CN103058796A

CN103058796A - 纳米土墒修复材料及其制作方法

Info

Publication number: CN103058796A
Application number: CN2013100214330A
Authority: CN
Inventors: 谢戎; 钟鼎; 李湧涛
Original assignee: SICHUAN HUAXUN ASSET MANAGEMENT CO Ltd
Current assignee: Sichuan Huaxun Asset Management Co., Ltd.; ZIGONG HUAQI ZHENGGUANG ECOLOGY AGICULTURE FORESTRY CO., LTD.
Priority date: 2013-01-21
Filing date: 2013-01-21
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2033-01-21
Also published as: CN103058796B

Abstract

本发明公开了纳米土墒修复材料及其制作方法，按照重量份数记，该纳米土墒修复材料包括：硅酸盐1-8份、粉煤灰10-20份、有机质20-40份、细菌10-20份；腐植酸20-30份；无机盐6-15份；通过将上述组份按照既定的配比混合之后，其一方面能够兼具肥料的作用，增加土壤的肥力，保证农作物的生长，另一方面，还可以通过硅酸盐与土壤固含的无机盐进行反应后生成多孔结构的刚性柱撑结构，使得结块的土壤变得疏松，进而起到修复土壤的效果。

Description

纳米土墒修复材料及其制作方法

技术领域

本发明涉及土壤修复领域，特别涉及纳米土墒修复材料及其制作方法。

背景技术

目前，在农业种植中，为了提高农作物的产量，人们都会采取给土壤中施加肥料的方式增加土壤的营养进而更好的被农作物吸收。常见的肥料有化肥、农家肥以及微生物肥；化肥又称作无机肥，更具其成分的不同可以分为很多种类，例如，氮肥、磷肥、钾肥等，不同种类的肥料对于农作物的生长发挥不同的作用，但是其共同的作用是为农作物生长提供常量营养元素；农家肥又称为有机肥料，其能够供给农作物养分和活性物质，有机肥料在使用的过程中，能够分解并产生CO₂，为农作物的光合作用提供了基础，其次，有机肥料的活性物质包括，氨基酸、核糖核酸以及多种酶类等，例如，在动物的粪便中，其具有很高酶活性，既能作为营养物质，又能刺激农作物的生长；微生物肥是是由一种或数种有益微生物、经工业化培养发酵而成的生物性肥料。通常把微生物肥料分为两类：一类是通过其中所含微生物的生命活动，增加了植物营养元素的供应量，导致植物营养状况的改善，进而增加产量，其代表品种是菌肥；另一类是广义的微生物肥料，虽然也是通过其所含的微生物生命活动作用使作物增产，但它不仅仅限于提高植物营养元素的供应水平，还包括了它们所产生的次生代谢物质，如激素类物质对植物的刺激作用。

常见的上述几种肥料施加到土壤后，其对农作物的生长会产生预期的促进作用，但是，土壤中长期使用肥料之后，土壤中残存的过剩的无机元素可能会导致土壤出现盐碱化或者板结的现象，盐碱化或者板结的土壤对农作物的生长非常不利，因此，长期施肥后的土壤的土墒会出现严重的退化。

