本發(fā)明屬于稻田重金屬污染治理技術領域，具體涉及一種降低水稻糙米中重金屬cd含量的土壤調(diào)理劑和方法。
背景技術：
隨著我國城市化及工業(yè)化進程的加快，礦山、冶煉、電鍍和印染等工業(yè)“三廢”的排放日益增多，使得重金屬通過各種不同的途徑進入土壤。加上農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中含有重金屬的農(nóng)藥、化肥的不合理施用等，稻田土壤酸化程度不斷加重，土壤中重金屬溶出率增加，土壤中重金屬被活化而顯著增加其生物有效性。
據(jù)2015環(huán)境保護部和國土資源部聯(lián)合頒布的《全國土壤狀況調(diào)查公報》指出，目前農(nóng)田土壤重金屬超標達19.4％，且污染面積逐年增加。由于水稻對土壤中的cd等重金屬有吸收累積作用，導致稻米中cd等重金屬含量超標現(xiàn)象不時見諸報端，嚴重威脅稻作區(qū)糧食安全和食物鏈上的人畜健康。因此，如何有效地治理修復受重金屬污染的稻田土壤，降低稻米中重金屬含量，使稻米達到安全的食用水平，維持稻田土壤的可持續(xù)利用，已成為我國大部分糧食生產(chǎn)區(qū)亟需解決的資源與生態(tài)環(huán)境問題。
目前受重金屬污染的土壤修復技術主要有原位修復和異位修復兩種模式，其中原位修復由于非破壞性，具有經(jīng)濟性和可操作性的優(yōu)勢，是受到了人們的廣泛關注和普遍采用的方法。近年來，有些地方采用粉煤灰、礦渣粉、鋼渣粉等經(jīng)過處理，當作為治理修復的原材料，通過翻耕、攪拌等方式將稻田表層土壤與修復材料均勻混合，以期達到物理和化學修復污染的目的。然而，這些治理修復物質均屬于工業(yè)廢棄物，成分復雜，處理成本高，還存在二次污染的風險，難以大規(guī)模推廣應用。此外，長期大量地單一使用這些堿性物質容易引起土壤板結而破壞土壤的理化性狀，甚至導致土壤中ca、mg、k等營養(yǎng)元素的平衡失調(diào)，稻田土壤重金屬污染修復效果不夠穩(wěn)定、持續(xù)時間不長，并不能達到真正恢復土地生產(chǎn)力的效果。
因此，尋找一種降低稻米中重金屬cd含量的土壤調(diào)理劑，用于解決現(xiàn)有技術中存在的處理成本高、效果不穩(wěn)定、二次污染和土壤板結等技術問題。
技術實現(xiàn)要素：
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種降低水稻糙米中重金屬cd含量的土壤調(diào)理劑和方法，用于解決現(xiàn)有重金屬污染土壤治理修復技術中存在的處理成本高、效果不穩(wěn)定、二次污染和土壤板結的技術缺陷。
本發(fā)明提供了一種土壤調(diào)理劑，包括：生物炭基劑和堿化劑；
所述生物炭基劑的原材料為生物廢棄物的二次炭化產(chǎn)物；
所述堿化劑為氧化鈣和/或氧化鎂。
優(yōu)選的，按重量份計，所述生物炭基劑10～20份，更優(yōu)選為12～18份，最優(yōu)選為14～16份。
優(yōu)選的，按重量份計，所述堿化劑1～3份，更優(yōu)選為1～2份。
優(yōu)選的，所述生物廢棄物選自棕櫚絲、椰殼、木屑、鋸末、花生殼、作物秸稈、谷殼、中藥渣和園林綠化廢棄物中的一種或多種。
優(yōu)選的，所述生物炭基劑由所述生物廢棄物經(jīng)二次炭化后進行粉碎得到。
優(yōu)選的，所述生物炭基劑的比表面積大于500m2/g。
優(yōu)選的，所述生物炭基劑和堿化劑為粉狀物；所述粉狀物的粒徑為60～100目。
