CN110698290A - 一种酸性及镉污染土壤种植烟草的改良剂 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种酸性及镉污染土壤种植烟草的改良剂，包括以下重量份原料：生石灰22‑28份、改性生物炭35‑45份、贝壳粉18‑24份、微生物菌剂2‑5份、膨润土30‑50份、硅钙肥12‑20份和有机肥50‑60份。本发明申请使用生石灰、改性生物炭、贝壳粉、微生物菌剂、膨润土、硅钙肥和有机肥制备得到酸性及镉污染土壤种植烟草的改良剂，并将其作为基肥施入，有效改善受污染土壤的酸度，降低受污染土壤中的Cd迁移率和植物有效性，同时有效降低了Cd的移动性，增加了土壤的吸附能力。

Description

一种酸性及镉污染土壤种植烟草的改良剂

技术领域

本发明涉及土壤改良技术领域，具体涉及一种酸性及镉污染土壤种植烟草的改良剂。

背景技术

土壤是农业生产的物质基础，是人类赖以生存的自然资源，与人类的生存和环境问题息息相关。土壤重金属污染是指当土壤中的重金属超过土壤对其自净能力，或重金属在土壤中的积累量超过土壤基准值，而给生态系统造成风险。随着近代工农业的发展，重金属通过废水、废气、废渣、农药、化肥等进入土壤中，由于其不会被生物降解、迁移性小，很难从土壤中去除，容易在土壤中积累，当重金属累积超过土壤净化能力或环境条件发生变化时，重金属发生“活化”便会被生物大量吸收，毒害生物，或通过摄入、吸入、皮肤接触等途径危害人类。我国耕地受Cd污染最为突出，造成巨大经济损失，Cd的生物毒性极强，与Pb、Cr、As和Hg合称为“五毒”，位列第二。Cd因其活性强，毒性高，移动性大及不能被微生物降解，在土壤中滞留的时间长，对食品安全和人体健康的危害尤为重要，土壤Cd污染已成为国际研究的热点和重点。

中国是世界上烟草种植第一大国，烟叶产量约占全球的34％。而我国的烟区分布十分广泛，主要包括西南烤烟种植区，东南烤烟种植区，长江中上游烤烟种植区，黄淮烤烟种植区和北方烟草种植区等5个一级烤烟种植区。近年对我国一些地区植烟土壤的研究结果显示，植烟土壤存在不同程度的重金属污染，植烟区土壤Cd含量均超过了相应产区土壤Cd背景值。烟草是一种极易富集重金属的作物，烟草从土壤中吸收重金属，卷烟中的重金属再通过气溶胶的形式被人体吸收，威胁身体健康，引起人们的广泛关注。

烟草吸收重金属主要取决于其在土壤中的含量，产烟区土壤中重金属的含量及存在形态直接影响着烟叶对重金属的吸收率，一般土壤中可溶性重金属的含量越高，烟叶对重金属的吸收率也越高，但同时也受土壤的性质、水分条件、施肥的种类和数量以及耕作制度影响。土壤发生酸化，H⁺的增加会影响土壤中的氧化还原电位，改变土壤中可变价态重金属元素的化合价，从而影响其相应化合物溶解度和存在形态；另外H⁺会对土壤交换吸附和部分专性吸附的重金属元素产生交换作用，对一些非活性和难溶的重金属化合物产生溶解作用。诸多的研究表明，通过调节土壤pH，可能会改变土壤重金属活性及其生物有效性，影响其从土壤向烟草的转移。

中国发明专利CN201410024916.0中公开了一种酸性及镉污染土壤种植烟草的改良剂，将海泡石粉和烟杆生物有机肥按照质量比1:8-10的比例混合，得到土壤改良剂，利用海泡石粉吸附性强，吸附钝化土壤中的重金属离子。但是海泡石粉的吸附能力有上限，海泡石粉吸附饱和后就会丧失吸附Cd的能力，因此其对土壤Cd污染的改良效果有限，同时海泡石粉吸附Cd元素后依然存在于土壤中，不能从根本上解决Cd污染。

