CN110129063A - 一种适用于重金属复合污染农田安全利用的复合材料 - Google Patents

一种适用于重金属复合污染农田安全利用的复合材料 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种适用于重金属复合污染农田安全利用的复合材料，所述复合材料的组成成份及重量份如下：碳酸钙粉10‑20重量份、镁粉5‑10重量份、磷酸盐30‑50重量份、腐殖质40‑60重量份。现有重金属污染土地在进行农作物种植后，得到的粮食中重金属含量超标，不能进行正常的售卖，因此需要经过物理、化学、生物方法修复后才能重新进行农作物的种植，但物理、化学、生物方法具有修复成本高、耗时长、易产生二次污染等缺点，本发明公开的复合材料可以有效减缓水稻和玉米对土壤中重金属的吸收，从而降低粮食中重金属的含量，确保重金属污染农田可以正常进行耕作。

Description

一种适用于重金属复合污染农田安全利用的复合材料
技术领域
本发明涉及一种适用于污染农田安全利用的复合材料，特别是涉及一种适用于重金属复合污染农田安全利用的复合材料。
背景技术
随着科技的发展，人类的生活环境也在遭受着前所未有的污染，特别是工业生产过程中产生的废弃物对土地造成了严重的重金属污染和有机物污染，影响农田作物的生长及食品安全。
现有重金属污染土地在进行农作物种植后，得到的粮食中重金属含量超标，不能进行正常的售卖，因此需要经过物理、化学、生物方法修复后才能重新进行农作物的种植，但物理、化学方法应用范围有限，主要适用于异位修复，具有工程量巨大、耗费人力、修复价格昂贵的缺点，在修复过程中易对土壤养分、结构以及微生物群落造成严重破坏，从而导致了二次土壤环境污染和破坏，更易导致水土流失。而生物方法虽然使用安全，但生物修复效率较低，且生物的生长期较长，导致修复用时较长，土地长期无法进行耕种，严重影响农田的正常使用。
发明内容
本发明提供了一种适用于重金属复合污染农田安全利用的复合材料，以至少解决现有技术中农作物在重金属污染土地上种植会导致粮食重金属含量超标的问题。
本发明提供了一种适用于重金属复合污染农田安全利用的复合材料，所述复合材料的组成成份及重量份如下：碳酸钙粉10-20重量份、镁粉5-10重量份、磷酸盐30-50重量份、腐殖质40-60 重量份。
进一步地，所述磷酸盐选自磷酸钙、重过磷酸钙、磷酸二氢铵中的一种或多种。
进一步地，所述镁粉为氧化镁粉。
进一步地，所述复合材料还包括生物炭5-20重量份。
更进一步地，所述生物炭选自水稻秸秆生物炭、桉树木屑生物炭、牛粪生物炭中的一种或多种。
进一步地，所述复合材料还包括有机肥5-30重量份。
更进一步地，所述有机肥为生物有机肥。
本发明还公开了一种上述复合材料的使用方法如下：
在作物种植前，将修复材料按照250-500kg/亩的施加量均匀施加到Cd、Cu和Pb复合污染土壤中，并与表层土壤混匀，熟化2-6周后进行植物播种。
进一步地，所述复合材料的施加比例为300kg/亩。
进一步地，所述种植作物选自水稻、玉米中的一种或多种。
本发明相对于现有技术，可以有效减缓水稻和玉米对土壤中重金属的吸收，从而降低粮食中重金属的含量，确保重金属污染农田可以正常进行耕作。同时，本发明的复合材料可以使土壤中的有机质含量增加，显著提高有益微生物的比例，并提高水稻在重金属污染土地上的产量，产量最高增加20％以上，达到600kg/亩，且水稻籽粒中Cd和Pb含量均可满足食品卫生标准。此外，本发明复合材料的持效期长，经一次施加后，可确保两季水稻的正常生长，降低种植成本。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。
