本发明涉及农田土壤环境保护修复领域，具体是涉及一种环保型农田土壤重金属钝化剂的制备及其使用方法。
背景技术：
近些年来随着“镉大米”事件的不断报道，农田土壤重金属污染治理也成为保障粮食安全，落实民生问题的焦点。而农田土壤环境质量从首次全国土壤污染状况调查(2005年4月至2013年12月)可以看出，其土壤环境状况总体不容乐观，部分地区土壤污染较重，耕地土壤环境质量堪忧，其中南方土壤污染重于北方。
农田土壤环境质量其重金属污染形势严峻。农业部农产品污染防治重点实验室对全国24个省市土地调查显示，320个严重污染区，约548×104hm2，重金属超标的农产品占污染物超标农产品总面积的80％以上。2006年前，环境保护部对30×104hm2基本农田保护区土壤的重金属抽测了3.6×104hm2，重金属超标率达12.1％。
农田重金属污染土壤的修复治理中，钝化调理技术与其他修复技术相比，具有处理时间短、适用范围较广等优势，是一种较为成熟且经济有效的技术。该技术利用钝化剂与土壤及其中的重金属发生沉淀、吸附、螯合等物理化学作用，通过改变土壤中重金属的化学形态或降低其迁移性，从而达到修复治理的效果。
由于工业场地重金属污染中固化/稳定化技术中固化/稳定化药剂，多以水泥、石灰、石膏等水硬性材料为主，含有水泥类成分的修复药剂在添加到土壤后，会导致修复后土壤硬化、增容后使土壤本来的价值消失殆尽，对土壤环境造成不可逆的破坏，无法保持土壤的可耕性，丧失了宝贵的土地资源。而目前农田修复治理过程中适用的钝化材料多集中在单一的石灰类材料、黏土矿物材料、生物炭材料、有机物料以及工业废弃物等，其效果多受到气候环境的影响，效果在推广过程中存在一定的问题，为此，我们提出一种环保型农田土壤重金属钝化剂的制备及其使用方法。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种环保型农田土壤重金属钝化剂的制备及其使用方法，解决了农田土壤重金属污染严重的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：一种环保型农田土壤重金属钝化剂，其组分以重量份数计，包括黏土矿物物料:改性海泡石25～30份，改性凹凸棒土5～8份，改性膨润土0.7～1.0份，有机质物料:发酵有机废弃物20～25份，生物炭混合材料8～12份，茶叶梗10～15份，沉淀剂:重金属沉淀剂0.8～1.0份，肥料类:钙镁磷肥15～20份。
本发明还涉及一种环保型农田土壤重金属钝化剂的制备方法，制备步骤如下：
第一步：原物料处理，先将改性海泡石、改性凹凸棒土、改性膨润土和重金属沉淀剂过200目～300目筛，发酵有机废弃物、生物炭混合料、茶叶梗过100目筛，钙镁磷肥过80目筛网；
第二步：物料混合，将各物料按所述质量分数称重，均送入混合机中进行上下、左右、内外均匀地翻动，从而使物料达到充分混合；
第三步：转盘造粒，先将占混合物料总重量30～40％的物料输送至圆盘造粒机中进行造粒，造粒机的转盘倾角控制在40°～50°，造粒机转速应逐渐加快，最后转速控制在55～60r/min，间歇喷施水分；让物料在转盘中自转8～10min，使表面湿润的物料翻动形成球核，再连续加入剩余物料，使球核逐渐长大，整个造粒时间控制在18～20min；
第四步：颗粒烘干，将造粒好的物料直接晒干或输送到70～80℃的烘干机中烘干，使物料水分含量≤3.0％；
第五步：成品过筛，将烘干后的物料输送到筛网进行过筛，最终使成品粒径控制在1.0～3.0mm，即制备成所述的环保型农田土壤重金属钝化剂。
本发明还涉及一种环保型农田土壤重金属钝化剂的使用方法，每亩施用该钝化剂250～300kg，直接添加通过撒播的方式，结合犁田整地施用，土壤含水率为20％～30％。
