CN113083884A - 一种用稻秸沼渣基土壤修复剂修复重金属污染土壤的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用稻秸沼渣基土壤修复剂修复重金属污染土壤的方法。该方法为：以秸秆干法厌氧发酵出料固液分离产生的沼渣作为主原料，添加豆饼和尿素态氮源调节碳氮比后，进行高温好氧堆肥；待堆肥腐熟后，按照一定比例添加枯草芽孢杆菌等有益菌制成土壤修复剂；针对轻中度重金属污染土壤修复，首先切断重金属输入，按照土壤质量的0.5～3.0％添加应用修复剂，混合均匀并稳定至少15天后再进行农作物种植。本发明中稻秸沼渣与微生物菌剂联合使用，能够有效地吸附固定重金属离子，降低重金属的迁移性和生物有效性。本发明不仅实现了受重金属轻中度污染土壤的安全利用，促进了农作物增产，同时拓宽了秸秆类农业废弃物的再利用途径。

Description

一种用稻秸沼渣基土壤修复剂修复重金属污染土壤的方法

技术领域

本发明属于农业废弃物处理利用以及重金属污染土壤修复的技术领域，具体涉及一种用稻秸沼渣基土壤修复剂修复重金属污染土壤的方法。

背景技术

近年来，随着社会经济的飞速发展，我国工农业水平迅速提升，含有大量重金属的“三废”流入农田，重金属污染形势日益严峻。根据土壤污染程度、农产品质量情况可将农用地进行划分为未污染、轻中度污染和重度污染三个类别。2014年的全国土壤污染状况调查公报显示，全国土壤污染物含量超标率为16.1％，其中轻中度污染土壤点位所占比例为15％。尤其是设施大棚等农田土壤处于封闭或半封闭的状态，富含重金属的肥料等农用物资长年投入导致了重金属超标问题。镉(Cd)、汞(Hg)、砷(As)等重金属的污染造成的土壤退化可导致土壤农产物每年损失约1000万吨。此外，土壤中的重金属还会在作物籽实中进行富集，进而通过食物链进入人体，对人体健康造成了危害，轻中度重金属污染土壤的治理已成为当前研究的热点问题之一。

根据国务院出台的《土壤污染防治行动计划》，对于轻中度污染农田土壤，实行安全利用方案，采取农艺调控、替代种植等措施降低农产品超标风险。因此，寻求一种价格低廉易得、修复效果好、环境效益高的土壤修复剂是土壤修复改良技术的关键。近年来，秸秆类废弃物因其良好的吸附性能而受到广泛关注，其应用于土壤修复时成本低、效果佳且不影响正常农事操作，亦具有修复土壤轻中度重金属污染的可行性。尤其是稻秸沼渣作为干法厌氧发酵的终端产物之一，发酵后的秸秆具有较大的比表面积和丰富的官能团，可以吸附、交换、络合、沉淀周围环境中的重金属离子，同时沼渣含有植物生长所需的有机质、腐殖质以及氮、磷、钾等营养物质。因此，稻秸沼渣可作为土壤修复剂的一种良好的载体。

现有的土壤修复剂多以无机填料作为载体，机械性能虽好，但由于其自身不具有任何营养物质，往往需要定期添加营养物质及pH调节剂等，增加了操作的复杂性和成本。

发明内容

本发明的目的在于：克服现有技术的不足，提供一种无需定期添加营养物质及pH调节剂等，用稻秸沼渣基土壤修复剂修复重金属污染土壤的方法。该方法针对如何将稻秸沼渣制成土壤修复剂作出研究，以期形成绿色农业生产体系，同时为重金属污染土壤的改良修复提供科学参考。该方法基于干法厌氧发酵和重金属污染土壤修复理论，通过秸秆的干法厌氧发酵、土壤修复剂制备以及轻中度重金属污染土壤修复，研究稻秸沼渣堆肥有机质产品对重金属轻中度污染土壤的修复效果，以期提高并改良污染土壤理化性质，提升土壤健康水平。

