一种用于酸性镉污染农田的土壤修复剂及其制备方法、使用方法

技术领域

本发明属于土壤重金属修复技术领域，具体涉及一种用于酸性镉污染农田的土壤修复剂及其制备方法、使用方法。

背景技术

农田受镉污染的严重程度日益加剧，成为当前面临的严峻环境问题之一。镉元素移动性强，生物富集系数大，易被吸收且毒性持久。农田中的镉影响植物生长，降低作物产量和品质。而且，作物可食部积累的镉会通过食物链最终进入人体，危害人类健康。因此，如何治理镉污染土壤，减少其在作物可食部的富集，提高作物产量和质量，引起广泛关注。

目前，较为常用的镉污染修复材料有碱性改良剂(石灰、氧化镁等)、黏土矿物(沸石、海泡石等)、磷酸盐(钙镁磷肥、过磷酸钙等)和有机质(生物炭、有机堆肥等)以及修复材料之间的复合。例如，公开号为CN106914488A的专利文献公开了一种用于镉污染稻田的土壤修复剂，包括烟梗炭、海泡石、硅藻土、轻烧粉、石灰、钙镁磷肥、锌肥和微生物菌剂；将土壤修复剂均匀撒在土表，然后翻耕使土壤修复剂与污染土壤充分混合，应用量为100-300kg/亩；能够降低土壤中镉生物有效性和水稻镉含量。

然而，本领域还有待开发新的土壤修复剂，为镉污染的治理提供新的选择，以及进一步降低作物中镉含量。

发明内容

基于现有技术中存在的上述缺点和不足，本发明的目的之一是至少解决现有技术中存在的上述问题之一或多个，换言之，本发明的目的之一是提供满足前述需求之一或多个的一种用于酸性镉污染农田的土壤修复剂及其制备方法、使用方法。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于酸性镉污染农田的土壤修复剂，以重量份计，包括以下组分：改性黏土矿物40-60份、钙镁磷肥30-48份、锌肥0-4份、铁肥3-5份、石灰石5-8份。

作为优选方案，所述改性黏土矿物为沸石矿研磨过筛后经过高温改性后制得，其有效硅含量大于30％。

作为优选方案，所述改性黏土矿物的高温改性，包括：

将研磨的沸石粉与氯化钠按照8-12：1的重量比例进行混合，然后进行阶梯性升温，改性温度区间为380-540℃，改性时间为4-8h。

作为优选方案，土壤修复剂以重量份计，包括以下组分：改性黏土矿物55份、钙镁磷肥32份、锌肥3份、铁肥4份、石灰石6份。

作为优选方案，所述钙镁磷肥的有效磷含量≥15％，纯度≥95％。

作为优选方案，所述锌肥为七水硫酸锌，ZnSO

作为优选方案，所述铁肥为无水硫酸亚铁，FeSO

作为优选方案，所述石灰石为碳酸钙，有效含量≥90％。

本发明还提供如上任一方案所述的土壤修复剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将改性黏土矿物、钙镁磷肥、铁肥、石灰石混合均匀，得到预混料；

(2)在预混料中加入锌肥，混合均匀。

本发明还提供如上任一方案所述的土壤修复剂的使用方法，包括：在翻耕前，根据土壤污染程度施入土壤修复剂200-300kg/亩，翻耕均匀后保持田间含水率不低于30％。

本发明与现有技术相比，有益效果是：

本发明的用于酸性镉污染农田的土壤修复剂，从多途径进行修复，除利用沉淀作用、吸附作用、络合作用来降低土壤重金属镉的生物活性，还包括增加锌元素来减少农作物吸附镉元素，通过加入还原性铁肥使土壤保持还原环境及促使农作物根系形成铁膜，阻碍镉元素向农作物中迁移，从而有力保障农产品中镉含量有效降低。

