一种阻隔农作物根吸收镉的土壤改良剂及其制备方法

1.本发明涉及土壤修复技术领域，特别涉及一种阻隔农作物根吸收镉的土壤改良剂及其制备方法。


背景技术：

2.农产品的品质和土壤密切相关，现在有色金属采矿、冶炼产生的废水、废气、废渣排放等因素造成了大面积耕地镉污染，导致蔬菜和粮食作物镉含量超标。长期摄入镉污染的农产品，容易使肾脏发生慢性中毒，引发蛋白尿、氨基酸尿和糖尿等症状，进而对人体健康造成极大危害。现有降低农产品镉含量的方式大多是通过提高土壤ph，或施用吸附材料来使得土壤有效镉含量降低，以此实现降低农产品镉含量的目的。这些降镉方式在实际应用时存在以下缺点：1、土壤对镉的吸附能力会受外部环境影响，例如土壤温度、湿度、酸碱性、氧化还原性等发生变化会导致土壤对镉的吸附力发生变化，吸附的时效性和稳定性有待提高。2、提高土壤ph值会导致农作物必需的其他金属元素有效性降低，长期施用后会改变土壤性质，导致土壤板结，农作物产量和品质下降。
3.研究发现，我国南方不仅土壤镉污染范围广，而且降水多，土壤淋溶作用强，导致土壤钾、硼、硒等营养元素和有益元素缺乏。此外，土壤有机质含量低，持水保肥能力差，有效硅含量低，作物易倒伏。长期重施氮肥，导致土壤ph下降，土壤镉有效性增加。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是提供一种能够阻隔农作物根吸收镉的土壤改良剂，通过降低土壤镉活性，促进作物根细胞壁组分的生物合成，从而阻止蕹菜、辣椒、甘薯、水稻等农作物对镉的吸收积累。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种阻隔农作物根吸收镉的土壤改良剂，以木屑堆肥与碳酸钙火成岩为主，辅以硅肥、钙镁磷肥、硫酸钾、硼酸、亚硒酸钠，其中，所述木屑堆肥与碳酸钙火成岩的重量占比超过七成。
6.其中，上述阻隔农作物根吸收镉的土壤改良剂，按重量份计，包括以下组分：
[0007][0008]
其中，上述阻隔农作物根吸收镉的土壤改良剂，按重量份计，包括以下组分：
[0009][0010]
比如，土壤改良剂可以包括以下组分：木屑堆肥(80-100kg)；硅肥(25-50kg)；碳酸钙火成岩(80-120kg)、钙镁磷肥(15-25kg)；硫酸钾(10-15kg)；硼酸(0.75-1.25kg)；亚硒酸钠(75-90g)。
[0011]
其中，所述碳酸钙火成岩中可以含有锰，碳酸钙火成岩中锰的重量含量可以是0.10-0.12％，可以补充土壤作物的营养元素锰。
[0012]
另外，上述阻隔农作物根吸收镉的土壤改良剂可以通过以下步骤制备得到：
[0013]
a.对木屑进行发酵处理，得到木屑堆肥；
[0014]
b.将硅肥、碳酸钙火山岩、钙镁磷肥混合均匀，得到无机养分；
[0015]
c.将木屑堆肥与硫酸钾、硼酸和亚硒酸钠混合均匀，干燥后与无机养分混合，加水调湿得到混合料；
[0016]
d.对混合料进行造粒，干燥、筛分后得到土壤改良剂。
[0017]
其中，步骤a中，利用白腐菌液对木屑进行发酵处理，可以使得木屑的发酵效果更好。
[0018]
其中，步骤a中，所述木屑堆肥由直径0.8～1.3mm、长度5～8mm的木屑堆沤发酵而
成。
[0019]
其中，步骤b中，所述硅肥、碳酸钙火山岩、钙镁磷肥为粉状，可以使得混合更加均匀。
[0020]
此外，上述阻隔农作物根吸收镉的土壤改良剂可以在农作物种植中进行应用。
[0021]
上述阻隔农作物根吸收镉的土壤改良剂通过加入硅肥、碳酸钙火成岩、钙镁磷肥和木屑堆肥，不仅提供了养分，更重要的是可以降低土壤镉的生物有效性，减少作物吸收镉。此外，硅、钙、锰、磷、镁、硼、钾、硒等营养元素的增加，可以促进根细胞壁组分的生物合成，提高细胞壁固定镉的能力，阻止镉向细胞内转运，从而降低镉吸收。这些营养物质的补充对于促进作物的生长发育以及产量的提高也是非常有益的。因此，本土壤改良剂可以补充作物生长所需的绝大多数元素，提高土壤的健康程度，从根际土壤、根系等方面阻止镉的吸收积累，而且还可以显著提高农产品的产量。
