钝化修复重金属污染土壤的缓释有机肥料及制备和应用制造技术

本发明专利技术主要是一种包含重金属钝化剂的多功能缓释有机肥料及制备方法。肥料的主要成分包括腐熟堆肥、化学氮肥、生化抑制剂、土壤重金属钝化材料、植物生长有益元素、保水材料，以及包膜液，其用作于包覆于有机肥料颗粒外围的包膜。按重量份数计，腐熟堆肥、化学氮肥、生化抑制剂、重金属钝化材料、植物生长有益元素、保水材料和包膜液的比例为1:0.1‑0.3:0.05‑0.1:0.01‑0.2:0.001‑0.02:0.04‑0.08:0.05‑0.1。本发明专利技术中的肥料能够降低重金属污染土壤中重金属生物有效性，减少作物吸收重金属，同时，增加土壤有机质含量，改善土壤肥力，而且能够促进作物生长和增强土壤保水保肥能力，显著增强作物抗病、抗旱能力等多种功能。

Preparation and application of slow-release organic fertilizer for passivation remediation of heavy metal contaminated soil

The invention mainly relates to a multi-functional slow-release organic fertilizer containing heavy metal passivator and a preparation method thereof. The main components of fertilizers include decomposed compost, chemical nitrogen fertilizer, biochemical inhibitors, soil heavy metal passivation materials, beneficial elements for plant growth, water-retaining materials, and coating fluid, which are used as coatings on the periphery of organic fertilizer particles. According to the weight fraction, the proportion of decomposed compost, chemical nitrogen fertilizer, biochemical inhibitors, heavy metal passivation materials, plant growth beneficial elements, water-retaining materials and coating solution is 1:0.1 0.3 0.05 0.1 0.01 0.2 0.001 0.02 0.04 0.05 0.1. The fertilizer in the invention can reduce the bioavailability of heavy metals in soil polluted by heavy metals, reduce the uptake of heavy metals by crops, increase the content of soil organic matter, improve soil fertility, promote crop growth, enhance the ability of soil water and fertility conservation, and significantly enhance crop disease resistance, drought resistance and other functions.

