一種能夠鈍化蔬菜地土壤銅鋅砷鉻的有機(jī)改良劑的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種能夠鈍化蔬菜地土壤銅鋅砷鉻的有機(jī)改良劑，其主要由赤泥和蚯蚓糞組成，其中赤泥的質(zhì)量含量為1～15%。本方法將赤泥與蚯蚓糞混合復(fù)配使用，通過二者之間以及與土壤的相互協(xié)同作用，不僅可以大幅提高對(duì)蔬菜地土壤中銅鋅砷鉻的鈍化效果，有效降低施用成本，還能提供植物生長所需養(yǎng)分，改良土壤性狀，鈍化土壤重金屬活性，提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量與品質(zhì)，具有較大的應(yīng)用前景。本發(fā)明具有很高的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)與社會(huì)效益，應(yīng)用前途廣闊。
【專利說明】一種能夠鈍化蔬菜地土壤銅鋅砷鉻的有機(jī)改良劑

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于土壤改良劑【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種能夠鈍化蔬菜地土壤Cu、Zn、As、 Cr的有機(jī)改良劑及其應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著工業(yè)、城市污染的加劇和農(nóng)用化學(xué)物質(zhì)種類、數(shù)量的增加，從工、農(nóng)、生活中排 放出來的重金屬不斷增多，土壤重金屬污染日益嚴(yán)重。2014年環(huán)保部公布《全國土壤污染狀 況調(diào)查公報(bào)》，全國土壤環(huán)境狀況總體不容樂觀，部分地區(qū)土壤污染較重，耕地土壤環(huán)境質(zhì) 量堪憂，工礦業(yè)廢棄地及部分城市郊區(qū)蔬菜地土壤環(huán)境問題突出。全國土壤總的點(diǎn)位超標(biāo) 率為16. 1 %,其中中、輕度污染點(diǎn)位比例為15. 0%,重度污染點(diǎn)位為1. 1 %,部分城市郊區(qū) 蔬菜地土壤大面積中、輕度污染；污染類型以無機(jī)型為主，主要為鎘、汞、砷、銅、鉛、鉻、鋅、 鎳8種無機(jī)污染物超標(biāo)；南方土壤污染重于北方，長江三角洲、珠江三角洲、東北老工業(yè)基 地等部分區(qū)域土壤污染問題較為突出。
[0003] 針對(duì)重度污染土壤，應(yīng)實(shí)行污染土壤修復(fù)措施以恢復(fù)土壤的正常農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能， 而對(duì)于大多數(shù)重金屬中輕度污染的農(nóng)田土壤，可通過土壤重金屬鈍化技術(shù)，在正常的農(nóng)業(yè) 生產(chǎn)活動(dòng)過程中降低農(nóng)產(chǎn)品對(duì)重金屬的吸收與積累，保證農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全，同時(shí)嚴(yán)格控 制重金屬污染物的輸入，逐漸將土壤重金屬含量降下來。近年來，針對(duì)土壤中重金屬的鈍化 處理技術(shù)逐漸成熟，常用的鈍化劑包括Fe、A1、Μη氧化物、鈣鎂磷肥等無機(jī)材料，有機(jī)肥、活 性污泥等有機(jī)材料，石灰、赤泥等堿性材料，蒙脫石、沸石等粘土礦物，其鈍化原理都是通過 氧化還原、離子交換、吸附、絡(luò)合、螯合、沉淀等化學(xué)過程降低土壤重金屬的活性，阻斷重金 屬在土-植系統(tǒng)中的遷移，達(dá)到降低植物體內(nèi)重金屬含量、保證農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的目的。
