CN115404083A - 一种土壤重金属改良剂及其制备、使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种土壤重金属改良剂及其制备、使用方法，改良剂包括以下重量份数的组分：蒙脱石：3‑7份、石膏：6‑9份、锅底灰：3‑7份、秸秆：6‑10份、五倍子：7‑10份、山茱萸：4‑6份、菌糠：2‑6份、人中黄：6‑9份、兔子粪：6‑9份、尿素：4‑8份、青蒿：6‑9份、南非叶：5‑8份。本品属于土壤重金属改良剂，是药用植物提取液与有机质和无机化学剂混合而成，适用于土壤中Pb、As、Cd、Cr、Hg重金属的钝化，在钝化Pb、As、Cd、Cr、Hg的同时改变土壤的理化性质，使土壤具有充足的养分，有利于土壤结构稳定，保护土壤，并且增加营养物质，促进农作物生长，增产创收。
Description
技术领域
本发明属于土壤改良技术领域，具体涉及一种土壤重金属改良剂及其制备、使用方法。
背景技术
随着世界经济的快速发展，工业化进程推进过程中的排污问题越来越严重，使得重金属污染问题日益受到全球关注。与其他有机污染物不同，环境中的重金属不易降解，土壤中的重金属会通过渗透到食物链中，而对人和动物的健康造成损害，威胁到地球上生物的存在，破坏了生态环境的平衡。
传统的重金属治理的方法主要有化学修复法、物理修复法和生物修复法。物理修复方法包括排、换土等工程措施，该修复效果显著、稳定，但工程投资大、易破坏土壤结构，并且高浓度污染水平的土壤，易增加对操作者的潜在危害。
化学修复是向污染土壤中施入各种钝化剂，利用吸附、沉淀、氧化还原、络合等机制，改变污染物的形态与活性，使其转化成非活性、植物难吸收的组分，从而实现修复利用的技术。该法因简单易行、效果显著而得到广泛应用，但是化学法也存在二次污染、土壤质量下降等问题。
生物修复法是利用植物、微生物或动物自身特性来去除土壤中的重金属。目前，有关生物修复方法的研究报道较多，尤其是植物修复。但是，对于大面积轻度污染土壤，采用植物修复所需时间较长；对于突发性土壤重金属污染，高浓度污染水平不利于植物生长，因此效果不理想。
发明内容
基于上述问题，本发明提出一种土壤重金属改良剂，通过配方成分钝化重金属离子，降低重金属在土壤中的生物有效性，解决土壤重金属污染，农作物重金属超标的问题，使土壤重新焕发生机，促进植物生长发育。
本发明采用的技术方案是，一种土壤重金属改良剂，包括以下重量份数的组分：
蒙脱石：3-7份、石膏：6-9份、锅底灰：3-7份、秸秆：6-10份、五倍子：7-10份、山茱萸：4-6份、菌糠：2-6份、人中黄：6-9份、兔子粪：6-9份、尿素：4-8份、青蒿：6-9份、南非叶：5-8份。
作为本发明所述的一种土壤重金属改良剂的优选方案，包括以下重量份数的组分：
包括以下重量份数的组分：蒙脱石：6份、石膏：7份、锅底灰：5份、秸秆：8份、五倍子：8份、山茱萸：6份、菌糠：5份、人中黄：8份、兔子粪：9份、尿素：6份、青蒿：7份、南非叶：6份。
一种土壤重金属改良剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：将蒙脱石、石膏原料在90-105℃的环境下烘干晾晒至含水量8％-12％，磨成500-800目的粉末，得到原料粉Ⅰ，密封保存；
S2：将秸秆、菌糠分别烘干至水分含量不高于12％后磨成300-500目的粉末，混合得到原料粉Ⅱ，密封保存；
S3：将五倍子敲开，除去杂质，切制捣碎，用微火炒至微黄或黄色为度，取出备用，将青蒿净制切段，用文火炒至微黄色，或褐黄色微焦时，取出放凉备用；
S4：将炒制后的青蒿和南非叶粉碎后经超声波水解，固液分离得到液体Ⅰ和滤渣Ⅰ，保存备用；
S5：将炒制后的五倍子和山茱萸粉碎经CO2超临界低温萃取技术进行提取，固液分离得到液体Ⅱ和滤渣Ⅱ，保存备用；
S6：将兔子粪、人中黄晒干至含水量低于12％，粉碎至30-50目的粉末，得到原料粉Ⅲ；
