技术领域
本发明属于污染修复技术领域，涉及一种修复农田重金属污染的土壤调理剂及其制造方法。
背景技术
受长期污水灌溉、肥料施用不当等问题，中国农田土壤轻度重金属污染面极广占污染80％，其中又以镉元素超标最多。因此，中国土壤污染治理任重道远，大面积农田土壤需要一边修复一边继续生产，这就要求不但需要做作物品种选择及农作制度改革，更需要土壤重金属原位修复技术的应用。具有能改善土壤理化性质，又具有重金属钝化功能的土壤调理剂是符合当前需求农林种植的新型绿色生产资料。土壤调理剂是由农用保水剂及富含有机质、腐殖酸的有机物为主要原料，辅以生物活性成分及营养元素组成，经科学工艺加工而成的产品，有极其显著的“保水、增肥、透气”三大土壤调理性能，是农林种植的新型绿色生产资料，但现有的土壤调理剂配方复杂，生产工艺复杂。
如中国专利文献公开了一种高碱土壤调理剂[申请号：201410577342.X]，该土壤调理剂由：腐植质、木薯渣、硫酸铵、碳酸钠、发酵菌剂组成，该方案还提供了提供一种高碱土壤调理剂的生产方法，先将木薯渣、发酵菌剂混合堆置30～60天，每两天抛翻一次，然后将经堆置的木薯渣与发酵菌剂的混合物与腐植质、硫酸钾型复合肥、碳酸氢铵、碳酸钠充分破碎混匀并过筛。采用本发明所述生产方法生产的样品形态为灰褐色粉末，有机质含量≥30％，总养分≥3％，水分含量≤10％，PH值在6～8之间。施用本产品既能调节土壤酸碱度，又能改善土壤的团粒结构，使土壤养分的有效性保持最佳值，从而有利于作物对养分的平衡吸收利用，增强作物抗病、抗旱能力，大幅度提高农作物的产量和品质。
但上述方案没有解决土壤中重金属污染的问题，而且工艺复杂，生产成本高。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种修复农田重金属污染的土壤调理剂。
本发明的另一目的是提供一种修复农田重金属污染的土壤调理剂的制造方法。
为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：一种修复农田重金属污染的土壤调理剂，本土壤调理剂包括生物炭、矿物质和环糊精。
在上述的修复农田重金属污染的土壤调理剂中，所述的生物炭包括热裂解生物炭和水热生物炭，所述的矿物质包括硅藻土复合物。
在上述的修复农田重金属污染的土壤调理剂中，包括以下质量份数的组分：
在上述的修复农田重金属污染的土壤调理剂中，还包括质量份数为10份的羊粪。
在上述的修复农田重金属污染的土壤调理剂中，包括以下质量份数的组分：
在上述的修复农田重金属污染的土壤调理剂中，所述的硅藻土复合物由硅藻土粉末与壳聚糖按质量比3:1混合而成。
在上述的修复农田重金属污染的土壤调理剂中，所述的热裂解生物炭是用山核桃蒲壳炭在450－600℃、惰性气体条件下煅烧得到。
在上述的修复农田重金属污染的土壤调理剂中，所述的水热生物炭是在180－240℃高压水热条件下得到。
表1上述方法制得的生物炭的基本化学性质
N(％) C(％) H(％) S(％) 热解生物炭 1.01 69.02 3.11 0.13 水热生物炭 1.05 55.46 4.66 0.15
一种修复农田重金属污染的土壤调理剂的制造方法，包括以下步骤：
A、生物炭制备：山核桃蒲壳炭在450－600℃、惰性气体条件下煅烧得到热裂解生物炭，山核桃蒲壳炭在180－240℃高压水热条件下得到水热生物炭，将热裂解生物炭和水热生物炭混合得到生物炭；
B、矿物质制备：将硅藻土粉末与壳聚糖按质量比3:1混合均匀，制成硅藻土复合物，即为矿物质；
C、混料：将热裂解生物炭、水热生物炭、硅藻土复合物和羊粪混合均匀，得到土壤修复剂；
D、制粒：将土壤修复剂和环糊精混合，造粒得到具有土壤重金属污染功能的土壤调理剂。
在上述的修复农田重金属污染的土壤调理剂的制造方法中，所述的热裂解生物炭、水热生物炭、硅藻土复合物、羊粪和环糊精的质量份数依次为：30-40份、20-30份、20-30份、10份和1-2份。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本土壤调理剂将生物炭、矿物质、环糊精三类材料进行复合，一方面利用热解生物炭和无机矿物硅藻土复合物的吸附性能，将土壤中重金属离子进行固定，阻止其通过淋溶和径流迁移；另一方面利用水热生物炭的保水性，热裂解生物炭与硅藻土的吸附性能改善土壤的保水保肥及土壤孔隙度。羊粪一方面是天然的绿色有机肥，N肥含量高；另一方面则增加粘性，有利于造粒，从而降低土壤重金属毒性、增加土壤透气性与保水保肥性，提高肥料和水分利用率。
通过本土壤调理剂处理的稻田具有经济、有效、可原位修复、无化学物质添加等优点。
具体实施方式
下述实施例中所用的试剂，如无特殊说明，可以从常规生化试剂商店购买得到。以下实施例中的定量数据，均设置三次重复实验，结果取平均值。
实施例1
一种修复农田重金属污染的土壤调理剂，包括热裂解生物炭30kg、水热生物炭20kg、硅藻土复合物20kg和环糊精1kg。
