一种在中轻度铬污染农田安全种植农作物的钝化剂及其撒施方法

技术领域

本发明属于农田土壤修复技术领域，具体涉及一种在中轻度铬污染农田安全种植农 作物的钝化剂及其撒施方法。

背景技术

铬是银白色金属，在自然界中主要形成铬铁矿，铬广泛存在于自然界，其自然来源主要是岩石风化，大多呈三价；工业废水中主要是六价铬的化合物，常以铬酸根离子[(CrO

发明内容

为了解决上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种在中轻度铬污染农田安 全种植农作物的钝化剂及其撒施方法。

一种在中轻度铬污染农田安全种植农作物的钝化剂，所述钝化剂由如下重量份组分 组成：石灰10-20重量份、海泡石15-20重量份、硅藻土15-20重量份、硫酸亚铁5-10 重量份、硫化钠2-5重量份、羟基磷灰石10-20重量份和生物炭基微生物组合剂10-30 重量份。

进一步，所述农田为水田或旱地，所述农田的土壤pH<7。

进一步，所述农田土壤中铬的含量为150-700mg/kg。

进一步，所述农作物为粮食作物、蔬菜和豆类等铬富积度低的农作物品种。

进一步，所述农作物为粮食作物、蔬菜和豆类等籽粒中铬富积度低的农作物品种，标准为农作物在正常种植条件下籽粒中铬的含量不超过国家标准(GB 2762-2012)。

进一步，所述粮食作物例如是玉米、小麦、水稻、大豆等；蔬菜优选茄果类，例如 是茄子、辣椒、黄瓜、苦瓜等；豆类例如是状元豆、长豆等。

优选的，所述农作物为玉米、小麦、水稻或大豆。

进一步，当所述农田的土壤pH<5时，所述钝化剂的施用量为300-400kg/亩；

当所述农田的土壤5≤pH<6时，所述钝化剂的施用量为200-300kg/亩；

当所述农田的土壤6≤pH<7时，所述钝化剂的施用量为150-200kg/亩。

进一步，所述组分石灰、海泡石、硅藻土、硫酸亚铁、硫化钠、羟基磷灰石需质检 合格，其重金属含量均符合《肥料中砷、镉、铅、铬、汞生态指标》(GB/T 23349-2009) 的限量标准。

进一步，所述石灰为粉末状，为1mm以下粒度。

进一步，所述海泡石、硅藻土、硫化钠均为10mm以下粒度。

进一步，所述硫酸亚铁为粒径在10mm以下的结晶。

进一步，所述羟基磷灰石为粉末状，粒度为1-2mm。

进一步，所述生物炭基微生物组合剂是将对土壤重金属具有吸附作用的菌株接种在 生物炭基上；进一步，所述对土壤重金属具有吸附作用的菌株为NT-2菌株、芽孢杆菌 或水生拉恩氏菌；进一步，所述芽孢杆菌为蜡样芽孢杆菌(NRR00420)、蕈状芽孢杆 菌(BNCC181824)、枯草芽孢杆菌(CMCC(B)63501)或假蕈状芽孢杆菌(NBRC101232)；

更进一步，所述生物炭基微生物组合剂的制备方法：以农作物秸秆为原料，在厌氧条件下，300℃-400℃高温热解1.5-2h，得生物炭；再将菌株在培养箱中活化5-7天，然 后将活化后的菌株接种在生物炭基上，得到生物炭基微生物组合剂。

本发明的一种在中轻度铬污染农田安全种植农作物的钝化剂的制备方法：按一定比 例取石灰、海泡石、硅藻土、硫酸亚铁、硫化钠、羟基磷灰石和生物炭基微生物组合剂 进行混合，即得。

上述在中轻度铬污染农田安全种植农作物的钝化剂的撒施方法，所述撒施方法包括 以下步骤：

1)农作物品种筛选：筛选出籽粒中铬富积度相对低的农作物品种；

所述筛选的标准为作物在正常种植条件下籽粒中铬的含量不超过国家标准(GB2762-2012)；

2)农田土壤翻耕：翻耕深度为15-25cm；

3)钝化剂的施用：在农作物种植前，撒施钝化剂，施用时避免与氮肥和磷肥混合(例如：氮磷肥施用可在钝化剂施用前5天完成，施用剂量较正常量少10％)；

4)往农田中灌水至土壤含水量30-100％；

5)旋耕养护：用旋耕机(装普通旋耕刀)对土壤进行旋耕、破碎、搅匀，养护4-8 天，期间保持土壤含水量30-100％；

6)进行农作物种植；

7)优化施肥，根据田间土壤环境状况，在农作物种植后，增施中微量元素肥料(可减少农作物对重金属铬的吸收)，所述中微量元素肥料选自钙镁磷肥、硫肥、硅肥、锌 肥中的至少一种，用量为：钙镁磷肥8-18kg/亩；以S含量计，硫肥1-3kg/亩；以SiO