本发明实施例及对照例实施的选址地点为位于华南地区电子废物拆解区，受拆解活动影响，农田土壤呈现出Cd、Cu和Pb复合污染，含量分别为1.0，260和220mg/kg。本发明实施例及对照例实施种植的水稻品种为丰优丝苗，玉米的品种为云实5号。
应当注意的是，水稻品种还可选为天优华占、华航31、金稻优998和广八优165，玉米品种还可选为华珍、正丹998。
根据Cd、Cu和Pb复合污染程度进行内梅罗综合指数计算，如下表1所示。
表1中度污染农田示范区土壤重金属含量及内梅罗指数
注：标准执行《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)。
内梅罗综合指数土壤污染评价标准如下：P≤0.7，污染等级为1级(安全)；0.7<P综≤1，污染等级为2级(警戒线)；1<P综≤2，污染等级为3级(轻度污染)；2<P综≤3，污染等级为4级 (中度污染)；P综>3，污染等级为4级(重度污染)(许超等，2007；黄红英等，2011)。因此，拟选农田的内梅罗综合指数为4.29，属于重度污染区。
将土地进行区域划分，共分为11个实验田，每个面积为400m2，共4400m2。分别在11个实验田中进行实施例1-10及对照例的实验。
实施例1
本发明实施例1复合材料的组成成份及重量份如下：碳酸钙粉10重量份、氧化镁粉10重量份、磷酸钙30重量份、腐殖质50重量份。
本发明实施例1复合材料的使用方法如下：
步骤1：在作物种植前，将修复材料按照300kg/亩的施加量均匀施加到土壤中，并与表层土壤混匀，熟化2周后进行水稻和玉米的播种；
步骤2：在水稻和玉米生长3个月后，进行作物籽粒收集，标准记为A-1组；
步骤3：在收集完成后，再次进行作物播种；
步骤4：在水稻和玉米生长3个月后，进行作物籽粒收集，标准记为B-1组。-
实施例2
本发明实施例2复合材料的组成成份及重量份如下：碳酸钙粉20重量份、氧化镁粉5重量份、磷酸钙40重量份、腐殖质60重量份、水稻秸秆生物炭20重量份。
本发明实施例2复合材料的使用方法如下：
步骤1：在作物种植前，将修复材料按照300kg/亩的施加量均匀施加到土壤中，并与表层土壤混匀，熟化2周后进行水稻和玉米的播种；
步骤2：在水稻和玉米生长3个月后，进行作物籽粒收集，标准记为A-2组；
步骤3：在收集完成后，再次进行作物播种；
步骤4：在水稻和玉米生长3个月后，进行作物籽粒收集，标准记为B-2组。
实施例3
本发明实施例3复合材料的组成成份及重量份如下：碳酸钙粉15重量份、氧化镁粉8重量份、磷酸二氢铵50重量份、腐殖质40重量份。生物有机肥30重量份。
本发明实施例2复合材料的使用方法如下：
步骤1：在作物种植前，将修复材料按照300kg/亩的施加量均匀施加到土壤中，并与表层土壤混匀，熟化2周后进行水稻和玉米的播种；
步骤2：在水稻和玉米生长3个月后，进行作物籽粒收集，标准记为A-3组；
步骤3：在收集完成后，再次进行作物播种；
步骤4：在水稻和玉米生长3个月后，进行作物籽粒收集，标准记为B-3组。
实施例4
本发明实施例4复合材料的组成成份及重量份如下：碳酸钙粉10重量份、氧化镁粉10重量份、磷酸二氢铵30重量份、腐殖质50重量份、水稻秸秆生物炭5重量份、生物有机肥20重量份。
本发明实施例4复合材料的使用方法如下：
步骤1：在作物种植前，将修复材料按照300kg/亩的施加量均匀施加到土壤中，并与表层土壤混匀，熟化2周后进行水稻和玉米的播种；
步骤2：在水稻和玉米生长3个月后，进行作物籽粒收集，标准记为A-4组；
步骤3：在收集完成后，再次进行作物播种；