发明内容

本发明目的是为了弥补已有技术缺陷，提供一种酸性及镉污染土壤种植烟草的改良剂，有效改善受污染土壤的酸度，降低受污染土壤中的Cd迁移率和植物有效性，同时有效降低了Cd的移动性，增加了土壤的吸附能力。

为实现上述目的，本发明通过以下方案予以实现：

本发明提供了一种酸性及镉污染土壤种植烟草的改良剂，包括以下重量份原料：生石灰22-28份、改性生物炭35-45份、贝壳粉18-24份、微生物菌剂2-5份、膨润土30-50份、硅钙肥12-20份和有机肥50-60份。

优选地，酸性及镉污染土壤种植烟草的改良剂，包括以下重量份原料：生石灰25份、改性生物炭38份、贝壳粉22份、微生物菌剂4份、膨润土40份、硅钙肥14份和有机肥55份。

优选地，改性生物炭为碱改性生物炭。

优选地，微生物菌剂为耐镉细菌或耐镉真菌，例如芽孢杆菌、蓝杆菌、代尔福特菌、淡紫拟青霉菌等。

优选地，硅钙肥按质量百分比计包括以下成分：二氧化硅40-50％、氧化钙35-45％、余量为微量元素，微量元素为铁、锌、锰、钼、铜和硒的一种或几种混合。

优选地，有机肥包括以下原料：棉籽饼、豆饼、鸡粪、腐熟稻秸秆和河塘淤泥。

优选地，酸性及镉污染土壤种植烟草的改良剂的制备方法包括以下步骤：

(1)将稻秸秆、稻壳烘干粉碎后置于箱式气氛炉中，通入氮气保持无氧条件加热至350-550℃，热解3-5h得到生物炭，再将生物炭浸入碱溶液中搅拌浸泡10-20min，用去离子水冲洗后，过滤烘干，得到改性生物炭；

(2)棉籽饼、豆饼、鸡粪、腐熟稻秸秆和河塘淤泥搅拌混合得到有机肥；

(3)将改性生物炭、有机肥与生石灰、贝壳粉、微生物菌剂、膨润土和硅钙肥搅拌混合，得到酸性及镉污染土壤种植烟草的改良剂。

优选地，步骤(1)中碱溶液为10-25％wt的KOH溶液，生物炭与KOH溶液的质量比为1：6-8。

优选地，酸性及镉污染土壤种植烟草的改良剂施用时作为基肥施入，施用量为200-350kg/亩。

本发明的有益效果是：

本发明申请使用生石灰、改性生物炭、贝壳粉、微生物菌剂、膨润土、硅钙肥和有机肥制备得到酸性及镉污染土壤种植烟草的改良剂，并将其作为基肥施入，有效改善受污染土壤的酸度，降低受污染土壤中的Cd迁移率和植物有效性，同时有效降低了Cd的移动性，增加了土壤的吸附能力。其中生石灰能够显著提升土壤pH值，降低土壤有效Cd含量；硅钙肥可以提高烟土中的硅含量，而随着土壤硅含量增加，土壤Zn、Cd、Pb的交换态和碳酸盐结合态均呈现下降趋势；微生物菌剂所使用的耐镉细菌或耐镉真菌可以对Cd固定或转化为低毒产物，从而降低Cd污染的危害；有机肥中有机质的腐殖酸能吸附Cd离子，使之形成难容的络合物，从而降低Cd金属在土壤中的生物有效性。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种酸性及镉污染土壤种植烟草的改良剂，包括以下重量份原料：生石灰28份、改性生物炭35份、贝壳粉20份、微生物菌剂3份、膨润土35份、硅钙肥18份和有机肥55份。

上述酸性及镉污染土壤种植烟草的改良剂的制备方法包括以下步骤：

(1)将稻秸秆、稻壳烘干粉碎后置于箱式气氛炉中，通入氮气保持无氧条件加热至400℃，热解5h得到生物炭，再将生物炭浸入15％wt的KOH溶液中搅拌浸泡20min，生物炭与KOH溶液的质量比为1：6，用去离子水冲洗后，过滤烘干，得到改性生物炭；

