專利名稱：一種具有土壤修復(fù)功效的緩釋肥料及土壤污染修復(fù)方法
一種具有土壤修復(fù)功效的緩釋肥料及土壤污染修復(fù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有土壤修復(fù)功效的緩釋肥料，以及利用該緩釋肥料的重金屬土 壤污染修復(fù)方法。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代化工業(yè)產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用和礦山的大規(guī)模開采，各種重金屬也隨之被帶入 土壤中，被污染的土壤、農(nóng)田范圍不斷擴大，土壤重金屬污染不僅對農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量有 很大影響，還影響水質(zhì)，甚至通過植物吸收等生態(tài)鏈危及人類健康，由于重金屬具有遷移性 和累積性，很容易通過食物鏈進入人體，并且累積到一定程度嚴重危害人體健康，關(guān)于這 方面的案例國內(nèi)外都有很多報道，如日本的鎘污染造成的骨痛病、沈陽、成都、湖北某地的 “鎘”稻米，還有眾多的鉛污染、汞污染、鉻污染等重金屬污染地方病，對這些重金屬污染的 治理關(guān)系到生態(tài)平衡和人類健康，具有重要的現(xiàn)實意義和社會價值。土壤重金屬污染的傳統(tǒng)修復(fù)方法是物理或者化學(xué)方法，如土壤更換、土壤稀釋、淋 洗、電化學(xué)、離子沉淀等方法，其修復(fù)原理是通過減少土壤表層重金屬濃度或者增加重金屬 離子的穩(wěn)定性，降低遷移性、擴散性和生物有效性，從而減少其被植物吸收，這些方法的缺 點是應(yīng)用不廣，只能小規(guī)模使用，土壤更換的成本和工程量都大，難以實現(xiàn)，如化學(xué)淋洗需 要添加化學(xué)溶劑，成本很高，如離子沉淀的方式只是治標不治本，重金屬離子只是暫時固定 下來，并不能清除掉，再次污染的可能性很大。對重金屬污染的植物修復(fù)技術(shù)則是通過植物 吸收、轉(zhuǎn)運并積累從而除去土壤或水體中的有害重金屬，一般的植物修復(fù)技術(shù)是指植物提 取技術(shù)，利用高生物量的植物使重金屬從土壤轉(zhuǎn)移并富集在植物的地上部分，再利用傳統(tǒng) 的農(nóng)業(yè)作業(yè)方式收集植物集中處理或回收重金屬，這種方法適用性廣泛，成本低廉，對環(huán)境 友好，但是目前的方法也有缺陷，主要表現(xiàn)在超累積植物的種類少、生物量小、生長緩慢、周 期長，同時土壤污染的程度對植物生長有一定的抑制作用，從而導(dǎo)致修復(fù)效果不夠理想。由于植物修復(fù)方法相對而言具有更大的優(yōu)勢，國內(nèi)外對該技術(shù)給予普遍認可，并 為了提高植物修復(fù)的應(yīng)用效果，各國均進行深入的研究。