[0004] 赤泥是煉鋁過程中鋁土礦經(jīng)強(qiáng)堿浸出氧化鋁后產(chǎn)生的工業(yè)廢棄物。據(jù)估計(jì)，目前 我國每年產(chǎn)生的赤泥量約為400萬噸左右。赤泥通常的處置方法是堆積或沉海填埋，不僅 占用大量的土地資源、耗費(fèi)較多維護(hù)費(fèi)用，而且對(duì)周圍的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生較大的污染。赤泥具 有吸附或鈍化污染土壤重金屬的效果，另外強(qiáng)堿性的赤泥（ΡΗ10?11)能夠顯著提高土壤 PH，然而這類鈍化劑在農(nóng)用過程中單獨(dú)施用往往會(huì)有一些問題，由于大部分鈍化劑用量少， 在土壤中難以充分混勻，其鈍化效果相對(duì)較差，同時(shí)這些鈍化劑養(yǎng)分含量低，對(duì)植物生長沒 有促進(jìn)作用，要取得較好的鈍化效果還要增施各種肥料，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。例如，赤泥由于其強(qiáng)堿 性，需嚴(yán)格控制其施用量，尤其是對(duì)偏堿性土壤，赤泥單獨(dú)施用時(shí)用量少難以保證其與土壤 充分混勻，局部土壤赤泥過量會(huì)燒苗，另外赤泥氮磷鉀等養(yǎng)分含量也很低。
[0005] 蚯蚓糞是一種黑色、均一、有自然泥土味的細(xì)碎類團(tuán)聚體物質(zhì)，由蚯蚓攝食各種有 機(jī)廢棄物包括畜禽糞便后形成。近年來隨著集約化畜禽養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展及飼料添加劑的 廣泛使用，蔬菜地土壤大量施用畜禽糞肥，畜禽糞肥對(duì)土壤重金屬的污染問題逐漸引起人 們關(guān)注。中國科學(xué)院南京土壤研究所在全國11個(gè)省800多個(gè)畜禽糞便樣品調(diào)查分析表明， 目前畜禽糞便中Cu、Zn、As、Cd污染較重，對(duì)照國家有機(jī)肥料相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，畜禽糞便中Cu、Zn、 As、Cd超標(biāo)率分別達(dá)到了 36. 1%、27. 0%、11.5%、7. 8%，豬糞、雞糞中超標(biāo)率較高，牛糞相 對(duì)安全，以牛糞為主要原料制成的蚯蚓糞重金屬含量很低。蚯蚓糞不僅含有豐富的有機(jī)質(zhì)、 腐殖酸、氮磷鉀等大中微量元素，還含有谷氨酸、天門冬氨酸、纈氨酸等10多種氨基酸，赤 霉素、生長素、細(xì)胞分裂素等多種植物生長激素，蚯蚓糞中含有的腐殖酸可以改善土壤結(jié) 構(gòu)，有利于土壤的通氣、保水、提高土壤的緩沖能力，是一種能夠促進(jìn)植物生長、克服土壤 連作障礙的高效生物有機(jī)肥。
[0006] 蚯蚓糞也具有一定的重金屬鈍化效果，其作用機(jī)理主要是其含有酚羥基、羧基、羰 基、氨基等多種官能團(tuán)，能夠吸附活性重金屬離子。另外蚯蚓糞具有很大的表面積，富含細(xì) 菌、放線菌和真菌等多種微生物類群，微生物本身以及微生物與各種有機(jī)、無機(jī)膠體的相互 作用能夠?qū)χ亟饘龠M(jìn)行生物吸附、富集、沉淀等行為，短期內(nèi)會(huì)降低重金屬的生物有效性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是運(yùn)用無污染的重金屬鈍化劑赤泥，混配具有改良土壤結(jié)構(gòu)與提供 各種養(yǎng)分和活性物質(zhì)的蚯蚓糞，從而提供一種兼具能夠有效鈍化土壤中Cu、Zn、As、Cr和提 供植物生長所需的大中微量元素、改善土壤結(jié)構(gòu)與生物活性的有機(jī)改良劑，以達(dá)到鈍化土 壤重金屬和改良土壤、促進(jìn)植物生長和提高品質(zhì)的雙重目的。
[0008] 本發(fā)明的目的可以通過以下措施達(dá)到：
[0009] 一種能夠鈍化蔬菜地土壤銅鋅砷鉻的有機(jī)改良劑，其主要由赤泥和蚯蚓糞組成。
[0010] 本有機(jī)改良劑可以只由赤泥和蚯蚓糞組成，也可以進(jìn)一步添加其他組成，以增加 某一新效果或?qū)υЧ鹪鲂ё饔谩?br> [0011] 在一種技術(shù)方案中，有機(jī)改良劑赤泥的質(zhì)量含量為1?15%，當(dāng)有機(jī)改良劑只由 赤泥和蚯蚓糞組成時(shí),蚯蚓糞的質(zhì)量含量為99?85%。
[0012] 在一種技術(shù)方案中，有機(jī)改良劑赤泥的質(zhì)量含量為2?10%，當(dāng)有機(jī)改良劑只由 赤泥和蚯蚓糞組成時(shí),蚯蚓糞的質(zhì)量含量為98?90%。
[0013] 在一種技術(shù)方案中，有機(jī)改良劑赤泥的質(zhì)量含量為4?8%，當(dāng)有機(jī)改良劑只由赤 泥和蚯蚓糞組成時(shí),蚯蚓糞的質(zhì)量含量為96?92%。
[0014] 本發(fā)明中的赤泥為燒結(jié)法煉鋁產(chǎn)生的廢棄物，其應(yīng)用前先干燥粉碎后過100目 篩，質(zhì)量符合國家農(nóng)用污泥標(biāo)準(zhǔn)（GB4284-84)。