S7：将尿素粉碎至50-80目，得到原料粉Ⅳ；
S8：将滤渣Ⅰ和滤渣Ⅱ，原料粉Ⅱ，原料粉Ⅲ混合后放入发酵池中密封发酵7-15天，温度控制在25-35℃；
S9：将发酵后的产物与液体Ⅰ，液体Ⅱ，原料粉Ⅰ，原料粉Ⅳ和锅底灰充分搅拌均匀晾干后得到土壤重金属改良剂。
一种土壤重金属改良剂的使用方法，按40-50kg的土壤重金属改良剂与1000kg有机肥混合作为基肥使用，将基肥均匀撒在土壤上并翻耕，使基肥与土壤混匀，间隔3个月施用一次，共四次。
进一步的，所述土壤翻耕深度为20-30cm，翻耕后向土壤喷淋清水至土壤湿润。
本发明的有益效果是：
(1)本品属于土壤重金属改良剂，是药用植物提取液与有机质和无机化学剂混合而成，适用于土壤中Pb、As、Cd、Cr、Hg重金属的钝化，在钝化Pb、As、Cd、Cr、Hg的同时改变土壤的理化性质，使土壤具有充足的养分，有利于土壤结构稳定，保护土壤，并且增加营养物质，促进农作物生长，增产创收；
(2)本发明配方中，中草药五倍子、山茱萸具有收敛固涩的功效，其有效成分—鞣质，可以与土壤中Pb、Cd两种重金属形成不溶化合物，可以作为解毒剂应用，同时还具有一定的杀菌除菌功效；蒙脱石是一种碱性多孔的铝硅酸盐类矿物，比表面积相对较大，结构层带电荷，主要通过吸附、配位和共沉淀反应等作用，对Pb、As、Cd、Cr、Hg等重金属有害污染物质具有较强的吸附能力；在土壤中加入石膏，与Pb、Cd、Hg重金属离子生成沉淀。锅底灰主要成分是碳酸盐，是一种碱性物质，使用锅底灰可提高土壤碱性，重金属AS、Cd、Hg在碱性条件下，易于形成水合氢氧化物和难溶碳酸盐后被土壤胶体吸附固定，不易被植物吸收。通过上述几种成分与重金属发生吸附、沉淀等反应改变重金属在土壤中的赋存形态，降低其在土壤中的移动性和生物有效性，从而减少重金属对土壤生物的毒害和在蔬菜中的积累。
以上成分施用到土壤中后，使重金属钝化，不易被蔬菜吸收，通过施用产品与不施用做对比，蔬菜对土壤中重金属的吸收情况有无明显下降，具体量化指标就是植物中的Pb、AS、Cd、Cr、Hg含量高低来说明配方产品对土壤重金属的钝化效果。
(3)本发明配方中，兔子粪是优良的土壤肥力改良剂，也可作为土壤重金属Cd、Cr的吸附、络合剂，其成分含有较高的腐殖化有机物，主要通过增加土壤阳离子交换量和对离子的吸附能力，以及形成难溶性金属有机络合物等方式来降低土壤中Cd、Cr重金属的生物可利用性；秸秆发酵腐熟后可以增加土壤有机质和养分含量，改善土壤物理性状，提高土壤的生物活性，改善土壤通气性和孔隙度，降低土壤容重，促进土壤的生物活性；菌糠也能提高土壤肥力、改善土壤理化性状、增强持水力和通透性和刺激根际固氮微生物的生长，进一步提高产量。尿素主要降低上述成分使用对蔬菜造成不良影响，提高蔬菜抗性，同时提供蔬菜生长所需的氮元素，促进蔬菜生长发育。中药人中黄的主要原料是甘草，具有清热、泻火解毒，消炎杀菌的功效，运用到配方中起到调和药性的作用，且含大量营养元素，更好的改良土壤，促进蔬菜生长。青蒿和南非叶中的倍半萜、黄酮和香豆素等主要有效成分，具有抗肿瘤、抗菌、抗炎、抗氧化和免疫调节的作用，具体作用在重金属土壤中的蔬菜表现为增强抗病能力，提高免疫，同时倍半萜类成分的抗虫活性作用，可以促进蔬菜更好的生长。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施方式，基于本发明教导所作的任何变换或替换。均属于本发明的保护范围。
实施例中涉及的组分原料，若无特殊说明，均为市面上能够购买的常用商品。
实施例1
一种土壤重金属改良剂，包括以下重量份数的组分：蒙脱石：6份、石膏：7份、锅底灰：5份、秸秆：8份、五倍子：8份、山茱萸：6份、菌糠：5份、人中黄：8份、兔子粪：9份、尿素：6份、青蒿：7份、南非叶：6份。