[0022]
综上所述，本发明提供的土壤改良剂可有效降低土壤镉有效性，提高作物根系阻控镉吸收转运的能力，从而显著降低农产品的镉含量。经测试发现，该土壤改良剂的施用可使镉含量达3.0mg/kg的镉污染土壤中产出的蕹菜和稻米镉含量不超过0.15mg/kg，远低于食品安全国家标准中规定的最大限值0.2mg/kg；辣椒镉含量不超过0.03mg/kg，远低于食品安全国家标准中规定的最大限值0.05mg/kg；甘薯块根镉含量不超过0.07mg/kg，远低于食品安全国家标准中规定的最大限值0.1mg/kg。另外，本土壤改良剂可适用于镉污染的旱地、水田中的绝大多数作物。
具体实施方式
[0023]
下面给出实施例以对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的普通技术人员根据该实施例对本发明所做出的一些非本质的改进或调整仍属于本发明的保护范围。
[0024]
实施例1
[0025]
制备阻隔农作物根吸收镉的土壤改良剂，步骤如下：
[0026]
a.将木屑放入发酵罐，加适量白腐菌液进行发酵，得到木屑堆肥；
[0027]
b.将25份硅肥、80份碳酸钙火成岩和15份钙镁磷肥粉碎，混合均匀，制成无机养分；
[0028]
c.将风干的木屑堆肥80份与10份硫酸钾、0.75份硼酸和0.075份亚硒酸钠混合均匀，晾干后与无机养分混合，加水调湿得到混合料；
[0029]
d.采用造粒机对混合料进行造粒，然后经干燥、筛分，最终得到土壤改良剂。
[0030]
实施例2
[0031]
制备阻隔农作物根吸收镉的土壤改良剂，步骤如下：
[0032]
a.将木屑放入发酵罐，加适量白腐菌液进行发酵，得到木屑堆肥；
[0033]
b.将40份硅肥、100份碳酸钙火成岩和20份钙镁磷肥粉碎，混合均匀，制成无机养分；
[0034]
c.将风干的木屑堆肥90份与12份硫酸钾、1份硼酸和0.08份亚硒酸钠混合均匀，晾干后与无机养分混合，加水调湿得到混合料；
[0035]
d.采用造粒机对混合料进行造粒，然后经干燥、筛分，最终得到土壤改良剂。
[0036]
实施例3
[0037]
制备阻隔农作物根吸收镉的土壤改良剂，步骤如下：
[0038]
a.将木屑放入发酵罐，加适量白腐菌液进行发酵，得到木屑堆肥；
[0039]
b.将50份硅肥、120份碳酸钙火成岩和25份钙镁磷肥粉碎，混合均匀，制成无机养分；
[0040]
c.将风干的木屑堆肥100份与15份硫酸钾、1.25份硼酸和0.09份亚硒酸钠混合均匀，晾干后与无机养分混合，加水调湿得到混合料；
[0041]
d.采用造粒机对混合料进行造粒，然后经干燥、筛分，最终得到土壤改良剂。
[0042]
盆栽试验。
[0043]
(一)使用改良剂处理土壤。
[0044]
花盆规格：上直径
×
下直径
×
高＝25cm
×
18cm
×
26cm，共计72个花盆，每盆装入4.75kg土壤。
[0045]
试验组：共计36个花盆，按顺序编号为1-36号。1-12号花盆的土壤中总镉含量为1.0mg/kg，施用实施例1中所制备得到的改良剂；13-24号花盆的土壤中总镉含量为2.0mg/kg，施用实施例2中所制备得到的改良剂；25-36号花盆的土壤中总镉含量为3.0mg/kg，施用实施例3中所制备得到的改良剂。以上改良剂的用量均为土壤质量的1/19，即每个花盆施入的有机肥质量为0.25kg。
[0046]
对照组：共计36个花盆，按顺序编号为1-36号，其中，1-12号花盆的土壤中总镉含量为1.0mg/kg，13-24号花盆的土壤中总镉含量为2.0mg/kg，25-36号花盆的土壤中总镉含量为3.0mg/kg，以上花盆均不施入改良剂。
