一种维持酸性多金属污染土壤原位化学改良效果的方法技术

本发明专利技术属于重金属污染土壤的改良和修复治理技术领域，公开了一种利用土壤改良剂原位修复酸性多金属污染农田土壤，并在修复期间利用钙镁磷肥来维持土壤的改良效果的方法。该方法包括以下具体步骤：(1)将混合改良剂中的原料粉碎、过筛，制备成农业级的粉末状，分开存放，施用前混合均匀，然后将混合均匀后的改良剂与表层15cm的表层土壤混合均匀；(2)待土壤改良剂施加300～540d后，施加钙镁磷肥，与表层15cm的土壤充分混合均匀。本发明专利技术通过后期施加钙镁磷肥的方法维持改良剂的作用效果，而且原材料来源广泛、成本低廉、方法简单易行，适用于大面积受轻中度镉、铅、铜、锌污染的酸性农田土壤。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于重金属污染土壤的改良和修复治理
，特别涉及一种利用土壤改良剂原位修复酸性多金属污染农田土壤，并在修复期间利用钙镁磷肥来维持土壤的改良效果的方法。
技术介绍
随着我国城市化、工业化以及农业集约化进程的加快，土壤重金属污染已成为制约我国农业可持续发展的重要环境问题之一。2014年《中国环境状况公报》显示，我国耕地土壤点位超标率达19.4％，其中轻微、轻度、中度以及重度的污染比例分别达13.7％、2.8％、1.8％、1.1％，镉、砷、汞、铅、铬等为主要污染物。土壤重金属主要来源于污水灌溉、污泥施用、矿物开采和冶炼，其中金属矿物的开采和冶炼是造成土壤重金属污染的重要原因之一。土壤重金属污染具有长期性、滞后性、累积性等特点，通过多种途径进入食物链累积和放大，最终威胁人类健康。例如，Pb是人体中的非必要元素，过量摄入铅会对人体神经、骨骼、循环、内分泌和免疫系统造成危害。长期接触Cd，会有肺癌、骨折、肾功能紊乱、高血压等不良影响。因此，重金属污染土壤的修复是我国当前亟待解决的环境问题之一。土壤修复技术包括物理、化学、植物和微生物等，但各种修复技术都有各自的优缺点。原位化学改良技术是通过向污染土壤添加不同的改良剂，通过吸附、沉淀、络合反应，使土壤中重金属由溶解相转移到土壤固相，改变土壤重金属赋存形态，降低其生物有效性，从而达到减小重金属生物有效性和毒性的效果。目前，常用的改良剂有石灰、骨炭、沸石、磷酸钙、碳酸钙、硅酸盐和促进还原作用的有机物质等。化学改良对土壤环境破坏小、费用较低、易于操作，特别适合于我们大面积的中、低度重金属污染农田土壤的修复和治理。化学改良剂技术的关键在于选择经济、持久有效的改良剂。矿山周边土壤往往属于复合重金属污染，而且土壤的pH偏低。改良剂能够提高土壤pH，稳定土壤中的重金属。但目前研究的土壤改良剂普遍存在效果不理想，持续作用时间短等问题。例如，华南农业大学吴启堂课题组的大田试验发现，石灰的后效作用能维持1年半左右。因此，目前尚未有大规模生产应用的重金属污染土壤的改良剂。如何维持改良后土壤的pH值，保证改良剂的持续稳定效果，一直是土壤原位化学改良技术中的难题。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种维持酸性多金属污染土壤原位化学改良效果的方法。该方法不仅能维持改良后的金属矿山周边污染土壤的pH值，而且能维持改良剂对土壤中镉、铅、铜和锌的稳定效果，保证改良剂对土壤的持续作用。本专利技术的目的通过下述方案实现：一种维持酸性多金属污染土壤原位化学改良效果的方法，具体包括以下步骤：(1)土壤改良剂的施加：将混合改良剂中的原料粉碎、过筛，制备成农业级的粉末状，分开存放，施用前充分混合均匀，然后将混合均匀后的改良剂与表层15cm的表层土壤混合均匀；(2)待土壤改良剂施加300～540d后，施加钙镁磷肥，与表层15cm的土壤充分混合均匀。步骤(1)所述的改良剂为石灰石、沸石、磷矿粉的混合物，或者为石灰石、沸石、磷矿粉和蘑菇渣的混合物。所用改良剂的施用量为1100～1700kg/亩。优选的，当所述的改良剂为石灰石、沸石和磷矿粉的混合物时，石灰石、沸石和磷矿粉的质量比为(20～30):(30～40):(30～50)；当所述的改良剂为石灰石、沸石、磷矿粉和蘑菇渣的混合物时，石灰石、沸石、磷矿粉和蘑菇渣质量比为(15～20):(25～35):(20～25):(25～35)。所述的石灰石和沸石中不含重金属。步骤(1)中所述的过筛是指过100目的孔筛。步骤(2)中所用的钙镁磷肥的施加量为260kg/亩。本专利技术的机理为：钙镁磷肥能有效维持混合改良剂对酸性多金属污染土壤的改良效果。其反应机理比较复杂，大体分为三类:(1)溶解的磷酸根与重金属生成沉淀；(2)表面直接吸附重金属；(3)磷酸根诱导重金属吸附。同时，钙镁磷肥能够保持改良后的土壤pH值，抑制土壤重新酸化。因此，本专利技术采用混合改良剂改良酸性土壤，提高土壤pH值并初步达到改良效果后，采用后期单独施加钙镁磷肥的方法维持改良剂的作用效果。