CN109456131A - 一种木醋液碳基土壤改良剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种木醋液碳基土壤改良剂，以重量份计包括以下组分：活化腐植酸10‑25份、木醋液5‑15份、草炭25‑35份、磷石膏15‑25份、硫酸铝5‑10份、硅藻土5‑15份。本发明的木醋液碳基土壤改良剂兼具土壤降盐改碱、作物增产增效的功效，实现了对盐碱地土壤的立体式改良，具有显著的经济效益和生态效益。
Description
技术领域
本发明涉及盐碱地土壤改良技术领域，具体涉及一种木醋液碳基土壤改良剂。
背景技术
我国盐碱地土壤面积大、分布广泛，据统计，尚有80％左右的盐碱土壤尚未得到开发利用，是重要的后备耕地资源。由于盐碱地矿化度大，土壤盐渍化程度高，作物的产量低，给农业的可持续发展带来很大的威胁。对盐碱地的改良利用不但可以增加粮食产量，缓解粮食危机，而且可以改善生态环境，提高人们的生活质量，因此，盐碱地又是一种开发利用潜力巨大的土地资源。
目前，对于盐碱地的改良方法主要包括物理措施、化学措施和生物措施，但这些改良措施均具有一定的缺陷。其中，物理措施主要是通过兴修农田水利措施，如竖孔排盐技术、暗管排盐排水技术等，都起到一定的效果，但所需要的工程量都比较大，且一旦出现问题维修难度大，耗资较大，不利于盐碱地改良的长期发展；化学措施主要是通过添加化学改良剂，去除土壤中的可溶性盐基离子和土壤交换钠，同时通过降低土壤pH值和降低碱化度来进行改良，然而，化学措施中施用的物质多为工业副产品，这些化学物质的施用可能带入许多对土壤健康有害的物质，如重金属、可持续有机污染物等，且对它们的评价效益较少、需求量大、容易造成二次污染；生物措施是通过耐盐植物的筛选和培育，同时研究植物的耐盐机制，期望通过分子生物学手段能在提高植物抗盐碱性方面有所突破，但是因为耐盐植物的选育周期长、品种有限，无法满足农业生产的需要，从而限制了生物方法改良盐碱地的发展。
发明内容
针对上述现有技术，本发明的目的是提供一种木醋液碳基土壤改良剂。本发明的木醋液碳基土壤改良剂兼具土壤降盐改碱、作物增产增效的功效，实现了对盐碱地土壤的立体式改良，具有显著的经济效益和生态效益。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一方面，提供一种木醋液碳基土壤改良剂，以重量份计包括以下组分：
活化腐植酸10-25份、木醋液5-15份、草炭25-35份、磷石膏15-25份、硫酸铝5-10份、硅藻土5-15份。
优选的，所述活化腐植酸由如下方法制备而成：
将腐植酸原料、催化剂和活化剂按重量比为1：(0.015-0.020)：(1-1.5)混合，搅拌反应0.5-1.5h，即得。
更优选的，所述腐植酸原料选自褐煤、泥炭和风化煤中的一种或多种。
更优选的，所述催化剂为铈钛复合氧化物。
更优选的，所述活化剂为H2O2-HNO3混合液；所述H2O2-HNO3混合液中，H2O2与HNO3的重量比为3:1。
优选的，所述木醋液由如下方法制备而成：
选取制碳干馏设备排烟口温度80-130℃内收取的粗木醋液，在200-300Kpa条件下浓缩至原体积的55-65％，加入质量浓度2％的阿拉伯胶，进行抽滤，即制得木醋液。
优选的，所述硅藻土中，SiO2含量≥70％，Al2O3含量为3％～6％，Fe2O3含量1％～1.5％，有机物质含量≥20％。
本发明的第二方面，提供上述木醋液碳基土壤改良剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将草炭、氨水和碳酸氢铵按重量比为1：(0.06-0.1)：(0.04-0.1)混合，喷入稀释后的木醋液，进行氨化发酵，发酵温度控制在60-80℃，湿度控制在25-35％，发酵时间为6-8d，制得发酵产物；
