CN111136098A

CN111136098A - 一种基于粉垄耕作土壤污染修复和地力培肥方法

Info

Publication number: CN111136098A
Application number: CN202010070671.0A
Authority: CN
Inventors: 韦本辉; 张宪; 宁秀呈
Original assignee: Guangxi Fanlong Technology Development Co Ltd
Current assignee: Guangxi Daye Fanlong Technology Co Ltd
Priority date: 2020-01-21
Filing date: 2020-01-21
Publication date: 2020-05-12
Anticipated expiration: 2040-01-21
Also published as: CN111136098B

Abstract

一种基于粉垄耕作土壤污染修复和地力培肥方法，步骤为：（1）将耕地周边挖掘深沟形成排水系统，达到能排能灌的要求；（2）耕地粉垄耕作，第一次粉垄耕作深度旱地40厘米以上，稻田深度25厘米以上，每次粉垄耕作后播种绿肥，每隔2‑3个月结合绿肥还田压青进行粉垄耕作；（3）每次粉垄耕作之后，视雨季等气候条件，进行干、湿交替水分管理，让土壤中残留的重金属及农药等有害物质从耕作层的上层往下移到底层，利用雨季下雨进行田间满田储水，通过排水系统迅速向外排出；（4）粉垄兼绿肥种植，年内2‑3次交替，第2年以后即可种植农作物。本方法利用粉垄耕作，实现低成本的土壤污染修复和地力培肥。

Description

一种基于粉垄耕作土壤污染修复和地力培肥方法

技术领域

本发明涉及土壤修复的技术领域，具体是一种快速松排土的基于粉垄耕作土壤污染修复和地力培肥方法。

背景技术

随着我国工业和城市化的不断发展、工业和生活废水排放、污水灌溉和过度使用化肥农药等造成的土壤重金属污染问题也日益严重。土壤重金属污染来源有金属矿山开采冶炼、化学工业生产、重金属农药、污水灌溉和化肥施用以及高地质背景值等，其中有色金属矿业采选和冶炼所排放的含重金属废气沉降、废水灌溉，以及废渣等固体废料溶蚀扩散进入土壤等是重金属污染的主要途径。中国工程院院士罗锡文表示，我国受镉、砷、汞、铜、铅、锌等重金属污染的耕地约有3亿亩，占总耕地面积的1/6。国土资源部曾公开表示，我国每年因重金属污染的粮食达1200万吨，造成的直接经济损失超过200亿元，而这些粮食足以每年多养活4000多万人口。土壤重金属污染已成为土壤污染中倍受关注的公共问题之一。

耕地作物由于长期使用化学肥料、农药等，使土壤中富集有害物质，土壤环境不断恶化，具体体现在以下几个方面：1.土壤有机质下降，导致土壤酸碱度失调。化肥农药的过量使用，使土壤富盐化，土壤中微生物群落数和群落量大量减少，带来土壤通透性变差、土壤板结、胶体数量减少、耕作不易、保肥能力大大下降，有的则使土壤酸碱度反应失调。2．土壤浅育化现象加剧，氧化还原电位下降，有毒物质增加。3．土壤养分不平衡现象不断加剧。土壤或次生潜育化，存在青隔层，通透性差；或熟化度低，肥力差，缺乏营养。4．矿毒型污染危害。旱地土壤中开始富集多种金属、非金属有毒物质及化学污染物质，对作物造成毒害，导致严重减产，还会造成粮食重金属以及对人体有害物质的超标，危害人体健康。

据了解，国内外常采用的重金属污染土壤的治理和修复方法有化学钝化技术、土壤淋洗技术等化学修复技术，以及微生物修复技术和植物修复技术等。即使采用成本较低的植物修复法，其修复资金也将达到6万亿元。据中国农业科学院农业资源区划所研究员徐明岗介绍：“从农业生产的角度看，种植不进入食物链的植物吸附重金属后集中处理，或增施能够钝化重金属的有机肥、土壤改良剂等措施比较符合现阶段我国农业发展水平，且易于为广大农民掌握和接受。”但种植不进入食物链的植物最然可行，但与经济效益最大化的现代化耕种模式不相匹配，短时间内难以实现；增施钝化重金属的有机肥及土壤改良剂成本较高，且需每季作物连续使用才有较好的效果，这对于目前中国农业的发展程度还不足以达到此需求。