附图说明

图1是本发明实施例1的农田的分布示意图。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步解释说明。

实施例1：

本实施例用于酸性镉污染土壤的两种土壤修复剂的重量份配比均为：黏土矿物40份、钙镁磷肥42份、铁肥3份、石灰石5份；

两种土壤修复剂的唯一不同点在于黏土矿物是否改性，改性黏土矿物为沸石矿研磨过100目筛后经过高温改性后制备，其有效硅含量为36％；具体改性方法为：将过筛后的沸石粉与氯化钠按照9：1的重量比例进行混合均匀，随后进入隧道窑进行阶梯性升温，分别在380℃停留1小时、450℃停留2h、540℃停留1h；

钙镁磷肥为农业级，有效磷含量≥15％，纯度≥95％；

锌肥为七水硫酸锌，ZnSO

铁肥为无水硫酸亚铁，FeSO

石灰石为碳酸钙，有效含量≥90％；

将材料按照比例进行混合均匀，两种土壤修复剂各配制1kg，用自封袋封装。

本实施例的土壤修复剂的应用研究：酸性和碱性镉污染农田土壤对比实验。

实验土壤样1镉全量平均值为0.96mg/kg，镉有效态均值为0.264mg/kg，土壤pH均值为6.18；实验土壤样2镉全量平均值为1.37mg/kg，镉有效态均值为0.189mg/kg，土壤pH均值为8.35。

取实验土壤样1，将其中的大体积碎石、垃圾等杂物去除后取5份，每份2kg，分装于5个花盆内，按照CK(空白)、GX-1、GX-2、WGX-1、WGX-2。其中GX-1、GX-2使用改性黏土矿物配制的土壤修复剂，WGX-1、WGX-2使用未改性黏土矿物配制的土壤修复剂，药剂投加比例为0.3％，CK作为参照空白，不添加任何药剂。

同样，实验土壤样2操作同实验土壤1，按照2CK(空白)、2GX-1、2GX-2、2WGX-1、2WGX-2。其中2GX-1、2GX-2使用改性黏土矿物配制的土壤修复剂，2WGX-1、2WGX-2使用未改性黏土矿物配制的土壤修复剂，药剂投加比例为0.3％，2CK作为参照空白，不添加任何药剂。

药剂添加后混合均匀，浇上适量水，养护15天，检测土壤样品。

表1实验土壤1各编号盆栽土壤镉有效态浓度数据

表2实验土壤2各编号盆栽土壤镉有效态浓度数据

主要结果：通过测土配方小试，可以能看出两种修复剂对于钝化酸性土壤中的有效态镉均有效果；从钝化效果看，改性可以大幅度的提升修复药剂钝化重金属镉有效态的效果。而对于碱性土壤，两种类型的修复剂效果较差，说明此修复剂不适宜用于碱性镉污染土壤。

实施例2：

本实施例用于酸性镉污染农田的土壤修复剂的重量份配比为：改性黏土矿物55份、钙镁磷肥32份、锌肥3份、铁肥4份、石灰石6份；

其中，改性黏土矿物为沸石矿研磨过100目筛后经过高温改性后制备，其有效硅含量为36％；具体改性方法为：将过筛后的沸石粉与氯化钠按照9：1的重量比例进行混合均匀，随后进入隧道窑进行阶梯性升温，分别在380℃停留2小时、450℃停留4h、540℃停留2h。

钙镁磷肥为农业级，有效磷含量≥15％，纯度≥95％；

锌肥为七水硫酸锌，ZnSO

铁肥为无水硫酸亚铁，FeSO

石灰石为碳酸钙，有效含量≥90％。

本实施例的用于酸性镉污染农田的土壤修复剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)配制预混料：将改性黏土矿物、钙镁磷肥、铁肥、石灰石混合均匀，得到预混料；

