CN102925162B - 一种多功效土壤改良剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多功效土壤改良剂及其制备方法。本发明多功效土壤改良剂，包括下述重量份的原料：有机固体废弃物600-740份，粉煤灰150-210份，聚氨基酸超强吸水剂110-190份，充分混合，干燥造粒。该土壤改良剂具有保水、节肥、增加植物土壤养分、改善土壤物化性质等多重功效，可施用于各种性质的土壤中，在修复特殊土壤如高氟区土壤、粘质土壤以及防风固沙中起着关键作用。
Description
技术领域
本发明涉及具有保水、节肥、增加植物土壤养分、改善土壤物化性质等多重功效的土壤改良剂，具体说是一种多功效复合型土壤改良剂及其制备方法。
背景技术
我国土壤养分流失严重，因为过量使用量，土壤中的许多有用的肥料元素农作物来不及吸收就流失掉了，如在一些地方氮肥的利用率在20%～50%，磷肥的利用率在10%～30%，氮、磷的利用率很低，造成了极大的资源浪费并污染了环境。同时，我国是一个干旱缺水严重的国家，加上近年来气候和环境的恶劣变化，干旱时有发生，对农业和国民经济已经带来了严重影响。在全国，还有很多耕地、林地常年处于干旱或半干旱境地，这些地方要么缺水，要么就是灌溉设施跟不上，往往由于缺水而减产欠收。在这种背景下，土壤改良剂、农林保水剂等应运而生。
目前现有的对沙化土壤进行改良所用的土壤改良剂主要有泥炭土直接施用、复合施用以及一些具有保水功能的复合土壤改良剂。如CN122863公开了一种农用土壤改良剂，将硼砂、硫酸镁、硫酸锌、硫酸铜、石膏、钼铵酸、硫酸锰、硫磺、硫酸亚铁按一定配比配制而成，可改良土壤结构，提高作物抗病力等。又如CN101723765A叙述了一种复合型保水性土壤改良剂，将有机质、丙烯酰胺、凹凸棒土、多孔无机物、微生物菌类等按一定比例复合引发交联，具有一定保水、改良土壤的作用。但以上所述土壤改良剂，原料复杂、性能单一，即便保水性土壤改良剂，亦存在原料不可降解，对环境造成负担等严重后果。
粉煤灰是燃煤火力发电厂排放的废渣，到目前为止，据不完全统计，我国粉煤灰贮量已超过10亿吨，我国粉煤灰利用率仅有30％。近几年的研究发现，将粉煤灰用于农林牧业的土壤修复与改良，具有投资少、容量大、需求平稳、波动少、对粉煤灰的质量要求不高等特点，是适合我国国情的一条综合利用途径，具有很大的发展潜力。在修复和改良土壤过程中，可利用粉煤灰的物理性质如密度小、孔隙大，相当于砂质土，以改善土壤结构。另一方面，粉煤灰是由很多具有不同结构和形态的微粒组成的，它的化学成分主要是SiO2、Al2O3和Fe2O3等，因此，粉煤灰具有吸附作用、凝聚作用、助凝作用和沉淀作用，粉煤灰的加入有利于重金属离子与铁锰氧化物和层状硅酸盐结合，即铁锰氧化物结合态和残渣态含量增加。粉煤灰的施入可以钝化受污染土壤中的重金属，降低重金属对植物的危害。另外，赵挺洁等人在粉煤灰在改良土壤中的应用研究一文中综述到粉煤灰中的Al2O3、Fe2O3和CaO与氟的吸附呈正相关，对氟化物有滞留作用，因此粉煤灰可以用于除去氟化物，这为高氟区土地利用粉煤灰开辟了又一新领域。粉煤灰本身含有多种植物可利用的营养成分。增加土壤的营养元素含量粉煤灰可显著提高白浆土微生物活性，增加芽孢菌含量；同时有利于促进草炭有机成分在土壤中的腐殖化过程，增加了草莓菌含量，从而提高了土壤中生物的抗性，使有益微生物占优势，从而为植物生长创造有利的环境。但也存在一定问题，主要表现在：①N、P、K等常量营养元素短缺，土壤营养供应比例失调；②粉煤灰许多理化性质与农用土壤相比较差，粉煤灰施入量过多会使土壤某些能力和性质(如保蓄性能)变差；③粉煤灰中含有多种重金属元素，用其修复土壤时会将重金属带入土壤中，造成地下水或土壤表层的重金属污染。
