土壤重金属钝化剂及其在降低番茄重金属积累量中的应用制造技术

本发明专利技术公开一种土壤重金属钝化剂，包括多官能团纤维素钝化剂。该土壤重金属钝化剂能够高效降低番茄中重金属积累量，使其满足相关标准/要求。同时，本发明专利技术还公开了该土壤重金属钝化剂的制备方法以及它在降低番茄重金属积累量中的应用。

Soil Heavy Metal Passivator and Its Application in Reducing Heavy Metal Accumulation in Tomatoes

The invention discloses a soil heavy metal passivator, which comprises a multifunctional cellulose passivator. The soil heavy metal passivator can effectively reduce the accumulation of heavy metals in tomatoes to meet the relevant standards/requirements. At the same time, the invention also discloses the preparation method of the soil heavy metal passivator and its application in reducing the accumulation of heavy metals in tomatoes.

【技术实现步骤摘要】
土壤重金属钝化剂及其在降低番茄重金属积累量中的应用
本专利技术属于土壤改良
，具体涉及一种土壤重金属钝化剂及其在降低番茄重金属积累量中的应用。
技术介绍
重金属是动植物生长的非必需元素。当重金属进入到农田土壤之后，会被植物体吸收、积累，并通过食物链进入人体。重金属会影响氨基酸的代谢、酶系统的活性和微量元素的代谢，对人类健康造成威胁。2014年环境保护部和国土资源部联合发布的《全国土壤污染状况调查公报》显示，我国耕地土壤点位超标率达19.4％，主要污染物为镉(Cd)、镍(Ni)、铜(Cu)、砷(As)、汞(Hg)、铅(Pb)等。农业部对我国140万公顷污水灌溉区域调查发现，土壤重金属超标面积占64.8％。番茄是容易受到重金属污染的农作物。研究显示，在农田土壤镉含量为0.97mg/kg的条件下(国家标准《土壤环境质量标准》，GB15618-1995，三级标准值为1.0mg/kg))，有95.3％供试品种的果实Cd含量超过国家标准《食品中污染物限量》(GB2762-2005，≤0.05mg/kgFW)，而且绝大多数品种超过这个限值的1倍左右。针对重金属污染农田，开发高效、操作简便、可推广的降低番茄果实中重金属积累量的方法具有重要的应用价值和广阔的市场前景。为达到生产出符合《食品中污染物限量》(GB2762-2005，茄果类Cd含量≤0.05mg/kgFW)农产品的目的，一方面要努力通过物理、化学和生物的方法对污染土壤进行治理和修复，降低土壤中有效态重金属的含量；另一方面，要通过高效、可推广的农业技术措施，降低番茄对重金属的吸收和积累量。这两种方法是降低番茄中重金属含量、解决我国农产品安全问题的重要手段。
技术实现思路
本专利技术的目的主要在于提供一种土壤重金属钝化剂及其在降低番茄重金属积累量中的应用，该土壤重金属钝化剂能够高效降低番茄中重金属积累量，使其满足相关标准/要求，为我国番茄安全生产提供有力保障。具体来说，本专利技术的土壤重金属钝化剂，包括多官能团纤维素钝化剂，所述多官能团纤维素钝化剂经由下列步骤制得：(1)将植物纤维粉碎，过筛，得到纤维粉末；(2)按固液比1g/10mL-1g/20mL将纤维粉末用质量分数为1-5％的NaOH溶液在50-70℃条件下预处理3-5h，过滤出预处理后的纤维粉末，洗涤至中性后干燥；(3)按固液比1g/10mL-1g/15mL将上述干燥后的纤维粉末用质量分数为30-35％的盐酸与质量分数为29-56％的硫酸的混合液搅拌水解2-5h，水解温度为50-70℃，然后加入去离子水，终止水解反应；将悬浮液分离，收集废酸和纤维素粘稠物；(4)在纤维素粘稠物中加入0.5-1倍的去离子水，用NaOH溶液将其中和至中性，分离、洗涤，干燥，得到纤维素；(5)将上述纤维素投入容器中，加入N，N-二甲基甲酰胺，溶胀0.5-3h；然后将氢氧化钠、巯基乙醇、硫脲、亚氨基二乙酸中的一种或几种加入其中，经第一次回流反应12-48h后，冷却至室温，过滤，水洗产物直至滤液为中性，再用乙醇洗涤，干燥；然后将产物和1500mL质量浓度50％的甲醇水溶液加入容器中，经第二次回流反应2-6h后，冷却至室温，过滤，依次用去离子水、甲醇洗涤，真空干燥8-12h，得多官能团纤维素钝化剂。在上述多官能团纤维素钝化剂的制备中，步骤(1)中的植物纤维可以是水稻秸秆、玉米秸秆、小麦秸秆、油菜秸秆等。优选地，将植物纤维粉碎，过30目及120目筛，留取中间部分的纤维粉末。