CN113999684B - 一种土壤调理组合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种土壤调理组合物，其特征在于，其包括以下重量份的原料：黄金尾矿51‑78份，磁铁矿改性生物炭5‑20份，硅藻土改性壳聚糖复合材料3‑18份，白云石10‑45份；其中，所述黄金尾矿中的SiO2含量大于等于60％。本申请通过黄金尾矿中富含的硅元素与土壤中的重金属镉离子的竞争作用，能够钝化土壤中的重金属镉，抑制作物对重金属离子的吸收，减少重金属镉对植物的胁迫作用，硅元素还可以促进植株的生长，增强作物的抗病、抗逆性。尤其是碱性钠盐改性的黄金尾矿材料，能够显著钝化土壤中的镉离子，具有更加优异的性能。

Description

一种土壤调理组合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及土壤调理剂领域，尤其涉及一种钝化土壤重金属镉的土壤调理组合物及其制备方法。
背景技术
随着工业化和城镇化的发展、农业生产现代化的快速推进、矿山开采等活动及气候条件的变化，我国土壤质量下降问题越来越突出。由上述工农业活动所引发的土壤质量下降的问题突出表现在：土地退化与荒漠化加剧、土壤重金属累积和污染、土壤酸化与盐碱化、土壤氮磷过剩且养分失衡等。这严重影响了农产品的产量和品质，威胁着我国农业的持续健康发展。尤其是土壤中重金属污染导致农场品重金属含量超标的问题，严重影响食品安全，其中镉污染尤为严重。
许多研究发现，土壤调理剂是土壤修复技术中的重要应用产品，可改良土壤结构，提高土壤微生物的活性，有效调节土壤的酸碱性，促进作物根系生长和增强植物的光合作用，提高作物的抗病和抗逆性，改善作物果实品质，提高作物的产量，为实现农业持续健康发展创造良好的环境条件。同时土壤调理剂还能分解土壤中残留的有机污染物，钝化土壤中的重金属。合理使用土壤调理剂，能有效缓解土壤退化，改善土壤质量。
经过几十年的开采，黄金尾矿的堆积已经占据了大量的土地，尾矿在露天堆放过程中会对周边的土壤、大气、地下水等造成严重的污染。但黄金尾矿是一种硅钙类工业废弃物，含有大量的硅元素，可以有效补充土壤中的硅。硅对于植物的生长具有重要的作用，植物在生长过程中吸收硅元素，促进植株的生长；在植物根系吸收过程中，硅与重金属离子形成竞争作用，抑制作物对重金属离子的吸收，有效改善土壤金属污染问题。所以研发一种以黄金尾矿为原料的土壤调理剂既可用于土壤改良，也实现了黄金尾矿的资源化利用，解决了制约黄金产业发展的行业难题。
发明内容
本发明针对上述现有技术中的缺陷，提出了如下技术方案，包括如下实施方式：
实施方式1.一种土壤调理组合物，其特征在于，其包括以下重量份的原料：黄金尾矿51-78份，磁铁矿改性生物炭5-20份，硅藻土改性壳聚糖复合材料3-18份，白云石10-45份；其中，所述黄金尾矿中的SiO2含量大于等于60％。
实施方式2.根据实施方式1所述的土壤调理组合物，其特征在于，所述黄金尾矿为碱性钠盐改性黄金尾矿材料，其通过将所述黄金尾矿和碱性钠盐按照重量比1：(0.1-1)的比例混合均匀，在450-550℃下反应1-3h制备；其中，所述碱性钠盐为氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠和硫酸钠中的一种或多种。
实施方式3.根据实施方式1所述的土壤调理组合物，其特征在于，所述磁铁矿改性生物炭按以下方法制备：将磁铁矿和秸秆生物炭按照质量比3-5：1的比例加入到球磨罐中，在500-800r/min的条件下球磨8-16h后，用去离子水洗至中性附近，烘干后过80-100目筛，即制得所述磁铁矿改性生物炭；其中，所述秸秆生物炭包括稻草、稻糠、小麦秸秆中的任意一种或多种。