[0015] 本發(fā)明中的赤泥由于其強(qiáng)堿性，需嚴(yán)格控制其施用量，尤其是對(duì)偏堿性土壤，赤泥 的用量需根據(jù)土壤酸堿度控制在占需改良土壤質(zhì)量的萬分之一到萬分之三。
[0016] 本發(fā)明中的蚯蚓糞為以牛糞為主要原料，混合玉米秸桿、水稻秸桿、蔬菜殘?bào)w等有 機(jī)廢棄物再經(jīng)蚯蚓生物處理而成。
[0017] 本發(fā)明中的蚯蚓糞優(yōu)選采用有機(jī)質(zhì)含量> 45%，氮磷鉀總養(yǎng)分含量> 5%的蚯蚓 糞。
[0018] 本發(fā)明中的有機(jī)改良劑，為了同時(shí)起到鈍化重金屬和改良土壤的雙重效果，優(yōu)選 其總有機(jī)質(zhì)含量> 40%。
[0019] 本發(fā)明的中有機(jī)改良劑施用量可以為3000?7000kg/hm2,優(yōu)選為4000?5000kg/ hm2,進(jìn)一步優(yōu)選為 4500kg/hm2。
[0020] 本發(fā)明的有益效果：本方法將赤泥與蚯蚓糞混合復(fù)配使用，通過二者之間以及與 土壤的相互協(xié)同作用，不僅可以大幅提高對(duì)蔬菜地土壤中銅鋅砷鉻的鈍化效果，還能提供 植物生長所需養(yǎng)分，改良土壤性狀，鈍化土壤重金屬活性，提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量與品質(zhì)，有效降 低施用成本，同時(shí)還能進(jìn)一步促進(jìn)植物生長和提高品質(zhì)。本發(fā)明具有很高的經(jīng)濟(jì)效、生態(tài)與 社會(huì)效益，應(yīng)用前途廣闊。

【具體實(shí)施方式】
[0021] 實(shí)施例1 :
[0022] 由赤泥和蚯蚓糞混合而成，其中所述赤泥為燒結(jié)法煉鋁產(chǎn)生的廢棄物，富含氧化 硅、氧化鈣、氧化鐵等氧化物，經(jīng)風(fēng)干粉碎過1〇〇目篩而成，占改良劑的質(zhì)量比例為4% wt ; 所述蚯蚓糞為以牛糞為主要原料，混合玉米秸桿、水稻秸桿經(jīng)蚯蚓生物處理而成，其中有機(jī) 質(zhì)含量> 45%，氮磷鉀總養(yǎng)分含量> 5%，占改良劑的質(zhì)量比例為96% wt。改良劑中總有 機(jī)質(zhì)含量> 40%。
[0023] 采集蘇州市郊區(qū)土壤重金屬輕度污染的表層菜園土（0-20cm) (Cu、Zn、Pb、Cr含量 超過國家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（修訂）GB15618-2008二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，但未達(dá)到三級(jí)標(biāo)準(zhǔn),屬中輕 度污染水平）開展有機(jī)改良劑鈍化重金屬盆栽試驗(yàn)，土壤基本理化性狀為PH5. 60,有機(jī)質(zhì) 28. 60g/kg，全 N2. 54g/kg，全 PL 05g/kg，全 K13. 05g/kg，全 Cu81. 98mg/kg，全 Zn312. 42mg/ kg,全Pb82. 98mg/kg，全Crl56. 98mg/kg，其他重金屬元素未超標(biāo)。試驗(yàn)設(shè)對(duì)照和有機(jī)改良 劑施用兩個(gè)處理，試驗(yàn)采用的番茄品種為合作903, 土壤風(fēng)干粉碎過20目篩后，部分與有機(jī) 改良劑充分混勻作為有機(jī)改良劑處理，有機(jī)改良劑按4500kg/hm2用量施用，其余作為對(duì)照 處理，對(duì)照處理加入與改良劑處理等氮磷鉀的化學(xué)肥料。塑料盆（22cmX 17cm)每盆裝土 1. 5kg，其中300g 土裝入事先用300目尼龍網(wǎng)縫制的根袋（7cmX 13cm)內(nèi)，將根袋埋入塑料 盆中央，保持根袋內(nèi)外土面相平，每個(gè)根袋內(nèi)移栽長勢相同的番茄幼苗一株，每個(gè)處理四個(gè) 重復(fù)，隨機(jī)排列。
[0024] 所有盆栽試驗(yàn)在生長期間各處理均保持相同的溫度和光照，并通過稱重加去離子 水保持其含水量為田間持水量的70%。到番茄成熟期收獲，歷時(shí)約120天。在番茄生長的 苗期、開花期、成熟期分布采集根袋內(nèi)的土壤作為根際土，根袋外2cm處周圍土壤為非根際 土。土壤樣品經(jīng)自然風(fēng)干，研磨，分別過1mm和〇· 149mm篩待測。