发明内容

本发明提供了纳米土墒修复材料及其制作方法，该纳米土墒修复材料能够兼具肥效的同时并能够对土壤的土墒进行修复。

为达上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：

纳米土墒修复材料，按重量份数记，包括：硅酸盐1-8份、粉煤灰10-20份、有机质20-40份、细菌10-20份；腐植酸20-30份；无机盐6-15份。

可选的，按重量份数记，包括：硅酸盐5份、粉煤灰15份、有机质30份、细菌15份；腐植酸25份；无机盐10份。

可选的，所述硅酸盐为层状硅酸盐或蒙脱土中的一种。

可选的，所述的硅酸盐由等重量的层状硅酸盐和蒙脱土组成。

可选的，所述纳米土墒修复材料的PH为5.5-6；或所述纳米土墒修复材料的PH为7-8。

可选的，所述粉煤灰、有机质和无机盐的粒径为10-100纳米。

可选的，所述无机盐为氮盐、钾盐和磷酸盐等重量比例混合的无机盐。

可选的，所述粉煤灰的细度为300-500目。

纳米土墒修复材料的制作方法，包括，

将硅酸盐、粉煤灰、有机质、细菌、腐植酸和无机盐混合并加热，得到初材料；

将所述初材料冷却；

将冷却后的所述初材料粉碎，得到成品。

可选的，在步骤所述将硅酸盐、粉煤灰、有机质、细菌、腐植酸和无机盐混合并加热，得到初材料之后，所述将所述初材料冷却之前，进一步包括；

将所述初材料的PH值调节为5.5-6之间；

或

将所述初材料的PH值调节为7-8之间。

由以上技术方案可见：本发明的纳米土墒修复材料，具有以下至少一种有益效果：

1、按照重量份数记，该纳米土墒修复材料包括：硅酸盐1-8份、粉煤灰10-20份、有机质20-40份、细菌10-20份；腐植酸20-30份；无机盐6-15份；在本配方的组成中，包含有无机盐以及有机质，无机盐和有机质能够为农作物的生长提供必要的营养成分；同时，本配方中的细菌在繁殖和代谢的过程中，会进行一系列的物质转换，并且积累大量的次级代谢产物，进而会被农作物吸收，利于农作物的生长；腐植酸为微生物的生长代谢提供了基础；粉煤灰中含钙1%、钾1.8%、磷0.66%、钠0.27%、镁0.16%、铁2%、铜32ppm、锌26ppm、锰300ppm，所以可作为缺乏这些元素的土壤的补给肥源用以农作物的吸收；土壤中固含的Zn、Cu、Ca等离子的无机盐通过与硅酸盐进行离子置换反应，使之形成具有稳定多孔结构的刚性柱撑结构，从而形成多孔层状硅酸盐的材料，以此对母质土壤的土墒生产修复作用，通过将上述组份按照既定的配比混合之后，其一方面能够兼具肥料的作用，增加土壤的肥力，保证农作物的生长，另一方面，还可以通过硅酸盐与土壤固含的无机盐进行反应后生成多孔结构的刚性柱撑结构，使得结块的土壤变得疏松，进而起到修复土壤的效果。

此外，粉煤灰还具有提高地温、提高土壤保肥水的作用；并且，粉煤灰还具有一定的吸附性，其会与其它有机物一起形成高温堆肥，其肥效更好。

2、具有不同PH的修复材料可对应的对酸性土质以及碱性土质通过中和的作用进行修复。

3、含有等比例混合氮盐、钾盐和磷酸盐的无机盐对农作物的生长提供了必要的营养元素。

附图说明

附图1为本发明实施例2的纳米土墒修复材料的流程图；

附图2为本发明实施例3的纳米土墒修复材料的流程图；

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

本发明实施例1提供的纳米土墒修复材料，按照重量份数记，包括：硅酸盐1-8份、粉煤灰10-20份、有机质20-40份、细菌10-20份；腐植酸20-30份；无机盐6-15份；

在本配方的组成中，包含有无机盐以及有机质，无机盐和有机质能够农作物的生长提供必要的营养成分；同时，本配方中的细菌在繁殖和代谢的过程中，会进行一系列的物质转换，并且积累大量的次级代谢产物，进而会被农作物吸收，利于农作物的生长；腐植酸为微生物的生长代谢提供了基础；粉煤灰中含钙1%、钾1.8%、磷0.66%、钠0.27%、镁0.16%、铁2%、铜32ppm、锌26ppm、锰300ppm，所以可作为缺乏这些元素的土壤的补给肥源用以农作物的吸收；土壤中固含的Zn、Cu、Ca等离子的无机盐通过与硅酸盐进行离子置换反应，使之形成具有稳定多孔结构的刚性柱撑结构，从而形成多孔层状硅酸盐的材料，以此对母质土壤生产修复作用，通过将上述组份按照既定的配比混合之后，其一方面能够兼具肥料的作用，增加土壤的肥力，保证农作物的生长，另一方面，还可以通过硅酸盐与土壤固含的无机盐进行反应后生成多孔结构的刚性柱撑结构，使得结块的土壤变得疏松，进而起到修复土壤的效果。

