本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)肥料的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種能修復(fù)土壤重金屬的功能性肥料。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代社會和工業(yè)的快速而又大規(guī)模發(fā)展，隨之產(chǎn)生大量廢水、廢氣、固體廢棄物等現(xiàn)代工業(yè)化污染物，對人類社會及全球生態(tài)造成嚴(yán)重影響。而這其中尤以土壤污染最為突出，因為土壤承載著人類的同時也養(yǎng)育著人類。土壤重金屬污染是現(xiàn)代工業(yè)社會的一大惡果，首先污染土壤，進而污染水源；其次通過生物鏈，在植物、動物及人類中富集。植物，特別農(nóng)作物，是動物和人的最主要食物來源，因此植物是土壤重金屬污染的最初受害者，由于生物富集作用的存在，也是土壤重金屬污染為害的主要承擔(dān)者。土壤重金屬污染為害植物的原理是，植物根系吸收了土壤中的重金屬后會對自身的正常新陳代謝產(chǎn)生毒害作用，比如影響代謝酶的活性、干擾其它礦質(zhì)元素的轉(zhuǎn)運以及影響必須元素的吸收等。由于植物正常新陳代謝受到干擾，并且從土壤中不能得到必須營養(yǎng)元素，直接導(dǎo)致根系受損，產(chǎn)量和質(zhì)量受到影響，植物生命周期縮短，甚至過早死亡。由于自然界中存在生物鏈，土壤中的重金屬會隨著食物鏈轉(zhuǎn)移富集到動物和人體內(nèi)，進而造成為害。如果土壤中的重金屬不能夠有效而又及時地去除，最終會嚴(yán)重危害人類社會的發(fā)展。鑒于此，土壤重金屬污染正日益受到人們的關(guān)注，成為全社會面臨的重大生態(tài)環(huán)境問題，相關(guān)修復(fù)與治理領(lǐng)域的研究也是現(xiàn)代科學(xué)工作者關(guān)注的重點。為了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，保障食品安全，土壤重金屬污染修復(fù)與治理是現(xiàn)代社會不可回避的現(xiàn)實。
當(dāng)前應(yīng)用于土壤重金屬修復(fù)與治理的措施，從性質(zhì)上分為三種：物理方法、化學(xué)方法和生物方法。物理方法，主要是通過電磁的方式、淋洗的方式、換土的方式。電磁轉(zhuǎn)移去除重金屬是利用電磁環(huán)境使重金屬離子定向移動或者是利用電熱環(huán)境使重金屬快速揮發(fā)，這對應(yīng)用規(guī)模有一定制約，并且對土壤有一定損傷。淋洗的方式是將重金屬從固相中轉(zhuǎn)移至液相中，再回收液相中的重金屬，相對比較成熟，但是工程量大耗費多。換土的方式主要是將污染土層深翻或者換掉，但是工程量大且治標(biāo)不治本?；瘜W(xué)方法，主要是在土壤中加入一些能夠改變其中重金屬理化性質(zhì)的物質(zhì)，使得重金屬發(fā)生沉淀、吸附、氧化還原等反應(yīng)或者作用，這樣來降低土壤中重金屬的移動性、被吸收率以及為害程度。化學(xué)方法也是不能徹底的解決重金屬污染問題，因為該方法沒有將重金屬從土壤中分離排除，僅是改變了重金屬在土壤中的存在狀態(tài)，如果措施不當(dāng)還有可能造成二次污染。生物方法，主要利用植物吸收富集重金屬的特性。該方法相對而言修復(fù)成本較低，適合大規(guī)模應(yīng)用，會產(chǎn)生良好的生態(tài)效應(yīng)，但是該方法耗時較長、效率偏低、具體作用機制不甚明了、有用植物的開發(fā)亟待解決。上述幾種方法方式均在一定程度上能夠修復(fù)和改善土壤重金屬污染的狀況，但是缺點也是明顯的。故而，成本低廉、修復(fù)高效、措施簡單、有著良好生態(tài)環(huán)境效益的方法是土壤重金屬污染修復(fù)與治理的追求目標(biāo)。
