一种农田重金属污染土壤复合改良剂及其制备方法和施用方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种农田重金属污染土壤复合改良剂及其制备方法和施用方法，属于 土壤修复技术领域。
【背景技术】
[0002] 近年来，我国重金属污染呈现出加剧态势，土壤重金属污染对生态环境、食品安全 和人体健康构成严重威胁。全国受重金属污染的耕地约有1000万公顷，约占耕地总面积 的10%以上，每年受重金属污染的粮食多达1200万吨，因重金属污染而导致粮食减产高达 1000多万吨，合计经济损失至少200亿元。此外，由于土壤重金属污染具有形成的复杂性、 长期的累积性、发生的隐蔽性、毒性的缓效性、诊断的特殊性和恢复的长期性，导致重金属 污染已经成为人体健康的"隐形杀手"。
[0003] 目前，国内外科研人员已对农田重金属污染土壤修复进行了广泛研究。根据治理 工艺和原理的不同，污染土壤治理技术可分为：自然修复、物理工程修复、化学修复、生物修 复、联合修复等。其中，化学修复是指向土壤中添加改良剂以改变土壤的物理、化学性质，通 过对重金属的吸附、沉淀、或共沉淀作用，改变重金属在土壤中的存在形态，从而降低其生 物有效性和迀移性。化学修复技术成本低廉、简单、快速、高效等特点，非常适用于大面积轻 中度重金属污染的农田土壤。
[0004] 目前用于修复重金属污染土壤的化学改良剂种类较多，常用的改良剂包括无机改 良剂和有机改良剂。无机改良剂主要包括石灰、粉煤灰等碱性物质，羟基磷灰石、磷矿粉等 磷酸盐，以及沸石、海泡石、膨润土等矿物质；有机改良剂主要包括农家肥、绿肥、生物碳等 有机物料。现已报道的重金属改良剂有如下：中国专利CN103484125A公开一种固体笋壳基 生物炭土壤重金属铅改良剂；中国专利CN103468269A公开了一种以改性秸杆为原料的土 壤重金属修复剂；中国专利CN103589435A公开了一种以茶废弃物和腐植酸钾为原料的土 壤重金属调控剂；中国专利CN102174325A公开了一种利用电厂炉渣、海泡石粉和生石灰为 原料农田土壤重金属钝化剂；中国专利CN103936530A公开了一种以钙镁磷肥、炭基肥和石 灰石为主要原料的镉污染土壤钝化剂剂；中国专利CN101722183A公开了一种以整土、添加 改良剂和覆土为主要流程的重金属污染土壤的改良方法；中国专利CN102807872A公开了 一种利用生物炭、麦饭石粉、硅藻土粉、粉煤灰和褐煤为原料的土壤重金属钝化剂。
[0005] 上述改良剂虽然重金属污染土壤修复方面有各自的优势，但仍存在如下问题：（1) 部分重金属改良剂的原料中含有重金属，会产生二次污染；（2)改良剂品种较为单一且使 用量大，长期使用效果会对土壤质量产生较大影响。因此，研究一种既能钝化重金属又能改 善土壤质量的改良剂，并使之成为一项廉价而又行之有效的土壤修复措施，在实际生产中 将具有极其重要的意义。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术的不足，本发明提供一种农田重金属污染土壤复合改良剂，该土壤 复合改良剂既可以对重金属污染土壤进行有效修复，又可以保证土壤的可持续生产能力， 用于钝化土壤重金属和改善土壤质量，解决土壤因重金属污染而影响其可持续利用的问 题。
[0007] 本发明还提供一种农田重金属污染土壤复合改良剂的制备方法。
[0008] 本发明还提供一种农田重金属污染土壤复合改良剂的施用方法。
[0009] 术语说明：
[0010] 由于人类活动，土壤中的微量金属元素在土壤中的含量超过背景值，过量沉积而 引起的含量过高，统称为土壤重金属污染。评价土壤环境质量一般依据《土壤环境质量标 准》（GB15618-1955)中的标准限值，采用综合污染指数法，计算公式为：
[0012] 式中P1S i污染因子的质量分数；C i污染因子的实测浓度；S i污染因子 的评价标准，通常选背景值样本中第i污染物含量（mg/kg)。
[0013] 轻度重金属污染土壤：是指I < P < 2,为轻度重金属污染土壤。
[0014] 介于轻度和中度的重金属污染土壤：是指2 < P < 3,为介于轻度和中度的重金属 污染土壤。