发明人广西农科院经济作物研究所研究员韦本辉一直致力于高产、蓄水保墒、水土保持耕作方法的研究，他发明的粉垄栽培技术具有明显的高效利用水分、养分、光热等自然资源的特征，增产效果显著，是一种创新的现代农业模式，不仅如此，韦本辉研究员还提出：土壤、水分、光能等自然资源增量利用的“粉垄增量效应理论”和“以根为本”、“营养均衡供应”、“根深御旱寒强后劲”等作物高效栽培新理论，主持粉垄农耕新方法研究，自主发明粉垄农耕新方法，在辽宁、甘肃、湖南等8个省在13种作物上应用比传统耕作增产10～30%，被院士等专家鉴定为省级成果并认定为原创性。发明人在对粉垄耕作技术的推广实践中还发现，利用粉垄机械及粉垄耕作技术，对长期以来过量施用化肥、农药等残留在土壤中的有害物质如镉、铬、汞及其他化学物质，达到修复净化土壤的目的。通过粉垄可以有效改善土壤环境，提高作物产量，和保证粮食安全，经济与生态效益俱佳。韦本辉研究员在耕作模式方面做了大量研究，他提出土壤、水分、光能等自然资源增量利用的“粉垄增量效应理论”和“以根为本”、“营养均衡供应”、“根深御旱寒强后劲”等作物高效栽培新理论，主持粉垄农耕新方法研究，自主发明粉垄农耕新方法，在辽宁、甘肃、湖南等8个省在13种作物上应用比传统耕作增产10-30%，被院士等专家鉴定为省级成果并认定为原创性。同时，他还发现合理利用粉垄操作并进行改进对于修复被污染土壤也有良好的效果，其发明的多项专利证明粉垄可以更好的提高土壤中微生物的数量及土壤含氧量，且利于保水保墒，增产增收等。因此，如何利用常规土地管理模式来修复被污染土壤，不需增加额外成本，且能保产保收，对于我国被污染土壤领域有着重要意义。韦本辉研究员早期也申请了关于粉垄修复土壤的专利，如申请号：201410846133.0，名称：一种粉垄暗沟系统设置修复被污染土壤方法，申请日：2014.12.31，申请人：广西壮族自治区农业科学院经济作物研究所，地址：530007广西壮族自治区南宁市大学东路174号，发明人：韦本辉、周佳、甘秀芹、刘斌、韦元波、申章佑、劳承英、李艳英、胡泊，摘要：本发明公开了一种粉垄暗沟系统设置修复被污染土壤方法，通过粉垄耕作时，利用粉垄机械螺旋钻头一字排列，中间一根（或2根）钻头加长，在粉垄耕作过程中耕作松土层下的犁底层层面上形成凹状条沟；在粉垄过程中清沟，在沟内摆放一定厚度（如2-3厘米）的杂草或树枝条，在一块田（地）的四周，再采用人工挖沟，设置排水排污口，形成耕作松土层以下的一个排污网络系统，以利于排污；被重金属和残留的化肥、农药等污染的土壤，通过天然降水或人工灌溉的浸透淋洗，随水分下沉到粉垄土壤松土层底部与犁底层交界处，再由此层面下沉到凹状条沟中，通过粉垄耕作形成的排污网络系统排除污染物，达到减污修复土地的目的。又如申请号：201810371889.2，名称：粉垄修复净化旱地土壤残留有害物质的方法，申请日：2018.04.24，申请人：广西壮族自治区农业科学院经济作物研究所，地址：530007广西壮族自治区南宁市大学东路174号，发明人：韦本辉、申章佑、张宪、周灵芝、周佳、韦元波、劳承英、李艳英、胡泊，摘要：本发明公开了一种粉垄修复净化旱地土壤残留有害物质的方法，其利用粉垄机械螺旋钻头一字排列，中间钻头加长，粉垄深度达35～40厘米，在粉垄耕作过程中耕作松土层层面上形成凹状条沟；粉垄机械长根螺旋钻头后方配置清理沟内土壤的方铲，在粉垄过程中清沟，在沟内埋放PVC管，管道上面加一层塑料网，网上铺上一层厚度3～5cm的粗砂，以利于有害物质下渗至管道内，通过管道而外排；在旱地作物种植安排和田间管理过程中，采用利于聚水或等高线（坡地）开厢（畦）种植，如利用天然降水灌溉的，在厢（畦）间的排水沟，每隔10米左右设小坝蓄水，以水渗透动力，让土壤中的有害物质下渗下沉到预埋的 PVC管内，达到修复净化土壤的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用粉垄耕作和播种绿肥，实现低成本的土壤污染修复和地力培肥的方法。

