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CN111303900B - 一种修复Cd污染的改性生物炭基土壤调理剂及其制备方法与应用 - Google Patents

一种修复Cd污染的改性生物炭基土壤调理剂及其制备方法与应用 Download PDF

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CN111303900B CN202010216184.0A CN202010216184A CN111303900B CN 111303900 B CN111303900 B CN 111303900B CN 202010216184 A CN202010216184 A CN 202010216184A CN 111303900 B CN111303900 B CN 111303900B
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Abstract

本发明公开了一种修复Cd污染的改性生物炭基土壤调理剂及其制备方法与应用，属于土壤治理领域。本发明提供了一种改性生物炭基土壤调理剂，所述改性生物炭基土壤调理剂是由农/工业废弃物和碱性添加物升温而成。通过高温反应后的土壤调剂剂，可有效降低酸性重金属污染土壤中有效态Cd含量，提升土壤pH值，促进蔬菜生长，降低蔬菜重金属Cd累积量。同时，提供的这种改性生物炭基土壤调理剂，具有成本低廉、方便易得以及不会造成二次污染的优点。

Description

一种修复Cd污染的改性生物炭基土壤调理剂及其制备方法与 应用
技术领域
本发明属于土壤重金属治理领域，尤其涉及一种促进蔬菜生长、降低蔬菜Cd累积的改性生物炭基土壤调理剂及其制备方法与应用。
背景技术
随着我国城市化及工业化进程的加快，人类活动对土壤环境质量的影响日益加剧，电镀、钢铁和印染等工业“三废”的排放日益增多，矿山开采以及农业生产中含有重金属的农药、化肥不合理施用等，使土壤重金属污染问题日益凸显。镉(Cd)是目前农田土壤污染中最常见的一种重金属元素，具有难迁移、难降解、易被植物富集等特点。环境保护部和国土资源部联合发布的《全国土壤污染状况调查公报》指出，我国土壤污染总超标率为16.1％，耕地点位超标为19.4％，其中Cd的超标率最高，为7％。中国农田土壤重金属富集状况及其空间分布研究也表明中国区域农田土壤Pb、Cd、Cu和Zn的含量均有不同程度的富集，超标现象在全国普遍存在，其中Cd的富集最为严重。治理重金属污染是当今世界的一大难题，尤其是大面积重金属污染农田土壤的修复。缺乏来源广泛、环保高效的修复材料是目前制约土壤重金属污染修复的重要原因之一。此外，土壤酸化也是制约我国农业可持续发展的主要问题之一，特别是在我国长江以南地区，土壤酸化问题十分严重。我国各类酸化土壤面积大约有2亿hm2，而各类酸化土壤面积在广东省内占60％左右。近年来，随着工业发展，酸雨沉降不断增加，化肥滥用特别是铵态氮肥的大量使用、农作物连续收获移走土壤中碱性物质等导致土壤酸化进一步加剧。土壤酸化后导致土壤中Ca、Mg、P等营养元素大量淋失，同时土壤中重金属活性大大增加，酸性土壤中的重金属毒害是抑制作物生长和导致作物减产的主要因素。
因此，开发出一种能实现土壤重金属钝化的酸性土壤修复产品，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种修复Cd污染的改性生物炭基土壤调理剂。
本发明的目的再一在于提供上述改性生物炭基土壤调理剂的制备方法。
本发明的目的又一在于提供上述改性生物炭基土壤调理剂的应用。