【技术实现步骤摘要】
钝化修复重金属污染土壤的缓释有机肥料及制备和应用
本专利技术属于有机钝化剂对土壤重金属污染修复领域，涉及一种利用有机肥实现土壤重金属污染修复的方法。具体来说是既能够降低土壤重金属的生物有效性，又能够促进作物生长和增强土壤保水保肥能力的缓释有机肥料，实现资源循环利用。
技术介绍
随着工业化和城市化的高速发展，土壤重金属污染日益严重，2014年我国土壤污染状况调查公报表明[参考文献1：全国土壤污染状况调公报[EB/OL].2014-04-17]，我国耕地土壤污染点位超标率为19.4％，尤其是重金属污染土壤，而且过量使用化肥加重了重金属对土壤环境的污染，如土壤酸化促使重金属离子有效性提高，增加了植物的潜在吸收，并通过食物链富集，危害动植物生存，并且土壤污染呈现出多种金属离子并存的局面，土壤重金属污染引起的生态安全问题日益严重，影响土壤生态功能和关键过程，且重金属污染土壤具有隐蔽性、蓄积性和难以恢复性，其修复是国内外环境领域的研究的重点和难点。土壤污染修复一般通过络合、吸附、沉淀、氧化还原等方式降低重金属的生物有效性，重金属污染土壤的修复技术主要包括电动修复技术、淋洗法、植物修复、微生物修复和植物-微生物联合修复技术等，但这些技术都存在不同程度的缺点，比如成本高、操作复杂、修复效率低、长期稳定性差和修复污染单一。钝化剂修复是一种能够降低植物吸收重金属离子的方法，其可分为无机和有机钝化剂，有机肥作为一种有机钝化剂对重金属具有钝化作用，是修复重金属污染土壤的有效手段，有机和无机钝化剂能够通过吸附、共沉淀、络合等过程降低土壤中污染物的有效态浓度，这两类钝化剂虽然具有成本低廉、工艺简单、降低重金属的植物毒害等优点，但分别具有修复效率低、稳定性差、易产生二次污染等缺点[参考文献2：Mahar,A.,Ping,W.A.N.G.,Ronghua,L.I.,&ZHANG,Z.(2015).Immobilizationofleadandcadmiumincontaminatedsoilusingamendments:areview.Pedosphere,25(4),555-568.]。同时，如果土壤贫瘠并受水分胁迫条件下，加之受污染的土壤中多种重金属污染离子共同存在，使土壤环境条件更为恶劣，污染物之间的相互作用也会加剧毒性，抑制土壤动物和微生物的生长繁殖，以及植物的生长，不利于修复效果的提高和稳定。因此，若能改善土壤养分、水分条件也将有利于重金属形态的转变、钝化和生物修复过程，达到事半功倍的效果。此外，我国在2015年初制定化肥施用总量零增长方案，在减少化肥用量前提下，保证粮食生产的总量和质量，有机肥使用无疑是较好替代方案之一[参考文献3：宇万太,姜子绍,马强,周桦.施用有机肥对土壤肥力的影响[J].植物营养与肥料学报,2009,15(05):1057-1064]。因此，探索出一种能够在复杂环境条件下同时减少中重金属有效性又能改善土壤水分、养分条件的方法至关重要。
技术实现思路
本专利技术目的在于要提供一种以畜禽粪便堆肥为原料，并将的有机肥、化肥、生化抑制剂、重金属钝化剂、植物生长有益元素、保水材料进行有机组合并制备成包膜多用途有机肥的方法及其合理的使用方法，所述有机肥用于复杂环境条件下去除土壤中重金属离子，去除率较高。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种钝化修复重金属污染土壤的多功能缓释有机肥料，按重量份数计，腐熟堆肥、化学氮肥、生化抑制剂、重金属钝化材料、植物生长有益元素、保水材料和包膜液的比例为1:0.1-0.3:0.05-0.1:0.01-0.2:0.001-0.02:0.04-0.08:0.001-0.02。优化配比为1:0.15-0.25:0.06-0.08:0.05-0.15:0.01-0.02:0.06-0.07:0.07-0.1所述腐熟堆肥为畜禽粪便和与秸秆混合，堆肥初始原料的碳氮比为25-35，堆肥过程中重量含水率控制在40％-60％，堆肥全过程每3-6天粪堆一次，当温度逐渐降低至略高于环境温度5-10℃时，压实粪堆，造成粪堆内部厌氧环境，堆肥处理过程为30-40天，腐熟堆肥经40-60℃烘干2-4h后粉碎过60目筛，通过筛子的物料即为所需腐熟堆肥，所述畜禽粪便为猪粪，牛粪，鸭粪等畜禽养殖粪尿，所述秸秆为玉米秸秆、水稻秸秆、小麦秸秆等作物秸秆。所述化学氮肥为硫磺包膜尿素，颗粒大小为0.5-3mm，来源于市场销售。所述重金属钝化材料包括为改性生物炭和石灰，改性生物炭来源于有机废弃物在厌氧条件下热解制备生物炭后改性，具体来说，在厌氧条件下将有机废物在马弗炉内，温度控制在400-800℃，从室温到热解温度的升温速率为10-20℃/min，热解时间为2-6h，得到的生物炭粉碎成颗粒小于1mm的粉末。所述有机废物为畜禽粪便或秸秆，所述石灰为粉末状，来自市场销售。所述生物炭的改性，其方法为，由生物炭经过无机酸洗活化后制备，包括以下步骤：将生物炭加入0.5-2mol/L的盐酸或硫酸或硝酸溶液中，并完全浸泡，180-300rpm振荡0.5-1h，然后浸泡0.5-1天，取出过滤后放置于有机溶剂丙酮中，生物炭与丙酮体积比为1:20-40，浸泡2-3h，经过过滤、干燥后得到改性生物炭。所述植物生长有益元素为硒和/或硅，按腐熟堆肥1000重量份组成计，其用量为：硒盐0.5-10重量份和/或硅盐0.5-10重量份，硒盐主要包括Na2SeO3或Na2SeO4，硅盐主要包括Na2SiO3·9H2O或K2SiO3。所述具有保水性能有机肥中引发剂为过氧化氢或过硫酸钠，所述交联剂为过氧化二异丙苯，所述膨润土过100目筛。所述生化抑制剂包括硝化抑制剂和脲酶抑制剂，其中硝化抑制剂为：其中硝化抑制剂为：双氰胺、3,4-二甲基吡唑磷酸盐、2-氯-6三氯甲基吡啶中的一种或两种以上；脲酶抑制剂包括N-丁基硫代磷酰三胺、苯基磷酰二胺、氢醌、硫代磷酰三胺中的一种或两种以上。按重量腐熟堆肥1000份数计，其用量，硝化抑制剂与脲酶抑制剂分别为20-40重量份、30-60重量份。所述包膜液包括滑石粉和粘结剂，按照腐熟堆肥1000份重量组成，其用量为：滑石粉40-80重量份，粘结剂(主要成分为淀粉和黄原胶)10-20重量份。粘结剂能够将硫磺包膜尿素和制备的颗粒肥料相互粘结，促使形成2-6mm的有机肥料颗粒。所述重金属钝化多功能缓释有机肥按照下述步骤制备，具体过程如下：S1准备材料：1)制备腐熟堆肥颗粒；2)制备生物炭；3)制备改性生物炭；4)制备具有保水性能的有机肥；其制备方法为：A、聚合反应：将水溶性淀粉加入到10-30℃的水中溶解，水溶性淀粉和水量的体积比为1:2-5，室温下边加入边搅拌均匀，静置0.5-1h，然后加入腐熟堆肥(过60目筛)、β-环糊精、羧甲基纤维素钠、膨胀珍珠岩、引发剂(主要成分为过氧化氢或过硫酸钠)、交联剂(成分为过氧化二异丙苯)和聚合剂(磷酸二氢铝)，机械搅拌均匀后，在40-80℃下进行聚合反应2-4h，得到聚合反应物；B、混合：向上述A)中所得反应物中加入膨润土(过100目筛)混合均匀，在80-100℃下进行水解反应0.5-2h，反应产物经冷却、干燥、粉碎后送入圆盘造粒机中进行造粒，调整好圆盘的倾斜度和转动速度，造粒机参本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.钝化修复重金属污染土壤的缓释有机肥料，其特征在于：肥料成分包括腐熟堆肥、化学氮肥、生化抑制剂、重金属钝化材料、植物生长有益元素、保水材料和包膜材料，按照重量份数计，腐熟堆肥、化学氮肥、生化抑制剂、重金属钝化材料、植物生长有益元素、保水材料和包膜液比1:0.1‑0.3:0.05‑0.1:0.01‑0.2:0.001‑0.02:0.04‑0.08:0.05‑0.1。优选的1:0.18‑0.25：0.06‑0.08：0.08‑0.2：0.008‑0.02:0.04‑0.08：0.07‑0.1。

