CN113348804A

CN113348804A - 一种农田重金属污染钝化治理以及重建土壤养分健康的方法

Info

Publication number: CN113348804A
Application number: CN202110494205.XA
Authority: CN
Inventors: 李东明; 龚宇阳; 王静
Original assignee: Zhonghuan Circulating Environment Technology Co ltd
Current assignee: Zhonghuan Circulating Environment Technology Co ltd
Priority date: 2021-05-07
Filing date: 2021-05-07
Publication date: 2021-09-07

Abstract

本发明公开了一种农田重金属污染钝化治理以及重建土壤养分健康的方法。首先检测农田土壤中重金属种类及含量以及必需17种元素的含量水平；配制土壤调理剂；施用土壤调理剂；进行土壤养护，恢复土壤的生态功能。农田重金属污染土壤调理剂包括如下重量份数的成分：沸石10‑20份，生物炭10‑20份，含铁矿物颗粒5‑15份，有机肥40‑50份，无机肥10‑20份，微量元素补充剂1‑5份，微生物菌剂1‑5份。本发明在钝化有害重金属元素，有效降低土壤中重金属有效性的同时，全面补充土壤中必需元素，并添加有益元素，重建土壤养分平衡。

Description

一种农田重金属污染钝化治理以及重建土壤养分健康的方法

技术领域：

本发明属于农田土壤重金一种农田重金属污染钝化治理以及重建土壤养分健康的方法。属污染修复领域。

背景技术

我国农田土壤重金属污染十分严重，受污染面积约占全国耕地面积的1/5，而且呈日趋加剧的态势；与此同时，由于土壤退化、流失等让土壤中养分不断的减少，土壤本身的健康程度也受到严重威胁。研究认为重金属与农作物营养元素之间由于化学性质的相似性或者代谢途径的关联性，常常利用相同的转运系统进行吸收或储存，导致重金属胁迫干扰农作物营养元素的利用，在农作物中累积，影响农产品安全以及人体健康；但同时提高各种营养元素的供应水平可在很大程度上影响农作物体内重金属的运输和积累。因此恢复土壤养分水平，重塑健康土壤可以缓解农作物重金属污染问题，消除受重金属胁迫的影响。健康的土壤要能够提供农产品生长必需的17种元素，各种元素供应要达到一种平衡，不仅有利于植物生长发育，同时也可以减轻重金属污染的危害。目前，农田土壤重金属污染修复方法上主要包括物理、化学、生物以及农艺调控方法，但大多数修复方法只专注于修复效果本身，鲜少涉及土壤健康问题。

申请公布号CN 106881340 A的发明专利提出一种重金属污染农田的治理方法，使用化学淋洗方式去除土壤中重金属，同时检测土壤中营养物质含量，如营养物质含量较低时，则向土壤中补充相应营养物质。但其中的营养物质仅包括有机质、全氮、有效磷、速效钾、阳离子交换量和容重等，并未涉及钙、镁、铁、锰等其余必需元素，无法全面评估土壤的健康状态并进行相应的调理。授权公告号CN 104956802 B的发明专利明公开了一种农田镉污染钝化治理后维持作物微量元素供应的方法，首先对镉污染土壤应用硅灰石进行钝化处理，待钝化材料失效后测定土壤中有效态微量元素含量水平，进行微量元素的补充。但其中只针对受到硅灰石钝化影响的锌、锰等微量元素，未考虑土壤其余元素的含量水平。

发明内容

本发明的目的是提供一种农田重金属污染钝化治理以及重建土壤养分健康的方法，以“有害元素固定，有益元素丰富”的方式，减轻土壤中重金属污染物的影响，保证农产品正常生长。

本发明采取如下的技术方案：

一种农田重金属污染钝化治理以及重建土壤养分健康的方法，包括以下步骤：

（1）检测农田土壤中的重金属种类及含量；

（2）检测农田土壤必需17种元素的含量水平，包括有机质、全氮、有效磷、速效钾、钙、镁、硫、铁、硼、锰、锌、铜、镍、钼以及氯元素。

（3）土壤调理剂的配制

根据前期检测结果确定土壤调理剂组成、施用方法及用量。调理剂的组成主要包括两个部分：一是用于重金属钝化固定的组分；二是用于补充营养元素的组分。

（4）土壤调理剂的施用

利用旋耕机将土壤调理剂均匀的混合到土壤中，并喷施一定量的清水，旋耕机搅拌混匀，进行干湿交替处理20天左右，土壤含水率维持在25%-30%。

（5）土壤养护

①每个月通过旋耕机搅拌1次，相邻两次的旋耕方向相反，处理时间为1-3个月，保持土壤中含水比率，保证钝化处理效果，恢复土壤的生态功能。

②利用旋耕机平整土地表层，达到耕种的水平。

本发明的第二个目的是提供一种农田重金属污染修复的调理剂，具体包括如下重量份数的成分：沸石10-20份，生物炭10-20份，含铁矿物颗粒5-15份，有机肥40-50份，无机肥10-20份，微量元素补充剂1-5份，微生物菌剂1-5份。