本发明的技术构思：针对轻中度重金属污染土壤面临的潜在环境和农作物安全问题，本发明以土壤边修复边安全利用为原则，将水稻收割后将秸秆打捆堆垛，黄贮并进行干法厌氧发酵；出料固液分离即得到主原料稻秸沼渣，其具有优良的吸附性能，可作为微生物菌剂的载体。在此基础上，进一步添加豆饼和尿素态氮源将沼渣调节至合适的碳氮比，待堆肥腐熟后添加芽孢杆菌等专有菌剂，重金属离子可在芽孢杆菌等微生物细胞壁或细胞内加以固化、钝化，达到有效降低重金属离子的生物有效性和迁移性的目的，即可将稻秸沼渣制成符合微生物菌剂标准的土壤修复剂。然后，将该土壤修复剂直接施用于轻中度重金属污染农田土壤或设施大棚等耕作层土壤。

本发明的技术方案如下：

本发明一种用稻秸沼渣基土壤修复剂修复重金属污染土壤的方法如下：

稻秸采收破碎后，喷洒预处理液进行预处理，再堆垛密闭贮存30天以上；然后，进行干法厌氧发酵，干法厌氧发酵稳定运行过程中，控制反应物料C/N不高于40:1，含固率在10～20％，物料停留周期不少于30天；之后，将厌氧发酵后的出料进行固液分离，控制固体部分即稻秸沼渣的含固率在75％以上；将厌氧发酵后经固液分离得到的稻秸沼渣作为生产土壤重金属修复剂的主要原料，通过添加豆饼和尿素态氮源，将稻秸沼渣的碳氮含量比值调节为25-30：1后，进行条垛式高温好氧堆肥30天以上，再控制含水量在30％以下，并进行粉碎；之后，再按照3-5kg/吨的枯草芽孢杆菌、0.3-0.5kg/吨的胶冻样类芽孢杆菌和0.3-0.5kg/吨哈茨木霉的比例添加三种有益菌，经充分搅拌混合后，即得到一种稻秸沼渣基土壤重金属修复剂；然后，将该稻秸沼渣基土壤重金属修复剂直接施用于轻中度重金属污染农田或设施大棚的耕作层土壤，施用量控制为0.5％～3.0％的土壤质量，并根据实际需求适当增加或减少土壤修复剂的用量。

进一步地，本发明的用稻秸沼渣基土壤修复剂修复重金属污染土壤的方法，具体按以下步骤进行：

(一)干法厌氧发酵

1).黄贮预处理。根据当地农作物生长季节规律，收割水稻秸秆后将其破碎至粒径≤3cm后进行堆垛，边堆垛边喷洒河水或浓度不高于10mg/L的氢氧化钙溶液进行预处理，然后将秸秆进行黄贮，黄贮时间控制在30d以上。

进一步地，为了保证黄贮的效果，在地面平铺厚度不低于1.2mm的HDPE防渗膜，四周用沙袋垫高；堆垛高度控制在4m左右，单垛占地面积在20m²左右。

2).干法厌氧发酵。干法厌氧发酵启动阶段，按照15-25％的接种比例接种沼液并一次性投加畜禽粪便(猪粪等)；待产气稳定后，开始连续进料，控制反应物料C/N不高于40，含固率在10～20％，反应温度维持在32-36℃(优选35℃)，物料停留时间不少于30d。稳定运行阶段，控制沼气产量不低于300m³/t TS，若产气量下降，则给予氮源(畜禽粪便等)补充。

3).物料固液分离。发酵后的物料经出料口进入脱水装置，经固液分离后，沼液部分通过回流泵全部回流至发酵罐进料端；控制稻秸沼渣含水率在28.5～32.5％，作为生产土壤重金属修复剂的主要原料，运至沼渣堆场备用。

(二)土壤修复剂制备

1).物料氮素补充。根据稻秸沼渣中的氮和有机碳含量检测结果，添加豆饼和尿素态氮源，调节稻秸沼渣的碳氮比为25-30：1，确保后续堆肥过程能够快速启动并顺利进行；

一般每吨稻秸沼渣中添加45-55公斤豆饼和2-8公斤尿素，优选每吨稻秸沼渣中添加50公斤豆饼和5公斤尿素；

2).高温好氧堆肥。将混合好的稻秸沼渣物料进行建堆发酵(堆成1.5米左右高和2米左右宽的条垛式堆肥)、高温腐熟，通过高温腐熟可进一步杀灭材料中的有害菌、蛔虫卵等，同时降解稻秸沼渣中的粗纤维，促进稻秸沼渣的腐熟。在高温腐熟期，每7-10天翻堆一次，高温腐熟1个月以上，获得含水率在28.5～32.5％之间的肥料主原料。