【技术特征摘要】
1.钝化修复重金属污染土壤的缓释有机肥料，其特征在于：肥料成分包括腐熟堆肥、化学氮肥、生化抑制剂、重金属钝化材料、植物生长有益元素、保水材料和包膜材料，按照重量份数计，腐熟堆肥、化学氮肥、生化抑制剂、重金属钝化材料、植物生长有益元素、保水材料和包膜液比1:0.1-0.3:0.05-0.1:0.01-0.2:0.001-0.02:0.04-0.08:0.05-0.1。优选的1:0.18-0.25：0.06-0.08：0.08-0.2：0.008-0.02:0.04-0.08：0.07-0.1。2.按照权利要求1所述缓释有机肥料，其特征在于：腐熟堆肥为畜禽粪便与秸秆混合，堆肥初始原料的碳氮比为25-35，堆肥过程中重量含水率控制在40％-60％，堆肥全过程每3-6天翻堆1次，当温度逐渐降低至略高于环境温度5-10℃时，压实粪堆，造成粪堆内部厌氧环境，堆肥处理过程为30-40天，腐熟堆肥经40-60℃烘干2-4h后粉碎过60目筛，过筛后的物料即为所需腐熟堆肥；所述畜禽粪便为家禽粪便，秸秆为农作物秸秆，如小麦秸秆、玉米秸秆、大豆秸秆、高粱秸秆等。3.按照权利要求1所述缓释有机肥料，其特征在于：化学氮肥为市场销售的硫磺包膜尿素，颗粒大小为0.5-3mm；生化抑制剂由硝化抑制剂和脲酶抑制剂组成，其中硝化抑制剂为：双氰胺、3,4-二甲基吡唑磷酸盐、2-氯-6三氯甲基吡啶中的一种或两种以上；脲酶抑制剂包括N-丁基硫代磷酰三胺、苯基磷酰二胺、氢醌、硫代磷酰三胺中的一种或两种以上；按重量腐熟堆肥1000份数计，其用量，硝化抑制剂与脲酶抑制剂分别为20-40重量份、30-60重量份。4.按照权利要求1所述缓释有机肥料，其特征在于：重金属钝化剂材料包括改性生物炭、或改性生物炭和石灰粉，按重量腐熟堆肥1000重量份计，改性生物炭和石灰添加比例为10-100:0-100；生物炭来源于有机废弃物在厌氧条件下热解，具体来说，在厌氧条件下将有机废物放在马弗炉内，温度控制在400-800℃，从室温至热解温度的升温速率为10-20℃/min，热解时间为2-6h，得到的生物炭粉碎成颗粒小于1mm的粉末；所述有机废物为畜禽粪便或秸秆中的一种或二种以上；改性生物炭由生物炭经过无机酸洗涤活化后制备而成，包括以下步骤：将生物炭加入0.5-2mol/L的盐酸或硫酸或硝酸溶液中，并完全浸泡，180-300rpm振荡0.5-1h，然后浸泡0.5-1天，取出过滤后放置于有机溶剂丙酮中，生物炭与丙酮体积比为1:20-40，浸泡2-3h，经过过滤、干燥后得到改性生物炭。5.按照权利要求1所述缓释有机肥料，其特征在于：植物生长有益元素为硒和/或硅，按腐熟堆肥1000重量份组成计，其用量为：硒盐0.5-10重量份和/或硅盐0.5-10重量份，硒盐主要包括Na2SeO3或Na2SeO4，硅盐主要包括Na2SiO3·9H2O或K2SiO3。6.按照权利要求1所述缓释有机肥料，其特征在于：保水材料为膨润土、β-环糊精、羧甲基纤维素钠、水溶性淀粉、膨胀珍珠岩、交联剂、引发剂和聚合剂；将保水材料与有机肥按照重量组成混合，腐熟堆肥1000份、膨润土7-15份、β-环糊精8-15、羧甲基纤维素钠8-15份、水溶性淀粉8-15份、膨胀珍珠岩7-1...

【专利技术属性】
技术研发人员：周长瑞，宇万太，马强，宁川川，袁海燕，夏竹青，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳应用生态研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21