本发明属于污染土壤修复技术领域，具体是一种电动式一体化农田原位修复设备及其修复方法。
背景技术：
随着我国工农业的快速发展，大量的重金属被排入环境并在农田中不断积累。据2014年发布的《全国土壤调查公报》指出，耕地土壤环境质量堪忧，全国土壤总污染超标率达16.1％，其中耕地土壤最为严重，点位超标率为19.4％，污染总面积约为3.94亿亩(据第二次全国土地调查结果：全国耕地面积共20.3077亿亩)，主要污染物为镉、镍、铜、砷、汞、铅；2015年《土地整治蓝皮书：中国土地整治发展研究报告No.2》显示，我国现有耕地中，有相当数量耕地受到中度、重度污染，大多不宜耕种。根据资料，我国每年因为重金属污染造成粮食污染1200万t，严重危害人体健康和影响社会稳定，因此，急需开展重金属污染农田修复技术及设备研发，推动农田修复的。
与场地修复不同，重金属污染农田修复是以农田安全生产和作物提质增效为最终目标，因此，需要高效安全的修复技术对农田进行修复。钝化修复技术具有修复速率快、稳定性好、成本低廉、操作简单、土壤结构不受干扰等特点，同时不影响农业生产，可以实现边修复边生产，尤其适用于修复大面积重金属污染农田土壤，适用于我国现阶段的国情。另一方面，深耕是重要的农艺措施，不仅能除去田间杂草、改善土壤结构、促进作物根系生长，还能减少病虫害、提高土壤肥力，在此基础上结合钝化修复，可有效降低土壤中重金属的有效态，实现既能高效深耕又能有效修复农田的目的，最终实现农田的安全生产和作物的提质增效。针对农田修复设备，目前已有许多科学研究和设备研发，但均不能达到既能高效深耕又能有效修复农田的效果。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种电动式一体化农田原位修复设备及其修复方法，该修复设备同时具有高效深耕和修复农田的功能，通过本发明方法能实现重金属污染农田安全生产和作物提质增效。
本发明以如下技术方案解决上述技术问题：
本发明电动式一体化农田原位修复设备，它包括动力系统、设备操作室、行走系统、后机架，行走系统安装在设备操作室的下方，后机架安装在设备操作室的后方，后机架设置在位于设备运行方向的后侧，后机架上安装有钝化剂存储箱、钝化剂搅拌混合器，钝化剂存储箱底部设有导料板，钝化剂搅拌混合器位于导料板的后方，并可将落下的钝化剂与土壤进行搅拌混合；所述设备操作室的前方通过悬挂架安装有位于运行方向前侧的双层深耕系统。
所述导料板的正下方设有盘式撒料器，盘式撒料器安装在托架上，托架固定于后机架上。
所述钝化剂搅拌混合器的上方设有固定在后机架上的弧形挡土板。
所述双层深耕系统包括短轴和长轴，短轴和长轴均安装在悬挂架上，短轴上安装有限深轮，长轴上安装有平行排布的犁柱，每个犁柱上均安装有上深耕犁和下深耕犁。
所述长轴上设有可调节犁柱安装间距的调节螺孔；调节螺孔间距为10cm。
所述犁柱数量为2-4个，犁柱与地面的角度为75°-90°，犁柱长度为35-75cm，犁柱的深耕深度为20-60cm。
所述动力系统与蓄电池连接，由蓄电池提供电能，并通过动力系统驱动行走系统以及钝化剂搅拌混合器、盘式撒料器的运行。
所述钝化剂搅拌混合器由8组L型刀组组成，8组L型刀组水平等距安装在转动轴上，转动轴安装在后机架上，每组刀组由5个L型刀片组成，刀片等角度分布在转动轴上。
本发明电动式一体化农田原位修复设备的修复方法，包括如下操作步骤：
第一步，将电动式一体化农田原位修复设备从贴近农田边界的位置以顺时针方向运行，对污染土壤进行原位深耕，同时启动盘式撒料器均匀施撒钝化剂，并通过钝化剂搅拌混合器将钝化剂与污染土壤混合均匀，所述的污染土壤的含水量低于35％，所述的原位深耕深度为20-60cm，所述钝化剂采用固体粉末状，所述施撒钝化剂的速率为10-80kg/min；
第二步，在已混匀钝化剂的土壤上洒水，使污染土壤的含水率为23％，原位钝化修复9天后种植作物。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)本发明修复设备具有高效节约能源的特点，一方面采用蓄电池作为驱动力，蓄电池可循环充放电，电力低廉且能量转换效率高，一般的运行成本只有汽油动力的五分之一左右，另一方面将双层深耕系统设置于运行前方，运行时由动力系统驱动设备前进时推动深耕系统，在进行施撒钝化剂和混匀物料之前完成深耕，极大降低了能耗、提高了工作效率；
