技术领域
[0001] 本
发明涉及一种重金属污染
土壤的化学-
生物联合修复技术领域，具体而言，涉及一种改良剂、改良剂的制备方法和阻断农作物对重金属吸收的方法。
[0002]
背景技术
[0003] 随着工业化和城市化
进程的迅速推进，重金属污染已经成为一个全球性的环境问题。重金属污染不仅
加速了生态环境的恶化，还能通过作物的吸收对
植物产生一系列毒害作用，造成农作物减产和品质下降，危及
食品安全和人类的健康与生存，因此减少农作物重金属毒害的工作迫在眉睫。
[0004] 目前，重金属污染
土壤修复技术大致可以分为：物理修复、
化学修复、
生物修复以及联合修复。使用
吸附剂、
钝化剂等土壤化学调理技术，通过增强对重金属的吸附、
氧化还原、络合沉淀和离子拮抗等作用，以降低土壤重金属的生物有效性，减少农作物对重金属吸收，因其易实现，周期短，成本低，已成为我国重金属污染地区农业生产活动开展过程中常用的土地修复技术。土壤
微生物是土壤中不可或缺的生命体，微生物的丰度和
密度可以指示污染土壤的
生态系统的
稳定性，并具备修复土壤的潜能。通过添加菌剂促进或者强化微生物代谢功能，从而将污染物的毒性降低或者无害化也是常见的一种土壤重金属污染修复的方法，同时微生物活动对促进有机物质的分解、改善土壤理化结构都有积极的作用。
[0005] 重金属污染土壤中，由于污染组合类型复杂，污染程度与厚度差异大，单项修复技术往往很难达到修复目标，而协同两种以上的土壤联合修复技术不仅可以提高污染土壤的修复速率与效率，而且可以克服单项修复技术的局限性，实现对多种污染物复合、混合污染土壤的修复。
[0006]
申请号为201610220086.8的中国发明
专利公开了一种由80～85重量份
生物炭、10～13重量份复合微生物菌落和1～2份氧化
淀粉粘合剂组成的生物炭基的微生物
土壤改良剂，此改良剂通过生物炭和微生物的联合作用，可以增加土壤通透性和
含水量，通过促进土壤有机质形成，提高矿质元素的有效性，并可改善植物的
根际环境，减缓和修复土壤的重金属污染。
[0007] 申请号为201310260046.2的中国发明专利公开了一种植物-微生物联合富集土壤中重金属镉的方法，首先在镉污染土壤中种植镉富集植物，然后在镉富集植物根际土壤接种耐镉细菌，利用镉富集植物对镉的吸收作用和耐镉细菌的强化作用联合富集土壤中镉，重复上述过程可达到修复镉污染土壤的目的。
[0008] 申请号为201710929501.1的中国发明专利公开了一种植物-动物-微生物联合修复土壤中重金属
铜的方法。具体方法为向铜污染土壤中投入蚯蚓，定期喷施少量的水保持土壤湿度，然后向表层土壤中掺入微生物复合菌剂，旋耕混拌均匀，之后均匀撒入高羊茅和早熟禾
种子，然后浇水保持湿润。采用此发明方法，利用植物对铜的吸收作用及蚯蚓和微生物复合菌剂的强化作用联合修复土壤中重金属铜。
[0009] 综上，近年来对重金属污染土壤的
植物修复、
微生物修复、
固化剂修复及联合修复的研究已较多，但已有的相关报道大多是单纯针对降低土壤重金属活性的研究，结合作物生长特性及对重金属的吸收规律降低重金属生物有效性的研究较少。
[0010]
发明内容
[0011] 本发明的目的在于针对传统重金属污染土壤单纯针对降低土壤重金属活性的技术
缺陷，提供一种改良剂、改良剂的制备方法和阻断农作物对重金属吸收的方法。
[0012] 一种改良剂，包括酸改性生物炭和
腐殖酸，酸改性生物炭和腐殖酸的
质量比为（0.9 1.1）:（0.9 1.1），酸改性生物炭由生物炭与
磷酸二氢
钾溶液反应制得。~ ~
[0014] 一种改良剂的制备方法，包括以下步骤：将生物炭与磷酸二氢钾溶液混合，在反应
