CN107879850A - 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 - Google Patents

Abstract

本发明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，有效降低重金属进入农作物，而且不破坏农田原有生态环境和土壤结构，同时可以提高土壤肥力，减轻土壤有害生物的危害、提高以增加农作物产量。

Description

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

技术领域

本发明涉及一种土壤调理剂，特别涉及一种酸性农田重金属污染土壤调理剂，以及涉及一种利用食用槟榔残渣进行第二次再生产利用，作为肥料和重金属吸附剂与粘土矿物、铁基矿物和磷基化合物等复配得到可以提高土壤肥力，同时可以有效固定镉、铅、汞、镍、铜、铬、锌等重金属的酸性农田重金属污染土壤调理剂，属于重金属污染土壤治理技术领域。

背景技术

槟榔是海南仅次于橡胶的第二大热带经济作物，年产值超过百亿元，在国内的湖南、海南、福建、台湾、广东等省份槟榔消费者众多，近年来其嚼食地区正在逐渐扩大，消费量大。槟榔成品在国内的消费人口超过6000万人，销量每年20％增长速度。中国内地咀嚼槟榔习俗盛行，湖南嚼食槟榔就有几百年的历史，每年每人嚼食槟榔达人均2-3kg。其中2016年槟榔总产鲜果约120万吨，生产过程中产生的废弃物也是10万吨级。槟榔渣一般会当垃圾随手丢弃，不但影响环境也浪费资源。食用后的槟榔渣主要含槟榔纤维，还含有少量酚类、多糖、脂肪、水分、灰分和生物碱等，其中槟榔碱是有效驱虫成分，对猪肉、牛肉绦虫有较强的致瘫痪作用，对棘球蚴虫有杀伤作用，氢溴酸槟榔碱有排蠕虫效果。

中国专利(CN105950166A)公开了一种改良酸性土壤的生态土壤调理剂及制备方法；该土壤调理剂主要由碳化酒糟、工农业废弃物、马尾藻、水葫芦、草木灰、纳米改性粘土、海藻酸钠、罗望子多糖胶、鳌合中微量元素、氧化石墨烯等组分组成；该土壤调理剂能调节土壤pH值，促进土壤团粒结构形成，改善酸性土壤的理化结构，增加土壤有机质含量，提高土壤保水保肥能力，改善土壤物理性状，为植物生长创造良好的生态环境。该方法用到了槟榔渣通过腐熟后作为有机肥料使用，用于增加土壤有机质含量，提高土壤保水保肥能力，改善土壤理化性质。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是在于提供一种可以有效降低土壤重金属污染程度，改善土壤结构，提高土壤肥力，并可以杜绝传病虫害的传播和发生的酸性农田重金属污染土壤调理剂。

本发明的另一个目的是在于提供一种简单、低成本的制备所述农田重金属污染土壤调理剂的方法。

本发明的第三个目的是在于提供所述农田重金属污染土壤调理剂的应用，将其用于农田重金属污染土壤，不但可以使农田重金属污染土壤中游离重金属离子得到高效吸附、固定，有效降低重金属进入农作物，而且不破坏原有生态环境和土壤结构，同时可以提高土壤肥力，减轻土壤有害生物的危害、提高以增加农作物产量。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种酸性农田重金属污染土壤调理剂，其由以下质量百分比组分组成：粘土矿物100份；铁基矿物3～8份；磷基化合物1～3份；槟榔渣粉末10～20份；槟榔渣腐熟肥5～10份；生石灰1～5份。

