本发明专利技术公开了一种增加团聚体且降低镉有效性的土壤改良剂及其使用方法。该改良剂按重量份包括：骨炭粉，40‑60重量份；蚯蚓粪便粉，30‑50重量份；石灰石粉，8‑12重量份。本发明专利技术改良剂T1可以使土壤中0.2‑2.0mm的团聚体含量在3‑7个月时间内增加19.6％‑30.1％；可使小麦籽粒Cd含量降低57.2％‑70.1％，烟叶Cd含量降低58.0％‑65.5％；可使土壤中有效态Cd(DPTA‑Cd)含量降低54.8％‑63.6％。本发明专利技术利用所制备的土壤有机‑无机复合改良剂对由于长期施肥等导致的物理结构退化土壤的生态恢复与重金属Cd污染土壤的修复具有重要意义。
Soil amendment and its use for increasing aggregate and reducing cadmium availability
The invention discloses a soil conditioner which increases aggregate and reduces the effectiveness of cadmium and a method for using the same. The modifier by weight includes: bone charcoal powder, 40 60 weight parts; earthworm manure powder, 30 50 weight parts; limestone powder, 8 12 weight parts. The improver T1 of the invention can increase the aggregate content of 0.2 2.0 mm in soil by 19.6%30.1% in 3 7 months, reduce the Cd content of wheat grain by 57.2%70.1%, reduce the Cd content of tobacco leaves by 58.0%65.5%, and reduce the content of effective Cd (DPTA_Cd) by 54.8%63.6%. The soil organic-inorganic composite improver prepared by the invention has important significance for the ecological restoration of degraded soil caused by long-term fertilization and the remediation of heavy metal Cd contaminated soil.
【技术实现步骤摘要】
增加团聚体且降低镉有效性的土壤改良剂及其使用方法
本专利技术属于退化土壤的生态恢复与重金属污染土壤修复
，具体涉及一种增加团聚体且降低镉有效性的土壤改良剂及其使用方法，该改良剂能够快速增加土壤中水稳性团聚体含量、降低土壤中Cd有效性和作物对Cd的吸收。
技术介绍
土壤团聚体指土壤矿物质、有机质与微生物体微粒(单粒或复粒)通过各种自然过程的作用胶结而形成的一定大小(直径<10mm)的土壤结构单位。土壤团聚体是土壤肥力的物质基础，其组成与有机质含量是表征土壤结构状况(土壤孔隙、土壤酶活性)与肥力水平(土壤有机质与植物养分元素含量等)的主要指标，然而，近30年来，由于我国耕地的高强度集约化生产，大量的化肥投入品及高强度作物连作导致土壤酸化和土壤物理结构严重退化；与此同时，工业“三废”、污水灌溉及农业投入品等导致农田土壤大面积重金属污染，而土壤结构的退化导致土壤本身的缓冲功能丧失，加剧了土壤中重金属的环境风险。针对由土壤物理性结构及重金属污染带来的土壤退化问题，近20多年来国内外进行了不同的土壤改良与修复领域的基础与应用技术研究。