本发明提供了一种促进蔬菜生长、降低蔬菜Cd累积的改性生物炭基土壤调理剂及其制备方法，所述的改性生物炭基土壤调理剂为碱性添加物与生物炭原料按一定比例混配后高温缺氧热解而成的粉状物。而现有的生物炭基土壤调理剂通常是生物炭与碱性添加物单独制备，然后按不同配比简单混配。
本发明所采取的技术方案是：
本发明第一方面，提供了一种改性生物炭基土壤调理剂，所述改性生物炭基土壤调理剂由农/工业废弃物和碱性添加物在惰性气体下升温而成。
发明人发现，采用碱性添加物与生物炭原料按一定比例混配后高温缺氧热解的方法，克服了粉煤灰、矿渣粉、钢渣粉及碱渣等碱性添加物在工业生产过程中残留的某些有毒害成分对土壤微生物及土壤动植物的不利影响。而且，升温的过程中，强化了其在调节土壤酸度的能力，结合生物炭对土壤重金属的钝化能力，从而达到有效钝化土壤重金属Cd，消减蔬菜对重金属Cd的累积，同时又能改良土壤酸性，蔬菜增产增收的效果。
生物炭由于具有多孔性、高比表面积、较强表面吸附等特性，对重金属污染土壤的改良具有良好的效果。传统上通过翻耕、搅拌等方式将石灰、粉煤灰、矿渣粉、钢渣粉、碱渣等碱性添加物与农田表层土壤充分混合从而提高土壤pH值。因此，一方面利用生物炭突出的生物化学稳定性、较强的持水保肥性和对重金属极强的吸附特性，同时联合发挥碱性添加物强碱性以及提供作物所需Ca、Mg等营养元素的特点，达到修复酸性土壤中重金属污染，增产增收的目的。
根据本发明的实施例，所述农/工业废弃物为生物燃气副产品、椰壳、花生壳和水稻壳的一种或多种。在一些实施例中，农/工业废弃物材料为花生壳或水稻壳。
根据本发明的实施例，所述碱性添加物为粉煤灰、矿渣粉、钢渣粉及碱渣中的一种或两种。
在一些实施例中，碱性添加物为粉煤灰和制碱工业废渣。
本发明第二方面，提供了改性生物炭基土壤调理剂的制备方法，包括以下步骤：
将碱性添加物与农/工业废弃物材料混合，在氮气氛围下，升温后保温反应，冷却至室温，得到改性生物炭基土壤调理剂粗品；研磨，过筛，得到改性生物炭基土壤调理剂。
根据本发明的实施例，前面所述碱性添加物混合前要漂洗、过滤，干燥粉碎至粒径小于5mm；所述碱性添加物干燥后pH为9-12，所述碱性添加物CaO与MgO总含量不小于50％。
根据本发明的实施例，前面所述农/工业废弃物混合前要烘干粉碎至粒径小于5mm。
根据本发明的实施例，碱性添加物与农/工业废弃物的质量混合比为1:(5-50)。
在一些实施例中，碱性添加物与农/工业废弃物的质量混合比为1:(15-30)。
根据本发明的实施例，在氮气氛围下，以每分钟8-12℃的速度在60分钟内升温至300-600℃。
在一些实施例中，在氮气氛围下，以每分钟8-12℃的速度在60分钟内升温至450-550℃。
根据本发明的实施例，升温后保温反应4-6h；在一些实施例中，升温后保温反应2-10h；
根据本发明的实施例，所得生物炭粗成品研磨后过40-100筛；在一些实施例中，研磨后过80-120目筛。
本发明第三方面，提供了一种促进蔬菜生长、降低蔬菜Cd累积的改性生物炭基土壤调理剂的种植方法，将前面所述改性生物炭基土壤调理剂与土壤混合均匀，加水老化后种植蔬菜。
根据本发明的实施例，改性生物炭基土壤调理剂的施用量为0.3％-5％；在一些实施例中，改性生物炭基土壤调理剂的施用量为1％-3％。
综上所述，与现有重金属污染土壤修复技术及土壤改良技术相比，本发明的改性生物炭基土壤调理剂具有如下优点：
1、对土壤重金属污染修复效果显著。所制备的改性生物炭基土壤调理剂具有表面结构疏松多孔、比表面积大，吸附能力较强等特性，其对土壤Cd的钝化效果比单独使用生物炭或者碱性添加物好。
2、对酸性土壤改良效果显著。所制备的改性生物炭基土壤调理剂为碱性材料，可以显著提高土壤pH值，另外，碱性添加物中的钙、镁、硅等营养元素及生物炭中的有机碳，可以明显改善土壤质量，提高土壤肥力，改善土壤团粒结构，促进作物生长，达到增产增收效果。