優(yōu)選的，所述堿化劑的ph為10～13。
本發(fā)明還提供了一種降低水稻糙米中重金屬cd含量的方法，將上述土壤調(diào)理劑和重金屬污染的土壤混合，得到混合土壤；
在所述混合土壤中種植水稻。
綜上所述，本發(fā)明通過將生物炭基劑和堿化劑混合得到一種能夠有效降低水稻糙米中重金屬cd含量的土壤調(diào)理劑。生物炭基劑為生物廢棄物的炭化產(chǎn)物，經(jīng)過二次炭化進行活化處理后，其吸附活性較現(xiàn)有生物炭基好，其表面結構疏松多孔、比表面積大、活性基團豐富和吸附能力強等特性，能夠長效、穩(wěn)定鈍化農(nóng)田土壤中的重金屬cd，降低其生物有效性。生物炭基劑結合活化處理后的堿化劑，復配后能顯著提高污染稻田土壤的ph值，為土壤提供大量的[oh-]根，使cd2+離子沉淀而大大降低毒性，從而減少污染土壤中重金屬cd向水稻植株地上部的吸收轉移，降低重金屬cd在水稻糙米中的累積量，使稻米中重金屬cd含量達到安全食用水平。同時，施用本發(fā)明的生物炭基土壤調(diào)理劑可增加土壤中鈣、鎂等營養(yǎng)元素含量，進而改善土壤理化性狀，恢復土壤肥力，營造有利于水稻生長的土壤環(huán)境，提高土壤養(yǎng)分的利用率，達到綜合改良重金屬cd污染稻田土壤的效果。經(jīng)試驗證明，經(jīng)上述土壤調(diào)理劑改良后的耕層土壤的ph值有效降低，改善了重金屬污染土壤的酸度，而且由其種植得到的水稻的重金屬cd含量顯著降低。解決了現(xiàn)有稻田重金屬污染土壤修復技術中存在的處理成本高，土壤板結，效果不穩(wěn)定、持續(xù)時間不長和易造成二次污染等技術難題。具有效果顯著、成本低廉、制備工藝簡單、能耗低以及環(huán)境友好等優(yōu)點。
因此，通過本發(fā)明技術方案得到了一種對稻田土壤重金屬cd污染修復效果顯著，能明顯降低水稻糙米中重金屬cd含量的土壤調(diào)理劑，其原料來源廣泛、生產(chǎn)工藝簡單，綠色環(huán)保，而且可以增加重金屬污染土壤的土壤碳匯，改善土壤板結，減少溫室氣體的排放，在應用過程中避免產(chǎn)生二次污染。
具體實施方式
下面將結合本發(fā)明說明書優(yōu)選實施例對本發(fā)明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例只是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。本領域技術人員應當理解，對本發(fā)明的具體實施例進行修改或者對部分技術特征進行同等替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的精神，均應涵蓋在本發(fā)明保護的范圍中。
為了更詳細地說明本發(fā)明，下面結合優(yōu)選實施例對本發(fā)明所提供的一種降低水稻糙米中重金屬cd含量的土壤調(diào)理劑和方法，進行具體地描述本發(fā)明技術方案。
實施例1
稱取1000kg椰殼，將其烘干后置入?yún)捬跆炕癄t中，抽真空后通入氮氣作為保護氣體，以6℃/min的加速度升溫至220℃，停留30min，然后以2℃/min的加速度升溫至550℃后，保溫3小時，得到中間炭化產(chǎn)物1。
將中間炭化產(chǎn)物1加入立式反應器內(nèi)，向反應器內(nèi)通入氮氣用于驅趕其中空氣，30分鐘后開始加熱，以10℃/min的速度升溫至900℃；然后，以氣流量為0.45l/min通入水蒸氣進行活化，在900℃活化1小時后停止加熱，將氣流切換為氮氣，在氮氣保護下降至室溫，再在120℃真空干燥8小時。冷卻后取出研磨，過60-100目篩，得到生物炭基劑1。