如培育并篩選對某一重金屬具有 超累積能力的植物、運用基因工程技術(shù)構(gòu)造新型超累積能力植物、改善農(nóng)藝措施，使土壤修 復(fù)和重金屬吸收同時進行，這方面的專利有比較多的報道CN200410027833提出利用金屬 活化細菌和植物結(jié)合吸收重金屬；CN200410096858提出用基因工程方法培植低重金屬累 積植物，實現(xiàn)耐受重金屬離子的離子法，它的缺陷是并不是依靠植物來吸收重金屬，而是培 養(yǎng)能在重金屬含量較高的環(huán)境下生長的植物，并將該植物的基因轉(zhuǎn)接到其他植物上，使其 他植物也具有耐受重金屬的特性；CN200810045743提出利用某種具有超富集能力的植物 野茼蒿吸收Cd，Cu，Pb，Zn等重金屬；CN200710070622提出利用東南景天對Zn、Cr、Pb等重 金屬具有超富集效果。上述專利公開的技術(shù)都是改善土壤重金屬污染的有效辦法，但是大 多都沒有提出如何實現(xiàn)長期有效、縮短植物生長周期的辦法，實際應(yīng)用過程中，成本高、土 壤修復(fù)效率較低、適用面窄。特別是大部分植物在有重金屬污染的土壤中由于土壤的惡化， 營養(yǎng)物質(zhì)的缺乏，很難生長或者生長緩慢，這不利于重金屬的吸收或者修復(fù)的時間漫長，效率低下，如果添加營養(yǎng)物質(zhì)也容易因肥料在雨水或地表水的作用而流失，需要多次施肥，成 本較高，操作起來也異常繁瑣。

發(fā)明內(nèi)容為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種具有土壤修復(fù)功效的緩釋肥料，同時本 發(fā)明還公開了一種土壤修復(fù)方法，該土壤修復(fù)方法通過利用上述緩釋肥料，提高了土壤污 染的修復(fù)效率，降低了土壤修復(fù)成本，值得推廣。本發(fā)明的緩釋肥料通過采用可完全生物降解聚羥基烷酸酯與有機、無機營養(yǎng)物質(zhì) 相結(jié)合制備具有土壤修復(fù)功效的緩釋肥料，利用可生物降解材料聚羥基烷酸酯在土壤微生 物作用下的緩慢降解，一方面可提供土壤微生物生長所需要的營養(yǎng)物質(zhì)，擴大土壤微生物 的繁殖規(guī)模，促進土壤微生物對重金屬的離子化作用，另一方面通過緩慢降解而釋放有機、 無機營養(yǎng)物質(zhì)，實現(xiàn)對土壤營養(yǎng)物質(zhì)的長期有效，促進植物持續(xù)快速生長，可以避免通常化 肥的水溶性流失和多次重復(fù)施肥的缺陷，節(jié)約成本，提高土壤修復(fù)效率。在緩釋肥料和微生 物的共同作用下種植具有超富集能力的植物對重金屬進行吸收提取，實現(xiàn)重金屬污染土壤 的高效、環(huán)保、持續(xù)修復(fù)。聚羥基烷酉1% -90%
硅藻土1% -80%
化肥原料0-60%
腐殖酸1% -80%
其他組分0% -40%。
更進一步，以:重量計，各組分的含
聚羥基烷酉10% -50%
硅藻土10% -50%
化肥原料0-40%
腐殖酸10% -40%
其他組分1% -20%。所述化肥原料為磷肥和氮肥，所述磷肥含量為0-20%，所述氮肥含量為0-20%。所述磷肥為動物糞便、魚骨粉、獸骨粉、過磷酸鈣、重過磷酸鈣、磷酸氫二銨、鈣鎂 磷肥、磷酸銨中一種或多種混合磷肥。所述的氮肥為尿素、碳酸氫銨、氯化銨、硝酸銨、磷酸銨中一種或多種混合氮肥。所述聚羥基烷酸酯為聚羥基烷酸酯均聚物或聚羥基烷酸酯共聚物，所述聚羥基烷 酸酯均聚合物為聚3-羥基丁酸酯(P3HB)或聚4-羥基丁酸酯(P4HB)，所述聚羥基烷酸酯共 聚物為聚3-羥基丁酸酯-4-羥基丁酸酯(P3HB4HB)或聚羥基丁酸戊酸共聚酯(PHBV)或聚 3-羥基丁酸-3-羥基己酸酯(PHBH)。所述腐殖酸為生化腐殖酸或礦物腐殖酸。所述其他組分為淀粉、滑石粉、碳酸鈣、石灰、石膏、蒙脫土、高嶺土、水鎂石、木粉、