聚氨基酸类超强吸水剂聚天冬氨酸（PASP）和γ-聚谷氨酸（γ-PGA）在农业上是一种生物降解性好、环境友好型的化学品，内含肽键和羧基等活性基团，具有极强的螯合、分散和吸附等作用，节约化肥用量1/3，并能增强药效，修复土壤重金属污染，持续使用可改良土壤，提高农作物免疫力，提高植物抗病抗逆能力，激发生物酶活，强化氮、磷、钾及微量元素的吸收作用，还可以修复土壤重金属污染。同时，这两类聚氨基酸还是一种强效吸水保水剂，能够反复吸水，吸水倍率可高达上千倍，在土壤中能将雨水或浇灌水迅速吸收储存，进而减少水分流失。天旱时再缓慢释放供植物利用。它特有的吸水、贮水、放水性能，在改善生态环境、防风固沙工程中起到决定成败的作用。PASP生产常用催化剂磷酸无需去除，转为磷酸盐还可作为磷元素补充；γ-PGA微生物发酵法制备，无需分离纯化等后处理。无论聚天冬氨酸（PASP）还是γ-聚谷氨酸（γ-PGA）制备方法简便，无原料浪费及三废产生。
如果很好的将上述两种物质结合在一起，取长补短，变废为宝，可以很好的实现保水、节肥、改善土壤等多种功效。
发明内容
本发明的目的在于针对现有土壤改良剂上的不足，提供一种多功效土壤改良剂。
本发明的另一目的是提供该多功效土壤改良剂的制备方法。
本发明的目的可通过如下技术方案实现：
一种多功效土壤改良剂，包括以下重量份的原料：有机固体废弃物600-740重量份，粉煤灰150-210重量份，聚氨基酸类超强吸水剂110-190重量份。
所述的多功效土壤改良剂优选包括以下重量份的原料：有机固体废弃物660～690重量份，粉煤灰170～185重量份，聚氨基酸类超强吸水剂135～150重量份。
所述的多功效土壤改良剂进一步包括以下重量份的原料：有机固体废弃物680重量份，粉煤灰180重量份，聚氨基酸类超强吸水剂140重量份。
所述的有机固体废弃物是指常见的污泥、晾干的牲畜粪便、锯末、石灰；所述的粉煤灰符合国家农用标准级别；所述的聚氨基酸类超强吸水剂选自γ-聚谷氨酸或聚天冬氨酸；所述的γ-聚谷氨酸或聚天冬氨酸分子量优选8000-200000。
所述的多功效土壤改良剂通过如下方法制备得到：将有机固体废弃物与粉煤灰充分混合，再将聚氨基酸溶液以喷洒形式均匀喷洒至有机固体废弃物与粉煤灰的混合物中，充分搅拌，然后干燥粉碎即可。
本发明所述的多功效土壤改良剂的制备方法，其特征在于将有机固体废弃物与粉煤灰充分混合，再将聚氨基酸溶液以喷洒形式均匀喷洒至有机固体废弃物与粉煤灰的混合物中，充分搅拌，然后干燥机100℃内干燥，粉碎成粒径0.5-5mm的颗粒即可。
其中所述的有机固体废弃物用量为660～690重量份，优选680重量份；所述的粉煤灰用量为170～185重量份，优选180重量份；所述的聚氨基酸类超强吸水剂用量为135～150重量份，优选140重量份。
所述的有机固体废弃物是指常见的污泥、晾干的牲畜粪便、锯末、石灰；所述的粉煤灰符合国家农用标准级别；所述的聚氨基酸类超强吸水剂选自γ-聚谷氨酸或聚天冬氨酸；所述的γ-聚谷氨酸或聚天冬氨酸分子量优选8000-200000。
本发明所述的多功效土壤改良剂在土壤改良或特殊土壤修复中的应用。
