一种植物摄入重金属活化复合材料及其制备和应用的制作方法

1.本发明涉及重金属污染耕地土壤修复技术，具体涉及一种重金属植物修复复合材料。


背景技术：

2.目前我国常用的耕地重金属污染修复技术包括钝化修复、深耕改土、植物修复、农艺调控、联合修复等措施。植物修复技术因具有修复成本低、适应性广、超富集植物对重金属富集量大、不破坏土壤理化性质等优点，被广泛的应用于严格管控类重金属污染耕地的修复。但现有技术中，常在植物修复过程中，添加edta等化学试剂来改善植物对重金属的富集量。现有技术中，还存在价格昂贵，以及对植物生长有一定的副作用，施用过量还存在二次污染风险等不足。


技术实现要素：

3.本发明针对现有重金属活化剂施用过程中存在的问题，提供一种全新的植物摄入重金属活化复合材料，旨在改变现有植物摄入重金属的思路，促进植物重金属摄入量，还改善植物生物量。
4.本发明还提供了所述的植物摄入重金属活化复合材料的制备方法。
5.本发明还提供了所述的植物摄入重金属活化复合材料的应用。
6.一种植物摄入重金属活化复合材料，包括酒糟、作物壳、胶质芽孢杆菌的发酵产物和硝铵复合肥；
7.且发酵产物的原料和硝铵复合肥的重量份分别为：酒糟20-30份、作物壳 30-50份；胶质芽孢杆菌5-10份；硝铵复合肥20-30份。
8.本发明创新地发现，所述酒糟和作物壳经胶质芽孢杆菌发酵激活的发酵产物和硝铵复合肥存在相互协同，能够有效改善土壤重金属形态并释放植物生长所需的营养物质，从而提高植物对重金属的摄入量，改善作物的生物量，不仅如此，研究还进一步发现，对发酵原料以及硝铵复合肥的成分以及成分比例进行所述的精准控制，能够进一步改善发酵产物的成分特性，进一步意外地改善硝铵复合肥的协同性，能进一步促进植物对重金属的摄入，改善土壤重金属植物修复的处理效果，不仅如此，还能够协同改善植物的生物量。
9.本发明人意外地发现，创新地利用酒糟的一次发酵代谢、配合胶质芽孢杆菌的二次发酵代谢，能够意外地获得利于植物重金属摄取的发酵代谢物，将该发酵代谢物进一步和硝铵复合肥联合，能够意外地产生协同作用，协同改善植物对重金属的摄入，且能够避免重金属对植物的毒害作用，改善生物量。
10.作为优选，所述的酒糟为果酒糟。研究发现，所述的果酒糟的一次代谢物配合胶质芽孢杆菌的二次发酵，能够进一步改善其和硝铵复合肥的协同性。
11.作为优选，所述的酒糟为葡萄酒、苹果酒、梅子酒、草莓酒、桃子酒、枇杷酒、杨梅酒、桑椹酒等果酒糟的一种或几种。
12.作为优选，所述的作物壳是指稻壳、麦壳等粮食作物的外壳(种子外壳)。
13.所述的胶质芽孢杆菌为硅酸盐类细菌。
14.研究发现，控制酒糟、作物壳和胶质芽孢杆菌的质量比例，能够调控二次发酵的成分，使其和所述的硝铵复合肥的协同效果进一步提升。
15.作为优选，发酵原料中，酒糟24～26份、作物壳34～36份；胶质芽孢杆菌 5～6份。
16.作为优选，所述的硝铵复合肥为硝铵比为2～3:1的复配肥料。在该优选的比例下，能够进一步改善对重金属的协同捕集率。
17.作为优选，所述的植物摄入重金属活化复合材料中，还包含酒石酸。研究发现，在所述的发酵产物和硝铵复合肥中，进一步添加酒石酸，有助于进一步改善协同性，有助于进一步协同提升植物对重金属的摄入效果，且进一步改善生物量。
18.作为优选，所述的植物摄入重金属活化复合材料中，酒石酸的重量份为 10-15份。
19.本发明优选的一种植物摄入重金属活化复合材料，按重量份计，包括：果酒糟20-30份；作物壳30-50份；胶质芽孢杆菌5-10份；硝铵复合肥20-30份；酒石酸10-15份；且所述重量份的果酒糟、作物壳和胶质芽孢杆菌预先经发酵处理。
20.本发明还提供了一种所述的植物摄入重金属活化复合材料的制备方法，包括以下步骤：
21.(1)按照配方比例称取各成分，并将果酒糟、稻壳、胶质芽孢杆菌混合均匀后盖膜发酵；
22.(2)在步骤(1)得到的发酵产物中加入硝铵复合肥，混合均匀即得。
23.所述的发酵条件为：含水量75％-85％，温度25-35℃，ph值7.0-8.0。
24.本发明还提供了所述的植物摄入重金属活化复合材料的应用方法，将其施用于重金属污染土壤中，用于重金属污染土壤的植物修复。