3).专用菌剂添加。将上述肥料主原料进行高温烘干至含水量30％以下，经过粉碎、过筛(全部过100目，0.18mm筛)。添加枯草芽孢杆菌3-5kg/吨、胶冻样类芽孢杆菌0.3-0.5kg/吨和哈茨木霉0.3-0.5kg/吨，经充分搅拌混合后，即得到一种稻秸沼渣基土壤修复剂。

(三)重金属污染土壤修复

1).受污染田块整理。划分轻中度重金属污染区域，严格执行污水灌溉水质和化肥农药等的使用标准，防止重金属等污染物质再次进入土壤修复区域，切断污染源，以进行重金属污染土壤的生态修复；按本领域常规农事操作在修复剂施加前进行地块的整理。

2).重金属污染修复。根据田块面积和重金属污染程度准备所需修复剂用量，施用量控制为土壤质量的0.5％～3.0％，直接施用于轻中度重金属污染农田或设施大棚的耕作层土壤，并可以根据实际需求适当增加或减少土壤修复剂的用量。

进一步地，可在秋季或春季耕作前，将本发明的土壤修复剂一次性均匀地撒施于污染土壤表面上；随后平整土地，用旋耕机旋耕，翻耕深度不低于10cm，翻耕过程中使修复剂与污染土壤充分混合。

3).效果监测评估。修复剂与污染土壤混合均匀后，调节土壤含水率至15％～40％，控制土壤温度为20～30℃，保证微生物生长的适宜环境；待修复剂稳定至少15天后，浇水并播种，之后按本领域常规技术进行田间管理；修复种植过程中定期取土样，成熟后收割作物，通过对设施大棚等的作物种植情况进行监测来进行重金属修复效果的评估，据此确定下一轮修复时间和修复剂用量。

本发明的有益效果：

本发明提供的一种用稻秸沼渣基土壤修复剂修复重金属污染土壤的方法，适用于轻中度重金属污染土壤，该方法是以水稻稻秸沼渣作为重金属吸附剂主体，将重金属离子吸附固定在土壤中，在修复重金属轻中度污染土壤的同时，实现农作物的安全生产。本发明的重金属污染土壤修复方法，不仅材料来源广泛、制作成本低，而且，在实现农田土壤修复的同时，也拓宽了农业废弃物水稻秸秆的综合利用途径。

本发明中稻秸沼渣与微生物菌剂联合使用，能够有效地吸附固定重金属离子，降低重金属的迁移性和生物有效性。本发明不仅实现了受重金属轻中度污染土壤的安全利用，促进了农作物增产，同时拓宽了秸秆类农业废弃物的再利用途径。

附图说明

图1是本发明中制备稻秸沼渣基土壤重金属修复剂的工艺流程图。

图2是本发明实施例2中轻中度Cd污染土壤田间试验结果图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做进一步的详细的说明。

在本发明中所使用的术语，除非有另外说明，一般具有本领域普通技术人员通常理解的含义。下面将采用两个应用实例，举例说明本发明在实际应用中的重金属修复效果，并非以任何方式限制本发明的保护范围。

实施例1

实验例1的应用工程位于上海市青浦区练塘镇的青浦现代农业园区内。

本发明一种用稻秸沼渣基土壤修复剂修复重金属污染土壤的方法，具体按以下步骤进行(如图1所示)：

(一)干法厌氧发酵

在上海市青浦区现代农业园区，于11月中旬前后采收水稻秸秆6吨，将其破碎至粒径≤3cm后进行堆垛，边堆垛边喷洒河水或浓度不高于10mg/L的氢氧化钙溶液进行预处理，然后将秸秆进行黄贮。为了保证黄贮的效果，在地面平铺厚度不低于1.2mm的HDPE防渗膜，四周用沙袋垫高，堆成1.5米高和2米宽的条垛式堆肥；黄贮时间控制在30d以上。干法厌氧发酵启动阶段，按照20％的接种比例接种沼液并一次性投加畜禽粪便(猪粪)；待产气稳定后，开始连续进料，控制反应物料C/N不高于40，含固率在10～20％，反应温度维持在35±1℃，物料停留时间不少于30d。稳定运行阶段，沼气产量应不低于300m³/t TS，根据产气量给予氮源(猪粪)补充。

