本发明涉及一种专门针对被重金属污染的农田土壤的修复剂及修复方法。
背景技术：
近年来，耕地污染防治尤其是重金属污染修复日益受到关注。农田土壤重金属污染主要来自于大气沉降、含重金属的污水灌溉、含重金属农药与化肥的大量使用、污水处理厂污泥排放及垃圾渗滤液等。土壤中重金属的活性及生态毒性受土壤ph的影响较大，在南方酸性水稻区，如湖南、江西、湖北、四川、广西、云南、广东等地区，农田土壤重金属镉污染超标现象较为普遍，稻米镉超标明显。
据统计我国受污染的耕地面积近2000万公顷，约占耕地面积的1/5，每年因土壤污染而减少的粮食产量高达1000万吨，直接经济损失达100亿元，另外还有1200万吨粮食，其污染物超标两者的直接经济损失达多200亿元。同时，重金属污染物不能被化学或生物降解，易通过食物链在植物、动物和人体内积累，毒性大，对生态环境、食品安全和人体健康构成严重威胁。
目前，适用于农田土壤重金属污染修复的技术主要包括以下4种：(1)农艺调控技术，主要通过水分管理、肥料运筹、耕作及轮作、土壤ph调节等措施降低土壤中重金属有效性，降低其向农作物可食部位的迁移累积；(2)钝化修复技术，主要是通过添加环境友好型钝化材料，利用钝化材料表面及内孔的吸附、络合、沉淀、置换等作用，降低土壤中重金属离子的活性、迁移性及生物有效性；(3)植物修复技术，主要是利用筛选出的富集及超富集植物对土壤中重金属的吸收提取，降低土壤中重金属的含量；(4)植物叶面阻隔技术，主要是通过在农作物叶面喷施微量元素，抑制或拮抗农作物对土壤重金属元素的吸收累积。其中钝化修复技术具有修复速率快、效果好、稳定性强、价格适中、操作简单等优点，特别适用于大面积重金属污染农田土壤的修复治理，是目前国内研究最为活跃的农田土壤重金属污染修复技术。
申请号为cn201510818835.2的专利公开了一种同时钝化农田土壤中镉、铅、锌的重金属钝化剂及其制备方法，其中涉及一种同时钝化农田土壤中镉、铅、锌的重金属钝化剂，原料组分及其重量百分比组成如下：风化煤15～25％、煅烧粉15～30％、硫铁矿渣15～25％、活性炭10～15％、钙镁磷肥10～15％。该重金属钝化剂的制备方法为：先将风化煤、活性炭与煅烧粉、硫铁矿渣混合，搅拌均匀，再与钙镁磷肥混合，充分搅拌，混合均匀后，制得同时钝化农田土壤中镉、铅、锌的重金属钝化剂。申请号为cn201610631573.3的专利公开了一种用于修复农田重金属污染土壤的方法，方法步骤包括：(1)在重金属农田污染土壤中，将浅层污染土壤与未受重金属污染的深层土壤进行清挖，分开暂存；(2)将浅层污染土壤添加重金属钝化剂进行修复；(3)将步骤(2)修复后的达标土壤回填至原未受重金属污染的深层土壤的位置，并对回填土壤压实，然后再将未受重金属污染的深层土壤回填至达标土壤的上方；(4)对位于上方的未受重金属污染的深层土壤进行改良，以适合农作物的种植。以上方法及修复剂的制备均较复杂。
随着对农田土壤重金属污染认识的深入以及对环境保护和人类健康要求的提高，对农田土壤修复也就提出了更高的要求。单一修复技术很难对复合污染进行理想的修复，因此如何将各种修复技术进行合理的结合，真正在土壤污染修复方面取得突破性进展，成为未来的发展趋势。
硫化碱渣为利用原料煤和芒硝(硫酸钠)生产硫化钠时产生的废渣，主要成分为硫化钠、二氧化硅、硫酸钠、硫酸钙、硫酸镁及未燃烧的碳。硫化碱渣是极强碱，其堆放之处寸草不生。该废渣的产量约占硫化钠产量的14％左右，产量大，处理难度大，废弃物堆积造成很大的环境压力。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种专门针对被重金属污染的农田土壤的修复剂，该修复剂制备和使用简单，修复效果好，成本低。
