CN108640743A - 修复重金属污染耕地的钝化调控剂及其制备和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种修复重金属污染耕地的钝化调控剂及其制备和使用方法，其原料按重量份计包括40‑50份有机肥、30‑50份石灰石和3‑5份微生物菌剂，所述微生物菌剂包括枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和多粘类芽孢杆菌。本发明针对中轻度重金属污染耕地，在当前钝化技术的基础上，利用有机肥和石灰石的吸附沉淀性能，利用微生物菌剂的抑菌、解磷且钝化重金属能力，提供了一种兼具改善土壤理化性质、防治土传病害和钝化重金属镉铅的复合调理剂及其制备和使用方法。

Description

修复重金属污染耕地的钝化调控剂及其制备和使用方法

技术领域

本发明涉及环境修复工程技术领域，具体涉及一种修复重金属污染耕地的钝化调控剂及其制备和使用方法。

背景技术

导致土壤环境产生污染的重金属主要有汞(Hg)、镉(Cd)、铅(Pb)和类金属砷(As)等生物毒性显著的元素，以及因积累过量而产生生物毒性的铜(Cu)、镍(Ni)、锌(Zn)和锰(Mn)等常见元素。随着经济的快速发展，近年来我国土壤重金属污染事件频发，不仅对耕地与农产品质量严重威胁，还直接损害了民众身体健康，影响社会稳定。目前全国受重金属污染的农业土地约为2.0×10⁵hm²，有1.3×10⁴hm²土地因重金属含量超标而被迫弃耕，每年生产重金属含量超标的农产品达14.6×10⁵t。重金属通过大气和土壤等途径进入植物中，导致有很多地方农作物中铅、砷、镉、铬等重金属含量超标或接近临界值。

在农田受污染的情况下，对土壤-作物***的转移富集行为进行调控是防止重金属污染影响人类健康的关键。目前常见的土壤修复方法主要有物理修复技术，化学修复技术和生物修复技术。其中物理修复技术通常指客土换土法，虽然其工艺流程简单、效果显著，但因为工程量大、费用高，并且存在二次污染问题只适用于小面积的、土壤污染情况严重的土壤。生物修复技术通常包括种植高富集植物、经济作物等，但因为修复周期长，对于深层污染的修复存在困难。化学修复技术通常包括添加土壤pH剂、固化稳定剂或土壤改良剂(如石灰类物质、含磷材料、金属氧化物、生物炭、凹凸棒石等)，其因成本低、易实施，并且对土壤扰动小而在国内外广泛应用。

目前常用的化学修复技术主要是通过改变土壤pH值或添加固化剂与土壤中的重金属发生络合反应从而降低土壤中交换态重金属含量，由于土壤以及农作物的差异性，该方法在实际应用中针对性不足，常常需要施用大量的钝化剂才能达到特定的效果，存在成本高、影响作物产量、二次污染风险高等问题，并且容易造成土壤中营养元素的流失。我国大多数土壤重金属为中轻度污染程度，土壤肥力较为贫瘠，基于以上问题，研发适用于我国中轻度重金属污染耕地修复的调理剂具有重要意义。

发明内容

有鉴于此，有必要针对现有技术中存在的问题，提供一种修复重金属污染耕地的钝化调控剂及其制备和使用方法。

本发明的一种修复重金属污染耕地的钝化调控剂，其原料按重量份计包括40-50份有机肥、30-50份石灰石和3-5份微生物菌剂，所述微生物菌剂包括枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和多粘类芽孢杆菌。

作为本发明的进一步改进，本发明还包括淀粉粘合剂和尿素，所述淀粉粘合剂和尿素的重量份比为2:1，淀粉粘合剂和尿素混合物的加入量为有机肥、石灰石和微生物菌剂混合体系总质量的2-4％。

作为本发明的进一步改进，所述微生物菌剂为枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和多粘类芽孢杆菌按重量份数2:2:1比例混合而成的微生物菌剂。

作为本发明的进一步改进，所述石灰石为碳酸钙，所述石灰石含钙量≤30％。

作为本发明的进一步改进，所述枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和多粘类芽孢杆菌的有效活菌数分别≥2.0×10⁹cfu·g^-1。

