CN110818468A - 一种砷镉铅复合污染农田多功能修复材料及其施用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种砷镉铅复合污染农田多功能修复材料及其施用方法，修复材料包括叶面喷施药剂和土壤钝化剂：叶面喷施药剂为单独的控肥SP或由控肥SP和控肥F两部分组成；控肥SP为由硒化物、偏硅酸钾、磷酸二氢钾中的一种或几种混合后溶于水形成的溶液，硒化物为硒化钠或硒化钾中任意一种，控肥SP的溶液中含有钾离子；控肥F为由铁盐或铁盐与硫酸锰混合溶于水形成的溶液，铁盐为硫酸铁或硫酸亚铁中任意一种或二者的混合物；土壤钝化剂为铁系钝化剂和/或碱系钝化剂。本发明根据土壤和农产品中污染物种类，有针对性的选择土壤钝化剂和叶面喷施药剂，配合科学的施用方法，可以有效保护农产品安全、提高农产品产量及品质。

Description

一种砷镉铅复合污染农田多功能修复材料及其施用方法
技术领域
本发明属于农业喷灌施肥技术领域，特别涉及一种砷镉铅复合污染农田多功能修复材料及其施用方法。
背景技术
砷，是一非金属元素，主要以硫化物的形式存在如雄黄（As4S4）、雌黄(As2S3)，砷黄铁矿(FeAsS)等。砷的化合物还广泛用于制造防腐剂、染料、农药、除草剂、杀虫剂和医药等。
2017年10月27日，世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单初步整理参考，砷和无机砷化合物在一类致癌物清单中。2019年7月23日，砷及砷化合物被列入有毒有害水污染物名录（第一批）。土壤中砷污染达到一定程度，会导致土壤退化以及生长的农作物产量和品质下降，更严重的是会导致农作物可食部分的砷含量过高，损害人体健康。
目前，降低砷的可移动性，可以借助加入的Fe2+及其氧化产生的Fe3+，将As(Ⅲ)氧化成As(Ⅴ)，用碱调节pH在8-10范围，使Fe3+、Fe2+水解形成氢氧化物胶体，胶体将AsO4 3-、Ca(AsO2)2、Fe(AsO2)3及其它形态的含砷化合物吸附在表面，胶体凝聚将砷包裹固定。
但是，一种药剂难以同时稳定多种重金属，尤其是不同种类的重金属，比如磷酸盐对铅（Pb2+）具有较好的稳定化效果，但对砷(AsO4 3-)却有活化释放作用。Acharyya（Nature,1999）等人指出，上世纪60到90年代孟加拉地下水砷污染是因农田磷肥的大量使用，PO4 3-与AsO4 3-在金属氧化物表面发生竞争吸附，使部分砷解吸附进入地下水造成。另外，多种阴离子如果共存还存在着相互竞争吸附的问题，进而不同程度的影响重金属解析。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明的目的是提供一种砷镉铅复合污染农田多功能修复材料及其施用方法，解决砷镉铅污染的农田农作物重金属超标的问题，有效降低农作物可食用部分砷、镉、铅的含量，使其低于国家标准食品中污染物限量。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种砷镉铅复合污染农田多功能修复材料，所述修复材料包括叶面喷施药剂和土壤钝化剂：
所述叶面喷施药剂为单独的控肥SP或由控肥SP和控肥F两部分组成；所述控肥SP为由硒化物、偏硅酸钾、磷酸二氢钾中的一种或几种混合后溶于水形成的溶液，所述硒化物为硒化钠或硒化钾中任意一种，所述控肥SP的溶液中含有钾离子；控肥F为由铁盐或铁盐与硫酸锰混合溶于水形成的溶液，所述铁盐为硫酸铁或硫酸亚铁中任意一种或二者的混合物；