(2)将磷石膏、硫酸铝和硅藻土粉碎过筛，然后将过筛后的磷石膏、硫酸铝、硅藻土与活性腐植酸以及步骤(1)制备的发酵产物混合，干燥，即制备得到木醋液碳基土壤改良剂。
优选的，步骤(1)中，将木醋液稀释成20-30倍。
优选的，步骤(2)中，将磷石膏、硫酸铝和硅藻土粉碎过20目筛。
优选的，步骤(2)中，所述干燥的温度为45-55℃。
本发明制备的木醋液碳基土壤改良剂的pH为4.5-6.5。
本发明的第三方面，提供上述木醋液碳基土壤改良剂在治理盐碱地方面的应用。
优选的，上述应用中，所述治理盐碱地包括：降盐、改碱、增肥、抗病和刺激作物生长。
本发明的有益效果：
(1)本发明将草炭与木醋液按一定比例混合，进行氨化发酵，发酵产物具有增效化肥，提高土壤肥力、防治板结等作用，是化学肥料的天然替代物。将活化腐植酸和木醋液与草炭的发酵物，连同磷石膏、硫酸铝进行配伍，形成一种针对盐碱地改良的新型的土壤改良剂。
(2)本发明所述木醋液碳基土壤改良剂是集降盐、改碱，增肥，抗病，刺激作物生长于一体的生态土壤改良剂，并同时将作物的产量和土壤有机质、盐分含量、pH等土壤理化性状的改善作为评价指标，对盐碱地的药肥双减，增产增效效果显著，具有广阔的经济、生态效益。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
正如背景技术部分所介绍的，现有的盐碱地土壤调理剂的土壤改良效果稂莠不齐，盐碱“反弹”严重。基于此，本发明的目的是提供一种新的用于盐碱地治理的木醋液碳基土壤改良剂，以解决现有的土壤改良剂所存在的问题。
在本发明的一种实施方案中，所述木醋液碳基土壤改良剂，以重量份计包括以下组分：
活化腐植酸10-25份、木醋液5-15份、草炭25-35份、磷石膏15-25份、硫酸铝5-10份、硅藻土5-15份。
其中，活化腐植酸是由如下方法制备而成：
将腐植酸原料、催化剂(铈钛复合氧化物)和活化剂(H2O2-HNO3混合液)按重量比为1：(0.015-0.020)：(1-1.5)混合，搅拌反应0.5-1.5h，即得。
木醋液是由如下方法制备而成：
选取制碳干馏设备排烟口温度80-130℃内收取的粗木醋液，在200-300Kpa条件下浓缩至原体积的55-65％，加入阿拉伯胶，进行抽滤，即制得木醋液。
本发明的木醋液碳基土壤改良剂中，各原料组成是一个有机的整体，缺一不可，原料间具有协同促进作用。其中，腐植酸是一种复杂的高分子混合物，具有长期稳定的惰性，多数是难溶性的，有的还与高价金属离子或矿物紧密结合，很难直接发挥作用，需要通过一系列技术手段进行活化处理，打断碳链，重新组合枝链，提高活性。采用本发明的方法活化后的腐植酸其水溶性和抗絮凝性明显提升，活化后的腐植酸中形成有很多官能团，可以收集土壤中的无效养分并进行激活，使其成为能被植物吸收利用的营养元素，土壤中的养分利用率得到极大的提高；更为关键的是，采用本发明的方法活化后的腐植酸，其生物活性增强，对缓解土壤盐碱化、抑制盐分积累，刺激作物生长具有显著效果。
木醋液是生物质热解的天然精髓，含有酸、醇等200多种有机物质，可调节植物生长，提高土壤微生物活性，但不同方法制备的木醋液的性能差异显著。本发明在制备木醋液时添加有一定量的阿拉伯胶，可以显著提升木醋液的精制效率；采用本发明方法制备的木醋液不但能促进作物生长，而且还可以改良土壤环境。另外，现有利用技术中木醋液改良盐碱地主要是因为其呈酸性，与之不同的是，本发明将木醋液与草炭进行氨化发酵，在提高原材料肥效的同时也可杀灭有害病原菌，保证原料安全，同时引入氮素养分。
综上，本发明通过对原料的选择和用量的优化，以及制备条件的优选，制备得到木醋液碳基土壤改良剂。本发明的木醋液碳基土壤改良剂集降盐、改碱，增肥，抗病，刺激作物生长于一体，对盐碱地的药肥双减，增产增效效果显著，具有广阔的经济、生态效益。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。