在现有农业种植中，落后的大水漫灌带来的耗水农业耕作方式，不仅消耗了大量珍贵的淡水资源，而且加速了耕地的退化。大量抽取地下水灌溉的地区，在耕地地下水位加速下降的同时，也造成了耕地耕作层加速盐碱化。土地使用方式的落后、化肥的大量使用、抽取地下水实施的大水漫灌方式、秸秆的大量燃烧等土地问题，源自于没有一种可以有效改善现代农业耕作方式的成熟技术。

在利用土地的过程中，人们一般通过2个途径获得自己的所需:向土地施加一些能量物质(如离子态的肥料)补充植物在生长所需;植物通过根系吸收土壤中的能量物质，再通过光热、光合作用获得生存所需物质。在该过程中人们向土地中加入的物质和植物向土地中支取的能量物质，以土地自身的生态环境条件良性循环为目标函数，形成一个良性耦合关系。这个耦合关系的良好程度直接影响到土地团粒结构，固水、固肥、地气界面的热质传递平衡，耕作层中的微生物状态等因素，而该耦合关系的建立涉及到材料和使用土地方式两大类问题。

分析土地在人们反复利用的过程中，其构成的物质基础是否发生了变化，人们不断向土壤中补充的材料是否弥补了土地向外输出的部分物质。在土地的耕作过程中，首先地表的原有物理结构被破坏，尤其是在不断的翻耕和大水漫灌条件下，土地中原有的构成团粒结构的基础材料有机质和粘性的硅酸盐成分会在风力水力的长期作用下流失，土地中这些成分量和质的缺失，直接使土壤地力的基本构件—固粒结构被破坏，进而影响到成土壤母质条件，水文地质条件，水化学条件，地气界面上的热质传递关系等诸多因素。

土墒生态修复材料含补充土壤团粒结构基质—经特殊工艺处理的具有固水、固肥、硅酸胶结特性的硅酸盐复合成分，可从本质上改善土壤的物理特性。

在预处理后的层状硅酸盐的基础上，利用其复合化学和物理机理从农副品秸秆纤维和木质素生物降解过程中产生不用级分指数的胡敏酸(HA)和胡里酸(HR)，通过调整工艺参数获得不同的Kp=HA/HR值。在最佳Kp值的条件下，层状硅酸盐在特定的工艺条件下获得对HA和HR的最佳、最稳定的吸附量，其吸附的HA、HR与其原有的Al、Si反应形成有机硅和有机铝复合体，再加入特定比例的Al³⁺和SI²⁺调整有机铝硅比例。

在加入H⁺和NH⁴⁺的条件下，调整体系的微观能量弥散度，形成羟基聚合阳离子交联剂，通过调整参数可获得不同性质的阳离子交联剂。

采用层间插层技术，用含Zn、Cu、Ca等离子的无机盐与层状硅酸盐层间的离子进行置换反应，使之形成具有稳定多孔结构的刚性柱撑结构，调整工艺条件和反应体系配方组成，可以调整其层间间距，使其适应于水分子、离子态的肥料和退化土壤中细小沙粒的吸附，从而形成多孔层状硅酸盐的基础材料，以此为基础母质生产土墒生态修复材料。

该材料施入土壤后，其特殊的交联柱撑形成的不同孔道和层间结构，通过孔容能、键结合捕获土壤中植物生产需要的营养元素、HA、HR，形成第二次的羟基系联柱撑过程。

吸附较多的水、无机离子及退化土壤中的细小粒子，起到改善土壤的作用，周而复始形成一个良好的循环起点，以改善土地团粒结构为基点，再配置高热阻性能的土质化无机材料，全方位改变土壤的保湿、保温、吸水固水、固肥性能，降低水蚀、风蚀的强度，全方位的优化土墒条件。