实施方式4.根据实施方式1所述的土壤调理组合物，其特征在于，所述硅藻土改性壳聚糖按如下方法制备：用体积分数为3-8％的乙酸溶液缓慢溶解壳聚糖，配制成壳聚糖溶液；将硅藻土与所述壳聚糖溶液按固液比1：(10-20)的比例混合，然后强力搅拌20min以上使之充分接触，制得粘稠状混合物；将所述粘稠状混合物在60-80℃下干燥8-12h，球磨后过80-100目筛，即制得所述硅藻土改性壳聚糖。
实施方式5.根据实施方式1所述的土壤调理组合物，其特征在于，还包括以下重量份的原料：有机肥11-50份，矿物源腐植酸9-35份，微生物有机发酵液5-20份，活性微生物发酵滤渣5-25份，增效剂0.5-8份，保水剂0.5-5份。
实施方式6.根据实施方式5所述的土壤调理组合物，其特征在于，还包括3-7重量份淀粉接枝聚乙烯醇。
实施方式7.根据实施方式5所述的土壤调理组合物，其特征在于，所述增效剂为包含椰子酸酯、丁香醇、羧烷基硫代琥珀酸和异亮氨酸中至少两种的混合物。
实施方式8.根据实施方式5所述的土壤调理组合物，其特征在于，所述土壤调理组合物用于酸性土壤。
实施方式9.一种制备实施方式5所述的土壤调理组合物的方法，其包括如下步骤：
将所述黄金尾矿和碱性钠盐按照重量比1：(0.1-1)的比例混合均匀，在450-550℃下反应1-3h，制得功能材料A；
将所述磁铁矿改性生物炭5-20份，硅藻土改性壳聚糖复合材料3-18份，白云石10-45份，有机肥11-50份，矿物源腐植酸9-35份，活性微生物发酵滤渣5-25份，在搅拌机中充分混合，制得功能材料B；
将所述增效剂和保水剂按照所需配比混合，在室温避光条件下放置12-24h，制得功能材料C；
将所述功能材料A、功能材料B和功能材料C充分混合，制得所述土壤调理组合物。
实施方式10.根据实施方式9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将所述功能材料A、功能材料B和功能材料C充分混合后采用造粒机进行造粒，在造粒过程中向物料喷洒按原料所需配比配制的所述淀粉接枝聚乙烯醇和微生物有机发酵液的混合液，制成湿土壤调理组合物颗粒；将所述湿土壤调理组合物颗粒在50-75℃条件下烘干，制得所述土壤调理组合物。
本发明的技术效果包括：1、通过黄金尾矿中富含的硅元素与土壤中的重金属镉离子的竞争作用，能够钝化土壤中的重金属镉，抑制作物对重金属离子的吸收，减少重金属镉对植物的胁迫作用，硅元素还可以促进植株的生长，增强作物的抗病、抗逆性。尤其是碱性钠盐改性的黄金尾矿材料，能够显著钝化土壤中的镉离子，具有更加优异的性能。
2、磁铁矿改性生物炭的多孔结构和表面的丰富官能团能有效固定土壤中重金属镉离子，减少重金属镉离子在土壤中的迁移性和生物活性，降低植物对重金属离子的吸收和积累。
3、硅藻土改性壳聚糖具有多孔结构、较大的比表面积，其表面含有羟基、氨基等官能团，能通过吸附、沉淀等方式钝化土壤重金属镉，减少重金属镉离子在土壤中的迁移性和生物活性，有效改善土壤重金属污染问题。
4、磁铁矿改性生物炭、白云石、硅藻土改性壳聚糖混合使用，能够提高土壤pH，有效改良土壤酸化的问题，同时通过吸附、螯合、沉淀等途径固定土壤重金属镉，降低土壤重金属镉的活性。
此外，本申请的技术方案还带来了许多其他的优点，这些优点将会在具体实施方式中详细说明。
具体实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