本发明实施例中所用的试验材料均为本领域常规的试验材料，均可通过商业渠道购买得到。
本发明实施例中所用的活化腐植酸由如下方法制备而成：
以褐煤为腐植酸原料，以重量比为3:1的H2O2-HNO3(体积浓度为15～20％H2O2，体积浓度为30～35％HNO3)混合物为活化剂，以铈钛复合氧化物为催化剂，将腐植酸原料、催化剂、H2O2-HNO3活化剂按1：0.018：1.2的比例(重量比)混合。反应步骤为：先在反应装置内加入腐植酸原料和催化剂并充分混合后，缓慢加入活化剂，并不断搅拌，持续反应1h后即可得活化腐植酸。
其中，铈钛复合氧化物为现有技术中已有的催化剂，例如，可按如下方法制备而成：
向盛有80ml无水乙醇的烧杯中加入1.19g硝酸铈并不断搅拌，待完全溶解后，缓慢加入20ml钛酸四丁酯并不断搅拌30min，记此时溶液为A。将8ml去离子水和8ml无水乙酸混合液缓慢加入20ml无水乙醇中并搅拌，记此时溶液为B。将溶液B缓慢加入到溶液A中并不断搅拌2h，便可得到溶胶，然后将该溶胶置于25℃烘箱中陈化2-3天，便可得到凝胶，将所得凝胶置于105℃烘箱中干燥12h，在400℃温度下煅烧3h，即得到铈钛复合氧化物。
本发明实施例中所用的木醋液由如下方法制备而成：
选取制碳干馏设备排烟口温度80～130℃内收取的粗木醋液，在200KPa-300KPa条件下压缩至原体积的60％，按100：1的体积比加入质量浓度为2.0％的阿拉伯胶(可提升精制效率)，进行抽滤制得。
实施例1：木醋液碳基土壤改良剂的制备
1.原料组成：
活化腐植酸15份、木醋液10份、草炭30份、磷石膏20份、硫酸铝10份、硅藻土15份。
2.制备方法：
(1)将草炭、氨水和碳酸氢铵按重量比为1：0.08：0.06混合，搅拌均与后喷入用水稀释25倍后的木醋液，进行氨化发酵，发酵温度控制在70℃，湿度控制在25-30％，发酵时间为7d，制得发酵产物；
(2)将磷石膏、硫酸铝和硅藻土粉碎过20目筛，然后将过筛后的磷石膏、硫酸铝、硅藻土与活性腐植酸以及步骤(1)制备的发酵产物混合，低温(50±5℃)干燥，即制备得到木醋液碳基土壤改良剂。
实施例2：木醋液碳基土壤改良剂的制备
1.原料组成：
活化腐植酸20份、木醋液9份、草炭27份、磷石膏25份、硫酸铝8份、硅藻土11份。
2.制备方法：
(1)将草炭、氨水和碳酸氢铵按重量比为1：0.06：0.04混合，搅拌均与后喷入用水稀释25倍后的木醋液，进行氨化发酵，发酵温度控制在6℃，湿度控制在25-30％，发酵时间为7d，制得发酵产物；
(2)将磷石膏、硫酸铝和硅藻土粉碎过20目筛，然后将过筛后的磷石膏、硫酸铝、硅藻土与活性腐植酸以及步骤(1)制备的发酵产物混合，低温(50±5℃)干燥，即制备得到木醋液碳基土壤改良剂。
实施例3：木醋液碳基土壤改良剂的制备
1.原料组成：
活化腐植酸10份、木醋液15份、草炭25份、磷石膏25份、硫酸铝5份、硅藻土15份。
2.制备方法：同实施例1。
实施例4：木醋液碳基土壤改良剂的制备
1.原料组成：
活化腐植酸25份、木醋液5份、草炭35份、磷石膏15份、硫酸铝10份、硅藻土5份。
2.制备方法：同实施例1。
试验例：
为验证本发明的木醋液碳基土壤改良剂在治理盐碱地方面的应用，在盐碱地上进行小麦小区试验。
田间试验设于滨州沾化县冯家镇李家村的渤海粮仓工程示范中心，该试验地土壤为中度盐渍化潮土，土壤肥力较低，中度盐渍化(全盐含量2.80g/kg-4.85g/kg)，土壤容重1.54-1.64，比重2.58-2.73g/cm3，pH 8.32-9.01，田间持水量30.13％-35.41％
试验共设4个处理，空白对照(CK)，常规施肥(PF)，常规施肥+普通土壤改良剂(LF，普通土壤改良剂为磷石膏)，常规施肥+木醋液碳基土壤改良剂(MF，木醋液碳基土壤改良剂为实施例1制备得到)，普通土壤改良剂和木醋液碳基土壤改良剂均按200kg/亩施用，每个处理重复4次。