现有的农业中，耕地有机质的大量缺失，造成团粒结构破坏、土壤板结，恶化其保湿保温功能。“种植绳”技术材料，以农副产品秸秆料为主，配备必须及安全的细菌剂和已预制好的纳米土墒修复材料及植物生长需要的营养元素，制成不同大小的“种植绳”与植物种子一起播种，可以条播或穴播。

这样可实现直接意义上的秸秆还田，大量施入土壤的种植绳在微生物条件下，降解为有机物，向土壤耕作层和耕作区补充大量有机质，用纳米土墒修复材料有机及安全的吸附其降解过程中植物生长必须的有机营养元素、修复土墒条件。

同时，条播(像铺电缆一样的种植方式)还提供在有限耕地上隔季沟与沟间面之间的交换即精细轮耕，沟间面的耕地免耕，非常土壤土墒修复条件，补充有机质要求下的“精细免耕、轮耕”种植技术。

在土墒修复的过程中，大致包括如下步骤：

1、制作以层状硅酸盐为基质的吸肥、固肥、改善土壤固粒结构特性的土墒材料;

2、在该材料的基础上，研究不同的土壤特点、气候特点，组装不同的全无机及环境友好的保温保湿材料。

同时，根据材料的目标退化生态环境，调整基材和组装材料的微生态环境，形成一个诱导目标地微生群落良性循环的条件，同时，为配套相适应的技术，在不同类型的退化沙化地有针对性修复缺失的水、肥、气、热、生土墒条件，建立一个土墒良性循环的基点，配以完全生态的技术方法，结合不同植物生长条件，在人为施入土墒生态修复材料的条件下，采取科技和生态的技术措施，建立土壤地力与植物生长复合过程的良性循环圈，促进土地土墒地力条件良性循环，使其生态健康永续使用。

土墒生态修复材料的技术特点之一是可组装，即可以根据目标地的环境条件，在一定条件下进行最后的差异组装。通过调整工艺条件，可以有效调控层间的距离，配套组装不同的离子态成分，同时，根据目标地的土壤长石、砾石、石英之类沙粒的成分和风蚀、水蚀的程度造成的表面状况差异，调控微生物状态，获得不同的HA、HR有机物，高效地改善土壤固体的微观结构，高效、稳定地改善退化、沙化、板结、盐碱化土地的微观固粒结构，为进一步优化土墒地力条件建立物质基础。

不同气候类型的适用性研究土地退化、沙化、板结、盐碱化有两大类原因即环境因素和人为因素。现阶段，人类没有改变自然环境的技术条件和物质条件，而土地土墒地力条件的良性循环体系的建立，必须在环境因素参与的情况下，通过人为技术和材料的干涉，建立一个新的良性循环基本圈。

该材料及配套技术从配方、工艺制造、应用配套技术均生态环保，没有任何对造成土地二次污染的隐患。

纳米土墒修复材料具有以下特点：

1、该材料及配套技术可修复土地土墒条件(水、肥、期、热、生)的良性平衡，建立稳定的循环圈的核心，具有良性的多年持续效果。

2、土墒修复为基础的材料及配套技术，可以在降低化肥施用量30%的条件下，增加蔬菜作物生长量的30%以上，粮食作物增产20%以上，油料作物30%以上，同时可在很大程度上改善其品质。

3、该材料及配套技术原材料分布广泛、价格低廉，其中部分原材料是现今还在造成环境污染的材料，该材料及配套技术的实施，也是一个环保建设项目。

具体的，按照重量份数记，该纳米土墒修复材料包括硅酸盐5份、粉煤灰15份、有机质30份、细菌15份；腐植酸25份；无机盐10份。

经过实验研究，通过上述配比的组份构成的纳米土墒修复材料，其各组份发挥相应肥效的同时，还可以共同起到作用，例如，腐植酸可以为细菌的繁殖和代谢提供了保障，细菌大量生长繁殖需要有足够的腐植酸作为其生长基础，有机质和无机盐其作用类似于常见的农家肥以及化肥的作用，为农作物的生长提供必要的营养元素。