为了实现本发明的目的，所采取的技术方案为：

一种基于粉垄耕作土壤污染修复和地力培肥方法，其特征在于：步骤为：（1）将被化肥农药和或重金属污染的耕地周边挖掘深沟形成排水系统，达到能排能灌的要求；（2）对耕地进行非种植农作物的粉垄耕作，第一次粉垄耕作深度旱地40厘米以上，稻田深度25厘米以上，每次粉垄耕作后播种绿肥，相隔2-3个月结合绿肥还田压青进行第二次粉垄耕作，再相隔2-3个月进行第三次粉垄绿肥压青；第二次、第三次粉垄耕作深度旱地40厘米左右，稻田深度25厘米左右，将绿肥深埋还田压青，以达到土壤反复深松和绿肥肥土的目的；（3）每次粉垄耕作之后，视雨季等气候条件，进行干、湿交替水分管理，让土壤中残留的重金属及农药等有害物质从耕作层的上层往下移到底层，利用雨季下雨进行田间满田储水，通过排水系统迅速向外排出，达到土壤有害物质的净化修复目的；（4）粉垄兼绿肥种植，1年内可进行2-3次交替，土壤有机质大幅度增加、肥力提高，第2年以后即可种植农作物，此时土壤基本健康又由低产田变成中产田、中产田变成高产田的新平台；此时种植农作物，如水稻减施化肥30-40%仍能保持增产，品质也得到提高。

所述的粉垄耕作采用的粉垄钻头包括钻头杆、螺旋叶片和钻头，螺旋叶片焊接在钻头杆的表面呈螺旋上升状，所述的钻头杆的顶端设置有便于将粉垄钻头连接安装的连接板；所述的螺旋叶片上设置有多个过泥孔；粉垄钻头在粉垄工作时，螺旋叶片旋切泥土，钻头杆阻挡一部分的泥土，会有些泥土被挤压粘结在螺旋叶片上，而过泥孔的设置能提供通道，在该部分泥土被挤压时会从该过泥孔通过，减少泥土粘结现象，达到减少耕作阻力和降低油耗量的目的；钻头杆的底端设置有旋耕杆，旋耕杆底端设置有便于切入泥土的钻头，旋耕杆上设置有多个旋耕刀座，旋耕刀座在旋耕杆上呈螺旋上升布置；旋耕刀座上通过螺栓紧固件安装有旋耕刀；旋耕刀呈似L形。

优选的：所述的螺旋叶片的外延的厚度小于与钻头杆焊接一侧的厚度。

优选的：所述的螺旋叶片的外延设置有耕刀，所述的耕刀呈似7字形，耕刀一端固定在螺旋叶片上，另一端朝下。为了便于耕刀的拆卸更换，呈似7字形的耕刀上设置有螺孔，螺旋叶片上也设置有对应的螺孔，耕刀通过螺栓连接组件安装固定在螺旋叶片上，螺栓连接组件指的是螺栓、螺母、平垫和弹垫。

采用的粉垄钻头安装在粉垄传动箱下部，可选配拖拉机驱动牵引及控制升降或由设置有驾驶室的专用机头驱动牵引及控制升降。

本基于粉垄耕作土壤污染修复和地力培肥方法的优点：

1、本基于粉垄耕作土壤污染修复和地力培肥方法采用粉垄耕作结合播种绿肥，让土壤中残留的重金属及农药等有害物质从耕作层的上层往下移到底层，利用雨季下雨进行田间满田储水，通过排水系统迅速向外排出，达到土壤有害物质的净化修复目的，粉垄兼绿肥种植，年内2-3次交替，土壤有机质大幅度增加、肥力提高，实现低成本的土壤污染修复和地力培肥。