3、本发明中的农/工业废弃物材料和碱渣等原料选自工农业废弃物，来源广泛，工艺简单，成本低廉。所用的原材料均进行了无害化处理，并经过了高温缺氧热解去除原材料本身可能带有的对土壤污染的成分，在应用过程中不会产生二次污染，还可以增加土壤碳汇，减少温室气体的排放。
本发明改性生物炭基土壤调理剂基本的理化性质为：pH 10-12，有机碳含量34.0％-35.13％，速效氮99.3mg/kg-111.6mg/kg，有效磷171.26mg/kg-193.64mg/kg，速效钾23.0g/kg-26.9g/kg，CaO≥6.5％，MgO≥1.7％。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明中的技术方案进行清楚、完整的说明，但并不局限于此。
实施例1：一种改性生物炭基土壤调理剂的制备方法
制碱工业废渣(又称碱渣)用纯水进行漂洗，滤纸过滤后，烘干粉碎至粒径小于5mm成碱渣粗产品；椰壳烘干粉碎至粒径小于5mm成椰壳粒状物。分别称取碱渣粗产品100g及椰壳粒状物1500g，两者充分混匀，置入气氛箱式炉，抽真空后通入氮气作为保护气体，以每分钟10℃的速度在60分钟内升温至450℃，保温反应5h，然后冷却至室温，即得改性椰壳生物炭基土壤调理剂粗品。所得改性椰壳生物炭基土壤调理剂粗品研磨过80目筛，制得改性椰壳生物炭基土壤调理剂。
实施例2：一种改性生物炭基土壤调理剂的制备方法
制碱工业废渣用纯水进行漂洗，滤纸过滤后，烘干粉碎至粒径小于5mm成碱渣粗产品；水稻壳烘干粉碎至粒径小于5mm。分别称取碱渣粗产品100g以及水稻壳粒状物1500g充分混匀，置入气氛箱式炉，抽真空后通入氮气作为保护气体，每分钟10℃的速度在60分钟内升温至450℃，保温反应5h，然后冷却至室温，即得改性水稻壳生物炭基土壤调理剂粗品。所得改性水稻壳生物炭基土壤调理剂粗品研磨过80目筛，制得改性水稻壳生物炭基土壤调理剂。
实施例3：一种改性生物炭基土壤调理剂的制备方法
制碱工业废渣用纯水进行漂洗，滤纸过滤后，烘干粉碎至粒径小于5mm成碱渣粗产品；生物燃气副产品烘干粉碎至粒径小于5mm。分别称取碱渣粗产品100g以及生物燃气副产品粒状物1500g充分混匀，置入气氛箱式炉，抽真空后通入氮气作为保护气体，每分钟10℃的速度在60分钟内升温至450℃，保温反应5h，然后冷却至室温，即得改性生物燃气副产品生物炭基土壤调理剂粗品。所得改性生物燃气副产品生物炭基土壤调理剂粗品研磨过80目筛，制得改性生物燃气副产品生物炭基土壤调理剂。
实施例4：一种改性生物炭基土壤调理剂的制备方法
制碱工业废渣用纯水进行漂洗，滤纸过滤后，烘干粉碎至粒径小于5mm成碱渣粗产品；花生壳烘干粉碎至粒径小于5mm。分别称取碱渣粗产品100g以及花生壳粒状物1500g充分混匀，置入气氛箱式炉，抽真空后通入氮气作为保护气体，每分钟10℃的速度在60分钟内升温至450℃，保温反应5h，然后冷却至室温，即得改性花生壳生物炭基土壤调理剂粗品。所得改性花生壳生物炭基土壤调理剂粗品研磨过80目筛，制得改性花生壳生物炭基土壤调理剂。
实施例5：一种改性生物炭基土壤调理剂的制备方法
制碱工业废渣用纯水进行漂洗，滤纸过滤后，烘干粉碎至粒径小于5mm成碱渣粗产品；花生壳烘干粉碎至粒径小于5mm。分别称取碱渣粗产品100g以及花生壳粒状物500g充分混匀，置入气氛箱式炉，抽真空后通入氮气作为保护气体，每分钟10℃的速度在60分钟内升温至450℃，保温反应5h，然后冷却至室温，即得改性花生壳生物炭基土壤调理剂粗品。所得改性花生壳生物炭基土壤调理剂粗品研磨过80目筛，制得改性花生壳生物炭基土壤调理剂。
实施例6：一种改性生物炭基土壤调理剂的制备方法
制碱工业废渣用纯水进行漂洗，滤纸过滤后，烘干粉碎至粒径小于5mm成碱渣粗产品；花生壳烘干粉碎至粒径小于5mm。分别称取碱渣粗产品100g以及花生壳粒状物1000g充分混匀，置入气氛箱式炉，抽真空后通入氮气作为保护气体，每分钟10℃的速度在60分钟内升温至450℃，保温反应5h，然后冷却至室温，即得改性花生壳生物炭基土壤调理剂粗品。所得改性花生壳生物炭基土壤调理剂粗品研磨过80目筛，制得改性花生壳生物炭基土壤调理剂。
