本发明涉及一种用于治理镉污染土壤的钝化剂技术领域，特别是涉及一种能降低酸性土壤镉有效态含量及促进作物生长的硅酸盐钝化剂及其使用方法与应用。
背景技术：
镉(cd)是国家重点监控与排放的五种土壤重金属污染物之一，具有较强的生物毒性、不可逆和不能被降解的特性。调查显示，我国受镉污染土壤面积高达1000万ha。镉主要通过金属冶炼、污水灌溉以及化肥农药大量使用等途径进入土壤，在农田土壤中不仅导致土壤肥力下降和作物减产，还通过食物链途径富集在生物体内，对人类健康构成严重威胁。
化学钝化法是一种常用的土壤重金属污染治理技术，该方法主要通过向土壤添加合适钝化剂，使其与重金属离子之间发生吸附、沉淀、络合、离子交换等一系列反应，改变重金属在土壤中的赋存形态，减小重金属吸收和毒性效果，具有操作简单，成本低，适于大规模应用的特点。
常用的钝化剂有磷酸盐、碳酸盐、硅酸盐等，硅酸盐钝化剂与前两者相比具有来源广泛、不改变土壤理化性质和不引入二次污染等优点。硅肥和黏土矿物是常用的硅酸盐钝化剂，硅肥如钢渣硅肥、炼铁炉渣硅肥等具有较高含量的有效硅，既用于钝化土壤重金属又可增加土壤有效硅含量，具有枸溶、缓释、促进作物生长等优点，但由于在结构方面存在缺陷，吸附性能和离子交换能力受到影响，其在镉污染农田上的应用受到限制。黏土矿物较多用于土壤重金属污染治理，含有硅元素以稳定形态存在于矿物中难以被植物体吸收利用，功能单一，大量硅没有得到充分利用。据调查，我国约60％耕地属缺硅土壤，长江流域超过70％土壤缺硅，黄淮流域及辽东半岛约50％土壤缺硅，而且目前缺硅土壤面积逐年增加。
根据我国农田土壤重金属污染与缺硅的现状，将土壤重金属污染修复与农作物增产相结合，开发对土壤重金属具备吸附、沉淀与生物抑制功能且有利于农作物生长的多功能硅酸盐土壤重金属钝化剂具有重要意义。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种多功能土壤镉金属钝化剂的制备方法与应用，其原料来源广、制备工艺简单、施用量少，对土壤重金属具备吸附、沉淀与生物抑制功能，有利于农作物生长，可有效解决我国土壤缺硅与镉污染的技术难题。
及其在钝化镉污染农田土壤中的应用，
为达到上述目的，本发明采用如下所述技术方案：
一种多功能土壤镉金属钝化剂的制备方法与应用，所述多功能硅酸盐钝化剂其原料组分包含麦饭石、氢氧化钠、碳酸钠，三者质量比例为1：(0.1～0.15)：(0.3～0.35)。
上述多功能硅酸盐钝化剂的制备方法，包括以下步骤：
1)先将麦饭石粉、氢氧化钠、碳酸钠按照质量比例为1：(0.1～0.15)：(0.3～0.35)进行混合，搅拌均匀，在700℃～750℃条件下热处理1～1.5h，取出后冷却研磨；
2)将钝化剂按照固液比1：50加入水溶液，用0.5mol/l稀盐酸调节ph至7～8，70℃～80℃条件下烘干后研磨，制得多功能硅酸盐重金属钝化剂。
上述多功能硅酸盐钝化剂的制备方法，步骤1)中，所述麦饭石粉为中华麦饭石粉，产自内蒙古通辽市，颗粒尺寸小于0.1mm；多功能硅酸盐钝化剂中有效硅含量为30.0％～35.0％。
上述多功能硅酸盐钝化剂的使用方法，将多功能硅酸盐钝化剂在种植前作为基肥施入污染土壤，施加量为3～5g/kg污染土壤，待蔬菜作物苗圃长出5～10cm时追施钝化剂，施加量为1g/kg污染土壤。
上述多功能硅酸盐钝化剂的使用方法，所述污染土壤为偏酸性的中轻度镉污染农田土壤，所述农田土壤中有效态镉浓度为3～5mg/kg，土壤ph值为5.5～6.0。
上述多功能土壤镉金属钝化剂的应用，是将该多功能土壤重金属钝化剂应用于偏酸性的中轻度镉污染农田土壤中；所述所述农田土壤中有效态镉浓度为3～5mg/kg，土壤ph值为5.5～6.0，修复后土壤ph值为5.90～6.97，与对照相比，修复后土壤有效态镉含量降低16.63％～31.20％。
本发明的多功能土壤镉金属钝化剂具有如下优点和有益效果：
1)本发明用于农田土壤镉污染的多功能硅酸盐钝化剂，原料来源广泛、经济高效、无污染并可改良酸性土壤，是一种环境友好型硅酸盐钝化剂；
2)本发明具有较高有效硅含量，可同时代替硅肥和钝化剂施入污染土壤，促进作物增产并可钝化土壤重金属，降低施用成本；
3)本发明采用天然矿物为原料，硅元素利用率高，制备工艺简单，施用方便，具有缓释、高效等特点，适于大规模推广应用。
具体实施方式
为更好的理解本发明，下面通过具体较佳实施例结合效果试验例内容，进一步阐述本发明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实例。
本发明公开了一种多功能土壤镉金属钝化剂的制备方法与应用，所述钝化剂的主要原料为麦饭石、氢氧化钠、碳酸钠，其中，麦饭石、氢氧化钠、碳酸钠的质量比例为1：(0.1～0.15)：(0.3～0.35)。
本发明中，麦饭石为中华麦饭石，产自内蒙古通辽市，颗粒尺寸小于0.1mm，所用氢氧化钠、碳酸钠均为工业纯，不包含结晶水。