2、采用的粉垄砖头设置巧妙，克服了现有螺旋钻头易于盆轴间粘结土壤杂草阻力大、耕作速率低等弊端，螺旋叶片上设置有多个过泥孔，将立式螺旋盘型钻头中的螺旋盘进行穿孔排土减阻处理，达到减少耕作阻力和降低油耗量的目的。

3、螺旋叶片的外延周边设置有多把耕刀，耕刀也呈螺旋上升布置，刀口斜侧向下弯，使粉垄钻头在高速旋耕碎土过程中耕刀快速切割土壤，且耕刀朝下安装，耕土时耕具更平稳，减少晃动、从而减少机械损伤率，且泥土不易飞溅。

4、钻头杆的底端设置有旋耕杆，旋耕杆底端设置有便于切入泥土的钻头，旋耕杆上设置有多个旋耕刀座，钻头杆上的螺旋叶片和耕刀旋磨切碎泥土，旋耕杆上的旋耕刀旋耕打碎泥土；钻头杆上的螺旋叶片和耕刀碎土粒度小于旋耕杆上的旋耕刀碎土的粒度，形成上层小颗粒土下层大颗粒土，底层泥土不易粘结，更利于泥土的保氧、保水，更利于土壤的污染修复，修复时间更短。

附图说明

图1是采用的粉垄钻头的结构示意简图；

图2是图1中钻头杆的安装结构示意图；

图3是图1中耕刀的结构示意图；

图4是图1中旋耕杆的安装结构示意图；

图5是图4的俯视图；

图6是实施例4中粉垄钻头安装成粉垄机的结构示意图；

图7是图6中粉垄传动箱的安装结构示意图；

图8是图7的右视图；

图9是实施例5中粉垄钻头安装成粉垄机的结构示意图；

图10是图9中粉垄传动箱的安装结构示意图；

图中序号的部件名称为：

1、钻头杆，2、连接板，3、螺旋叶片，4、过泥孔，5、螺栓连接组件，6、耕刀，7、旋耕杆，8、旋耕刀座，9、旋耕刀，10、钻头，11、螺孔，12、行走轮，13、驾驶室，14、动力装置，15、车架，16、液压缸，17、铰接臂，18、液压马达，19、粉垄传动箱，20、输出轴头，21、粉垄钻头，22、铰接座，23、侧悬臂，24、拖拉机，25、连接轴，26、中间悬臂。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请进一步详细说明。

实施例1

采用以下步骤即可完成基于粉垄耕作土壤污染修复和地力培肥：

（1）将被化肥农药和或重金属污染的耕地周边挖掘深沟形成排水系统，达到能排能灌的要求；（2）对耕地进行非种植农作物的粉垄耕作，第一次粉垄耕作深度旱地40厘米以上，稻田深度25厘米以上，每次粉垄耕作后播种绿肥，相隔2-3个月结合绿肥还田压青进行第二次粉垄耕作，再相隔2-3个月进行第三次粉垄绿肥压青；（3）每次粉垄耕作之后，视雨季等气候条件，进行干、湿交替水分管理，让土壤中残留的重金属及农药等有害物质从耕作层的上层往下移到底层，利用雨季下雨进行田间满田储水，通过排水系统迅速向外排出，达到土壤有害物质的净化修复目的；（4）粉垄兼绿肥种植，年内2-3次交替，土壤有机质大幅度增加、肥力提高，第2年以后即可种植农作物。

实施例2

所述的粉垄耕作采用的粉垄钻头包括钻头杆1、螺旋叶片3和钻头10，螺旋叶片3焊接在钻头杆1的表面呈螺旋上升状，所述的钻头杆1的顶端设置有便于将粉垄钻头连接安装的连接板2；所述的螺旋叶片3上设置有多个过泥孔4；粉垄钻头在粉垄工作时，螺旋叶片3旋切泥土，钻头杆1阻挡一部分的泥土，会有些泥土被挤压粘结在螺旋叶片3上，而过泥孔4的设置能提供通道，在该部分泥土被挤压时会从该过泥孔4通过，减少泥土粘结现象，达到减少耕作阻力和降低油耗量的目的；钻头杆1的底端设置有旋耕杆7，旋耕杆7底端设置有便于切入泥土的钻头10，旋耕杆7上设置有多个旋耕刀座8，旋耕刀座8在旋耕杆7上呈螺旋上升布置；旋耕刀座8上通过螺栓紧固件安装有旋耕刀9；旋耕刀9呈似L形。