[0025] 植物樣在成熟期分地上地下分別收獲。植株樣品在105°C下殺青30min，65°C下烘 干至恒重，用不銹鋼粉碎機(jī)粉碎，過100目篩待測。
[0026] 土壤樣品中重金屬的形態(tài)分析采用歐盟標(biāo)準(zhǔn)改進(jìn)的BCR三步連續(xù)提取法，原子吸 收分光光度法測定，重金屬總量分析參照GB/T 17138-1997,殘?jiān)鼞B(tài)為全量減去BCR提取的 二種形態(tài)之和。
[0027] 試驗(yàn)結(jié)果如表1、表2。表1表明，與對(duì)照相比，含4%赤泥有機(jī)改良劑施用降低了 根際與非根際土壤中Cu、Zn、As、Cr的活性，減少了活性較高、易為植物吸收利用的酸可提 取態(tài)、氧化物結(jié)合態(tài)的含量，增加了植物難以吸收利用的有機(jī)結(jié)合態(tài)、殘?jiān)鼞B(tài)的含量。表2 表明有機(jī)改良劑施用對(duì)土壤形態(tài)的改變顯著降低了植物根莖葉中吸收的Cu、Zn、As、Cr的 含量，根部尤其明顯。
[0028] 表1含4%赤泥有機(jī)改良劑施用后土壤重金屬鈍化效果（mg/kg)
[0029]

【權(quán)利要求】
1. 一種能夠鈍化蔬菜地土壤銅鋅砷鉻的有機(jī)改良劑，其特征在于其主要由赤泥和蚯蚓 糞組成，其中赤泥的質(zhì)量含量為1?15%。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的能夠鈍化蔬菜地土壤銅鋅砷鉻的有機(jī)改良劑，其特征在于所 述赤泥的質(zhì)量含量為2?10%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的能夠鈍化蔬菜地土壤銅鋅砷鉻的有機(jī)改良劑，其特征在于所 述赤泥的質(zhì)量含量為4?8%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的能夠鈍化蔬菜地土壤銅鋅砷鉻的有機(jī)改良劑，其特征 在于所述赤泥為燒結(jié)法煉鋁產(chǎn)生的廢棄物，其應(yīng)用前先干燥粉碎后過100目篩；其質(zhì)量符 合國家農(nóng)用污泥標(biāo)準(zhǔn)（GB4284-84 )。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的能夠鈍化蔬菜地土壤銅鋅砷鉻的有機(jī)改良劑，其特征 在于所述蚯蚓糞為以牛糞為主要原料，混合玉米秸桿、水稻秸桿、蔬菜殘?bào)w等有機(jī)廢棄物經(jīng) 蚯蚓生物處理而成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的能夠鈍化蔬菜地土壤銅鋅砷鉻的有機(jī)改良劑，其特征在于所 述蚯蚓糞的質(zhì)量含量為92?96%。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的能夠鈍化蔬菜地土壤銅鋅砷鉻的有機(jī)改良劑，其特征 在于所述虹蝴糞中有機(jī)質(zhì)含量> 45%，氮磷鉀總養(yǎng)分含量> 5%。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的能夠鈍化蔬菜地土壤銅鋅砷鉻的有機(jī)改良劑，其特征 在于該有機(jī)改良劑中總有機(jī)質(zhì)含量> 40%。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的能夠鈍化蔬菜地土壤銅鋅砷鉻的有機(jī)改良劑，其特征 在于該有機(jī)改良劑的施用量為3000?7000kg/hm 2,優(yōu)選4500kg/hm2。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的能夠鈍化蔬菜地土壤銅鋅砷鉻的有機(jī)改良劑，其特征 在于該有機(jī)改良劑施用時(shí)，其中赤泥的用量根據(jù)土壤酸堿度控制在占所需改良土壤質(zhì)量的 萬分之一到萬分之三。
【文檔編號(hào)】C09K17/40GK104194798SQ201410405219
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年8月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月16日
【發(fā)明者】王輝, 戴緒燕, 汪海燕, 劉德輝, 董元華 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院南京土壤研究所