实施例7：一种改性生物炭基土壤调理剂的制备方法
制碱工业废渣用纯水进行漂洗，滤纸过滤后，烘干粉碎至粒径小于5mm成碱渣粗产品；花生壳烘干粉碎至粒径小于5mm。分别称取碱渣粗产品50g以及花生壳粒状物1250g充分混匀，置入气氛箱式炉，抽真空后通入氮气作为保护气体，每分钟10℃的速度在60分钟内升温至450℃，保温反应5h，然后冷却至室温，即得改性花生壳生物炭基土壤调理剂粗品。所得改性花生壳生物炭基土壤调理剂粗品研磨过80目筛，制得改性花生壳生物炭基土壤调理剂。
实施例8：一种改性生物炭基土壤调理剂的制备方法
制碱工业废渣用纯水进行漂洗，滤纸过滤后，烘干粉碎至粒径小于5mm成碱渣粗产品；花生壳烘干粉碎至粒径小于5mm。分别称取碱渣粗产品50g以及花生壳粒状物1500g充分混匀，置入气氛箱式炉，抽真空后通入氮气作为保护气体，每分钟10℃的速度在60分钟内升温至450℃，保温反应5h，然后冷却至室温，即得改性花生壳生物炭基土壤调理剂粗品。所得改性花生壳生物炭基土壤调理剂粗品研磨过80目筛，制得改性花生壳生物炭基土壤调理剂。
实施例9：一种改性生物炭基土壤调理剂的制备方法
制碱工业废渣用纯水进行漂洗，滤纸过滤后，烘干粉碎至粒径小于5mm成碱渣粗产品；花生壳烘干粉碎至粒径小于5mm。分别称取碱渣粗产品50g以及花生壳粒状物1750g充分混匀，置入气氛箱式炉，抽真空后通入氮气作为保护气体，每分钟10℃的速度在60分钟内升温至450℃，保温反应5h，然后冷却至室温，即得改性花生壳生物炭基土壤调理剂粗品。所得改性花生壳生物炭基土壤调理剂粗品研磨过80目筛，制得改性花生壳生物炭基土壤调理剂。
实施例10：一种改性生物炭基土壤调理剂的制备方法
制碱工业废渣用纯水进行漂洗，滤纸过滤后，烘干粉碎至粒径小于5mm成碱渣粗产品；花生壳烘干粉碎至粒径小于5mm。分别称取碱渣粗产品50g以及花生壳粒状物2500g充分混匀，置入气氛箱式炉，抽真空后通入氮气作为保护气体，每分钟10℃的速度在60分钟内升温至450℃，保温反应5h，然后冷却至室温，即得改性花生壳生物炭基土壤调理剂粗品。所得改性花生壳生物炭基土壤调理剂粗品研磨过80目筛，制得改性花生壳生物炭基土壤调理剂。
实施例11(对比例1)：一种生物炭的制备方法
椰壳烘干粉碎至粒径小于5mm，称取1500g后置入气氛箱式炉，抽真空后通入氮气作为保护气体，每分钟10℃的速度在60分钟内升温至450℃，保温反应5h，然后冷却至室温，即得椰壳生物炭粗产品。所得椰壳生物炭粗产品研磨过80目筛，制得椰壳生物炭成品。
实施例12(对比例2)：一种生物炭的制备方法
水稻壳烘干粉碎至粒径小于5mm，称取1500g置入气氛箱式炉，抽真空后通入氮气作为保护气体，每分钟10℃的速度在60分钟内升温至450℃，保温反应5h，然后冷却至室温，即得水稻壳生物炭粗产品。所得水稻壳生物炭粗产品研磨过80目筛，制得水稻壳生物炭成品。
实施例13(对比例3)：一种生物炭的制备方法
生物燃气副产品烘干粉碎至粒径小于5mm，称取1500g置入气氛箱式炉，抽真空后通入氮气作为保护气体，每分钟10℃的速度在60分钟内升温至450℃，保温反应5h，然后冷却至室温，即得生物燃气副产品生物炭粗品。所得生物燃气副产品生物炭粗品研磨过80目筛，制得生物燃气副产品生物炭成品。
实施例14(对比例4)：一种生物炭的制备方法
花生壳烘干粉碎至粒径小于5mm，称取1500g置入气氛箱式炉，抽真空后通入氮气作为保护气体，每分钟10℃的速度在60分钟内升温至450℃，保温反应5h，然后冷却至室温，即得花生壳生物炭粗品。所得花生壳生物炭粗品研磨过80目筛，制得花生壳生物炭成品。