25.本发明所述的应用方法，创新地利用植物摄入重金属活化复合材料的成分和比例的协同，能够促进植物摄取，从而实现污染土壤的修复，不仅如此，还能够有效降低重金属对植物的毒害作用，改善植物的生物量。
26.优选的应用，所述的重金属污染土壤为耕地土壤。
27.优选的应用，将其用作基肥和/或追肥，用于重金属污染土壤的植物修复。
28.更优选的应用，其包括以下步骤：
29.(1)基施
30.在重金属污染土壤进行翻耕、破碎、整理；在按50-150kg/亩施用所述的植物摄入重金属活化复合材料，再次翻耕混合均匀，养护1-2天后即可种植作物。
31.(2)追施
32.作物生长过程中，可根据生长情况和种植要求，按10-20kg/亩追施1-2次所述的植物摄入重金属活化复合材料；追施前和/或后，进行灌水处理。
33.有益效果：
34.1、本发明创新地利用胶质芽孢杆菌对酒糟中的一次代谢物进行胶质芽孢杆菌的再次发酵代谢，并创新地发现，胶质芽孢杆菌发酵后的产物和硝铵复合肥存在协同性，能够双重活化作用促进土壤重金属的溶解和植物根系吸收，提高植物对重金属的富集量。此外，还可协同促进植物生长，增大植株生物量，提高修复效率。
35.2、在所述的发酵产物和硝铵复合肥中，进一步添加酒石酸，能够进一步改善协同性。
36.3、本发明还发现，通过控制各成分的比例，有助于进一步改善协同性，改善植物对重金属的摄入量，还能够降低植物的不适，改善植物的生物量。
37.4、本发明主要成分为果酒糟、作物壳类等废弃物，充分利用农业生产废弃物，且无二次污染风险。
具体实施方式
38.下面通过具体实例进一步说明本发明。以下实施例中，胶质芽孢杆菌属于硅酸盐类细菌，购于汇邦生物科技，酒糟购于长沙县酒厂。
39.以下实施例中，所述的活化复合材料的制备包括以下步骤：
40.(1)按照配方比例称取各成分，并将果酒糟、稻壳、胶质芽孢杆菌混合均匀后盖膜发酵；所述的发酵条件为：含水量75％-85％，温度25-35℃，ph值7.0-8.0。
41.(2)在步骤(1)得到的发酵产物中加入硝铵复合肥，混合均匀即得。
42.对比例的活化复合成分仅仅是成分的缺少，制备方式同上。
43.实施例1
44.(1)称取50kg葡萄酒糟、70kg稻壳、10kg胶质芽孢杆菌，混合均匀后盖膜养护(盖膜发酵)15天，翻抛混匀。
45.(2)在步骤(1)得到的肥料中加入硝铵复合肥(硝铵比为2:1)50kg，酒石酸20kg，再次翻抛混合均匀，即得到200kg重金属活化复合肥，记作s1。
46.对比例1
47.和实施例1相比，区别仅在于，未添加葡萄酒糟；
48.(1)称取100kg稻壳、20kg胶质芽孢杆菌，混合均匀后盖膜养护15天，翻抛混匀。
49.(2)在步骤(1)得到的肥料中加入硝铵复合肥(硝铵比为2:1)60kg，酒石酸20kg，再次翻抛混合均匀，即得到200kg重金属活化复合肥，记作d1。
50.对比例2
51.和实施例1相比，区别仅在于，未添加胶质芽孢杆菌；
52.(1)称取40kg葡萄酒糟、100kg稻壳，混合均匀后盖膜养护15天，翻抛混匀。
53.(2)在步骤(1)得到的肥料中加入硝铵复合肥(硝铵比为2:1)40kg，酒石酸20kg，再次翻抛混合均匀，即得到200kg重金属活化复合肥，记作d2。
54.对比例3
55.和实施例1相比，区别仅在于，未添加硝铵复合肥；
56.(1)称取60kg葡萄酒糟、100kg稻壳、20kg胶质芽孢杆菌，混合均匀后盖膜养护15天，翻抛混匀。
57.(2)在步骤(1)得到的肥料中加入酒石酸20kg，再次翻抛混合均匀，即得到200kg重金属活化复合肥，记作d3。
58.对比例4
59.和实施例1相比，区别仅在于，采用腐殖酸替换所述的酒糟；
60.(1)称取50kg腐殖酸、70kg稻壳、10kg枯草芽孢杆菌，混合均匀后盖膜养护15天，翻
抛混匀。
61.(2)在步骤(1)得到的肥料中加入尿素50kg，酒石酸20kg，再次翻抛混合均匀，即得到200kg重金属活化复合肥，记作d4。
62.对比例5
63.和实施例1相比，区别仅在于，改变硝铵复合肥的比例；
64.(1)称取50kg葡萄酒糟、70kg稻壳、10kg胶质芽孢杆菌，混合均匀后盖膜养护15天，翻抛混匀。