本说明书中，土壤pH测定方法：以水为浸提剂，采集少量土壤将水土比按照2.5： 1的质量比例混合，采用电位法进行测定(参照NY/T1377-2007)。

本发明的原理：

本发明中要先筛选出籽粒中铬富积度相对低的农作物品种；将钝化剂撒施到土壤表 面后灌水，然后旋耕，可以让钝化剂与土壤中铬充分接触，为钝化剂与土壤中铬提供充分的反应的条件。养护期间钝化剂会提高土壤pH，并与土壤中铬充分反应明显降低土 壤中铬的有效态含量(钝化剂中的石灰可提高土壤pH及土壤中钙元素，硫酸亚铁、硫 化钠可将土壤中有毒的6价铬离子还原为无毒的3价铬离子，海泡石和羟基磷灰石对重 金属铬的有效态具有吸附和固定作用，硅藻土能降低土壤中重金属铬离子含量，生物炭 基微生物组合剂会充分降低土壤中铬离子的活性，从而达到降低土壤中铬的有效性；其 中生物炭基微生物组合剂能改善土壤肥力，提高了重金属污染土壤中脲酶和脱氢酶的活 性，提高土壤中重金属耐性功能菌的丰度，并显著改善土壤微生物群落结构，提升土壤 中微生物活性，促进对铬的吸收)，能种植出符合国家食品安全标准GB 2762-2012的 农产品。

本发明的优点：

1、本发明的钝化剂可以降低土壤中铬的有效态含量。

2、制备本发明钝化剂的材料为矿物质材料或经矿物质材料简单加工的材料，以及生物质材料，在降低土壤中有效态铬的同时不会破坏土壤结构并能增加土壤肥力，降低 肥料施用量。

3、在作物种植前撒施钝化剂，不会耽误农时。

4、无需移动土壤到异位，工程量小，成本低廉，操作简单。

5、安全可靠，能够可持续、且有效地在中轻度铬污染(土壤中铬的含量为 150-700mg/kg)的农田中进行农作物的生产。

6、该方法生态环保、经济有效、成本低廉，具有极高的普适性，适合大规模的推 广使用。

附图说明

图1：实施例1玉米籽粒中铬含量处理与对照变化以及土壤中有效铬含量处理与对照 变化(单位：mg/kg)；

图2：实施例2小麦籽粒中铬含量处理与对照变化以及土壤中有效铬含量处理与对照 变化(单位：mg/kg)；

图3：实施例3水稻糙米中铬含量处理与对照变化以及土壤中有效铬含量处理与对照 变化(单位：mg/kg)；

图4：实施例4大豆籽粒中铬含量处理与对照变化以及土壤中有效铬含量处理与对照变化(单位：mg/kg)；

图5：本发明的一种在中轻度铬污染农田安全种植农作物的工艺流程。

具体实施方式

下面申请人结合具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，以下实施例仅 为示例，不应理解为对本发明请求保护的技术方案的限制。

根据《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618-2018) 的规定，规定了农用地污染风险筛选值和管制值，其中对重金属铬的风险筛选值和管制 值标准要求分别如下表1、表2(单位：mg/kg)：

表1风险筛选值

表2风险管制值

农作物栽培管理按照当地常规管理方式。采用《土壤环境质量标准》(GB 15618-1995) 中规定的重金属检测方法测定土壤样品中总铬的含量。土壤有效态铬含量按DB35/T859-2008检测。土壤pH测定方法：以水为浸提剂，采集少量土壤将水土比按照2.5：1 的质量比例混合，采用电位法进行测定(参照NY/T1377-2007)。含水量测定用烘干称 重法，取土样至恒温干燥箱烘干，称量其干土重和含水重加以计算。食品中铬含量按 GB 5009.123-2014检测。

