硫酸钾钙镁作为修复材料在降低弱碱性土壤Cd生物有效性中的应用

技术领域

本发明涉及土壤重金属污染防治技术领域，特别涉及硫酸钾钙镁作为修复材料在降低弱碱性土壤Cd生物有效性中的应用。

背景技术

近些年我国耕地土壤重金属污染越发严重，其中首要污染物为重金属Cd。Cd是生物体非必需元素，由于其具有高迁移性、高毒害性、高积累性和难消除性，被视为生物毒性最强的重金属。

对于大面积重金属污染的土壤，尤其是中、轻度污染的耕地土壤，原位化学钝化修复技术具有实施简单，成本低廉以及治理速度快的优点。对于土壤Cd污染的原位固定钝化修复，目前使用较为广泛的钝化修复材料有石灰、羟基磷灰石等碱性材料。但是，这些修复材料通常用于修复酸性土壤Cd污染，其作用以提升土壤pH为主，通过升高土壤pH值降低重金属活度进而降低重金属的生物有效性。而对于弱碱性土壤(pH值为7.1～7.5)，土壤本底pH值相对较高，若添加磷石灰或石灰这些碱性材料，由于这类材料对于土壤pH值的提升幅度大，会使得土壤pH值增加至7.5以上，由此导致土壤碱性过强，增加土壤板结、土壤盐渍化的风险，目前几乎没有针对Cd污染的弱碱性土壤长期有效的降低土壤Cd生物有效性的原位固定钝化修复方法。此外，这些钝化修复材料往往会使土壤肥力有所降低。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供硫酸钾钙镁作为修复材料在降低弱碱性土壤Cd生物有效性中的应用。本发明将硫酸钾钙镁作为修复材料应用于弱碱性土壤，不仅能够有效降低弱碱性土壤重金属Cd的生物有效性，而且能够提高土壤肥力。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了硫酸钾钙镁作为修复材料在降低弱碱性土壤Cd生物有效性中的应用；所述弱碱性土壤的pH值为7.1～7.5。

优选地，所述硫酸钾钙镁为颗粒状，粒径为2～4mm。

优选地，所述应用的方法包括以下步骤：

将所述硫酸钾钙镁施用在弱碱性土壤的耕作层内；

所述施用后对耕作层浇水灌溉，然后进行平衡，使硫酸钾钙镁和耕作层土壤混匀。

优选地，所述耕作层为深0～20cm范围的弱碱性土壤表层。

优选地，所述硫酸钾钙镁的施用量为耕作层土壤质量干重的0.2～0.45％。

优选地，所述硫酸钾钙镁的施用量为耕作层土壤质量干重的0.4％。

优选地，所述浇水灌溉使耕作层土壤的水分含量保持不低于耕作层土壤饱和持水量的30％。

优选地，所述平衡的时间为4～6天。

本发明提供了硫酸钾钙镁作为修复材料在降低弱碱性土壤Cd生物有效性中的应用；所述弱碱性土壤的pH值为7.1～7.5。硫酸钾钙镁是一种天然肥料，分子式为K

进一步地，硫酸钾钙镁作为修复材料时的施用量为耕作层土壤质量干重的0.15～0.4％，较低的施用量即可有效降低弱碱性土壤中的重金属Cd的生物有效态含量，具有较好的经济效益。

附图说明

图1为实施例1和实施例2施用硫酸钾钙镁培养30天土壤中Cd各赋存形态的变化图；

图2为实施例1和实施例2施用硫酸钾钙镁培养90天土壤中Cd各赋存形态的变化图。

具体实施方式

本发明提供了硫酸钾钙镁作为修复材料在降低弱碱性土壤Cd生物有效性中的应用；所述弱碱性土壤的pH值为7.1～7.5。

本发明对所述弱碱性土壤的来源没有特别的要求，所述pH值范围内的土壤均适用于本发明。

在本发明中，所述硫酸钾钙镁是以色列化工集团生产的、一种开采于英国的纯天然肥料(Polysulphte)，分子式为K

在本发明中，所述应用的方法优选包括以下步骤：

将所述硫酸钾钙镁施用在弱碱性土壤的耕作层内；

所述施用后对耕作层土壤浇水灌溉，然后进行平衡，使硫酸钾钙镁和耕层土壤混匀。

在本发明中，所述耕作层优选为深0～20cm范围的弱碱性土壤表层。在本发明中，所述硫酸钾钙镁的施用量优选为耕作层土壤质量干重的0.2～0.45％，更优选为0.4％。

在本发明中，所述浇水灌溉使耕作层土壤的水分含量优选保持不低于耕作层土壤饱和持水量的30％，更优选为饱和持水量的30～40％。在本发明中，所述平衡的时间优选为4～6天，更优选为5天。

下面结合实施例对本发明提供的硫酸钾钙镁作为修复材料在降低弱碱性土壤Cd生物有效性中的应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

供试土壤采自江苏省徐州市贾汪区泉旺头村农田表层0～20cm范围砂姜黑土，土壤Cd含量达1.12mg/kg，基本理化性质见表1，为弱碱性土壤。根据《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》(GB 15618-2018)，土壤Cd含量介于农田土壤Cd风险筛选值和管控值之间，属于土壤Cd中轻度污染，国内80％以上的耕地Cd污染属于此范围内。