在土壤结构改良研究中，传统的方法包括采取休耕、晒垡与冻垡及增施有机肥等来增加土壤中水稳性团聚体，从而改善土壤结构，但鉴于我国人多地少的国情，休耕或退耕还林改良土壤方法受到很大限制，而通过晒垡、冻垡及增施有机肥方式来改善土壤结构一般需要2-4年，甚至更长时间，且改良的效果有限。在重金属污染土壤修复技术研究中，由于我国土壤重金属污染具有污染程度低、面积大的特点，在我国中、轻度重金属污染农田的修复实践中，降低土壤中重金属有效形态从而达到农产品安全生产为基本修复目标。近20多年来，我国利用原位钝化技术进行Cd污染的农田土壤修复开展了较多的研究，但纵观现有的研究成果与现有的专利技术，大多数成果均局限于通过提高土壤pH、增加对土壤中重金属的吸附等，而改善土壤性质的(尤其是改善土壤物理结构等)改良剂的研究很少涉及。因此，急需提供一种从根本上改良土壤物理结构且可降低土壤中Cd有效形态的土壤改良剂，从而为我国农田退化土壤的改良与重金属污染土壤修复提供技术支撑。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种增加团聚体且降低镉有效性的土壤改良剂及其使用方法，该改良剂可以快速增加土壤中水稳性团聚体、而且可以降低土壤中Cd有效形态。为了实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种增加团聚体且降低镉有效性的土壤改良剂，按重量份包括：骨炭粉，40-60重量份；蚯蚓粪便粉，30-50重量份；石灰石粉，8-12重量份。在上述土壤改良剂中，作为一种优选实施方式，所述土壤改良剂按重量份包括：骨炭粉，50重量份；蚯蚓粪便粉，40重量份；石灰石粉，10重量份。采用本专利技术优选的组分配方可以更加高效地增加土壤团聚体以及降低土壤中镉有效性。本专利技术利用蚯蚓粪便中含有的大量腐殖酸及石灰石中的钙(Ca)，快速增加土壤中水稳性团聚体的含量，利用骨炭粉中的羟基磷灰石对土壤中Cd的沉淀与共沉淀、蚯蚓粪便中腐殖酸的官能团等对Cd的络合与螯合以及羟基磷灰石与腐殖酸在土壤中形成的有机-无机复合胶体对Cd的专性吸附作用，来降低土壤中Cd的有效形态，从而达到增加土壤中水稳性团聚体、降低土壤中Cd有效形态的作用。在上述土壤改良剂中，作为一种优选实施方式，所述骨炭粉、蚯蚓粪便粉和石灰石粉的粒度均为-300目(即粒度48μm以下)。原料颗粒过大增加土壤中水稳性团聚体、降低土壤中Cd有效形态的作用会减弱，因此，为了增加改良剂与土壤固体颗粒及土壤中Cd的接触面积，优选这三种原料粉的粒度为48μm以下。在上述土壤改良剂中，作为一种优选实施方式，所述骨炭粉是按照如下制备方法获得的：将动物骨骼煅烧并冷却后依次进行球磨粉碎和过筛。更优选地，所述煅烧的温度为550-600℃(比如560℃、570℃、580℃、590℃)，保温时间为2-3小时(2.1h、2.3h、2.5h、2.7h、2.9h)。在本专利技术中骨炭粉的原料为动物骨骼，每年我国病死猪等动物均需要无害化处理，而本专利技术采用特别的煅烧工艺将动物骨骼煅烧后变废为宝，获得羟基磷灰石和生物炭含量高的骨炭粉，如果煅烧温度低于550度不利于生物炭的形成，而温度过高一方面会增加能耗，另一方面会导致挥发性物质含量增加，不利于骨炭粉的无机胶体吸附性能。在上述土壤改良剂中，作为一种优选实施方式，所述蚯蚓粪便粉是通过如下方法获得的：采用牛粪养殖的蚯蚓，将得到的蚯蚓粪便风干后进行球磨粉碎并过筛。由于牛粪是我国最具代表性的农业固体废弃物，牛粪中有超过30％的纤维素和半纤维素及超过15.0％的还原性糖，特别有利于蚯蚓的养殖，因此，本专利技术优选采用牛粪养殖蚯蚓。上述土壤改良剂的制备方法，包括：按照上述原料配比将骨炭粉、蚯蚓粪便粉和石灰石粉混合搅拌均匀，得到所述土壤改良剂。上述土壤改良剂的使用方法，包括：第一步，按照每亩600-800kg(比如610kg、650kg、680kg、720kg、750kg、780kg)的比例将上述土壤改良剂以底肥的形式均匀施入待改良土壤中；第二步，上述土壤改良剂施入待改良土壤后，保持土壤水分为60-75％(比如62％、65％、68％、72％)的最大田间持水量10-20天(12天、15天、17天、19天)，起垄后种植作物。