一种菱镁矿区土壤表面结皮破壳剂及应用
【技术领域】
[0001] 本发明设及污染±壤改良与修复技术领域，具体是设及一种菱儀矿区±壤表面结 皮破壳剂及应用。
【背景技术】
[0002] 迂宁的菱儀矿储量、产量均居中国和世界首位。矿产资源的开发利用，给人类提 供了各种物质和能源，同时也带来了诸多环境问题，±壤污染问题就是矿业活动中的一个 突出问题。据资料显示，皮江法炼儀要产生大量废渣，每吨儀还原渣约6. 5t。据估计1万吨 废渣占地约1亩，2001年我国产儀21. 6万吨，占用±地140亩。菱儀矿区周围±壤表面常 见坚硬而紧实的结皮，严重地区结皮最厚达到了 10cm。儀污染±壤质量下降，农作物减产， 污染程度加剧，植物种类逐渐减少，受污染严重区域植物几乎不能生存，仅有少量灌木和幼 松树存活，给农业生产造成巨大的经济损失。受到儀粉尘污染±壤中的儀含量急剧升高，并 且引起±壤物理、化学和生物等指标恶化。植物中儀过量时，植物叶缘焦枯，影响植物对氮、 憐、钟、巧等离子的吸收，导致植株生长发育受阻、开花少、品质降低、产量减少。
[0003] 菱儀矿区±壤儀污染主要是由于采矿活动中产生的大量氧化儀和碳酸儀粉尘沉 降至附近地表，雨滴的打击压实W及团聚体的物理与化学分散造成运些粉末随水流进入± 壤孔隙，造成±壤孔隙下降，渗透速率降低，形成±壤结皮，^及±壤质量的退化。
[0004] 儀污染±壤具有地区性，而且儀是地壳中大量存在的金属元素，也是植物所需的 中量营养元素。从修复效果和经济可行性角度来看，化学改良法是修复儀污染±壤的主要 手段。巧樣酸（QAA)作为一种天然有机酸，通过与金属离子形成络合物，使络合物从淋滤 液中沉淀出来，改善±壤的团粒结构，从可持续环保角度来看，巧樣酸能有效改良盐碱，降 低±壤抑值，可W提高盐碱±壤中多种养分的有效性，增加作物养分的吸收量。归根结底， 菱儀矿区儀粉尘沉降是板结形成的最根本原因。只有建立相应的法规，限制粉尘排放量才 能从根本上解决周围±壤的板结现象，而现有结皮的破除与修复已成为目前必须面对的主 要问题。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种菱儀矿区±壤表面结皮破壳剂及其应用。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用技术方案为：
[0007] 一种菱儀矿区±壤表面结皮破壳剂，破壳剂为式一所示的有机酸，
[0008]
式一。
[0009] 一种菱儀矿区±壤表面结皮破壳剂的应用，所述巧樣酸（〇α〇7)用于菱儀矿区± 壤表面，作为抑制±壤表面结皮的破壳剂，进而改善菱儀矿区±壤质量。
[0010] 所述破壳剂施用于菱儀矿区±壤表0-5cm。所述破壳剂的施入量为2. 5g-5g。
[0011] 渗透速度是用来衡量水溶液透过±壤的能力，它也是±壤中有效孔隙的总空间与 孔隙传导度的指标。在降雨发生初期，具有良好结构的±壤渗透速率高。但随着降雨的进 行，±壤发生熟化并分散，降低了孔隙空间，促使了结构型和沉积型结皮形成。随着孔隙空 间的减少，渗透速率一直下降直至结皮形成后的±壤最终渗透速度。利用渗透率量化±壤 表面结皮，研究破壳剂巧樣酸对±壤渗透率性能的影响。 阳01引巧樣酸（C品〇7)是一种小分子有机酸，有ミ个H可W电离，在淋洗的环境下，与± 壤表面主要成分为碳酸儀（MgC〇3)的结皮开始反应，经过巧樣酸还原淋洗，儀离子的活动性 增加，将±壤中一部分矿物组分溶解促使其向有机结合态转化，固±壤中的有机结合态比 例增加，反应后形成络合物巧樣酸儀（Qft〇7)Mg3,络合物会从淋滤液中沉淀出来。±壤淋洗 后，抑值降低，说明巧樣酸中和一部分±壤中的碱基离子，改变±壤的性质。巧樣酸有效改 善±壤盐碱性质，对±壤表面形成的结皮达到破壳并有抑制的作用，从而可W增加±壤的 入渗能力，降低地表径流。