优选的方案，所述粘土矿物包括海泡石粉末、膨润土粉末、硅藻土粉末中至少一种。

优选的方案，所述铁基矿物包括水铁矿、针铁矿、赤铁矿中至少一种。

优选的方案，所述磷基化合物包括磷灰石、磷酸盐中至少一种。

优选的方案，所述槟榔渣腐熟肥由槟榔渣与农家肥及秸秆经过堆积法腐熟得到。

优选的方案，所述槟榔渣粉末由食用过的槟榔果残渣经过烘干、粉碎得到。

优选的方案，所述烘干过程是在50～70℃温度下烘干至槟榔渣水分含量至5～8％。在低温下烘干槟榔渣目的是要尽量防止其有效有机成分被挥发。

优选的方案，所述粉碎过程为槟榔渣粉碎至粒径为-100目。将其粉碎至粒径100目以下，有利于提高其比表面积。

本发明还提供了一种酸性农田重金属污染土壤调理剂的制备方法，包括以下步骤：

1)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；

2)将槟榔渣经过烘干、粉碎，得到槟榔渣粉末；

3)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。

优选的方案，槟榔渣与农家肥及秸秆的质量比为100:10～30:10～30。

优选的方案，所述腐熟过程中温度为25～35℃，水分含量维持在15～25％，时间为30～50天。

本发明还提供了一种酸性农田重金属污染土壤调理剂的应用，其作为提高酸性重金属污染土壤中农作物产量以及降低农作物重金属含量的土壤调理剂使用。

本发明的槟榔渣粉末一部分用于腐熟作为有机肥使用，另一部分不腐熟作为稳定重金属离子的吸附剂和提供药效成分防治病虫害。腐熟后的槟榔渣有机成分被破坏，纤维结构也部分降解，只能作为有机肥使用。

较优选的方案，所述粉碎过程为物槟榔渣碎至粒径为-100目。将其粉碎至粒径100目以下，有利于提高其比表面积。

本发明的酸性农田重金属污染土壤调理剂主要包含槟榔渣粉末和槟榔渣腐熟肥，槟榔渣粉末主要是由食用后的槟榔渣废弃物通过干燥、粉碎得到，槟榔渣不但包含了大量天然槟榔纤维结构，而且富含槟榔碱等有效成分，将其用于土壤调理剂中起到以下几方面重要作用：1)槟榔渣组分具有特殊天然槟榔纤维结构，其比表面积大，富含极性基团，具备很好的吸附功能，有利于对游离重金属离子的吸附和富集，同时可以作为黏土矿物、铁基矿物、磷基矿物等重金属稳定化成分的载体，提高这些化合物与游离重金属离子的接触面积，提高对重金属离子的稳定化反应效率，有利于重金属离子的固定；2)槟榔渣中含有大量生物碱，如槟榔碱等，可以在一定范围内调节土壤pH值，从而钝化重金属离子，防止其进入农作物内，降低农作物重金属富集的风险；3)槟榔渣粉末中还含大量的羧酸根、粗纤维等，可以与有效态重金属离子发生络合等反应，从而降低土壤中重金属离子的迁移转化；4)槟榔渣粉末中还包含可以杀菌、杀虫的天然药物成分，可以有效抑制土壤中的有害生物，减少农作物农药的施用；5)槟榔渣粉末在自然条件下缓慢腐熟，可以作为天然有机肥，提高有机质含量高，同时有效提高土壤孔隙度和土壤肥力，从而改善土壤结构，有利于微生物环境的改善，不产生二次污染。而槟榔渣腐熟肥包含大量的植物必须有机营养成分，有利于改善土壤肥力，同时采用槟榔渣制备腐熟肥可以提高槟榔渣的利用率。

本发明的土壤调理剂适用于重金属污染的地区，特别是重金属污染的酸性土壤，酸性土壤中重金属离子活性高，游离的重金属离子含量高，通过在农田重金属污染地添加这种调理剂，不但有效固定化稳定化重金属，防止其进入农作物，而且可以有效提高土壤肥力，抑制土传病虫害的传播和发生。

