阅读说明：本技术 一种镉污染酸性土壤专用石灰质材料及其制法与应用 (Special lime material for cadmium-polluted acid soil as well as preparation method and application thereof ) 是由 马义兵 方利平 李芳柏 于 2019-12-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种镉污染酸性土壤专用石灰质材料及其制法与应用。所述石灰质材料的组分为生石灰、白云石、石灰石和含锌制剂,所述石灰质材料的组分的重量份数比为生石灰：白云石：石灰石：含锌制剂＝(0.5～1.5)：(2.5～3.5)：(5.5～6.5)：(0.01～0.1)。该石灰质材料组合物能实现兼顾短期和长期土壤酸性调节、减少农作物自身对镉吸收能力、促进农作物生长和提高产量的多功能酸性土壤改良和镉钝化；实现了在不牺牲兼具酸化土壤速效、长效调控作用的同时,补充土壤镁元素,提高土壤结构和提高农作物产量的作用。(The invention discloses a special lime material for cadmium-polluted acid soil and a preparation method and application thereof. The limestone material comprises the following components in parts by weight: dolomite: limestone: zinc-containing preparation (0.5-1.5): (2.5-3.5): (5.5-6.5): (0.01-0.1). The calcareous material composition can realize multifunctional acid soil improvement and cadmium passivation which can realize both short-term and long-term soil acid regulation, reduce the cadmium absorption capacity of crops, promote the growth of the crops and improve the yield; the method realizes the effects of supplementing the magnesium element in the soil, improving the soil structure and increasing the crop yield while having the quick-acting and long-acting regulation and control effects on the acidified soil without sacrificing.)

一种镉污染酸性土壤专用石灰质材料及其制法与应用

技术领域

本发明属于环境保护与农业技术领域，具体涉及一种镉污染酸性土壤专用石灰质材料及其制法与应用。

背景技术

随着大气酸沉降、农业措施不当等问题的出现，土壤酸化进程不断加速，肥力退化问题日益突出，严重制约了农作物的生长。更为严重的是，土壤酸化造成pH下降，活化了被固定在土壤中的重金属，其中以阳离子态的离子，如镉、锌、镁等的活化尤为突出。一方面，锌等营养元素的流失，严重影响了农作物正常生产与产量；另一方面，锌镁的流失也削弱了农作物对镉的阻抗作用，同时，镉等重金属的活化促进了农作物对其吸收和富集。

化学方法实现酸碱调节、重金属固定是当前常用的方法。其中，鉴于其成本低、操作简单等优点，石灰质材料如生石灰、石灰石等是我国调节酸性土壤、钝化镉的主要方法，可以实现农业用地边生产边治理的目的。但是这些材料存在几个方面的重要缺陷：1.生石灰具有快速调节酸性土壤以及钝化镉的作用，但易造成农作物烧苗，并存在稳定性较差等的问题，无法满足对酸性土壤与镉污染的长期调控；2.石灰石对酸性土壤和镉污染调控，仅能在长时间施加之后才能缓慢释放出来，虽具有良好的稳定性，但短期效果不明显，无法满足生产需求；3.现有石灰质材料可通过调节土壤pH实现固定钝化土壤中的镉，但是由于锌等元素流失，农作物对镉的吸收能力并没有减弱，甚至存在增强的问题，最终无法解决有镉污染酸性土壤的农产品安全问题；4.现有石灰质材料成分单一，不含营养物质。在保证其对酸性土壤改良和镉钝化功能的前提下，现有石灰质材料往往缺乏对农作物生长的改善和提高产量的多功能效果。

发明内容

为解决当前酸性土壤改良和镉钝化难以同时满足：1.土壤pH调控兼顾长期和短期效果、2.保证农作物正常生长和农产品安全的技术难点，本发明提供了一种镉污染酸性土壤专用石灰质材料。该石灰质材料能实现兼顾短期和长期土壤酸性调节、减少农作物自身对镉吸收能力、促进农作物生长和提高产量的多功能酸性土壤改良和镉钝化。

本发明的另一目的在于提供上述镉污染酸性土壤专用石灰质材料的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述镉污染酸性土壤专用石灰质材料的使用方法。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种镉污染酸性土壤专用石灰质材料，所述石灰质材料的组分为生石灰、白云石、石灰石和含锌制剂，所述石灰质材料的组分的重量份数比为生石灰：白云石：石灰石：含锌制剂＝(0.5～1.5)：(2.5～3.5)：(5.5～6.5)：(0.01～0.1)。