土壤受到重金屬污染后，不再適宜耕種，除非其中的重金屬污染物被清除，否則即使有所收獲，也會是重金屬超標(biāo)的農(nóng)產(chǎn)品，不能夠進入人們的餐桌之上。而至于修復(fù)重金屬，單獨進行土壤修復(fù)固然可行的，但是如果能夠在收獲健康食品的同時修復(fù)土壤會收到生態(tài)效益和經(jīng)濟效益雙豐收，這就是值得研究的課題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服以上背景技術(shù)中提到的不足和缺陷，提供一種修復(fù)土壤重金屬的功能肥料。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：
一種修復(fù)土壤重金屬的功能肥料，主要由肥料與重金屬吸附劑混合制備而成，所述重金屬吸附劑為多孔陶瓷材料，所述多孔陶瓷材料的孔徑為5-35nm，比表面積240-300m2/g。將本身呈堿性的多孔陶瓷材料，與通常顯酸性的肥料結(jié)合后，使得多孔陶瓷材料對重金屬的吸能力大幅提高，土壤有效鎘降低率是單獨使用修復(fù)材料時的1.5倍以上。
本發(fā)明所采用的重金屬吸附劑為多孔陶瓷材料，由格豐科技材料有限公司研發(fā)和生產(chǎn)，是一種新型高自組裝、密集功能單分子、有序可控多孔、納米復(fù)合材料，該材料具有高選擇性、大吸附量、極低能耗、長壽命、低成本的優(yōu)勢；由改性多孔陶瓷納米復(fù)合材料為核心組裝的“三廢”處理裝備具有模塊化、智能化、集成化、系列化的特點，具有去除重金屬的特定功能。該多孔陶瓷材料，主要具有六大特性：
(1)物理和機械穩(wěn)定性：不易破碎，吸附重金屬后不隨水漂流；
(2)化學(xué)穩(wěn)定性：不會因酸雨或土壤酸堿度變化而重新釋放污染物；
(3)生物穩(wěn)定性：5-35nm的納米孔結(jié)構(gòu)，使微生物無法進入納米小孔來將重金屬轉(zhuǎn)化為毒性和流動性更大的有機重金屬(如甲基汞)；
(4)地質(zhì)穩(wěn)定性：吸附重金屬后的多孔陶瓷材料隨著耕作時間的推移(1-3季作物的種植)，在重力作用下逐漸向下遷移并最后離開耕作層，這樣植物的根不再有可能吸收到這些被固化的重金屬，而該多孔陶瓷材料固化的重金屬-納米陶瓷重金屬載體在耕作層之下變成為重金屬礦物質(zhì)類物質(zhì)，重金屬不再遷移進入生物鏈，不再給環(huán)境造成重金屬污染，達到就地鈍化的最終目的；
(5)土壤特性和結(jié)構(gòu)的保護性：多孔陶瓷材料不吸收堿土金屬、鉀、磷及營養(yǎng)成分，不引入化學(xué)品，具有能改善土壤的透氣性的功能。
因此，本發(fā)明將其應(yīng)用在肥料中，在提供作物生長養(yǎng)分供應(yīng)的同時還能改善土壤的物理、化學(xué)和生物性狀，從而達到修復(fù)土壤膠體、土壤酶系統(tǒng)和土壤團粒結(jié)構(gòu)，為植物根系生長發(fā)育創(chuàng)造良好的生態(tài)環(huán)境。