本申请中的术语具有本领域技术人员通常理解的含义，否则会明确定义或者作出相反的说明。
本申请提供了一种钝化土壤重金属镉的土壤调理组合物，其包括以下重量份的原料：黄金尾矿51-78份，磁铁矿改性生物炭5-20份，硅藻土改性壳聚糖复合材料3-18份，白云石10-45份；其中，所述黄金尾矿中的SiO2含量大于等于60％。
本申请的术语“土壤调理组合物”和“土壤调理剂”具有相同的含义，都是指用于对土壤进行调理，改良土壤性状的组合物，两个术语可以互换使用。
本申请所述黄金尾矿是金矿石经选矿或者提金工艺回收金或其他有用组分后排出的固体废弃物，一般情况下，黄金尾矿呈碱性，尾矿中硅元素含量较高，同时含有钾、钙、镁、铝、铁、铜等元素，其中的硅元素，可以促进植株的生长，增强作物的抗病、抗逆性，在植物根系吸收过程中，硅与重金属镉离子形成竞争作用，抑制作物对重金属离子的吸收，减少重金属镉对植物的胁迫作用，当黄金尾矿中的SiO2含量大于等于60％时，能够产生显著的重金属钝化效果，本申请所述“钝化”指降低目标元素活性的过程。所述磁铁矿改性生物炭的多孔结构和表面的丰富官能团能有效固定土壤中重金属镉离子，减少重金属镉离子在土壤中的迁移性和生物活性，降低植物对重金属离子的吸收和积累。所述硅藻土改性壳聚糖具有多孔结构、较大的比表面积，其表面含有羟基、氨基等官能团，能通过吸附、沉淀等方式钝化土壤重金属镉，减少重金属镉离子在土壤中的迁移性和生物活性，有效改善土壤金属污染问题。将所述黄金尾矿、磁铁矿改性生物炭、硅藻土改性壳聚糖复合材料、白云石按照本申请所述配比混合制备土壤调理剂，能够通过吸附、螯合、沉淀等途径钝化土壤重金属镉，降低土壤重金属镉的活性，同时提高土壤pH，有效改良土壤酸化的问题。
在一些实施方式中，所述黄金尾矿为碱性钠盐改性黄金尾矿材料，其通过将所述黄金尾矿和碱性钠盐按照重量比1：(0.1-1)的比例混合均匀，在450-550℃下反应1-3h制备；其中，所述碱性钠盐为氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠和硫酸钠中的一种或多种，优选强碱性钠盐。本申请人出乎意料的发现，通过所述方法改性的黄金尾矿，具有更加优异的钝化土壤重金属的效果，土壤镉的钝化率显著提升。通常来讲，碱性钠盐改性黄金尾矿具有更高的pH，会显著增加土壤pH，促进土壤重金属镉向稳定态转变，从而提高了钝化率，另一方面，碱性钠盐会改变黄金尾矿的结构，增加表面羟基和硅氧键的数量，通过表面络合、离子交换、化学沉淀等途径钝化土壤重金属镉，提高钝化率。
在一些实施方式中，所述磁铁矿改性生物炭按以下方法制备：将磁铁矿和秸秆生物炭按照质量比3-5：1的比例加入到球磨罐中，在500-800r/min的条件下球磨8-16h后，用去离子水洗至中性附近，烘干后过80-100目筛，即制得所述磁铁矿改性生物炭；其中，所述秸秆生物炭包括稻草、稻糠、小麦秸秆中的任意一种或多种。优选的，所述球磨球采用大中小三种玛瑙球，比例为2:1:3，球料比为150：1。
在一些实施方式中，所述硅藻土改性壳聚糖按如下方法制备：用体积分数为3-8％的乙酸溶液缓慢溶解壳聚糖，配制成壳聚糖溶液；将硅藻土与所述壳聚糖溶液按固液比1：(10-20)的比例混合，然后强力搅拌20min以上使之充分接触将，制得粘稠状混合物；所述粘稠状混合物在60-80℃下干燥8-12h，球磨后过80-100目筛，即制得所述硅藻土改性壳聚糖，本申请中，采用膨润土替代硅藻土对壳聚糖进行改性，亦可取得同样的效果。其中，“将硅藻土与所述壳聚糖溶液按固液比1：(10-20)的比例混合”中的“固液比”指硅藻土的质量与壳聚糖溶液体积之间的比值，例如将20g硅藻土溶解到400ml壳聚糖溶液时的固液比即为1:20。为了使硅藻土和壳聚糖溶液充分混合，需要达到一定的搅拌强度，例如用磁力搅拌器以大约600r/min的转速搅拌30min。