本发明所述的多功效土壤改良剂使用方法：将上述多功效土壤改良剂通过多种方式如土表撒施、拌土、园艺花卉等施用于各类土地后可直接进行农作物种植。建议根据不同性质土壤，选择不同施用量。如粘质土壤可施用范围较广，可降低土壤的物理性粘粒，增加土壤孔隙度；砂质土壤酌情施用，可有效改善砂质土壤的吸水保水性,提高其抗旱能力。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
1）吸水保水性好：本发明提供的保水性土壤改良剂不仅富含多孔结构更是含有能够迅速吸住上千倍纯水的聚氨基酸类超强吸水剂，不仅可以把以往蒸发、渗漏和流失掉的雨水或浇灌水吸收贮存起来，形成“微型水库”，天旱时释放供植物利用，还因其具有较强的锁水力，保住的水不流动不渗失，抗外界物理压力强，随着环境变化，水份可缓慢释放出来。
2）提高化肥利用率，促进农作物生长，改善农作物品质。本发明提供的土壤改良剂将强有效的肥料增效剂聚氨基酸和富含土壤养分的粉煤灰有效结合，不仅可以减少化肥流失，活化养分元素，提高化肥利用率，提高肥效，还能起到缓释、长效的作用，从而减少化肥用量30％，减少肥料流失引起的环境污染。还可以促进作物对铁、锌、锰等微量元素吸收，促进作物早熟7－10天，增加产量10％-30％。持续使用可改良土壤，提高农作物免疫力，具有农作物抗衰老、抗病、抗逆、抗倒伏等独特功效。
3）有效改良土壤性质：翟建平等人在施灰土壤的理化性质分析及作物增产机理探讨一文中证明了粉煤灰对土壤结构和性质的改善效果。刘红卫在聚天冬氨酸和多肽肥料应用展望一文中证实了聚天冬氨酸对土壤理化性质的正面影响以及在修复土壤重金属污染上的效果。综合各原料特点，可改善土壤结构，降低容重，增加孔隙度，提高地温，缩小膨胀率。从而显著地改善粘质土壤的物理性质，促进土壤中微生物活性，有利于养分转化，有利于保湿保墒，使水、肥、气、热趋向协调，为作物生长创造了良好的土壤环境，而又不会发生因仅施用粉煤灰带来的使土壤保蓄性能变差等不良后果。技术方案中所使用的粉煤灰与粘土相比，颗粒较粗，而与沙土相比，颗粒较细，因此将本发明提供的多功效土壤改良剂施加到粘质土壤或沙质土壤中，一方面可以优化土壤颗粒粒度组成，改善土壤结构；另一方面，可改善土壤自身某些农用性质。
4）制备方法，使用方法简便，适用性强。本发明提供的沙化土壤改良剂制备方法简单，成本低；不会释放不良物质，对环境和植物无毒无害，不随雨水流失，聚氨基酸可自然降解，降解产物无毒无害，还原出来的K等离子有效改良土壤；使用方便，无论是农林作物还是绿化植物以及沙化地带还是高氟区土地，不同季节、地点和环节均可使用，用后效果立竿见影。
综上所述，本发明多功效土壤改良剂具有制备方便、吸水保水性能优异、提高肥料利用率、增加种植物产量、提高产物品质、改善土壤、抗冲击能力高等特点，可成为一种农林种植、改善沙化土地的必备良品。
具体实施方式
本发明提供的多功效土壤改良剂是指将有机固体废弃物、粉煤灰和聚氨基酸类超强保水剂混合制备的一种颗粒状物料，可直接施用于沙土地、沙化土壤、风化土壤以及缺水地区进行土壤改良。其中有机固体废弃物是指常见的污泥、晾干的牲畜粪便、锯末。下面结合具体实例对本发明制备多功能土壤改良剂及其效果进行具体详细说明。
实施例1
一种多功效土壤改良剂，包括下述重量份的原料，有机固体废弃物600份，粉煤灰210份，聚氨基酸超强吸水剂190份。将有机固体废弃物与粉煤灰充分混合，再将聚氨基酸溶液以喷洒形式喷洒至有机固体废弃物与粉煤灰的混合物中，搅拌均匀，然后干燥机100℃内干燥，粉碎成粒径0.5-5mm的颗粒即可。其中有机固体废弃物采用污泥；粉煤灰采用市购标准农用粉煤灰级别；聚氨基酸超强保水剂为聚天冬氨酸，通过L-天冬氨酸热缩合法自制，分子量为2.906×104，添加过程中无需去除催化剂磷酸，直接利用。
实施例2