65.(2)在步骤(1)得到的肥料中加入硝铵复合肥(硝铵比1:1)50kg，酒石酸20kg，再次翻抛混合均匀，即得到200kg重金属活化复合肥，记作d5。
66.实施例2
67.(1)称取40kg葡萄酒糟、70kg稻壳、20kg胶质芽孢杆菌，混合均匀后盖膜养护15天，翻抛混匀。
68.(2)在步骤(1)得到的肥料中加入硝铵复合肥(硝铵比为2:1)50kg，酒石酸20kg，再次翻抛混合均匀，即得到200kg重金属活化复合肥，记作s2。
69.实施例3
70.(1)称取60kg葡萄酒糟、70kg稻壳、10kg胶质芽孢杆菌，混合均匀后盖膜养护15天，翻抛混匀。
71.(2)在步骤(1)得到的肥料中加入硝铵复合肥(硝铵比为2:1)40kg，酒石酸20kg，再次翻抛混合均匀，即得到200kg重金属活化复合肥，记作s3。
72.实施例4
73.(1)称取50kg梅子酒糟、70kg稻壳、10kg胶质芽孢杆菌，混合均匀后盖膜养护15天，翻抛混匀。
74.(2)在步骤(1)得到的肥料中加入硝铵复合肥(硝铵比为2:1)50kg，酒石酸20kg，再次翻抛混合均匀，即得到200kg重金属活化复合肥，记作s4。
75.实施例5
76.(1)称取55kg葡萄酒糟、80kg稻壳、15kg胶质芽孢杆菌，混合均匀后盖膜养护15天，翻抛混匀。
77.(2)在步骤(1)得到的肥料中加入硝铵复合肥(硝铵比为2:1)50kg，再次翻抛混合均匀，即得到200kg重金属活化复合肥，记作s5。
78.在湖南某市郊选取4亩地势平坦、规整的中间污染耕地，经采样分析检测：土壤ph为4.9，镉含量为0.63mg/kg，有效态镉为0.338mg/kg。以实施例和对比例制成的10个重金属活化复合肥进行试验，具体实施步骤如下：
79.(1)将所选农田灌水、翻耕、破碎，剔除较大的作物根系、草根等异物；
80.(2)修筑30个小区，小区面积30m3(5m
×
6m)，每个小区间距0.5m，实行单排单灌，小区间田埂高15cm以上，所有小区田埂包塑料薄膜至20cm以下，防止小区间串肥串水；
81.(3)试验共设10个处理，每个处理重复3次，随机排列，各处理管理情况见附表1；
82.附表1：各处理管理要求
83.处理基施追施ck按60kg/亩施用碳铵，40kg/亩施用磷肥按20kg/亩追施尿素
处理1按100kg/亩施用重金属活化复合肥s1按20kg/亩追施重金属活化复合肥s1处理2按100kg/亩施用重金属活化复合肥s2按20kg/亩追施重金属活化复合肥s2处理3按100kg/亩施用重金属活化复合肥s3按20kg/亩追施重金属活化复合肥s3处理4按100kg/亩施用重金属活化复合肥s4按20kg/亩追施重金属活化复合肥s4处理5按100kg/亩施用重金属活化复合肥s5按20kg/亩追施重金属活化复合肥s5处理6按100kg/亩施用重金属活化复合肥d1按20kg/亩追施重金属活化复合肥d1处理7按100kg/亩施用重金属活化复合肥d2按20kg/亩追施重金属活化复合肥d2处理8按100kg/亩施用重金属活化复合肥d3按20kg/亩追施重金属活化复合肥d3处理9按100kg/亩施用重金属活化复合肥d4按20kg/亩追施重金属活化复合肥d4处理10按100kg/亩施用重金属活化复合肥d5按20kg/亩追施重金属活化复合肥d5
84.(4)各小区按要求施用肥料后，再次翻耕混合均匀，养护1-2天；
85.(5)统一移栽水稻(湘早籼32)秧苗，生长过程按水稻种植管理要求统一进行灌溉和病虫害防治；
86.(6)当水稻成熟后，分小区进行收割测产，同时检测根系、秸秆、稻米中镉含量，试验结果如下：
87.附表2：各处理试验结果
[0088][0089]
由上表可以看出：与对空白对照相比，所有使用重金属活化复合肥的小区种植的水稻，根系、秸秆、稻米中镉含量均有升高。其中实施例1制成的重金属活化复合肥对土壤重金属镉的的协同活化效果最好。一方面是由于葡萄酒糟中含有大量活性成分和有益于植物生长的营养物质、有机酸、微生物、菌类等，这些物质与胶质芽孢杆菌、硝铵复合肥相互协同作用，促进土壤中重金属活化的同时，还可以刺激植物根系分泌柠檬酸、质子、酚类、外酶等活性物质，促进植物对重金属的吸收。同时重金属活化复合肥中的营养成分可以促进植物生长，有效提高土壤对镉的富集量。