更重要的是，由于多孔陶瓷材料本身呈堿性，而肥料通常顯酸性，以肥料為載體使得多孔陶瓷材料局部環(huán)境顯酸性和弱酸性，而酸性狀態(tài)下有利于重金屬轉(zhuǎn)化為游離態(tài)，從而便于多孔陶瓷材料對重金屬的吸收，因此，本發(fā)明將多孔陶瓷材料與化肥進行結(jié)合，使得多孔陶瓷材料對重金屬的吸附能力成倍提高。
上述的功能肥料，優(yōu)選的，以重量份計，所述功能肥料主要由90-99.7份肥料與0.3-10份重金屬吸附劑混合制備而成。
上述的功能肥料，優(yōu)選的，所述肥料選自有機-無機復(fù)混肥料、無機復(fù)混(合)肥料、有機肥料、摻混肥料中的一種或多種。
上述的功能肥料，優(yōu)選的，按質(zhì)量百分含量，所述有機-無機復(fù)混肥料的總養(yǎng)分為25％～35％，有機質(zhì)15～25％，氯離子≤3.0％，水分≤12％，細(xì)度為40～60目，ph為5.5～7.0。
上述的功能肥料，優(yōu)選的，按質(zhì)量百分含量，所述有機肥料的總養(yǎng)分6％～10％，有機質(zhì)含量45～80％，水分≤30％，ph為4.5～7.0；所述有機肥中的有效活菌數(shù)為0.2億/g～1億/g。
上述的功能肥料，優(yōu)選的，所述有機質(zhì)是以菜粕、煙梗、煙末、畜禽糞便中的一種或幾種為原料，添加占原料重量0.25％-1％的發(fā)酵菌劑后發(fā)酵制備得到的。
上述的功能肥料，優(yōu)選的，所述無機復(fù)混(合)肥料由尿素、硝銨磷、磷酸一銨、氯化銨、硫銨、氯化鉀和硫酸鉀中的幾種經(jīng)過復(fù)合造粒工藝制作而成。
上述的功能肥料，優(yōu)選的，所述摻混肥料以樹脂包衣尿素為主要原料，并摻混有顆粒尿素、顆粒磷酸一銨、顆粒氯化銨、顆粒硫銨、顆粒氯化鉀、顆粒硫酸鉀、顆粒微量元素的一種或多種。
上述的功能肥料，優(yōu)選的，按質(zhì)量百分含量，所述摻混肥料的總養(yǎng)分≥35％，氯離子≤3.0％，水分≤2％，顆粒度(粒徑1mm-4.75mm或3.35mm-5.60mm)≥90％，中量元素含量≥2％，微量元素含量≥0.02％。
上述的功能肥料，優(yōu)選的，在施肥過程中，以每畝50-120kg用量均勻撒施在土壤表面，然后耕地即可。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：
(1)本發(fā)明將重金屬吸附劑與肥料結(jié)合，二者相互協(xié)同，使重金屬吸附劑對重金屬的吸附能力成倍提高，取得了預(yù)料不到的技術(shù)效果。
(2)本發(fā)明的修復(fù)土壤重金屬的功能性肥料，含有作物生長發(fā)育所需的大量、中量以及微量元素，提供不同種植產(chǎn)品或作物充足的養(yǎng)分，同時施用該修復(fù)土壤重金屬的產(chǎn)品，能夠在收獲農(nóng)作物的同時，起到修復(fù)污染土壤的功效。
(3)本發(fā)明的修復(fù)土壤重金屬的功能性肥料可以同時獲得生態(tài)效益和經(jīng)濟效益。
(4)本發(fā)明的修復(fù)土壤重金屬的功能性肥料，安全無毒不會產(chǎn)生二次污染，施用方便，無需單獨做修復(fù)土壤重金屬的操作，具有吸附重金屬的效率極高、量極大，并且具有極好的選擇性。
具體實施方式
為了便于理解本發(fā)明，下文將結(jié)合較佳的實施例對本文發(fā)明做更全面、細(xì)致地描述，但本發(fā)明的保護范圍并不限于以下具體實施例。