所述土壤钝化剂为铁系钝化剂和/或碱系钝化剂。
进一步的，所述铁系钝化剂以铁砂、磁铁矿粉、赤铁矿粉、硫酸铁、硫酸亚铁中的任意一种或几种混合物为基质，将所述基质与腐殖质、木屑、膨润土、草木灰、树叶、尿素中的一种或几种的混合物以1~5：1~5的质量份数混合而成。
进一步的，所述碱系钝化剂以钙、镁的氧化物或氢氧化物，或碱性的工业废渣中的任意一种或几种混合物为基质，将所述基质与腐殖质、木屑、膨润土、草木灰、树叶、尿素中的一种或几种的混合物以1~5：1~5的质量份数混合而成。
进一步的，所述碱性的工业废渣包括电石渣、粉煤灰和钢渣。
进一步的，控肥F中铁元素与锰元素的质量比为 10~50：1。
所述修复材料的施用方法，包括以下步骤：
根据土壤和农产品中污染物种类，有针对性的选择土壤钝化剂和叶面喷施药剂。土壤有无砷污染考虑是否以铁系钝化剂为主，根据土壤有无镉和/或铅污染考虑是否以碱系钝化剂为主。
1）种植前，按污染土壤中污染物种类和含量，铁系钝化剂和碱系钝化剂有侧重的施入土壤中，按土壤质量为1%-10%施加，对土壤进行翻耕，使土壤钝化剂与重金属充分接触，采用旋耕机进行混合均匀，旋耕次数为1-3次，旋耕深度为10cm-30cm；旋耕混合，养护1-2周后，即可开展土地种植利用；
2）种植后，稀释叶面喷施药剂，使控肥SP中钾离子浓度在0.1g/L~10g/L范围, 调节控肥SP的pH在6~10；使控肥F中铁离子浓度在0.1mg/L~10mg/L；禾谷类作物孕穗期或其他作物开花期结果初期，雨后第2天，或用水喷施第2天，根据籽粒或果实中砷与镉和/或铅超标情况选择喷施稀释后的控肥SP或控肥SP和控肥F各 2-8次。
本发明相比现有技术的有益效果为：
本发明所述的多功能修复材料，由叶面喷施药剂和土壤钝化剂共同配合完成。施用时，根据土壤中污染物种类，有针对性的选择土壤钝化剂固定污染元素，提高稳定化效果。种植后，根据作物可食用部分污染物含量交错喷施两种控肥，可有效降低农作物可食用部分的砷镉铅含量，使其均低于食品安全国家标准中污染物限量，满足食品安全国家标准，同时提高农作物产品品质。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供了一种砷镉铅复合污染农田多功能修复材料，所述修复材料包括叶面喷施药剂和土壤钝化剂：所述叶面喷施药剂为控肥SP，所述土壤钝化剂包括铁系钝化剂和碱系钝化剂。
所述铁系钝化剂和碱系钝化剂的重量比为2:3。所述铁系钝化剂以磁铁矿粉为基质，由磁铁矿粉2份，腐殖质2份，草木灰2份混合而成；所述碱系钝化剂以电石渣和粉煤灰的混合物为基质，由电石渣2份、粉煤灰1份、膨润土1份、腐殖质1份混合而成。
所述控肥SP含硒化物、偏硅酸钾和磷酸二氢钾。
实验用地为砷、镉污染，未经干预种植得到的糙米镉超标。种植前按土壤质量施加2%的上述铁系钝化剂和3%的碱系钝化剂，对土壤进行翻耕，使钝化剂与重金属充分接触，提高稳定化效果，采用旋耕机进行混合均匀，旋耕次数为2次，旋耕深度为25cm。在旋耕混合后，对耕地土壤进行灌溉，养护1-2周后，插秧种植。
水稻孕穗期喷施3次含硒化钠0.3mg/L、偏硅酸钾0.5g/L，磷酸二氢钾1g/L的控肥SP喷施液。
糙米中镉含量相比未使用本实施例所述多功能修复材料的对照组，降低了35.5%；相比不用叶面喷施药剂只用土壤钝化剂的对照比，降低了32.1%，均低于食品安全国家标准中污染物限量0.2mg/kg，满足食品安全国家标准。