步骤4：在水稻和玉米生长3个月后，进行作物籽粒收集，标准记为B-4组。
实施例5
本发明实施例5复合材料的组成成份及重量份如下：碳酸钙粉10重量份、氧化镁粉10重量份、磷酸二氢铵30重量份、腐殖质50重量份、水稻秸秆生物炭20重量份、生物有机肥5重量份。
本发明实施例5复合材料的使用方法如下：
步骤1：在作物种植前，将修复材料按照300kg/亩的施加量均匀施加到土壤中，并与表层土壤混匀，熟化2周后进行水稻和玉米的播种；
步骤2：在水稻和玉米生长3个月后，进行作物籽粒收集，标准记为A-5组；
步骤3：在收集完成后，再次进行作物播种；
步骤4：在水稻和玉米生长3个月后，进行作物籽粒收集，标准记为B-5组。
实施例6
本发明实施例6复合材料的组成成份及重量份如下：碳酸钙粉10重量份、重过磷酸钙30 重量份、腐殖质50重量份。
本发明实施例6复合材料的使用方法如下：
步骤1：在作物种植前，将修复材料按照300kg/亩的施加量均匀施加到土壤中，并与表层土壤混匀，熟化2周后进行水稻和玉米的播种；
步骤2：在水稻和玉米生长3个月后，进行作物籽粒收集，标准记为A-6组；
步骤3：在收集完成后，再次进行作物播种；
步骤4：在水稻和玉米生长3个月后，进行作物籽粒收集，标准记为B-6组。
实施例7
本发明实施例7复合材料的组成成份及重量份如下：碳酸钙粉10重量份、氧化镁粉10重量份、腐殖质50重量份。
本发明实施例7复合材料的使用方法如下：
步骤1：在作物种植前，将修复材料按照300kg/亩的施加量均匀施加到土壤中，并与表层土壤混匀，熟化2周后进行水稻和玉米的播种；
步骤2：在水稻和玉米生长3个月后，进行作物籽粒收集，标准记为A-7组；
步骤3：在收集完成后，再次进行作物播种；
步骤4：在水稻和玉米生长3个月后，进行作物籽粒收集，标准记为B-7组。
实施例8
本发明实施例8复合材料的组成成份及重量份如下：碳酸钙粉10重量份、氧化镁粉10重量份、重过磷酸钙30重量份。
本发明实施例8复合材料的使用方法如下：
步骤1：在作物种植前，将修复材料按照400kg/亩的施加量均匀施加到土壤中，并与表层土壤混匀，熟化2周后进行水稻和玉米的播种；
步骤2：在水稻和玉米生长3个月后，进行作物籽粒收集，标准记为A-8组；
步骤3：在收集完成后，再次进行作物播种；
步骤4：在水稻和玉米生长3个月后，进行作物籽粒收集，标准记为B-8组。
实施例9
本发明实施例9复合材料的组成成份及重量份如下：镁粉10重量份、磷酸钙30重量份、腐殖质50重量份。
本发明实施例9复合材料的使用方法如下：
步骤1：在作物种植前，将修复材料按照400kg/亩的施加量均匀施加到土壤中，并与表层土壤混匀，熟化2周后进行水稻和玉米的播种；
步骤2：在水稻和玉米生长3个月后，进行作物籽粒收集，标准记为A-9组；
步骤3：在收集完成后，再次进行作物播种；
步骤4：在水稻和玉米生长3个月后，进行作物籽粒收集，标准记为B-9组。
实施例10
本发明实施例10复合材料的组成成份及重量份如下：碳酸钙粉10重量份、腐殖质50重量份。
本发明实施例10复合材料的使用方法如下：
步骤1：在作物种植前，将修复材料按照500kg/亩的施加量均匀施加到土壤中，并与表层土壤混匀，熟化2周后进行水稻和玉米的播种；
步骤2：在水稻和玉米生长3个月后，进行作物籽粒收集，标准记为A-10组；
步骤3：在收集完成后，再次进行作物播种；
步骤4：在水稻和玉米生长3个月后，进行作物籽粒收集，标准记为B-10组。
对照例
本发明对照例不添加复合材料，种植方法如下：
步骤1：进行水稻和玉米的播种；
步骤2：在水稻和玉米生长3个月后，进行作物籽粒收集，标准记为CK-A-0组；
