一种玉米秸秆协同风化煤原位钝化设施土壤重金属的方法

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一种玉米秸秆协同风化煤原位钝化设施土壤重金属的方法\n技术领域\n[0001] 本发明属于农业生产领域，尤其涉及利用秸秆高效还田的一种玉米秸秆协同风化煤原位钝化设施土壤重金属的方法。\n背景技术\n[0002] 设施土壤作为全球最重要的农业生产方式之一，在我国农业生产中所占的比重日益增加，存在农用化学品和有机肥投入量大、复种率高、耕作强度大等现象，导致一系列限制设施农业种植的土壤退化问题，如次生盐渍化、生物学性质恶化与连作障碍、重金属污染及有害物质残留超标等。其中重金属累积甚至达到污染的问题，不仅限制设施农业的健康发展，而且还带来不可逆转的土壤危害。\n[0003] 针对设施土壤重金属积累问题，国内外众多科研工作者作了大量深入地研究，除去客土治理重金属污染外，主要可分为2大类，其一是活化土壤重金属，同时筛选重金属超富集植物，实现去除土壤重金属污染的目的；另一种是通过调控土壤环境条件，减小重金属生物可利用性，使重金属得以固定，阻止重金属由土壤进入食物链。另外还有少量采用电化学方法等吸附治理土壤重金属污染问题。\n[0004] 设施土壤由于耕作需要，活化重金属并植物富集去除的方法不适合应用，固定土壤重金属是设施土壤重金属治理切实可行的途径。在固定土壤重金属方面的研究中，根据发明人检索到的资料，目前与本发明相近的技术方案有：\n[0005] 公开号CN104226270A的发明“一种用于吸附水中砷的玉米秸秆的改性制备方法”中公开的一种用于吸附水中砷的玉米秸秆的改性制备方法，将风干的玉米秸秆剪短、洗涤、烘干、去除表面硬皮、剪切成秸秆颗粒、在异丙醇中浸泡、用去离子水洗净、烘干、再浸泡在浓度为0.8～1.2mol/L的NaOH溶液中、用去离子水洗净烘干、再浸泡在浓度为0.18～\n0.22mol/L的草酸中、用去离子水洗净、烘干，最终得到改性好的玉米秸秆吸附剂。该物质具有原料易得、价格低廉、且毒性低，对砷的吸附效果好等特点。\n[0006] 公开号CN103992446A的发明“一种农作物秸秆重金属离子吸附材料的制备方法”中公开的一种农作物秸秆重金属离子吸附材料的制备方法，也经过秸秆剪碎，用去离子水洗涤、烘干及超声波处理、乙醇洗涤烘干、粉碎等步骤。该材料具有重金属吸附效果好的特点。\n[0007] 公开号CN103468269A的发明“一种重金属污染土壤修复材料的制备方法”提出了一种秸秆改性材料修复土壤重金属的方法，包括秸秆洗净、粉碎、有机酸处理及有机胺处理等，具有成本低、原材料来源广，制备工艺简单，对重金属离子吸附固定能力强,有效增加土壤的肥力的特点。\n[0008] 上述现有技术，都是将秸秆改性制备吸附材料，但是，他们普遍存在的问题是需要经过改性过程，应用时限制因素较多等问题，同时主要应用于水体重金属污染的吸附。\n[0009] 发明人还检索到公开号CN104263374A的专利“一种土壤重金属复合稳定剂及其使用方法”公开了一种包括有机物质、磷肥和氮肥土壤重金属复合稳定剂，将稳定剂与受重金属污染的土壤按质量比1∶5～8混合均匀处理15日的发明，但是该发明采用有机物为天然腐熟牛粪或菌渣，并没有采用玉米秸秆，玉米秸秆的获取更为广泛。同时发明人还检索到公开号CN104001715A的发明专利“一种原位固化-移除土壤重金属的方法”将秸秆绳改性，施布至重金属超标土壤中，再将吸附有重金属的秸秆绳从土壤中取出，完成土壤重金属的原位固化-移除的技术方案，该方案同样需要对秸秆进行改性。\n[0010] 风化煤主要用于生产腐植酸类产品，而EM菌用于促进动物生长、提高饲料的利用率、增强机体抗病性能、去除粪便恶臭、改善生态环境等。\n发明内容\n[0011] 本发明的目的是提供一种操作简单、成本低，并且能有效减少土壤重金属含量的，玉米秸秆协同风化煤原位钝化设施土壤重金属的方法。