本发明与现有技术相比具有的有益效果是：
1.本发明采用的钝化剂中的主要成分均为天然材料，其可以通过螯合、沉淀、吸附等复合作用，快速有效地稳定土壤中的重金属污染物。将重金属污染物钝化稳定，可以降低重金属污染物的毒性和生物有效性，达到降低重金属污染土壤对环境和人体健康风险，从而修复农田重金属污染土壤。
2.本发明同时可提高土壤中有机质含量和阳离子交换量，防治土壤板结，另外其组分中茶叶梗、有机质以及生物炭组分均有改善土壤质地的作用，在修复土壤的同时，逐步改善土壤环境质量。
3.本发明因其修复高效性和环境友好性，也可将其应用于矿区生态恢复工程，本发明中采用的原材料廉价易得，无二次污染，在实际的土壤修复工程应用可行性高，是一种快速高效的农田修复领域环保型重金属污染土壤钝化剂。
4.本发明组分可调整土壤的孔隙度，也为微生物生存提供必要的营养物质，改善土壤的理化性质和微生物区系，提高土壤的生产潜力。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种环保型农田土壤重金属钝化剂，其组分以重量份数计，包括黏土矿物物料:改性海泡石25～30份，改性凹凸棒土5～8份，改性膨润土0.7～1.0份，有机质物料:发酵有机废弃物20～25份，生物炭混合材料8～12份，茶叶梗10～15份，沉淀剂:重金属沉淀剂0.8～1.0份，肥料类:钙镁磷肥15～20份。
一种环保型农田土壤重金属钝化剂的制备方法，制备步骤如下：
第一步：原物料处理，先将改性海泡石、改性凹凸棒土、改性膨润土和重金属沉淀剂过200目～300目筛，发酵有机废弃物、生物炭混合料、茶叶梗过100目筛，钙镁磷肥过80目筛网；
第二步：物料混合，将各物料按所述质量分数称重，均送入混合机中进行上下、左右、内外均匀地翻动，从而使物料达到充分混合；
第三步：转盘造粒，先将占混合物料总重量30～40％的物料输送至圆盘造粒机中进行造粒，造粒机的转盘倾角控制在40°～50°，造粒机转速应逐渐加快，最后转速控制在55～60r/min，间歇喷施水分；让物料在转盘中自转8～10min，使表面湿润的物料翻动形成球核，再连续加入剩余物料，使球核逐渐长大，整个造粒时间控制在18～20min；
第四步：颗粒烘干，将造粒好的物料直接晒干或输送到70～80℃的烘干机中烘干，使物料水分含量≤3.0％；
第五步：成品过筛，将烘干后的物料输送到筛网进行过筛，最终使成品粒径控制在1.0～3.0mm，即制备成所述的环保型农田土壤重金属钝化剂。
一种环保型农田土壤重金属钝化剂的使用方法，每亩施用该钝化剂250～300kg，直接添加通过撒播的方式，结合犁田整地施用，土壤含水率为20％～30％。
实施例1
第一步：原物料处理，先将改性海泡石重量份数25份、改性凹凸棒土重量份数7份、改性膨润土重量份数1份和重金属沉淀剂重量份数1份过200目～300目筛，发酵有机废弃物重量份数22份、生物炭混合料重量份数10份、茶叶梗重量份数15份过100目筛，钙镁磷肥重量份数19份过80目筛网；
第二步：物料混合，将各物料按所述质量分数，均送入混合机中进行上下、左右、内外均匀地翻动，从而使物料达到充分混合；
第三步：转盘造粒，先将占混合物料总重量30～40％的物料输送至圆盘造粒机中进行造粒，造粒机的转盘倾角控制在40°～50°，造粒机转速应逐渐加快，最后转速控制在55～60r/min，间歇喷施水分；让物料在转盘中自转8～10min，使表面湿润的物料翻动形成球核，再连续加入剩余物料，使球核逐渐长大，整个造粒时间控制在18～20min；
第四步：颗粒烘干，将造粒好的物料直接晒干或输送到70～80℃的烘干机中烘干，使物料水分含量≤3.0％；
第五步：成品过筛，将烘干后的物料输送到筛网进行过筛，最终使成品粒径控制在1.0～3.0mm，即制备成所述的环保型农田土壤重金属钝化剂。