稳定运行后保证每天出料沼渣18～24kg，含固率78％±5％。发酵后的物料经出料口进入脱水装置，经固液分离后，沼液部分通过回流泵全部回流至发酵罐进料端；控制稻秸沼渣含水率在28.5～32.5％，作为生产土壤重金属修复剂的主要原料，运至沼渣堆场备用。

(二)土壤修复剂制备

利用该部分沼渣进行好氧堆肥并制备土壤重金属修复剂，每100公斤稻秸沼渣添加5公斤豆饼和0.5公斤尿素态氮源，调节稻秸沼渣的碳氮含量比值为25：1左右。将混合好的堆肥物料建堆发酵，通过高温腐熟，进一步杀灭物料中的有害菌、虫卵等，同时进一步降解稻秸沼渣中的粗纤维，促进材料的腐殖化。堆肥过程中，每10天高温期翻堆一次，经1月3次高温周期，即获得含水率在28.5～32.5％之间的肥料主原料。然后，将上述肥料主原料进行高温烘干至含水量30％以下，经过粉碎，全部过0.18mm筛(100目)。添加枯草芽孢杆菌5kg/吨、胶冻样类芽孢杆菌0.5kg/吨和哈茨木霉0.5kg/吨，经充分搅拌混合后，即得到一种稻秸沼渣基土壤修复剂，采用聚乙烯薄膜袋包装，规格1kg/袋和5kg/袋。

经检测，按照上述步骤制成的稻秸沼渣基土壤重金属修复剂，即微生物菌剂产品：有益菌总菌数≥2.0亿/g，霉菌杂菌数≤3.0×106个/g，杂菌率≤20.0％，水分≤35.0％，细度(0.18mm)≥80％，pH5.5-8.5，粪大肠杆菌数≤100个/g，蛔虫卵死亡率≥95％，重金属汞砷镉铬铅含量分别≤5、75、10、150、100mg/kg。产品经农业农村部微生物肥料和食用菌菌种质量监督检验测试中心检测，达到了微生物菌剂标准(GB20287-2006)要求。

(三)重金属污染土壤修复

采用上述稻秸沼渣基土壤重金属修复剂(微生物菌剂产品)进行土壤重金属污染修复的盆栽试验。污染土作为试验组，无污染农田土作为对照组。

污染土，取自上海市金山区某减量复垦地块的污染土壤，土壤呈弱酸性(pH6.5～7.0)，主要超标重金属Cd含量约3.0mg/kg，Pb含量约300mg/kg，Ni含量约200mg/kg。

无污染农田土，取自上海某园艺场农田土壤，该田块两年内无种植、无施肥喷药等农艺措施，以切断污染源。

按土壤质量的1％施加上述稻秸沼渣基土壤重金属修复剂后，用木铲将土壤反复翻动，使污染土与农田土壤均匀混合；以Cd含量为标准，稀释复合污染土壤，并配制4个不同的污染土壤浓度梯度：C1(0.35mg/kg)、C2(0.50mg/kg)、C3(0.70mg/kg)、C4(1.00mg/kg)，每组设一个对照，之后用钉耙翻动表层土，深度约10cm。混合均匀后，稳定15天后将青椒种子均匀地撒入施加了修复剂的土壤；按时浇水，保证微生物生长的适宜条件；期间不再施用任何肥料，每周人工除草一次，青椒成熟后进行收割，测定生物量、重金属有效态等指标以评估修复效果。测定结果如表1所示。

表1轻中度污染土壤盆栽试验结果

试验结果显示，与对照组相比，不同重金属污染程度的污染土壤中，稻秸沼渣基土壤重金属修复剂的施加，均明显地降低了土壤中的重金属有效态含量，且青椒的生物量得到了提升；随着土壤中重金属含量配比的升高(重金属污染程度的升高)，生物量提高率以及土壤中重金属有效态下降率均呈上升趋势。对于重金属含量最高的C4组，生物量提高率亦最高，为13.26％，土壤中有效态Cd、Pb、Ni下降率分别为32.22％、30.63％、34.74％。由此可见，本发明的稻秸沼渣基土壤重金属修复剂对不同污染程度的土壤均具有一定的修复作用，可降低土壤中的重金属有效态含量30％左右，有利于实现农作物的安全生产。