实施例15(对比例5)：一种钙镁碱性添加物的制备方法
制碱工业废渣用纯水进行漂洗，滤纸过滤后，烘干粉碎，研磨过80目筛，即为钙镁碱性添加物。
对以上实施例做进一步的实验验证。
检测得知，本发明改性生物炭基土壤调理剂基本的理化性质为：pH 10-12，有机碳含量34.0％-35.13％，速效氮99.3mg/kg-111.6mg/kg，有效磷171.26mg/kg-193.64mg/kg，速效钾23.0g/kg-26.9g/kg，CaO≥6.5％，MgO≥1.7％。
1.改性生物炭基土壤调理剂对菜心种植、种植土壤的影响
本实施例的盆栽试验的供试土壤为采自韶关矿区的典型酸性红壤，土壤pH值为4.89，有效Cd含量为2.53mg/kg。供试作物为菜心，种植方式为直播。
各处理如下：不加任何土壤改良剂的对照组；实施例1所制备的土壤调理剂；实施例2所制备的土壤调理剂；实施例3所制备的土壤调理剂；实施例4所制备的土壤调理剂；实施例11所制备的生物炭；实施例12所制备的生物炭；实施例13所制备的生物炭；实施例14所制备的生物炭；实施例15所制备的生物炭。每个处理四个重复，随机排列，土壤调理剂的添加用量为1％。
在菜心播种前，将各处理用量的改良剂、氮磷钾无机肥(N:100mg/kg土；P2O5：80mg/kg土；K2O：100mg/kg土)与目标土壤充分混合均匀，加入自来水(1公斤土加入0.32公斤水)，土壤放置老化十天，然后播入菜心种子，盖上适量干土等待出苗，出苗后每盆菜心留苗四株，后续各处理田间管理及养分管理一致。菜心收获后，测定每盆生菜地上部生物量及Cd含量，同时采集生菜根际土壤，晾干，粉碎过筛后测定土壤有效态Cd含量。所得测定结果见表1及表2。
表1.菜心收获期生物量及Cd含量
Figure BDA0002424501310000071
如表1所示，盆栽试验条件下使用改性生物炭基土壤调理剂均能够显著提高蔬菜的产量，其中以实施例2及例4所制备的改性生物炭基土壤调理剂对产量提高效果最为明显，分别是对照的2.67倍及2.84倍。同时，盆栽试验条件下使用改性生物炭基土壤调理剂均能够显著降低蔬菜Cd含量，其中以实施例3所制备的改性生物炭基土壤调理剂对蔬菜Cd含量的降低效果最为明显，比对照降低78.9％；其次为实施例2、例4及例13制备的改性生物炭基土壤调理剂，比对照组降低42.2％、42.2％及46.4％。与单纯生物炭处理相比，改性生物炭基土壤调理剂具有更强的蔬菜增产及降低蔬菜Cd含量的效果。实施例15单独钙镁碱性添加物的处理也可以明显提高蔬菜的生物量，其生物量为对照处理的2.09倍，但对降低蔬菜Cd含量的效果并不明显。
表2.菜心收获后土壤有效态Cd含量及pH值
Figure BDA0002424501310000081
如表2所示，盆栽试验条件下使用改性生物炭基土壤调理剂均能够降低土壤中有效态Cd含量，同时提高土壤pH值。其中以实施例3所制备的改性生物燃气副产品生物炭基土壤调理剂及例13所制备的生物燃气副产品生物炭效果最为明显，土壤中有效态Cd含量分别降低35.4％及29.1％，pH值分别升高1.89及1.45；而实施例1、例2及例4所制备的改性生物炭基土壤调理剂及生物炭单独施用对土壤有效态Cd含量降低及pH值提升也有一定效果。而与单纯生物炭及钙镁碱性添加物处理相比，相应的改性生物炭基土壤调理剂具有更强的降低土壤有效态Cd含量及提升土壤pH值的能力。
综上所述，实施例2、实施例3及实施例4所制备改性生物炭基土壤调理剂均对土壤有效态Cd含量及蔬菜Cd含量均有明显的降低作用，对土壤pH值及蔬菜产量具有一定提升效果，适用于对存在Cd污染风险的土壤的修复及改良。实施例3所制备改性生物炭基土壤调理剂对蔬菜的促生长效果差于实施例2及实施例4，但其对土壤有效态Cd含量及蔬菜Cd含量的消减效应则强于实施例2及实施例4，并且实施例2及实施例4的原材料比实施例3的原材料更容易获得。因此，本发明的最优Cd污染土壤调理剂为上述实施例2、实施例3及实施例4制备产品，可以根据土壤污染程度及土壤改良的实际需求而选择。