一种多功能土壤改良剂，包括下述重量份的原料，有机固体废弃物660份，粉煤灰185份，聚氨基酸超强保水剂150份，将有机固体废弃物与粉煤灰充分混合，再将聚氨基酸溶液以喷洒形式喷洒至有机固体废弃物与粉煤灰的混合物中，然后干燥机100℃内干燥，粉碎成粒径0.5-5mm的颗粒。其中有机固体废弃物采用晾干猪粪；粉煤灰采用市购标准农用粉煤灰级别；聚氨基酸超强保水剂为聚天冬氨酸，通过L-天冬氨酸热缩合法自制，分子量为2.906×104，添加过程中无需去除催化剂磷酸，直接利用。
实施例3
一种多功能土壤改良剂，包括下述重量份的原料，有机固体废弃物680份，粉煤灰180份，聚氨基酸超强保水剂140份，将有机固体废弃物与粉煤灰充分混合，再将聚氨基酸溶液以喷洒形式喷洒至有机固体废弃物与粉煤灰的混合物中，然后干燥机100℃内干燥，粉碎成粒径0.5-5mm的颗粒。其中有机固体废弃物采用锯末；粉煤灰采用市购标准农用粉煤灰级别；聚氨基酸超强保水剂为聚天冬氨酸，通过L-天冬氨酸热缩合法自制，分子量为2.906×104，添加过程中无需去除催化剂磷酸，直接利用。
实施例4
一种多功能土壤改良剂，包括下述重量份的原料，有机固体废弃物690份，粉煤灰170份，聚氨基酸超强保水剂138份，将有机固体废弃物与粉煤灰充分混合，再将聚氨基酸溶液以喷洒形式喷洒至有机固体废弃物与粉煤灰的混合物中，然后干燥机100℃内干燥，粉碎成粒径0.5-5mm的颗粒。其中有机固体废弃物采用晾干猪粪；粉煤灰采用市购标准农用粉煤灰级别；聚氨基酸超强保水剂为γ-聚谷氨酸，通过微生物发酵自制，分子量为1×105，无需提取纯化，直接利用。
实施例5
一种多功能土壤改良剂，包括下述重量份的原料，有机固体废弃物740份，粉煤灰150份，聚氨基酸超强保水剂110份，将有机固体废弃物与粉煤灰充分混合，再将聚氨基酸溶液以喷洒形式喷洒至有机固体废弃物与粉煤灰的混合物中，然后干燥粉碎即可。其中有机固体废弃物采用锯末；粉煤灰采用市购标准农用粉煤灰级别；聚氨基酸超强保水剂为γ-聚谷氨酸，通过微生物发酵自制，分子量为1×105，无需提取纯化，直接利用。
实施例6
所发明的多功能土壤改良剂在常规土壤中花椰菜和水稻种植方面的减肥、增产及土壤改善应用结果。
在花椰菜种植中，土质为沙壤土。分A，B，C三种实验方案，同时选取3个不同地点进行实验。
A.常规施肥，未添加本发明中的多功能土壤改良剂。
B.基肥：70％常规施肥量+实施例1所制备的土壤改良剂(1kg/亩)拌土施加，追肥：70％常规施肥量。
C.基肥：70％常规施肥量+实施例4所制备的土壤改良剂(1kg/亩)拌土施加，追肥：70％常规施肥量。
减少30％常规施肥量即实验田B和C对花椰菜的生长没有减产现象，且从生长过程中可以发现，施加土壤改良剂的田地中的花椰菜的叶片不仅较大且颜色鲜艳，生长状况优于未施加土壤改良剂的花椰菜；其中，尤以实验田C的花椰菜产量更高，生长状况更好。
在水稻种植中，土质为地力中等的黄泥土。分A，B，C三种实验方案。
A.常规施肥，未添加本发明中的多功能土壤改良剂。
B.尿素7.5公斤+实施例1所制备的土壤改良剂(2kg/亩)，直接土表撒施。
C.尿素7.5公斤+实施例4所制备的土壤改良剂(2kg/亩)，直接土表撒施。
添加土壤改良剂的实验田B和C中的水稻长势明显优于A，平均一颗水稻稻穗数量和饱满程度要明显好于未添加改良剂的A，实验田B和C中的水稻较之未添加改良剂的A试验田水稻分别早熟6天、8天。经过理论计算，使用土壤改良剂的实验田产量每亩分别增产25％、30％。