除非另有定義，下文中所使用的所有專業(yè)術(shù)語與本領(lǐng)域技術(shù)人員通常理解含義相同。本文中所使用的專業(yè)術(shù)語只是為了描述具體實施例的目的，并不是旨在限制本發(fā)明的保護范圍。
除非另有特別說明，本發(fā)明中用到的各種原材料、試劑、儀器和設(shè)備等均可通過市場購買得到或者可通過現(xiàn)有方法制備得到。
實施例1：
一種本發(fā)明的修復(fù)土壤重金屬的功能肥料，主要由95kg的24-10-12無機復(fù)混(合)肥料(由尿素、硝銨磷、磷酸一銨、氯化銨、硫銨、氯化鉀和硫酸鉀經(jīng)過復(fù)合造粒工藝制作而成)和5kg的多孔陶瓷材料混合制備而成，該多孔陶瓷材料的孔徑為5-35nm，比表面積為240-300m2/g。
1、試驗地點：貴州銅仁。
2、試驗材料：
肥料品種：本實施例的修復(fù)土壤重金屬的功能肥料、無機復(fù)混(合)肥料、無機復(fù)混(合)肥料+多孔陶瓷材料分開處理；
作物品種：早稻，株兩優(yōu)1號。
3、試驗設(shè)計：
處理1：施用本實施例的修復(fù)土壤重金屬的功能肥料，畝施75kg；
處理2：施用不含多孔陶瓷材料的等養(yǎng)分含量配比的無機肥料，畝施75kg；
處理3：先施用不含多孔陶瓷材料的等養(yǎng)分含量配比的無機肥料，然后在施用多孔陶瓷材料，二者總用量和處理1相同。
水稻采用統(tǒng)一育苗，統(tǒng)一移栽，統(tǒng)一生產(chǎn)措施。每個處理設(shè)置3個重復(fù)，每個小區(qū)面積為133.3m2。單收單曬并稱干重，收獲前收集水稻株高、穂長、分蘗數(shù)、千粒重和結(jié)實率等數(shù)據(jù)。除此之外，對水稻籽粒、植株，以及土壤進行重金屬含量測定分析。
4、結(jié)果與分析：
一般而言，受到重金屬污染的土壤，如果沒有達到一定污染程度，水稻仍然可以生長收獲，甚至不會對產(chǎn)量產(chǎn)生影響。只不過是這種情況下得到的稻米是重金屬超標(biāo)的，人食用后會對身體產(chǎn)生危害。而如果污染更嚴(yán)重的話，水稻生長發(fā)育受到影響，產(chǎn)量也相應(yīng)受到影響。試驗數(shù)據(jù)表明，試驗各個小區(qū)在處理前土壤污染均未達到影響試驗水稻品種產(chǎn)量的程度，表1之中，處理1、處理2和處理3之間對比均可說明這一點。
表1不同處理與水稻產(chǎn)量
表2為不同處理的水稻經(jīng)濟情況，由表2中的試驗數(shù)據(jù)表明，試驗地區(qū)土壤重金屬污染影響到的水稻正常生長發(fā)育，但是程度較輕。重金屬污染物進入土壤后，首先影響的是土壤環(huán)境和結(jié)構(gòu)，比如土壤酶系統(tǒng)、土壤ph、土壤團粒結(jié)構(gòu)等。進入植物體后，開始干擾植物正常的生理生化代謝過程。其結(jié)果是，植物從外界吸收營養(yǎng)元素受到影響，因此有效的分蘗、株高、籽粒飽滿程度等受到不同程度的影響。
表2不同處理與水稻經(jīng)濟性狀
一般情況下，土壤適宜耕作的土壤層是0-20cm的范圍，也是大多數(shù)須根系作物的根系主要存在的土壤層。更深層的土壤會有作物根系或者其他農(nóng)田生物存在，但是相對較少。試驗數(shù)據(jù)表明(見表3)，在施用了本發(fā)明的修復(fù)土壤重金屬的功能肥料后，土壤中重金屬含量大幅度下降，作物產(chǎn)品中重金屬含量不再超標(biāo)。
表3不同處理對土壤重金屬含量影響
實施例2：