在一些实施方式中，所述白云石中CaO含量大于等于30％，MgO含量大于等于25％。钙和镁均为植物生长所需的营养元素，较高的钙镁含量能够促进植物生长。
在一些实施方式中，所述的钝化土壤重金属镉的土壤调理剂还包括以下重量份的原料：有机肥11-50份，矿物源腐植酸9-35份，微生物有机发酵液5-20份，活性微生物发酵滤渣5-25份，增效剂0.5-8份，保水剂0.5-5份。
所述有机肥、微生物有机发酵液、活性微生物发酵滤渣中含有大量的有益微生物，能分解土壤中的有机物，增加土壤的团粒结构，改善土壤组成，同时含有有机质和大量元素和微量元素，养分齐全，可提供作物所需的多种养分。所述有机肥可以生产粉丝的绿豆废弃物为主要原料，以玉米秸秆、蘑菇菌渣、锯末、玉米芯、花生壳粉、牡蛎壳粉、白云石粉中的一种或多种为辅料，采用高温工艺发酵处理，高温期持续12d以上，有机肥的含水率小于等于30％。这些原料易于获取、生态环保、质优价廉，非常适于本申请所述土壤调理剂的制备。所述微生物有机发酵液和活性微生物发酵滤渣可通过豌豆蛋白废水经微生物发酵后固液分离制得，所述微生物优选含有枯草芽孢杆菌的复合微生物菌群，例如以以Bacillussubtilis LD-9308，Basillus subtilis F-2-01,Basillus subtilis NX-2菌种为主的复合微生物菌群。
所述微生物有机发酵液和活性微生物发酵滤渣能促进植物吸收更多营养物质，提高养分的利用率，促进植物生长，增强作物的抵抗能力。所述微生物有机发酵液还可通过本申请所述生产方法，在造粒过程中形成包膜粒状土壤调理剂，使养分缓慢释放，增加植物对养分的利用率。
所述矿物源腐植酸具有强大的螯合功能，加速矿物质之间的相互作用和分解，提高矿物质的反应速率，改善土壤营养结构；同时能进一步增加土壤有机质含量，促进土壤团粒结构形成，有效改良土壤理化性状。优选腐植酸含量大于等于48％的矿物源腐植酸。
所述保水剂可选择聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素钠、接枝淀粉、聚乳酸类高分子材料中的一种或多种。
在一些实施方式中，所述的钝化土壤重金属镉的土壤调理剂还包括3-7重量份淀粉接枝聚乙烯醇。所述淀粉接枝聚乙烯醇，在造粒过程中形成包膜粒状土壤调理剂，养分缓慢释放，可增加植物对养分的利用率。
在一些实施方式中，所述增效剂为包含椰子酸酯、丁香醇、羧烷基硫代琥珀酸和异亮氨酸中至少两种的混合物。所述羧烷基硫代琥珀酸表面含有丰富的官能团，如羟基、羧基、羰基、甲氧基和硫基，能通过吸附、沉淀和络合来控制土壤重金属镉的迁移和富集，有效改善土壤金属污染问题。所述椰子酸酯、丁香醇和异亮氨酸能促进植物吸收更多营养物质，提高养分的利用率，促进植物生长，增强作物的抵抗能力。
在一些实施方式中，所述土壤调理剂用于酸性土壤。酸性土壤较低的pH值增强了土壤中重金属的活性，导致重金属危害加大，本申请所述土壤调理剂除了能够固化重金属，其包含碱性原料，施入土壤后能够提高土壤pH值，实现对酸性土壤的改良。
本申请另一方面公开了一种制备所述的钝化土壤重金属镉的土壤调理剂的方法，其包括如下步骤：
将所述黄金尾矿和碱性钠盐按照重量比1：(0.1-1)的比例混合均匀，在450-550℃下反应1-3h，制得功能材料A；
