具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

针对金属矿山排土场土壤面临的极端酸性及产酸、高度重金属毒性、严重贫瘠和产酸微生物比例过高等环境问题，现场土壤原位基质改良更趋向于选择多功能、环境破坏少、无次生灾害的矿物质高效改良剂，能够消酸、保水保肥、提高土壤胶化率，修复复合重金属污染，改良土质全营养、促进植物生长，降低施工成本。

为了达到上述目的，本发明提供了一种酸性重金属污染土壤适用的改良剂，按重量百分比计，改良剂包括15～25％的羟基磷灰石粉、30～40％的海泡石粉、24～32％的蒙脱石粉、15～25％的钾长石粉和5～15％的白云石粉。

上述各组分兼顾了以下多功能特点：1)羟基磷灰石：①促进植物生长：为植物生长提供充足的磷元素，肥力缓效释放、持久；②提高土壤pH值，降低重金属毒性：与土壤中Pb、Cu、Zn、Cd等重金属发生吸附、沉淀和络合，显著降低重金属有效态含量，尤其是高浓度重金属Pb，通过离子交换和形成磷氯铅矿类矿物沉淀。2)海泡石，蒙脱石：①天然硅酸盐黏土矿物蒙脱石、海泡石等的优势在于资源丰富，对环境无污染和价格低廉；②两者均为碱性材料，相比于蒙脱石，海泡石可显著提高土壤pH值；③钝化重金属，具有非金属矿物中较大的比表面积，吸附性强，能降低重金属有效态含量；④均为细颗粒状结构，其中海泡石是一种具有层链状结构的含水富镁硅酸盐黏土矿物，蒙脱石为含水铝硅酸盐构成的叠层状矿物，具有较高的吸水膨胀能力，具很强的吸附力和阳离子交换性能，能有效置换重金属离子，二者保水效果好，可改善土壤物理结构，提高土壤通透性、提高土壤供肥能力。3)钾长石粉：利用此原料可以很好地给酸性土壤提供硅和钾元素，弥补了酸性土壤缺钾的缺点，为植物生长提供充足的硅和钾元素。4)白云石粉：碳酸盐矿物，主要成分是碳酸钙，呈弱碱性，提高土壤pH值，改善土壤物理性质，减少土壤板结。

更重要的是，本发明的改良剂同时包含有以上几种矿石粉，各成分除了能够发挥各自效果以外，还能够与其他组分形成相互配合，起到了协同增效作用，对于酸性重金属污染土壤，具有显著的改良作用。

总之，本发明提供的改良剂具有以下显著效果：极端酸性矿区生态恢复项目施工过程中使用时可避免生石灰或熟石灰等过量施用，能够快速消酸、控酸，降低重金属毒性，见效快，保水保肥、增强作物抗性，同时还能够持续改善矿区土壤结构，缓释补充硅、钙、镁、磷等中微量元素，长效持续改良极端酸性土壤，且不会引发次生灾害。尤其是，将该改良剂配合有机农家肥配合使用，植物恢复效果更佳，可消酸、削减土壤重金属，节能减碳，同时解决土壤生产力下降问题。

本发明改良剂的配方制备简单，原料广泛且廉价，绿色环保，适合酸性土壤，尤其是极端酸性排土场土壤原位基质改良时大范围推广使用，尤其是南方多数金属矿区，比如硫铁矿、铅锌矿等极端酸化排土场重金属污染土壤或矿区其它类型的酸化退化土地改良与植被重建。

出于进一步提高土壤改良效果的目的，在一种优选的实施方式中，按重量百分比计，改良剂包括20～25％的羟基磷灰石粉、30～35％的海泡石粉、24～28％的蒙脱石粉、15～20％的钾长石粉和5～8％的白云石粉。