\n[0012] 一种玉米秸秆协同风化煤原位钝化设施土壤重金属的方法，包括以下几个步骤，[0013] 步骤一：将玉米秸秆经过风干和粉碎后得到秸秆原料，将秸秆原料按1800～\n2500kg/hm2用量平铺施入距离设施土壤表层20～30cm深度处，挖出厚度为20～30cm表层设施土壤；\n[0014] 步骤二：将EM菌液与蒸馏水按体积比1：100～1：200进行稀释，将稀释后的EM菌液按280～350L/hm2均匀喷施至秸秆原料的表面；\n[0015] 步骤三：将挖出的厚度为20～30cm表层设施土壤与风化煤均匀混合，风化煤的用量为720～780kg/hm2，将混合后的设施土壤覆盖于平铺的秸秆原料上方。\n[0016] 本发明一种玉米秸秆协同风化煤原位钝化设施土壤重金属的方法，还可以包括：\n[0017] 1、EM菌液包括光合细菌、芽孢杆菌、乳酸菌、酵母菌和放线菌中的三种以上。\n[0018] 2、EM菌液含菌量200亿/g。\n[0019] 3、玉米秸秆为纤维素含量为320-400g/kg的玉米秸秆。\n[0020] 4、将玉米秸秆粉碎的方式为切段至长度5-15cm。\n[0021] 5、风化煤腐植酸含量为350-550g/kg。\n[0022] 有益效果：\n[0023] 秸秆原料筛选以玉米秸秆为原料，我国玉米种植面积大，玉米秸秆产量巨大，同时我国风化煤储量大，所以原料来源广泛且成本低廉；将玉米秸秆协同风化煤应用于设施土壤重金属的原位钝化，属于重金属污染土壤的环境治理。\n[0024] EM菌可促进玉米秸秆降解，形成重金属高吸附原料，同时改善土壤理化性状，提高土壤保水保肥能力，隔断随地下水上升带来的重金属污染，保护环境；风化煤的施用既可提高土壤pH值，降低土壤中生物可利用态重金属相对含量，同时，提供的腐植酸组分对重金属具有较强吸附固定作用。\n[0025] 本发明技术与目前国内公开发表的重金属修复技术相比，原料资源广、成本低，以本地资源修复设施土壤重金属积累问题，既对资源进行合理化利用，又可解决设施土壤环境问题，通过在种植西红柿的设施土壤中应用，显著改善土壤理化性状，降低设施土壤生物可利用态重金属含量50％以上。\n附图说明\n[0026] 图1为本发明玉米秸秆协同风化煤原位钝化设施土壤重金属的方法。\n[0027] 图2为三组试验土壤中金属镉的含量图。\n具体实施方式\n[0028] 下面将结合附图对本发明做进一步详细说明。\n[0029] 本发明的目的是玉米秸秆协同风化煤原位钝化设施土壤重金属的方法，依据秸秆还田增加土壤有机质，且降解后的秸秆具有重金属吸附效应，结合风化煤调节土壤pH值，可高效实现原位钝化设施土壤重金属的目的，且在种植前45日采用本发明方法，具有不影响设施农业种植，操作简便，成本低廉的特点。如图1所示，本发明包括以下步骤：\n[0030] 步骤一：将玉米秸秆经过风干和粉碎后得到秸秆原料，将秸秆原料按1800～\n2500kg/hm2用量平铺施入距离设施土壤表层20～30cm深度处，挖出厚度为20～30cm表层设施土壤；\n[0031] 步骤二：将EM菌液按体积比1：100～1：200进行稀释，将稀释后的EM菌液按280～\n350L/hm2均匀喷施至秸秆原料的表面；\n[0032] 步骤三：将挖出的厚度为20～30cm表层设施土壤与风化煤均匀混合，风化煤的用\n2\n量为720～780kg/hm，将混合后的设施土壤覆盖于平铺的秸秆原料上方。\n[0033] 实施例一：一种玉米秸秆协同风化煤原位钝化设施土壤重金属的方法，[0034] (1)风干：收割的玉米秸秆原料采用室内平铺自然风干10日以上，纤维素含量320-\n400g/kg；\n[0035] (2)剪段：将步骤(1)的玉米秸秆经过剪段至长度5cm，为秸秆原料；\n[0036] (3)平铺：挖出厚度为20cm表层设施土壤，将秸秆原料按1800kg/hm2用量平铺施入距离设施土壤表层20cm深度处；\n[0037] (4)EM菌稀释：将EM菌液与蒸馏水按体积比1：100进行稀释；\n[0038] (5)喷施：将稀释后的EM菌液用喷雾器或喷壶按280L/hm2均匀喷施至秸秆原料的表面；\n[0039] (6)混合：将步骤(3)挖出的厚度为20cm表层设施土壤与风化煤均匀混合，风化煤腐植酸含量为350-550g/kg，风化煤的用量为720kg/hm2；\n[0040] (7)覆盖：将步骤(6)得到的表层设施土壤与风化煤混合物均匀覆盖于秸秆原料表面。