CN108690628A - 一种酸性土壤调理剂及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种酸性土壤调理剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：3）将生石灰与硅灰石按比例铺料，混匀，得产物Ⅱ；4）将产物Ⅰ以一定比例加入到产物Ⅱ中，混合反应得到酸性土壤调理剂；其中，产物I包括碱液改性的秸秆粉和腐殖酸。所得土壤调理剂呈碱性，有机成分高，含有多种作物所需的营养元素，可调节土壤pH，钝化重金属增加土壤有机质，促进土壤团粒结构形成，增强土壤的通透性，促进植物生长，降低施用土壤调理剂造成土壤板结的风险。
Description
技术领域
本发明涉及农业环境保育与修复技术领域，具体涉及一种酸性土壤调理剂及其制备方法与应用。
背景技术
中国农作物秸秆年产量约为7亿吨左右，列世界之首。全国很多地区都有大量的秸秆剩余量可以加以利用。除了造纸、作饲料或饲料原料、造肥还田等，每年有大量秸秆被直接焚烧，污染又浪费。随着国家禁止露天焚烧秸秆政策的实施，大量秸秆亟待处理，应大力发展新的技术手段，资源化利用秸秆。
现阶段我国通过不同形式的还田的秸秆超过1亿吨，主要是秸秆覆盖还田、秸秆粉碎还田、秸秆堆肥还田和秸秆过腹还田，其中，前两种还田方式属于直接还田，但直接还田容易引发作物病虫害，且腐熟速度缓慢；后两种还田方式属于间接还田，但处理速度慢，难以在短时间内处理大量秸秆用于还田。当前，国内有用化学方法预处理秸秆后，用于生物乙醇的生产，但因成本高于粮食乙醇而不能大规模推广。
在植物体纤维素的晶型构架之间充满了半纤维素和具有三维网状结构的木质素大分子，它们将纤维素包裹在内，妨碍了微生物菌群对纤维素的降解。通过预处理一方面可以打破木质素和半纤维素对纤维素的束缚，另一方面能够降低纤维素大分子本身的结晶度，提高纤维素降解酶系对纤维素底物的可及性。通过稀碱高温处理秸秆后，秸秆结构被改变，易被腐熟，无有害生物，呈高碱性，且处理成本低，处理速度快，环保无污染，与其他材料组合，可作为一种良好的土壤调理剂。本发明通过生石灰熟化需水及放热的特性，将秸秆预处理产物与生石灰熟化相结合，既熟化了生石灰，又免去了秸秆预处理产物的干燥步骤，节省了成本，降低了能耗。
发明内容
实现农业废弃物秸秆的综合利用，解决现有土壤调理剂难以广泛使用问题，本发明提供一种酸性土壤调理剂及其制备方法，实现环保、无污染，低成本地改善土质。
本发明通过下列技术方案实现：
一种酸性土壤调理剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3)将生石灰与硅灰石按比例铺料，混匀，得产物II；
4)将产物I以一定比例加入到产物II中，混合反应得到酸性土壤调理剂；
其中，产物I包括碱液改性的秸秆粉和腐殖酸。
优选的，所述混合反应包括如下步骤：多次混匀搅拌使其充分反应，待混合物温度下降至室温且水分含量低于10％时，粉碎即得酸性土壤调理剂产品。
优选的，所述产物I通过如下方法制备：
1)将秸秆粉按一定比例加入碱液中，加热处理一定时间；
2)加热结束后立即向上述混合物中添加一定量的腐殖酸，搅拌冷却至室温，得产物I。
优选的，所述的碱液为氢氧化钠、氢氧化钾或其混合物的水溶液，其中，氢氧化钠、氢氧化钾或其混合物的质量分数为0.5％～10％；优选的，所述的秸秆粉粒径为10～120目；优选的，所述秸秆粉与所述碱液重量的比例为5～40∶100；优选的，所述加热处理温度为80～121℃，处理时间为5～60min；进一步的，所述加热处理温度为100℃，处理时间为10～50min。
优选的，所述的腐殖酸为碱溶性腐殖酸，腐殖酸含量≥50％；优选的，所述的腐殖酸添加量为5％～20％；
优选的，所述的生石灰与硅灰石以6∶0.5～4的质量比铺料；优选的，所述的生石灰中CaO含量≥80％；优选的，所述的硅灰石中SiO2含量≥20％，粒径为100～400目。
优选的，所述的产物I以质量比1～5∶10添加至产物II中。
本发明还包括上述方法制得的土壤调理剂。
本发明还包括上述酸性土壤调理剂在调节酸性化土壤尤其是酸性化稻田土和旱土中的应用；优选地，所述酸性化土壤的pH为4.5-6.0。
优选的，所述土壤调理剂的施用量为100-200kg/亩，优选为150kg/亩。
本发明土壤调理剂呈碱性，有机成分高，还含有多种作物所需的营养元素，可调节土壤pH，钝化重金属，增加土壤有机质，促进土壤团粒结构形成，增强土壤的通透性，促进植物生长，降低施用土壤调理剂造成土壤板结的风险。
本发明中的秸秆经过碱液加热处理，将大部分木质素从秸秆中分离，使秸秆结构遭到破坏，使秸秆中的纤维素更容易被环境中的微生物分解。秸秆与硅灰石中的有效硅可有效降低植物对重金属的吸收。
本发明可以实现如下有益的效果：
(1)提高土壤pH值
本发明中的碱处理秸秆、熟石灰为碱性物质且含有多种营养元素，如钙、镁、硅等，可以提高碱置换容量，从而使土壤pH值升高。
(2)钝化重金属
本发明中的碱性物质通过碱性矿物质可中和土壤中的游离酸，置换出铝硅酸上的氢离子，并通过补充活性硅增加土壤对阳离子的吸附；再通过提高土壤pH值促进阴离子与重金属的共沉淀，降低重金属的生物有效性。另腐殖酸可络合重金属，降低其有效性。
(3)增加土壤有机质，改善土壤结构，促进植物生长。
本发明中有机质占较大比例，施入本发明土壤调理剂能够明显提高土壤有机质含量；秸秆在干旱条件下使耕层土壤田间持水量增加，提高土壤的保水能力，另外，本发明中含有植物所需的N、P、K、Ca、Mg等多种营养元素，可促进植物生长。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。