进一步的，所述石灰质材料的组分的重量份数比为生石灰：白云石：石灰石：含锌制剂＝(1～1.5)：(3～3.5)：(5～6.5)：(0.05～0.1)。

进一步的，所述石灰质材料的组分的重量份数比为生石灰：白云石：石灰石：含锌制剂＝1：3：6：0.1。

进一步的，所述含锌制剂包括硫酸锌、硝酸锌、腐殖酸锌、乙二胺四乙锌盐中的一种以上。

一种镉污染酸性土壤专用石灰质材料的制备方法，包括以下步骤：对生石灰、白云石、石灰石分别进行研磨和过筛；然后将研磨过筛后的生石灰、白云石、石灰石与含锌制剂按照重量比进行均匀混合即得。

由于本发明所使用的石灰石和白云石必须研磨成粉后才能在土壤中分散完全，因此，要求白云石和石灰石应全部过20目筛，并且一定比例通过100目筛(该部分比例不需限定)。在研磨之后，将各个组分按照重量比进行均匀混合，从而得到所述石灰质材料。

本发明还提供了上述镉污染酸性土壤专用石灰质材料的施用方法：在翻耕前，将所述镉污染酸性土壤专用石灰质材料均匀撒施在耕地土壤表面，立即翻耕20cm，实现石灰质材料与耕作层土壤充分混合均匀；所述镉污染酸性土壤专用石灰质材料施用量为250公斤/亩。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

1、本发明镉污染酸性土壤专用石灰质材料能实现兼顾短期和长期土壤酸性调节、减少农作物自身对镉吸收能力、促进农作物生长和提高产量的多功能酸性土壤改良和镉钝化。

2、本发明采用了生石灰、白云石以及石灰石的组合和最佳配比，实现了在不牺牲兼具酸化土壤速效、长效调控作用的同时，补充土壤镁元素，提高土壤结构和提高农作物产量的作用。

3、本发明镉污染酸性土壤专用石灰质材料配方中的锌元素的加入，实现了进一步降低稻米中镉含量和提高农作物产量的作用。

附图说明

图1为实施例1中三组不同石灰质材料改良酸性土壤后pH值比较。

图2为实施例1中对酸性土壤进行不同处理后的稻米镉含量的对比，其中的“空白”是指空白组、“石灰石”是指石灰石处理组、“组合2”是指组合2处理组、“组合1”是指组合1处理组。

图3为实施例1的组合2、石灰石处理组和空白组的水稻产量对比，其中的“空白”是指空白组、“石灰”是指石灰石处理组、“组合2”是指组合2处理组。

图4为实施例2的空白组、石灰石处理以及组合2的玉米产量对比，其中的“空白”是指空白组、“石灰”是指石灰石处理组、“组合2”是指组合2处理组。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

以下实施例中使用的原料要求如下：

生石灰中钙镁氧化物含量要求大于75％，重金属含量要求：Cd(≤1.0mg/kg)，Pb(≤100mg/kg)，Cr(≤150mg/kg)，As(≤30mg/kg)，Hg(2.0mg/kg)。白云石和石灰石中钙镁氧化物含量要求大于40％，重金属含量要求：Cd(≤1.0mg/kg)，Pb(≤100mg/kg)，Cr(≤150mg/kg)，As(≤30mg/kg)，Hg(2.0mg/kg)。

实施例1：

1、制备镉污染酸性土壤专用石灰质材料：

首先，将生石灰、白云石和石灰石分别研磨，其中白云石和石灰石须通过20目筛。然后，将研磨后的生石灰、白云石、石灰石与硫酸锌按照重量比为10：30：60：0.1进行均匀混合，获得镉污染酸性土壤专用石灰质材料，记为组合2。

2、为了说明锌元素对农作物中重金属含量的作用，设置对照实验：

首先，将生石灰、白云石和石灰石分别研磨，其中白云石和石灰石须通过20目筛。然后将研磨后的生石灰、白云石、石灰石按照重量比10：30：60进行均匀，记为组合1。

3、应用试验：

(1)在酸化较为严重的红壤农田(pH 4.82)上划分不同区块，分别均匀施加本实施例所制备的石灰质材料(组合2)、石灰石和生石灰，施用量均为250公斤/亩，然后实施翻耕深度约20cm，使得改良材料与耕作层土壤充分混合均匀。