将本实施例中的重金属钝化剂用于农田土壤重金属镉钝化盆栽实验，添加一定量的钝化剂，测定其土壤中重金属镉有效态的含量和作物可食部位镉含量。
其具体农田土壤钝化实验设计与结果如下：
设置污染土壤和钝化药剂不同质量比处理，钝化药剂分别将4种按照0g/kg、10g/kg、20g/kg添加到镉污染土壤中(每盆5kg)，其土壤的基本理化性质如表1所示。初步混合均匀后分装入花盆中，使土壤含水量约20～30％，养护一周后，在花盆中种植小白菜。
表1土壤的基本理化性质
将花盆置于温室，期间可适当浇水保持土壤湿度。生长1月后，测定土壤有效镉含量，小青菜可食部位镉含量。参照gb/t23739-2009用dtpa提取剂提取有效镉。
盆栽实验结果如表2所示，不同施用量能显著降低土壤中有效镉和小白菜可食部位镉含量。对照组小白菜中cd含量超过我国目前《食品中污染物限量》(gb2762-2012)叶菜类0.2mg/kg的标准，随着钝化剂的添加，有效降低土壤有效镉的含量，降低水稻可食部位cd的含量。
表2不同施用量对土壤有效镉和小青菜可食部位镉含量的影响
实施例2
第一步：原物料处理，先将改性海泡石重量份数30份、改性凹凸棒土重量份数8份、改性膨润土重量份数1份和重金属沉淀剂重量份数1份过200目～300目筛，发酵有机废弃物重量份数22份、生物炭混合料重量份数12份、茶叶梗重量份数10份过100目筛，钙镁磷肥重量份数16份过80目筛网；
第二步：物料混合，将各物料按所述质量分数，均送入混合机中进行上下、左右、内外均匀地翻动，从而使物料达到充分混合；
第三步：转盘造粒，先将占混合物料总重量30～40％的物料输送至圆盘造粒机中进行造粒，造粒机的转盘倾角控制在40°～50°，造粒机转速应逐渐加快，最后转速控制在55～60r/min，间歇喷施水分；让物料在转盘中自转8～10min，使表面湿润的物料翻动形成球核，再连续加入剩余物料，使球核逐渐长大，整个造粒时间控制在18～20min；
第四步：颗粒烘干，将造粒好的物料直接晒干或输送到70～80℃的烘干机中烘干，使物料水分含量≤3.0％；
第五步：成品过筛，将烘干后的物料输送到筛网进行过筛，最终使成品粒径控制在1.0～3.0mm，即制备成所述的环保型农田土壤重金属钝化剂。
将本实施例中的重金属钝化剂应用于大田试验中，大田实验于2015年5月10日在宜兴进行，该项目位于江苏省宜兴市东部地区，由于电镀企业的污水导致重金属污染问题，主要污染物为重金属镉，其中镉最大检测含量为0.86mg/kg，土壤污染面积为60亩。试验用作物品种为水稻武运粳31，土壤基本理化性质如表3。
表3土壤的基本理化性质
在播种前两个星期将本发明的钝化剂一次性施入田中，药剂施用量均为250kg/亩、300kg/亩、400kg/亩。对照(ck)处理组不施用钝化剂，处理3次重复，水稻成熟后测定可食部分重金属镉含量。
1)土壤基本理化性质的影响
本发明钝化剂是一种偏碱的具有调理功能的修复药剂，其使用在酸性土壤上能有效改良土壤。表4是实验中不同施用量后土壤中ph和肥力具有一定程度的升高，其中对ph的影响较为明显，能减缓土壤酸化的过程，提高土壤有机质含量。但不同施用量之间对全氮、速效钾影响差异不显著。
表4钝化剂不同施用量对土壤理化性质的影响
2)土壤有效镉和稻米镉含量的影响
不同施用量对水稻cd吸收有一定的阻隔作用。表5表明，对照组稻谷大米中cd含量超过我国目前《食品中污染物限量》(gb2762-2012)0.1mg/kg的标准，随着钝化剂的添加，有效降低土壤有效镉的含量，降低水稻可食部位cd的含量。
表5不同施用量对土壤有效镉和稻米镉含量的影响
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。