步骤(2)中，预处理的目的在于洗去杂质和溶解木质素，杂质和木质素对重金属钝化没有帮助，且存在带来负面效果的风险。步骤(3)中，混合液中盐酸与硫酸的体积比优选为1:3-1:4。可通过加入去离子水以终止水解反应，具体加水量对本领域技术人员而言是容易确定的常规技术，示例性地，可以是1-3倍的去离子水。步骤(4)中，制得的纤维素为短棒状，粒径＜50μm，得率可达65-75％，分散性好、稳定性高。步骤(5)中，回流反应前，加入氢氧化钠、巯基乙醇、硫脲、亚氨基二乙酸中的一种或几种。优选地，纤维素与氢氧化钠、巯基乙醇、硫脲和亚氨基二乙酸的质量比分别为100：0-2、100：0-10、100：0-5、和100：0-20，更优选100：0-1、100：0-5、100：0-2.5、和100：0-10。通过第一次回流反应，可加速纤维素表面官能团的生成速率。经水洗和乙醇洗涤后，可有效去除材料表面的大部分可溶性大分子杂质；通过第二次回流反应，则能够去除材料孔道里或片层内的杂质。最终，获得纯度较高的多官能团纤维素钝化剂产物。相应地，本专利技术还涉及上述多官能团纤维素钝化剂的制备方法，包括如上文所述的步骤(1)-(5)。本专利技术的土壤重金属钝化剂可以仅由上述多官能团纤维素钝化剂组成。通过上述步骤制得的多官能团纤维素钝化剂具有对重金属的选择性吸附性能，对重金属的钝化效率高，可以有效降低农产品中的重金属积累量。除上述多官能团纤维素钝化剂外，从性能优化的角度出发，优选地，本专利技术的土壤重金属钝化剂还含有碳酸盐矿物和作物秸秆。制备时，将各组分混合均匀即可。容易理解和确定的是，碳酸盐矿物和作物秸秆都以粉末状使用。碳酸盐矿物具有较高的pH、消耗H+的特点，可以提高土壤体系的pH，持续降低重金属的有效性。作物秸秆具有较好的保水、保肥性能，能够避免土壤板结、降低成本。实践应用表明，适量的碳酸盐矿物、作物秸秆和多官能团纤维素钝化剂配合使用，能够更加显著地提升番茄品质，降低番茄果实中重金属的积累量。所述碳酸盐矿物可以是方解石粉末、白云石粉末、菱镁矿粉末、石灰石粉末中的一种或几种。所述作物秸秆可以是水稻秸秆、玉米秸秆、小麦秸秆、油菜秸秆中的一种或几种。进一步优选地，本专利技术的土壤重金属钝化剂包含下列组分：方解石粉末0-15份，白云石粉末0-10份，菱镁矿粉末0-10份，石灰石粉末0-20份，水稻秸秆0-35份，玉米秸秆0-30份，小麦秸秆0-35份，油菜秸秆0-30份，多官能团纤维素钝化剂5-15份。本专利技术对土壤重金属钝化剂的施用方法不做特定限制，可采用重金属污染土壤改良领域中土壤改良剂的常规使用方法。但基于充分发挥上述土壤重金属钝化剂功效、尽量降低土壤中生物有效态重金属含量的目的，优选采用一种优化的施用方法，包括下列步骤：(1)选择番茄种植地块土壤；优选地，根据《全国农产品产地土壤重金属安全评估技术规定》的土壤重金属的安全等级划分标准，所选地块土壤的重金属风险等级为低风险(1＜Pi≤2，1＜Pimax≤2)或中度风险(2＜Pi≤3，2＜Pimax≤3)；(2)高温浸泡土壤3-5天之后，将水排干净，暴晒2-3天；(3)深耕农田，同时将钝化剂与土壤混匀，钝化剂的添加量为每亩地10-30kg；优选地，深耕深度为0.2-0.4m，对该深度的土壤进行有效翻耕，可以使得土壤与钝化剂充分混合，使钝化后的土壤层能够满足农作物根部对生长空间的需求，增强土壤的透气性，使作物长势更好；(4)在深耕后的土壤上覆盖地膜，暴晒5-10天，之后揭开地膜继续通风、暴晒5-10天，暴晒期间避免雨水冲积。在利用本专利技术的土壤重金属钝化剂对农田土壤进行上述处理后，种植设施作物番茄。非限制性地，番茄的种植管理措施可包括以下方面：(1)品种选择和种植：选用抗病、优质本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种土壤重金属钝化剂，包括多官能团纤维素钝化剂，所述多官能团纤维素钝化剂经由下列步骤制得：(1)将植物纤维粉碎，过筛，得到纤维粉末；(2)按固液比1g/10mL‑1g/20mL将纤维粉末用质量分数为1‑5％的NaOH溶液在50‑70℃条件下预处理3‑5h，过滤出预处理后的纤维粉末，洗涤至中性后干燥；(3)按固液比1g/10mL‑1g/15mL将上述干燥后的纤维粉末用质量分数为30‑35％的盐酸与质量分数为29‑56％的硫酸的混合液搅拌水解2‑5h，水解温度为50‑70℃，然后加入去离子水，终止水解反应；将悬浮液分离，收集废酸和纤维素粘稠物；(4)在纤维素粘稠物中加入0.5‑1倍的去离子水，用NaOH溶液将其中和至中性，分离、洗涤，干燥，得到纤维素；(5)将上述纤维素投入容器中，加入N，N‑二甲基甲酰胺，溶胀0.5‑3h；然后将氢氧化钠、巯基乙醇、硫脲、亚氨基二乙酸中的一种或几种加入其中，经第一次回流反应12‑48h后，冷却至室温，过滤，水洗产物直至滤液为中性，再用乙醇洗涤，干燥；然后将产物和1500mL质量浓度50％的甲醇水溶液加入容器中，经第二次回流反应2‑6h后，冷却至室温，过滤，依次用去离子水、甲醇洗涤，真空干燥8‑12h，得多官能团纤维素钝化剂。...

