一种用于治理轻中度镉污染酸性农田的土壤调理剂及其制备方法.pdf

本发明提供了一种用于治理轻中度镉污染酸性农田的土壤调理剂及其制备方法，制备方法为：1)将麦饭石置于金属盐水溶液中，浸渍后，烘干，得到金属盐改性麦饭石；2)将白云石、石膏、步骤1)制备的金属盐改性麦饭石和硅源混合，得到用于治理轻中度镉污染酸性农田的土壤调理剂。与现有技术相比，本发明提供的土壤调理剂可广泛用于南方轻中度镉污染酸性农田的治理，推荐施用量为300kg/亩/季，效果优异，可显著降低土壤有效镉与作物地上部镉含量，并可实现种植作物增产，产品市场竞争力强。

1.一种用于治理轻中度镉污染酸性农田的土壤调理剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：1)将麦饭石置于金属盐水溶液中，浸渍后，烘干，得到金属盐改性麦饭石；2)将白云石、石膏、步骤1)制备的金属盐改性麦饭石和硅源混合，得到用于治理轻中度镉污染酸性农田的土壤调理剂。 2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中麦饭石和金属盐水溶液体积比为1:1～1:3。 3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述金属盐水溶液浓度为0.5～2M。 4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述金属盐选自氯化钙、硝酸钙、碳酸氢钙、氯化镁、硝酸镁、硫酸镁或碳酸氢镁中的一种或多种。 5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述浸渍是指10～30℃浸渍2～5h。 6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述烘干是指在80～105℃条件下烘干。 7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述白云石、石膏、步骤1)制备的金属盐改性麦饭石和硅源质量比为：45～65：15～25：10～25：5～15。 8.根据权利要求1或7所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述硅源选自硅酸钠、钾长石、富硅云母或硅藻土中的一种或多种。 9.一种权利要求1-8任一项所述制备方法制备得到的用于治理轻中度镉污染酸性农田的土壤调理剂。 10.根据权利要求9所述的用于治理轻中度镉污染酸性农田的土壤调理剂，其特征在于，所述土壤调理剂用于调理的为镉含量0.3～1.5mg/kg、pH为4.5～6.5的轻中度镉污染酸性农田土壤。

技术领域

本发明属于农田重金属治理领域，具体涉及一种用于治理轻中度镉污染酸性农田的土壤调理剂及其制备方法。

背景技术

目前我国针对酸性农田重金属污染的主要治理方式为原位钝化，相关材料包括石灰、磷酸盐、矿物、有机肥、工业废渣、介孔材料等，主要钝化机制包括化学沉淀、碱度沉积、吸附、离子交换、络合螯合、共沉淀等。其中石灰施用见效快但持久性差，常年施用会导致土壤板结，磷酸盐大量施用易造成面源污染，工业废渣本身环境风险较高，介孔材料应用成本较高，相对适合用于农田重金属治理的土壤调理剂主要为矿物及有机肥。

湖南本农环境科技有限公司的公开号为CN 107879850A的专利于2018年4月6日公开了一种酸性农田重金属污染土壤调理剂及其制备方法和应用，土壤调理剂主要由粘土矿物、铁基矿物、磷基化合物、槟榔渣腐熟肥、槟榔渣粉末及生石灰等组成，其制备方法是：将槟榔渣与农家肥及秸秆经过堆积法腐熟，得到槟榔渣腐熟肥；槟榔渣经过烘干、粉碎，得到槟榔渣粉末；将槟榔渣腐熟肥、槟榔渣粉末、粘土矿物、铁基矿物和磷基化合物混合后，采用生石灰调节pH至碱性，即得。将其用于农田重金属污染土壤，不但可以使土壤中游离重金属离子得到高效吸附、固定，有效降低农作物对重金属的累积，而且不破坏农田原有生态环境和土壤结构，还可以提高土壤肥力，减轻土壤有害生物的危害，增加农作物产量。