本发明所述土壤镉金属钝化剂的有效硅含量高达30.0％～35.0％，可补充土壤硅源并吸附钝化土壤重金属镉，降低植物可利用性镉含量；有效硅被植物吸收后不仅能增加生物质，还可促使植株分泌抗氧化酶等激素降低植株对重金属的吸收率和重金属在植物体内的迁移转化率，缓解重金属对植物体的毒害作用。
本发明可用于治理镉污染为中轻度的偏酸性农田土壤，具有配方工艺简单、经济高效、无二次污染，施用方便等特点，适于大规模推广应用。
以下百分含量均为质量百分含量。
实施例1
一种多功能土壤镉金属钝化剂的制备方法，采用以下工艺步骤：
1)先将麦饭石粉(粒径小于0.1mm)、氢氧化钠、碳酸钠按照重量比例为1：0.1：0.3进行混合，搅拌均匀，在700℃条件下热处理1h，取出后冷却研磨；
2)将钝化剂按照固液比1：50加入水溶液，用0.5mol/l稀盐酸调节ph至7～8，70℃～80℃条件下烘干后研磨，制备得到多功能硅酸盐重金属钝化剂。该多功能硅酸盐钝化剂中有效硅含量为30.0％。
实施例2
一种多功能土壤镉金属钝化剂的制备方法，采用以下工艺步骤：
1)先将麦饭石粉(粒径小于0.1mm)、氢氧化钠、碳酸钠按照重量比例为1：0.15：0.35进行混合，搅拌均匀，在750℃条件下热处理1.5h，取出后冷却研磨；
2)将钝化剂按照固液比1：50加入水溶液，用0.5mol/l稀盐酸调节ph至7～8，70℃～80℃条件下烘干后研磨，制备得到多功能硅酸盐重金属钝化剂。该多功能硅酸盐钝化剂中有效硅含量为35.0％左右。
实施例3
一种多功能土壤镉金属钝化剂的制备方法，采用以下工艺步骤：
1)先将麦饭石粉(粒径小于0.1mm)、氢氧化钠、碳酸钠按照重量比例为1：0.12：0.32进行混合，搅拌均匀，在730℃条件下热处理1.2h，取出后冷却研磨；
2)将钝化剂按照固液比1：50加入水溶液，用0.5mol/l稀盐酸调节ph至7～8，70℃～80℃条件下烘干后研磨，制备得到多功能硅酸盐重金属钝化剂。该多功能硅酸盐钝化剂中有效硅含量为33.0％左右。
以下为效果试验例的内容。
效果试验例1
采自广东省广州市天河区岑村附近某菜地表层土壤(0～25cm)，自然风干，去除杂物，研磨后过2mm筛网备用。
土壤ph值为5.71(水：土＝2.5：1)，有机质含量13.2g/kg-1，全氮0.78g/kg-1，有效磷39.0mg/kg-1，速效钾127mg/kg-1，全镉含量为0.25mg/kg-1。
通过添加cd(no3)2·4h2o溶液使土壤镉浓度至3mg·kg-1，搅拌均匀，待土壤风干后按照5kg/盆的比例分装于规格为300*140*120mm的花盆中，搅拌均匀，每三天添加一次水，保持含水量为田间最大持水量的70％，然后自然条件下放置备用。
镉污染土壤制备好后，在第十天向实验组分别添加多功能硅酸盐钝化剂施加量为3g/kg污染土壤，出苗(采用黑叶小白菜)15天后追加钝化剂1g/kg污染土壤。试验工设置5组平行样，种植35天后收割小白菜，洗净后待测。
通过测试小白菜的生长参数及土壤的修复情形，如下表1所示：
表1效果实例1结果
由上述表1的结果可知：经处理后土壤cd的有效态可由93.3％降低至64.21％，降低幅度最高可达31.20％。此外，小白菜每株平均增重最高可达107.37％；小白菜cd含量(鲜重)含量可由未添加时的0.09mg/kg，降低至0.03mg/kg，降低幅度可达64.29％，经处理后小白菜地上部分cd含量达到了食品安全国家标准(gb2762-2012)。
效果试验例2
选取某冶炼厂附近土壤作为实验土壤，经测定土壤中总镉含量约5mg/kg-1，有效态比例为35％，待土壤风干后按照5kg/盆的比例分装于规格为300*140*120mm的花盆中，搅拌均匀，每三天添加一次水，保持含水量为田间最大持水量的70％，然后自然条件下放置备用。在第十天向实验组分别添加多功能硅酸盐钝化剂施加量为5g/kg污染土壤，出苗(采用黑叶小白菜)15天后追加钝化剂1g/kg污染土壤。试验工设置5组平行样，种植35天后收割小白菜，洗净后待测。
表2效果实例2结果
由表2可以看出，经处理后土壤cd的有效态降低幅度最低达到16.64％，小白菜每株平均增重最低为77.80％；小白菜cd含量(鲜重)含量可由未添加时的0.09mg/kg，降低至0.05mg/kg，降低幅度最低为12.57％，经处理后小白菜地上部分cd含量达到了食品安全国家标准(gb2762-2012)。
通过效果试验例1及效果试验例2的比较对照说明，本发明的多功能土壤钝化剂是以麦饭石为原料，通过添加活化剂制备高有效硅含量的多功能土壤重金属钝化剂，可实现钝化土壤重金属与促进作物生长的双重效果。
本发明的多功能型硅酸盐钝化剂，制备工艺简单，原料来源广泛并且不引入二次污染，可实现高效经济的目的，为土壤重金属钝化剂的发展提供可鉴经验。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。