将所述磁铁矿改性生物炭5-20份，硅藻土改性壳聚糖复合材料3-18份，白云石10-45份，有机肥11-50份，矿物源腐植酸9-35份，活性微生物发酵滤渣5-25份，在搅拌机中充分混合，制得功能材料B；
将所述增效剂和保水剂按所需配比混合，在室温避光条件下放置12-24h，制得功能材料C；
将所述功能材料A、功能材料B和功能材料C充分混合，制得所述土壤调理剂。
优选的，当物料含水率过大时需要进行干燥处理，例如，所述矿物源腐植酸原料的含水量通常较高，需在粉碎前进行干燥，烘干温度可选80-105℃。当原料中含有较大颗粒时刻进行粉碎处理，例如黄金尾矿、矿物源腐植酸、白云石等，并进行筛分，便于物料充分混合。
在一些实施方式中，本申请所述方法还包括：
将所述功能材料A、功能材料B和功能材料C充分混合后采用造粒机进行造粒，在造粒过程中向物料喷洒按原料所需配比配制的所述淀粉接枝聚乙烯醇和微生物有机发酵液的混合液，制成湿土壤调理剂颗粒；
将所述湿土壤调理剂颗粒在50-75℃条件下烘干，制得所述土壤调理剂。
优选的，所述造粒机采用圆盘造粒机，从而便于在圆盘造粒机转动的条件下，喷洒所述淀粉接枝聚乙烯醇和微生物有机发酵液的混合液，制成颗粒状包膜缓控土壤调理剂。
以上所述的范围可以单独使用或者组合使用。通过下面实施例，能够更容易理解本申请。
实施例
实施例1
本实施例通过土壤培养试验对比了黄金尾矿、碱性钠盐改性黄金尾矿材料、磁铁矿改性生物炭、硅藻土改性壳聚糖复合材料四种材料单独施用情形下对土壤重金属镉的钝化效果，并以未添加材料的土壤作为对照。具体试验方法如下：
1、试验材料及制备方法
所述黄金尾矿原料购自莱州市永兴石粉厂，其化学元素组成包括：SiO2 67.62％，Al2O3 18.25％，K2O 5.34％，CaO 2.91％，Na2O 2.05％，Fe2O3 1.89％，MgO 0.806％，pH值9.03，将原料粉碎过筛后制得所述黄金尾矿。
所述碱性钠盐改性黄金尾矿材料如下制备：将所述黄金尾矿和碱性钠盐按照重量比1：0.5的比例混合均匀，在500℃下反应1-3h制得。所述碱性钠盐由氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、硫酸钠等比例配置而成。其中，碱性钠盐的来源如下：氢氧化钠，工业级，购自新疆中泰化学股份有限公司；碳酸钠，食品级，购自山东海化股份有限公司纯碱厂；碳酸氢钠，食品级，购自河南中源化学股份有限公司；硫酸钠，工业级，购自中盐淮安盐化集团有限公司。
所述磁铁矿改性生物炭如下制备：将磁铁矿和秸秆生物炭按照质量比4：1的比例加入到球磨罐中(球磨球采用大中小三种玛瑙球，比例为2:1:3；球料比为150：1)，然后在500-800r/min的条件下球磨8-16h，然后用去离子水洗至中性附近，烘干后过80目筛，即得到所述磁铁矿改性生物炭。其中，磁铁矿购自承德三佳超细粉体有限责任公司，秸秆生物炭为市售小麦秸秆。
所述硅藻土改性壳聚糖复合材料如下制备：将壳聚糖按照固液比1:40的比例缓慢溶解到体积分数为5％的乙酸溶液中(例如将10g壳聚糖缓慢溶解到400ml乙酸溶液中)，配制成壳聚糖溶液；将硅藻土与所述壳聚糖溶液按固液比1：20的比例混合(例如将20g硅藻土与400ml壳聚糖溶液混合)，用磁力搅拌器以大约600r/min的转速搅拌30min使之充分混合，制得粘稠状混合物；所述粘稠状混合物在60-80℃下干燥8-12h，球磨后过80目筛，即制得所述硅藻土改性壳聚糖。其中，原料来源如下：硅藻土，分析纯，购自天津市登峰化学试剂厂；壳聚糖，食品级，购自山东陆海蓝圣生物科技股份有限公司；乙酸，分析纯，天津市永大化学试剂有限公司。