实施例2

实验例2的应用工程位于上海市青浦区练塘镇的青浦现代农业园区内。

实验例2一种用稻秸沼渣基土壤修复剂修复重金属污染土壤的方法，具体按以下步骤进行(如图1所示)：

(一)干法厌氧发酵

根据当地农作物生长季节规律，在11月中旬前后采收水稻秸秆6吨，将其破碎至粒径≤3cm后进行堆垛，边堆垛边喷洒浓度不高于10mg/L的氢氧化钙溶液进行预处理，然后将秸秆进行黄贮。为了保证黄贮的效果，在地面平铺厚度不低于1.2mm的HDPE防渗膜，四周用沙袋垫高；堆垛高度控制在4m左右，单垛占地面积在20m²左右；黄贮时间控制在30d以上。干法厌氧发酵启动阶段，按照15％的接种比例接种沼液并一次性投加畜禽粪便(猪粪)；待产气稳定后，开始连续进料，控制反应物料C/N不高于40，含固率在10～20％，反应温度维持在32±1℃，物料停留时间不少于30d。稳定运行阶段，每隔1-2月根据产气情况给予氮源(牛粪)补充。

按照上述步骤，稳定运行后保证每天出料沼渣18～24kg，含固率78％±5％。发酵后的物料经出料口进入脱水装置，经固液分离后，沼液部分通过回流泵全部回流至发酵罐进料端；控制稻秸沼渣含水率在28.5～32.5％，作为生产土壤重金属修复剂的主要原料，运至沼渣堆场备用。

(二)土壤修复剂制备

利用该部分沼渣进行好氧堆肥并制备土壤重金属修复剂，每100公斤稻秸沼渣添加4.5公斤豆饼和0.2公斤尿素，调节稻秸沼渣的碳氮比为28:1左右，确保后续堆肥过程能够快速启动并顺利进行；将混合好的稻秸沼渣物料进行建堆发酵，堆成1.5米高和2米宽的条垛式堆肥，通过高温腐熟；通过高温好氧堆肥，进一步杀灭物料中的有害菌、虫卵等，同时进一步降解稻秸沼渣中的粗纤维，促进材料的腐殖化。堆肥过程中，每10天高温期翻堆一次，经1月3次高温周期，即获得含水率在28.5～32.5％之间的肥料主原料。然后，将上述肥料主原料进行高温烘干至含水量30％以下，经过粉碎，全部过0.18mm筛(100目)。添加枯草芽孢杆菌4kg/吨、胶冻样类芽孢杆菌0.4kg/吨和哈茨木霉0.4kg/吨，经充分搅拌混合后，即得到一种稻秸沼渣基土壤修复剂，采用聚乙烯薄膜袋包装，规格1kg/袋和5kg/袋。

经检测，按照上述步骤制成的稻秸沼渣基土壤重金属修复剂，即微生物菌剂产品：有益菌总菌数≥2.0亿/g，霉菌杂菌数≤3.0×106个/g，杂菌率≤20.0％，水分≤35.0％，细度(0.18mm)≥80％，pH5.5-8.5，粪大肠杆菌数≤100个/g，蛔虫卵死亡率≥95％，重金属汞砷镉铬铅含量分别≤5、75、10、150、100mg/kg。产品经农业农村部微生物肥料和食用菌菌种质量监督检验测试中心检测，达到了微生物菌剂标准(GB20287-2006)要求。

(三)重金属污染土壤修复

崇明区中兴镇某地块由于长期芦笋种植，过量施肥，导致土壤Cd含量整体上处于轻中度污染的水平，土壤呈弱碱性(pH7.0～8.0)；该大棚两年内无种植、无施肥喷药等农艺措施，以切断重金属污染源。田间试验于崇明区现代农业园区采用大棚地块进行(长24m，宽6m)，土壤中Cd含量为0.89mg/kg，试验设四个不同的修复剂施加量，按照0.5％、1％、2％、3％的土壤质量施加，每个地块面积为1m×1m，地块之间隔15cm沟渠，每个处理设三平行，共39个地块。施加本发明的稻秸沼渣基土壤重金属修复剂后，用旋耕机旋耕，使修复材料与表层土壤均匀混合，待播种种植。保证微生物生长的适宜温湿度，稳定15d后，将鸡毛菜种子称取30g每份，均匀撒入每个地块按时浇水。期间不再施用任何肥料，每周人工除草一次。

田间试验于2020年8月9日播种，2020年9月15日收获，在鸡毛菜成熟后收割后，生物量(a)、重金属Cd富集系数(b)、田块表层图pH值(c)和土壤有效态Cd含量(d)的测定结果如图2所示。图2中，a，b用于表征不同修复剂施加比例组之间的差异性(p<0.05)，n＝3。