如前文所述，以上各矿石粉除了发挥自身特性以外，更重要的是需要与其他组分之间形成配合，针对酸性，尤其是极端酸性重金属污染土壤发挥更好的协同增效作用。以此为目的，在一种优选的实施方式中，羟基磷灰石粉与海泡石粉的重量比为0.720～0.833:1。更优选地，羟基磷灰石粉与蒙脱石粉的重量比为0.90～1.04:1。更优选地，羟基磷灰石粉与钾长石粉的重量比为1.50～1.67:1。更优选地，羟基磷灰石粉与白云石粉的重量比为3.0～5.0:1。

在本发明一种实施例中，按重量百分比计，改良剂包括25％的羟基磷灰石粉、30％的海泡石粉、24％的蒙脱石粉、15％的钾长石粉和6％的白云石粉。将改良剂中的各成分的含量控制在以上数值，具有更高的土壤改良作用，在消酸、削减土壤重金属、长效持续改良土壤性质方面具有更佳显著的效果。

优选羟基磷灰石粉、海泡石粉、蒙脱石粉、钾长石粉和白云石粉的粒度分别为120～200。实际应用是，可以各组分物质按一定质量百分比搅拌混合均匀而成；也可以通过挤压造粒制成颗粒，混合设备为搅拌机，造粒设备是对辊造粒机，制备的颗粒粒径为2～4mm。

总之，本发明的改良剂所选组分为羟基磷灰石、海泡石、蒙脱石、钾长石粉、白云石粉，以天然矿石为原料，来源广泛，成本低，现场制备简单，节能减排；改良剂与鸡粪、牛、羊粪等经腐熟而成的有机肥一起施用，具有新型、绿色、环保、高效特色，能够实现土壤肥力提高、复合重金属毒性降低的双重提升效果，有效解决金属矿区极端酸性土壤生态修复的两大难题(重金属毒性、极端酸性)；现场施工可避免使用石灰等，不会引发次生灾害，具有多功能，快速消酸，调节酸碱，降低重金属有效态含量，提高土壤通透性，补充硅、钙、镁、磷等中微量元素，保水保肥，长效持续改良极端酸性土壤，快速促进植物生长。

根据本发明的另一方面，还提供了一种酸性重金属污染土壤的改良方法，其是将上述改良剂施撒于酸性重金属污染土壤表面，并翻耕于地面下；优选翻耕于地面下2～5cm深。利用该改良剂，能够快速消酸、控酸，降低重金属毒性，见效快，保水保肥、增强作物抗性，同时还能够持续改善矿区土壤结构，缓释补充硅、钙、镁、磷等中微量元素，长效持续改良极端酸性土壤，且不会引发次生灾害。且为了发挥更佳功效，翻耕于地面下5cm深为最佳。具体的翻耕方式可以为锄、镐、铲等进行简易翻耕即可，具体的施撒方式可以是底施、乔灌穴施、条形沟条施等。

在一种优选的实施方式中，酸性重金属污染土壤的pH值小于5.5时，包括极强酸性(土壤pH<4.5)或强酸性(土壤pH位于4.5～5.5)排土场复合重金属污染土壤基质改良时，改良剂的施撒量为150～300公斤/亩；酸性重金属污染土壤的pH值为5.5～6.5时，比如一般酸性(5.5～6.5)其它酸性矿区类型废弃地重金属土壤基质改良时，改良剂的施撒量为100～150公斤/亩。

优选地，在施撒改良剂的同时，还向酸性重金属污染土壤表面施撒有机肥，其施撒量为3～10kg/m²。将该改良剂配合有机农家肥配合使用，植物恢复效果更佳，可消酸、削减土壤重金属，节能减碳，同时解决土壤生产力下降问题。优选有机肥选自腐熟鸡粪稻壳有机肥、牛粪有机肥、底泥有机肥中的一种或多种。

以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。

实施例1

不同处理方法对金属矿区极端酸性重金属复合污染土壤的修复效果

(1)试验材料：供试土壤采集自某矿山排土场极端酸性污染土，每盆称取过5mm筛的供试土壤3.5kg，该供试矿区土壤pH值为2.5～3.5。

高效矿物质改良剂配方：羟基磷灰石25％、海泡石粉30％、蒙脱石粉24％、钾长石粉15％、白云石粉6％；石粉粒度均为120～200目，使用量亩施200公斤，约330g/m²；