本发明的技术方案利用食用后的槟榔渣进行资源回收再利用，成本低，产出重金属污染土壤调理剂，从而创造更多价值，也减少污染。

本发明的技术方案中黏土矿物、铁基矿物和磷基矿物主要通过吸附、反应等方式来实现物理和化学稳定化重金属离子。

本发明的槟榔渣粉末不能采用腐熟槟榔渣替换，腐熟槟榔渣有机成分被破坏，纤维结构也部分降解，只能作为有机肥使用，无法实现其稳定重金属离子，防治病虫害的目的。

本发明利用槟榔渣制备酸性农田重金属污染土壤调理剂的方法包括以下具体步骤：

S1、集中收集路边、垃圾桶内的食用后的槟榔渣；

S2、将回收的槟榔渣集中处理，在50～70℃温度下烘干至物料水分含量至5～8％，粉碎至粒径为-100目，取筛下粉末；

S3、将部分槟榔渣粉末与农家肥(如猪粪等)及秸秆(切碎)按质量比为100:10～30:10～30，采用自然堆积方法堆积，在温度为25～35℃，水分含量维持在15～25％的条件下进行发酵，时间为30～50天，得到槟榔渣腐熟肥；

S4、粘土矿物经过105℃干燥，研磨粉碎，过80目筛；铁基矿物粉碎过80目筛；磷基化合物粉碎过80目筛；生石灰用于调节pH；

S5、粘土矿物、铁基矿物、磷基化合物和槟榔渣粉末及槟榔渣腐熟肥，按比例进行配置，按土壤立地条件添加生石灰。

相对现有技术，本发明的技术方案带来的有益技术效果：

1)本发明的农田重金属污染土壤调理剂充分利用食用后的槟榔渣作为主要原料产出槟榔渣腐熟肥和重金属吸附剂，最大限度的进行了资源再利用，创造出更多的经济收益，实现了废物再利用，也大大节约了农田重金属污染土壤修复剂的使用成本。

2)本发明的农田重金属污染土壤调理剂不但可以使农田重金属污染土壤中游离重金属离子得到高效吸附、固定，有效降低重金属进入农作物，而且不破坏原有生态环境和土壤结构，同时可以提高土壤肥力，减轻土壤有害生物的危害、提高以增加农作物产量。

