到起垄后不便于集中灌水，根据现场情况，可以采取连接水管人工浇灌或在小区间分出灌水浅渠，进行分灌。
以上处理田块和对照田块的化肥、农药施用和小麦种植品种以及后期的田间管理均一致。分别采集小麦成熟后的土壤样品和小麦样品，采集的土壤样品进行有效态镉含量测定(GB/T 23739-2009土壤有效态铅和镉的测定)，小麦镉含量采用硝酸-高氯酸混合消解后用ICP-AES进行测定。
小区试验结果如表4，土壤A和土壤B的有效态镉降低率均在30％-40％，基本与实例1中的土培数据吻合，土壤调理剂有效的降低了土壤中镉的有效态含量。土壤A的小麦含量如图1。原始土样小麦中的镉含量为0.23mg/kg，添加土壤调理剂后的四个处理的小麦镉含量分别为0.095mg/kg、0.12 mg/kg、0.11mg/kg、0.085mg/kg，其中处理6和处理9符合国家标准(GB2762-2017，小麦镉≤0.1mg/kg)，镉含量降低率高达63.04％。土壤B的小麦含量如图2。原始土样小麦镉含量为0.12mg/kg，添加土壤调理剂后的四个处理的小麦镉含量分别为0.079mg/kg、0.075mg/kg、0.071mg/kg、0.064mg/kg，均符合国家标准(GB2762-2017，小麦镉≤0.1mg/kg)，镉含量降低率高达46.67％。
表4 DTPA提取法测定土壤有效态镉含量降低率
Figure RE-GDA0001905835600000061
以上的实施例仅仅是对本发明的具体实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，本领域技术人员在现有技术的基础上还可以做多种修改和变化，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.中碱性土壤重金属镉污染的调理剂在中碱性土壤重金属镉污染修复领域的应用；将所述调理剂均匀撒施在土壤表面上，然后翻耕，使得调理剂与土壤充分混匀，加水平衡3-7天后移栽作物；每亩中碱性土壤施用300-500kg调理剂，且每亩中碱性土壤施用的调理剂中石硫合剂的量为150kg；按质量份计，所述调理剂由钙镁磷肥1-2份、石硫合剂1-2份、生物炭1-2份组成。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述重金属镉污染土壤的pH值不小于7。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述生物炭包括秸秆类生物炭、壳类生物炭、木质类生物炭、粪类生物炭中的一种或一种以上。
4.中碱性土壤重金属镉污染的调理剂在作物种植中的应用；每亩中碱性土壤施用300-500kg调理剂，且每亩中碱性土壤施用的调理剂中石硫合剂的量为150kg；按质量份计，所述调理剂由钙镁磷肥1-2份、石硫合剂1-2份、生物炭1-2份组成。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述作物的种植场地为重金属镉污染的中碱性土壤。
6.根据权利要求4或5所述的应用，其特征在于，所述作物包括小麦，但不限于小麦。
7.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述生物炭包括秸秆类生物炭、壳类生物炭、木质类生物炭、粪类生物炭中的一种或一种以上。
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Patentee before: Hunan Yonker Environmental Protection Research Institute Co.,Ltd.