本发明涉及土壤改良和环境保护
技术领域：
，特别涉及一种能降低土壤重金属有效态的含量、改善土壤理化性质且提高土壤肥力的用于重金属污染农田土壤修复的钝化剂及其制备和应用。
背景技术：
土壤是一切农业活动的基础，其污染程度直接影响农业的发展和农产品的质量安全。随着工业化和城市化的不断推进，各种有害物质会通过大气沉降、工业排放和农药化肥施用等途径进入农田土壤，严重影响农田土壤环境质量。目前，世界各国土壤存在不同程度的污染，全世界平均每年排放hg约1.5×104t、cu约340万t、pb约500万t、mn约1500万t、ni约100万t。在欧洲，受重金属污染的农田有数百万hm2；在日本受cd、cu、as等污染的农田面积为7224hm2；当前我国受cd、hg、as、cr、pb污染的耕地面积约2000×104hm2，每年因重金属污染而损失的粮食约1000×104t，受污染粮食多达1200×104t，经济损失至少达200亿元。近几年不断产生的农产品质量安全事件，如镉大米事件，也提高了国家对农产品质量安全和土壤重金属污染问题的重视程度。目前，世界各国均十分重视农田土壤重金属污染的修复，研究出了包括深耕、客土、淋洗、环境调理、拮抗、生物修复、氧化还原和化学钝化等方法。然而，现有的方法均有一定的局限性，例如，深耕法只是将重金属污染分散至土中，并未真正去除重金属；客土法的工程量巨大，成本极高，且可能会产生二次污染；氧化还原法添加的化学药剂可能会对土壤产生二次污染。综合经济和效果考虑，目前较为主流的农田土壤重金属污染的修复方法是钝化法。钝化药剂种类繁多，常用的药剂为无机钝化剂和有机钝化剂，无机钝化剂一般为沸石、石灰、磷酸盐、黏土矿物和电厂炉渣等物质，有机钝化剂一般为绿肥、腐殖酸和生物炭等物质，其原理为改变重金属的形态，降低有效态含量，以降低其对农产品的影响。中国专利cn106010562a公开了一种以铁粉、海泡石、石灰、鸡粪和壳聚糖为原料的土壤重金属钝化剂；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的农田土壤重金属钝化剂；中国专利cn104031651a公开了一种以粉煤灰、纳米铁粉、沸石、麦饭石、钙镁磷肥、羟丙基改性sio2/壳聚糖纳米颗粒和孔隙球状纤维素为原料的土壤重金属钝化剂；中国专利cn101722178a公开了一种以栽培、覆土和撒播苔藓为主要过程的植被联合修复重金属的方法。上述改良剂或修复方法虽然在重金属污染土壤修复方面有各自的优势，但仍存在以下问题：（1）部分改良剂以无机组分为主，如在有机物含量较低的土壤中施用，可能会出现板结情况；（2）部分改良剂含有重金属，会造成土壤的二次污染；（3）改良剂原料成分多，制备工艺较复杂，提高了成本。因此，针对目前已有的农田重金属污染修复技术存在的制备工艺复杂、高成本、破坏土壤等问题，提出一种较为简单高效的修复方式，这将会对实际生产产生极其重大的意义。技术实现要素：为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种优化的用于重金属污染农田土壤修复的钝化剂及其制备和应用，具有钝化效果好、施用简单、环境友好型等优点。本发明所采用的技术方案是，一种用于重金属污染农田土壤修复的钝化剂，所述钝化剂由以下质量百分比的原料组成：生物炭60%-70%、草木灰20%-30%和海泡石粉10%-20%。优选地，所述生物炭为由玉米秸秆烧制而成的高碳、高氮且含有官能团的秸秆黑炭。优选地，所述制备方法包括以下步骤：步骤1.1：烧制秸秆黑炭；步骤1.2：将草木灰和海泡石粉过筛；步骤1.3：称取一定质量配比的秸秆黑炭、草木灰和海泡石粉；步骤1.4：混合，制得钝化剂。优选地，所述秸秆黑炭的烧制包括以下步骤：步骤2.1：将玉米秸秆烘干、粉碎，得到玉米秸秆粉末；步骤2.2：将玉米秸秆粉末过筛后混合均匀，放入不锈钢罐中；步骤2.3：将装有玉米秸秆粉末的不锈钢罐置于马弗炉中，以500℃热解2h；步骤2.4：将热解后的半成品过筛，制得秸秆黑炭。