本专利技术相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：(1)钙镁磷肥的后期施加可以有效维持酸性土壤重金属污染的改良效果。钙镁磷肥可通过直接吸附、置换、沉淀等作用来进一步稳定土壤中重金属，保持土壤pH，有效维持改良剂的作用效果，同时提供植物生长所需的磷和Mg2+，促进植物生长。(2)本专利技术的原材料来源广泛、成本低廉、方法简单易行，适用于大面积受轻中度镉、铅、铜、锌污染的酸性农田土壤。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例采用的原料来源如下：沸石(宁波双龙余杭分公司)，石灰石(广州振威化工科技有限公司)，磷矿粉(云南易普生化肥有限公司)，蘑菇渣(广东旭能生物科技有限公司)；钙镁磷肥(广西西江化工有限公司，有效磷含量≥14％)。对比实施例1对比例1的试验在华南农业大学环境科学与工程系网室进行，盆栽试验土壤取自广东省韶关市翁源县新江镇上坝村的0～20cm农田土壤，其中重金属
Pb、Cd、Cu和Zn超过国家土壤环境质量标准(GB15618-1995)。每盆装土2.8kg，施加25.2g的混合改良剂，即施用量为9g/kg土，换算成田间用量(取土壤容重1.30g/cm3，表层高度0.15m)：1.30*0.15*667*9＝1170kg/亩，其中石灰石、沸石和磷矿粉的质量比为2:4:3。整个改良过程中未施氮肥。测定施加改良剂后的土壤pH值。发现未进行施肥的情况下，施加改良剂后80d和200d，土壤pH分别为6.00和6.01，无明显变化。说明未施加任何肥料时，土壤的改良效果在短期(200d)内不会有显著变化。对比实施例2本对比例试验前处理同对比例1，但在施加改良剂一年时间后追施氮肥，作为与钙镁磷肥的对比试验，氮肥采用尿素，施用量为0.84g，将尿素以1:200的比例溶于双蒸水加入盆栽中。测定施加改良剂后的土壤pH值，并测定了土壤中铜、镉、铅、锌的有效态含量。同时设置了未添加改良剂以及氮肥的对照(CK)，结果如表1所示：表1施加尿素后土壤pH值和重金属有效态含量(mg/kg土)从对比例2的试验结果可以看出，经过较长时间(500d)后，即使追加了氮肥，土壤pH值仍显著降低，土壤中重金属有效态含量显著提高，说明在改
良剂后追施氮肥(尿素)不能起到维持酸性多金属污染土壤改良效果的作用。实施例1本实施例试验在华南农业大学环境科学与工程系网室进行，盆栽土壤取自广东省韶关市翁源县新江镇上坝村的0～20cm农田土壤，其中重金属Pb、Cd、Cu和Zn超过国家土壤环境质量标准(GB15618-1995)。每盆装土2.8kg，施加36.4g混合改良剂，即施用量为13g/kg土，换算成田间用量(取土壤容重1.30g/cm3，表层高度0.15m)：1.30*0.15*667*13＝1690kg/亩。其中改良剂的组成为石灰石、沸石、磷矿粉和蘑菇渣，石灰石、沸石、磷矿粉和蘑菇渣的质量比为2:4:3:4。改良剂与土壤充分混匀后，加去离子水至田间持水量的60％，室温下充分平衡，并以油麦菜为供试植物进行盆栽实验，以通过测定植物中重金属含量，来进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种维持酸性多金属污染土壤原位化学改良效果的方法，其特征在于主要包括以下步骤：(1)土壤改良剂的施加：将土壤改良剂中的原料粉碎、过筛，制备成农业级的粉末状，分开存放，施用前混合均匀，再将混合均匀后的改良剂与表层15cm的表层土壤混合均匀；(2)待土壤改良剂施加300～540d后，施加钙镁磷肥，与表层15cm的土壤充分混合均匀。

【技术特征摘要】
1.一种维持酸性多金属污染土壤原位化学改良效果的方法，其特征在于主要包括以下步骤：(1)土壤改良剂的施加：将土壤改良剂中的原料粉碎、过筛，制备成农业级的粉末状，分开存放，施用前混合均匀，再将混合均匀后的改良剂与表层15cm的表层土壤混合均匀；(2)待土壤改良剂施加300～540d后，施加钙镁磷肥，与表层15cm的土壤充分混合均匀。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中所述的改良剂为石灰石、沸石、磷矿粉的混合物，或者为石灰石、沸石、磷矿粉和蘑菇渣的混合物。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：当步骤(1)中所述的改良剂为石灰石、沸石、磷矿粉的混...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙新宪，邹富桢，蔡轩，吴启堂，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44