CN109370597A - 一种基于淀粉的沙漠化土壤改良剂的制备及其应用方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于淀粉的沙漠化土壤改良剂的制备及其应用方法，包括以下步骤：按质量份数比例，称取废弃淀粉生物质粉末，加入甘油、聚乙二醇和浓硫酸组成的混合溶剂中，在反应温度140~170℃下，液化30~90min，得到淀粉多元醇；趁热将淀粉生物质多元醇与二元有机酸按照生物质基多元醇羟基值与羧酸根摩尔比为1:1的比例混合均匀即成为一种淀粉基沙漠化土壤改良剂。本发明以低成本制备了了生物可降解的沙漠化土壤改良剂，无三废污染；解决了沙漠化土壤颗粒的松散流动、孔隙度低、保水保肥力低下等问题，同时有效地增加了土壤中有机质类别及其含量，提高了土壤营养物多样性及含量；有效提高了土壤的保水、蓄水能力及土地生产力。

Description

一种基于淀粉的沙漠化土壤改良剂的制备及其应用方法
技术领域
本发明属于农业化学技术领域，具体涉及一种以废弃淀粉类生物质为基本原料，以甘油、聚乙二醇、硫酸、二元有机酸为辅助原料的沙漠土壤改良剂制造，及其使用方法。
背景技术
中国的沙漠化土地面积巨大，占我国土地总面积的30%左右，遍及新疆、黑龙江、吉林、辽宁、山西、内蒙古、西藏、甘肃、青海、陕西等地区，且每年都呈现逐步增长的趋势。目前，沙漠化的态势还在逐渐蔓延，这使得我国的土地面积逐渐减少及土地生产力衰退，人们的生存及发展空间受到了严重的危险。因此，防沙治沙成为我国所面临的最严峻和紧迫的任务之一。但由于中国沙漠化面积大、人口众多、生态脆弱等原因，加上沙漠化土壤用水量大且植物的种植效果较差，导致中国土壤沙漠化的防治及治理难度很大。因此急需开发一种能改变沙漠化土壤颗粒松散，缺少团粒结构，保水保肥能力低、有机质含量低等特点的土壤改良剂，从而有效实现土壤沙漠化的修复和田园化改造。
我国现有治理沙漠化土壤的改良剂主要是直接施人工有机土壤或只是单一添加保水剂，未彻底解决沙漠化土壤不集拢的特性，且实际效果一般。如中国发明专利申请CN106489343A公开了利用污泥填埋于沙漠沟渠中，其主要采用以废治荒，提高植物根系的着力点及养分水分，该方法在短时间内随能提高植物根系的水分养分，但随着时间的推移，水分养分耗尽，污泥也逐渐沙漠化，而且该方法需要大量的人力物力，如填埋深度3 m，宽度3-5m，需要较大的成本投入。又如中国发明专利申请CN104429467A公开了在沙漠化土地中进行滴管浅埋法种植水稻，该方法虽可在沙漠化土地上种植水稻，但只是利用土地的面积设计沙培种植水稻，而非利用沙化土壤来种植，不能达到治沙防沙的目标。因此需要开发一种低成本、以可再生物质为原料原料、绿色制造、产品可降解、保水保肥能力强的绿色环保型沙漠化土壤改良剂，为实现沙漠化土地的有效改造和农业利用开辟新途径。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于废弃淀粉的沙漠化土壤改良剂。针对目前治理沙漠化土壤的方法成本高、过程复杂、实用效果差、植物难以持续生长的问题而研发。
利用废弃淀粉类生物质，包括陈化大米、霉变小麦、霉变玉米，与甘油（丙三醇）、聚乙二醇、硫酸构成的混合溶剂，在中温常压条件下制备淀粉液化物，即淀粉基生物质多元醇，并与乙二酸搅拌混匀，喷洒至混有腐熟有机肥的沙漠化土壤中，再通过中温旋转式搅拌机搅拌混匀同时加热后，获得部分交联的团粒化沙漠化土壤，最后将所得改良后的团粒化沙漠化土壤置于沙漠化土地表面，通过一台轻型带加热机构的碾压机进行碾压，形成厚达18 ~24 cm的带有多孔结构的保水保肥表土层。
本发明制备的沙漠化土壤改良剂解决了沙漠化土壤颗粒的松散特性，有效增加了沙漠化土壤的团粒结构和保水保肥能力，施用腐熟的有机肥为土壤团粒结构赋予了亲生物特性，有利于提高沙漠化土壤的植物生产力，为沙漠农业的发展奠定了良好基础。
本发明是通过以下技术方案实现的。
本发明所述的一种基于淀粉的沙漠化土壤改良剂的制备，包括以下步骤。