优选地，所述步骤2.2中，玉米秸秆粉末过0.2mm的筛后混合均匀。优选地，所述步骤2.4中，热解后的半成品过0.2mm的筛，制得秸秆黑炭。优选地，所述步骤1.2中，草木灰和海泡石粉均过0.5mm的筛。一种采用所述的用于重金属污染农田土壤修复的钝化剂的应用，所述应用包括以下步骤：步骤3.1：对修复区地表进行清理；步骤3.2：将所述钝化剂均匀撒施至土壤表面；步骤3.3：利用旋耕机翻耕土壤至少2遍，翻耕深度为20cm，确保钝化剂与重金属污染农田土壤充分混合。优选地，所述步骤3.2中，钝化剂的添加量为所翻耕土壤质量的1%-3%。优选地，所述步骤3.2中，撒施钝化剂时，风力小于3级。本发明中，生物炭是生物体不完全燃烧产生的一种非纯净碳的混合物，它含有60%以上的碳，生物炭因碳组分的高度芳香化而具有生物化学和热稳定性。当前使用的生物炭是指各种作物秸秆及生活垃圾在无氧条件下高温热解后的固态产物的统称，主要为纤维素、羰基、酸及酸的衍生物、呋喃、吡喃以及脱水糖、苯酚、烷属烃及烯属烃类的衍生物等成分的混合物，固碳减排方面得到广泛应用。本发明中，草木灰是植物燃烧后的残余物，凡植物所含的矿质元素，草木灰中几乎都含有。本发明中，海泡石是一种链状结构的含水硅酸镁黏土矿物，收缩率低，可塑性好，比表面大，吸附性强，具有脱色、隔热、绝缘、抗腐蚀、抗辐射及热稳定等性能。本发明提供了一种优化的用于重金属污染农田土壤修复的钝化剂及其制备和应用，与现有技术相比，本发明的优点在于：（1）本发明的钝化剂包括质量配比为60%-70%的秸秆黑炭、20%-30%的草木灰和10%-20%的海泡石粉，其中，秸秆黑炭具有大量微孔结构，海泡石具有较大的比表面积，使本改良剂具有较大吸附性；秸秆黑炭含有大量羟基、羧基、酯基等活性官能团，可通过螯合等作用降低重金属有效态含量；而草木灰的有效成分为碳酸盐，可以改变土壤重金属形态，降低重金属有效态的含量，各成分共同配合作用下降低农田土壤中重金属有效态含量；（2）本发明的钝化剂可以提高土壤肥力，提供充足的碳、氮源，在一定程度上提高作物产量，而且能改善农田土壤的物理、化学性质，不会造成土壤板结，具有环境友好性，特别适用于轻、中度重金属污染的农田土壤；（3）本发明的钝化剂修复污染土壤的方法属于原位修复，不影响耕种和农业生产，原料易得，来源广泛，具有广阔的应用前景。具体实施方式下面结合实施例对本发明做进一步的详细描述，需要注意的是，本发明不限于以下实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。实施例1选取浙江省杭州市富阳区某化工厂附近的污染地块，试验面积400平米，土壤ph值为6.97，土壤中有效态镉浓度1.2mg/kg，有效态铅137mg/kg，有效态砷43.1mg/kg，有效态铜316.4mg/kg。以质量配比为60%的秸秆黑炭，20%的草木灰和20%的海泡石粉在上述制备方法下，复配为用于修复重金属污染农田土壤的钝化剂，以3%的质量比均匀撒至土壤表面，利用旋耕机翻耕土壤至少2遍，翻耕深度为20cm，使上述钝化剂与土壤充分混合，灌水3天后种植水稻。试验过程中实施例1地块土壤中重金属的有效态含量变化及钝化率见表1。表1：实施例1地块土壤中重金属有效态含量变化及钝化率重金属cdpbascu修复前（mg/kg）1.2813743.1316.4修复后（mg/kg）0.4452.930.2197.2钝化率（%）65.661.430.037.7实施例2选取浙江省杭州市富阳区某化工厂附近的污染地块，试验面积400平米，土壤性状ph值为6.90，土壤中有效态镉浓度1.2mg/kg，有效态铅128.5mg/kg，有效态砷39.5mg/kg，有效态铜320.4mg/kg。