4秸稈、膨潤土、粉煤灰、貝殼粉、甲殼粉中一種或多種混合物。所述肥料為顆粒狀，顆粒尺寸為0. 2_3mm。本發(fā)明公開的一種土壤污染修復(fù)方法，(1)在土壤中施加具有土壤修復(fù)功效的緩 釋肥料；(2)根據(jù)土壤中重金屬的種類選擇種植一種或多種修復(fù)植物；(3)收割成熟的修復(fù) 植物并集中進行回收處理，本方法中所利用的緩釋肥料是上述公開的緩釋肥料。在土壤污染修復(fù)過程中，使緩釋肥料與土壤充分混合，所述緩釋肥料添加量為 0. 1-2 噸 / 畝。所述修復(fù)植物為蕎麥、向日葵、玉米、蘆竹、大豆、野茼蒿等闕類植物，或者為黑麥 草、小飛揚草、高羊草、蜈蚣草、苜蓿、東南景天等草本植物，或者為禿瘡花、紫茉莉花等花卉 植物。本發(fā)明緩釋肥料中利用的可完全生物降解聚羥基烷酸酯是微生物在不平衡生長 條件下在細胞內(nèi)積累的用于儲存碳源和能量的顆粒物質(zhì)，具有良好的生物活性和完全生物 降解性能，聚羥基烷酸酯在土壤微生物的作用下可以緩慢降解并可作為土壤微生物生長所 需要的碳源和營養(yǎng)物質(zhì)。土壤微生物的生存離不開碳源和能源及一定的生態(tài)環(huán)境因子，因 此聚羥基烷酸酯的存在可以極大的改善土壤微生物的生存空間，有利于加快土壤微生物的 繁殖，進而加快土壤微生物對重金屬的離子化作用，提高重金屬的生物活性，從而可以容易 地富集到種植在土壤中的植物上，其作用機理如下
O2
重金屬 - 重金屬離子
(Pb/Cd/Cr/Hg/Cu)微生物催化酵(Pb2+/Cd27Cr6+/Iig2+/Ou2+)本發(fā)明所用硅藻土是常見的硅酸鹽類，作為土壤的無機營養(yǎng)物質(zhì)。由于硅藻土的 多孔結(jié)構(gòu)不但可以改善土壤的透氣性，防止土壤板結(jié)硬化，還具有良好的吸收性和固定性， 有效防止有機氮肥、磷肥、鉀肥等的流失，且硅藻土來源廣泛，成本低廉。本發(fā)明所用的磷肥是植物生長所不可或缺的營養(yǎng)物質(zhì)，它的作用在于促進植物的 生長，并改良土壤的酸堿環(huán)境等。本發(fā)明所用的氮肥有利于植物生長，并且改良土壤肥力，有利于被污染土壤的修
Μ. ο本發(fā)明所用腐殖酸是一種高分子有機弱酸混合物，含有多種官能團羧基、酚羥基、 醇羥基等活性基團，其主要作用是腐殖酸中的酸性官能團如羧基和酚羥基對金屬離子具有 鰲合能力，可以大大提高金屬離子的生物有效性，以利于植物根部的吸收利用，且腐殖酸可 以通過改良土壤理化性狀，中和土壤酸堿性，調(diào)節(jié)PH值，在根部能保持水分，溶解無機化肥 進而減少化肥的流失，減少磷與鈣、鎂、鐵等元素的反應(yīng)，提高肥效，活化土壤養(yǎng)分，改善植 物的生長環(huán)境，腐殖酸本身也具有促進植物根系生長，增強植物對養(yǎng)分的吸收、積累與轉(zhuǎn) 運，促進呼吸作用，提高生物酶的活性，提高植物抗逆能力等生物活性，由于它的生物活性 可以刺激土壤中的有益微生物的繁殖和生長，刺激植物根部的發(fā)育，增加作物的產(chǎn)量，對于 重金屬吸收和植物快速生長具有良好的作用。本發(fā)明使用的腐殖酸包括但不限于生化腐殖 酸、礦物腐殖酸等。