所述的螺旋叶片3的外延的厚度小于与钻头杆1焊接一侧的厚度。

实施例3

所述的螺旋叶片3的外延设置有耕刀6，所述的耕刀6呈似7字形，耕刀6一端固定在螺旋叶片3上，另一端朝下。为了便于耕刀6的拆卸更换，呈似7字形的耕刀6上设置有螺孔11，螺旋叶片3上也设置有对应的螺孔，耕刀6通过螺栓连接组件5安装固定在螺旋叶片3上，螺栓连接组件5指的是螺栓、螺母、平垫和弹垫。

实施例4

所述的粉垄耕作采用立式螺旋盘粉垄机，包括车架15和粉垄传动箱19，车架15底部安装有行走轮12，车架15上安装有驾驶室13和动力装置14；粉垄传动箱19安装在车架15后部，粉垄传动箱19上安装有铰接臂17、液压马达18和铰接座22，铰接臂17通过液压缸16与车架15连接，铰接座22也与车架15铰接；通过控制液压缸16的液压缸轴的伸缩，带动粉垄传动箱19以铰接座22为支点翻转。粉垄传动箱19底部安装有由液压马达18驱动的粉垄钻头21，粉垄钻头21顶端的连接板2通过螺栓连接组件与设置在粉垄传动箱19底部的输出轴头20连接。粉垄传动箱19内安装有相应的齿轮和轴，液压马达18输出的动力经过齿轮和轴传递到输出轴头20，从而带动粉垄钻头21旋转。

所述的粉垄钻头21包括钻头杆1、螺旋叶片3和钻头10，螺旋叶片3焊接在钻头杆1的表面呈螺旋上升状，所述的钻头杆1的顶端设置有便于将粉垄钻头连接安装的连接板2；所述的螺旋叶片3上设置有多个过泥孔4；粉垄钻头在粉垄工作时，螺旋叶片3旋切泥土，钻头杆1阻挡一部分的泥土，会有些泥土被挤压粘结在螺旋叶片3上，而过泥孔4的设置能提供通道，在该部分泥土被挤压时会从该过泥孔4通过，减少泥土粘结现象，达到减少耕作阻力和降低油耗量的目的；钻头杆1的底端设置有旋耕杆7，旋耕杆7底端设置有便于切入泥土的钻头10，旋耕杆7上设置有多个旋耕刀座8，旋耕刀座8在旋耕杆7上呈螺旋上升布置；旋耕刀座8上通过螺栓紧固件安装有旋耕刀9；旋耕刀9呈似L形。

实施例5

所述的粉垄耕作采用立式螺旋盘粉垄机，其包括拖拉机24和粉垄传动箱19，粉垄传动箱19安装在拖拉机24的后部；粉垄传动箱19的中间上部设置有铰接臂17，粉垄传动箱19的两侧分别设置有铰接座22，铰接臂17与拖拉机24的中间悬臂26连接，铰接座22与拖拉机24的侧悬臂23连接；粉垄传动箱19底部安装有粉垄钻头21，粉垄钻头21顶端的连接板2通过螺栓连接组件与设置在粉垄传动箱19底部的输出轴头20连接。粉垄传动箱19内安装有相应的齿轮和轴，粉垄传动箱19还通过连接轴25与拖拉机24的传动箱连接，将拖拉机24的动力传递到粉垄传动箱19内；连接轴25输入的动力经过齿轮和轴传递到输出轴头20，从而带动粉垄钻头21旋转。

