一种修复重金属污染的土壤调理剂及其制备方法和应用

1.本发明涉及土壤调理剂技术领域，尤其涉及一种修复重金属污染的土壤调理剂及其制备方法和应用。


背景技术：

2.重金属作为土壤和水体污染物的主要成分，可通过多种途径进入食物链并在人体内不断蓄积，严重影响人类身体健康和生命安全。因此，减少农作物中重金属污染累积和保障农作物安全种植是农业安全生产迫切需要解决的问题之一。
3.由于不同区域的耕地土壤特性、种植习惯和农作物品种选择的复杂性等都会直接影响农产品对土壤重金属的吸收累积能力。为巩固提升耕地安全利用水平，保障农产品安全生产和耕地资源充分利用，开发相关技术在充分利用现有耕地的同时保障农产品安全种植具有极大的必要性和紧迫性。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种修复重金属污染的土壤调理剂及其制备方法和应用，保障土地充分利用和农作物安全种植。
5.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
6.本发明提供了一种修复重金属污染的土壤调理剂，包括如下重量份的组分：生物炭1～6份和果胶0.5～2份。
7.作为优选，所述生物炭为竹质生物炭，所述果胶为柑橘果胶。
8.作为优选，所述竹质生物炭的制备方法为：将原料粉碎后按照 8～12℃/min的速度升温至550～650℃，恒温炭化1.5～2h，冷却后粉碎得到竹质生物炭。
9.作为优选，所述原料为毛竹竿和/或毛竹枝叶，所述原料粉碎后的长度为10～20cm。
10.作为优选，所述竹质生物炭的粒径≥10目，所述竹质生物炭制备过程中以氮气作为保护气。
11.作为优选，所述柑橘果胶的制备方法为：将柑橘果皮和水混合后调整ph 值至1.0～1.5，在85～95℃条件下处理25～35min，得到柑橘果胶。
12.作为优选，所述柑橘和水的用量比为1g：15～25ml。
13.本发明还提供了所述土壤调理剂的制备方法，将生物炭和果胶混合均匀，得到述土壤调理剂。
14.本发明还提供了所述土壤调理剂的使用方法，将土壤质量1～3％的土壤调理剂施入0～20cm深的土壤耕作层，将土壤耕作层的水分调整至土壤饱和持水量的75～85％或水面高出土壤表面1～2cm，后进行作物种植。
15.作为优选，所述作物为水芹、空心菜和西洋菜中的一种或多种。
16.本发明提供了一种修复重金属污染的土壤调理剂及其制备方法和应用，本发明的
土壤调理剂包括如下重量份的组分：生物炭1～6份和果胶0.5～2份。本发明有效利用农业废弃物竹枝及凋落物、柑橘果皮等，加工成竹质生物炭和果胶，制成土壤调理剂进行配施，并结合水分调控措施，在充分利用农业废弃物避免其造成环境污染的同时，促进土壤速效养分含量的积累和增加土壤有机质含量和控制重金属在可食用部位的累积，对于保障耕地土地充分有效利用和农作物安全种植具有明显效果。本发明针对中轻度重金属污染耕地土壤安全利用措施方面，有明显的实践作用。
17.在保障生物炭施用对土壤重金属在根部的吸附固定而不转移至地上可食用部位效果的前提下，耦合施用柑橘果胶增加植物根系对重金属的吸收滞留作用，同时改善土壤肥力，促进作物生长和品质提升，达到了修复土壤并保障农产品安全的明显效果。且柑橘果胶来源于柑橘加工废弃物，对促进有机废弃物资源化利用和改善目前我国农业废弃物造成的环境污染和资源浪费问题有重要意义。
具体实施方式
18.本发明提供了一种修复重金属污染的土壤调理剂，包括如下重量份的组分：生物炭1～6份和果胶0.5～2份。
19.在本发明中，所述生物炭的份数优选为2～5份，进一步优选为3～4份。
20.在本发明中，所述果胶的份数优选为1～1.5份，进一步优选为1.3份。