本发明同时解决一种重金属污染农田土壤的修复方法，该方法简单、修复效果好且同时可解决硫化碱渣处理问题。
本发明为解决上述问题，采取的一种技术方案如下：
一种农田重金属污染土壤修复剂，按重量份计，所述修复剂的原料配方包括硫化碱渣与酵母浸出物，所述硫化碱渣与酵母浸出物的质量比为2～10：1。
优选地，所述的硫化碱渣与酵母浸出物的重量比为3～6:1。
进一步地，所述的硫化碱渣为用煤和芒硝生产硫化钠过程中产生的废渣，其ph为8～9。
优选地，所述硫化碱渣的含水率为5wt％～15wt％。
进一步地，所述酵母浸出物为酵母浸粉和/或酵母浸膏。
进一步地，所述修复剂为由所述原料按配方比例混匀，研磨过筛得到的颗粒物。
本发明还提供一种重金属污染农田土壤的原位修复方法，其包括以下步骤：
(1)污染农田土壤翻耕；
(2)向污染农田土壤中施撒如上所述的农田重金属污染土壤修复剂；
(3)步骤(2)结束后进行养护。
优选地，所述步骤(1)在播种前进行。更优选地，在播种前60～90天进行。
根据本发明的一个具体方面，进行步骤(1)土壤翻耕的同时向污染农田土壤中施撒所述农田重金属污染土壤修复剂。
优选地，所述重金属土壤修复剂的使用量为80～120kg/亩。
根据本发明，所述的养护是指使土壤维持在某一状态下一段时间。通常除常规条件(温度、水含量或氧气含量)控制外，不进行其他操作。
优选地，步骤(3)养护时，使农田处于淹水状态。
优选地，养护时间为60～90天。
优选地，使养护在环境温度25℃以上进行。
根据本发明的农田重金属污染土壤修复剂同时还是一种土壤ph调节剂。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明充分利用硫化碱渣、酵母浸粉以及农田土壤尤其是水稻田土壤的特性，通过将硫化碱渣、酵母浸粉按特定比例复配而成的修复剂应用于农田土壤的原位修复，一方面，极大地降低重金属的迁移性和生态毒性；另一方面，有效减小了硫化碱渣对环境的压力，实现废弃资源化利用。本发明的修复方法为化学与微生物修复技术的结合，施工技术简单，成本低廉，是一种高效、经济的农田重金属污染土壤的修复方法。
具体实施方式
已知，酵母浸出物(酵母浸膏和酵母浸粉)富含蛋白质、氨基酸、肽、多肽、核酸、维生素及微量元素等营养成分，现有技术中被广泛的应用于微生物培养行业。在土壤污染处理领域，酵母浸出物常常是作为微量元素添加在培养基中来使用。
本发明将酵母浸出物与硫化碱渣进行有机组合用于重金属污染农田土壤的原位修复。其中酵母浸出物中含有的大量的生长因子、氨基酸等物质，在提供氮源的同时能够很大程度上促进农田土壤尤其是水稻田土壤中含有的大量的硫酸盐还原菌的生长及代谢。硫化碱渣的主要成分为硫化钠、二氧化硅、硫酸钠、硫酸钙、硫酸镁及未燃烧的碳，其中含有大量的硫酸根离子。在酵母浸粉和硫化碱渣的共同作用下促使硫酸盐还原菌在微氧的条件下利用硫酸根作为电子受体将硫酸根还原成硫离子，硫离子与土壤中重金属结合生成溶解性低的化合物，而硫化碱渣中的二氧化硅等物质也与重金属反应生成稳定的化合物。同时该土壤修复剂还能够调节土壤ph，进一步降低重金属的毒性。本技术实现了化学与微生物修复技术的结合，能够极大地降低重金属的迁移性和生态毒性。