稱取100kg氧化鈣，烘干后研磨過60-100目篩，制得堿化劑。
將以上制得的1000kg生物炭基劑1與100kg氧化鈣堿化劑充分混合均化，制得土壤調(diào)理劑1。
實施例2
稱取1000kg棕櫚絲和1000kg鋸末，兩者烘干后置入?yún)捬跆炕癄t中，抽真空后通入氮氣作為保護氣體，以6℃/min的加速度升溫至220℃，停留30min，然后以2℃/min的加速度升溫至550℃后，保溫3小時，得到中間炭化產(chǎn)物2。
將中間炭化產(chǎn)物2加入立式反應器內(nèi)，向反應器內(nèi)通入氮氣用于驅趕其中空氣，30分鐘后開始加熱，以10℃/min的速度升溫至900℃；然后，以氣流量為0.45l/min通入水蒸氣進行活化，在900℃活化1小時后停止加熱，將氣流切換為氮氣，在氮氣保護下降至室溫，再在120℃真空干燥8小時。冷卻后取出研磨，過60-100目篩，得到生物炭基劑2。
稱取200kg氧化鎂，烘干后研磨過60-100目篩，制得堿化劑。
將以上制得的2000kg生物炭基劑2與200kg氧化鎂堿化劑充分混合均化，制得土壤調(diào)理劑2。
實施例3
稱取1000kg花生殼和1000kg谷殼，兩者烘干后置入?yún)捬跆炕癄t中，抽真空后通入氮氣作為保護氣體，以6℃/min的加速度升溫至220℃，停留30min，然后以2℃/min的加速度升溫至550℃后，保溫3小時，得到中間炭化產(chǎn)物3。
將中間炭化產(chǎn)物3加入立式反應器內(nèi)，向反應器內(nèi)通入氮氣用于驅趕其中空氣，30分鐘后開始加熱，以10℃/min的速度升溫至900℃；然后，以氣流量為0.45l/min通入水蒸氣進行活化，在900℃活化1小時后停止加熱，將氣流切換為氮氣，在氮氣保護下降至室溫，再在120℃真空干燥8小時。冷卻后取出研磨，過60-100目篩，得到生物炭基劑3。
稱取200kg氧化鈣，烘干后研磨過60-100目篩，制得堿化劑。
將以上制得的2000kg生物炭基劑3與200kg氧化鈣堿化劑充分混合均化，制得土壤調(diào)理劑3。
實施例4
稱取2000kg玉米秸稈，將其烘干后置入?yún)捬跆炕癄t中，抽真空后通入氮氣作為保護氣體，以6℃/min的加速度升溫至220℃，停留30min，然后以2℃/min的加速度升溫至550℃后，保溫3小時，得到中間炭化產(chǎn)物4。
將中間炭化產(chǎn)物4加入立式反應器內(nèi)，向反應器內(nèi)通入氮氣用于驅趕其中空氣，30分鐘后開始加熱，以10℃/min的速度升溫至900℃；然后，以氣流量為0.45l/min通入水蒸氣進行活化，在900℃活化1小時后停止加熱，將氣流切換為氮氣，在氮氣保護下降至室溫，再在120℃真空干燥8小時。冷卻后取出研磨，過60-100目篩，得到生物炭基劑4。
稱取150kg氧化鈣和150kg氧化鎂均勻混合，烘干后研磨過60-100目篩，制得氧化鈣/氧化鎂堿化劑。
將以上制得的2000kg生物炭基劑4與300kg氧化鈣/氧化鎂堿化劑充分混合均化，制得土壤調(diào)理劑4。
實施例5
稱取2000kg中藥渣，將其烘干后置入?yún)捬跆炕癄t中，抽真空后通入氮氣作為保護氣體，以6℃/min的加速度升溫至220℃，停留30min，然后以2℃/min的加速度升溫至550℃后，保溫3小時，得到中間炭化產(chǎn)物5。