(2)棉籽饼、豆饼、鸡粪、腐熟稻秸秆和河塘淤泥搅拌混合得到有机肥；

(3)将改性生物炭、有机肥与生石灰、贝壳粉、芽孢杆菌、蓝杆菌、代尔福特菌、淡紫拟青霉菌菌剂、膨润土和硅钙肥搅拌混合，得到酸性及镉污染土壤种植烟草的改良剂，硅钙肥按质量百分比计包括以下成分：二氧化硅45％、氧化钙40％、余量为铁、锌、锰、钼、铜、硒等多种微量元素。

上述酸性及镉污染土壤种植烟草的改良剂施用时作为基肥施入，施用量为350kg/亩。

实施例2

一种酸性及镉污染土壤种植烟草的改良剂，包括以下重量份原料：生石灰25份、改性生物炭42份、贝壳粉22份、微生物菌剂4份、膨润土40份、硅钙肥15份和有机肥60份。

上述酸性及镉污染土壤种植烟草的改良剂的制备方法包括以下步骤：

(1)将稻秸秆、稻壳烘干粉碎后置于箱式气氛炉中，通入氮气保持无氧条件加热至350℃，热解5h得到生物炭，再将生物炭浸入25％wt的KOH溶液中搅拌浸泡15min，生物炭与KOH溶液的质量比为1：8，用去离子水冲洗后，过滤烘干，得到改性生物炭；

(2)棉籽饼、豆饼、鸡粪、腐熟稻秸秆和河塘淤泥搅拌混合得到有机肥；

(3)将改性生物炭、有机肥与生石灰、贝壳粉、芽孢杆菌、蓝杆菌、代尔福特菌、淡紫拟青霉菌菌剂、膨润土和硅钙肥搅拌混合，得到酸性及镉污染土壤种植烟草的改良剂，硅钙肥按质量百分比计包括以下成分：二氧化硅50％、氧化钙35％、余量为铁、锌、锰、钼、铜、硒等多种微量元素。

上述酸性及镉污染土壤种植烟草的改良剂施用时作为基肥施入，施用量为200kg/亩。

实施例3

一种酸性及镉污染土壤种植烟草的改良剂，包括以下重量份原料：生石灰25份、改性生物炭38份、贝壳粉22份、微生物菌剂4份、膨润土40份、硅钙肥14份和有机肥55份。

上述酸性及镉污染土壤种植烟草的改良剂的制备方法包括以下步骤：

(1)将稻秸秆、稻壳烘干粉碎后置于箱式气氛炉中，通入氮气保持无氧条件加热至400℃，热解4h得到生物炭，再将生物炭浸入20％wt的KOH溶液中搅拌浸泡15min，生物炭与KOH溶液的质量比为1：6.5，用去离子水冲洗后，过滤烘干，得到改性生物炭；

(2)棉籽饼、豆饼、鸡粪、腐熟稻秸秆和河塘淤泥搅拌混合得到有机肥；

(3)将改性生物炭、有机肥与生石灰、贝壳粉、芽孢杆菌、蓝杆菌、代尔福特菌、淡紫拟青霉菌菌剂、膨润土和硅钙肥搅拌混合，得到酸性及镉污染土壤种植烟草的改良剂，硅钙肥按质量百分比计包括以下成分：二氧化硅45％、氧化钙40％、余量为铁、锌、锰、钼、铜、硒等多种微量元素。

上述酸性及镉污染土壤种植烟草的改良剂施用时作为基肥施入，施用量为280kg/亩。

实施例4

一种酸性及镉污染土壤种植烟草的改良剂，包括以下重量份原料：生石灰25份、改性生物炭35份、贝壳粉22份、微生物菌剂5份、膨润土45份、硅钙肥15份和有机肥58份。