实施例2
本实施例提供了一种砷镉铅复合污染农田多功能修复材料，所述修复材料包括叶面喷施药剂和土壤钝化剂：所述叶面喷施药剂包括控肥F和控肥SP，所述土壤钝化剂包括铁系钝化剂和碱系钝化剂。
所述铁系钝化剂和碱系钝化剂的重量比为1:1。所述铁系钝化剂以赤铁矿粉为基质，由赤铁矿粉2份，腐殖质2份，草木灰1份混合而成；所述碱系钝化剂以石灰和粉煤灰的混合物为基质，由石灰2份、粉煤灰1份、膨润土2份、树叶1份混合而成。
所述控肥F含硫酸铁、硫酸亚铁，控肥SP含偏硅酸钾。
实验用地为砷镉污染，土壤中镉超标严重，未经干预种植得到的玉米砷超标。种植前按土壤质量施加3%的上述铁系钝化剂，养护1天后加3%的碱系钝化剂，对土壤进行翻耕，使钝化剂与重金属充分接触，提高稳定化效果，采用旋耕机进行混合均匀，旋耕次数为2次，旋耕深度为25cm。旋耕、浇水混合，对耕地土壤养护1周后，种植玉米。
种植后，玉米始穗期前先喷施水，再交替喷施3次含硫酸铁5mg/L、硫酸亚铁3mg/L控肥F，2次含偏硅酸钾5g/L控肥SP。收成时，秸秆统一收割，晾晒干化后，进行资源化处理或送生物质能发电厂处理。
玉米中砷含量均低于0.5mg/kg，相比未使用本实施例所述多功能修复材料的对照组，降低了52%，比不用叶面喷施药剂只用土壤钝化剂的对照比，降低了35.5%，均低于国家标准食品中污染物限量，满足食品安全国家标准。
实施例3
本实施例提供了一种砷镉铅复合污染农田多功能修复材料，所述修复材料包括叶面喷施药剂和土壤钝化剂：所述叶面喷施药剂为控肥SP，土壤钝化剂为碱系钝化剂。
所述碱系钝化剂以石灰和钢渣两者的混合物为基质，由石灰2份、钢渣1份、腐殖质2份、膨润土1份混合而成。
所述控肥SP含硒化钾和磷酸二氢钾。
实验用地为铅镉复合污染土壤，未经干预种植得到的茄子中铅镉含量均超标。种植前按土壤质量施加5%碱系钝化剂到所述铅镉复合污染土壤中，混合均匀，使钝化剂与重金属充分接触，提高稳定化效果。在混合后，翻耕浇水，养护一周，种植茄子。
种植后，待茄子开花结果初期，喷施硒化钾为0.3mg/L、磷酸二氢钾1.5g/L的控肥SP共3次。茄子产量比未经修复处理的对照提高了25%，茄子中铅和镉含量均分别低于0.1mg/kg和0.05mg/kg。均低于食品安全国家标准中污染物限量，满足食品安全国家标准。
实施例4
本实施例提供了一种砷镉铅复合污染农田多功能修复材料，所述修复材料包括叶面喷施药剂和土壤钝化剂：所述叶面喷施药剂包括控肥F和控肥SP，所述土壤钝化剂包括铁系钝化剂和碱系钝化剂。
所述铁系钝化剂由磁铁矿粉与膨润土1:1混合制得，碱系钝化剂由电石渣与腐殖质2:1混合制得。
所述控肥F为质量浓度为10g/L的硫酸铁溶液，控肥SP为质量浓度为10g/L的磷酸二氢钾和1g/L偏硅酸钾溶液。
实验用地为砷镉污染，未经干预种植得到的小麦籽粒中镉含量超标。种植前按土壤质量施加6%的上述铁系钝化剂，翻耕浇水，使钝化剂与重金属充分接触，24小时后按土壤质量5%施加上述碱系钝化剂，对土壤进行翻耕，使钝化剂与重金属充分接触，提高稳定化效果，采用旋耕机进行混合均匀，旋耕次数为2次，旋耕深度为20cm。养护7-10天后，种植小麦。
小麦抽穗时，先用清水喷施1次，再用稀释10000倍的上述控肥F喷施1次，然后用稀释10倍的上述控肥SP喷施3次。
小麦籽粒中镉含量低于0.1mg/kg，满足食品安全国家标准。
实施例5
