CN105948968A - 一种红壤专用改性水稻秸秆土壤改质剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种红壤专用改性水稻秸秆土壤改质剂，由下列重量份的原料制成：木薯渣23‑25、鸟粪27‑28、生石灰4‑5、壳寡糖3‑4、乙二胺四乙酸铁钠2.8‑3.2、焦磷酸钠2‑3、硝酸铵钙7‑8、水稻秸秆52‑5一氯乙酸2.2‑2.4、高岭土13‑14、钙基膨润土5‑6、水适量；本发明土壤改质剂针对红壤硬化、酸化的问题，通过碱性原料、有机原料的加入，能有效降低土壤容重，并增加红壤中水稳性团聚体和有机质含量，疏松土质，综合提高红壤的各项物理生物指标，实现红壤种植高产的目的。

Description

一种红壤专用改性水稻秸秆土壤改质剂

技术领域

本发明涉及土壤改良技术领域，尤其涉及一种红壤专用改性水稻秸秆土壤改质剂。

背景技术

我国的农业较为发达，是历史悠久的农业大国，每年有数量庞大的农业固废产生，例如甘庶渣、稻米壳、水稻和小麦秸秆等。这些农业固废往往得不到及时的综合利用，被肆意堆弃焚烧，对环境造成了巨大的污染。利用低品质农业固废作为土质改良的原料成为固废高质化利用及环境修复领域的研究热点。通过对这些固废进行简单的物理或化学处理，来提高其对土壤重金属和有机污染物的吸附性能，并改良土壤理化结构，提高土壤综合性能，使之成为廉价、环境友好的新型土壤改质剂，具有很好的发展前景。

水稻秸秆主要是由纤维素、半纤维素及木质素等有机成分组成，其中纤维素是秸秆的主要成分，为了更充分地利用秸秆中的纤维素，可以对其进行改性处理。纤维素改性是指通过一定的加工处理改变纤维素固有的物化性质，提高纤维素的吸附性能，包括物理方法、化学方法和生物方法，其中化学方法最为常见高效。化学方法是通过纤维素结构上的羟基发生化学反应，使其断裂并生成新键，来实现对纤维素的改性。由于纤维素链的葡萄糖结构单元中含有三个羟基，包含第六碳原子上的伯羟基、第二和第三碳原子上的仲羟基，通过与这三个羟基发生取代、氧化、酯化、醚化等化学反应，引入具有特定吸附性质的官能团，可以实现对纤维素分子的改性，使得纤维素的吸附特性得以显著提升，从而提高改性秸秆对重金属离子及有机污染物的去除效果和土壤团聚体含量的提高及稳定作用。

而目前常见土壤改质改性材料效果单一，对改性材料的性能挖掘较少，稳定性、吸附性、环保性等方面都有较多的提升空间。红壤由于酸化程度高、有效养分含量低，令其利用率较低，不适于规模化的农业种植，而红壤在我国分布较广，面积高达5700万公顷，因此对红壤的土质改良是土壤改质剂配制的重点发展方向。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种红壤专用改性水稻秸秆土壤改质剂。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种红壤专用改性水稻秸秆土壤改质剂，由下列重量份的原料制成：木薯渣23-25、鸟粪27-28、生石灰4-5、壳寡糖3-4、乙二胺四乙酸铁钠2.8-3.2、焦磷酸钠2-3、硝酸铵钙7-8、水稻秸秆52-5一氯乙酸2.2-2.4、高岭土13-14、钙基膨润土5-6、水适量。

所述的红壤专用改性水稻秸秆土壤改质剂制备方法的具体步骤如下：

（1）将木薯渣、壳寡糖、鸟粪混合后投入发酵池中，并加水至发酵堆含水量在30-40%，发酵2-3周后，补充水分至发酵堆最大含水量的70-80%，继续发酵12-15天，发酵完成后对酵堆破碎压榨得到酵渣和酵液备用；

（2）将水稻秸秆烘干后粉碎，浸没在1%HCl溶液中煮沸30-35分钟，抽滤后烘干并与等质量的氢氧化钠混合，再按固液比1：8-10g/mL加入75%乙醇溶液，混匀后在25-30℃下反应1-1.5小时，之后再加入一氯乙酸，将温度升高至65-70℃，反应30-40分钟降至室温，并将溶液PH调节至中性，洗涤抽滤后烘干得初步改性水稻秸秆备用；

（3）将高岭土和钙基膨润土混合后在550-600℃下煅烧2-3小时，降温后取出与步骤1所得改性秸秆混合，按固液比1：15-16g/mL加入水，并将溶液加热至60-62℃，保温3小时，期间不断进行搅拌，之后将混合的固液体系用水过滤洗涤，将洗涤后物料置于105-110℃下烘干，并过100-120目筛，得改性秸秆材料备用；

（4）将步骤1所得酵液与乙二胺四乙酸铁钠混合并加热至65-70℃，之后依次向其中加入焦磷酸钠和硝酸铵钙，期间不断搅拌，待物料加完后保温40-60分钟，之后自然降至室温，将所得料液抽滤后烘干得粉末备用；