(2)本发明采用蓄电池作为驱动力，工作时不会产生废气，无二次污染，有利于对环境保护；
(3)本发明采用双层深耕系统，有效增加耕翻的深度，耕翻深度为20cm-60cm，有效实现秸秆和杂草全还田、减少病虫害、改善土壤结构；
(4)本发明将双层深耕系统、施撒钝化剂装置、钝化剂与土壤搅拌混合装置等装置于集成于一体，可实现除草、深耕、撒钝化剂、混匀同时进行；
(5)本发明深耕系统中犁柱设置成可调节间距、可更换不同长度，可适用于不同的耕作要求，提高设备的适用范围和实用性；
(6)本发明的修复设备具有设备结构简单、深耕和修复效率高、能耗低的特点，通过本发明修复方法能实现重金属污染农田安全生产和作物提质增效，而且对污染土壤具有良好的修复效果，特别是对农田污染土壤有良好的修复效果。
附图说明
图1是本发明电动式一体化农田原位修复设备的主视图。
图2是本发明电动式一体化农田原位修复设备的俯视图。
图3是图1中所述双层深耕系统的放大示意图。
图中：1-双层深耕系统，2-动力系统，3-设备操作室，4-钝化剂存储箱，5-导料板，6-后机架，7-弧形挡土板，8-钝化剂搅拌混合器，9-转动轴，10-盘式撒料器，11-托架，12-行走系统，13-充电器，14-蓄电池，101-上深耕犁，102-长轴，103-短轴，104-调节螺孔，105-悬挂架，106-犁柱，107-下深耕犁，108-限深轮。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案作进一步详细的说明。
如图1-图3所示，本发明电动式一体化农田原位修复设备包括动力系统2、设备操作室3、行走系统12、后机架6，行走系统12采用履带式行走系统；行走系统12安装在设备操作室3的下方，后机架6安装在设备操作室3的后方，后机架6设置在位于设备运行方向的后侧，后机架6上安装有钝化剂存储箱4、钝化剂搅拌混合器8，钝化剂存储箱4经过防腐处理，钝化剂存储箱4底部设有导料板5，钝化剂搅拌混合器8位于导料板5的后方，钝化剂搅拌混合器8的上方设有固定在后机架6上的弧形挡土板7，导料板5的正下方设有盘式撒料器10，盘式撒料器10安装在托架11上，托架11固定于后机架6上，通过钝化剂搅拌混合器8将从钝化剂存储箱4落下的钝化剂与土壤进行搅拌混合；通过盘式撒料器8可调节钝化剂施撒的宽幅和均匀程度。
本发明所述钝化剂搅拌混合器8由8组L型刀组组成，8组L型刀组水平等距安装在转动轴9上，转动轴9安装在后机架6上，每组刀组由5个L型刀片组成，刀片等角度分布在转动轴9上，通过转动轴9带动钝化剂搅拌混合器8运行。
本发明所述设备操作室3的前方安装有动力系统2，动力系统2与蓄电池14相连接，通过蓄电池14提供电能，蓄电池14连接充电器13，蓄电池14通过充电器13储存能量；本发明通过动力系统2驱动行走系统12以及钝化剂搅拌混合器8、盘式撒料器10的运行。
本发明在动力系统2的前方安装有双层深耕系统，所述双层深耕系统包括短轴103和V形长轴102，V形长轴102通过悬挂架105与动力系统2的安装机架(或者设备操作室3的机架)相连接，短轴103固定于V形长轴102上，从而使得短轴103和V形长轴102均与悬挂架105形成固定连接，短轴103的下方安装有固定在短轴103上的限深轮108，V形长轴102上安装有平行排布的2-4犁柱106，每个犁柱106由下至下依次安装有上深耕犁101和下深耕犁107，形成上下两层深耕犁；V形长轴102上设有可调节犁柱安装间距的调节螺孔104，调节螺孔104的间距为10cm，犁柱106与地面的夹角为75°-90°，犁柱106的长度为35-75cm，犁柱106的深耕深度为20-60cm。
本发明所述的导料板5上设置调料板，通过调料板调节钝化剂施撒速率为10-80kg/min，钝化剂采用固体粉末状的钝化剂；本发明所述的上深耕犁101、下深耕犁107和钝化剂搅拌混合器8的L型刀片的材质采用锰钢。
实施本发明电动式一体化农田原位修复设备采用的修复方法，包括如下操作步骤：