中山大学的公开号为CN 106433651A的专利于2017年2月22日公开了一种适于南方稻田的酸性镉污染土壤重金属钝化剂，由非金属硅酸盐矿、粉煤灰、氢氧化钙和磷酸盐组成。所述非金属硅酸盐矿对重金属离子有很好的吸附作用，氢氧化钙和磷酸盐可以提高土壤的pH，改良土壤的酸碱性。所述钝化剂对酸性、中性镉污染中度、轻度农田土壤均有稳定的修复效果，成本低，用量少，不造成二次污染。

四川省地质调查院、西南科技大学的公开号为CN 106010546A的专利2016年10月22日公开了酸性农田土壤中重金属镉的钝化剂及其制备、使用方法，所述钝化剂包括如下质量百分比的原料：生物质炭70-85％；氢氧化钙10-20％；磷酸钙2-10％；硅酸钙2-10％。所述钝化剂采用有机-无机配合的复合配方，有效利用大量农作物秸秆，修复效果好，使用简便，成本低廉，用量少且不出现二次污染，还能改善土壤结构，提高作物产量。

西北农林科技大学的公开号CN 104946262A的专利2015年9月30日公开了酸性农田土壤重金属镉污染的原位钝化调理剂及制备方法。所述调理剂由石灰、牛骨、动物血、蚯蚓、酵素有机肥、硅钙镁钾、硫基复合肥搅拌混匀得到。所述调理剂通过与重金属发生吸附、络合、沉淀等反应，降低土壤重金属的生物有效性和可迁移性，同时提高土壤自净能力，改善土壤肥力状况，使其能够生产出优质、高产的水稻，从而恢复酸性农田土壤的生态功能和产业功能。

华南理工大学的公开号CN 106269841A于2017年1月4日公开了一种采用蛋壳对重金属污染酸性农田土壤进行改良的方法。所述方法为：将废弃蛋壳清洗、烘干，并进行粉碎处理，得到蛋壳粉末，然后将蛋壳粉末与重金属污染酸性农田土壤混合均匀，培养30天以上，得到改良后的土壤。所述蛋壳来自农产品废弃物，变废为宝，具有成本低廉，适用范围广，对环境无污染的特点；所述方法能够有效提高土壤pH，降低土壤中重金属的活性，提高土壤有效钙的含量，在矿区周边酸性农田土壤重金属污染的环境治理和农业的可持续发展方面具有重要的现实意义和实用价值。

湖南省土壤肥料研究所的公开号为CN 106607452A的专利于2017年5月3日公开了一种修复中轻度酸性镉污染土壤的调理剂及制备方法与应用，它由一定比例的赤泥、生石灰、海泡石、生物炭组成，步骤是：A、将海泡石、生物炭、生石灰分别粉碎，混合均匀，得到混合料A；B、再在混合料A中加入水，边加边搅拌，使水与混合料A混匀发热，混合料A产生沸腾现象时停止搅拌；C、待混合料A冷却后，在立式搅拌器中加入粉碎的赤泥，搅拌均匀；D、进行检测，得到一种调理剂。该调理剂可应用于中轻度镉污染土壤改良，配方合理，使用方便，来源广，成本低，提高了土壤活性硅含量，同时使各组分得到充分混匀，大幅度提高了产品的均匀性和修复效果的稳定性。

江西洁地环境治理生态科技有限公司的公开号为CN 107446589A的专利于2017年12月8日公开了一种酸性土壤镉钝化剂及其应用，成分包括稻壳炭、石灰、羟基磷灰石、赤铁矿。本发明酸性土壤镉钝化剂能够提高土壤pH，降低CaCl2和醋酸提取态镉的含量，促进土壤镉由生物可利用态向潜在可利用态和不可利用态转化，达到钝化镉活性的目的，有效修复镉污染酸性土壤，促进植物生长，降低作物对镉的吸收。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于治理轻中度镉污染酸性农田的土壤调理剂，以白云石、石膏、麦饭石为基材，辅以钙盐改性、硅源配伍，得到成本低廉、功效突出的土壤调理剂。产品符合NY/T 3034-2016及HNZ144－2017的技术要求，在保证作物产量，甚至实现一定增产的同时，具备优良的土壤镉钝化效果，可显著降低作物地上部特别是可食部位的镉含量。