本發(fā)明所用的其他組分主要針對不同土壤生態(tài)環(huán)境所添加的不同組分，包括但不限于淀粉、滑石粉、碳酸鈣、石灰、石膏、蒙脫土、高嶺土、水鎂石、木粉、秸稈、膨潤土、粉煤 灰、貝殼粉、甲殼粉等，這些物質(zhì)可以調(diào)節(jié)聚羥基烷酸酯聚合物的降解速率，進一步調(diào)節(jié)土 壤酸堿性，提高土壤的肥力，促進植物生長，并且來源廣泛，成本低廉。本發(fā)明所采用的緩釋肥料的制備方法可以是將各種組分按比例配混完之后加入 干法制粒機中制備成大小均勻的顆粒，顆粒尺寸在0. 2-3mm。顆粒中可生物降解聚羥基烷酸 酯作為營養(yǎng)物質(zhì)的載體，營養(yǎng)物質(zhì)均勻分散其中，在土壤堆肥作用下隨聚羥基烷酸酯的緩 慢降解，可產(chǎn)生眾多微孔，營養(yǎng)物質(zhì)也隨之緩慢釋放，既達到肥力的長效性也能防止化肥的 流失。該緩釋肥料制備方法簡單，可利用現(xiàn)有設(shè)備進行大規(guī)模生產(chǎn)。本發(fā)明所用的修復(fù)植物是選用對重金屬具有超富集能力的植物，根據(jù)土壤中重金 屬的種類選擇不同的植物，包括但不限于蕎麥、向日葵、玉米、蘆竹、大豆、野茼蒿等闕類植 物，黑麥草、小飛揚草、高羊草、蜈蚣草、苜蓿、東南景天等草本植物，禿瘡花、紫茉莉花等花 卉植物。將其中的一種或多種植物種植在撒有緩釋肥料的重金屬污染土壤中，等植物長成 之后收割植物的地上部分并集中回收處理。緩釋肥料的用量可根據(jù)土壤被污染的嚴重程度 添加不同量，一般添加0. 1-2噸/畝，并將土壤表層進行翻耕，使緩釋肥料與土壤充分混合， 每年只需要添加1-3次，使用該土壤污染修復(fù)方法一年內(nèi)可以實現(xiàn)多次植物提取，并可以 大幅減少施肥的次數(shù)，較目前的技術(shù)具有更高的修復(fù)效率和更低的修復(fù)成本，且適用范圍
具體實施方式下面將結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述。實施例1 將聚3-羥基丁酸酯粉末20份、硅藻土 35份、磷酸銨2份、尿素5份、腐殖酸23 份、膨潤土 5份、木粉10份混合加入100L制粒機中制備成尺寸Imm左右的顆粒，按500Kg/ 畝均勻播撒在遭受礦山Pb、Zn污染的農(nóng)田中，翻耕后種植蕎麥和野茼蒿，種植60天后收集 蕎麥和野茼蒿的地上部分，檢測其含鉛量分別達128mg/kg、113mg/kg，野茼蒿中的鋅含量達 212mg/kg，連續(xù)種植4次，土壤中的Pb金屬含量從800mg/kg下降到200mg/kg以下，Zn含 量從1080mg/kg下降到250mg/kg以下，基本達到國家標準的要求；一年內(nèi)施肥2次，可實現(xiàn) 連續(xù)翻耕種植5次以上，周期短、成本低且高效。實施例2 將共聚單體HV (3-羥基戊酸)含量為10%的PHBV粉20份、硅藻土 30份、磷酸銨 1份、氯化銨2份、氯化鉀1. 5份、腐殖酸30份、水鎂石15. 5份混合加入100L制粒機中制 備成Imm左右顆粒，按1噸/畝均勻播撒在遭受工業(yè)區(qū)污水銅、鉛、鎘污染的土壤中，翻耕后 種植黑麥草和高羊草，種植45天后收割草坪，檢測到草坪中銅含量達126mg/kg、鎘含量達 214mg/kg，兩年施肥3次，連續(xù)種植10次以上，土壤中銅含量從3000mg/kg降低到150mg/ kg、鉛含量從1800mg/kg下降到250mg/kg、鎘含量從2450mg/kg降低到300mg/kg。