本发明充分利用污染土壤中的硫酸盐还原菌，为其提供生长所需营养物质及生存条件，利用硫酸盐还原菌的生长代谢产物进行土壤中重金属的固化稳定化。在达到重金属修复目的的同时实现了废弃物资源化利用，减小了硫化碱渣对环境的压力。本修复方法为化学与微生物修复技术的结合，施工技术简单，成本低廉，是一种高效、经济的农田重金属污染土壤的修复方法。
以下结合具体的实施例对本发明做进一步详细说明，实施例中未注明的条件为本领域常规的条件。在述及物质的用量或投加量时，除非特别说明，均指重量。以下实施例中硫化碱渣ph＝8.23，含水率为12％，修复剂研磨过100目筛。土壤修复剂均在对土壤翻耕的同时添加。
实施例1
一种农田重金属污染土壤修复剂，通过以下方法制备得到：取100份硫化碱渣与20份酵母浸粉混合均匀，研磨过100目筛，得到重金属污染土壤修复剂。
以100kg/亩的添加量添加至重金属污染农田土壤中，淹水养护80天，养护期间环境温度为28～37℃。
对比例1
一种农田重金属污染土壤修复剂，通过以下方法制备得到：取40份硫化碱渣与60份酵母浸粉混合均匀，研磨过100目筛，得到重金属污染土壤修复剂。
以100kg/亩的添加量添加至重金属污染农田土壤中，淹水养护80天，养护期间环境温度为28～37℃。
实施例2
一种农田重金属污染土壤修复剂，通过以下方法制备得到：取80份硫化碱渣与20份酵母浸粉混合均匀，研磨过100目筛，得到重金属污染土壤修复剂。
以100kg/亩的添加量添加至重金属污染农田土壤中，淹水养护80天，养护期间环境温度为28～37℃。
实施例3
一种农田重金属污染土壤修复剂，通过以下方法制备得到：取80份硫化碱渣与20份酵母浸粉混合均匀，研磨过100目筛，得到重金属污染土壤修复剂。
以50kg/亩的添加量添加至重金属污染农田土壤中，淹水养护80天，养护期间环境温度为28～37℃。
实施例4
一种农田重金属污染土壤修复剂，通过以下方法制备得到：取60份硫化碱渣与10份酵母浸粉混合均匀，研磨过100目筛，得到重金属污染土壤修复剂。
以100kg/亩的添加量添加至重金属污染农田土壤中，淹水养护65天，养护期间环境温度为28～37℃。
实施例5
一种农田重金属污染土壤修复剂，通过以下方法制备得到：取60份硫化碱渣与10份酵母浸粉混合均匀，研磨过100目筛，得到重金属污染土壤修复剂。
以100kg/亩的添加量添加至重金属污染农田土壤中，淹水养护30天，养护期间环境温度为28～37℃。
实施例6
一种农田重金属污染土壤修复剂，通过以下方法制备得到：取60份硫化碱渣与20份酵母浸粉混合均匀，研磨过100目筛，得到重金属污染土壤修复剂。
以100kg/亩的添加量添加至重金属污染农田土壤中，淹水养护90天，养护期间环境温度为28～37℃。
实施例7
一种农田重金属污染土壤修复剂，通过以下方法制备得到：取60份硫化碱渣与20份酵母浸粉混合均匀，研磨过100目筛，得到重金属污染土壤修复剂。
以100kg/亩的添加量添加至重金属污染农田土壤中，淹水养护90天，养护期间环境温度为12～20℃。
对比例2
向重金属污染农田土壤中添加100kg/亩酵母浸粉，淹水养护90天，养护期间环境温度为28～37℃。
对比例3
向重金属污染农田土壤中添加100kg/亩硫化碱渣，淹水养护90天，养护期间环境温度为28～37℃。
实验同时设置不添加修复剂的空白对照实验组ck。实施例中所述的重金属浓度均经dtpa提取法提取的重金属有效态浓度。检测数据见表1。
表1有效态重金属检测数据
单位：mg/kg
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。