步骤3：在收集完成后，再次进行作物播种；
步骤4：在水稻和玉米生长3个月后，进行作物籽粒收集，标准记为CK-B-0组。
将实施例1-10及对照例收集到的作物籽粒进行重金属含量检测，得到结果列表如下：
表2实施例1-10及对照例第一季收集作物籽粒重金属含量
表3实施例1-10及对照例第二季收集作物籽粒重金属含量
上表中nd指未检测出。
本发明实施例1在经复合材料处理过土壤上进行第一季种植，收获水稻产量约为600kg/亩，相比于对照例第一季只有500kg/亩的水稻产量，增产达到20％，且籽粒Cd和Pb含量均可满足食品卫生标准，可进行正常售卖。此外，如上表1所示，本发明实施例1-5经复合材料处理过土壤后进行水稻和玉米种植，第一季收货的作物籽粒中重金属含量与对照例相比有显著下降，特别是加入生物炭和有机肥的A-5组，其可以有效遏制植物对重金属的有效吸收，确保植物生长的作物籽粒重金属含量符合标准，使Cd、Cu和Pb复合污染的土地不需经过修复处理便可进行安全的生产种植，有效提高土地的利用效率。
如上表所示，本发明实施例复合材料的持效时间长，在进行第二季种植后，复合材料仍能有效遏制水稻对土壤中Pb的吸收和玉米对土壤中Cu的吸收，确保第二季收获的作物籽粒符合食品卫生标准，可进行安全售卖，从而降低土地安全生产所需成本。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，技术人员阅读本申请说明书后依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均未脱离本发明申请待批权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于重金属复合污染农田安全利用的复合材料，其特征在于，所述复合材料的成份及重量份如下：碳酸钙粉10-20重量份、镁粉5-10重量份、磷酸盐30-50重量份、腐殖质40-60重量份。
2.根据权利要求1所述的适用于重金属复合污染农田安全利用的复合材料，其特征在于，所述磷酸盐选自磷酸钙、重过磷酸钙、磷酸二氢铵中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的适用于重金属复合污染农田安全利用的复合材料，其特征在于，所述镁粉为氧化镁粉。
4.根据权利要求1所述的适用于重金属复合污染农田安全利用的复合材料，其特征在于，所述复合材料还包括生物炭5-20重量份。
5.根据权利要求4所述的适用于重金属复合污染农田安全利用的复合材料，其特征在于，所述生物炭选自水稻秸秆生物炭、桉树木屑生物炭、牛粪生物炭中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的适用于重金属复合污染农田安全利用的复合材料，其特征在于，所述复合材料还包括有机肥5-30重量份。
7.根据权利要求6所述的适用于重金属复合污染农田安全利用的复合材料，其特征在于，所述有机肥为生物有机肥。
8.一种如权利要求1-7所述复合材料的使用方法，其特征在于，所述使用方法如下：
在作物种植前，将修复材料按照250-500kg/亩的施加量均匀施加到Cd、Cu和Pb复合污染土壤中，并与表层土壤混匀，熟化2-6周后进行植物播种。
9.如权利要求8所述复合材料的使用方法，其特征在于，所述复合材料的施加比例为300kg/亩。
10.如权利要求8所述复合材料的使用方法，其特征在于，所述种植作物选自水稻、玉米中的一种或多种。
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