【技术特征摘要】
1.一种土壤重金属钝化剂，包括多官能团纤维素钝化剂，所述多官能团纤维素钝化剂经由下列步骤制得：(1)将植物纤维粉碎，过筛，得到纤维粉末；(2)按固液比1g/10mL-1g/20mL将纤维粉末用质量分数为1-5％的NaOH溶液在50-70℃条件下预处理3-5h，过滤出预处理后的纤维粉末，洗涤至中性后干燥；(3)按固液比1g/10mL-1g/15mL将上述干燥后的纤维粉末用质量分数为30-35％的盐酸与质量分数为29-56％的硫酸的混合液搅拌水解2-5h，水解温度为50-70℃，然后加入去离子水，终止水解反应；将悬浮液分离，收集废酸和纤维素粘稠物；(4)在纤维素粘稠物中加入0.5-1倍的去离子水，用NaOH溶液将其中和至中性，分离、洗涤，干燥，得到纤维素；(5)将上述纤维素投入容器中，加入N，N-二甲基甲酰胺，溶胀0.5-3h；然后将氢氧化钠、巯基乙醇、硫脲、亚氨基二乙酸中的一种或几种加入其中，经第一次回流反应12-48h后，冷却至室温，过滤，水洗产物直至滤液为中性，再用乙醇洗涤，干燥；然后将产物和1500mL质量浓度50％的甲醇水溶液加入容器中，经第二次回流反应2-6h后，冷却至室温，过滤，依次用去离子水、甲醇洗涤，真空干燥8-12h，得多官能团纤维素钝化剂。2.根据权利要求1所述的土壤重金属钝化剂，其特征在于：步骤(1)中的植物纤维是水稻秸秆、玉米秸秆、小麦秸秆、油菜秸秆中的至少一种；优选地，将植物纤维粉碎，过30目及120目筛，留取中间部分的纤维粉末。3.根据权利要求1所述的土壤重金属钝化剂，其特征在于：步骤(3)中，盐酸与硫酸的体积比优选为1:3-1:4。4.根据权利要求1所述的土壤重金属钝化剂，其特征在于：步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：李虹颖，方凌，王艳，叶新新，贾利，严从生，俞飞飞，江海坤，董言香，张其安，
申请(专利权)人：安徽省农业科学院土壤肥料研究所，
类型：发明
国别省市：安徽,34