一種本發(fā)明的修復(fù)土壤重金屬的功能肥料，主要由95kg的摻混肥料(26-10-12，總養(yǎng)分≥48％，氯離子≤3.0％，水分≤2％，顆粒度(粒徑1mm-4.75mm)≥90％，中量元素含量≥2％，微量元素含量≥0.02％)和5kg的多孔陶瓷材料混合制備而成，該多孔陶瓷材料的孔徑為5-35nm，比表面積240-300m2/g。
1、試驗地點：湖南長沙、株洲、湘潭
2、試驗材料：
肥料品種：本實施例的修復(fù)土壤重金屬的功能肥料、緩釋摻混肥料、緩釋摻混肥料+多孔陶瓷材料分開處理
作物品種：晚稻，株兩優(yōu)1號
3、試驗設(shè)計：
處理1：施用本實施例的修復(fù)土壤重金屬的功能肥料，畝施65kg；
處理2：施用不含多孔陶瓷材料的等養(yǎng)分含量配比的緩釋摻混肥料，畝施65kg；
處理3：先施用不含多孔陶瓷材料的等養(yǎng)分含量配比的緩釋摻混肥料，然后再施用多孔陶瓷材料，二者總用量和處理1相同。
水稻采用統(tǒng)一育苗，統(tǒng)一移栽，統(tǒng)一生產(chǎn)措施。每個處理設(shè)置3個重復(fù)，每個小區(qū)面積為133.3m2。單收單曬并稱干重，收獲前收集水稻株高、穂長、分蘗數(shù)、千粒重和結(jié)實率等數(shù)據(jù)。除此之外，對水稻籽粒、植株，以及土壤進行重金屬含量測定分析。
4、結(jié)果與分析：
試驗數(shù)據(jù)表明，試驗各個小區(qū)在處理前土壤污染均未達到影響試驗水稻品種產(chǎn)量的程度，表4之中，處理1、處理2、處理3之間對比均可說明這一點。這樣就是說試驗地沒有達到一定污染程度，水稻仍然可以生長收獲，沒有對產(chǎn)量產(chǎn)生嚴(yán)重影響。但是，施用功能肥料在一定程度上提高了產(chǎn)量。
表4不同處理與水稻產(chǎn)量
表5不同處理與水稻稻米鎘含量
如表5試驗數(shù)據(jù)，在施修復(fù)土壤重金屬功能肥料的情況下，如果土壤中重金屬含量低，可以快速將稻米中重金屬降低到安全水平。
表6不同處理與土壤鎘含量(耕作層)
由表6可知，土壤中重金屬含量降低水平與土壤中重金屬含量有很大關(guān)系，如果含量高則降低的絕對量也高，含量低降低的絕對量也低。
實施例3：
一種本發(fā)明的修復(fù)土壤重金屬的功能肥料，主要由95kg的有機-無機復(fù)混肥料(13-5-8)和5kg的多孔陶瓷材料混合制備而成，該多孔陶瓷材料的孔徑為5-35nm，比表面積240-300m2/g；該有機-無機復(fù)混肥料的總養(yǎng)分≥26％，有機質(zhì)≥20％，氯離子≤3.0％，水分≤12％，細(xì)度為40～60目，ph為5.5～7.0。
1、試驗地點：湖南常寧
2、試驗材料
肥料品種：修復(fù)土壤重金屬的功能肥料，有機無機復(fù)混肥型肥料，有機無機復(fù)混肥型肥料+多孔陶瓷材料
作物品種：晚稻，株兩優(yōu)1號
3、試驗設(shè)計
處理1：施用本實施例的修復(fù)土壤重金屬的功能肥料，畝施70kg
處理2：施用不含多孔陶瓷材料的等養(yǎng)分含量配比的肥料，畝施70kg
處理3：先施用不含多孔陶瓷材料的等養(yǎng)分含量配比的有機無機復(fù)混肥型肥料，然后在施用多孔陶瓷材料，二者總用量和處理1相同。
水稻采用統(tǒng)一育苗，統(tǒng)一移栽，統(tǒng)一生產(chǎn)措施。每個處理設(shè)置3個重復(fù)，每個小區(qū)面積為133.3m2。單收單曬并稱干重，收獲前收集水稻株高、穂長、分蘗數(shù)、千粒重和結(jié)實率等數(shù)據(jù)。除此之外，對水稻籽粒、植株，以及土壤進行重金屬含量測定分析。