3)本发明的农田重金属污染土壤调理剂的制备方法简单、成本低，满足工业生产要求。

具体实施方式

以下实施例旨在进一步说明本发明内容，而不是限制本发明权利要求的保护范围。

实施例1

配方1：硅藻土粉末100份，水铁矿5份，生石灰2份，槟榔渣粉末12份，槟榔渣腐熟肥8份。

配方2：硅藻土粉末100份，磷灰石2份，生石灰2份，槟榔渣粉末12份，槟榔渣腐熟肥8份

配方3：硅藻土粉末100份，水铁矿5份，磷灰石2份，生石灰2份，腐熟槟榔渣粉末8份，槟榔渣腐熟肥8份。

配方4：硅藻土粉末100份，水铁矿5份，磷灰石2份，生石灰1份，槟榔渣粉末12份，槟榔渣腐熟肥10份。

配方5：海泡石粉末100份，针铁矿3份，磷酸钠3份，生石灰2份，槟榔渣粉末15份，槟榔渣腐熟肥8份。

配方6：膨润土粉末100份，赤铁矿8份，磷灰石1.5份，生石灰2份，槟榔渣粉末18份，槟榔渣腐熟肥5份。

以上配方1～6按以下具体方法制备成土壤调理剂：

S1、集中收集路边、垃圾桶等区域的食用后的槟榔渣；

S2、将回收的槟榔渣集中处理，在60℃温度下烘干至物料水分含量至6％，粉碎至粒径为-100目，取筛下粉末；

S3、将槟榔渣粉末与如猪粪等及秸秆粉末按质量比为100:20:2，采用自然堆积方法堆积，在温度为30℃，水分含量维持在20％的条件下进行发酵，时间为40天。

S4、粘土矿物经过105℃干燥，研磨粉碎，过80目筛；铁基矿物粉碎过80目筛；磷基化合物粉碎过80目筛；生石灰用于调节pH；

S5、粘土矿物、铁基矿物、磷基化合物和槟榔渣粉末及槟榔渣腐熟肥，按比例进行配置，按土壤立地条件添加生石灰。

实施例2

以上配方1～6土壤修复剂的田间小区应用试验：

1)取湖南某镇的酸性重金属污染的农田，进行田间小区试验，土壤中的镉含量为0.67mg/kg，pH为6左右，实验材料为水稻。

将该试验田划分为28个试验小区，共7个处理，每个处理做4个平行，其中以一个处理作为不添加土壤修复剂的对照组，配方1～6均作为一个处理。小区面积4m×5m，随机排列。试验开始时，试验田先不施任何肥，将田耕作耙平，实行单排单灌，防止小区间串肥串水。将每个处理施加土壤修复剂到相应的小区中，土壤调理剂添加量为200kg/亩人工用六齿耙将土壤调理剂均匀混入泥中并用木烫板烫平田。土壤调理剂添加后，保持土壤足够的湿度，含水量至少在30％以上，养护3天后，进行插秧，间距为20*30cm。按正常方法进行田间管理，直至水稻收割，得到水稻籽粒的重金属含量成分如下表1，水稻的收成量如表1。

表1水稻籽中重金属含量和收成

2)取湖南某镇的重金属污染的农田，进行田间小区试验：土壤中的镉含量为0.85mg/kg，pH为5.5左右，试验材料为玉米。

将该试验地划分为28个试验小区，共7个处理，每个处理做4个平行，其中以一个处理作为不添加土壤修复剂的对照组，配方1～6均作为一个处理。小区面积4m×5m，随机排列。试验开始时，试验地先不施任何肥，将地整平并做畦。将每个处理施加土壤修复剂到相应的小区中，土壤调理剂添加量为200kg/亩人工用六齿耙将土壤调理剂均匀混。土壤调理剂添加后，播种玉米种植，每个穴3～5粒，间距为30*50cm。按正常方法进行田间管理，但减少农药的施用，直至玉米采收，得到玉米籽粒的重金属含量成分如下表2，玉米的收成量如表2。

表2玉米中重金属含量和收成

在玉米整个生命周期中，大斑病、茎基腐病是常见的土传病害，实验过程中，染病的情况如表3所示。

表3玉米常见病染病率

Claims (10)

1.一种酸性农田重金属污染土壤调理剂，其特征在于：由以下质量百分比组分组成：

粘土矿物100份；

铁基矿物3～8份；

磷基化合物1～3份；

槟榔渣粉末10～20份；

槟榔渣腐熟肥5～10份；

生石灰1～5份。

2.根据权利要求1所述的一种酸性农田重金属污染土壤调理剂，其特征在于：所述粘土矿物包括海泡石粉末、膨润土粉末、硅藻土粉末中至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种酸性农田重金属污染土壤调理剂，其特征在于：所述铁基矿物包括水铁矿、针铁矿、赤铁矿中至少一种。

4.根据权利要求1所述的一种酸性农田重金属污染土壤调理剂，其特征在于：所述磷基化合物包括磷灰石、磷酸盐中至少一种。

5.根据权利要求1所述的一种酸性农田重金属污染土壤调理剂，其特征在于：所述槟榔渣腐熟肥由槟榔渣与农家肥及秸秆经过堆积法腐熟得到。

6.根据权利要求1～5任一项所述的一种酸性农田重金属污染土壤调理剂，其特征在于：所述槟榔渣粉末由食用过的槟榔果残渣经过烘干、粉碎得到。

7.根据权利要求6所述的一种酸性农田重金属污染土壤调理剂，其特征在于：所述烘干过程是在50～70℃温度下烘干至槟榔渣水分含量至5～8％；

所述粉碎过程为槟榔渣粉碎至粒径为-100目。

8.权利要求1～7任一项所述的一种酸性农田重金属污染土壤调理剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)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；

2)将槟榔渣经过烘干、粉碎，得到槟榔渣粉末；

3)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。

9.根据权利要求8所述的一种酸性农田重金属污染土壤调理剂的制备方法，其特征在于：

槟榔渣与农家肥及秸秆的质量比为100:10～30:10～30；

所述腐熟过程中温度为25～35℃，水分含量维持在15～25％，时间为30～50天。

10.权利要求1～7任一项所述的一种酸性农田重金属污染土壤调理剂的应用，其特征在于：作为提高酸性重金属污染土壤中农作物产量以及降低农作物重金属含量的土壤调理剂使用。