作为本发明的进一步改进，所述修复重金属污染耕地的钝化调控剂内的有效活菌数≥2.0×10⁸cfu·g^-1。

作为本发明的进一步改进，所述有机肥为家禽粪肥、人粪尿或绿肥。有机肥为腐熟的肥料分别通过风干和粉碎，后过筛即得。

本发明还提供了一种修复重金属污染耕地的钝化调控剂的制备方法，包括以下步骤：

S1:将微生物菌剂按照相应配比取用，并混合均匀，微生物菌剂的菌体通过离心沉淀，分离后放入半乳糖保护剂，再进行真空冷冻干燥后制成复合微生物菌粉，其中微生物菌体的沉淀物与半乳糖保护剂的质量比为1:1；

S2:将有机肥、石灰石和微生物菌剂按照配比混合后，再添加淀粉粘合剂和尿素，淀粉粘合剂和尿素的重量份比为2:1，进行滚筒造粒，得到的颗粒的直径1-2mm，淀粉粘合剂和尿素混合物的加入量为有机肥、石灰石和微生物菌剂混合体系总质量的2-4％。

作为本发明的进一步改进，所述有机肥为鸡粪肥，所述鸡粪肥为腐熟的鸡粪分别通过风干和粉碎，后过筛即得有机肥。所述筛为至少100目的筛。

本发明还提供了一种修复重金属污染耕地的钝化调控剂的使用方法，包括以下步骤：

A.对待修复土壤进行重金属检测，判定土壤重金属污染程度，其中:中度污染土壤每亩修复重金属污染耕地的钝化调控剂的施用量为150-200kg，轻度污染土壤每亩修复重金属污染耕地的钝化调控剂的施用量为80-120kg；

B.先对待修复污染田土壤进行深度翻耕，深度翻耕的深度为30-40cm；将土壤大颗粒粉碎、耙平且打垄，依据土壤重金属污染程度进行均匀撒播复合调理剂，机械旋耕表层土壤，机械旋耕深度为20cm左右，使调理剂与表层土壤充分混匀，然后在土壤表层喷洒适量的水，使土壤含水量达到田间最大持水量的50％左右，且上述持水量需保持至少一周的时间；

C.按照正常农耕方法进行蔬菜播种及水肥管理。

本发明与现有技术相比，具有以下优点。

本发明针对中轻度重金属污染耕地，在当前钝化技术的基础上，利用有机肥、石灰石的吸附沉淀性能，利用微生物菌剂的抑菌、解磷、钝化重金属能力，提供了一种兼具改善土壤理化性质、防治土传病害和钝化重金属镉铅的复合调理剂及其制备和使用方法。

本发明的有机肥可以增加土壤阳离子交换量，改善土壤理化性质，同时还可吸附重金属离子或与其发生络合反应，降低土壤重金属有效态含量。本发明的石灰石可以减少土壤中作物有效性较高形态的重金属，并使其转化为有效性较低的形态。本发明采用的微生物菌剂为三种具有解磷功能的芽孢杆菌，可以将土壤中难溶性磷酸盐转化为可溶性磷酸盐，提高土壤中有效磷含量，增强植物吸收利用；同时这些可溶性磷酸盐还能够与土壤和作物中的可交换态镉铅形成沉淀，从而降低土壤重金属的生物可利用性和作物体内重金属的转运率。同时，芽孢杆菌还可以通过分泌抑菌物质和蛋白酶，促进作物生长，减少病虫害的发生。

本发明复合调理剂中的有机肥和石灰石通过固定复合微生物菌剂，可以改善微生物生长环境，提高芽孢杆菌在环境中的聚集度和存活率，同时本发明选取的芽孢杆菌还可以促进磷矿粉的活化，提高土壤磷的溶解率，进而促进植物磷的吸收和重金属重金属的沉淀，从而减少作物对重金属的吸收。因此，以有机肥和石灰石为载体固定多种芽孢杆菌的复合调理剂通过协同作用，强化各自的效应，不仅可以降低土壤重金属的有效性，还能同时改善土壤理化性质，防治土传病害，促进植物的生长。

本发明基于环境地球化学和拮抗原理对不同污染程度耕地重金属污染治理的新的方案，一方面通过提高土壤吸附和沉淀，改变土壤镉赋存形态，降低土壤镉生物可利用性，另一方面通过施加复合菌剂，促进植物磷的吸收和重金属铅镉的沉淀，从而减少作物对重金属的吸收，双管齐下，保障修复效果和效率。本发明的具有针对性强、修复效果好、清洁无污染、原材料易获取且价格低廉的优点，同时可在一定程度改良土壤，具有增产效果。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的解释说明。