所述的粉垄钻头21所述的粉垄钻头21包括钻头杆1、螺旋叶片3和钻头10，螺旋叶片3焊接在钻头杆1的表面呈螺旋上升状，所述的钻头杆1的顶端设置有便于将粉垄钻头连接安装的连接板2；所述的螺旋叶片3上设置有多个过泥孔4；粉垄钻头在粉垄工作时，螺旋叶片3旋切泥土，钻头杆1阻挡一部分的泥土，会有些泥土被挤压粘结在螺旋叶片3上，而过泥孔4的设置能提供通道，在该部分泥土被挤压时会从该过泥孔4通过，减少泥土粘结现象，达到减少耕作阻力和降低油耗量的目的；钻头杆1的底端设置有旋耕杆7，旋耕杆7底端设置有便于切入泥土的钻头10，旋耕杆7上设置有多个旋耕刀座8，旋耕刀座8在旋耕杆7上呈螺旋上升布置；旋耕刀座8上通过螺栓紧固件安装有旋耕刀9；旋耕刀9呈似L形。

本发明团队在广西武鸣县里建试验田对本发明的技术进行试验（改造一年时间），记录如下表。

改造前土壤指标		应用本发明技术（绿肥-紫云英）	应用背景技术的文献1技术	应用背景技术的文献2技术
					N（mg/kg）	0.58	0.69	0.39	0.41
P（mg/kg）	0.42	0.56	0.47	0.43
					K（mg/kg）	0.51	0.64	0.34	0.37
镉（mg/kg）	4.6	0.2	0.3	0.3
					汞（mg/kg）	1.8	0.5	0.5	0.5
铅（mg/kg）	314	2.1	2.3	2.4
					砷（mg/kg）	63	8.5	8.5	8.5
有机质（%）	1.7	2.8	2.5	2.4
					处理费用亩/元		不超过300元	超过400元	超过400元

从上记录数据可看出，通过本发明技术的实施，使原料污染的地块恢复正常。本发明团队利用修复后的地块种植水稻，减施化肥30-40%仍能保持增产10%左右，品质也比之前提高。

上述说明并非是对本申请的限制，本申请也并不限于上述实例，本技术领域的普通技术人员，在本申请的实质范围内，作出的变化、改型、添加或替换，都应属于本申请的保护范围。

Claims

1.一种基于粉垄耕作土壤污染修复和地力培肥方法，其特征在于：步骤为：（1）将被化肥农药和或重金属污染的耕地周边挖掘深沟形成排水系统，达到能排能灌的要求；（2）对耕地进行非种植农作物的粉垄耕作，第一次粉垄耕作深度旱地40厘米以上，稻田深度25厘米以上，每次粉垄耕作后播种绿肥，相隔2-3个月结合绿肥还田压青进行第二次粉垄耕作，再相隔2-3个月进行第三次粉垄绿肥压青；（3）每次粉垄耕作之后，视雨季等气候条件，进行干、湿交替水分管理，让土壤中残留的重金属及农药等有害物质从耕作层的上层往下移到底层，利用雨季下雨进行田间满田储水，通过排水系统迅速向外排出，达到土壤有害物质的净化修复目的；（4）粉垄兼绿肥种植，年内2-3次交替，土壤有机质大幅度增加、肥力提高，第2年以后即可种植农作物。

2.根据权利要求1所述的基于粉垄耕作土壤污染修复和地力培肥方法，其特征在于：所述的粉垄耕作采用的粉垄钻头包括钻头杆（1）、螺旋叶片（3）和钻头（11），螺旋叶片（3）焊接在钻头杆（1）的表面呈螺旋上升状，所述的钻头杆（1）的顶端设置有便于将粉垄钻头连接安装的连接板（2）；所述的螺旋叶片（3）上设置有多个过泥孔（4）；钻头杆（1）的底端设置有旋耕杆（7），旋耕杆（7）底端设置有便于切入泥土的钻头（11），旋耕杆（7）上设置有多个旋耕刀座（8），旋耕刀座（8）在旋耕杆（7）上呈螺旋上升布置；旋耕刀座（8）上通过螺栓紧固件安装有旋耕刀（9）；旋耕刀（9）呈似L形。

3.根据权利要求1所述的基于粉垄耕作土壤污染修复和地力培肥方法，其特征在于：所述的螺旋叶片（3）的外延的厚度小于与钻头杆（1）焊接一侧的厚度。

4.根据权利要求1所述的基于粉垄耕作土壤污染修复和地力培肥方法，其特征在于：所述的螺旋叶片（3）的外延设置有耕刀（6），所述的耕刀（6）呈似7字形，耕刀（6）一端固定在螺旋叶片（3）上，另一端朝下。