上述酸性及镉污染土壤种植烟草的改良剂的制备方法包括以下步骤：

(1)将稻秸秆、稻壳烘干粉碎后置于箱式气氛炉中，通入氮气保持无氧条件加热至500℃，热解3h得到生物炭，再将生物炭浸入25％wt的KOH溶液中搅拌浸泡10min，生物炭与KOH溶液的质量比为1：7，用去离子水冲洗后，过滤烘干，得到改性生物炭；

(2)棉籽饼、豆饼、鸡粪、腐熟稻秸秆和河塘淤泥搅拌混合得到有机肥；

(3)将改性生物炭、有机肥与生石灰、贝壳粉、芽孢杆菌、蓝杆菌、代尔福特菌、淡紫拟青霉菌菌剂、膨润土和硅钙肥搅拌混合，得到酸性及镉污染土壤种植烟草的改良剂，硅钙肥按质量百分比计包括以下成分：二氧化硅45％、氧化钙35％、余量为铁、锌、锰、钼、铜、硒等多种微量元素。

上述酸性及镉污染土壤种植烟草的改良剂施用时作为基肥施入，施用量为300kg/亩。

实施例5

一种酸性及镉污染土壤种植烟草的改良剂，包括以下重量份原料：生石灰28份、改性生物炭45份、贝壳粉24份、微生物菌剂2份、膨润土30份、硅钙肥20份和有机肥50份。

上述酸性及镉污染土壤种植烟草的改良剂的制备方法包括以下步骤：

(1)将稻秸秆、稻壳烘干粉碎后置于箱式气氛炉中，通入氮气保持无氧条件加热至550℃，热解3h得到生物炭，再将生物炭浸入10％wt的KOH溶液中搅拌浸泡20min，生物炭与KOH溶液的质量比为1：6，用去离子水冲洗后，过滤烘干，得到改性生物炭；

(2)棉籽饼、豆饼、鸡粪、腐熟稻秸秆和河塘淤泥搅拌混合得到有机肥；

(3)将改性生物炭、有机肥与生石灰、贝壳粉、芽孢杆菌、蓝杆菌、代尔福特菌、淡紫拟青霉菌菌剂、膨润土和硅钙肥搅拌混合，得到酸性及镉污染土壤种植烟草的改良剂，硅钙肥按质量百分比计包括以下成分：二氧化硅40％、氧化钙35％、余量为铁、锌、锰、钼、铜、硒等多种微量元素。

上述酸性及镉污染土壤种植烟草的改良剂施用时作为基肥施入，施用量为350kg/亩。

实施例6

一种酸性及镉污染土壤种植烟草的改良剂，包括以下重量份原料：生石灰22份、改性生物炭35份、贝壳粉18份、微生物菌剂5份、膨润土50份、硅钙肥12份和有机肥60份。

上述酸性及镉污染土壤种植烟草的改良剂的制备方法包括以下步骤：

(1)将稻秸秆、稻壳烘干粉碎后置于箱式气氛炉中，通入氮气保持无氧条件加热至350℃，热解5h得到生物炭，再将生物炭浸入10％wt的KOH溶液中搅拌浸泡20min，生物炭与KOH溶液的质量比为1：8，用去离子水冲洗后，过滤烘干，得到改性生物炭；

(2)棉籽饼、豆饼、鸡粪、腐熟稻秸秆和河塘淤泥搅拌混合得到有机肥；

(3)将改性生物炭、有机肥与生石灰、贝壳粉、芽孢杆菌、蓝杆菌、代尔福特菌、淡紫拟青霉菌菌剂、膨润土和硅钙肥搅拌混合，得到酸性及镉污染土壤种植烟草的改良剂，硅钙肥按质量百分比计包括以下成分：二氧化硅50％、氧化钙45％、余量为铁、锌、锰、钼、铜、硒等多种微量元素。