2、试验方法及数据检测
取镉污染的土壤(DTPA-Cd＝1.265mg/kg)，按照10g/kg的比例分别添加上述选取的材料，并将土壤含水率保持在田间持水量的60％，培养21天。待培养结束，测定土壤中有效镉的含量，并计算相应钝化率。其中，土壤有效镉含量测定采用DTPA浸提-原子吸收分光光度法，钝化率按下式计算：
钝化率(％)＝(未添加材料污染土壤DTPA-Cd的浓度-添加材料污染土壤DTPA-Cd的浓度)/未添加材料污染土壤DTPA-Cd的浓度×100％
培养21天后土壤DTPA-Cd的浓度及相应的钝化率如下表1所示：
表1检测及计算结果
Figure BDA0003391767960000091
由上表数据可以看出，添加黄金尾矿、碱性钠盐改性黄金尾矿材料、磁铁矿改性生物炭、硅藻土改性壳聚糖复合材料均能不同程度的实现对土壤重金属镉的钝化效果，尤其是碱性钠盐改性黄金尾矿材料，一方面通过增加土壤pH，促进土壤重金属镉向稳定态转变，提高钝化率，另一方面，碱性钠盐会改变黄金尾矿的结构，增加表面羟基和硅氧键的数量，通过表面络合、离子交换、化学沉淀等途径钝化土壤重金属镉，从而产生了显著的钝化效果，钝化率达到63.78％。
实施例2
本实施公开了一种钝化土壤重金属镉的土壤调理组合物，其包括以下重量份的原料：黄金尾矿51份，磁铁矿改性生物炭5份，硅藻土改性壳聚糖复合材料3份，白云石10份，有机肥11份，矿物源腐植酸9份，微生物有机发酵液5份，活性微生物发酵滤渣5份，淀粉接枝聚乙烯醇3份，增效剂0.5份，保水剂0.5份。
所述黄金尾矿为碱性钠盐改性黄金尾矿材料，所述碱性钠盐改性黄金尾矿材料、磁铁矿改性生物炭、硅藻土改性壳聚糖复合材料的制备方法与实施例1一致。所述白云石购自灵寿县安达矿物粉体厂；有机肥购自三友生物(烟台)有限公司；矿物源腐殖酸购自交口县梦想园腐植酸厂；微生物有机发酵液为聚谷氨酸发酵液，购自烟台东方蛋白科技有限公司；活性微生物发酵滤渣为豌豆蛋白废水经微生物发酵后过滤所得，购自烟台进邦生物科技有限公司；淀粉接枝聚乙烯醇为化学试剂，购买自化工品公司；增效剂包含0.25份椰子酸酯和0.25份异亮氨酸，其中，椰子酸酯购自郑州信联生化科技有限公司，异亮氨酸为食品级，购自冀州市华阳化工有限责任公司；保水剂为羧甲基纤维素钠，工业级，购自郑州市郑氏中原纤维素有限公司。
所述土壤调理剂的制备包括以下步骤：
S1：将矿物源腐植酸烘干，然后冷却至室温，经粉碎筛分除去大颗粒；
S2：将白云石、黄金尾矿经粉碎筛分除去大颗粒；
S3：将有机肥由筛分机进行筛分，除去大颗粒；
S4：将黄金尾矿和碱性钠盐按照重量比1：0.5的比例混合均匀，在500℃下反应1-3h，得到功能材料A；
S5：按照所需配比将磁铁矿改性生物炭、硅藻土改性壳聚糖复合材料、白云石、有机肥、矿物源腐植酸、活性微生物发酵滤渣在搅拌机中充分混合，得到功能材料B；
S6：按照所需配比将增效剂和保水剂混合，并加入一定量的水，在室温避光条件下放置12-24h，得到功能材料C；
S7：将功能材料A、功能材料B和功能材料C转移至造粒机中，在圆盘造粒机转动的条件下，喷洒按照所需配比配制的淀粉接枝聚乙烯醇和微生物有机发酵液混合液，制成湿土壤调理剂颗粒；
S8：将S7中制得的湿土壤调理剂在50-75℃条件下烘干，得到包膜缓控颗粒状土壤调理剂，然后进行分装，制得所述钝化土壤重金属镉的土壤调理剂。
实施例3