基于对土壤中团聚体形成的有效性及Cd钝化的效果来考虑，本专利技术改良剂的用量为每亩600-800kg。过量使用不仅会增加成本，还会带来水体富营养化风险。另外，为了使土壤中水分及溶质运移达到平衡，优选10-20天后起垄种植作物。在上述使用方法中，作为一种优选实施方式，所述待改良土壤中镉的含量为0.8-2.2mg/kg(比如0.9mg/kg、1.2mg/kg、1.5mg/kg、1.6mg/kg、1.8mg/kg、2.1mg/kg)，更优选为1.8-2.0mg/kg。按照最新土壤环境质量标准(GB15168-2018)，该土壤Cd含量属于中度以上污染程度，本专利技术改良剂适合该种类型土壤，具有巨大的推广应用价值。在上述使用方法中，作为一种优选实施方式，所述待改良土壤的pH值6-8，更优选为6.4-7.3。由于本专利技术的改良剂为偏碱性，因此对中、酸性土壤的改良效果更佳。在上述使用方法中，作为一种优选实施方式，所述待改良土壤的有机质含量不高于1.2％(比如1.1％、1.0％、0.8％、0.7％)。本专利技术改良剂的使用对土壤有机质含量没有特别要求，但对低有机质(比如<1.0％)含量的土壤改良效果更佳。在上述使用方法中，作为一种优选实施方式，所述作为为烟草和小麦。所述种植作物均按照正常田间管理进行种植。本专利技术的有益效果主要包括二方面：1)快速增加土壤水稳性团聚体，改善土壤物理结构，增加土壤肥力；土壤中水稳性团聚体的形成机制主要包括土壤胶体的胶结作用与凝聚作用。胶结作用指土粒通过有机和无机矿质胶体而结合在一起的过程。土壤中胶结物质有两大类：一类是有机胶体物质。如有机质中的腐殖酸和糖类等；另外一类是矿质胶结物质，如土壤中的含水氧化铁、铝及粘土矿物等。其中腐殖酸是最理想的土壤团聚体的胶结剂，土壤中腐殖酸与钙结合形成不可逆凝聚状态，其团聚体疏松多孔，水稳性强。凝聚作用主要指土壤胶粒在异性本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种增加团聚体且降低镉有效性的土壤改良剂，其特征在于，按重量份包括：骨炭粉，40‑60重量份；蚯蚓粪便粉，30‑50重量份；石灰石粉，8‑12重量份。
【技术特征摘要】
1.一种增加团聚体且降低镉有效性的土壤改良剂，其特征在于，按重量份包括：骨炭粉，40-60重量份；蚯蚓粪便粉，30-50重量份；石灰石粉，8-12重量份。2.根据权利要求1所述的土壤改良剂，其特征在于，所述土壤改良剂按重量份包括：骨炭粉，50重量份；蚯蚓粪便粉，40重量份；石灰石粉，10重量份。3.根据权利要求1所述的土壤改良剂，其特征在于，所述骨炭粉、蚯蚓粪便粉和石灰石粉的粒度均为-300目。4.根据权利要求1所述的土壤改良剂，其特征在于，所述骨炭粉是按照如下制备方法获得的：将动物骨骼煅烧并冷却后依次进行球磨粉碎和过筛；更优选地，所述煅烧的温度为550-600℃，保温时间为2-3小时。5.根据权利要求1所述的土壤改良剂，其特征在于，所述蚯蚓粪便粉是通过如下方法获得的：采用牛粪养殖的蚯蚓，将得到的蚯蚓粪便风干后进行球磨粉碎并过筛。6.权利要求1-5任一项所述的土壤...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈世宝，王萌，段淑辉，周志成，刘勇军，肖艳松，单雪华，范才银，李建勇，陈鹏峰，向鹏华，
申请(专利权)人：中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，中国烟草中南农业试验站，湖南省烟草公司郴州市公司，湖南省烟草公司衡阳市公司，
类型：发明
国别省市：北京,11
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