温度为80℃ 100℃、搅拌速度为1000 1200r/~ ~
min、反应时间为24h的条件下得到酸改性生物炭；
混合酸改性生物炭和腐殖酸。
[0015] 一种阻断农作物对重金属吸收的方法，包括以下步骤：在农作物
播种前10 d，播种后30 45 d，播种后50 75 d将20cm厚度的表层土壤干基重~ ~
6% 8%，10% 20%，2% 5%的上述的改良剂施入表层土壤并混匀；同时于播种前一次性配施2~ ~ ~ ~
5kg/m3的微生物复合菌剂；农作物为禾本科作物或豆科作物。
[0016] 进一步地，微生物复合菌剂包括丛枝菌根
真菌和芽孢杆菌，丛枝菌根真菌和芽孢杆菌和质量比为3:1，芽孢杆菌为枯草芽孢杆菌或地衣芽孢杆菌。
[0017] 进一步地，微生物复合菌剂的制备包括以下步骤：1）取
牛肉膏5g，蛋白胨10g，NaCl 5g和蒸馏水1L，混匀，调pH至7.0，灭菌，得到培养基；
2）将丛枝菌根真菌和芽孢杆菌，加入到培养基中，在温度为37℃，转速为200r/min的条件下扩大培养48h，得
发酵液；
3）将灭菌冷却后的麸皮和发酵液，按质量比25:1混合均匀，自然
风干，得微生物复合菌剂。
[0018] 进一步地，播种农作物时，农作物株距为30cm，行距为60cm，并保持土壤含水率为60 70%，范围30 60d；农作物播种前施基肥，用
氯化钾50 kg/hm2，过磷酸
钙90 kg/hm2，复合~ ~
肥（N:P:K 15:15:15）150 kg/hm2，农作物为禾本科时，在播种后61 62d追施氯化钾100 ~
2 2
kg/hm ，
复合肥（N:P:K 15:15:15）150 kg/hm和尿素60 kg/hm2，且追肥时间和改良剂的添加时间相隔至少7 d。
[0019] 进一步地，农作物为禾本科作物，改良剂的施加时间分别为播种前10 d，播种后4045 d，播种后70 75 d；
~ ~
或农作物为豆科作物，改良剂的施加时间分别为播种前10 d，播种后30 35 d，播种后~
50 55 d。
~
[0020] 进一步地，改良剂和微生物复合菌剂在施用前过100目筛。
[0021] 进一步地，改良剂和微生物复合菌剂施于10 20cm的表层土，旋耕混拌均匀。~
[0022] 上述改良剂，根据农作物整个生育期对重金属吸收速率呈“慢-快-慢”的动态趋势，配合微生物复合菌剂，适时适量间歇式精准修复土壤中重金属，有助于更有效的阻控农作物对土壤重金属的吸收，保证农产品的安全生产。
[0024] 图为玉米、大豆生育期对重金属Pb、Cd、Mn的吸收动态曲线；其中，图1为玉米对重金属Pb、Cd、Mn的吸收动态曲线图2为大豆对重金属Pb、Cd、Mn的吸收动态曲线。
[0025]
具体实施方式
[0026] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体 实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是 本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明 内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
[0027] 一种改良剂，包括酸改性生物炭和腐殖酸，酸改性生物炭和腐殖酸的质量比为(0.9～1.1): (0.9～1.1)，酸改性生物炭由生物炭与磷酸二氢钾溶液反应制得。
[0028] 传统制备生物炭的
基础上对其进行磷酸二氢钾改性，改性后的生物炭
比表面积增大，对 重金属的吸附性能增强外，其含磷、钾量也较高，可以避免大量施用磷、钾肥将强化环境重 金属污染的危害。
[0030] 首先褐煤储量大，易获取；其次褐煤腐殖酸的制备成本低，宜推广应用；而且褐煤腐殖 酸自身具有的保持土壤氮、钾素、促进磷释放的功效，与磷酸二氢钾改性生物炭相结合，可 以更大程度上提高
肥料利用效率。
[0031] 一种改良剂的制备方法，包括以下步骤：
[0032] 将生物炭与磷酸二氢钾溶液混合，在反应温度为80℃～100℃、搅拌速度为 1000～1200r/min、反应时间为24h的条件下得到酸改性生物炭；
[0033] 混合酸改性生物炭和腐殖酸。
[0034] 一种阻断农作物对重金属吸收的方法，包括以下步骤：
[0035] 在农作物播种前10d，播种后30～45d，播种后50～75d将20cm厚度的表层土壤干基重 6％～8％，10％～20％，2％～5％的上述的改良剂施入表层土壤并混匀；同时于播种前一次性配施 2～5kg/m3的微生物复合菌剂；农作物为禾本科作物或豆科作物。
[0036]
申请人发现作物生长和根际环境之间，通过交换各自摄取或合成的资源物质，彼此间形 成既相互依赖，相互制约，又相互协调、相互促进的密切关系。作物在生长发育过程中会不 断调整这种关系，并且呈现动态平衡。其中，土壤微生物不仅通过其自身的组成成分如菌根 外菌丝、几丁质、色素类物质、EPS等吸收重金属，而且通过其分泌的各种
有机酸或特殊物 质来活化重金属，增加其在植物根部浓度和活性；同时，作物生长期间根系分泌物中的各种 有机酸等物质对根际土壤的重金属也有非常明显的活化作用。因此，作物根际土壤中有效态 的重金属随着根际环境的变化也呈动态变化的趋势。在认识到作物与土壤环境的这种互动关 系和动态调节规律的基础上，因势利导，根据农作物对重金属的吸收同步于作物生长趋势为 “慢-快-慢”的吸收规律，适时适量间歇式精准修复土壤中重金属，无疑将有助于更有效的 阻控农作物对土壤重金属的吸收，保证农产品的安全生产。
[0037] 因而，申请人将禾本科、豆科作物分别从苗期开始每隔10～15d取一次植株样，测定植 株地上、地下部各器官的重金属含量，农作物整个生育期一共取6～7次样，绘制禾本科、豆 科作物各器官吸收重金属的动态曲线，确定禾本科、豆科作物重金属吸收关键期为生长中期 (播后40～80d)；从而制定了上述的改良剂和微生物复合菌剂施加方法。
[0038] 根据农作物不同生长期对重金属吸收强度大小向表层土壤适时适量的间歇式施加改良 剂，并通过配施微生物复合菌剂，对农作物生长期的土壤重金属进行联合、精准、即时修复， 以高效阻控农作物及农作物果实对重金属的吸收和富集。改良剂对土壤重金属的固化只适用 于轻、中度铅(Pb)、镉(Cd)、锰(Mn)污染的农田土壤。
[0039] 由于作物生长前期，植株小根际不发达，根际土壤中微生物数量还不丰富，随着作物的 生长根际土壤中的微生物数量和种类为逐渐上升的趋势，因此，将微生物复合菌剂在播种前 一次性施入土壤中，不仅可以促进作物早期的生长，还可以增强作物对土壤重金属的抗性和 耐性。如果微生物复合菌剂加入量过多，会增加成本，而加入量过少微生物的添加效应不够 显著。
[0040] 进一步地，微生物复合菌剂包括丛枝菌根真菌和芽孢杆菌，丛枝菌根真菌和芽孢杆菌和 质量比为3:1，芽孢杆菌为枯草芽孢杆菌或地衣芽孢杆菌。
[0041] 植物根际促生细菌芽孢杆菌和丛枝菌根真菌是植物根际微生物的重要组成部分，二者合 成的复合菌剂与改性生物炭配合施用能进一步加速土壤养分循环，增强污染物的降解能
力， 并可以改善植物根际微生物和土壤酶活性，提高植物对逆境的抗御能力。
[0042] 进一步地，微生物复合菌剂的制备包括以下步骤：
[0043] 1)取牛肉膏5g，蛋白胨10g，NaCl 5g和蒸馏水1L，混匀，调pH至7.0，灭菌，得到 培养基；
[0044] 2)将丛枝菌根真菌和芽孢杆菌，加入到培养基中，在温度为37℃，转速为200r/min的 条件下扩大培养48h，得发酵液；
[0045] 3)将灭菌冷却后的麸皮和发酵液，按质量比25:1混合均匀，自然风干，得微生物复合 菌剂。麸皮优选为藜麦麸皮。
[0046] 进一步地，播种农作物时，农作物株距为30cm，行距为60cm，并保持土壤含水率为60～70％，范围30～60d；农作物播种前施基肥，用氯化钾50kg/hm2，过磷酸钙90kg/hm2，复 合肥(N:P:K 15:15:15)150kg/hm2，农作物为禾本科时，在播种后61～62d追施氯化钾100 kg/hm2，复合肥(N:P:K 15:15:15)150kg/hm2和尿素60kg/hm2，且追肥时间和改良剂的添加 时间相隔至少7d。
[0047] 进一步地，农作物为禾本科作物，改良剂的施加时间分别为播种前10d，播种后40～45d， 播种后70～75d；
[0048] 或农作物为豆科作物，改良剂的施加时间分别为播种前10d，播种后30～35d，播种后 50～55d。
[0049] 进一步地，改良剂和微生物复合菌剂在施用前过100目筛。
[0050] 进一步地，改良剂和微生物复合菌剂施于10～20cm的表层土，旋耕混拌均匀。
[0051] 下述
实施例中的试验方法如无特殊说明，均为常规方法，所用的试验材料，如无特殊说 明，均为自常规生化
试剂市场购买得到。
[0052] 实施例一种高效阻控农作物对重金属吸收的方法。
[0053] 本实施例，试验地点是湖南湘潭某重金属中、轻度农田，土壤pH为6.23，有机质含量 32.4g.kg-1，土壤重金属Pb、Cd、Mn的含量为68.45、0.55、229.05mg/kg。
[0054] 于第一年3月初进行供试土壤平整，3月底种植农作物玉米、大豆，种植密度均为株距 30cm，行距60cm，保持田间土壤含水率为60％；玉米、大豆播种前施基肥，用氯化钾50kg/hm2， 过磷酸钙90kg/hm2，复合肥(N:P:K 15:15:15)150kg/hm2，玉米播种后60d左右(大喇叭 2 2 2
口期)追施氯化钾100kg/hm ，复合肥(N:P:K 15:15:15)150kg/hm和尿素60kg/hm ；整个 生育期玉米、大豆人工除草3次。玉米、大豆分别从苗期开始每隔15d、10d取一次植株样， 测定植株地上、地下部各器官的重金属含量，整个生育期一共取6次样，绘制玉米、大豆各 器官吸收重金属Pb、Cd、Mn的动态趋势曲线。
[0055] 于次年3月对土壤耕层0～20cm深度的土地进行翻耕以及平整，进行高效阻控农作物吸 收重金属的试验。
[0056] (一)方法如下
[0057] 1.将酸改性生物炭、腐殖酸及微生物复合菌剂分三个水平，在玉米、大豆的生长前、中、 后3个时期分别施入10～20cm的表层土，具体为玉米、大豆播种前10d，分别将污染土 壤干基重6％、8％的酸改性生物炭、腐殖酸，3kg/m3重量的微生物复合菌剂施入表层土并混 匀；在玉米拔节期(播种后40～45d)、大豆开花期(播种后30～35d)，将污染土壤干基重10％、 20％的酸改性生物炭和腐殖酸施入表层土并混匀；在玉米乳熟期(播种后70～75d)、大豆结 荚期(播种后50～55d)，分别将污染土壤干基重2％、5％的酸改性生物炭和腐殖酸施入表层 土并混匀。
[0058] 2.所述的酸改性生物炭是将生物炭与磷酸二氢钾溶液缓和，搅拌反应反应温度为80℃ ～100℃，搅拌速度为1000～1200r/min，反应时间为24h，经过滤、洗涤和烘干，得到酸改性 生物炭。
