专利名称：一种控制菜地Cd污染的钝化剂及其使用方法
技术领域：
本发明属于土壤改良和环境保护技术领域，具体涉及一种控制菜地Cd污染的钝化剂及其使用方法。
背景技术：
随着城市化和工业化进程的加快，城市生活废弃物和工业“三废”排放日益增多，加之污泥、农药、垃圾肥等的不合理施用，相当数量的菜地土壤出现了重金属积累，特别是镉含量明显高于土壤背景值，菜地土壤镉污染较为普遍，且多以中轻度污染为主。由于我国南方地区土壤偏酸性，土壤重金属活性较高，其潜在生态风险水平也较高。这些土壤往往以种植叶菜类为主，叶菜是最易受重金属污染而在体内大量积累的蔬菜类型，造成了叶菜重金属超标现象严重，以镉超标现象最为突出，严重影响叶菜的安全生产和蔬菜地的可持续安全利用，并影响到农业生态系统的稳定性，成为区域经济可持续发展的主要瓶颈之一，如果不及时解决，问题将日趋严重。因此，对镉污染菜地进行控制与修复，改善土壤生态环境，防止土壤质量恶化，才能实现农产品安全，保证人畜健康。经过多年的摸索，国内外所形成的重金属污染土壤修复技术很多，有的技术如植物修复技术也相对比较成熟，但是该技术在我国成功应用的实例却不多，主要是因为植物修复技术并不符合我国的实际国情。我国许多农田污染程度以中轻度污染为主，将大面积中、轻度污染农田停止农作，进行长时间的植物修复或工程修复显然是不现实的。已有研究表明，施用钝化剂能降低土壤重金属污染物的水溶性、扩散性和生物有效性，从而降低它们进入植物体、微生物体和水体的能力，减轻对生态环境的危害。随着城市化和经济的纵深发展以及土壤修复技术研究与应用的不断深入，原位钝化修复技术因其成本低廉、易于实施，利用钝化剂来降低土壤重金属向食物链的迁移污染风险是目前能够修复中轻度重金属污染土壤的有效途径之一，对由农业活动引起的程度较轻的面源污染具有明显的优势，近年来发展较快。在实际生产应用中，不同钝化剂对重金属固定效果取决于重金属的类型和改良剂的选择。近年来由于土壤面临的重金属污染风险加大，单一的有机或无机钝化剂的修复效果往往不够理想，存在着效果不稳定、施用量大或钝化剂破坏土壤质量等问题，很难达到修复应用的标准。已有的研究证实，联合使用多种钝化剂、找出一个合适的比例，复合使用这些钝化剂，其对重金属的吸附、沉淀、凝聚、络合等能力大于单一的有机物或无机物，提高钝化剂的修复效果，并能互相取长补短，发挥复合钝化剂的最佳效益。如Ca(H2PO4)2配合CaCO3，在钝化重金属时效果非常显著，同时避免了单独使用一种钝化剂所带来的显著改变土壤PH的不利影响。有机堆肥配合铁砂等在钝化重金属污染物时表现出加和作用，可有效降低重金属的生物有效性，并超过无机钝化剂的单独作用。粘土矿物性质比较稳定，堆肥配合粘土矿物能保证钝化效果的持久性。因此，利用无机钝化剂对重金属的吸附、氧化还原、拮抗或沉淀作用和有机钝化剂对重金属的络合和螫合作用，把有机、无机钝化剂合理配伍，配制成高效、低成本、环境安全以及对土壤负面扰动较小的钝化剂，实现无机钝化剂和有机钝化剂的功能互补，并尽可能减少钝化剂的施入量和施用次数，达到安全、高效、持久钝化土壤镉的目的，同时实现养分供应、土壤改良和农产品的安全生产，为发展经济、有效、安全的重金属污染土壤钝化修复技术提供理论和技术支持。
发明内容
本发明的目的在于提供一种控制菜地Cd污染的钝化剂及其使用方法。本发明所采取的技术方案是:
一种控制菜地Cd污染的钝化剂，包括以下质量份的物质:腐熟的花生麸9.3 14.0份，石灰41.3 53.7份，腐植酸铵36.7 50.0份。作为其中一个优选方案，所述钝化剂包括以下质量份物质:腐熟的花生麸10份，石灰45 50份，腐植酸铵40 45份。作为其中一个优选方案，所述钝化剂包括以下质量份物质:腐熟的花生麸10份，石灰45份，腐植酸铵45份。所述腐熟的花生麸含水量3.0% 6.0%，含有机质82.1% 87.6%，含氮6.1%