表1实施例1供试土壤基本理化性质

表1中，阳离子交换量(CEC)采用8.21mol·L

将500g供试土壤过2mm孔径筛，将硫酸钾钙镁(以色列化工集团生产，粒径2～4mm)添加至供试土壤中，硫酸钾钙镁占土壤干重的0.2wt％，于培养容器中混合均匀，设置三个平行处理，以未添加硫酸钾钙镁的供试土壤为空白对照。实验在培养箱中进行，保持30％饱和持水量，培养共90天(前5天为平衡时间，一般大田作物主要生长周期在90天左右，若培养90天修复材料对于土壤依然具有良好的钝化效果，可以说明修复材料的作用是持续稳定的，与一般大田作物主要生长期内对土壤营养物质吸收的周期契合)，每30天采取部分土壤后风干，磨碎，过2mm孔径筛，待分析。

实施例2

硫酸钾钙镁占土壤干重的0.4wt％，其余同于实施例1。

对实施例1和实施例2硫酸钾钙镁施用于弱碱性土壤后的效果进行检测分析：

(一)施用硫酸钾钙镁后对弱碱性土壤pH的影响

土壤pH采用(水土比2.5∶1)电位法直接在pH计上读取，测试结果如表2所示：

表2实施例1～2施用硫酸钾钙镁后对弱碱性土壤pH的影响

由表2可以看出，实施例1和实施例2施用硫酸钾钙镁30天后，土壤pH值均降低，0.2wt％添加量的处理组(实施例1)的土壤pH值相比于空白对照降低了0.11个单位，0.4wt％添加量的土壤(实施例2)pH值相比于空白对照降低了0.16个单位。施用硫酸钾钙镁修复材料90天后，添加硫酸钾钙镁的处理对土壤pH值的降低幅度增大，0.2wt％添加量的处理组的土壤(实施例1)pH值相比于空白对照降低了0.44个单位，0.4wt％添加量的土壤pH值相比于空白对照降低了0.69个单位。

(二)施用硫酸钾钙镁后对弱碱性土壤有效态Cd含量的影响

土壤重金属Cd有效态采用DTPA法浸提，并采用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)对其含量测定，消解过程使用采购自北京物理与地球化学研究所的标准物质(GBW07445)，与试剂空白分析重复相结合，以保证消解程序的准确性和精度性。测试结果如表3所示：

表3实施例1～2施用硫酸钾钙镁后对土壤有效态Cd含量(μg/L)的影响

由表3可以看出，施用硫酸钾钙镁后，实施例1和实施例2处理组土壤中的有效态Cd含量与空白对照相比均有显著降低，在培养60天后，0.2wt％添加量的处理组(实施例1)可以使土壤有效态Cd降低12.21％，0.4wt％添加量的处理组(实施例2)可以使土壤有效态Cd降低15.95％；而在培养90天后，0.2wt％添加量的处理组(实施例1)可以使土壤有效态Cd降低15.37％，0.4wt％添加量的处理组(实施例2)可以使土壤有效态Cd降低13.53％。由表3可知，0.2wt％添加量和0.4wt％添加量均可有效降低土壤中有效态Cd含量。

(三)施用硫酸钾钙镁后弱碱性土壤Cd赋存形态的变化

通过改良BCR法提取土壤Cd的水溶态、醋酸盐提取态、可还原态、可氧化态和残渣态，并采用电感耦合等离子体质谱仪-液相色谱系统(ICP-MS)测定含量，消解过程使用采购自北京物理与地球化学研究所的标准物质(GBW07445)，与试剂空白分析重复相结合，以保证消解程序的准确性和精度性。具体测定方法如表4所示：

表4土壤Cd各赋存形态的提取方法

测试得到施用硫酸钾钙镁30d、90d后土壤中Cd各赋存形态含量如表5所示：

表5施用硫酸钾钙镁30d、90d后土壤中Cd各赋存形态含量(μg/L)

将表5数据绘制成图，分别如图1和图2所示。由表5和图1可以看出，在培养30天后，与空白对照相比，0.4wt％添加量的处理组(实施例2)处理效果较好，其土壤WD值、CA值和RE值分别降低39％、24％和23％，OX值和RES值增加了19％和9％；0.2％添加量的处理组(实施例1)土壤WD值、CA值和RE值也分别降低了35％、21％和20％，OX值和RES值增加了17％和8％。由表5和图2可以看出，在培养90天后，与空白对照相比，0.4％添加量的土壤(实施例2)WD值、CA值和RE值分别降低33.9％、20.7％和5.1％，OX值和RES值则增加了60.9％和6.4％；而0.2％添加量处理的土壤(实施例1)WD值、CA值和RE值分别降低31.3％、15.5％和0.7％，OX值和RES值则增加了47.1和4.9％。由此可以看出，0.2％添加量和0.4％添加量的处理效果差别不大，但是0.4％添加量的处理效果更好。

由以上实施例可以看出，将硫酸钾钙镁作为修复材料应用于弱碱性土壤，能够有效降低弱碱性土壤重金属Cd的生物有效性，并且硫酸钾钙镁作为一种天然肥料，能提供作物生长所必需的钾及钙、镁、硫等营养元素，提高土壤肥力。本发明将硫酸钾钙镁作为修复材料应用于弱碱性土壤，不仅能够有效降低弱碱性土壤重金属Cd的生物有效性，而且能够提高土壤肥力。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。