[0013] 本发明所具有的优点：
[0014] 1.本发明是采用巧樣酸是一种重要的天然有机酸，易溶于水，无毒性，在工业、食 品业和化妆品业等具有极多的用途。
[0015] 2.农业中在滴灌施肥的条件下，使用巧樣酸能增加石灰性±壤根区多种养分的有 效性，增加作物的养分吸收量。
[0016] 3.天然有机酸由于具有环境友好的特点，正逐渐取代无机酸和人工馨合剂成为± 壤淋洗剂研究的发展方向之一。
[0017] 4.本发明方法操作方便易行，采用室内±柱模拟淋洗实验，可W控制环境条件。
【附图说明】
[001引图1为本发明实施例提供的对照±壤渗透速度的变化图。
[0019] 图2为本发明实施例提供的氧化儀粉末与±壤混合形成结皮覆盖±壤对±壤渗 透性能的影响图。
[0020] 图3、图4、图5为本发明实施例提供的经过巧樣酸处理条件下，±壤渗透性能的影 响图。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
[0022] 菱儀矿区±壤中儀元素在±壤耕作层蓄积，粉层沉降量增加使±壤结皮形成致密 空间结构，极大地降低±壤渗透速度、增加地表径流和侵蚀。本发明通过±柱渗透实验显示 巧樣酸对±壤结皮的破壳效果很好，具体地说是巧樣酸是一种天然小分子有机酸，利用巧 樣酸与金属离子形成络合物，促进金属离子的解吸作用，增加了金属离子的活动性，同时酸 性有机物能促进±壤团粒结构，有效改良盐碱。 阳〇2引实施例1
[0024] 实验地点设在中国科学院沈阳生态站内，采用人工填充±柱进行渗透实验的方 法，±壤采自海城市八里镇。供试±壤理化性质：抑为8. 36,有机质为6. 7g/kg，总儀含量为 18. 07g/kg，粘粒39. 2 %，粉粒41. 6 %，沙碱19. 3 %，水溶态儀33. 53 %，水溶态巧25. 86 %， 交换态儀1. 77%，交换态巧1. 29%。采集的±壤放于室内自然风干，一周后用研鉢磨细，使 其全部过2mm筛，备用。
[0025] ±壤改良剂的施加：
[0026] 对照组：备用±壤称重505g装入内径为5cm的有机玻璃柱作为对照，填充高度约 为25畑1，使得±壤容重约为1. 15gcm3。
[0027] 试验组：称取400g±壤置于±柱中，在±柱表面撒100g±壤和5g氧化儀粉和 2. 5g巧樣酸改良剂的混合粉末。儀粉尘为海儀总厂生产的轻烧氧化儀粉末。氧化儀百分含 量为97%，粒径约为5μm。
[0028] 将填充好的±柱浸入水中，注意水面不要超过±柱，浸泡1化后取出，挂在适当位 置，待重力水滴完。用蒸馈水进行±柱渗透实验，其间保持稳定的5cm深水层，待漏斗下面 滴下第一滴水时开始计时，在渗透速度达到稳定时停止渗透，实验一般30min到比即开始 稳定，注意要迅速将水头加至5cm深度。
[0029] 为模拟真实条件下±壤渗透，本实验仍然模拟了自然条件下干湿交替后，±壤渗 透速度的变化。初次渗透实验结束后，将±柱置于室外自然风干一周后，重复渗透实验步 骤。