实施例1

一种修复重金属污染耕地的钝化调控剂，其原料按重量份计包括40-50份有机肥、30-50份石灰石和3-5份微生物菌剂，微生物菌剂包括枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和多粘类芽孢杆菌。

实施例2

其余与实施例1一致，还包括淀粉粘合剂和尿素，所述淀粉粘合剂和尿素的重量份比为2:1，淀粉粘合剂和尿素混合物的加入量为有机肥、石灰石和微生物菌剂混合体系总质量的2-4％。

实施例3

其余与实施例1或2一致，微生物菌剂为枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和多粘类芽孢杆菌按重量份数2:2:1比例混合而成的微生物菌剂。

实施例4

其余与实施例1-3任一项一致，石灰石为碳酸钙，石灰石含钙量≤30％。

实施例5

其余与实施例1-4任一项一致，枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和多粘类芽孢杆菌的有效活菌数分别≥2.0×10⁹cfu·g^-1，

实施例6

其余与实施例1-5任一项一致，修复重金属污染耕地的钝化调控剂内的有效活菌数≥2.0×10⁸cfu·g^-1。

实施例7

其余与实施例1-6任一项一致，有机肥为家禽粪肥、人粪尿或绿肥。有机肥为腐熟的肥料分别通过风干和粉碎，后过筛即得。

实施例8

其余与实施例1-7任一项一致，一种修复重金属污染耕地的钝化调控剂的制备方法，包括以下步骤：

S1:将微生物菌剂按照相应配比取用，并混合均匀，微生物菌剂的菌体通过离心沉淀，分离后放入半乳糖保护剂，再进行真空冷冻干燥后制成复合微生物菌粉，其中微生物菌体的沉淀物与半乳糖保护剂的质量比为1:1；

S2:将有机肥、石灰石和微生物菌剂按照配比混合后，再添加淀粉粘合剂和尿素，淀粉粘合剂和尿素的重量份比为2:1，进行滚筒造粒，得到的颗粒的直径1-2mm，淀粉粘合剂和尿素混合物的加入量为有机肥、石灰石和微生物菌剂混合体系总质量的2-4％。

实施例9

其余与实施例8一致，有机肥为鸡粪肥，鸡粪肥为腐熟的鸡粪分别通过风干和粉碎，后过筛即得有机肥。

实施例10

其余与实施例1-7任一项一致，一种修复重金属污染耕地的钝化调控剂的使用方法，包括以下步骤：

A.对待修复土壤进行重金属检测，判定土壤重金属污染程度，其中:中度污染土壤每亩修复重金属污染耕地的钝化调控剂的施用量为150-200kg，轻度污染土壤每亩修复重金属污染耕地的钝化调控剂的施用量为80-120kg；

B.先对待修复污染田土壤进行深度翻耕，深度翻耕的深度为30-40cm；将土壤大颗粒粉碎、耙平且打垄，依据土壤重金属污染程度进行均匀撒播复合调理剂，机械旋耕表层土壤，机械旋耕深度为20cm，使调理剂与表层土壤充分混匀，然后在土壤表层喷洒适量的水，使土壤含水量达到田间最大持水量的50％，且上述持水量需保持至少一周的时间；

C.按照正常农耕方法进行蔬菜播种及水肥管理。

实施例11

在中国南方某重金属污染农田进行小区试验。分别设置对照组和处理组，每组三个平行小区。对照组除不施加调理剂外，其它均与处理组相同。

供试蔬菜的小白菜为叶菜类，按照正常农耕方法进行播种及水肥管理。

小区土壤理化性质为：pH值为7.87，全镉为1.72mg·kg^-1，全铅为178.76mg·kg^-1，有效态镉(DPTA提取)为1.33mg·kg^-1，有效态铅(DPTA提取)为89.48mg·kg^-1。

试验结果参见下表:

结果显示该复合调理剂处理下土壤有效镉、有效铅含量较对照组平均降低48.9％和48.3％；处理组蔬菜镉、铅含量较对照组平均降低31.2％、34.3％，大大降低蔬菜重金属含量。