2.改性生物炭基土壤调理剂对茼蒿种植、种植土壤的影响
本实施例的盆栽试验供试土壤为为采自韶关矿区的典型酸性红壤，土壤pH值为4.89，有效Cd含量为2.53mg/kg。供试作物为茼蒿，种植方式为直播。
各处理如下：不加任何土壤改良剂的对照组；实施例4所制备的土壤改良剂；实施例5所制备的土壤改良剂；实施例6所制备的土壤改良剂；实施例7所制备的土壤改良剂；实施例8所制备的土壤改良剂；实施例9所制备的土壤改良剂；实施例10所制备的土壤改良剂。每个处理四个重复，随机排列，土壤调理剂的添加用量为1％。
在茼蒿播种前，将各处理用量的土壤改良剂、氮磷钾无机肥(N:100mg/kg土；P2O5：80mg/kg土；K2O：100mg/kg土)与目标土壤充分混合均匀，加入自来水(1公斤土加入0.32公斤水)，土壤放置老化十天，然后播入茼蒿种子，盖上适量干土等待出苗，出苗后每盆茼蒿留苗八株，后续各处理的田间管理及养分管理一致。茼蒿收获后，测定每盆茼蒿地上部生物量及Cd含量。同时采集茼蒿根际土壤，晾干，粉碎过筛后测定土壤有效态Cd含量。所得测定结果见表3及表4。
表3.茼蒿收获期生物量及Cd含量
Figure BDA0002424501310000091
从表3可得，不同碱性添加物与农/工业废弃物用量比例混合制备的改性生物炭基土壤调理剂对茼蒿的生长均具有一定的促进作用，与不施改性生物炭基土壤调理剂的对照组相比，碱性添加物与农/工业废弃物1﹕15～1﹕30的用量比例对茼蒿的生长具有明显的促进作用，而碱性添加物与农/工业废弃物1﹕15～1﹕50的用量比例均明显降低茼蒿地上部的对Cd的累积。综合对茼蒿生长及Cd累积的作用结果，碱性添加物与农/工业废弃物1﹕15～1﹕30混合比例高温热解制备的改性生物炭基土壤调理剂为最优。
表4.茼蒿收获后土壤有效态Cd含量及PH值
Figure BDA0002424501310000101
从表4可得，不同碱性添加物与农/工业废弃物用量比例混合制备的改性生物炭基土壤调理剂对土壤中有效态Cd含量及pH值具有一定的影响，土壤有效态Cd含量随着农/工业废弃物材料用量的增加而降低，土壤pH值随着农/工业废弃物材料用量的增加而上升。碱性添加物与农/工业废弃物混合比例为1﹕15～1﹕50高温热解制备的改性生物炭基土壤调理剂对土壤有效态Cd含量降低及土壤pH提升均有较好的结果。
综合表3与表4的结果，碱性添加物与农/工业废弃物混合比例为1﹕(15～50)时高温热解制备的改性生物炭基土壤调理剂施用于土壤后，土壤有效态Cd含量随着农/工业废弃物材料用量的增加而降低，土壤pH值随着农/工业废弃物材料用量的增加而上升，但当农/工业废弃物与碱性添加物混合比例为超过30﹕1后，改性生物炭基土壤调理剂的施用对蔬菜的生长具有一定的抑制作用。因此，碱性添加物与农/工业废弃物混合比例在1﹕(15-30)时高温热解制备的改性生物炭基土壤调理剂为最优。
3.改性生物炭基土壤调理剂对生菜种植、种植土壤的影响
本实施例的盆栽试验供试土壤为为采自韶关矿区的典型酸性红壤，土壤pH值为4.89，有效Cd含量为2.53mg/kg。供试作物为生菜，种植方式为移栽。
各处理如下：不加任何土壤改良剂的对照组；实施例5所制备的土壤改良剂，用量为0.3％；实施例5所制备的土壤改良剂，用量为1％；实施例5所制备的土壤改良剂，用量为3％；实施例5所制备的土壤改良剂，用量为5％；实施例5所制备的土壤改良剂，用量为9％。每个处理四个重复，随机排列。
各处理用量的土壤改良剂、氮磷钾无机肥(N:100mg/kg土；P2O5：80mg/kg土；K2O：100mg/kg土)与目标土壤充分混合均匀，加入自来水(1公斤土加入0.32公斤水)，土壤放置老化十天后，移植生菜小苗，每盆4株，后续各处理的田间管理及养分管理一致。生菜收获后，测定每盆生菜地上部生物量及Cd含量。同时采集生菜根际土壤，晾干，粉碎过筛后测定土壤有效态Cd含量。所得测定结果见表5及表6。