（1）按100份废弃淀粉生物质粉末、200份甘油、100份聚乙二醇、10份浓硫酸的质量份数比例，称取废弃淀粉生物质粉末，加入甘油、聚乙二醇和浓硫酸组成的混合溶剂中，在带有搅拌、温度控制和冷凝回流装置的耐酸不锈钢反应釜中，在反应温度140~170℃下，液化30~90min，得到一种粘稠的液化产物即为淀粉多元醇。
（2）将淀粉生物质多元醇与二元有机酸按照生物质基多元醇羟基值与羧酸根摩尔比为1:1的比例趁热融解、混合搅拌均匀即成为一种淀粉基沙漠化土壤改良剂。
本发明所述的一种基于淀粉的沙漠化土壤改良剂的应用方法，按如下步骤。
（1）采用高压喷雾机喷洒至施用腐熟有机肥的沙漠化土壤中，再通过高温旋转式搅拌机在170℃下边搅拌边快速加热混有基于淀粉的沙漠化土壤改良剂的沙漠化土壤团粒使其快速交联固化，最后将所得改良后的团粒化土壤置于沙漠化土地表面，通过一台轻型带加热机构的碾压机进行碾压，形成厚达18~24 cm的带有多孔结构的保水保肥表土层。每亩沙漠化土地的沙漠化淀粉基土壤改良剂使用量控制在300-700 kg左右。
（2）喷施基基沙漠化土壤改良剂的沙漠土地再经过轻重型压道机碾压后48 h，每亩地喷淋灌溉25~30 t水，经过48 h后再喷淋一次，再经过5 d左右的养护，即可根据农事要求开始穴播作物或经济林木。
本发明的技术效果。
（1）本发明以低成本废弃淀粉生物质为原料，以绿色的化工原料为溶剂，在温和常压条件下制备了生物可降解的沙漠化土壤改良剂，生产过程没有三废污染。
（2）本发明制备的沙漠化土壤改良剂从根本上解决了沙漠化土壤颗粒的松散流动、孔隙度低、保水保肥力低下等问题，同时有效地增加了土壤中有机质类别及其含量，提高了土壤营养物多样性及含量。
（3）本发明制备的沙漠化土壤改良剂有效提高了土壤的保水、蓄水能力及土地生产力，提高沙漠化土壤的防沙能力，增强沙漠土壤的生物亲和性，促进了生物多样性发展，为发展沙漠化土地农林业奠定了坚实的基础。
具体实施方式
本发明将通过以下实施例作进一步说明。
实施例1。
一种以废弃马铃薯淀粉为原料的沙漠化土壤改良剂，其制备过程及其使用方法如下。
步骤1：称取100份干燥的废弃马铃薯淀粉，加入200份甘油、100份聚乙二醇、11份浓硫酸组成的混合溶剂中，在带有搅拌、冷凝回流装置和温度控制装置的耐酸不锈钢反应釜中，在反应温度150℃下，液化60min，得到一种粘稠的液化产物即为马铃薯淀粉多元醇。
步骤2：趁热将淀粉生物质多元醇与马来酸按照多元醇羟基值与马来酸羧酸根摩尔比为1:1的比例混合融解，搅拌均匀即成为一种马铃薯淀粉基沙漠化土壤改良剂。采用高压喷雾机喷洒至施用腐熟有机肥的沙漠化土壤中，再通过高温旋转式搅拌机边搅拌边快速加热混有基于淀粉的沙漠化土壤改良剂的沙漠化土壤团粒使其快速交联固化，最后将所得改良后的团粒化土壤置于沙漠化土地表面，通过一台轻型带加热机构的碾压机进行碾压，形成厚达22 cm的带有多孔结构的保水保肥表土层。每亩沙漠化土地的淀粉基沙漠化土壤改良剂使用量控制在600 kg左右。
步骤3：喷施马铃薯淀粉基的沙漠土壤改良剂的沙漠土地，使用轻型带加热机构压道机碾压之后50 h，每亩地喷淋灌溉水26t，经过48 h后再喷淋一次，再经过7 d左右的养护，即可根据农事要求开始穴播大豆。
步骤4：结果显示大豆出苗率达到了90%以上，灌溉用水需求量较同类地带相同作物减少65%，大豆产量较同类地带为改良地块提高了80%。改良后的沙漠化土壤并没有因暴雨冲刷及风蚀而变回到原始的松散颗粒。大豆留高茬收获后，大部分秸秆粉碎回田，次年免根轮作棉花。土壤结构和土壤有机质积累情况持续向好，生态条件逐渐改善。
实施例2。
一种以废弃马铃薯淀粉为原料的沙漠化土壤改良剂，其制备过程及其使用方法如下。
步骤1：称取100份干燥的废弃马铃薯淀粉，加入200份甘油、100份聚乙二醇、11份浓硫酸组成的混合溶剂中，在带有搅拌、冷凝回流装置和温度控制装置的耐酸不锈钢反应釜中，在反应温度150℃下，液化60min，得到一种粘稠的液化产物即为马铃薯淀粉多元醇；