(2)成品混配：在预混料中加入锌肥，搅拌均匀，即得到成品的土壤修复剂，用25kg的防水牛皮纸袋密封包装。

本实施例的土壤修复剂的应用研究：浙江绍兴市某地镉污染农田小区实验。

2020年3月-2020年7月，在浙江省绍兴市某地开展了土壤修复剂施用田间小区实验，小区实验的设计分布如图1所示。

其中，实验农田土壤镉全量平均值为1.04mg/kg，镉有效态均值为0.217mg/kg，土壤pH均值为6.24，此前种植的稻米中镉含量平均值为0.214mg/kg。

小区与小区之间用宽30cm、高30cm的田埂隔开，田埂修建要求要达到可以供人行走，保证各个小区之间不会相互窜水，并用塑料薄膜覆盖在田埂表面，两侧要插入田面下至少15cm，各小区进出水都相互独立，互不干扰。

阶梯实验小区：将土壤修复剂按照土壤重量的0.1％(ND-1)、0.15％(ND-2)、0.2％(ND-3)、0.3％(ND-4)、0.4％(ND-5)施洒，施洒完毕后种植甬优17号水稻。

空白对照区：即CK区，土壤不做任何处理，种植水稻品种与邻近区域相同；

主要钝化区：此区域土壤修复剂投机比例按照土壤重量的0.3％进行施洒，施洒完毕后种植两种水稻：甬优17(SD-1)、浙优18(SD-2)。

施用方法：在翻耕前将修复剂按照200kg/亩均匀施洒在土壤中，放入适量水，翻耕搅拌均匀后，静置熟化。

检测项目：土壤镉有效态浓度、水稻稻米镉含量；

主要结果：1)土壤中重金属镉有效态数据见表2，可以看出，在修复剂投加后，土壤中的镉有效态出现明显下降，与药剂投加量呈正相关。按照0.3％药剂投加比例的主要钝化区的重金属镉钝化率在33％左右，效果明显；2)稻米检测数据见表3，通过对比可以得出，修复剂的使用明显降低了重金属镉的生物活性，有效遏制了其向农作物迁移。主要钝化区稻米与空白对照区稻米相比，其镉含量降幅明显，平均下降了55.6％。

表2各小区土壤镉有效态浓度数据

表3各小区稻米镉含量数据

实施例3：

本实施例的用于酸性镉污染农田的土壤修复剂的重量份配比为：改性黏土矿物57份、钙镁磷肥30份、锌肥3份、铁肥3份、石灰石7份。其制备方法同实施例2，在此不赘述。

本实施例的土壤修复剂的应用研究：江西省新余市某镇镉污染农田治理。

2020年6月-2020年10月，在江西省新余市某镇开展镉污染农田治理工作。污染农田重金属镉全量在0.57-1.22mg/kg，镉有效态浓度在0.25-0.68mg/kg，pH值在4.85-6.12之间，稻米中重金属镉含量在0.15-0.64mg/kg，稻米镉超标率为91％。

施用方法：在翻耕前将修复剂按照250kg/亩均匀施洒在土壤中，放入适量水，用农用旋耕机进行旋耕均匀后，静置熟化。

检测项目：土壤镉有效态浓度、水稻稻米镉含量、土壤pH值；

主要结果：通过治理，土壤中重金属镉有效态浓度下降至0.16-0.45mg/kg，平均降幅为36.2％；土壤pH值上升至5.97-7.12，所测土壤样品中pH＞6.5的样品比例占73％；稻米中镉含量在0.069-0.21mg/kg之间，所采样品达标率为93％。这说明施用实施例2中的土壤修复剂可以有效降低土壤中重金属镉有效态含量，有效减少重金属镉向稻米中迁移。

鉴于本发明方案实施例众多，各实施例实验数据庞大众多，相应的参数(各组分的重量份、改性黏土矿物的高温改性参数等)均可在相应的范围内任意选取，不适合于此处逐一列举说明，但是各实施例所需要验证的内容和得到的最终结论均接近。故而此处不对各个实施例的验证内容进行逐一说明，仅以实施例1-2作为代表说明本发明申请优异之处。

以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。