[0015] 中度的重金属污染土壤：是指3 < P < 4,为中度的重金属污染土壤。
[0016] 本发明的技术方案如下：
[0017] -种农田重金属污染土壤复合改良剂，该土壤复合改良剂是由以下重量百分比的 原料组成：活化风化煤20 %~40 %，生物炭15 %~25 %，海泡石10 %~25 %，钙镁磷肥 10%~20%，磷酸二铵10%~20% ;
[0018] 所述的活化风化煤是由风化煤与碳酸氢铵按质量比I :(1-5)的质量比混合后，于 温度50-70°C进行一次活化，然后于超声条件下进行二次活化制得，一次活化时间1-2天， 二次活化的超声功率为100-300W，超声时间为10-30分钟；
[0019] 以上各原料重量百分比之和为100%。
[0020] 本发明优选的，活化风化煤是按以下方法制得：将风化煤粉碎，过80-120目筛，风 化煤与碳酸氢铵按质量比1 : (1-5)的质量比混合，然后置于50-70°C进行一次活化1-3天， 得一次活化后风化煤；一次活化后风化煤中加入蒸馏水搅拌均匀，蒸馏水的加入量与一次 活化后风化煤的质量比为（7-9) :1，然后于功率为100-300W的超声中进行二次活化10-30 分钟，鼓风干燥，制得活化风化煤。
[0021] 进一步优选的，风化煤与碳酸氢铵按质量比为1:1。
[0022] 本发明优选的，一种农田重金属污染土壤复合改良剂，该土壤复合改良剂是由以 下重量百分比的原料组成：活化风化煤32%~38%，生物炭16%~18%，海泡石12%~ 20%，钙镁磷肥12 %~16%，磷酸二铵12 %~16%。
[0023] 本发明优选的，所述活化风化煤粒径为80-120目，生物炭粒径为20-40目，海泡石 粒径为80-100目，海泡石中二氧化硅含量在54~60%之间、氧化镁含量在21~25%之间； 钙镁磷肥和磷酸二铵粒径为60-80目；
[0024] 本发明的活化风化煤中游离腐殖酸含量较风化煤原材料可提高6-8倍。生物炭主 要是农业废弃物在缺氧或绝氧环境中，经低温热裂解后生成的固态产物，成分以碳为主，含 量与原材料有关。
[0025] 本发明所提供的上述一种农田重金属污染土壤复合改良剂的制备方法，步骤如 下：
[0026] (1)将海泡石原矿机械粉碎至80-100目的粉末，于100-105°C下恒温干燥至恒重， 然后升温至600-800°C，加热0. 5-2小时；
[0027] (2)将经步骤（1)处理后的海泡石降温至40_50°C，加入活化风化煤保温0· 5-2小 时，冷却至室温，得初步混合料；
[0028] (3)按配比向初步混合料中加入生物炭、钙镁磷肥、磷酸二铵，以100-200转/分钟 的搅拌转速混合搅拌5-10分钟，即得农田重金属污染土壤复合改良剂。
[0029] 本发明优选的，上述步骤（1)中，升温温度为750-780°C，加热时间0. 5-1小时。
[0030] 本发明所提供的上述一种农田重金属污染土壤复合改良剂的施用方法，采用如下 一种方法进行：
[0031] ①对于轻度重金属污染土壤，将复合改良剂施入污染土壤表面，然后旋耕2-3遍， 旋耕深度为15-20cm，旋耕后放置10-15天，复合改良剂的施用量为70-90kg/每亩；进一步 促进改良剂与重金属充分反应；
[0032] ②对于介于轻度和中度的重金属污染土壤，将复合改良剂施入污染土壤表面，先 进行深翻，深翻厚度为25-30cm，然后旋耕1-2遍，旋耕深度为15-20cm，旋耕后放置10-15 天，复合改良剂的施用量为110_130kg/每亩；进一步促进改良剂与重金属充分反应；
[0033] ③对于中度污重金属染土壤，将复合改良剂施入污染土壤表面，旋耕1-2遍，旋耕 深度为15-20cm，旋耕后进行深翻，深翻厚度为25-30cm，深翻后再次对土壤进行旋耕1-2 遍，旋耕后放置10-15天，复合改良剂的施用量为150-170kg/每亩；进一步促进改良剂与重 金属充分反应。
[0034] 本发明优选的，对于轻度重金属污染土壤，复合改良剂的施用量80kg/每亩。
[0035] 本发明优选的，对于介于轻度和中度的重金属污染土壤，复合改良剂的施用量为 120kg/ 每亩。
[0036] 本发明优选的，对于中度重金属污染土壤，复合改良剂的施用量为160kg/每亩