以下实施例所用原料：石灰为粉末状，为1mm以下粒度；海泡石、硅藻土、硫化 钠(Na

实施例1：实验地在江苏省盱眙县河桥镇某铬矿区周边一丘0.5亩玉米种植田块，该地土壤pH为：4.97，重金属总铬含量为：201mg/kg，超过了《土壤环境质量农用地 土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618-2018)中的风险筛选值，在该农田中种 植玉米，所产生的玉米存在铬含量超标风险。

1)玉米品种筛选：通过当地常规栽培管理的方式种植当地普及的玉米品种，通过检测玉米籽粒、茎叶、根系中的重金属铬的含量，筛选出籽粒中重金属铬富积度相对低 (如果籽粒中含量相同，选根茎叶中重金属铬含量较少的品种，下同，以下不赘述)的 玉米品种，确定实验田玉米品种为苏科花糯2008。

2)种植前对农田土壤进行翻耕，深度为：18cm；

3)钝化剂的施用：

制备钝化剂：①生物炭基微生物组合剂的制备：以农作物秸秆为原料，在厌氧条件下，300℃煅烧2h，得生物炭；取100μL蜡样芽孢杆菌(NRR00420)菌株接种至已灭 菌培养基中，培养基为500mL液体培养基，原料为马铃薯，马铃薯煮熟至糊状，按蒸 馏水：马铃薯质量比5：1混合配置成液体培养基，在培养箱中25℃条件下培养7天； 然后将活化的蜡样芽孢杆菌菌种在无菌条件下用移液枪接种至生物炭基上，接种时，每 kg生物炭基接种10次，每次10μL，得到生物炭基微生物组合剂；②钝化剂的制备：取 石灰15重量份、海泡石18重量份、硅藻土17重量份、硫酸亚铁8重量份、硫化钠5 重量份、羟基磷灰石17重量份和生物炭基微生物组合剂20重量份混合均匀，得到钝化 剂；所得钝化剂中重金属镉、铅、砷、铬、汞的含量均符合标准Q/XHBQ 01-2019要求；

撒施钝化剂(对照组不施用钝化剂)，施用量为：300kg/亩，施用时避免与氮肥和磷肥混合(氮磷肥施用在钝化剂施用前5天完成，施用剂量较正常量少10％)；

4)水分控制为：灌水至土壤含水量40％；

5)操作旋耕机(装普通旋耕刀)对撒施过土壤钝化剂的丘块进行全方位、无死角破碎和搅拌，旋耕机按直线来回行进作业；旋耕完成后对农田养护6天，期间保持土壤 含水量40％；

6)种植作物；

7)作物生长期间进行优化施肥管理，根据土壤环境施用中微量元素肥料，用量为：钙镁磷肥15kg/亩。

在玉米收获期采集土壤及其对应玉米籽粒，对土壤有效铬含量以及玉米籽粒铬含量 进行检测，处理与对照的玉米籽粒铬含量以及土壤有效铬含量如图1所示，可以看出经过本发明方法处理后，土壤有效铬含量由0.226mg/kg降低至0.108mg/kg，降幅达52.21％。玉米铬含量由0.304mg/kg降低至0.137mg/kg，降幅达54.93％，并符合国家食品安全标 准GB 2762-2012中铬含量≤1mg/kg。说明本发明的钝化剂及其撒施方法可以在中轻度 铬污染农田安全种植玉米。

实施例2：实验地在江苏省盱眙县河桥镇某铬矿区周边一丘0.6亩小麦种植田块，该地土壤pH为：4.78，重金属总铬含量为：199mg/kg，超过了《土壤环境质量农用地 土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618-2018)中的风险筛选值，在该农田中种 植小麦，所产生的小麦存在铬含量超标风险。

1)小麦品种筛选：通过当地常规栽培管理的方式种植当地普及的小麦品种，通过检测小麦籽粒、茎叶、根系中的铬的含量，筛选出籽粒中铬富积度相对低的小麦品种； 确定实验田小麦品种为淮麦28。

2)种植前对农田土壤进行翻耕，深度为：15cm；

3)钝化剂的施用：

制备钝化剂：①生物炭基微生物组合剂的制备：以农作物秸秆为原料，在厌氧条件下，300℃煅烧2h，得生物炭；取100μL蕈状芽孢杆菌(BNCC181824)菌株接种至已 灭菌培养基中，培养基为500mL液体培养基，原料为马铃薯，马铃薯煮熟至糊状，按 蒸馏水：马铃薯质量比5：1混合配置成液体培养基，在培养箱中25℃条件下培养7天； 然后将活化的蕈状芽孢杆菌菌种在无菌条件下用移液枪接种至生物炭基上，接种时，每 kg生物炭基接种10次，每次10μL，得到生物炭基微生物组合剂；②钝化剂的制备：取 石灰15重量份、海泡石18重量份、硅藻土17重量份、硫酸亚铁8重量份、硫化钠5 重量份、羟基磷灰石17重量份和生物炭基微生物组合剂20重量份混合均匀，得到钝化 剂；所得钝化剂中重金属镉、铅、砷、铬、汞的含量均符合标准Q/XHBQ 01-2019要求；