21.在本发明中，所述生物炭优选为竹质生物炭，所述果胶优选为柑橘果胶。
22.在本发明中，所述竹质生物炭的制备方法优选为：将原料粉碎后按照 8～12℃/min的速度升温至550～650℃，恒温炭化1.5～2h，冷却后粉碎得到竹质生物炭，进一步优选为将原料粉碎后按照9～11℃/min的速度升温至 580～620℃，恒温炭化1.6～1.9h，冷却后粉碎得到竹质生物炭，再进一步优选为将原料粉碎后按照10℃/min的速度升温至600℃，恒温炭化1.7～1.8h，冷却后粉碎得到竹质生物炭。
23.在本发明中，所述原料优选为毛竹竿和/或毛竹枝叶，所述原料粉碎后的长度优选为10～20cm，进一步优选为12～18cm，再进一步优选为15cm。
24.在本发明中，所述竹质生物炭的粒径优选为≥10目，进一步优选为≥20 目，再进一步优选为≥40目。
25.在本发明中，所述竹质生物炭制备过程中优选以氮气作为保护气。
26.在本发明中，所述柑橘果胶的制备方法优选为：将柑橘果皮和水混合后调整ph值至1.0～1.5，在85～95℃条件下处理25～35min，得到柑橘果胶。
27.在本发明中，所述ph值优选为1.2～1.3。
28.在本发明中，所述处理的温度优选为88～92℃，进一步优选为90℃。
29.在本发明中，所述处理的时间优选为28～32min，进一步优选为30min。
30.在本发明中，所述柑橘和水的用量比优选为1g：15～25ml，进一步优选为1g：18～22ml，再进一步优选为1g：20ml。
31.本发明还提供了所述土壤调理剂的制备方法，将生物炭和果胶混合均匀，得到述土壤调理剂。
32.本发明还提供了所述土壤调理剂的使用方法，将土壤质量1～3％的土壤调理剂施入0～20cm深的土壤耕作层，将土壤耕作层的水分调整至土壤饱和持水量的75～85％或水
面高出土壤表面1～2cm，后进行作物种植。
33.在本发明中，所述土壤调理剂的施用量优选为土壤质量的1.5～2.5％，进一步优选为2％。
34.在本发明中，所述土壤耕作层的水分优选为土壤饱和持水量的78～82％，进一步优选为土壤饱和持水量的80％。
35.在本发明中，所述水面的高度优选为高出土壤表面1.5cm。
36.在本发明中，所述作物优选为水芹、空心菜和西洋菜中的一种或多种。
37.下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
38.实施例1
39.(1)以干燥的毛竹竿和毛竹凋落枝叶为原料，将原料粉碎成10cm的小段，置于真空箱式气氛炉内，通入氮气作为保护气，以8℃/min速度升温至 550℃，恒温炭化2h，冷却至室温后，研磨通过10目筛得到竹质生物炭颗粒；
40.(2)将柑橘果皮和水按照1g：15ml的用量比混合，ph值调至1.0，加热至95℃处理25min，得到柑橘果胶；
41.(3)将竹质生物炭颗粒和柑橘果胶按照1：1的质量比混合搅匀得到重金属复合改良剂。
42.实施例2
43.(1)以干燥的毛竹竿和毛竹凋落枝叶为原料，将原料粉碎成20cm的小段，置于真空箱式气氛炉内，通入氮气作为保护气，以12℃/min速度升温至650℃，恒温炭化1.5h，冷却至室温后，研磨通过40目筛得到竹质生物炭颗粒；
44.(2)将柑橘果皮和水按照1g：25ml的用量比混合，ph值调至1.2，加热至85℃处理35min，得到柑橘果胶；
45.(3)将竹质生物炭颗粒和柑橘果胶按照4：1的质量比混合搅匀得到重金属复合改良剂。
46.实施例3
47.(1)以干燥的毛竹竿和毛竹凋落枝叶为原料，将原料粉碎成15cm的小段，置于真空箱式气氛炉内，通入氮气作为保护气，以10℃/min速度升温至600℃，恒温炭化1.7h，冷却至室温后，研磨通过20目筛得到竹质生物炭颗粒；