所述沸石为天然沸石，粒径在100-200目左右。

所述生物炭为秸秆生物炭，由作物秸秆在无氧或低氧环境中热裂解而成。

所述含铁矿物颗粒为水铁矿、磁铁矿、针铁矿、赤铁矿中至少一种含有三价铁的铁氧化物。

所述有机肥由作物秸秆、畜禽粪便发酵而成。

所述无机肥包括尿素、钙镁磷肥、磷酸二氢钾以及石膏中的一种或多种组成。

所述微量元素补充剂包括硫酸铁、硫酸铜、硫酸锌、硫酸锰、钼酸铵、硼砂、氯化钾以及硫酸镍中的一种或多种组成；必要时可加入亚硒酸钠、氯化钴、柠檬酸钛、钒酸铵、硝酸稀土中的一种或多种组成。

所述微生物菌剂包括铁还原菌和硫酸盐还原菌。

同时本发明还提供上述农田重金属污染土壤调理剂的制备方法，按照配比取各成分混合即得。

本发明的有益效果：

①本发明在钝化有害重金属元素的同时，全面补充土壤中必需元素，并添加有益元素，重建土壤养分平衡。

②沸石、生物炭、含铁矿物颗粒既能吸附固定土壤中的重金属，也能改善土壤理化性质，同时为铁还原菌、硫酸还原菌等活性微生物的矿化作用提供有利条件。

③铁还原菌的氧化还原作用可以将重金属由毒性高的价态还原为毒性较低的价态，同时硫酸盐还原菌可以将硫酸盐还原成硫化氢，使得重金属形成硫化物沉淀，从而达到钝化、稳定化的目的。

④本发明可操作性强，钝化效果突出，养分补充全面，综合效益高，具有良好的应用前景。

具体实施方式：

下面通过具体实施例对本发明的技术方案做进一步的说明，以下所列举实施例仅用来对本发明进行详细解释和说明，不作为对本发明技术方案的限制。

本发明提供了一种农田重金属污染修复的土壤调理剂，所述农田重金属污染修复的土壤调理剂具体包括如下重量份数的成分：沸石10-20份，生物炭10-20份，含铁矿物颗粒5-15份，有机肥40-50份，无机肥10-20份，微量元素补充剂1-5份，微生物菌剂1-5份。

表1 本发明农田土壤重金属污染修复调理剂各成分的组成种类

成分	种类
		沸石	天然沸石
生物炭	秸秆生物炭
		含铁矿物颗粒	水铁矿、磁铁矿、针铁矿、赤铁矿
有机肥	由作物秸秆、畜禽粪便发酵而成
		无机肥	尿素、钙镁磷肥、磷酸二氢钾、石膏
微量元素补充剂	硫酸铁、硫酸铜、硫酸锌、硫酸锰、钼酸铵、硼砂、氯化钾、硫酸镍、亚硒酸钠、氯化钴、柠檬酸钛、钒酸铵、硝酸稀土
		微生物菌剂	铁还原菌、硫酸盐还原菌

本发明提供了农田重金属污染钝化治理以及重建土壤养分健康的方法，所述方法包括以下步骤：首先依据农田土壤的重金属污染特征以及必需元素的水平，调整上述土壤调理剂中各功能组分的具体材料以及各种材料的比例（按重量份计），一般添加量为污染土壤质量的0.3％-1％。然后将土壤调理剂与农田重金属污染土壤混合，调节含水率至25％-30％，搅拌混匀，进行干湿交替处理20天左右，进行农田重金属染土壤的修复。

实施例1

本实施例为湖北某重金属污染农田，主要污染物为重金属镉和砷，其中镉含量1.18mg/kg，砷含量38.04mg/kg。另外土壤中缺乏有机质、氮、磷、钾以及硼、钼、铜和锌等元素。

本实施例的重金属污染农田土壤调理剂中各组分构成以及重量比如表2所示。

表2 本实施例农田土壤重金属污染修复调理剂组成

成分	种类	比例
			沸石	天然沸石	15
生物炭	秸秆生物炭	15
			含铁矿物颗粒	水铁矿、磁铁矿	10
有机肥	由作物秸秆、畜禽粪便发酵而成	40
			无机肥	尿素、磷酸二氢钾	12
微量元素补充剂	硫酸铜、硫酸锌、钼酸铵、硼砂、氯化钾、亚硒酸钠	5
			微生物菌剂	铁还原菌、硫酸盐还原菌	1

本实施例向重金属污染农田土壤添加依据表2配制的土壤调理剂，每亩污染土壤添加约600kg调理剂，然后依据本发明提供的使用方法，进行翻耕，使得调理剂与污染土壤充分混合。待土壤养护时间结束后，污染农田土壤中的重金属镉、砷的含量被降低，其中镉含量为0.27mg/kg，砷含量为12.17mg/kg，同时土壤有机质含量提升到5%左右，各元素达到正常水平。