由以上分析可得，该发明中的多功能土壤改良剂具有很好的节肥效果，可较大幅度增加农作物产量，提高农作物品质。
本发明提供的多功效土壤改良剂主要是针对粘质土壤、沙化土壤、退化土壤、缺水、灌溉设施跟不上等土地使用，施用后可以快速吸水保水，环境水多时吸收、水少时释放，如此吸水、释水反复循环，仅需很少的灌溉或降雨即可，并不易被环境中的微生物破坏，能够长时间保持三维立体结构，从而长期向植物供水。
施用后，可以明显地改善土壤结构，降低容重，协调土壤的孔隙状况，提高地温，缩小膨胀率，从而显著地改善粘质土壤的物理性质；促进土壤中微生物活性，有利于养分转化，有利于保湿保墒，使水、肥、气、热趋向协调；本身含有多种植物可利用的营养成分，增加了土壤有机质，为微生物提供了丰富的营养和有利的生存环境，促进了土壤微生物生长繁殖，有助于植物的生长发育。
需施肥地区，可以减少化肥流失，活化养分元素，减少施肥用量和次数；促进农作物生长，改善农作物品质；持续使用可改良土壤，提高农作物免疫力，具有农作物抗衰老、抗病、抗逆、抗倒伏等独特功效。
本发明具有原料易得、投资少、用量大、需求平稳、使用方便、适用性强、潜力大等特点，无论是农林作物还是绿化植物以及粘质土壤、沙化地带还是高氟区土地，不同季节、地点和环节均可使用，用后效果立竿见影。
Claims (9)
1.一种多功效土壤改良剂，其特征在于所述的多功效土壤改良剂由以下重量份的原料组成：有机固体废弃物660~690重量份，粉煤灰170~185重量份，聚氨基酸类超强吸水剂135~150重量份；所述的聚氨基酸类超强吸水剂选自γ-聚谷氨酸或聚天冬氨酸。
2.根据权利要求1所述的多功效土壤改良剂，其特征在于所述的多功效土壤改良剂由以下重量份的原料组成：有机固体废弃物680重量份，粉煤灰180重量份，聚氨基酸类超强吸水剂140重量份。
3.根据权利要求1~2中任一项所述的多功效土壤改良剂，其特征在于所述的有机固体废弃物是指常见的污泥、晾干的牲畜粪便、锯末、石灰；所述的粉煤灰符合国家农用标准级别；所述的γ-聚谷氨酸或聚天冬氨酸分子量为8000-200000。
4.根据权利要求3所述的多功效土壤改良剂，其特征在于所述的多功效土壤改良剂通过如下方法制备得到：将有机固体废弃物与粉煤灰充分混合，再将γ-聚谷氨酸或聚天冬氨酸溶液以喷洒形式均匀喷洒至有机固体废弃物与粉煤灰的混合物中，充分搅拌，然后干燥，粉碎即可。
5.权利要求1所述的多功效土壤改良剂的制备方法，其特征在于将有机固体废弃物与粉煤灰充分混合，再将聚氨基酸溶液以喷洒形式均匀喷洒至有机固体废弃物与粉煤灰的混合物中，充分搅拌，然后干燥，粉碎即可，其中所述的聚氨基酸类超强吸水剂选自γ-聚谷氨酸或聚天冬氨酸。
6.根据权利要求5所述的多功效土壤改良剂的制备方法，其特征在于所述的有机固体废弃物用量为660~690重量份，所述的粉煤灰用量为170~185重量份，所述的聚氨基酸类超强吸水剂用量为135~150重量份。
7.根据权利要求6所述的多功效土壤改良剂的制备方法，其特征在于所述的有机固体废弃物用量为680重量份，所述的粉煤灰用量为180重量份，所述的聚氨基酸类超强吸水剂用量为140重量份。
8.根据权利要求6或7所述的多功效土壤改良剂的制备方法，其特征在于所述的有机固体废弃物是指常见的污泥、晾干的牲畜粪便、锯末、石灰；所述的粉煤灰符合国家农用标准级别；所述的γ-聚谷氨酸或聚天冬氨酸分子量为8000-200000。
9.权利要求1所述的多功效土壤改良剂在土壤改良或特殊土壤修复中的应用。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |