降低茶葉中重金屬含量的土壤改良劑及方法
【專利摘要】降低茶葉中重金屬含量的土壤改良劑及方法，其特征在于改良劑由產(chǎn)品A和產(chǎn)品B組成；其中產(chǎn)品A由石灰、伊利石粉和蒙脫石組成，產(chǎn)品B為伊利石、蒙脫石和叢枝菌根組成石灰、粘土礦物和叢枝菌根(AM)組成。上述改良劑能有效緩解茶園土壤酸化，減少交換態(tài)重金屬的含量，阻礙重金屬進入茶葉中；同時增強茶樹抗重金屬毒害的能力，促進茶樹對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，提高茶葉產(chǎn)量。經(jīng)過3至6個月的時間修復(fù)，遭受重金屬污染的酸化茶園土壤中的銅、鉛、鎘以及土壤pH值滿足中國《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》（GB15618-1995）二級標準的要求，經(jīng)改良土壤生產(chǎn)的茶葉達《無公害茶葉的衛(wèi)生標準》，茶葉增產(chǎn)18~27%。
【專利說明】降低茶葉中重金屬含量的土壤改良劑及方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境技術(shù)和土壤修復(fù)領(lǐng)域，具體涉及一種針對復(fù)合污染鐵觀音種植土壤的改良劑及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]土壤是茶樹生長的基礎(chǔ)，為獲得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的無公害茶葉，茶園的土壤性質(zhì)與品質(zhì)至關(guān)重要。茶園土壤污染主要集中在土壤酸化及重金屬含量超標等，而其中土壤的酸化會增強重金屬的遷移性，增大了重金屬向茶葉中富集的風(fēng)險。目前，治理土壤重金屬污染的策略主要有兩種:一是從土壤中去除重金屬；二是改變重金屬在土壤中的存在形態(tài)，使其固定，降低其在環(huán)境中的遷移性和生物有效性。其中前一種策略所采取的方法有植物修復(fù)法、電動力學(xué)修復(fù)法、淋濾法等，能較徹底去除重金屬，但費用高，難度較大，往往難以實施，并且去除的重金屬存在后處理等一系列問題；而第二種策略則為重金屬的鈍化，如玻璃化法和礦物鈍化法，不能徹底去除土壤重金屬污染，當外界條件發(fā)生變化時，可能會引起二次污染。胡曉鈞等的發(fā)明專利CN201110110401.9-《一種修復(fù)重金屬污染土壤的淋洗方法》，能有效降低土壤中重金屬的含量，但存在污染地下水的危險，同時存在淋洗液的收集處理困難以及殘留的問題，操作困難，處理費用高。劉漢橋等的發(fā)明專利CN201210000965.1《一種電動力學(xué)修復(fù)重金屬污染土壤新方法》，利用電能驅(qū)動重金屬定向遷移實現(xiàn)去除，但能耗很高，只適用小面積污染，而且現(xiàn)場不易操作，不符合我國應(yīng)用實際。因而，固定重金屬，降低其在環(huán)境中的遷移性和生物有效性其具有修復(fù)時間短、費用低、適用范圍廣、效果明顯等特點，比較符合我國國情。[0003]鑒于我國粘土礦物具備資源種類豐富、分布廣、儲量大和價格低廉等優(yōu)勢，以及粘土礦物特殊的晶體結(jié)構(gòu)賦予其許多的優(yōu)異特性，如具有比表面積及表面能大，孔隙率大，陽離子交換量高等，可以有效吸附Cd、Pb、Cu等重金屬，抑制土壤中重金屬活性，是近年來許多研究者關(guān)注的土壤重金屬修復(fù)劑。杭小帥等指出，在重金屬污染土壤中，以粘土礦物為主體的土壤膠體吸附帶相反電荷的重金屬離子及其絡(luò)合物，減少了土壤中交換態(tài)重金屬比例，從而降低了重金屬污染物質(zhì)在土壤中的活性與移動性。此外，粘土礦物不但層內(nèi)表面可吸附交換性離子，而且還可以通過將重金屬陽離子吸持在層間的晶格結(jié)構(gòu)內(nèi)而使其固定，減輕了
重金屬污染物質(zhì)的危害性。常用于修復(fù)土壤重金屬污染的粘土礦物有:蒙脫石、凹凸棒石、沸石、高嶺石、海泡石、蛭石和伊利石等。影響粘土礦物修復(fù)重金屬污染土壤的因素包括:(I)粘土礦物的基本結(jié)構(gòu)與類型。(2)粘土礦物的用量。(3)重金屬種類、濃度與形態(tài)。(4 )介質(zhì)pH。( 5)重金屬氧化物、有機物質(zhì)和介質(zhì)離子強度等因素。根據(jù)我國土壤重金屬污染的特點，現(xiàn)階段粘土礦物修復(fù)可視為最可行的方法之一，并且具有一定的發(fā)展?jié)摿土己玫膽?yīng)用前景。在實際應(yīng)用中仍然存在一些有待于進一步解決的問題。如粘土礦物的使用可能對土壤養(yǎng)分產(chǎn)生影響，尤其是對土壤中鉀、銨等營養(yǎng)離子的影響；粘土礦物是通過固定重金屬而降低其移動性和有效性，但在土壤中不易將粘土礦物與土壤分離，因此當土壤環(huán)境發(fā)生變化時，被固定的重金屬可能重新釋放出來，產(chǎn)生二次污染的問題。所以，合理使用粘土礦物修復(fù)土壤重金屬污染，發(fā)揮其優(yōu)勢，同時配合其他修復(fù)技術(shù)，減少其負面影響將成為該修復(fù)推廣的關(guān)鍵。
[0004]叢枝菌根(Arbuscular mycorrhizea, AM)真菌是直接聯(lián)系土壤與植物根系的一類微生物，在重金屬污染土壤中，接種AM真菌對于提高宿主植物抵御重金屬毒害的能力、促進植物對礦質(zhì)營養(yǎng)的吸收，降低植物體內(nèi)(尤其是地上部分)重金屬濃度，有利于植物生長。研究表明，叢枝菌根真菌對Cd、Pb、Cu均具有較好的抗性，并且由于菌根的形成，使宿主植物明顯地改善了對磷的吸收和運輸，并能通過抑制土壤酸化、降低土壤可溶態(tài)重金屬的濃度，增強宿主植物對重金屬污染的抗(耐)性。正是由于叢枝菌根在抑制土壤酸化，降低重金屬毒害方面的獨特優(yōu)勢，將其運用在復(fù)合污染鐵觀音種植土壤的修復(fù)中具有實際意義。劉靈芝等對鉛鋅礦區(qū)分離叢枝菌根真菌對萬壽菊生長與吸鎘的影響的研究表明，AM真菌根外菌絲通過對Cd的吸收、累積及螯合等作用，阻止Cd由土壤向根系運輸，同時改善植株生長狀況，通過生長稀釋作用，降低植株Cd濃度，間接提高萬壽菊對Cd污染的抗逆性。同時接種污染來源的AM真菌增加了萬壽菊地上部對Cd的耐受性，促進地上部生長，明顯提高了 Cd脅迫下萬壽菊的生物量，增幅為70.2%~95.2%。王發(fā)園等的發(fā)明專利《一種利用叢枝菌根真菌降低煙草重金屬殘留的方法》，專利號CN201010525189.8，通過將菌根化煙苗的在田間進行移栽證實了，叢枝菌根真菌和煙草形成叢枝菌根共生體后，可以改善煙草磷營養(yǎng)狀況，促進煙草生長，減少煙草對重金屬的吸收，降低重金屬從根系向煙草地上部分的遷移，從而降低煙草重金屬殘留。說明利用叢枝菌根減少復(fù)合污染鐵觀音土壤種植茶葉中重金屬殘留，增加茶葉產(chǎn)量很有應(yīng)用前景。
[0005]綜上，利用粘土礦物可以通過吸附和離子交換作用，降低復(fù)合污染鐵觀音土壤中重金屬的遷移能力；叢枝菌根通過對重金屬的吸收、累積及螯合等作用，可以減少重金屬從土壤向茶樹根系的運輸，通過雙重的屏障，可以大大減少茶葉中重金屬向的殘留。同時，菌根可抑制土壤酸化， 促進營養(yǎng)元素的運輸，克服了粘土礦物對土壤養(yǎng)分的不良影響，利于提高茶葉的產(chǎn)量和品質(zhì)，兩種修復(fù)方式結(jié)合能實現(xiàn)優(yōu)勢互補。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了克服已有技術(shù)的不足之處，提出一種有效降低茶葉重金屬含量、增加茶葉產(chǎn)量、提高土壤可持續(xù)生長能力的茶園土壤改良劑及方法的技術(shù)方案，具有原料成本低廉、生產(chǎn)設(shè)備簡單、效果好且不出現(xiàn)二次污染等優(yōu)點。
[0007]本發(fā)明所提出的茶園重金屬復(fù)合污染土壤原位修復(fù)劑，其特征在于該制劑由產(chǎn)品A和產(chǎn)品B組成，其中產(chǎn)品A組成以及各成分重量百分比為，石灰2~10%、伊利石50-70%、蒙脫石的重量比為30-40%;產(chǎn)品B組成以及各成分重量百分比，伊利石40-50%、蒙脫石20~30%、叢枝菌根20~40%。
[0008]所述的降低茶葉中重金屬含量的土壤改良劑，其特征在于所述的石灰、伊利石粉、蒙脫石、叢枝菌根細度要求70%以上通過100目篩。
[0009]所述土壤改良劑降低茶葉中重金屬含量的方法，其特征在于:
I)所述方法綜合了物理化學(xué)法修復(fù)和生物修復(fù)改良鐵觀音種植土壤:利用石灰中和作用降低土壤酸度；利用粘土礦物通過吸附和離子交換作用，固定了土壤中的重金屬并降低其有效態(tài)；同時利用叢枝菌根的作用提高了茶樹對重金屬的耐受性，降低茶樹對重金屬的吸收，規(guī)避了粘土礦物固定的重金屬再度活化的風(fēng)險，促進茶樹對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，提高茶葉產(chǎn)量；
2)產(chǎn)品A和產(chǎn)品B使用比例為:5~10:1
3)產(chǎn)品A采用淺施結(jié)合淺耕施入，均勻撒施于茶樹行間，深度為l(Tl5Cm左右；產(chǎn)品B采用開溝深施，施用于行間的施肥溝內(nèi)，深度為25~30cm左右；
4)產(chǎn)品A施用于生產(chǎn)季節(jié)，每年施肥一次；產(chǎn)品B施用于秋茶結(jié)束后，每f2年施用一
次； 5)根據(jù)茶園土壤的酸化程度，土壤改良劑的用量標準如下:pH3.6~4.0的土壤，產(chǎn)品A和產(chǎn)品B的使用比例為7~10:1，土壤改良劑的總用量為1500~3000kg/hm2 ；pH4.5~4.0的土壤，產(chǎn)品A和產(chǎn)品B的使用比例為5~7:1，土壤改良劑的總用量為100(Tl800kg/hm2 ；ρΗ5.0-6.0的土壤，產(chǎn)品A和產(chǎn)品B的使用比例為5:1，土壤改良劑的總用量為60(T1000kg/hm2。
[0010]上述的降低茶葉中重金屬含量的土壤改良劑及方法，提出了以降低茶葉中重金屬銅、鉛、鎘含量為主要目的，合理地使用石灰粉、伊利石粉、蒙脫石粉和叢枝菌根，既能有效降低茶園土壤中重金屬的生物有效性，減少茶樹對重金屬元素的吸收，提高茶葉的衛(wèi)生質(zhì)量標準，又可以增加茶葉產(chǎn)量，并起到改良土壤的效果，屬于環(huán)境友好型土壤改良劑。
[0011]
【具體實施方式】
[0012]以下通過實施例和試驗例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0013]具體實施例1:
取茶園土壤進行盆栽試驗，土壤主要重金屬含量為:銅98mg/kg，鉛114mg/kg，鎘
0.62mg/kg，pH為4.12。降低茶葉中重金屬含量的土壤改良劑(產(chǎn)品A于B的比例為7: 1，產(chǎn)品A成分為石灰5%、伊利石60%、蒙脫石的重量比為35%，產(chǎn)品B成分為伊利石40-50%、蒙脫石20~30%、叢枝菌根20~40%)的施用總量為0、1和2g/kg(相當于施用0、2400和4800kg/hm2),其中產(chǎn)品A和土壤混勻,產(chǎn)品B在茶樹根部施加。每盆種一年生安溪鐵觀音茶苗6株，經(jīng)一年生長，測定茶樹體內(nèi)的重金屬含量。結(jié)果表明，使用土壤改良劑后，土壤PH的提高，有效態(tài)重金屬含量的降低，茶葉各部位重金屬含量均有明顯降低，其中施用2g/kg的處理，新梢中重金屬銅、鉛、鎘的含量分別降低了 21.6%，14.4%, 25% (表1)。
[0014]
表1盆栽施用降低茶葉中重金屬含量的土壤改良劑對茶樹重金屬含量的影響
【權(quán)利要求】
1.降低茶葉中重金屬含量的土壤改良劑，其特征在于該制劑由產(chǎn)品A和產(chǎn)品B組成，其中產(chǎn)品A由石灰、伊利石粉和蒙脫石組成，產(chǎn)品B為伊利石、蒙脫石和叢枝菌根組成。
2.如權(quán)利要求書I所述的降低茶葉中重金屬含量的土壤改良劑，其特征在于所述的產(chǎn)品A中各成分的重量百分比為:石灰2~10%、伊利石50~70%、蒙脫石的重量比為30~40% ;所述的產(chǎn)品B中各成分的重量百分比為:伊利石40~50%、蒙脫石20~30%、叢枝菌根20~40%。
3.如權(quán)利要求書1所述的降低茶葉中重金屬含量的土壤改良劑，其特征在于所述的石灰、伊利石粉、蒙脫石、叢枝菌根細度要求70%以上通過100目篩。
4.利用權(quán)利要求書1-3所述土壤改良劑降低茶葉中重金屬含量的方法，其特征在于: .1)所述方法綜合了物理化學(xué)法修復(fù)和生物修復(fù)改良鐵觀音種植土壤:利用石灰中和作用降低土壤酸度；利用粘土礦物通過吸附和離子交換作用，固定了土壤中的重金屬并降低其有效態(tài)；同時利用叢枝菌根的作用提高了茶樹對重金屬的耐受性，降低茶樹對重金屬的吸收，規(guī)避了粘土礦物固定的重金屬再度活化的風(fēng)險，促進茶樹對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，提高茶葉產(chǎn)量； .2 )產(chǎn)品A和產(chǎn)品B使用比例為:5~10:1 ; .3)產(chǎn)品A采用淺施結(jié)合淺耕施入，均勻撒施于茶樹行間，深度為10-l5Cm左右；產(chǎn)品B采用開溝深施，施用于行間的施肥溝內(nèi)，深度為25~30cm左右； .4)產(chǎn)品A施用于生產(chǎn)季節(jié)，每年施肥一次；產(chǎn)品B施用于秋茶結(jié)束后，每1-2年施用一次； .5)根據(jù)茶園土壤的酸化程度，土壤改良劑的用量標準如下:pH3.6~4.0的土壤，產(chǎn)品A和產(chǎn)品B的使用比例為7~10:1，土壤改良劑的總用量為1500~3000kg/hm2 ；pH4.5~4.0的土壤，產(chǎn)品A和產(chǎn)品B的使用比例為5~7:1，土壤改良劑的總用量為100(Tl800kg/hm2 ；ρΗ5.0-6.0的土壤，產(chǎn)品A和產(chǎn)品B的使用比例為5:1，土壤改良劑的總用量為60(T1000kg/hm2。
【文檔編號】B09C1/00GK103909086SQ201310005867
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2013年1月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月8日
【發(fā)明者】張勝華, 張曉虎, 于鑫 申請人:中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所