以质量配比为60%的秸秆黑炭，25%的草木灰和15%的海泡石粉在上述制备方法下，复配为用于修复重金属污染农田土壤的钝化剂，以3%的质量比均匀撒至土壤表面，利用旋耕机翻耕土壤至少2遍，翻耕深度为20cm，使上述钝化剂与土壤充分混合，灌水3天后种植水稻。试验过程中实施例2地块土壤中重金属的有效态含量变化及钝化率见表2。表2：实施例2地块土壤中重金属有效态含量变化及钝化率重金属cdpbascu修复前（mg/kg）1.23128.539.5320.4修复后（mg/kg）0.5154.420.6224.6钝化率（%）58.557.731.429.9实施例3选取浙江省杭州市富阳区某化工厂附近的污染地块，试验面积400平米，土壤性状ph值为6.93，土壤中有效态镉浓度1.3mg/kg，有效态铅162.4mg/kg，有效态砷46.3mg/kg，有效态铜315.7mg/kg。以质量配比为60%的秸秆黑炭，30%的草木灰和10%的海泡石粉在上述制备方法下，复配为用于修复重金属污染农田土壤的钝化剂，以3%的质量比均匀撒至土壤表面，利用旋耕机翻耕土壤至少2遍，翻耕深度为20cm，使上述钝化剂与土壤充分混合，灌水3天后种植水稻。试验过程中实施例3地块土壤中重金属的有效态含量变化及钝化率见表3。表3：实施例3地块土壤中重金属有效态含量变化及钝化率重金属cdpbascu修复前（mg/kg）1.30162.446.3315.7修复后（mg/kg）0.5467.731.2227.9钝化率（%）58.558.332.627.8实施例4选取浙江省杭州市富阳区某化工厂附近的污染地块，试验面积300平米，土壤性状ph值为6.94，土壤中有效态镉浓度1.2mg/kg，有效态铅137mg/kg，有效态砷43.1mg/kg，有效态铜316.4mg/kg。以质量配比为65%的秸秆黑炭，25%的草木灰和10%的海泡石粉在上述制备方法下，复配为用于修复重金属污染农田土壤的钝化剂，以2%的质量比均匀撒至土壤表面，利用旋耕机翻耕土壤至少2遍，翻耕深度为20cm，使上述钝化剂与土壤充分混合，灌水3天后种植水稻。试验过程中实施例4地块土壤中重金属的有效态含量变化及钝化率见表4。表4：实施例4地块土壤中重金属有效态含量变化及钝化率重金属cdpbascu修复前（mg/kg）1.26140.542.8322.9修复后（mg/kg）0.4361.330.1219.2钝化率（%）65.956.429.732.1实施例5选取浙江省杭州市富阳区某化工厂附近的污染地块，试验面积300平米，土壤性状ph值为7.02，土壤中有效态镉浓度1.2mg/kg，有效态铅137mg/kg，有效态砷43.1mg/kg，有效态铜316.4mg/kg。以质量配比为70%的秸秆黑炭，20%的草木灰和10%的海泡石粉在上述制备方法下，复配为用于修复重金属污染农田土壤的钝化剂，以1%的质量比均匀撒至土壤表面，利用旋耕机翻耕土壤至少2遍，翻耕深度为20cm，使上述钝化剂与土壤充分混合，然后3天内灌水一次后种植水稻。试验过程中实施例5地块土壤中重金属的有效态含量变化及钝化率见表5。表5：实施例5地块土壤中重金属有效态含量变化及钝化率重金属cdpbascu修复前（mg/kg）1.30144.941.7319.7修复后（mg/kg）0.4258.227.8210.4钝化率（%）67.759.833.434.2对比实施例选取浙江省杭州市富阳区某化工厂附近的污染地块，试验面积300平米，土壤性状ph值为7.02，土壤中有效态镉浓度1.2mg/kg，有效态铅140.7mg/kg，有效态砷40mg/kg，有效态铜325.6mg/kg。不进行修复种植水稻。试验过程中对比实施例地块土壤中重金属的有效态含量变化及钝化率见表6。表6：对比实施例地块土壤中重金属有效态含量变化及钝化率重金属cdpbascu修复前（mg/kg）1.20140.740325.6修复后（mg/kg）1.16137.339.3319.7钝化率（%）3.02.41.81.8当前第1页12