本实施例中，硅藻土复合物由硅藻土粉末与壳聚糖按质量比3:1混合而成，热裂解生物炭是用山核桃蒲壳炭在450－600℃、惰性气体条件下煅烧得到，水热生物炭是在180－240℃高压水热条件下得到。
实施例2
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，本土壤调理剂包括热裂解生物炭40份、水热生物炭30份、硅藻土复合物30份和环糊精2份。
实施例3
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，本土壤调理剂包括热裂解生物炭35kg、水热生物炭25kg、硅藻土复合物25kg、羊粪10kg和环糊精1.5kg。本实施例的羊粪含水量为5-7％。
实施例4
本实施例与实施例3基本相同，不同之处在于，本土壤调理剂包括热裂解生物炭40kg、水热生物炭30kg、硅藻土复合物30kg、羊粪10kg和环糊精2份。
实施例5
本实施例提供了一种修复农田重金属污染的土壤调理剂的制造方法，包括以下步骤：
A、生物炭制备：山核桃蒲壳炭在450－600℃、惰性气体条件下煅烧得到热裂解生物炭，山核桃蒲壳炭在180－240℃高压水热条件下得到水热生物炭，将热裂解生物炭和水热生物炭混合得到生物炭；
B、矿物质制备：将硅藻土粉末与壳聚糖按质量比1:2用混合机混合均匀，制成硅藻土复合物，即为矿物质，备用；
C、混料：将热裂解生物炭、水热生物炭和硅藻土复合物用混合机混合均匀，得到土壤修复剂；
D、制粒：将土壤修复剂和环糊精混合，用制粒机造粒得到具有土壤重金属污染功能的土壤调理剂。
优选方案，在步骤C和D中，组分配比为：热裂解生物炭30kg、水热生物炭20kg、硅藻土复合物20kg和环糊精1kg。
实施例6
本实施例与实施例5基本相同，不同之处在于，在步骤C和D中，组分配比为：热裂解生物炭40份、水热生物炭30份、硅藻土复合物30份和环糊精2份。
实施例7
本实施例提供了一种修复农田重金属污染的土壤调理剂的制造方法，包括以下步骤：
A、生物炭制备：山核桃蒲壳炭在450－600℃、惰性气体条件下煅烧得到热裂解生物炭，山核桃蒲壳炭在180－240℃高压水热条件下得到水热生物炭，将热裂解生物炭和水热生物炭混合得到生物炭；
B、矿物质制备：将硅藻土粉末与壳聚糖按质量比3:1用混合机混合均匀，制成硅藻土复合物，即为矿物质，备用；
C、混料：将热裂解生物炭、水热生物炭、硅藻土复合物和羊粪用混合机混合均匀，得到土壤修复剂；
D、制粒：将土壤修复剂和环糊精混合，用制粒机造粒得到具有土壤重金属污染功能的土壤调理剂。
优选方案，在步骤C和D中，组分配比为：热裂解生物炭35kg、水热生物炭25kg、硅藻土复合物25kg、羊粪10kg和环糊精1.5kg。本实施例的羊粪含水量为5-7％。
本实施例中，在步骤D中，土壤调理剂的粒径为1-5mm，优选为2mm。
本土壤调理剂将生物炭、矿物质、环糊精三类材料进行复合，一方面利用热裂解生物炭和无机矿物硅藻土复合物的吸附性能，将土壤中重金属离子进行固定，阻止其通过淋溶和径流迁移，起到金属钝化的作用。另一方面利用水热生物炭的保水性，热裂解生物炭与硅藻土的吸附性能改善土壤的保水保肥及土壤孔隙度。羊粪一方面是天然的绿色有机肥，N肥含量高。另一方面则增加粘性，有利于造粒，从而降低土壤重金属毒性、增加土壤透气性与保水保肥性，提高肥料和水分利用率。
实施例8
本实施例与实施例7基本相同，不同之处在于，在步骤C和D中，热裂解生物炭40kg、水热生物炭30kg、硅藻土复合物30kg、羊粪10kg和环糊精2份。
应用例1
1.大田试验设计
选择4块相邻稻田，镉含量在1ppm左右，面积平均300m2/块。每个田块划分两小区块，分别为对照和施加1％土壤调理剂，稻米品种为中浙优1号。4块相邻稻田的土壤调理剂分别对应实施例5-8的土壤调理剂。
于水稻播种前施土壤调理剂每亩1t，与土壤混匀，插秧，收割，采集0－10cm土壤、水稻植株，分析土壤、稻米镉含量。
2.实验结果
镉含量分析
镉下降率 对照组 实施例5 实施例6 实施例7 实施例8 土壤(％) 0.6 13.1 14.4 32.9 29.5 镉含量 对照组 实施例5 实施例6 实施例7 实施例8 稻米(ppm) 0.65 0.56 0.56 0.43 0.45
由上表可知，通过土壤调理剂的处理的土壤和稻米，土壤的镉含量和稻米中的镉含量明显下降，尤其是实施例7-8的土壤调理剂对镉含量的下降起到明显作用，可知羊粪在对镉吸收上具有促进作用，与热裂解生物炭和无机矿物硅藻土复合物的具有协同吸附效果，从而提高吸附性能。
中浙优1号稻谷产量在对照组和和实施例5-8的土壤调理剂的处理下平均值分别为441kg/亩和483kg/亩，污染稻田施用土壤调理剂对水稻生长有促进作用，能显著增加水稻有效分孽数，提高稻米产量(比对照提高了22.9％)，也显著增加稻谷千粒重。研究表明调理剂处理下，通过增加有效分孽对产量产生的影响，高于通过增加稻谷千粒重对产量的影响。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。