實施例3 將共聚單體4HB (4-羥基丁酸)含量15%的P3HB4HB粉25份、硅藻土 25份、磷酸 銨3份、碳酸氫銨5份、腐殖酸35份、粉煤灰7份混合加入100L制粒機中制備成Imm左右 顆粒，按SOOKg/畝均勻播撒在遭受鉛、鉻等重金屬污染的垃圾回收處理站土壤中，種植禿瘡花和茉莉花，種植60天后連根拔除，集中處理，再重新種植，連續(xù)種植多次，土壤中重金 屬總含量從6000mg/kg下降到756mg/kg。實施例4 將共聚單體HH(3-羥基己酸)含量12%的PHBH粉15份、硅藻土 30份、磷酸銨3 份、魚骨粉2份、硝酸銨8份、腐殖酸33份、淀粉5份、滑石粉4份混合加入100L制粒機中 制備成Imm左右顆粒，按1噸/畝均勻播撒在遭受鉛、鉻等重金屬污染的垃圾回收處理站土 壤中，種植禿瘡花和茉莉花，種植50天后連根拔除，集中處理，再重新種植，連續(xù)種植多次， 土壤中重金屬總含量從1200mg/kg下降到150mg/kg以下。實施例5 將共聚單體4HB (4-羥基丁酸)含量10%的P3HB4HB粉60份、硅藻土 30份、磷酸 銨2份、磷酸氫二銨2份、尿素1. 5份、腐殖酸4. 5份混合加入100L制粒機中制備成Imm左 右顆粒，按1噸/畝均勻播撒在遭受鉛、鉻等重金屬污染的垃圾回收處理站土壤中，種植禿 瘡花和茉莉花，種植60天后連根拔除，集中處理，再重新種植，連續(xù)種植多次，土壤中重金 屬總含量從1500mg/kg下降到200mg/kg以下。通過以上實施例，可以看出通過緩釋肥料的營養(yǎng)緩釋、微生物繁殖、植物生長促進 和土壤肥力提升等綜合作用大大提高土壤的修復(fù)效率、加快植物生長速度、提高重金屬生 物活性、縮短重金屬吸收提取循環(huán)周期、擴大緩釋肥料的應(yīng)用范圍，克服目前植物修復(fù)效率 較低、周期長、適用面窄等缺陷。需要說明的是，本發(fā)明的緩釋肥料不僅在土壤污染嚴重的區(qū)域使用可加快植物的 生長，提高土壤的修復(fù)效率，在土壤沒有污染的情況下，可作為緩釋肥料使用，可以改變土 壤理化性狀，在根部保持水分，溶解無機化肥進而減少化肥的損失，提高肥效，對植物快速 生長具有良好的作用。而且該緩釋肥料可緩慢釋放，減少人工施肥作業(yè)次數(shù)，節(jié)省勞力和費 用，同時還可避免一次性施肥過量而引起對種子或植物的傷害。綜上所述，盡管本發(fā)明通過具體實施方式
對本發(fā)明進行了詳細描述，但本領(lǐng)域一 般技術(shù)人員應(yīng)該明白的是，上述實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施例的描述，而非對本發(fā) 明保護范圍的限制，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變 化，均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種具有土壤修復(fù)功效的緩釋肥料，主要包括聚羥基烷酸酯、硅藻土和腐殖酸。
2.如權(quán)利要求1所述的緩釋肥料，其特征在于還包括化肥原料以及其他組分，以重量 計，各組分的含量為，聚羥基烷酸酯硅藻土化肥原料 0-60%腐殖酸其他組分 0%-40%。