实施例12

在中国南方某重金属污染农田进行小区试验。分别设置对照组和处理组，每组三个平行小区。对照组除不施加调理剂外，其它均与处理组相同。

供试蔬菜的小白菜为叶菜类，按照正常农耕方法进行播种及水肥管理。

小区土壤理化性质为：pH值为7.83，全镉为0.99mg·kg^-1，全铅为109.76mg·kg^-1，有效态镉(DPTA提取)为0.62mg·kg^-1，有效态铅(DPTA提取)为61.48mg·kg^-1。

试验结果参见下表:

结果显示该复合调理剂处理下土壤有效镉、有效铅含量较对照组平均降低51.6％和45.9％；处理组蔬菜镉、铅含量较对照组平均降低50.4％、39.9％，大大降低蔬菜重金属含量。

由以上结果可知该新型调理剂能够有效降低不同污染程度土壤重金属镉和铅的有效态，并降低蔬菜中重金属的含量。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种修复重金属污染耕地的钝化调控剂，其特征在于：其原料按重量份计包括40-50份有机肥、30-50份石灰石和3-5份微生物菌剂，所述微生物菌剂包括枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和多粘类芽孢杆菌。

2.根据权利要求1所述的修复重金属污染耕地的钝化调控剂，其特征在于：还包括淀粉粘合剂和尿素，所述淀粉粘合剂和尿素的重量份比为2:1，淀粉粘合剂和尿素混合物的加入量为有机肥、石灰石和微生物菌剂混合体系总质量的2-4％。

3.根据权利要求1所述的修复重金属污染耕地的钝化调控剂，其特征在于：所述微生物菌剂为枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和多粘类芽孢杆菌按重量份数2:2:1比例混合而成的微生物菌剂。

4.根据权利要求1所述的修复重金属污染耕地的钝化调控剂，其特征在于：所述石灰石为碳酸钙，所述石灰石含钙量≤30％。

5.根据权利要求1所述的修复重金属污染耕地的钝化调控剂，其特征在于：所述枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和多粘类芽孢杆菌的有效活菌数分别≥2.0×10⁹cfu·g^-1。

6.根据权利要求1所述的修复重金属污染耕地的钝化调控剂，其特征在于：所述修复重金属污染耕地的钝化调控剂内的有效活菌数≥2.0×10⁸cfu·g^-1。

7.根据权利要求1所述的修复重金属污染耕地的钝化调控剂，其特征在于：所述有机肥为家禽粪肥、人粪尿或绿肥。

8.一种如权利要求1-7任一项所述的修复重金属污染耕地的钝化调控剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1:将微生物菌剂按照相应配比取用，并混合均匀，微生物菌剂的菌体通过离心沉淀，分离后放入半乳糖保护剂，再进行真空冷冻干燥后制成复合微生物菌粉，其中微生物菌体的沉淀物与半乳糖保护剂的质量比为1:1；

S2:将有机肥、石灰石和微生物菌剂按照配比混合后，再添加淀粉粘合剂和尿素进行滚筒造粒，淀粉粘合剂和尿素的重量份比为2:1，得到的颗粒的直径1-2mm，淀粉粘合剂和尿素混合物的加入量为有机肥、石灰石和微生物菌剂混合体系总质量的2-4％。

9.根据权利要求8所述的修复重金属污染耕地的钝化调控剂的制备方法，其特征在于：所述有机肥为鸡粪肥，所述鸡粪肥为腐熟的鸡粪分别通过风干和粉碎，后过筛即得有机肥。

10.一种如权利要求1-7任一项所述的修复重金属污染耕地的钝化调控剂的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

A.对待修复土壤进行重金属检测，判定土壤重金属污染程度，其中:中度污染土壤每亩修复重金属污染耕地的钝化调控剂的施用量为150-200kg，轻度污染土壤每亩修复重金属污染耕地的钝化调控剂的施用量为80-120kg；

B.先对待修复污染田土壤进行深度翻耕，深度翻耕的深度为30-40cm；将土壤大颗粒粉碎、耙平且打垄，依据土壤重金属污染程度进行均匀撒播复合调理剂，机械旋耕表层土壤，机械旋耕深度为20cm左右，使调理剂与表层土壤充分混匀，然后在土壤表层喷洒适量的水，使土壤含水量达到田间最大持水量的50％左右，且上述持水量需保持至少一周的时间；

C.按照正常农耕方法进行蔬菜播种及水肥管理。