[0047]
(二)作物种植。
[0048]
将蕹菜、水稻和辣椒种子用5％的次氯酸钠溶液消毒15分钟，然后在潮湿的灭菌石英砂中发芽，3周后将大小基本一致的苗移栽至花盆中，每盆1株。将15cm长的甘薯苗扦插在花盆中，每盆1株。在试验组和对照组中，每种处理下，每种作物设3次重复。所有花盆随机地摆放在温室中，其中水稻作淹水处理，水位约在土表以上3cm。
[0049]
(三)作物可食部分镉含量。
[0050]
1.稻谷成熟后，风干，采用砻谷机脱壳，得到糙米。蕹菜茎叶、辣椒果实和甘薯块根在可采摘时进行取样，用自来水冲洗3次，并用去离子水洗3次。将所有样品在70℃温度下烘干至恒重后，粉碎后得到样品，将样品置于消解罐中，并加入hno3和h2o2，然后放入微波消解仪中进行消解，采用火焰原子吸收光谱仪(aa-6300c，岛津)检测消解液中的镉含量，并将检测结果记录至下表1。
[0051]
表1试验组和对照组产出的农产品镉含量
[0052]
[0053][0054]
2.将所有对照组和试验组土壤用二乙三胺五乙酸(dtpa)进行提取，提取液用火焰原子吸收光谱仪(aa-6300c，岛津)测定镉含量，并将测定结果记录至下表2。
[0055]
表2试验组和对照组土壤镉生物有效性
[0056][0057]
3.采集所有对照组和试验组中作物的根尖部分，用试剂盒测定纤维素、半纤维素、
果胶和木质素的含量，并将测定结果记录至下表3。
[0058]
表3试验组和对照组中作物根细胞壁组分含量(mg/g，干重)
[0059][0060]
4.采集所有对照组和试验组中作物的根系，分成两部分，一部分测定根总镉含量，
另一部分测定根细胞壁镉含量，并将测定结果记录至下表4。
[0061]
表4试验组和对照组中作物根总镉和细胞壁镉含量(mg/g，鲜重)
[0062]
[0063][0064]
5.采集所有对照组和试验组中作物的可食部分，包括蕹菜的茎叶、辣椒的果实、甘薯的块根和水稻的籽实，称量鲜重，并将结果记录至下表5。
[0065]
表5试验组和对照组中作物可食部分生物量(g，鲜重)
[0066]
[0067][0068]
经测试发现，该土壤改良剂的施用可使镉含量达3.0mg/kg的镉污染土壤中产出的蕹菜和稻米镉含量不超过0.15mg/kg，远低于食品安全国家标准中规定的最大限值0.2mg/kg；辣椒镉含量不超过0.03mg/kg，远低于食品安全国家标准中规定的最大限值0.05mg/kg；甘薯块根镉含量不超过0.07mg/kg，远低于食品安全国家标准中规定的最大限值0.1mg/kg。因此，上述土壤改良剂可有效降低土壤镉有效性，提高作物根系阻控镉吸收转运的能力，从而显著降低农产品的镉含量。并且，本土壤改良剂可适用于镉污染的旱地、水田中的几乎所有作物。
[0069]
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。
[0070]
最后，应该强调的是，为了让本领域普通技术人员更方便地理解本发明相对于现有技术的改进之处，本发明的一些描述已经被简化，并且为了清楚起见，本技术文件还省略了一些其它元素，本领域技术人员应该意识到这些省略的元素也可构成本发明的内容。

技术特征：
1.一种阻隔农作物根吸收镉的土壤改良剂，其特征在于，以木屑堆肥与碳酸钙火成岩为主，辅以硅肥、钙镁磷肥、硫酸钾、硼酸、亚硒酸钠，其中，所述木屑堆肥与碳酸钙火成岩的重量占比超过七成。2.根据权利要求1所述的阻隔农作物根吸收镉的土壤改良剂，其特征在于，按重量份计，包括以下组分：木屑堆肥
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80-100份；硅肥
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25-50份；碳酸钙火成岩