实施例1
1)将秸秆粉按1∶10的比例加入4％NaOH溶液中，100℃加热处理20min；
2)加热结束后立即向上述混合物中添加5％的腐殖酸，搅拌冷却至室温，得产物I；
3)将生石灰与硅灰石6∶2比例铺料，混匀，得产物II；
4)将产物I以3.5∶10的比例加入到产物II中，多次混匀搅拌使其充分反应，待混合物温度下降至室温且水分含量低于10％时，粉碎装袋即得酸性土壤调理剂产品。
实施例2
1)将秸秆粉按1∶20的比例加入4％NaOH溶液中，100℃加热处理20min；
2)加热结束后立即向上述混合物中添加10％的腐殖酸，搅拌冷却至室温，得产物I；
3)将生石灰与硅灰石6∶2比例铺料，混匀，得产物II；
4)将产物I以4∶10的比例加入到产物II中，多次混匀搅拌使其充分反应，待混合物温度下降至室温且水分含量低于10％时，粉碎装袋即得酸性土壤调理剂产品。
实施例3
1)将秸秆粉按1∶5的比例加入4％NaOH溶液中，100℃加热处理20min；
2)加热结束后立即向上述混合物中添加5％的腐殖酸，搅拌冷却至室温，得产物I；
3)将生石灰与硅灰石6∶2比例铺料，混匀，得产物II；
4)将产物I以3.5∶10的比例加入到产物II中，多次混匀搅拌使其充分反应，待混合物温度下降至室温且水分含量低于10％时，粉碎装袋即得酸性土壤调理剂产品。
实验例本发明酸性土壤调理剂的应用效果实验
取实施例1、2、3提供的酸性土壤调理剂进行试验。
1、试验地点：湖南省湘潭县杨嘉桥镇。
2、试验时间：2017年6月～2017年10月。
3、田间试验设计：选取大小相近，水系互不影响的田块进行试验。试验设6个处理，分别为：(1)对照处理1：未污染稻田，不作处理措施；(2)对照处理2：污染稻田，不作处理措施；(3)试验处理1：污染稻田，于水稻插秧前10天施用土壤调理剂50kg/亩；(4)试验处理2：污染稻田，于水稻插秧前10天施用土壤调理剂100kg/亩；(5)试验处理3：污染稻田，于水稻插秧前10天施用土壤调理剂150kg/亩。(6)试验处理4：污染稻田，于水稻插秧前10天施用土壤调理剂200kg/亩。各处理按当地水稻种植正常耕作管理。水稻收获后，测定水稻产量、土壤pH、土壤有效镉含量、大米镉含量。
4、试验结果：
取实施例1、2、3提供的土壤调理剂进行试验，结果分别见表1、表2、表3。
表1实施例1土壤调理剂对土壤及水稻的改良效果
表2实施例2土壤调理剂对土壤及水稻的改良效果
表3实施例3土壤调理剂对土壤及水稻的改良效果
由表1、表2、表3所示的实验结果可知，本发明提供的土壤调理剂可以有效地提高土壤pH值，同时降低土壤中有效镉含量与收获的作物大米中的镉含量。另外，通过本实验还可知，以每亩酸性土壤中添加50～150kg本发明所述的土壤调理剂为宜；优选地，每亩酸性土壤中添加100kg所述土壤调理剂。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种酸性土壤调理剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3）将生石灰与硅灰石按比例铺料，混匀，得产物Ⅱ；
4）将产物Ⅰ以一定比例加入到产物Ⅱ中，混合反应得到酸性土壤调理剂；
其中，产物I包括碱液改性的秸秆粉和腐殖酸。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述混合反应包括如下步骤：多次混匀搅拌使其充分反应，待混合物温度下降至室温且水分含量低于10%时，粉碎即得酸性土壤调理剂产品。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述产物I通过如下方法制备：
1）将秸秆粉按一定比例加入碱液中，加热处理一定时间；
2）加热结束后立即向上述混合物中添加一定量的腐殖酸，搅拌冷却至室温，得产物Ⅰ。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的碱液为氢氧化钠、氢氧化钾或其混合物的水溶液，其中，氢氧化钠、氢氧化钾或其混合物的质量分数为0.5%～10%；优选的，所述的秸秆粉粒径为10~120目；优选的，所述秸秆粉与所述碱液重量的比例为5～40:100；优选的，所述加热处理温度为80～121℃，处理时间为5～60min；进一步的，所述加热处理温度为100℃，处理时间为10～50min。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的腐殖酸为碱溶性腐殖酸，腐殖酸含量≥50%；优选的，所述的腐殖酸添加量为5%~20%。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的生石灰与硅灰石以6：0.5~4的质量比铺料；优选的，所述的生石灰中CaO含量≥80%；优选的，所述的硅灰石中SiO2含量≥20%，粒径为100~400目。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的产物Ⅰ以质量比1～5：10添加至产物Ⅱ中。
8.权利要求1-7任一项所述方法制得的土壤调理剂。
9.权利要求8所述土壤调理剂在调节酸性化土壤中的应用；优选地，所述酸性化土壤的pH为4.5-6.0。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述土壤调理剂的施用量为100-200kg/亩，优选为150kg/亩。
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