进一步的，所述硅酸盐为层状硅酸盐或蒙脱土中的一种；

硅酸盐采用层状硅酸盐或者蒙脱土中的一种，层状硅酸盐是硅酸盐类矿物按晶体结构特点划分的亚类之一，在其配阴离子的过程中,各个硅氧四面体之间通过共用大部分角顶(通常是3/4的角顶)的方式相互连接而组成二维无限延展的硅氧四面体层。

在四面体层中,未被共用的硅氧四面体角顶上的氧还有剩余的负电荷,从而可以与金属阳离子(主要是Mg²⁺、Al³⁺以及Fe²⁺、K1⁺、Li¹⁺等)结合而形成硅酸盐。有时,部分硅氧四面体还可以被铝氧四面体所置换。此时,一部分共用的角顶上的氧也将出现剩余的负电荷而可与金属阳离子相结合。此外,一般还都含有附加阴离子(OH)^-。例如,滑石Mg₃〔Si₄O₁₀〕(OH)₂、白云母KA_l2〔AlSi₃O₁₀〕(OH)₂。层状硅酸盐矿物一般呈浅色(含铁者颜色加深),具平行于层的片状晶形和极完全的片状解理,硬度低,密度亦偏低。粘土矿物多数是层状硅酸盐矿物。

蒙脱土是蒙皂石粘土（包括钙基、钠基、钠-钙基、镁基蒙粘土）经剥片分散、提纯改型、超细分级、特殊有机复合而成，平均晶片厚度小于25nm，蒙脱石含量大于95%。具有良好的分散性能，可以广泛应用高分子材料行业作为纳米聚合物高分子材料的添加剂，提高抗冲击、抗疲劳、尺寸稳定性及气体阻隔性能等，从而起到增强聚合物综合物理性能的作用，同时改善物料加工性能。在聚合物中的应用可以在聚合物时添加，也可以在熔融时共混添加（通常采用螺杆共混）。

蒙脱土主要成分蒙脱石，是由两层Si—O四面体和一层Al-O八面体，组成的层状硅酸盐晶体，层内含有阳离子主要是钠离子，镁离子，钙离子，其次有钾离子，锂离子等。蒙脱土的纳米有机改性目的是为了：将层内亲水层转变为疏水层，从而使高聚物与蒙脱土有更好的界面相容性。

上述层状硅酸盐和蒙脱土由于其本身固有的特性，在添加到土壤中的时候，其能够很好的与土壤中固含的阳离子进行离子置换反应，进而生成了多孔性的层状结构，对改良和修复土墒具有很好的效果。

进一步的，所述的硅酸盐由等重量的层状硅酸盐和蒙脱土组成；

层状硅酸盐和蒙脱土等量组成的硅酸盐，其共同发挥作用的时候，对土壤的改良和土墒修复会起到更好的效果。

进一步的，所述纳米土墒修复材料的PH为5.5-6；或所述纳米土墒修复材料的PH为7-8。

为了达到因地制宜的目的，在对一些盐碱土壤进行改良的时候，应采取中和的原则，对于一些显碱性的土质，一般采取PH值为5.5-6的纳米土墒修复材料，略显酸性的纳米土墒修复材料能够起到与碱性土壤中和的作用，进而对一些盐碱地起到改良的作用。

同理，对于本身显酸性的土质，应选取其PH为7-8的碱性纳米土墒修复材料进行修复。

进一步的，所述粉煤灰、有机质和无机盐的粒径为10-100纳米；

纳米级的土墒修复材料对于土壤土墒的修复会具有更好的效果。

进一步的，所述无机盐为氮盐、钾盐和磷酸盐等重量比例混合的无机盐；

无机盐在本配方中用以提供农作物生长繁殖所需的必要养分，作为几种农作物生长必须的盐类，无机盐为氮盐、钾盐和磷酸盐等比例混合的无机盐；氮盐、钾盐和磷酸盐分别可以为农作物的生长补充必要的N，K,P等元素。

