CN104496714A - 一种土壤修复剂及其制备方法 - Google Patents

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    • Y02W30/40—Bio-organic fraction processing; Production of fertilisers from the organic fraction of waste or refuse

Abstract

本发明公开了一种土壤修复剂及其制备方法，所述土壤修复剂由以下重量百分比计的原料制备而成：蝇蛆粪65-75％，糖蜜10-15％，钠基膨润土15-20％。本发明将有机和无机原料进行复合，采用生物发酵技术和低温炭化技术形成稳定的有机无机复合体，生产成本低，使用方便，特别适用于有机质含量低、酸化、荒漠化严重的土壤或地震后的土壤的修复，应用效果持久。

Description

一种土壤修复剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及土壤修复技术领域，特别涉及一种土壤修复剂及其制备方法。
背景技术
水土流失、瘠薄化、荒漠化等土壤退化问题已成为我国农业持续发展的关键问题之一。中国国土资源部2014年6月24日发布的《土地整治蓝皮书》指出，中国耕地受到中、重度污染的面积约5000万亩，很多地区土壤污染严重，特别是大城市周边、交通主干线及江河沿岸的耕地重金属和有机污染物严重超标，造成食品安全等一系列问题。据测算，当前每年受重金属污染的粮食高达1200万吨，相当于4000万人一年的口粮。而中国土地盐碱化、沙化面积达20.25亿亩，水土流失面积达53.4亿亩。在自然生态环境退化的同时，矿山开发、生产建设每年仍在造成大量土地损毁和废弃，因此，土地整治和修复已成为我国目前保护生态环境、提升利用效率、保障土地可持续利用重要任务。
目前，如何解决治理沙漠化和荒漠化土地技术的可应用性、可工业化生产性和解决生产成本的高昂、可普遍适用于全国各地沙漠化和荒漠化土地治理的问题已成为沙漠治理领域亟待解决的科技难题，在全世界范围内，各国农科和化工学家都在进行研究、试验以便找到最优化的治理途径，但迄今为止，并没有哪个国家研制出可以普遍适用于沙漠化和荒漠化土地治理方面的可以大规模进行工业化生产应用的技术。目前，各国采用的严重退化土壤的治理方式包括植物修复技术、化学修复技术和微生物修复技术等。植物修复技术是指采用保护性耕作、退耕还林还草和围栏封育等方法，通过少耕、免耕、残茬覆盖耕作、改变种植方式、秸秆覆盖、减少人为干扰等措施，保护恢复生态环境。该类方式在提高土壤持水能力、促进土壤团粒结构形成和土壤养分的转化方面起到治理作用。但该类技术对退化严重地段的应用效果很有限，在干旱严重、土壤有机质含量很低的土壤中，，该技术常常无法发挥作用。
化学修复技术主要是功能性高分子材料应用技术，又称植生带绿化技术。这项技术采用高分子材料制成防护土壤的覆盖层、绿化用的被膜层，上下两层是高分子材料的覆盖层，中间夹有植物种子、有机、无机物质及缓释肥料等，达到固沙返绿的治理效果。其主要的高分子材料为PVA系列高吸水性树脂，再添加硝化抑制剂，延长肥效，达到植物可长期生长，固沙绿化的效果。该项技术在环境保护和工艺生产技术方面存在重大缺陷，其一由于生产被膜的原料是化工原料PVA，降解性能差；其二是工艺技术成本很高，由于全球荒漠化地区面积巨大，在推广使用方面存在困难。
微生物修复技术是通过培育各类微生物特别是丝状菌、真菌及放线菌粘结土壤颗粒形成团聚体，分解土壤中的有机质和各类纤维素、木质素和蛋白质并释放氨，形成具有酶活性的土壤，促进有机化合物循环，改良了沙土性质，促进了结皮层的形成。但该项技术对适用环境有较高的要求，至少要达到微生物存活的最低要求，推广性和广泛实用性差。可以看到，新的修复材料和技术的研发已是我国当前生态建设的重要内容。
发明内容
本发明的目的在于提供一种土壤修复剂，将有机和无机原料进行复合，采用生物发酵技术和低温炭化技术形成稳定的有机无机复合体，生产成本低，使用方便，修复效果好，便于推广应用。
本发明还提供了该土壤修复剂的制备方法，简单易行，适合工业化生产。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种土壤修复剂，所述土壤修复剂由以下重量百分比计的原料制备而成：蝇蛆粪65-75％，糖蜜10-15％，钠基膨润土15-20％。
所述钠基膨润土的阳离子交换容量大于50mmol/100g，粒径小于0.5mm。选用阳离子交换容量大于50mmol/100g的钠基膨润土作为主要的添加原料，有利于养分离子的吸附和保存，而采用小粒径有利于有机无机复合材料的形成。
一种土壤修复剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将蝇蛆粪、糖蜜和钠基膨润土搅拌混合均匀，加水润湿至含水量为60-65％得发酵基质。
(2)向发酵基质中加入占发酵基质重量0.3-0.5％的EM菌液，搅拌混合均匀得混合物料，将混合物料建堆发酵，发酵时间为：夏季和秋季为3-5天，春季和冬季为8-10天。