本实施例提供了一种砷镉铅复合污染农田多功能修复材料，所述修复材料包括叶面喷施药剂和土壤钝化剂：所述叶面喷施药剂包括控肥F和控肥SP，所述土壤钝化剂包括铁系钝化剂和碱系钝化剂。
所述铁系钝化剂以赤铁矿粉为基质，由赤铁矿粉、腐殖质、草木灰按1：1：1质量比混合构成；所述碱系钝化剂以石灰和粉煤灰两者的混合物为基质，由石灰、粉煤灰、木屑、树叶按质量比1：2：2：2混合构成。
所述控肥F含硫酸铁和硫酸锰，控肥SP含偏硅酸钾和磷酸二氢钾。
实验用地为铅、镉、砷复合污染土壤，未经干预种植得到的小麦籽粒中铅镉含量较高。种植前按土壤质量8%施加上述铁系钝化剂到所述复合污染土壤中，使钝化剂与重金属充分接触，24小时后按土壤质量10%施加上述碱系钝化剂，翻耕浇水，提高稳定化效果，采用旋耕机进行混合均匀，旋耕次数为3次，旋耕深度为20-30cm。养护一周，种植小麦。
待小麦孕穗时，向叶面喷施清水，第二天喷施含硫酸铁2mg/L、硫酸锰0.1mg/L的控肥F，第三天开始喷施含偏硅酸钾0.5g/L、磷酸二氢钾1g/L的控肥SP，隔天连续喷施3次。小麦籽粒中铅和镉含量明显下降，满足食品安全国家标准。

Claims (6)

1.一种砷镉铅复合污染农田多功能修复材料，其特征在于，所述修复材料包括叶面喷施药剂和土壤钝化剂：所述叶面喷施药剂为单独的控肥SP或由控肥SP和控肥F两部分组成；所述控肥SP为由硒化物、偏硅酸钾、磷酸二氢钾中的一种或几种混合后溶于水形成的溶液，所述硒化物为硒化钠或硒化钾中任意一种，所述控肥SP的溶液中含有钾离子；控肥F为由铁盐或铁盐与硫酸锰混合溶于水形成的溶液，所述铁盐为硫酸铁或硫酸亚铁中任意一种或二者的混合物；所述土壤钝化剂为铁系钝化剂和/或碱系钝化剂。
2.根据权利要求1所述的砷镉铅复合污染农田多功能修复材料，其特征在于，所述铁系钝化剂以铁砂、磁铁矿粉、赤铁矿粉、硫酸铁、硫酸亚铁中的任意一种或几种混合物为基质，将所述基质与腐殖质、木屑、膨润土、草木灰、树叶、尿素中的一种或几种的混合物以1~5：1~5的质量份数混合而成。
3.根据权利要求1所述的砷镉铅复合污染农田多功能修复材料，其特征在于，所述碱系钝化剂以钙、镁的氧化物或氢氧化物，或碱性的工业废渣中的任意一种或几种混合物为基质，将所述基质与腐殖质、木屑、膨润土、草木灰、树叶、尿素中的一种或几种的混合物以1~5：1~5的质量份数混合而成。
4.根据权利要求3所述的砷镉铅复合污染农田多功能修复材料，其特征在于，所述碱性的工业废渣包括电石渣、粉煤灰和钢渣。
5.根据权利要求1所述的砷镉铅复合污染农田多功能修复材料，其特征在于，控肥F中铁元素与锰元素的质量比为 10~50：1。
6.一种如权利要求1-5任一项所述修复材料的施用方法，其特征在于，所述施用方法包括以下步骤
1）种植前，按土壤质量1%-10%施加铁系钝化剂和/或碱系钝化剂，对土壤进行翻耕，使土壤钝化剂与重金属充分接触，采用旋耕机进行混合均匀，养护1-2周后，即可开展土地种植利用；
2）种植后，稀释叶面喷施药剂，使控肥SP中钾离子浓度在0.1g/L~10g/L范围，调节控肥SP的pH在6~10；使控肥F中铁离子浓度在0.1mg/L~10mg/L；禾谷类作物孕穗期或其他作物开花期结果初期，雨后第2天，或用水喷施第2天，根据籽粒或果实中砷与镉和/或铅超标情况选择喷施稀释后的控肥SP或控肥SP和控肥F各 2-8次。
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