本发明的另一目的在于提供一种用于治理轻中度镉污染酸性农田的土壤调理剂的制备方法。

本发明具体技术方案如下：

本发明提供的一种用于治理轻中度镉污染酸性农田的土壤调理剂的制备方法，包括以下步骤：

1)将麦饭石置于金属盐水溶液中，浸渍后，烘干，得到金属盐改性麦饭石；

2)将白云石、石膏、步骤1)制备的金属盐改性麦饭石和硅源混合，得到用于治理轻中度镉污染酸性农田的土壤调理剂。

步骤1)中麦饭石和金属盐水溶液体积比为1:1～1:3。

步骤1)中所述金属盐水溶液浓度为0.5～2M。

步骤1)中所述金属盐选自氯化钙、硝酸钙、碳酸氢钙、氯化镁、硝酸镁、硫酸镁或碳酸氢镁中的一种或多种。

步骤1)中所述浸渍是指10～30℃浸渍2～5h。

步骤1)中所述烘干是指在80～105℃条件下烘干。

步骤2)中所述白云石、石膏、步骤1)制备的金属盐改性麦饭石和硅源质量比为：45～65：15～25：10～25：5～15。

步骤2)中所述硅源选自硅酸钠、钾长石、富硅云母或硅藻土中的一种或多种。作用为补充土壤活性硅，促进作物生长。

所述土壤调理剂自身带入的重金属总含量应低于HNZ144－2017限值要求。

上述各原料粒度为60～120目。

本发明提供的一种用于治理轻中度镉污染酸性农田的土壤调理剂，采用上述方法制备得到，其用于调理的为镉含量0.3～1.5mg/kg、pH为4.5～6.5的轻中度镉污染酸性农田土壤。

进一步的，所述用于治理轻中度镉污染酸性农田的土壤调理剂施用量为300kg/亩/季。

本发明提供的一种用于治理轻中度镉污染酸性农田的土壤调理剂，具有以下特点：

1)以天然矿物为基材，原料廉价易得。

2)设计白云石、石膏与硅源的用量比，成品富含钙、镁、硅等功能物质，可通过碱度沉积、离子竞争、化学沉淀多种机制钝化土壤有效镉，抑制植物吸收，还可为作物提供硅钙肥，促进作物生长。

3)选用缓释型的白云石、石膏替代石灰，钙镁不易淋溶流失，反应更缓和，钝化更持久。石膏缓释的硫酸根作为电子受体，特别适用于稻田淹水环境，还原为负二价硫可促进有效镉向残渣态转变。