第一步，先将本发明电动式一体化农田原位修复设备从贴近农田边界的位置以顺时针方向运行，对含水量低于35％的污染土壤进行原位深耕，深耕深度为20-60cm，同时启动盘式撒料器均匀施撒固体粉末状的钝化剂，通过钝化剂搅拌混合器将钝化剂与污染土壤混合均匀，控制施撒钝化剂的速率为10-80kg/min；
第二步，再在已混匀钝化剂的土壤上洒水，使污染土壤的含水率为23％，原位钝化修复9天后种植作物。
以下是本发明的应用实例：
实施案例一：
某重金属污染农田，土壤主要的污染物为砷、镉、铅、锌，其中砷、镉、铅、锌的全量分别为362mg/kg、23mg/kg、3848mg/kg、3171mg/kg，土壤含水率为21％。该土壤采用本发明所述的设备及方法进行修复，设置犁柱与地面的角度为75°，犁柱的数量为3个，犁柱的长度为75cm，将本发明电动式一体化农田原位修复设备从贴近农田边界的位置以顺时针方向运行，对污染土壤进行原位深耕，深耕深度为60cm，同时启动盘式撒料器均匀施撒固体粉末状的钝化剂，并通过钝化剂搅拌混合器将钝化剂与污染土壤混合均匀，施撒钝化剂的速率为40kg/min；再在已混匀钝化剂的土壤上洒水，使污染土壤的含水率为23％，原位钝化修复9天后种植玉米。种植一季后，对土壤中砷、镉、铅、锌的有效态含量和作物的产量进行测定，并跟采用常规耕种方法且未修复的土壤和玉米(对照组)进行对比，其中土壤中砷、镉、铅、锌的有效态含量分别按照《酸性土壤中有效态砷、有效汞的测定原子荧光法》(DB35/T 1459-2014)和《土壤8种有效态元素的测定二乙烯三胺五乙酸浸提-电感耦合等离子体发射光谱法》(HJ 804-2016)来测定，结果如表1所示。
表1污染农田修复实验结果
实施案例二：
某重金属污染农田，土壤主要的污染物为砷、镉、铜、锌，其中砷、镉、铅、锌的全量分别为1845mg/kg、70mg/kg、414mg/kg、2271mg/kg，土壤含水率为18％。该土壤采用本发明所述的设备及方法进行修复，设置犁柱与地面的角度为90°，犁柱的数量为4个，犁柱的长度为60cm，将本发明电动式一体化农田原位修复设备从贴近农田边界的位置以顺时针方向运行，对污染土壤进行原位深耕，深耕深度为50cm，同时启动盘式撒料器均匀施撒固体粉末状的钝化剂，并通过钝化剂搅拌混合器将钝化剂与污染土壤混合均匀，施撒钝化剂的速率为80kg/min；再在已混匀钝化剂的土壤上洒水，使污染土壤的含水率为23％，原位钝化修复9天后种植玉米。种植一季后，对土壤中砷、镉、铅、锌的有效态含量和作物的产量进行测定，并跟采用常规耕种方法且未修复的土壤和玉米(对照组)进行对比，其中土壤中砷、镉、铅、锌的有效态含量分别按照《酸性土壤中有效态砷、有效汞的测定原子荧光法》(DB35/T 1459-2014)和《土壤8种有效态元素的测定二乙烯三胺五乙酸浸提-电感耦合等离子体发射光谱法》(HJ 804-2016)来测定，结果如表2所示。
表2污染农田修复实验结果
实施案例三：
某重金属污染农田，土壤主要的污染物为砷、镉、铜、锌，其中砷、镉、铅、锌的全量分别为1845mg/kg、70mg/kg、414mg/kg、2271mg/kg，土壤含水率为18％。该土壤采用本发明所述的设备及方法进行修复，设置犁柱与地面的角度为85°，犁柱的数量为2个，犁柱的长度为35cm，将本发明电动式一体化农田原位修复设备从贴近农田边界的位置以顺时针方向运行，对污染土壤进行原位深耕，深耕深度为20cm，同时启动盘式撒料器均匀施撒固体粉末状的钝化剂，并通过钝化剂搅拌混合器将钝化剂与污染土壤混合均匀，施撒钝化剂的速率为10kg/min；再在已混匀钝化剂的土壤上洒水，使污染土壤的含水率为23％，原位钝化修复9天后种植油菜。种植一季后，对土壤中砷、镉、铅、锌的有效态含量和作物的产量进行测定，并跟采用常规耕种方法且未修复的土壤和油菜(对照组)进行对比，其中土壤中砷、镉、铅、锌的有效态含量分别按照《酸性土壤中有效态砷、有效汞的测定原子荧光法》(DB35/T 1459-2014)和《土壤8种有效态元素的测定二乙烯三胺五乙酸浸提-电感耦合等离子体发射光谱法》(HJ 804-2016)来测定，结果如表3所示。
表3污染农田修复实验结果