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80-120份；钙镁磷肥
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15-25份；硫酸钾
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10-15份；硼酸
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0.75-1.25份；亚硒酸钠
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0.075-0.09份。3.根据权利要求2所述的阻隔农作物根吸收镉的土壤改良剂，其特征在于，按重量份计，包括以下组分：木屑堆肥
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80份；硅肥
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25份；碳酸钙火成岩
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80份；钙镁磷肥
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15份；硫酸钾
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10份；硼酸
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0.75份；亚硒酸钠
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0.075份。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的阻隔农作物根吸收镉的土壤改良剂，其特征在于，所述碳酸钙火成岩中含有锰且锰的重量含量为0.10-0.12%。5.权利要求1-4中任意一项所述的阻隔农作物根吸收镉的土壤改良剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a.对木屑进行发酵处理，得到木屑堆肥；b.将硅肥、碳酸钙火山岩、钙镁磷肥混合均匀，得到无机养分；c.将木屑堆肥与硫酸钾、硼酸和亚硒酸钠混合均匀，干燥后与无机养分混合，加水调湿得到混合料；d.对混合料进行造粒，干燥、筛分后得到土壤改良剂。6.根据权利要求5所述的阻隔农作物根吸收镉的土壤改良剂的制备方法，其特征在于，步骤a中，利用白腐菌液对木屑进行发酵处理。7.根据权利要求5所述的阻隔农作物根吸收镉的土壤改良剂的制备方法，其特征在于，步骤a中，所述木屑堆肥由直径0.8～1.3mm、长度5～8mm的木屑堆沤发酵而成。8.根据权利要求5所述的阻隔农作物根吸收镉的土壤改良剂的制备方法，其特征在于，步骤b中，所述硅肥、碳酸钙火山岩、钙镁磷肥为粉状。9.权利要求1-4中任意一项所述的阻隔农作物根吸收镉的土壤改良剂在农作物种植中的应用。

技术总结
一种阻隔农作物根吸收镉的土壤改良剂及其制备方法，涉及土壤修复技术领域。前述阻隔农作物根吸收镉的土壤改良剂，以木屑堆肥与碳酸钙火成岩为主，辅以硅肥、钙镁磷肥、硫酸钾、硼酸、亚硒酸钠，其中，木屑堆肥与碳酸钙火成岩的重量占比超过七成。上述阻隔农作物根吸收镉的土壤改良剂可显著抑制蕹菜、辣椒、甘薯、水稻等作物吸收镉，从而降低相应农产品中的镉含量。量。


技术研发人员：罗洁梅 辛俊亮 张熹烨 孙莹芳 王彦彬 袁海伟 胡露 吴韦 何洁
受保护的技术使用者：湖南工学院
技术研发日：2023.06.15
技术公布日：2023/8/31