將中間炭化產(chǎn)物5加入立式反應器內(nèi)，向反應器內(nèi)通入氮氣用于驅趕其中空氣，30分鐘后開始加熱，以10℃/min的速度升溫至900℃；然后，以氣流量為0.45l/min通入水蒸氣進行活化，在900℃活化1小時后停止加熱，將氣流切換為氮氣，在氮氣保護下降至室溫，再在120℃真空干燥8小時。冷卻后取出研磨，過60-100目篩，得到生物炭基劑5。
稱取50kg氧化鈣和150kg氧化鎂，均勻混合烘干后研磨過60-100目篩，制得氧化鈣/氧化鎂堿化劑。
將以上制得的2000kg生物炭基劑5與200kg氧化鈣/氧化鎂堿化劑充分混合均化，制得土壤調(diào)理劑5。
實施例6
稱取1500kg水稻秸稈，將其烘干后置入?yún)捬跆炕癄t中，抽真空后通入氮氣作為保護氣體，以6℃/min的加速度升溫至220℃，停留30min，然后以2℃/min的加速度升溫至550℃后，保溫3小時，得到中間炭化產(chǎn)物6。
將中間炭化產(chǎn)物6加入立式反應器內(nèi)，向反應器內(nèi)通入氮氣用于驅趕其中空氣，30分鐘后開始加熱，以10℃/min的速度升溫至900℃；然后，以氣流量為0.45l/min通入水蒸氣進行活化，在900℃活化1小時后停止加熱，將氣流切換為氮氣，在氮氣保護下降至室溫，再在120℃真空干燥8小時。冷卻后取出研磨，過60-100目篩，得到生物炭基劑6。
稱取100kg氧化鈣和50kg氧化鎂，均勻混合烘干后研磨過60-100目篩，制得氧化鈣/氧化鎂堿化劑。
將以上制得的1500kg生物炭基劑6與150kg氧化鈣/氧化鎂堿化劑充分混合均化，制得土壤調(diào)理劑6。
實施例7
稱取2000kg木屑，將其烘干后置入?yún)捬跆炕癄t中，抽真空后通入氮氣作為保護氣體，以6℃/min的加速度升溫至220℃，停留30min，然后以2℃/min的加速度升溫至550℃后，保溫3小時，得到中間炭化產(chǎn)物7。
將中間炭化產(chǎn)物7加入立式反應器內(nèi)，向反應器內(nèi)通入氮氣用于驅趕其中空氣，30分鐘后開始加熱，以10℃/min的速度升溫至900℃；然后，以氣流量為0.45l/min通入水蒸氣進行活化，在900℃活化1小時后停止加熱，將氣流切換為氮氣，在氮氣保護下降至室溫，再在120℃真空干燥8小時。冷卻后取出研磨，過60-100目篩，得到生物炭基劑7。
稱取300kg氧化鎂，烘干后研磨過60-100目篩，制得堿化劑。
將以上制得的2000kg生物炭基劑7與300kg氧化鎂堿化劑充分混合均化，制得土壤調(diào)理劑產(chǎn)品7。
實施例8
稱取2000kg園林綠化廢棄物，將其烘干后置入?yún)捬跆炕癄t中，抽真空后通入氮氣作為保護氣體，以6℃/min的加速度升溫至220℃，停留30min，然后以2℃/min的加速度升溫至550℃后，保溫3小時，得到中間炭化產(chǎn)物8。
將中間炭化產(chǎn)物8加入立式反應器內(nèi)，向反應器內(nèi)通入氮氣用于驅趕其中空氣，30分鐘后開始加熱，以10℃/min的速度升溫至900℃；然后，以氣流量為0.45l/min通入水蒸氣進行活化，在900℃活化1小時后停止加熱，將氣流切換為氮氣，在氮氣保護下降至室溫，再在120℃真空干燥8小時。冷卻后取出研磨，過60-100目篩，得到生物炭基劑8。
稱取150kg氧化鈣和50kg氧化鎂，混合均勻烘干后研磨過60-100目篩，制得氧化鈣/氧化鎂堿化劑。
將以上制得的2000kg生物炭基劑8與200kg氧化鈣/氧化鎂堿化劑充分混合均化，制得土壤調(diào)理劑8。
實施例9早造水稻試驗
試驗地點設于廣東省韶關市仁化縣，選擇典型的酸性土壤且受cd重金屬污染的稻田。