完全的腐熟鸡粪稻壳有机肥(纯鸡粪占2成)，使用量为5kg/m²。

(2)选取蒸馏水浸湿1h后风干的宽叶草种子。每盆撒播草种500粒，约0.75g；盆栽设置3组，每组3个重复。

A组：距离花盆表土5cm深，将高效矿物质改良剂加入5cm深土壤并拌匀，每盆添加量为150g/kg，编号AM1；B组：花盆土与高效矿物质改良剂全部拌匀，添加量为300g/kg；C组：将高效矿物质改良剂与表层5cm土壤拌匀，并添加50g/kg的鸡粪稻壳有机肥搅拌均匀，编号为AM+CM。设置1组对照CK。撒播草籽结束各添加1000mL水。不同组的改良剂和鸡粪稻壳有机肥添加量见表1：

表1

(3)修复效果：

以上各组中宽叶草生长90天后草本生物量见表2，可以看出，生长90天后，可知高效矿物质改良剂与鸡粪稻壳有机肥结合使用的C组，其宽叶草生物量分别是其单一使用下A、B组的9.3、5.2倍。

宽叶草对极端酸性排土场重金属污染土壤改良90天后土壤理化性质见表3。矿区原始土壤属于极端酸化，pH仅为2.3，且十分贫瘠。高效矿物质改良剂与鸡粪稻壳有机肥结合使用的C组，相比对照CK，土壤pH提高了4.8个单位，有机质达到15.5g/kg，速效氮和速效钾含量显著增加，分别达到109mg/kg和195mg/kg。

宽叶草生长90天后，各对比处理土壤中重金属总态、有效态含量及固化率情况，可知高效矿物质改良剂与鸡粪稻壳有机肥结合使用的C组，Pb、Cu、Zn、Cd四种重金属有效态含量显著降低，Pb、Cu、Zn、Cd固化率较A组和B组，分别达到83.91％，83.59％、83.37％和78.34％。

宽叶草对极端酸性排土场重金属污染土壤改良90天后土壤重金属总态及有效态含量结果见表4。经过90天矿区极端酸性重金属污染土壤修复，宽叶草生长迅速，土壤极端酸性明显提高、重金属毒性显著下降，土壤肥力水平明显增加，达到了植被恢复所需的土壤环境。

表4

图1和图2分别为C组第12天宽叶草发芽情况和第30天宽叶草生长情况，可见该组宽叶草生长快速、叶片浓密旺盛富有活力。

实施例2

与实施例1中C组的不同之处仅在于改良剂配方不同，高效矿物质改良剂配方：羟基磷灰石23.25％、海泡石粉30％、蒙脱石粉24％、钾长石粉15％、白云石粉7.75％；使用量亩施200公斤，约330g/m²。记为D组。

修复效果：宽叶草生长90天后草本生物量见表2，宽叶草对极端酸性排土场重金属污染土壤改良90天后土壤理化性质见表3，宽叶草对极端酸性排土场重金属污染土壤改良90天后土壤重金属总态及有效态含量结果见表4。

实施例3

与实施例1中C组的不同之处仅在于改良剂配方不同：高效矿物质改良剂配方：羟基磷灰石24％、海泡石粉30％、蒙脱石粉24％、钾长石粉16％、白云石粉6％；使用量亩施200公斤，约330g/m²。记为E组。

修复效果：宽叶草生长90天后草本生物量见表2，宽叶草对极端酸性排土场重金属污染土壤改良90天后土壤理化性质见表3，宽叶草对极端酸性排土场重金属污染土壤改良90天后土壤重金属总态及有效态含量结果见表4。

实施例4

与实施例1中C组的不同之处仅在于改良剂配方不同：高效矿物质改良剂配方：羟基磷灰石23.2％、海泡石粉30％、蒙脱石粉25.8％、钾长石粉15％、白云石粉6％；使用量亩施200公斤，约330g/m²。记为F组。