本实施公开了一种钝化土壤重金属镉的土壤调理剂，其包括以下重量份的原料：黄金尾矿65份，磁铁矿改性生物炭5份，硅藻土改性壳聚糖复合材料3份，白云石10份，有机肥11份，矿物源腐植酸9份，微生物有机发酵液5份，活性微生物发酵滤渣5份，淀粉接枝聚乙烯醇3份，增效剂0.5份，保水剂0.5份。
本实施例中的原料来源及制备方法与实施例2一致。
实施例4
本实施公开了一种钝化土壤重金属镉的土壤调理剂，其包括以下重量份的原料：黄金尾矿78份，磁铁矿改性生物炭5份，硅藻土改性壳聚糖复合材料3份，白云石10份，有机肥11份，矿物源腐植酸9份，微生物有机发酵液5份，活性微生物发酵滤渣5份，淀粉接枝聚乙烯醇3份，增效剂0.5份，保水剂0.5份。
本实施例中的原料来源及制备方法与实施例2一致。
实施例5
本实施例通过油菜盆栽试验，对比了实施例2至4所制备的三种土壤调理剂对土壤pH值和油菜生长的影响，具体试验方法如下：
将所述土壤调理剂施用在设施大棚酸性土壤中进行30天的油菜盆栽实验。本试验分为对照组与试验组，试验组设3个处理，处理1-3分别指施用实施例2-4所制得土壤调理剂，同时施用常规化学肥料，每个处理平行试验3次，每个处理的土壤调理剂和肥料施用具体如表2所示。
表2试验设置情况
处理 调理剂g/kg 硝酸铵g/kg 尿素g/kg 氯化钾g/kg
对照 0 0.7 0.3 0.12
处理1 20 0.7 0.3 0.12
处理2 20 0.7 0.3 0.12
处理3 20 0.7 0.3 0.12
分析本发明的土壤调理组合物对土壤pH、油菜的出苗率及干物质量的影响，结果如表3所示。
表3检测及计算结果
处理 土壤pH 出苗率％ 干物质量g/株
对照 4.53±0.12 63.5±3.4 3.4±0.1
处理一 4.85±0.16 75.6±1.4 4.1±0.2
处理二 5.13±0.14 82.6±1.6 4.8±0.1
处理三 5.41±0.12 96.8±1.8 5.9±0.2
施用本发明的土壤调理剂后，设施大棚土壤的pH从4.53升高至5.41，出苗率由63.5％升高至96.8％，干物质量也升高了70％，说明调理剂促进了油菜的生长。
实施例6
本实施例通过水稻盆栽试验，对比了实施例2至4所制备的三种土壤调理剂对土壤pH值和油菜生长的影响，具体试验方法如下：
将所述土壤调理剂施用在湖南省株洲市某稻田土壤中进行为期68天的水稻盆栽实验。受试土壤基本理化性质测定结果见表4，其中，土壤基本理化性状测定采用土壤农化常规分析方法：pH值用电位法(土水比1：2.5)测定；有机质用重铬酸钾容量法测定；全氮用半微量开氏法测定；速效钾用火焰光度法测定；有效磷用0.05mo l/L NaHCO3提取钼蓝比色法测定；土壤镉含量采用HNO3-HF微波消解-石墨炉原子吸收分光光度法测定；土壤有效镉含量测定采用DTPA浸提-原子吸收分光光度法测定。
表4土壤理化性质及重金属镉含量
Figure BDA0003391767960000121
具体的设计如下：本试验分为对照组与试验组，试验组设3个处理，处理1-3分别指施用实施例2-4所制得土壤调理剂，每个处理平行试验3次，每个处理中土壤调理剂和肥料施用和实施例5中一致。
收获稻米后，测定各个处理土壤有效镉、有效硅的含量及稻米镉的含量，其中稻米镉含量采用HNO3-H2O2微波消解-石墨炉原子吸收分光光度法测定，土壤有效硅采用柠檬酸浸提—硅钼蓝比色法测定。检测结果如表5所示：
表5检测结果
Figure BDA0003391767960000131
由表中可以看出，施用本发明的土壤调理剂后，土壤有效镉和稻米镉含量显著降低，土壤有效硅含量增大，尤其是随着原料配比中碱性钠盐改性黄金尾矿材料的增加，土壤有效镉和稻米镉含量的降低更为明显，表明其具有钝化土壤中的重金属镉，抑制作物对重金属离子的吸收，减少重金属镉对植物的胁迫的效果。