上述酸性及镉污染土壤种植烟草的改良剂施用时作为基肥施入，施用量为200kg/亩。

土壤培养试验

取酸性及镉污染土壤样品700g，平均分成7份，分别装在塑料瓶中，记为实验组1-7，其中实验组1-6中加入实施例1-6中改良剂各10g，实验组7中不加入改良剂，在实验组1-7中均加入去离子水，维持土壤含水量为田间最大持水量的70％，放入恒温恒湿培养箱中进行培养。在随后的培养过程中，用称重法保持水分总量不变，用保鲜膜封住瓶口，在保鲜膜上扎几个孔，25℃条件下培养。分别在培养0天、30天、60天取样测定土壤有效Cd含量。

土壤Cd有效态的测定：土壤自然风干后称取过1mm孔径尼龙筛的土壤样品10g，加入20ml lmol/L的CaC₂溶液(pH＝7)在震荡机上连续震荡1.5h后用中速定量滤纸过滤得上清液，用火焰原子吸收光谱仪(AA240，Varian，美国)测定，所有样品均做相应的试剂空白，并以标准溶液进行质量控制。

得到数据如下表1所示：

表1改良剂对土壤有效Cd含量的影响

由表1可以看出，实验组1-6中土壤有效Cd含量30天和60天时较初始Cd含量有明显降低，而实验组7中土壤有效Cd含量0天和60天时较初始Cd含量无明显变化，说明本发明申请酸性及镉污染土壤种植烟草的改良剂有效改善受污染土壤的酸度，降低受污染土壤中的Cd迁移率和植物有效性，同时有效降低了Cd的移动性，增加了土壤的吸附能力。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (9)

1.一种酸性及镉污染土壤种植烟草的改良剂，其特征在于，包括以下重量份原料：生石灰22-28份、改性生物炭35-45份、贝壳粉18-24份、微生物菌剂2-5份、膨润土30-50份、硅钙肥12-20份和有机肥50-60份。

2.根据权利要求1所述的酸性及镉污染土壤种植烟草的改良剂，其特征在于，包括以下重量份原料：生石灰25份、改性生物炭38份、贝壳粉22份、微生物菌剂4份、膨润土40份、硅钙肥14份和有机肥55份。

3.根据权利要求1所述的酸性及镉污染土壤种植烟草的改良剂，其特征在于，所述改性生物炭为碱改性生物炭。

4.根据权利要求1所述的酸性及镉污染土壤种植烟草的改良剂，其特征在于，所述微生物菌剂为耐镉细菌或耐镉真菌的一种。

5.根据权利要求1所述的酸性及镉污染土壤种植烟草的改良剂，其特征在于，所述硅钙肥按质量百分比计包括以下成分：二氧化硅40-50％、氧化钙35-45％、余量为微量元素。

6.根据权利要求1所述的酸性及镉污染土壤种植烟草的改良剂，其特征在于，所述有机肥包括以下原料：棉籽饼、豆饼、鸡粪、腐熟稻秸秆和河塘淤泥。

7.根据权利要求1所述的酸性及镉污染土壤种植烟草的改良剂，其特征在于，所述酸性及镉污染土壤种植烟草的改良剂的制备方法包括以下步骤：

(1)将稻秸秆、稻壳烘干粉碎后置于箱式气氛炉中，通入氮气保持无氧条件加热至350-550℃，热解3-5h得到生物炭，再将生物炭浸入碱溶液中搅拌浸泡10-20min，用去离子水冲洗后，过滤烘干，得到改性生物炭；

(2)棉籽饼、豆饼、鸡粪、腐熟稻秸秆和河塘淤泥搅拌混合得到有机肥；

(3)将改性生物炭、有机肥与生石灰、贝壳粉、微生物菌剂、膨润土和硅钙肥搅拌混合，得到酸性及镉污染土壤种植烟草的改良剂。

8.根据权利要求7所述的酸性及镉污染土壤种植烟草的改良剂，其特征在于，所述步骤(1)中碱溶液为10-25％wt的KOH溶液，生物炭与KOH溶液的质量比为1：6-8。

9.根据权利要求1所述的酸性及镉污染土壤种植烟草的改良剂，其特征在于，所述酸性及镉污染土壤种植烟草的改良剂施用时作为基肥施入，施用量为200-350kg/亩。