一种土壤重金属改良剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：将蒙脱石、石膏原料在90-105℃的环境下烘干晾晒至含水量8％-12％，磨成500-800目的粉末，得到原料粉Ⅰ，密封保存；
S2：将秸秆、菌糠分别烘干至水分含量不高于12％后磨成300-500目的粉末，混合得到原料粉Ⅱ，密封保存；
S3：将五倍子敲开，除去杂质，切制捣碎，用微火炒至微黄或黄色为度，取出备用，将青蒿净制切段，用文火炒至微黄色，或褐黄色微焦时，取出放凉备用；
S4：将炒制后的青蒿和南非叶粉碎后经超声波水解，固液分离得到液体Ⅰ和滤渣Ⅰ，保存备用；
S5：将炒制后的五倍子和山茱萸粉碎经CO2超临界低温萃取技术进行提取，固液分离得到液体Ⅱ和滤渣Ⅱ，保存备用；
S6：将兔子粪、人中黄晒干至含水量低于12％，粉碎至30-50目的粉末，得到原料粉Ⅲ；
S7：将尿素粉碎至50-80目，得到原料粉Ⅳ；
S8：将滤渣Ⅰ和滤渣Ⅱ，原料粉Ⅱ，原料粉Ⅲ混合后放入发酵池中密封发酵7-15天，温度控制在25-35℃；
S9：将发酵后的产物与液体Ⅰ，液体Ⅱ，原料粉Ⅰ，原料粉Ⅳ和锅底灰充分搅拌均匀晾干后得到土壤重金属改良剂。
实施例2
与实施例1的不同之处在于，一种土壤重金属改良剂，包括以下重量份数的组分：蒙脱石：4份、石膏：7份、锅底灰：4份、秸秆：6份、五倍子：8份、山茱萸：4份、菌糠：3份、人中黄：7份、兔子粪：6份、尿素：6份、青蒿：7份、南非叶：8份。制备方法相同。
实施例3
与实施例1的不同之处在于，一种土壤重金属改良剂，包括以下重量份数的组分：蒙脱石：3份、石膏：9份、锅底灰：7份、秸秆：9份、五倍子：9份、山茱萸：5份、菌糠：2份、人中黄：9份、兔子粪：6份、尿素：6份、青蒿：8份、南非叶：5份。制备方法相同。
实施例4
与实施例1的不同之处在于，一种土壤重金属改良剂，包括以下重量份数的组分：蒙脱石：4份、石膏：8份、锅底灰：4份、秸秆：7份、五倍子：7份、山茱萸：5份、菌糠：3份、人中黄：7份、兔子粪：7份、尿素：5份、青蒿：6份、南非叶：7份。制备方法相同。
对比例1
与实施例1的不同之处在于，一种土壤重金属改良剂，包括以下重量份数的组分：蒙脱石：6份、石膏：7份、锅底灰：5份、人中黄：8份、兔子粪：9份、尿素：6份、青蒿：7份、南非叶：6份。制备工艺中无秸秆、五倍子、山茱萸、菌糠的相关操作。
对比例2
与实施例1的不同之处在于，一种土壤重金属改良剂，包括以下重量份数的组分：蒙脱石：6份、石膏：7份、锅底灰：5份、秸秆：8份、五倍子：8份、山茱萸：6份、菌糠：5份。制备工艺无人中黄、兔子粪、尿素、青蒿、南非叶的相关操作。
对比例3
与实施例1的不同之处在于，一种土壤重金属改良剂，包括以下重量份数的组分：秸秆：8份、菌糠：5份、人中黄：8份、兔子粪：9份、尿素：6份、青蒿：7份、南非叶：6份。制备工艺无蒙脱石、石膏、锅底灰、五倍子、山茱萸的相关操作。
对比例4
将蒙脱石在90-105℃的环境下烘干晾晒至含水量8％-12％，磨成500-800目的粉末，作为改良剂使用。
对比例5
采用以下原料：锅底灰：5份、五倍子：8份、山茱萸：6份。将五倍子敲开，除去杂质，切制捣碎，用微火炒至微黄或黄色为度，将炒制后的五倍子和山茱萸粉碎经CO2超临界低温萃取技术进行提取，固液分离得到液体和滤渣；将滤渣放入发酵池中密封发酵7-15天，温度控制在25-35℃；将发酵后的产物与液体和锅底灰充分搅拌均匀晾干后得到改良剂。
对比例6
采用以下原料：石膏：9份、秸秆：9份、菌糠：2份、人中黄：9份、兔子粪：6份。将石膏在90-105℃的环境下烘干晾晒至含水量8％-12％，磨成500-800目的粉末；将秸秆、菌糠分别烘干至水分含量不高于12％后磨成300-500目的粉末；将兔子粪、人中黄晒干至含水量低于12％，粉碎至30-50目的粉末；将上述粉末混合后放入发酵池中密封发酵7-15天，温度控制在25-35℃，制得改良剂。
使用试验