\n[0041] 实施例二：\n[0042] 一种玉米秸秆协同风化煤原位钝化设施土壤重金属的方法，\n[0043] (1)风干：收割的玉米秸秆原料采用室内平铺自然风干10日以上，纤维素含量320-\n400g/kg；\n[0044] (2)剪段：将步骤(1)的玉米秸秆经过剪段至长度10cm，为秸秆原料；\n[0045] (3)平铺：挖出厚度为20cm表层设施土壤，将秸秆原料按2000kg/hm2用量平铺施入距离设施土壤表层20cm深度处；\n[0046] (4)EM菌稀释：将EM菌液与蒸馏水按体积比1：150进行稀释；\n[0047] (5)喷施：将稀释后的EM菌液用喷雾器或喷壶按300L/hm2均匀喷施至秸秆原料的表面；\n[0048] (6)混合：将步骤(3)挖出的厚度为20cm表层设施土壤与风化煤均匀混合，风化煤腐植酸含量为350-550g/kg，风化煤的用量为750kg/hm2；\n[0049] (7)覆盖：将步骤(6)得到的表层设施土壤与风化煤混合物均匀覆盖于秸秆原料表面。\n[0050] 实施例三：\n[0051] 一种玉米秸秆协同风化煤原位钝化设施土壤重金属的方法，\n[0052] (1)风干：收割的玉米秸秆原料采用室内平铺自然风干10日以上，纤维素含量320-\n400g/kg；\n[0053] (2)剪段：将步骤(1)的玉米秸秆经过剪段至长度15cm，为秸秆原料；\n[0054] (3)平铺：挖出厚度为30cm表层设施土壤，将秸秆原料按2500kg/hm2用量平铺施入距离设施土壤表层30cm深度处；\n[0055] (4)EM菌稀释：将EM菌液与蒸馏水按体积比1：200进行稀释；\n[0056] (5)喷施：将稀释后的EM菌液用喷雾器或喷壶按350L/hm2均匀喷施至秸秆原料的表面；\n[0057] (6)混合：将步骤(3)挖出的厚度为30cm表层设施土壤与风化煤均匀混合，风化煤\n2\n腐植酸含量为350-550g/kg，风化煤的用量为780kg/hm；\n[0058] (7)覆盖：将步骤(6)得到的表层设施土壤与风化煤混合物均匀覆盖于秸秆原料表面。\n[0059] 实施例四：\n[0060] 其他步骤和实施例一或者实施例三相同，区别在于：EM菌液包括光合细菌、芽孢杆菌、乳酸菌、酵母菌和放线菌中的三种以上。\n[0061] 实施例五：\n[0062] 其他步骤和实施例四一样，区别在于：EM菌液含菌量200亿/g。\n[0063] 实施例六：\n[0064] 其他步骤和实施例一或者实施例五相同，区别在于：将秸秆原料按X kg/hm2用量平铺施入距离设施土壤表层H深度处，将稀释后的EM菌液用喷雾器或喷壶按Y L/hm2均匀喷施至秸秆原料的表面，将挖出的表层设施土壤与风化煤均匀混合，风化煤的用量为Z kg/hm2，上述参数满足如下约束条件：\n[0065]\n[0066] 其中，优选参数方案一：X＝2500、Y＝350、Z＝780、H＝30，优选参数X＝2300、Y＝\n320、Z＝760、H＝27，优选参数X＝2000、Y＝300、Z＝750、H＝25，优选参数X＝1900、Y＝290、Z＝740、H＝23，优选参数X＝1800、Y＝280、Z＝720、H＝20。\n[0067] 实验一：在种植西红柿前45天选取三块设施土壤分别按实施例一、实施例二和实施例三进行三组试验，并且三组试验中均将秸秆原料平铺于距设施土壤表层20cm处，将挖出的厚度为20cm表层设施土壤与风化煤均匀混合。对三组试验分别进行采样，记录设施土壤中可利用态镉的含量，如图2所示。通过图2可以看出三组试验均将设施土壤中可利用态镉的含量从1.8mg/kg降到0.3mg/kg以内，对重金属镉的钝化能力在83.3％以上。通过图2同样可以看出，第二组试验中选用的秸秆原料2000kg/hm2用量、EM菌稀释液300L/hm2、风化煤的用量为750kg/hm2为最佳方案，能够将可利用态镉减少到0.2mg/kg。第一组试验中相应原料的用量小于第二组试验，因此对镉的钝化作用小于第二组试验，而第三组试验中EM菌稀释液和风化煤的用量过高，影响秸秆原料对镉的吸附作用。