（5）将步骤1所得酵渣烘干粉碎过50-60目筛，再与步骤3所得改性秸秆材料、步骤4所得粉末、生石灰以及其他剩余原料混合造粒，即得本发明土壤改质剂。

本发明土壤改质剂的使用方法为按照每亩50-60kg的量均匀施加在土壤表层或翻耕后均匀埋在土壤浅层。

本发明的优点是：

本发明通过水稻秸秆的改性一方面增大了稻草秸秆纤维素的无序度，使其能够提供更多的活性羟基，另一方面在处理材料上引入了功能化官能团，多羟基的利用能够提供孤对电子与金属离子进行螯合反应，两方面共同作用提高了改性秸秆的吸附性能，使之能够实现土壤团聚体的增加。同时充分利用高岭土的层状结构，对其进行高温煅烧预处理，增加其与改性秸秆结合的活性点位以及复合材料的孔隙率和比表面积，并通过插层作用提高了高岭土的层间距，增加了复合改性材料处理土壤污染物的活性点位，使其表现出良好的改土效果。同时本发明土壤改质剂针对红壤硬化、酸化的问题，通过碱性原料、有机原料的加入，能有效降低土壤容重，并增加红壤中水稳性团聚体和有机质含量，疏松土质，综合提高红壤的各项物理生物指标，实现红壤种植高产的目的。

具体实施方式

一种红壤专用改性水稻秸秆土壤改质剂，由下列重量份（kg）的原料制成：木薯渣23、鸟粪27、生石灰4、壳寡糖3、乙二胺四乙酸铁钠2.8、焦磷酸钠2、硝酸铵钙7、水稻秸秆52一氯乙酸2.2、高岭土13、钙基膨润土5、水适量。

所述的红壤专用改性水稻秸秆土壤改质剂制备方法的具体步骤如下：

（1）将木薯渣、壳寡糖、鸟粪混合后投入发酵池中，并加水至发酵堆含水量在30%，发酵2周后，补充水分至发酵堆最大含水量的70%，继续发酵12天，发酵完成后对酵堆破碎压榨得到酵渣和酵液备用；

（2）将水稻秸秆烘干后粉碎，浸没在1%HCl溶液中煮沸30分钟，抽滤后烘干并与等质量的氢氧化钠混合，再按固液比1：8g/mL加入75%乙醇溶液，混匀后在25℃下反应1小时，之后再加入一氯乙酸，将温度升高至65℃，反应30分钟降至室温，并将溶液PH调节至中性，洗涤抽滤后烘干得初步改性水稻秸秆备用；

（3）将高岭土和钙基膨润土混合后在550℃下煅烧2小时，降温后取出与步骤1所得改性秸秆混合，按固液比1：15g/mL加入水，并将溶液加热至60℃，保温3小时，期间不断进行搅拌，之后将混合的固液体系用水过滤洗涤，将洗涤后物料置于105℃下烘干，并过100目筛，得改性秸秆材料备用；

（4）将步骤1所得酵液与乙二胺四乙酸铁钠混合并加热至65℃，之后依次向其中加入焦磷酸钠和硝酸铵钙，期间不断搅拌，待物料加完后保温40分钟，之后自然降至室温，将所得料液抽滤后烘干得粉末备用；

（5）将步骤1所得酵渣烘干粉碎过50目筛，再与步骤3所得改性秸秆材料、步骤4所得粉末、生石灰以及其他剩余原料混合造粒，即得本发明土壤改质剂。

为了进一步说明本发明的应用价值，发明人选取一块红壤土并平均划分为两块，其中一块作为对照组，另一块使用本发明土壤改质剂作为实验组，90天后对两块土壤质地进行检测，实验组土壤PH值升高，土壤小颗粒和团聚体增多，土质变得疏松，同时重金属及有机污染物均大幅降低，土壤有机质含量和阳离子交换量都得到提升，土壤质量较对照组得到明显改良。

Claims (2)

1.一种红壤专用改性水稻秸秆土壤改质剂，其特征在于，由下列重量份的原料制成：木薯渣23-25、鸟粪27-28、生石灰4-5、壳寡糖3-4、乙二胺四乙酸铁钠2.8-3.2、焦磷酸钠2-3、硝酸铵钙7-8、水稻秸秆52-55、一氯乙酸2.2-2.4、高岭土13-14、钙基膨润土5-6、水适量。

2. 根据权利要求书1所述的红壤专用改性水稻秸秆土壤改质剂，其特征在于，制备方法的具体步骤如下：

（1）将木薯渣、壳寡糖、鸟粪混合后投入发酵池中，并加水至发酵堆含水量在30-40%，发酵2-3周后，补充水分至发酵堆最大含水量的70-80%，继续发酵12-15天，发酵完成后对酵堆破碎压榨得到酵渣和酵液备用；

（2）将水稻秸秆烘干后粉碎，浸没在1%HCl溶液中煮沸30-35分钟，抽滤后烘干并与等质量的氢氧化钠混合，再按固液比1：8-10g/mL加入75%乙醇溶液，混匀后在25-30℃下反应1-1.5小时，之后再加入一氯乙酸，将温度升高至65-70℃，反应30-40分钟降至室温，并将溶液PH调节至中性，洗涤抽滤后烘干得初步改性水稻秸秆备用；

（3）将高岭土和钙基膨润土混合后在550-600℃下煅烧2-3小时，降温后取出与步骤1所得改性秸秆混合，按固液比1：15-16g/mL加入水，并将溶液加热至60-62℃，保温3小时，期间不断进行搅拌，之后将混合的固液体系用水过滤洗涤，将洗涤后物料置于105-110℃下烘干，并过100-120目筛，得改性秸秆材料备用；

（4）将步骤1所得酵液与乙二胺四乙酸铁钠混合并加热至65-70℃，之后依次向其中加入焦磷酸钠和硝酸铵钙，期间不断搅拌，待物料加完后保温40-60分钟，之后自然降至室温，将所得料液抽滤后烘干得粉末备用；

（5）将步骤1所得酵渣烘干粉碎过50-60目筛，再与步骤3所得改性秸秆材料、步骤4所得粉末、生石灰以及其他剩余原料混合造粒，即得本发明土壤改质剂。