8.0%,含 P2O5 1.0% 1.9%,含 K2O 1.0% 1.55%。所述腐熟的花生麸由以下方法制得:先将花生麸破碎，每公斤花生麸加2 4g有机物料腐熟剂，然后加入I 2倍质量的水，搅拌均匀后密封，室温下充分发酵；待花生麸长满白色菌丝后，表明花生麸已腐熟，将其风干，使其水分含量为3% 6%即可。所述有机物料腐熟剂为广东省农业科学院土壤肥料研究所生产的有机物料腐熟剂。以上所述钝化剂按如下步骤制得:将腐熟的花生麸、石灰、腐植酸铵磨碎、过筛，充分混合均匀得到钝化剂。以上所述的钝化剂在修复Cd污染菜地上的应用。具体操作为:每亩地基施150 300kg的钝化剂，翻耕、淋水、平衡5 10天，即可进行播种或移栽。本发明的有益效果是:
(I)本发明的钝化剂，利用各种配方成分的特定功效，通过各种成分的协同作用，达到降低土壤镉活性和蔬菜重金属含量、提高作物产量和品质的作用，可广泛应用于南方中轻度或重度镉污染菜地土壤的修复。(2)本发明原料充足，工艺简单，操作方便，容易实施，治理费用较低，一次施用的钝化效果可持续半年至一年，是一种安全、有效、持久的重金属污染修复材料，可单独基施于菜地，也可与底肥混拌后施用，节省人力物力。(3)本发明有效利用了花生麸这种农产品加工副产物，是一种阻控菜地重金属污染的环境友好型钝化剂，提供了一种较好的农业废弃物资源化利用途径。
图1为钝化剂在不同用量下对镉吸附率的影响；
图2为污染土壤1pH和DTPA-Cd含量随时间的变化情况；
图3为污染土壤2 pH和DTPA-Cd含量随时间的变化情况。
具体实施例方式花生麸是由花生仁榨油后的附产物通过加而成，充分腐熟后是一种优质有机肥料，并富含磷、钾两种大量元素，在污染土壤上施用，具有培肥土壤、增强作物抗胁迫的能力。石灰主要成分是氢氧化钙，在提高土壤pH的同时，可显著降低重金属的生物有效性，而且形成的碳酸钙对重金属也有一定的钝化作用。腐植酸铵是一种高分子非均一的芳香族羟基羧盐，溶于水，呈碱性，pH值为
9.6 11.0，腐植酸含量大于45%，含有羟基、羧基、甲氧基、醌基等多种活性基团，具有离子交换、吸附、络合、絮凝、分散、粘结等多种功能，可降低土壤溶液中可溶态重金属含量，达到钝化土壤重金属活性和降低重金属在植物地上部的积累的效应，并能调节土壤的保水保肥能力，为植物根系生长创造良好的条件，增强植物的抗逆性能，进而起到改良土壤，改善农产品品质的作用。下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不局限于此。以下实施例中所用原料来源如下:
腐熟的花生麸:本实施例采用广东省农业科学院作物研究所花生综合实验厂的花生麸，由以下方法制备:先将花生麸捣碎，每公斤花生麸加3 g有机物料腐熟剂，然后称取I公斤自来水，一边淋水一边搅拌，搅拌均匀后密封，置于室外有阳光处，进行充分发酵；待花生麸长满白色菌丝后，表明花生麸已腐熟，将其取出于阴凉通风处风干，使其水分含量为3% 6%，储藏，备用。其主要养分含量如下:有机质82.1% 87.6%，氮6.1% 8.0%，P2O5
1.0% 1.9%, K2O 1.0% 1.55%，镉全量为 0.076 mg/kg。上述所用的有机物料腐熟剂为广东省农业科学院土壤肥料研究所生产的有机物料腐熟剂，产品登记证号为:微生物肥(2010)临字(1250)号。石灰:本实施例采用广西平南县丹竹镇新石灰厂生产的工业级白色粉末状熟石灰，Ca(OH)2 含量 >90% ;镉全量为 0.082 mg/kg.。腐植酸铵:本实施例采用新疆双龙腐植酸有限公司生产的黑色粉状腐植酸铵，腐植酸(干基计)含量彡45.0%，镉全量为0.065 mg/kg。实施例1培养试验