进一步的，所述粉煤灰的细度为300-500目，具有既定细度的粉煤灰在纳米土墒修复材料的制作过程中更加易于和其他组份混合。

本发明实施例2还提供了纳米土墒修复材料的制作方法，请参考图1，具体包括如下步骤：

步骤101，将硅酸盐、粉煤灰、有机质、细菌、腐植酸和无机盐混合并加热，得到初材料；

将预定重量份数的上述硅酸盐、粉煤灰、有机质、细菌、腐植酸和无机盐混合后加热，加热的过程可以使得各组份能够互相反应；进而初步成型，当然，在具体的操作中，为了加快其反应速度，在加热的过程中还可以添加相应的催化剂。

步骤102，将所述初材料冷却；

步骤103，将冷却后的所述初材料粉碎，得到成品。

本发明实施3还提供了该纳米土墒修复材料的制作方法，实施例3是在实施例1的基础上做出的进一步的增加限定；

请参考图2，包括：

由于硅酸盐可能会有硅矿物的形式存在，所以在进行土墒材料制作之前，需要对硅酸盐和无机盐进行粉碎，粉碎后的硅酸盐和无机盐能够更好的与其他各组份混合并彻底的发生化学反应。

步骤201，将硅酸盐、粉煤灰、有机质、细菌、腐植酸和无机盐混合并加热，得到初材料；

得到初材料之后，需要对初材料的酸碱度进行调制，具有不同酸碱度的材料可以对应的施加到具有不同盐碱程度的土壤中；

步骤202，将所述初材料的PH值调节为5.5-6之间；或将所述初材料的PH值调节为7-8之间。

纳米修复材料本身具有不同的酸碱度会，其会和具有不同酸碱度的土壤进行反应，进而使得原本的酸性土壤变被碱性材料中和；或者原本的碱性土壤被酸性的修复材料中和，进而通过酸碱中和的作用对盐碱地起到很好的修复作用。

步骤203，将所述初材料冷却；

步骤204，将冷却后的所述初材料粉碎，得到成品。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims

1.纳米土墒修复材料，其特征在于：按重量份数记，包括：硅酸盐1-8份、粉煤灰10-20份、有机质20-40份、细菌10-20份；腐植酸20-30份；无机盐6-15份。

2.如权利要求1所述的纳米土墒修复材料，其特征在于：按重量份数记，包括：硅酸盐5份、粉煤灰15份、有机质30份、细菌15份；腐植酸25份；无机盐10份。

3.如权利要求1或2所述的纳米土墒修复材料，其特征在于：所述硅酸盐为层状硅酸盐或蒙脱土中的一种。

4.如权利要求1或2所述的纳米土墒修复材料，其特征在于：所述的硅酸盐由等重量的层状硅酸盐和蒙脱土组成。

5.如权利要求1所述的纳米土墒修复材料，其特征在于，所述纳米土墒修复材料的PH为5.5-6；

或

所述纳米土墒修复材料的PH为7-8。

6.如权利要求1所述的纳米土墒修复材料，其特征在于：所述粉煤灰、有机质和无机盐的粒径为10-100纳米。

7.如权利要求1所述的纳米土墒修复材料，其特征在于，所述无机盐为氮盐、钾盐和磷酸盐等重量比例混合的无机盐。

8.如权利要求1所述的纳米土墒修复材料，其特征在于，所述粉煤灰的细度为300-500目。

9.一种如权利要求1所述的纳米土墒修复材料的制作方法，其特征在于，包括，

将所述初材料冷却；

将冷却后的所述初材料粉碎，得到成品。

10.如权利要求9所述的纳米土墒修复材料的制作方法，其特征在于，在步骤所述将硅酸盐、粉煤灰、有机质、细菌、腐植酸和无机盐混合并加热，得到初材料之后，所述将所述初材料冷却之前，进一步包括；

将所述初材料的PH值调节为5.5-6之间；

或

将所述初材料的PH值调节为7-8之间。