实施例2

本实施例为重庆某重金属污染农田，主要污染物为重金属镉、砷和铅，其中镉含量0.88mg/kg，砷含量41.70mg/kg，铅含量93.61mg/kg。另外土壤中缺乏有机质、钾、钙、钠、镁以及硼、钼、钴和锌等元素。

本实施例的重金属污染农田土壤调理剂中各组分构成以及重量比如表3所示。

表3本实施例农田土壤重金属污染修复调理剂组成

成分	种类	比例
			沸石	天然沸石	12
生物炭	秸秆生物炭	12
			含铁矿物颗粒	水铁矿、针铁矿	5
有机肥	由作物秸秆、畜禽粪便发酵而成	50
			无机肥	尿素、钙镁磷肥、磷酸二氢钾、石膏	15
微量元素补充剂	硫酸锌、钼酸铵、硼砂、亚硒酸钠、氯化钴	5
			微生物菌剂	铁还原菌、硫酸盐还原菌	1

本实施例向重金属污染农田土壤添加依据表3配制的土壤调理剂，每亩污染土壤添加约800kg调理剂，然后依据本发明提供的使用方法，进行翻耕，使得调理剂与污染土壤充分混合。待土壤养护时间结束后，污染农田土壤中的重金属镉、砷的含量被降低，其中镉含量为0.20mg/kg，砷含量为12.51mg/kg，铅含量为35.44mg/kg，同时土壤有机质含量提升到5%左右，各元素达到正常水平。

Claims

1.农田重金属污染钝化治理以及重建土壤养分健康的方法，其特征在于，方法包括如下步骤：

（1）检测农田土壤中的重金属种类及含量；

（2）检测农田土壤必需17种元素的含量水平；

（3）根据前期检测结果配制农田重金属污染土壤调理剂；

（4）利用旋耕机将土壤调理剂均匀的混合到农田重金属污染土壤中，进行干湿交替处理20天左右，土壤含水率维持在25%-30%。

（5）对修复后的土壤进行养护，每个月通过旋耕机搅拌1次，相邻两次的旋耕方向相反，处理时间为1-3个月。

（6）利用旋耕机平整土地表层，达到耕种的水平。

2.如权利要求1所述的农田重金属污染钝化治理以及重建土壤养分健康的方法，其特征在于，所述检测农田土壤中的重金属种类为镉、砷、汞、铅和铬。

3.如权利要求1所述的农田重金属污染钝化治理以及重建土壤养分健康的方法，其特征在于，所述检测农田土壤必需17种元素包括有机质、全氮、有效磷、速效钾、钙、镁、硫、铁、硼、锰、锌、铜、镍、钼以及氯元素。

4.如权利要求1所述的农田重金属污染钝化治理以及重建土壤养分健康的方法，其特征在于，所述农田重金属污染土壤调理剂的添加量为污染土壤质量的0.3％-1％。

5.如权利要求1所述的农田重金属污染土壤调理剂，其特征在于，所述土壤调理剂具体包括如下重量份数的成分：沸石10-20份，生物炭10-20份，含铁矿物颗粒5-15份，有机肥40-50份，无机肥10-20份，微量元素补充剂1-5份，微生物菌剂1-5份。

6.如权利要求5所述的农田重金属污染土壤调理剂，其特征在于，所述沸石为天然沸石，粒径在100-200目左右。

7.如权利要求5所述的农田重金属污染土壤调理剂，其特征在于，所述生物炭为秸秆生物炭，由作物秸秆在无氧或低氧环境中热裂解而成。

8.如权利要求5所述的农田重金属污染土壤调理剂，其特征在于，所述含铁矿物颗粒为水铁矿、磁铁矿、针铁矿、赤铁矿中至少一种含有三价铁的铁氧化物。

9.如权利要求5所述的农田重金属污染土壤调理剂，其特征在于，所述有机肥由作物秸秆、畜禽粪便发酵而成。

10.如权利要求5所述的农田重金属污染土壤调理剂，其特征在于，所述无机肥包括尿素、钙镁磷肥、磷酸二氢钾以及石膏中的一种或多种组成。

11.如权利要求5所述的农田重金属污染土壤调理剂，其特征在于，所述微量元素补充剂包括硫酸铁、硫酸铜、硫酸锌、硫酸锰、钼酸铵、硼砂、氯化钾以及硫酸镍中的一种或多种组成；必要时可加入亚硒酸钠、氯化钴、柠檬酸钛、钒酸铵、硝酸稀土中的一种或多种组成。

12.如权利要求5所述的农田重金属污染土壤调理剂，其特征在于，所述微生物菌剂包括铁还原菌和硫酸盐还原菌。

13.如权利要求5所述的农田重金属污染土壤调理剂，其特征在于，所述土壤调理剂的制备方法为按照配比取各成分混合即得。