撒施钝化剂(对照组不施用钝化剂)，施用量为：320kg/亩，施用时避免与氮肥和磷肥混合(氮磷肥施用在钝化剂施用前5天完成，施用剂量较正常量少10％)；

4)水分控制为：灌水至土壤含水量30％；

5)操作旋耕机(装普通旋耕刀)对撒施过土壤钝化剂的丘块进行全方位、无死角破碎和搅拌，旋耕机按直线来回行进作业；旋耕完成后对农田养护8天，期间保持土壤 含水量30％；

6)种植作物；

7)作物生长期间进行优化施肥管理，根据土壤环境施用中微量元素肥料，用量为：钙镁磷肥12kg/亩。

在小麦收获期采集土壤及其对应小麦籽粒，对土壤有效铬含量以及小麦籽粒铬含量 进行检测，处理与对照的小麦籽粒铬含量以及土壤有效铬含量如图2所示，可以看出经过本发明方法处理后，土壤有效铬含量由0.219mg/kg降低至0.113mg/kg，降幅达48.4％。小麦铬含量由0.168mg/kg降低至0.093mg/kg，降幅达44.64％，并符合国家食品安全标 准GB 2762-2012中铬含量≤1mg/kg。说明本发明的钝化剂及其撒施方法可以在中轻度 铬污染农田安全种植小麦。

实施例3：实验地在湖南省湘潭市易俗河镇一丘1.2亩水稻田，该地土壤pH为：5.78， 重金属总铬含量为：569mg/kg，超过了《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618-2018)中的风险筛选值，在该农田中种植水稻，所产生的水稻 糙米存在铬含量超标风险。

1)水稻品种筛选：通过当地常规栽培管理的方式种植当地普及的水稻，通过检测水稻糙米、茎叶、根系中的铬的含量，筛选出糙米中铬富积度相对低的水稻品种，确定 实验田水稻品种为潭两优215(中熟早稻)。

2)种植前对农田土壤进行翻耕，深度为：22cm；

3)钝化剂的施用：

制备钝化剂：①生物炭基微生物组合剂的制备：以农作物秸秆为原料，在厌氧条件下，300℃煅烧2h，得生物炭；取100μL枯草芽孢杆菌(CMCC(B)63501)菌株接种至 已灭菌培养基中，培养基为500mL液体培养基，原料为马铃薯，马铃薯煮熟至糊状， 按蒸馏水：马铃薯质量比5：1混合配置成液体培养基，在培养箱中25℃条件下培养7 天；然后将活化的枯草芽孢杆菌菌种在无菌条件下用移液枪接种至生物炭基上，接种时， 每kg生物炭基接种10次，每次10μL，得到生物炭基微生物组合剂；②钝化剂的制备： 取石灰10重量份、海泡石20重量份、硅藻土20重量份、硫酸亚铁8重量份、硫化钠5 重量份、羟基磷灰石17重量份和生物炭基微生物组合剂20重量份混合均匀，得到钝化 剂；所得钝化剂中重金属镉、铅、砷、铬、汞的含量均符合标准Q/XHBQ 01-2019要求；

撒施钝化剂(对照组不施用钝化剂)，施用量为：200kg/亩(淹水管理有利于降低重金属铬的有效性)，施用时避免与氮肥和磷肥混合(氮磷肥施用在钝化剂施用前5天 完成，施用剂量较正常量少10％)；

4)水分控制为：灌水至土壤含水量100％；

5)操作旋耕机(装普通旋耕刀)对撒施过土壤钝化剂的丘块进行全方位、无死角破碎和搅拌，旋耕机按直线来回行进作业；旋耕完成后对农田养护8天，期间保持土壤 含水量100％；