步骤2：将淀粉生物质多元醇与己二酸按照多元醇羟基值与己二酸羧酸根摩尔比为1:1的比例混合，趁热搅拌均匀即成为一种马铃薯淀粉基沙漠化土壤改良剂。采用高压喷雾机喷洒至施用腐熟有机肥的沙漠化土壤中，再通过高温旋转式搅拌机边搅拌边快速加热混有基于淀粉的沙漠化土壤改良剂的沙漠化土壤团粒使其快速交联固化，最后将所得改良后的团粒化土壤置于沙漠化土地表面，通过一台轻型带加热机构的碾压机进行碾压，形成厚达22 cm的带有多孔结构的保水保肥表土层。每亩沙漠化土地的淀粉基沙漠化土壤改良剂使用量控制在600 kg左右。
步骤3：喷施马铃薯淀粉基的沙漠土壤改良剂的沙漠土地，使用轻型带加热机构压道机碾压之后50 h，每亩地喷淋灌溉水26t，经过48 h后再喷淋一次，再经过7 d左右的养护，即可根据农事要求开始穴播大豆。
步骤4：结果显示大豆出苗率达到了90%以上，灌溉用水需求量较同类地带相同作物减少65%，大豆产量较同类地带为改良地块提高了80%。改良后的沙漠化土壤并没有因暴雨冲刷及风蚀而变回到原始的松散颗粒。大豆留高茬收获后，大部分秸秆粉碎回田，次年免根轮作棉花。土壤结构和土壤有机质积累情况持续向好，生态条件逐渐改善。
实施例3。
一种以废弃玉米淀粉为原料的沙漠化土壤改良剂，其制备过程及其使用方法如下。
步骤1：称取100份干燥的废弃玉米淀粉，加入150份甘油、150份聚乙二醇、13份浓硫酸组成的混合溶剂中，在带有搅拌、冷凝回流装置和温度控制装置的耐酸不锈钢反应釜中，在反应温度160℃下，液化70min，得到一种粘稠的液化产物即为玉米淀粉多元醇。
步骤2：将玉米淀粉生物质多元醇与琥珀酸按照多元醇羟基值与琥珀酸羧酸根摩尔比为1:1的比例混合，趁热搅拌均匀即成为一种玉米淀粉基沙漠化土壤改良剂。采用高压喷雾机喷洒至施用腐熟有机肥的沙漠化土壤中，再通过高温旋转式搅拌机边搅拌边快速加热混有基于玉米淀粉的沙漠化土壤改良剂的沙漠化土壤团粒使其快速交联固化，最后将所得改良后的团粒化土壤置于沙漠化土地表面，通过一台轻型带加热机构的碾压机进行碾压，形成厚达24 cm的带有多孔结构的保水保肥表土层。每亩沙漠化土地的玉米淀粉基沙漠化土壤改良剂使用量控制在700 kg左右。
步骤3：喷施玉米淀粉基的沙漠土壤改良剂的沙漠土地，使用轻型带加热机构压道机碾压之后50 h，每亩地喷淋灌溉水24t，经过48 h后再喷淋一次，再经过7 d左右的养护，即可根据农事要求开始开穴移栽棉花。
步骤4：结果显示棉花成苗率达到了90%以上，灌溉用水需求量较同类地带相同作物减少50%，皮棉产量较同类地带为改良地块提高了48%。改良后的沙漠化土壤并没有因暴雨冲刷及风蚀而变回到原始的松散颗粒。棉花留高茬收获，大部分棉杆直接粉碎回田，次年免根轮作大豆。土壤结构和土壤有机质积累情况持续向好，生态条件逐渐改善。

Claims (2)

1.一种基于淀粉的沙漠化土壤改良剂的制备，其特征是包括以下步骤：
（1）按100份废弃淀粉生物质粉末、200份甘油、100份聚乙二醇、10份浓硫酸的质量份数比例，称取废弃淀粉生物质粉末，加入甘油、聚乙二醇和浓硫酸组成的混合溶剂中，在带有搅拌、温度控制和冷凝回流装置的耐酸不锈钢反应釜中，在反应温度140~170℃下，液化30~90min，得到一种粘稠的液化产物即为淀粉多元醇；
（2）乘热将淀粉生物质多元醇与二元有机酸按照生物质基多元醇羟基值与羧酸根摩尔比为1:1的比例混合融解,搅拌均匀即成为一种淀粉基沙漠化土壤改良剂。
2.权利要求1所述的一种基于淀粉的沙漠化土壤改良剂的应用方法，其特征是按如下步骤：
（1）采用高压喷雾机喷洒至施用腐熟有机肥的沙漠化土壤中，再通过高温旋转式搅拌机在170℃下边搅拌边快速加热混有基于淀粉的沙漠化土壤改良剂的沙漠化土壤团粒使其快速交联固化，最后将所得改良后的团粒化土壤置于沙漠化土地表面，通过一台轻型带加热机构的碾压机进行碾压，形成厚达18~24 cm的带有多孔结构的保水保肥表土层；每亩沙漠化土地的沙漠化淀粉基土壤改良剂使用量控制在300-700 kg左右；
（2）喷施基基沙漠化土壤改良剂的沙漠土地再经过轻重型压道机碾压后48 h，每亩地喷淋灌溉25~30 t水，经过48 h后再喷淋一次，再经过5 d的养护，即可根据农事要求开始穴播作物或经济林木。
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