试验结果显示，应用本发明制备的稻秸沼渣基土壤重金属修复剂，可有效抑制土壤中Cd对农作物的生长危害，提高农作物产量，同时能够显著钝化土壤中的重金属Cd，显著降低土壤中的有效态镉含量，降低土壤中Cd的迁移性和生物有效性。如图2a所示，当修复剂施加量为3.0％时，鸡毛菜生物量达到最高，与对照相比生物量提高了96.72％；当施加量为3.0％时，鸡毛菜的富集系数也达到最低(图2b)，与对照相比下降了32.81％；不同比例修复剂施加到土壤中后，土壤pH变化较小(图2c)，当施加量达到3.0％时，土壤pH略有下降，原因可能是由于修复剂自身偏酸性，当施加量不断增加，土壤pH会出现轻微下降，因此当施加量为0.5％时，土壤中有效态Cd含量达到最低(图2d)，与对照相比下降了25.11％，由于增加修复剂使用量后，pH呈现出下降趋势，土壤中有效态Cd含量有一定范围内的波动，出现较小的上升趋势，但上升趋势不明显。

综合考虑稻秸沼渣基土壤修复剂的修复效果、可操作性、经济成本等各种因素，针对设施大棚鸡毛菜种植，按照修复剂使用比例3.0％的方式，可得到较好的修复效果。综上所述，本发明的稻秸沼渣基土壤重金属修复剂的施用，能够有效地将重金属钝化固定在土壤中，减少农作物吸收量，进而达到轻中度重金属污染土壤的修复的目的，实际生产中亦可根据土壤重金属污染水平测算修复剂的用量。

实施例3

实验例3的应用工程位于上海市青浦区练塘镇的青浦现代农业园区内。

实施例3一种用稻秸沼渣基土壤修复剂修复重金属污染土壤的方法，具体按以下步骤进行(如图1所示)：

(一)干法厌氧发酵

根据当地农作物生长季节规律，在11月中旬前后采收水稻秸秆6吨，将其破碎至粒径≤3cm后进行堆垛，边堆垛边喷洒浓度不高于10mg/L的氢氧化钙溶液进行预处理，然后将秸秆进行黄贮。为了保证黄贮的效果，在地面平铺厚度不低于1.2mm的HDPE防渗膜，四周用沙袋垫高；堆垛高度控制在4m左右，单垛占地面积在20m²左右；黄贮时间控制在30d以上。干法厌氧发酵启动阶段，按照25％的接种比例接种沼液并一次性投加畜禽粪便(猪粪)；待产气稳定后，开始连续进料，控制反应物料C/N不高于40，含固率在10～20％，反应温度维持在36±1℃，物料停留时间不少于30d。稳定运行阶段，每隔1-2月根据产气情况给予氮源(牛粪)补充。

按照上述步骤，稳定运行后保证每天出料沼渣18～24kg，含固率78％±5％。发酵后的物料经出料口进入脱水装置，经固液分离后，沼液部分通过回流泵全部回流至发酵罐进料端；控制稻秸沼渣含水率在28.5～32.5％，作为生产土壤重金属修复剂的主要原料，运至沼渣堆场备用。

(二)土壤修复剂制备

利用该部分沼渣进行好氧堆肥并制备土壤重金属修复剂，每100公斤稻秸沼渣添加5.5公斤豆饼和0.8公斤尿素，调节稻秸沼渣的碳氮比为30:1左右，确保后续堆肥过程能够快速启动并顺利进行；将混合好的稻秸沼渣物料进行建堆发酵，堆成1.5米高和2米宽的条垛式堆肥，通过高温腐熟；通过高温好氧堆肥，进一步杀灭物料中的有害菌、虫卵等，同时进一步降解稻秸沼渣中的粗纤维，促进材料的腐殖化。堆肥过程中，每10天高温期翻堆一次，经1月3次高温周期，即获得含水率在28.5～32.5％之间的肥料主原料。然后，将上述肥料主原料进行高温烘干至含水量30％以下，经过粉碎，全部过0.18mm筛(100目)。添加枯草芽孢杆菌3kg/吨、胶冻样类芽孢杆菌0.3kg/吨和哈茨木霉0.3kg/吨，经充分搅拌混合后，即得到一种稻秸沼渣基土壤修复剂，采用聚乙烯薄膜袋包装，规格1kg/袋和5kg/袋。