表5：生菜收获期生物量及Cd含量
Figure BDA0002424501310000111
从表5可得，0.3％、1％、3％、9％用量改性生物炭基土壤调理剂均对重金属污染土壤中生菜的生物量均具有提升作用，其中1％～3％用量对生菜的促生长作用最显著。同时，0.3％、1％、3％、9％用量改性生物炭基土壤调理剂均对重金属污染土壤中生菜地上部Cd含量均有降低作用，其降低效果随着调理剂用量的增加而提升。
表6：生菜收获后土壤有效态Cd含量及PH值
Figure BDA0002424501310000112
从表6可得，0.3％、1％、3％、9％用量改性生物炭基土壤调理剂均对生菜收获后土壤有效态Cd含量具有降低效果，同时对该土壤酸性具有提高作用。在试验调理剂用量范围内，土壤有效态Cd含量随着调理剂用量的增加而降低，土壤pH随着调理剂用量的增加而提升。综合表5与表6改性生物炭基土壤调理剂对蔬菜生长、蔬菜Cd累积及对土壤有效态Cd、土壤pH的结果，改性生物炭基土壤调理剂在盆栽试验中的合理施用用量为1％～3％。
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。

Claims (10)

1.一种改性生物炭基土壤调理剂，其特征在于，所述改性生物炭基土壤调理剂由农/工业废弃物和碱性添加物在惰性气体下升温至300-600℃而成；
所述碱性添加物为粉煤灰、矿渣粉、钢渣粉及碱渣中的一种或两种；
所述农/工业废弃物为生物燃气副产品、椰壳、花生壳和水稻壳的一种或多种。
2.权利要求1所述改性生物炭基土壤调理剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将碱性添加物与农/工业废弃物材料混合，在氮气氛围下，升温后保温反应，冷却至室温，得到改性生物炭基土壤调理剂粗品；研磨，过筛，得到改性生物炭基土壤调理剂。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述农/工业废弃物混合前要烘干粉碎。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述碱性添加物混合前要漂洗、过滤，干燥；所述碱性添加物干燥后pH为9-12，使得CaO及MgO总含量不低于50%。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述碱性添加物与农/工业废弃物的质量混合比为1:（5-50）。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在氮气氛围下，以每分钟8-12℃的速度在60分钟内升温至300-600℃。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在氮气氛围下，以每分钟8-12℃的速度在60分钟内升温至450-550℃。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，升温后保温反应2-10h。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，升温后保温反应4-6h；过筛为过40-100目的筛。
10.一种降低蔬菜Cd累积的种植方法，其特征在于：将权利要求1所述改性生物炭基土壤调理剂与土壤混合均匀，一周后将蔬菜种植在土壤中；所述改性生物炭基土壤调理剂的施用量为0.3%-9%。
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