从以上实施例中的盆栽试验及测试结果可以看出，本申请的土壤调理组合物可以提高土壤pH，促进作物生长，降低作物对重金属镉的吸收和积累。
以上所述仅是本公开的示范性实施方式，而非用于限制本公开的保护范围，本公开的保护范围由所附的权利要求确定。

Claims (7)

1.一种土壤调理组合物，其特征在于，其包括以下重量份的原料：黄金尾矿51-78份，磁铁矿改性生物炭5-20份，硅藻土改性壳聚糖复合材料3-18份，白云石10-45份；
其中，所述黄金尾矿中的SiO2含量大于等于60％；
所述黄金尾矿为碱性钠盐改性黄金尾矿材料，其通过将所述黄金尾矿和碱性钠盐按照重量比1：(0.1-1)的比例混合均匀，在450-550℃下反应1-3h制备；
其中，所述碱性钠盐为氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠中的一种或多种；
所述磁铁矿改性生物炭按以下方法制备：
将磁铁矿和秸秆生物炭按照质量比3-5：1的比例加入到球磨罐中，在500-800r/min的条件下球磨8-16h后，用去离子水洗至中性附近，烘干后过80-100目筛，即制得所述磁铁矿改性生物炭；
其中，所述秸秆生物炭包括稻草、稻糠、小麦秸秆中的任意一种或多种；
所述硅藻土改性壳聚糖按如下方法制备：
用体积分数为3-8％的乙酸溶液缓慢溶解壳聚糖，配制成壳聚糖溶液；
将硅藻土与所述壳聚糖溶液按固液比1：(10-20)的比例混合，然后强力搅拌20min以上使之充分接触，制得粘稠状混合物；
将所述粘稠状混合物在60-80℃下干燥8-12h，球磨后过80-100目筛，即制得所述硅藻土改性壳聚糖。
2.根据权利要求1所述的土壤调理组合物，其特征在于，还包括以下重量份的原料：有机肥11-50份，矿物源腐植酸9-35份，微生物有机发酵液5-20份，活性微生物发酵滤渣5-25份，增效剂0.5-8份，保水剂0.5-5份。
3.根据权利要求2所述的土壤调理组合物，其特征在于，还包括3-7重量份淀粉接枝聚乙烯醇。
4.根据权利要求2所述的土壤调理组合物，其特征在于，所述增效剂为包含椰子酸酯、丁香醇、羧烷基硫代琥珀酸和异亮氨酸中至少两种的混合物。
5.根据权利要求2所述的土壤调理组合物，其特征在于，所述土壤调理组合物用于酸性土壤。
6.一种制备权利要求3所述的土壤调理组合物的方法，其包括如下步骤：
将所述黄金尾矿和碱性钠盐按照重量比1：(0.1-1)的比例混合均匀，在450-550℃下反应1-3h，制得功能材料A；
将所述磁铁矿改性生物炭5-20份，硅藻土改性壳聚糖复合材料3-18份，白云石10-45份，有机肥11-50份，矿物源腐植酸9-35份，活性微生物发酵滤渣5-25份，在搅拌机中充分混合，制得功能材料B；
将所述增效剂和保水剂按所需配比混合，在室温避光条件下放置12-24h，制得功能材料C；
将所述功能材料A、功能材料B和功能材料C充分混合，制得所述土壤调理组合物。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将所述功能材料A、功能材料B和功能材料C充分混合后采用造粒机进行造粒，在造粒过程中向物料喷洒按原料所需配比配制的所述淀粉接枝聚乙烯醇和微生物有机发酵液的混合液，制成湿土壤调理组合物颗粒；
将所述湿土壤调理组合物颗粒在50-75℃条件下烘干，制得所述土壤调理组合物。
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