6)种植作物；

7)作物生长期间进行优化施肥管理，根据土壤环境施用中微量元素肥料，用量为：以SiO

对水稻全生育期进行淹水管理，有利于降低重金属铬的有效性。不同生育期内田面 水深及允许缺失时限(见表3)，严格控制水稻成熟期脱水过早，尤其是在抽穗前20 天至抽穗后20天内必须保证田间有3cm水层。根据水稻各生育期内允许的缺水时限要 求，定时巡查田面水深，当水深达不到该生育期要求时，需及时灌水；当水深超过该生 育期要求时，应及时排水。分蘖末期不排水晒田，可通过提高田面水深的方式控制水稻 无效分蘖；在水稻进入蜡熟期后实现自然落干或在收获前7～10天内按时排水晒田，以 保证田面适当硬度，不妨碍水稻收获。

表3水稻不同生育期内田面水深及允许缺失时限

在水稻收获期采集土壤及其对应糙米，对土壤有效铬含量以及糙米铬含量进行检测， 处理与对照的糙米铬含量以及土壤有效铬含量如图3所示，可以看出经过本发明方法处 理后，土壤有效铬含量由0.572mg/kg降低至0.178mg/kg，降幅达68.88％。糙米铬含量由0.363mg/kg降低至0.184mg/kg，降幅达49.31％，并符合国家食品安全标准GB 2762-2012中铬含量≤1mg/kg。说明本发明的钝化剂及其撒施方法可以在中轻度铬污染农 田安全种植水稻。

实施例4：实验地在湖南省湘潭市易俗河镇一丘0.8亩大豆种植田块，该地土壤pH为：5.66，重金属总铬含量为：534mg/kg，超过了《土壤环境质量农用地土壤污染风险 管控标准(试行)》(GB 15618-2018)中的风险筛选值，在该农田中种植大豆，所产 生的大豆存在铬含量超标风险。

1)大豆品种筛选：通过当地常规栽培管理的方式种植当地普及的大豆，通过检测大豆籽粒、茎叶、根系中的铬的含量，筛选出籽粒中铬富积度相对低的大豆品种，确定 实验田筛选大豆品种为六月黄。

2)种植前对农田土壤进行翻耕，深度为：16cm；

3)钝化剂的施用：

制备钝化剂：①生物炭基微生物组合剂的制备：以农作物秸秆为原料，在厌氧条件下，300℃煅烧2h，得生物炭；取100μL假蕈状芽孢杆菌(NBRC101232)菌株接种至 已灭菌培养基中，培养基为500mL液体培养基，原料为马铃薯，马铃薯煮熟至糊状， 按蒸馏水：马铃薯质量比5：1混合配置成液体培养基，在培养箱中25℃条件下培养7 天；然后将活化的假蕈状芽孢杆菌菌种在无菌条件下用移液枪接种至生物炭基上，接种 时，每kg生物炭基接种10次，每次10μL，得到生物炭基微生物组合剂；②钝化剂的 制备：取石灰10重量份、海泡石20重量份、硅藻土20重量份、硫酸亚铁8重量份、 硫化钠5重量份、羟基磷灰石17重量份和生物炭基微生物组合剂20重量份混合均匀， 得到钝化剂；所得钝化剂中重金属镉、铅、砷、铬、汞的含量均符合标准Q/XHBQ 01-2019 要求；

撒施钝化剂(对照组不施用钝化剂)，施用量为：280kg/亩，施用时避免和磷肥混合(磷肥施用在钝化剂施用前5天完成，施用剂量较正常量少10％)，大豆具有固氮作 用，不需要施用氮肥；

4)水分控制为：灌水至土壤含水量40％；

5)操作旋耕机(装普通旋耕刀)对撒施过土壤钝化剂的丘块进行全方位、无死角破碎和搅拌，旋耕机按直线来回行进作业；旋耕完成后对农田养护4天，期间保持土壤 含水量40％；

6)种植作物；

7)作物生长期间进行优化施肥管理，根据土壤环境施用中微量元素肥料，用量为：以SiO

在大豆收获期采集土壤及其对应大豆籽粒，对土壤有效铬含量以及大豆籽粒铬含量 进行检测，处理与对照的大豆籽粒铬含量以及土壤有效铬含量如图4所示，可以看出经过本发明方法处理后，土壤有效铬含量由0.567mg/kg降低至0.153mg/kg，降幅达73.02％。大豆铬含量由0.405mg/kg降低至0.192mg/kg，降幅达52.59％，并符合国家食品安全标 准GB 2762-2012中铬含量≤1mg/kg。说明本发明的钝化剂及其撒施方法可以在中轻度 铬污染农田安全种植大豆。