按40-50kg的土壤改良剂与1000kg有机肥混合作为基肥使用，将基肥均匀撒在土壤上并翻耕，土壤翻耕深度为20-30cm，翻耕后向土壤喷淋清水至土壤湿润，使基肥与土壤混匀，间隔3个月施用一次，共四次。将上述实施例1-4、对比例1-6制备的土壤改良剂按上述方法分别在划分的试验田使用(试验田性质相同)，并分别在试验田上同期种植相同作物(其他种植条件相同)，对成熟的作物进行重金属检测，结果如下：
表1 上海青种植试验
表2 杭白种植试验
表3 生菜种植试验
表4 油麦菜种植试验
通过检测结果可以看出，本发明提供的土壤重金属改良剂通过改变重金属离子Pb、As、Cd、Cr、Hg在土壤中的存在形态，避免作物吸收，从而降低作物重金属含量，达到绿色健康的目的。本发明在蒙脱石的基础上添加诸多药材，各成分协同作用，提高了对金属离子的吸附、络合、沉淀等作用，效果优于单一产品。
试验过程中，申请人对作物的生长以及采收作出详细记录，对土壤改良剂的效果进一步评价，取杭白与生菜的生长记录如下：
表5 杭白生长记录表
表6 生菜生长记录表
通过观察发现，本发明提供的土壤改良剂不仅增加土壤肥力，对作物生长具有促进作用，而且在降低作物对重金属离子吸收的同时，促进对有效营养成分的吸收，具体表现为作物生长速度快，叶片数量和植株高度大于对比例提供的土壤改良剂，且产量有所增加，另外，作物在生长过程中，病害发生率较对比例低，作物叶片嫩绿，总体长势上佳。
Claims (5)
1.一种土壤重金属改良剂，其特征在于，包括以下重量份数的组分：
蒙脱石：3-7份、石膏：6-9份、锅底灰：3-7份、秸秆：6-10份、五倍子：7-10份、山茱萸：4-6份、菌糠：2-6份、人中黄：6-9份、兔子粪：6-9份、尿素：4-8份、青蒿：6-9份、南非叶：5-8份。
2.根据权利要求1所述的一种土壤重金属改良剂，其特征在于，包括以下重量份数的组分：蒙脱石：6份、石膏：7份、锅底灰：5份、秸秆：8份、五倍子：8份、山茱萸：6份、菌糠：5份、人中黄：8份、兔子粪：9份、尿素：6份、青蒿：7份、南非叶：6份。
3.根据权利要求1-2任一所述的一种土壤重金属改良剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将蒙脱石、石膏在90-105℃的环境下烘干晾晒至含水量8％-12％，磨成500-800目的粉末，得到原料粉Ⅰ，密封保存；
S2：将秸秆、菌糠分别烘干至水分含量不高于12%后磨成300-500目的粉末，混合得到原料粉Ⅱ，密封保存；
S3：将五倍子敲开，除去杂质，切制捣碎，用微火炒至微黄或黄色为度，取出备用，将青蒿净制切段，用文火炒至微黄色，或褐黄色微焦时，取出放凉备用；
S4：将炒制后的青蒿和南非叶粉碎后经超声波水解，固液分离得到液体Ⅰ和滤渣Ⅰ，保存备用；
S5：将炒制后的五倍子和山茱萸粉碎经CO2超临界低温萃取技术进行提取，固液分离得到液体Ⅱ和滤渣Ⅱ，保存备用；
S6：将兔子粪、人中黄晒干至含水量低于12%，粉碎至30-50目的粉末，得到原料粉Ⅲ；
S7：将尿素粉碎至50-80目，得到原料粉Ⅳ；
S8：将滤渣Ⅰ和滤渣Ⅱ，原料粉Ⅱ，原料粉Ⅲ混合后放入发酵池中密封发酵7-15天，温度控制在25-35℃；
S9：将发酵后的产物与液体Ⅰ，液体Ⅱ，原料粉Ⅰ，原料粉Ⅳ和锅底灰充分搅拌均匀晾干后得到土壤重金属改良剂。
4.根据权利要求1-2任一所述的一种土壤重金属改良剂的使用方法，其特征在于，按40-50kg的土壤重金属改良剂与1000kg有机肥混合作为基肥使用，将基肥均匀撒在土壤上并翻耕，使基肥与土壤混匀，间隔3个月施用一次，共四次。
5.根据权利要求4所述的一种土壤重金属改良剂的使用方法，其特征在于，所述土壤翻耕深度为20-30cm，翻耕后向土壤喷淋清水至土壤湿润。
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