建堆的混合物料堆的高度、宽度都不能小于1米，长度不小于1.5米。混合物料堆堆放在室内或大棚内，堆放地的室温应在10℃以上。
(3)将步骤(2)发酵完成的混合物料干燥后造粒得颗粒料。
(4)将颗粒料在无氧或低氧环境中低温炭化，冷却后得产品。
蝇蛆粪有机质和蛋白质含量丰富，有机活性物质含量高，是土壤改良和修复的优质有机原料之一。本发明采用生物发酵技术，可使蝇蛆粪和钠基膨润土进一步胶合，促使菌丝体在膨润土晶格层内及表面生长，糖蜜作为EM菌群的最佳营养源，可促进菌群的生长和繁殖。而低温炭化技术可促进有机无机复合体表面化学反应和离子交换，使蝇蛆粪转化成类似于土壤腐殖质物质，形成较为稳定有机无机复合体。
作为优选，步骤(3)中所述颗粒料(球形颗粒)的含水率为20-30％，直径为1-4mm，这一粒径便于包装运输和田间应用。
作为优选，所述低温炭化是以3-5℃/min的升温速率升温至200-220℃，保持20-30min。
作为优选，所述低氧环境的氧含量为小于3％。如氧气含量过高，一方面可导致碳的释放量增加，导致产品得率减少，另一方面，裂解温度不易控制，影响产品质量。
本发明的土壤修复剂应用于贫瘠化土壤、酸化土壤、荒漠化土壤或地震后土壤的修复，特别适用于有机质含量小于0.5％、贫瘠化、酸化、荒漠化严重的土壤或地震后的土壤。
土壤中有机无机复合体是形成良好土壤结构的重要基础，它同土壤肥力变化密切相关。本发明利用蝇蛆粪、糖蜜和无机材料膨润土的特点，采用生物发酵技术和低温炭化技术，生产类似于土壤有机无机复合体材料，该材料作为土壤修复剂具有以下优点：
(1)采用生物发酵技术促进蝇蛆粪中的多糖、含氮和含磷有机物等在粘土矿物膨润土晶格结构中的分布，同时，通过低温炭化，使有机无机物质通过氧化反应得到进一步结合，形成较为稳定的且具有多种保水保肥、吸附固定重金属元素、促进微生物活动等多功能的有机无机复合体。
(2)生产成本低，使用方便，修复效果好，便于推广。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
本发明的蝇蛆粪、糖蜜、钠基膨润土(阳离子交换容量大于50mmol/100g，粒径小于0.5mm)均为市售产品。
实施例1：
一种土壤修复剂的制备方法，包括如下步骤：
原料配方(重量百分比)：蝇蛆粪65％，糖蜜15％，钠基膨润土20％。
(1)将蝇蛆粪、糖蜜和钠基膨润土搅拌混合均匀，加水润湿至含水量为60％得发酵基质。
(2)向发酵基质中加入占发酵基质重量0.3％的EM菌液(市售)，搅拌混合均匀得混合物料，将混合物料建堆发酵，混合物料堆堆放在室内，堆放地的室温应在10℃以上，发酵时间为：夏季和秋季为5天，春季和冬季为10天。
(3)将步骤(2)发酵完成的混合物料干燥后造粒得球形颗粒料，球形颗粒料含水率为20％左右，直径为1mm左右。
(4)将颗粒料在无氧环境中低温炭化，低温炭化是以3℃/min的升温速率升温至210℃，保持25min，冷却后得产品。
实施例2：
一种土壤修复剂的制备方法，包括如下步骤：
原料配方(重量百分比)：蝇蛆粪75％，糖蜜10％，钠基膨润土15％。
(1)将蝇蛆粪、糖蜜和钠基膨润土搅拌混合均匀，加水润湿至含水量为65％得发酵基质。
(2)向发酵基质中加入占发酵基质重量0.5％的EM菌液(市售)，搅拌混合均匀得混合物料，将混合物料建堆发酵，混合物料堆堆放在大棚内，堆放地的室温应在10℃以上，发酵时间为：夏季和秋季为3天，春季和冬季为8天。
(3)将步骤(2)发酵完成的混合物料干燥后造粒得球形颗粒料，球形颗粒料含水率为30％左右，直径为4mm左右。
(4)将颗粒料在氧气含量低于3％的炭化炉中，以5℃/min的升温速率升温至220℃，保持20min，冷却后得产品。
实施例3：
一种土壤修复剂的制备方法，包括如下步骤：
原料配方(重量百分比)：蝇蛆粪70％，糖蜜12％，钠基膨润土18％。
(1)将蝇蛆粪、糖蜜和钠基膨润土搅拌混合均匀，加水润湿至含水量为62％左右得发酵基质。
(2)向发酵基质中加入占发酵基质重量0.4％的EM菌液(市售)，搅拌混合均匀得混合物料，将混合物料建堆发酵，混合物料堆堆放在室内，堆放地的室温应在10℃以上，发酵时间为：夏季和秋季为4天，春季和冬季为9天。
(3)将步骤(2)发酵完成的混合物料干燥后造粒得球形颗粒料，球形颗粒料含水率为25％左右，直径为2mm左右。
(4)将颗粒料在无氧环境中低温炭化，低温炭化是以4℃/min的升温速率升温至200℃，保持30min，冷却后得产品。
产品的田间试验
采用本发明的产品在内蒙古和林格尔地区退化柠条林土壤中开展实验，退化土壤受过度放牧、风蚀等因子影响，根据测定，土壤容重大于1.4，有机质含量小于0.3％，盐基交换量小于5毫克当量/100克土，土壤质地粗，细砂粒(0.05-0.25mm)含量占土壤颗粒组成的90％以上，呈现严重的贫瘠化、沙化等特性。施用500公斤/亩本发明的产品，在2012年5月施用，2013年10月调查，同对照(未施用)比较，土壤毛管持水量、田间持水量比对照分别提高10.7％和11.6％，土壤有机质含量、土壤全N、速效K等养分状况都有显著改善(见下表)。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (7)