修复效果：宽叶草生长90天后草本生物量见表2，宽叶草对极端酸性排土场重金属污染土壤改良90天后土壤理化性质见表3，宽叶草对极端酸性排土场重金属污染土壤改良90天后土壤重金属总态及有效态含量结果见表4。

实施例5

与实施例1中C组的不同之处仅在于改良剂配方不同：高效矿物质改良剂配方：羟基磷灰石23％、海泡石粉32％、蒙脱石粉24％、钾长石粉15％、白云石粉6％；使用量亩施200公斤，约330g/m²。记为G组。

修复效果：宽叶草生长90天后草本生物量见表2，宽叶草对极端酸性排土场重金属污染土壤改良90天后土壤理化性质见表3，宽叶草对极端酸性排土场重金属污染土壤改良90天后土壤重金属总态及有效态含量结果见表4。

实施例6

与实施例1中C组的不同之处仅在于改良剂配方不同：高效矿物质改良剂配方：羟基磷灰石粉20％、海泡石粉35％、蒙脱石粉24％、钾长石粉15％和白云石粉6％。记为H组。

修复效果：宽叶草生长90天后草本生物量见表2，宽叶草对极端酸性排土场重金属污染土壤改良90天后土壤理化性质见表3，宽叶草对极端酸性排土场重金属污染土壤改良90天后土壤重金属总态及有效态含量结果见表4。

实施例7

与实施例1中C组的不同之处仅在于改良剂配方不同：高效矿物质改良剂配方：羟基磷灰石粉20％、海泡石粉30％、蒙脱石粉28％、钾长石粉17％和白云石粉5％。记为I组：

修复效果：宽叶草生长90天后草本生物量见表2，宽叶草对极端酸性排土场重金属污染土壤改良90天后土壤理化性质见表3，宽叶草对极端酸性排土场重金属污染土壤改良90天后土壤重金属总态及有效态含量结果见表4。

实施例8

与实施例1中C组的不同之处仅在于改良剂配方不同：高效矿物质改良剂配方：羟基磷灰石粉20％、海泡石粉30％、蒙脱石粉24％、钾长石粉18％和白云石粉8％。记为J组。

修复效果：宽叶草生长90天后草本生物量见表2，宽叶草对极端酸性排土场重金属污染土壤改良90天后土壤理化性质见表3，宽叶草对极端酸性排土场重金属污染土壤改良90天后土壤重金属总态及有效态含量结果见表4。

实施例9

与实施例1中C组的不同之处仅在于改良剂配方不同：高效矿物质改良剂配方：羟基磷灰石粉20％、海泡石粉30％、蒙脱石粉24％、钾长石粉20％和白云石粉6％。记为K组。

修复效果：宽叶草生长90天后草本生物量见表2，宽叶草对极端酸性排土场重金属污染土壤改良90天后土壤理化性质见表3，宽叶草对极端酸性排土场重金属污染土壤改良90天后土壤重金属总态及有效态含量结果见表4。

实施例10

与实施例1中C组的不同之处仅在于改良剂配方不同：高效矿物质改良剂配方：羟基磷灰石粉15％、海泡石粉40％、蒙脱石粉24％、钾长石粉15％和白云石粉6％。记为L组。

修复效果：宽叶草生长90天后草本生物量见表2，宽叶草对极端酸性排土场重金属污染土壤改良90天后土壤理化性质见表3，宽叶草对极端酸性排土场重金属污染土壤改良90天后土壤重金属总态及有效态含量结果见表4。

实施例11

与实施例1中C组的不同之处仅在于改良剂配方不同：高效矿物质改良剂配方：羟基磷灰石粉15％、海泡石粉30％、蒙脱石粉32％、钾长石粉15％和白云石粉8％。记为M组。

修复效果：宽叶草生长90天后草本生物量见表2，宽叶草对极端酸性排土场重金属污染土壤改良90天后土壤理化性质见表3，宽叶草对极端酸性排土场重金属污染土壤改良90天后土壤重金属总态及有效态含量结果见表4。

表2

表3

表4

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。