(三)重金属污染土壤修复

按照上述步骤制成的稻秸沼渣基土壤重金属修复剂(微生物菌剂产品)，经农业农村部微生物肥料和食用菌菌种质量监督检验测试中心检测，达到了微生物菌剂标准(GB20287-2006)要求。通过在市面遴选两种广泛使用的修复剂(稻秸生物炭和化学调理剂)，开展了与本发明的沼渣基修复剂修复效果的对比评估实验。

试验土壤Cd含量为0.89mg/kg，土壤呈弱碱性(pH7.0～8.0)，每个地块面积为1m×1m，地块之间隔15cm沟渠，分别按照投加量为土壤质量的0.5％、3.0％的比例施加三种不同的土壤修复剂，并设一组对照。修复剂施加后用旋耕机旋耕，使修复材料与表层土壤均匀混合，待播种种植。保证微生物生长的适宜温湿度，稳定15d后将鸡毛菜种子称取30g每份，均匀撒入每个地块按时浇水。试验期间，不再施用任何肥料，每周人工除草一次。田间试验播种并收获后，测定土壤中有效态Cd含量以及鸡毛菜生物量，见表2所示。

表2不同修复剂修复效果对比试验结果

结果显示，本发明制备的稻秸沼渣基土壤修复剂与稻秸生物炭、化学调理剂相比，在降低土壤有效态Cd含量及提高农产品生物量等方面均具有一定的优势。由表2可知，当沼渣基修复剂施加量为0.5％时，土壤中有效态Cd的含量降低了25.11％，均显著高于稻秸生物炭及化学调理剂同等施用量下的修复效果；当沼渣基修复剂施加量为3.0％时，土壤中有效态Cd下降率和鸡毛菜生物量提高率明显高于3.0％的化学调理剂，但其与3.0％稻秸生物炭的修复效果无明显差异；考虑到稻秸生物炭成本高，制备耗能较大，因此，在不降低产量的情况下，使用3.0％的沼渣基修复剂更有利于节省经济成本，增加经济效益。

综上所述，稻秸沼渣基土壤修复剂与市场中现有的修复剂相比，用量低时亦可降低重金属有效态含量；同时，当本产品施用量增加时，农产品生物量可得到有效提高，且较同等修复效果的修复剂相比成本低廉，具有广阔的市场应用前景。

Claims (10)

1.一种用稻秸沼渣基土壤修复剂修复重金属污染土壤的方法，其特征在于，稻秸采收破碎后，喷洒预处理液进行预处理，再堆垛密闭贮存30天以上；然后，进行干法厌氧发酵，干法厌氧发酵稳定运行过程中，控制反应物料C/N不高于40:1，含固率在10～20％，物料停留周期不少于30天；之后，将厌氧发酵后的出料进行固液分离，控制固体部分即稻秸沼渣的含固率在75％以上；将厌氧发酵后经固液分离得到的稻秸沼渣作为生产土壤重金属修复剂的主要原料，通过添加豆饼和尿素态氮源，将稻秸沼渣的碳氮含量比值调节为25-30：1后，进行条垛式高温好氧堆肥30天以上，再控制含水量在30％以下，并进行粉碎；之后，再按照3-5kg/吨的枯草芽孢杆菌、0.3-0.5kg/吨的胶冻样类芽孢杆菌和0.3-0.5kg/吨哈茨木霉的比例添加三种有益菌，经充分搅拌混合后，即得到一种稻秸沼渣基土壤重金属修复剂；然后，将该稻秸沼渣基土壤重金属修复剂直接施用于轻中度重金属污染农田或设施大棚的耕作层土壤，施用量控制为0.5～3.0％的土壤质量。

2.如权利要求1所述的用稻秸沼渣基土壤修复剂修复重金属污染土壤的方法，其特征在于，具体按以下步骤进行：

(一)干法厌氧发酵

1).黄贮预处理：根据当地农作物生长季节规律，收割水稻秸秆后将其破碎至粒径≤3cm后进行堆垛，边堆垛边喷洒河水或浓度不高于10mg/L的氢氧化钙溶液进行预处理，然后将秸秆进行黄贮，黄贮时间控制在30d以上；