4)加入金属盐改性麦饭石，持续缓释补充活性钙、镁离子，与有效镉竞争作物根系吸收。麦饭石本身也具有优良的调理功效，可促进作物生长。

5)使用简单，施用量小，可广泛适用于南方水稻种植区。

具体实施方式

下面根据实施例1～3对本发明进行详细说明。

实施例1

一种用于治理轻中度镉污染酸性农田的土壤调理剂的制备方法，包括以下步骤：

1)称取10～25份麦饭石，加入固液体积比为1:2的1M氯化钙水溶液，18℃充分浸渍3h后，95℃烘干，得到钙盐改性麦饭石。

2)取60份白云石、15份石膏、13份钙盐改性麦饭石、12份硅酸钠充分混合，得到土壤调理剂成品。

实施例2

一种用于治理轻中度镉污染酸性农田的土壤调理剂的制备方法，包括以下步骤：

1)称取10～25份麦饭石，加入固液体积比为1:1的2M硫酸镁水溶液，22℃充分浸渍5h后，105℃烘干，得到镁盐改性麦饭石。

2)取50份白云石、24份石膏、18份镁盐改性麦饭石、8份富硅云母充分混合，得到土壤调理剂成品。

实施例3

一种用于治理轻中度镉污染酸性农田的土壤调理剂的制备方法，包括以下步骤：

1)称取10～25份麦饭石，加入固液体积比为1:3的0.5M碳酸氢钙+0.5M碳酸氢镁混合水溶液，28℃充分浸渍2h后，85℃烘干，得到钙镁盐改性麦饭石。

2)取54份白云石、16份石膏、16份钙镁盐改性麦饭石、14份硅藻土充分混合，得到土壤调理剂成品。

应用效果

采集江西省某地稻田土壤开展水稻盆栽实验。土壤基本理化性状见表1。土壤样品风干后过2mm筛，按照50kg/亩用量一次性基施复合肥(N/P2O5/K2O＝15/15/9)，与土壤充分混匀备用。盆栽实验设计对照组、实施例1组、实施例2组、实施例3组，各组设置3个平行。各实验盆装土3kg，分别加入土壤质量2‰的土壤调理剂，其中，对照组不加入土壤调理剂，实施例1组加入实施例1制备的调理剂，实施例2组加入实施例2制备的调理剂，实施例3组加入实施例3制备的调理剂，与土壤充分混匀后，随机取5g小样带回实验室进行有效镉与有效硅的测定。向各盆中加入超纯水，形成2cm上覆水层并间歇补水保持。取事先培育好、长势相同的健康水稻秧苗，以3株/盆数量移栽至各实验盆中。各盆统一进行水肥和病虫害管理，确保水稻各生育期正常生长发育。待水稻植株成熟后，取植株地上部样品测试鲜重，并取糙米样品测试镉含量。土壤有效镉及糙米镉含量数据分别见表2、表3。

表1盆栽土壤基本理化性状

pH 土壤容重(g/cm3) 土壤镉含量(mg/kg) 土壤有效镉(mg/kg) 5.67 1.2 0.97 0.40 有机质(g/kg) 全氮(g/kg) 速效钾(mg/kg) 有效磷(mg/kg) 43.4 1.87 91.02 9.00

表2各组土壤有效镉与有效硅含量

处理组 对照组 实施例1组 实施例2组 实施例3组 土壤有效镉(mg/kg) 0.40±0.06 0.14±0.04 0.17±0.03 0.16±0.05 土壤有效硅(mg/kg) 41.25±0.71 62.10±0.53 58.48±0.44 64.51±0.81

表3各组糙米镉含量与植株生物量

处理组 对照组 实施例1组 实施例2组 实施例3组 糙米镉含量(mg/kg) 0.42±0.08 0.10±0.05 0.14±0.07 0.12±0.04 植株生物量(g/株) 25.87±0.86 28.56±0.73 28.11±0.87 28.89±0.76

采集湖南省某地稻田土壤开展水稻盆栽实验。土壤基本理化性状见表4。土壤样品风干后过2mm筛，按照50kg/亩用量一次性基施复合肥(N/P2O5/K2O＝15/15/9)，与土壤充分混匀备用。盆栽实验设计对照组、实施例1组、实施例2组、实施例3组，各组设置3个平行。各实验盆装土3kg，分别加入土壤质量2‰的土壤调理剂，其中，对照组不加入土壤调理剂，实施例1组加入实施例1制备的调理剂，实施例2组加入实施例2制备的调理剂，实施例3组加入实施例3制备的调理剂，与土壤充分混匀后，随机取5g小样带回实验室进行有效镉与有效硅的测定。向各盆中加入超纯水，形成2cm上覆水层并间歇补水保持。取事先培育好、长势相同的健康水稻秧苗，以3株/盆数量移栽至各实验盆中。各盆统一进行水肥和病虫害管理，确保水稻各生育期正常生长发育。待水稻植株成熟后，取植株地上部样品测试鲜重，并取糙米样品测试镉含量。土壤有效镉及糙米镉含量数据分别见表5、表6。

表4盆栽土壤基本理化性状

表5各组土壤有效镉与有效硅含量

处理组 对照组 实施例1组 实施例2组 实施例3组 土壤有效镉(mg/kg) 0.21±0.04 0.08±0.02 0.10±0.03 0.10±0.03 土壤有效硅(mg/kg) 47.01±0.66 68.09±0.73 65.11±0.94 71.83±0.57

表6各组糙米镉含量与植株生物量

处理组 对照组 实施例1组 实施例2组 实施例3组 糙米镉含量(mg/kg) 0.30±0.05 0.06±0.02 0.11±0.03 0.08±0.03 植株生物量(g/株) 24.51±0.92 27.77±0.68 26.39±0.72 28.49±1.03

上述参照实施例对一种用于治理轻中度镉污染酸性农田的土壤调理剂及其制备方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。