[0030] 计算渗透速率屯=f〇t。
[0031] 通过渗透速率的高低判断±壤结皮的发育，速率越高则结皮发育越差，反之结皮 发育较好。
[0032] 巧樣酸处理条件下，±壤渗透速度变化较大（图3)。当只含有氧化儀的±柱进行 第一次淋洗时，lOmin时±壤渗透速度为0. 431mlmin1，经过30min后渗透速度直线下降至 0. 353mlmin1，经过四次风干淋洗，±柱最终渗透速度仅为0. 17mlmin1(图2)。加有巧樣 酸的±柱在第一次淋洗过程中，渗透速度略快于未加巧樣酸的±壤，经过风干再次淋洗时， 初始和最终渗透速度明显上升，在第Ξ次淋洗后，渗透速度达到0.662mlmini。投加巧樣 酸后与未投加巧樣酸实验相比，Ξ次干湿交替后上壤最终渗透速度上升了近3倍（图2和 图3)。 阳〇3引 实施例2
[0034] 供试±壤理化性质和±柱填充同实施例1，不同之处在于：
[0035] 试验组：称取400g±壤置于±柱中，在±柱表面撒lOOg±壤、5g氧化儀粉末、 4g巧樣酸，均匀混合，撒于±柱中±壤的表面。渗透实验条件和干湿交替方法同实施例1。 第一次淋洗lOmin之后，渗透速度均大于0. 676mlmin1，第二淋洗达到稳定的渗透速度为 0.454mlmini(〉0. 382mlmini,图3)，经过两次干湿交替后，第Ξ次淋洗达到稳定的渗透速 度为0.764mlmini(〉0. 677mlmini,图3)。通过对比结果，渗透速度有所提高。随着干湿 交替的进行，巧樣酸能缓解改善±壤，阻碍结皮进一步生成的作用逐渐体现出来，±壤渗 透速度相比于实施例1增加13% (图4)。
[0036] 实施 3
[0037] 供试±壤理化性质和±柱填充同实施例1，不同之处在于：
[0038] 试验组：称取400g±壤置于±柱中，在±柱表面撒100g±壤、5g氧化儀粉末、5g 巧樣酸，均匀混合，撒于±柱中±壤的表面。渗透实验条件和干湿交替方法同实施例1。通 过四次次淋洗和Ξ次干湿交替，渗透速率相比于实施例1增加11% (图5)。
【主权项】
1. 一种菱镁矿区土壤表面结皮破壳剂，其特征在于：破壳剂为式一所不的有机酸，2. -种权利要求1所述的菱镁矿区土壤表面结皮破壳剂的应用，其特征在于：所述柠 檬酸（C6Hs07)用于菱镁矿区土壤表面，作为抑制土壤表面结皮的破壳剂，进而改善菱镁矿区 土壤质量。3. 按权利要求2所述的菱镁矿区土壤表面结皮破壳剂的应用，其特征在于：所述破壳 剂施用于菱镁矿区土壤表〇-5cm。4. 按权利要求3所述的菱镁矿区土壤表面结皮破壳剂的应用，其特征在于：所述破壳 剂的施入量为2.5g-5g。
【专利摘要】本发明涉及污染土壤改良与修复技术领域，具体是涉及一种菱镁矿区土壤表面结皮破壳剂及应用。破壳剂为式一所示的有机酸，通过本发明可见柠檬酸对土壤结皮的破壳效果很好，具体地说是柠檬酸是一种天然小分子有机酸，利用柠檬酸与金属离子形成络合物，促进金属离子的解吸作用，增加了金属离子的活动性，同时酸性有机物能促进土壤团粒结构，有效改良盐碱。
【IPC分类】C09K109/00, C09K17/14, B09C1/08
【公开号】CN105255500
【申请号】CN201510828296
【发明人】贾春云, 方玥蒙, 李晓军, 台培东, 刘宛
【申请人】中国科学院沈阳应用生态研究所
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年11月24日