2).干法厌氧发酵：干法厌氧发酵启动阶段，按照15-25％的接种比例接种沼液并一次性投加畜禽粪便；待产气稳定后，开始连续进料，控制反应物料C/N不高于40，含固率在10～20％，反应温度维持在32-36℃，物料停留时间不少于30d；稳定运行阶段，控制沼气产量不低于300m³/t TS，若产气量下降，则给予氮源补充；

3).物料固液分离：发酵后的物料经出料口进入脱水装置，经固液分离后，沼液部分通过回流泵全部回流至发酵罐进料端；控制稻秸沼渣含水率在28.5～32.5％，作为生产土壤重金属修复剂的主要原料，运至沼渣堆场备用：

(二)土壤修复剂制备

1).物料氮素补充：根据稻秸沼渣中的氮和有机碳含量检测结果，添加豆饼和尿素态氮源，调节稻秸沼渣的碳氮比为25-30：1，确保后续堆肥过程能够快速启动并顺利进行；

2).高温好氧堆肥：将混合好的稻秸沼渣物料进行建堆发酵、高温腐熟；在高温腐熟期，每7-10天翻堆一次，高温腐熟1个月以上，获得含水率在28.5～32.5％之间的肥料主原料；

3).专用菌剂添加：将上述肥料主原料进行高温烘干至含水量30％以下，经过粉碎、过筛；添加枯草芽孢杆菌3-5kg/吨、胶冻样类芽孢杆菌0.3-0.5kg/吨和哈茨木霉0.3-0.5kg/吨，充分搅拌混合，即得到一种稻秸沼渣基土壤修复剂；

(三)重金属污染土壤修复

1).受污染田块整理：划分轻中度重金属污染区域，严格执行污水灌溉水质和化肥农药使用标准，切断污染源，防止重金属污染物再次进入土壤修复区域；按常规农事操作在修复剂施加前进行地块的整理；

2).重金属污染修复：根据田块面积和重金属污染程度准备所需修复剂用量，施用量控制为土壤质量的0.5～3.0％，直接施用于轻中度重金属污染农田或设施大棚的耕作层土壤。

3.如权利要求2所述的用稻秸沼渣基土壤修复剂修复重金属污染土壤的方法，其特征在于，步骤(三)的步骤2)中，在秋季或春季耕作前，将所述土壤修复剂一次性均匀地撒施于污染土壤表面上；随后平整土地，用旋耕机旋耕，翻耕深度不低于10cm，翻耕过程中使修复剂与污染土壤充分混合。

4.如权利要求2或3所述的用稻秸沼渣基土壤修复剂修复重金属污染土壤的方法，其特征在于，在步骤(三)的步骤2)中，根据实际需求适当增加或减少土壤修复剂的用量；在步骤(三)的步骤2)之后，进行步骤3).效果监测评估：修复剂与污染土壤混合均匀后，调节土壤含水率至15～40％，控制土壤温度为20～30℃，保证微生物生长的适宜环境；待修复剂稳定至少15天后，浇水并播种，之后按常规技术进行田间管理；修复种植过程中定期取土样，成熟后收割作物，通过对设施大棚的作物种植情况进行监测来进行重金属修复效果的评估，据此确定下一轮修复时间和修复剂用量。

5.如权利要求2或3所述的用稻秸沼渣基土壤修复剂修复重金属污染土壤的方法，其特征在于，步骤(一)的步骤1)中，为了保证黄贮的效果，在地面平铺厚度不低于1.2mm的HDPE防渗膜，四周用沙袋垫高；堆垛高度控制在4m左右，单垛占地面积在20m²左右。

6.如权利要求2或3所述的用稻秸沼渣基土壤修复剂修复重金属污染土壤的方法，其特征在于，每吨稻秸沼渣中添加45-55公斤豆饼和2-8公斤尿素。

7.如权利要求6所述的用稻秸沼渣基土壤修复剂修复重金属污染土壤的方法，其特征在于，每吨稻秸沼渣中添加50公斤豆饼和5公斤尿素。

8.如权利要求2或3所述的用稻秸沼渣基土壤修复剂修复重金属污染土壤的方法，其特征在于，步骤(一)的步骤2)中，所述氮源为畜禽粪便。

9.如权利要求2或3所述的用稻秸沼渣基土壤修复剂修复重金属污染土壤的方法，其特征在于，所述畜禽粪便为猪粪。

10.如权利要求8所述的用稻秸沼渣基土壤修复剂修复重金属污染土壤的方法，其特征在于，所述畜禽粪便为猪粪。

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