3.如權(quán)利要求2所述的緩釋肥料，其特征在于以重量計，各組分的含量為，聚羥基烷酸酯 10% -50%硅藻土10% -50%化肥原料0-40%腐殖酸10% -40%其他組分1%-20%。
4.如權(quán)利要求3所述的緩釋肥料，其特征在于化肥原料為磷肥和氮肥，所述磷肥含量 為0-20 %，所述氮肥含量為0-20 %。
5.如權(quán)利要求4所述的緩釋肥料，其特征在于所述磷肥為動物糞便、魚骨粉、獸骨粉、 過磷酸鈣、重過磷酸鈣、磷酸氫二銨、鈣鎂磷肥、磷酸銨中一種或多種混合磷肥，所述氮肥為 尿素、碳酸氫銨、氯化銨、硝酸銨、磷酸銨中一種或多種混合氮肥。
6.如權(quán)利要求1所述的緩釋肥料，其特征在于所述聚羥基烷酸酯為聚羥基烷酸酯均 聚物或聚羥基烷酸酯共聚物，所述聚羥基烷酸酯均聚物為聚3-羥基丁酸酯或聚4-羥基丁 酸酯，所述聚羥基烷酸酯共聚物為聚3-羥基丁酸酯-4-羥基丁酸酯或聚羥基丁酸戊酸共聚 酯或聚3-羥基丁酸酯-3-羥基己酸酯。
7.如權(quán)利要求1所述的緩釋肥料，其特征在于所述腐殖酸為生化腐殖酸或礦物腐殖酸。
8.如權(quán)利要求2所述的緩釋肥料，其特征在于所述其他組分為淀粉、滑石粉、碳酸鈣、 石灰、石膏、蒙脫土、高嶺土、水鎂石、木粉、秸稈、膨潤土、粉煤灰、貝殼粉、甲殼粉中一種或 多種混合物。
9.如權(quán)利要求1所述的緩釋肥料，其特征在于所述緩釋肥料為顆粒狀，顆粒尺寸為 0. 2-3mm。
10.一種土壤污染修復(fù)方法，其特征在于(1)在土壤中施加具有土壤修復(fù)功效的緩釋 肥料，使緩釋肥料與土壤充分混合；(2)根據(jù)土壤中重金屬污染的種類選擇種植一種或多 種修復(fù)植物；(3)收割成熟的修復(fù)植物并集中進行回收處理，所述具有土壤修復(fù)功效的緩 釋肥料，主要包括聚羥基烷酸酯、硅藻土和腐殖酸。
11.如權(quán)利要求10所述的土壤污染修復(fù)方法，其特征在于所述緩釋肥料添加量為 0. 1-2 噸 / 畝。
12.如權(quán)利要求10或11所述的土壤污染修復(fù)方法，其特征在于所述修復(fù)植物為蕎 麥、向日葵、玉米、蘆竹、大豆、野茼蒿等闕類植物，或者為黑麥草、小飛揚草、高羊草、蜈蚣 草、苜蓿、東南景天等草本植物，或者為禿瘡花、紫茉莉花等花卉植物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有土壤修復(fù)功效的緩釋肥料，該緩釋肥料通過采用可完全生物降解聚羥基烷酸酯與有機、無機營養(yǎng)物質(zhì)混合制備，利用可生物降解材料聚羥基烷酸酯在土壤微生物作用下的緩慢降解，一方面可提供土壤微生物生長所需要的營養(yǎng)物質(zhì)，促進土壤微生物對重金屬的離子化作用，另一方面通過緩慢降解而釋放有機、無機營養(yǎng)物質(zhì)，促進植物持續(xù)快速生長，提高土壤修復(fù)效率。本發(fā)明還公開了利用該緩釋肥料的土壤污染修復(fù)方法，在施有緩釋肥料的土壤中種植具有超富集能力的植物對重金屬進行吸收提取，實現(xiàn)重金屬污染土壤的高效、環(huán)保、持續(xù)修復(fù)。
文檔編號C05G3/00GK101928179SQ20091010798
公開日2010年12月29日 申請日期2009年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月19日
發(fā)明者藍小平, 鐘路華 申請人:深圳市意可曼生物科技有限公司