为了说明组合2对传统使用的生石灰和石灰石长期调节酸化土壤pH的优势，分别测定和比较了上述三组处理组(即组合2处理组、生石灰处理组、石灰石处理组)的农田区块土壤在不同时间的pH值。土壤pH值的测定方法：采集不同时间点的土壤样品，称取5g土壤于离心管中，并加入25mL无二氧化碳水，设置土/水质量比＝1:5，搅拌2min并静置30min，用pH计测定上清液。具体数据见表1和图1。如表1和图1所示，在相同当量的情况下，本发明所提供的石灰质材料，即组合2对酸化土壤的pH的调节兼具速效和缓释的效果，既解决了生石灰调节在初期调节pH过高，从而造成的作物烧苗等问题，又可实现长时间改良酸化土壤的性能，并优于单独施用石灰石。

表1.三组对照区块在不同时间的土壤pH值

(2)在本实施例中，还分别测定和比较了四个处理组(即石灰石处理组，组合1处理组，组合2处理组，不对土壤进行任何修复处理的空白组)稻米中镉的含量。

实验过程：在酸化较为严重的红壤农田(pH 4.82)上划分不同区块，分别为空白组、石灰石处理组、组合1处理组以及组合2处理组。除空白组之外，组合2处理组、组合1处理组以及石灰石处理组分别均匀施加本实施例所制备的石灰质材料(组合2)、组合1和石灰石，施用量均为250公斤/亩，然后实施翻耕深度约20cm，使得改良材料与耕作层土壤充分混合均匀。完成上述处理1-2天后，按照常规技术正常种植水稻，水稻收获后测定稻米镉含量和水稻产量，测定结果分别如图2和图3所示。

稻米的镉含量测定方法主要按GB/T 23349进行样品制备，按NY/T 1978进行重金属的测定。如图2所示，所得四个处理组中稻米重金属含量分别为：0.281mg/kg(石灰石处理组)，0.242mg/kg(空白处理组)，0.207mg/kg(组合1处理组)，0.153g/kg(组合2处理组)。可见，组合2处理组的稻米镉含量显著低于组合1，空白组，以及石灰石处理组。从而证明本发明所述石灰质材料对稻米的降镉能力明显优于空白组。同时，上述结果也证明了本发明所述石灰质材料中微量元素成分具有显著的降低稻米镉含量的能力，进一步印证了本发明所述配方的优越性。

此外，组合2、石灰石处理组和空白组的水稻产量也具有显著的差异性。如图3所示，经过本发明所述的石灰质材料(即组合2)处理的农田，稻米的产量(8.0吨/公顷)，显著优于石灰石处理组(7.32吨/公顷)以及空白组(6.68吨/公顷)，说明本发明所述石灰质材料在提高稻米产量的性能显著优于石灰石处理组，具有很好的改善农作生长的作用。

实施例2：

进一步证明本发明所述配方对提高其他农作物的产量的作用，在实施例2中，试验了本发明对提高玉米产量的作用。具体方案如下：

1、制备镉污染酸性土壤专用石灰质材料：

首先，将生石灰、白云石和石灰石分别研磨，其中白云石和石灰石须通过20目筛。然后，将研磨后的生石灰、白云石、石灰石与硫酸锌按照重量比为10：30：60：0.1进行均匀混合，获得镉污染酸性土壤专用石灰质材料，记为组合2。

2、应用试验：

在酸化红壤旱地(pH 4.82)划分3个区块，分别为空白组(即不对土壤进行任何修复处理)、石灰石处理组以及组合2处理组。除空白组之外，组合2处理组以及石灰石处理组分别均匀施加本实施例所制备的石灰质材料(组合2)和石灰石，施用量均为250公斤/亩，然后实施翻耕深度约20cm，使得改良材料与耕作层土壤充分混合均匀。完成上述处理1-2天后，按照常规技术正常种植玉米。

玉米收获后，比较以上三个处理组对提高玉米产量的作用，实验结果如图4所示。根据试验结果，本发明所述石灰质材料处理的旱地区块的玉米产量为4吨/公顷，显著优于石灰石处理组的3.5吨/公顷以及空白组(2.3吨/公顷)。该结果证明本发明所述的石灰质材料对提高旱地作物如玉米的产量，显著优于石灰石材料的性能。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。