1.一种土壤修复剂，其特征在于，所述土壤修复剂由以下重量百分比计的原料制备而成：蝇蛆粪65-75％，糖蜜10-15％，钠基膨润土15-20％。
2.根据权利要求1所述的一种土壤修复剂，其特征在于：所述钠基膨润土的阳离子交换容量大于50mmol/100g，粒径小于0.5mm。
3.一种如权利要求1所述的土壤修复剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将蝇蛆粪、糖蜜和钠基膨润土搅拌混合均匀，加水润湿至含水量为60-65％得发酵基质；
(2)向发酵基质中加入占发酵基质重量0.3-0.5％的EM菌液，搅拌混合均匀得混合物料，将混合物料建堆发酵，发酵时间为：夏季和秋季为3-5天，春季和冬季为8-10天；
(3)将步骤(2)发酵完成的混合物料干燥后造粒得颗粒料；
(4)将颗粒料在无氧或低氧环境中低温炭化，冷却后得产品。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述颗粒料的含水率为20-30％，直径为1-4mm。
5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于：所述低温炭化是以3-5℃/min的升温速率升温至200-220℃，保持20-30min。
6.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于：所述低氧环境的氧含量小于3％。
7.一种如权利要求1所述的土壤修复剂应用于贫瘠化土壤、酸化土壤、荒漠化土壤或地震后土壤的修复。
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