4、結(jié)果與分析
試驗數(shù)據(jù)表明，試驗各個小區(qū)在處理前土壤污染均未達到影響試驗水稻品種產(chǎn)量的程度，表7之中，處理1三個試驗點和處理2之間分別對比均可說明這一點。即試驗地沒有達到一定污染程度，水稻仍然可以生長收獲，沒有對產(chǎn)量產(chǎn)生嚴(yán)重影響。多點試驗也說明，施用本發(fā)明的修復(fù)土壤重金屬的功能肥料在一定程度上提高了產(chǎn)量。
表7不同處理與水稻產(chǎn)量
表8不同處理與水稻稻米鎘含量
如表8所示，施用本發(fā)明的修復(fù)土壤重金屬的功能肥料，水稻中的鎘含量減少了80％～90％，使“鎘大米”變成了達到國家標(biāo)準(zhǔn)要求的“安全大米”。由處理1和處理3對比表明，本發(fā)明的修復(fù)土壤重金屬功能性肥料對水稻的降鎘效果明顯優(yōu)于分開使用肥料與重金屬吸附劑。
表9不同處理與土壤鎘含量(耕作層)
如表9所示，多點試驗顯示施用本發(fā)明的修復(fù)土壤重金屬的功能肥料可以有效降低土壤中重金屬(鎘)含量。由處理1和處理3對比表明，本發(fā)明的修復(fù)土壤重金屬功能性肥料對土壤的降鎘效果明顯優(yōu)于分開使用肥料與重金屬吸附劑。
實施例4：
一種本發(fā)明的修復(fù)土壤重金屬的功能肥料，主要由95kg的有機-無機復(fù)混肥料(13-5-8)和5kg的多孔陶瓷材料混合制備而成，該多孔陶瓷材料的孔徑為5-35nm，比表面積240-300m2/g；該有機-無機復(fù)混肥料的總養(yǎng)分≥26％，有機質(zhì)≥20％，氯離子≤3.0％，水分≤12％，細(xì)度為40～60目，ph為5.5～7.0。
1、試驗地點：湖南株洲。
2、試驗材料：
肥料品種：修復(fù)土壤重金屬的功能肥料，有機-無機復(fù)混肥料(13-5-8)，多孔陶瓷材料；
作物品種：晚稻，株兩優(yōu)1號。
3：試驗設(shè)計：
處理1：施用本實施例的修復(fù)土壤重金屬的功能肥料，畝施70kg
處理2：施用不含多孔陶瓷材料的與處理1等養(yǎng)分含量配比的肥料，畝施70kg，另外單獨施用與處理1等量多孔陶瓷材料(不與肥料結(jié)合施用)；
處理3：施用不含多孔陶瓷材料的與處理1等養(yǎng)分含量配比的肥料，畝施70kg。
水稻采用統(tǒng)一育苗，統(tǒng)一移栽，統(tǒng)一生產(chǎn)措施。每個處理設(shè)置3個重復(fù)，每個小區(qū)面積為133.3m2。單收單曬并稱干重，收獲前收集水稻株高、穂長、分蘗數(shù)、千粒重和結(jié)實率等數(shù)據(jù)。除此之外，對水稻籽粒、植株，以及土壤進行重金屬含量測定分析。
4、結(jié)果與分析
表10不同處理與水稻產(chǎn)量
表11不同處理與水稻稻米鎘含量
表12不同處理與土壤鎘含量(耕作層)
試驗數(shù)據(jù)表明，試驗各個小區(qū)在處理前土壤污染均未達到影響試驗水稻品種產(chǎn)量的程度，由表10的處理1、處理2分別與處理3對比均可說明這一點。即試驗地沒有達到一定污染程度，水稻仍然可以生長收獲，沒有對產(chǎn)量產(chǎn)生嚴(yán)重影響。多點試驗也說明，在污染未達到影響水稻生長的程度時，施用本發(fā)明的修復(fù)土壤重金屬的功能肥料能在一定程度上提高了水稻的產(chǎn)量。
從表11和表12的試驗結(jié)果中可以得到證實，本發(fā)明將肥料與多孔材料混合使用可以對重金屬的吸附能力成倍提高。