按照下列重量称取原料(kg):腐熟的花生麸1.0，石灰4.5，腐植酸铵4.5。将上述原料磨碎过60目筛，充分混合均匀得到钝化剂。钝化剂对镉的吸附效果试验:
按不同的钝化剂含量比例(O%、0.5%、1%、2.5%,5%,7.5%、10%)，分别称取钝化剂和土壤共4.000 g于50ml离心管中，先加入含0.1 mol/L NaNO3溶液作为支持电解质，再移取5 mL镉储备液，使离心管中镉的最终浓度为5 mg/L，于25°C下在往复振荡器上振荡4 h，静置24 h后离心、过滤，取上清液测定镉浓度，计算吸附率(土壤吸附重金属的量/溶液中的含量)。钝化剂对Cd2+的吸附效果如图1所示。随着钝化剂用量的增加，镉的吸附率逐渐增大。当钝化剂用量为土重的2.5%时，溶液中镉的吸附率由26.1%增加到70.8%，且此时吸附率的变化速率最大。之后， 钝化剂用量进一步增加，镉的吸附率的增加速率明显降低。钝化剂在不同培养时间下对镉活性的影响试验:采用室内培养的方法初步考察本发明的钝化剂对污染程度不同的两种自然镉污染菜地土壤镉活性的钝化效果。土壤理化性质如表I所示。其中土壤I偏酸性，镉含量较低，但镉活性较高；土壤2呈中性，镉含量较高，但镉活性相对较低。
权利要求
1.一种控制菜地Cd污染的钝化剂，其特征在于，包括以下质量份的物质:腐熟的花生麸9.3 14.0份，石灰41.3 53.7份，腐植酸铵36.7 50.0份。
2.根据权利要求1所述的钝化剂，其特征在于，包括以下质量份物质:腐熟的花生麸10份，石灰45 50份,腐植酸铵40 45份。
3.根据权利要求1所述的钝化剂，其特征在于，包括以下质量份物质:腐熟的花生麸10份，石灰45份，腐植酸铵45份。
4.根据权利要求1 3任一项所述的钝化剂，其特征在于，所述腐熟的花生麸含水量3.0% 6.0%,含有机质 82.1% 87.6%,含氮 6.1% 8.0%,含 P2O5 1.0% 1.9%,含 K2O1.0% 1.55%。
5.根据权利要求1 3任一项所述的钝化剂，其特征在于，所述腐熟的花生麸由以下方法制得:先将花生麸破碎，每公斤花生麸加2 4g有机物料腐熟剂，然后加入I 2倍质量的水，搅拌均匀后密封，室温下充分发酵；待花生麸长满白色菌丝后，将其风干，使其水分含量为3% 6%即可。
6.根据权利要求5所述的钝化剂，其特征在于，所述有机物料腐熟剂为广东省农业科学院土壤肥料研究所生产的有机物料腐熟剂。
7.权利要求1 3任一项所述钝化剂的制备方法,包括将腐熟的花生麸、石灰、腐植酸铵磨碎、过筛，充分混合均匀得到钝化剂。
8.权利要求1 6任一项所述的钝化剂在修复Cd污染菜地上的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，具体操作为:每亩地基施150 300kg的钝化剂，翻耕、淋水、平衡5 10天，即可进行播种或移栽。
全文摘要
本发明公开了一种控制菜地Cd污染的钝化剂及其使用方法。该钝化剂包括以下质量份的物质腐熟的花生麸9.3～14.0份，石灰41.3～53.7份，腐植酸铵36.7～50.0份。本发明的钝化剂使用方法在蔬菜种植前，将腐熟的花生麸、石灰、腐植酸铵磨碎过60目筛，充分混合均匀得到钝化剂，按照每亩150～300kg的重量将混合物全部基施，然后进行翻耕、耙匀，使钝化剂与污染土壤混合均匀，淋水，平衡5～10天即可进行播种或移栽。本发明钝化剂原料来源广泛，制备方法简单，能有效降低土壤中有效态镉的含量，阻控镉进入食物链，并可改善土壤不良理化性状，实现镉污染菜地的持续安全利用。
文档编号C09K101/00GK103146390SQ201310049789
公开日2013年6月12日 申请日期2013年2月7日 优先权日2013年2月7日
发明者杨少海 申请人:广东省农业科学院农业资源与环境研究所