土壤取樣測定結果：ph5.54；cd含量為3.16mg/kg。根據(jù)土壤環(huán)境質量標準(gb15618-1995)判定，其污染水平超過土壤環(huán)境質量二級標準，屬重金屬cd重度污染土壤。
供試作物：五豐優(yōu)516(已鑒定為該地區(qū)當家雜優(yōu)水稻品種)。
實施田間小區(qū)試驗共分成四個組別，具體如下。
組別1：空白對照(ck)；
組別2：生物炭基劑30t/hm2；
組別3：堿化劑3t/hm2；
組別4：實施例1提供的土壤調(diào)理劑33t/hm2。
每個組別3次重復，隨機區(qū)組排列，每個小區(qū)面積為4m×12.5m＝50m2。
在水稻移栽前，將各組別改良劑與表層土壤翻耕、耙勻后平衡3天，然后插秧，整個生育期各處理的npk常規(guī)施肥量，以及其他田間管理措施一致。至水稻成熟收獲后，采集各處理組小區(qū)的稻谷樣和耕層(0-20cm)土壤，分析土壤ph以及稻谷糙米中重金屬cd含量，結果見表1。
表1早造水稻試驗結果
從上表可以看出，施加生物炭基劑組別2和堿化劑組別3均可提高土壤的ph值，分別比對照組別增加了0.07和0.50個單位；而生物炭基復混土壤調(diào)理劑組4別應用效果最好，其組別土壤ph值比對照組1增加了0.53個單位。上表結果還顯示，單施生物炭的組別2或單施堿化劑的組別3均能顯著降低水稻糙米中的重金屬cd含量，分別降低了11.10％和58.33％。而施用土壤調(diào)理劑1的組別4的效果最佳，其水稻糙米中重金屬cd含量比對照組1降低了69.44％，水稻糙米中cd含量為0.11mg/kg，明顯低于《gb2715-2005糧食衛(wèi)生標準》中所規(guī)定的0.2mg/kg的限量值，達到了安全的食用標準。
實施例10晚造水稻試驗
試驗地點設于廣東省韶關市仁化縣，選擇典型的酸性土壤且受cd重金屬污染的稻田。
土壤取樣測定結果：ph5.06。cd含量為3.16mg/kg。根據(jù)土壤環(huán)境質量標準(gb15618-1995)判定，其污染水平超過土壤環(huán)境質量二級標準，屬重金屬cd重度污染土壤。
供試作物：五豐優(yōu)516(已鑒定為該地區(qū)當家雜優(yōu)水稻品種)。
實施田間小區(qū)試驗共分成四個組別，具體如下。
組別1：空白對照(ck)；
組別2：生物炭基劑30t/hm2；
組別3：堿化劑3t/hm2；
組別4：實施例8提供的土壤調(diào)理劑33t/hm2。
每個組別3次重復，隨機區(qū)組排列，每個小區(qū)面積為4m×12.5m＝50m2。
在水稻移栽前，將各組別改良劑與表層土壤翻耕、耙勻后平衡3天，然后插秧，整個生育期各處理的npk常規(guī)施肥量，以及其他田間管理措施一致。至水稻成熟收獲后，采集各處理組小區(qū)的稻谷樣和耕層(0-20cm)土壤，分析土壤ph以及稻谷糙米中重金屬cd含量，結果見表2。
表2晚造水稻試驗結果
從上表可以看出，晚造水稻實驗結果中，施加土壤調(diào)理劑8的組別4與組別1(ck)比較，土壤ph值增加了0.28個單位。上表結果還顯示，施用土壤調(diào)理劑8的組別4的效果最佳，其水稻糙米中重金屬cd含量比對照組1降低了50.00％，水稻糙米中cd含量為0.05mg/kg，遠遠低于《gb2715-2005糧食衛(wèi)生標準》中所規(guī)定的0.2mg/kg的限量值，達到了安全的食用標準。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進，這些改進也應視為本發(fā)明的保護范圍。