48.(2)将柑橘果皮和水按照1g：20ml的用量比混合，ph值调至1.5，加热至90℃处理30min，得到柑橘果胶；
49.(3)将竹质生物炭颗粒和柑橘果胶按照2：1的质量比混合搅匀得到重金属复合改良剂。
50.试验例
51.选择一块受污染菜地作试验田，其ph值为4.5，pb浓度150mg/kg，cd浓度1.0mg/kg，并划分为面积约50平米的10个试验小区。根据不同处理将10个试验小区编号为试验组1～8和对照组1～2；
52.在对照组1中不施用土壤调理剂，灌溉使水面高出土壤表面1.5cm，后进行水芹种植；
53.在试验组1中施用实施例3制备的土壤调理剂，将土壤质量1.5％的土壤调理剂施入0～20cm深的土壤耕作层，灌溉使水面高出土壤表面1.5cm，后进行水芹种植；
54.在试验组2中施用实施例1制备的土壤调理剂，将土壤质量2％的土壤调理剂施入0～20cm深的土壤耕作层，灌溉使水面高出土壤表面1cm，后进行水芹种植；
55.在试验组3中施用实施例2制备的土壤调理剂，将土壤质量2.5％的土壤调理剂施入0～20cm深的土壤耕作层，灌溉使水面高出土壤表面2cm，后进行水芹种植；
56.在试验组4中施用实施例3制备的土壤调理剂，将土壤质量3％的土壤调理剂施入0～20cm深的土壤耕作层，灌溉使水面高出土壤表面1.5cm，后进行水芹种植；
57.在对照组2中不施用土壤调理剂，灌溉使土壤耕作层的水分达到土壤饱和持水量的80％，后进行空心菜种植；
58.在试验组5中施用实施例3制备的土壤调理剂，将土壤质量1.5％的土壤调理剂施入0～20cm深的土壤耕作层，灌溉使土壤耕作层的水分达到土壤饱和持水量的80％，后进行空心菜种植；
59.在试验组6中施用实施例1制备的土壤调理剂，将土壤质量2％的土壤调理剂施入0～20cm深的土壤耕作层，灌溉使土壤耕作层的水分达到土壤饱和持水量的75％，后进行空心菜种植；
60.在试验组7中施用实施例2制备的土壤调理剂，将土壤质量2.5％的土壤调理剂施入0～20cm深的土壤耕作层，灌溉使土壤耕作层的水分达到土壤饱和持水量的85％，后进行空心菜种植；
61.在试验组8中施用实施例3制备的土壤调理剂，将土壤质量3％的土壤调理剂施入0～20cm深的土壤耕作层，灌溉使土壤耕作层的水分达到土壤饱和持水量的80％，后进行空心菜种植；
62.对试验组1～8和对比例1～2中的水芹和空心菜可食用部位生物量和pb、cd含量检测，比较试验组1～8和对比例1～2中食用部位生物量和pb、cd含量的变化，结果如表1所示：
63.表1
[0064][0065]
结果显示，和对照组相比采用本技术的技术方案可以使作物的可食用部位生物量提高110.51～176.41％，可食用部位cd含量减少43.89～76.49％，可食用部位pb含量减少35.98～52.61％。
[0066]
采用本技术的土壤调理剂配合特定的使用方法种植水芹和空心菜等作物可以有效提高重金属污染土地中作物的可食用部位生物量，减少可食用部位cd、pb等重金属含量，在重金属污染的土地中生产出安全的作物。
[0067]
由以上实施例可知，本发明提供了一种修复重金属污染的土壤调理剂及其制备方法和应用，本发明的土壤调理剂包括如下重量份的组分：生物炭1～6 份和果胶0.5～2份。本发明有效利用农业废弃物竹枝及凋落物、柑橘果皮加工成竹质生物炭和果胶，制成土壤调理剂进行配施，并结合水分调控措施，提高农作物产量的同时控制农作物可食用部分的重金属累积能力，对于保障耕地土地充分有效利用和农作物安全种植具有明显效果。
[0068]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。