小麦产量检测数据如表1所示。
表1不同处理小麦产量因子
| 试处理 | 亩穗数 | 穗粒数 | 千粒重(g) | 产量(kg/hm<sup>2</sup>) |
| CK | 184000.0±13333.3d | 19.79±1.21b | 49.77±2.26a | 2705.6±157.05d |
| PF | 248888.9±25777.8c | 26.02±3.61a | 49.17±1.30a | 4817.4±220.54c |
| LF | 267111.1±4888.9b | 27.53±1.64a | 47.03±0.43ab | 5202.6±449.7b |
| MF | 312000.0±24000a | 26.00±1.50a | 49.19±1.01a | 5969.1±223.4a |
注：在同一列中的平均数据用邓肯多重比较，凡尾部标有不同字母的数值表示它们之间有显著差异(p<5％)。
由表1中数据可以看出，通过从产量构成上看，各处理的亩穗数差异显著，施用2种土壤改良剂的小麦亩穗数均显著高于常规施肥处理，其中以常规施肥+木醋液碳基土壤改良剂的平均亩穗数最大。从小麦产量上看，施用2种土壤改良剂的小麦产量均显著高于常规施肥处理，小麦产量平均提高15.85％，而施用木醋液碳基土壤改良剂的小麦产量较磷石膏土壤改良剂提高14.73％，达到差异显著性水平，即在中度盐碱地上施用木醋液碳基土壤改良剂能大幅度提高小麦产量。
土壤盐分检测数据如表2所示。
表2不同处理的小麦各生育期耕层土壤盐分含量
| 全盐(g/kg) | CK | PF | LF | MF |
| 苗期 | 2.76±0.041 | 2.95±0.092 | 2.92±0.137 | 2.54±0.064 |
| 拔节期 | 3.94±1.124 | 3.78±0.019 | 3.61±0.019 | 3.36±0.018 |
| 抽穗期 | 4.29±0.019 | 3.94±0.204 | 3.88±0.204 | 3.03±0.087 |
| 成熟期 | 3.93±0.153 | 3.47±0.095 | 3.36±0.142 | 2.86±0.267 |
由表2中数据可以看出，小麦各生育期当中，在苗期施肥处理的土壤全盐含量高于对照处理，随小麦生长，施用2种土壤改良剂的小麦各生育期耕层土壤盐分含量较常规施肥处理均有所降低。较施用磷石膏土壤改良剂，施用木醋液碳基土壤改良剂的小麦各生育期耕层土壤盐分降低13.01％(苗期)、6.93％(拔节期)、21.91％(抽穗期)、14.88％(成熟期)，木醋液碳基土壤改良剂对盐分的累积有明显的抑制作用，显著缓解盐分对小麦生长的影响。
土壤pH检测数据如表3所示。
表3不同处理小麦各生育期土壤pH值
由表3中数据可以看出，麦各生育期当中，在苗期施肥处理的土壤pH小于对照处理，随小麦生长，施用2种土壤改良剂的小麦各生育期耕层土壤pH较常规施肥处理均有所降低。较施用磷石膏土壤改良剂，施用木醋液碳基土壤调理剂的小麦各生育期耕层土壤pH降低0.10个单位(苗期)、0.17个单位(拔节期)、0.14个单位(抽穗期)、0.27个单位(成熟期)，木醋液碳基土壤改良剂对土壤碱化有明显的抑制作用，降低土壤的矿化度。土壤容重及孔隙度检测数据如表4所示。
表4小麦不同生育期土壤容重、孔隙度
由表4中数据可以看出，施用化肥会导致容重的升高和土壤孔隙度的减小，2种土壤改良剂的施用均能小幅较低土壤容重，提高土壤孔隙度，相较于磷石膏土壤改良剂，木醋液碳基土壤改良剂对土壤容重和孔隙度的改善效果较好。
土壤有机质检测数据如表5所示。
表5小麦不同生育期耕层土壤有机质(g·kg-1)
有机质含量反应土壤肥沃程度，盐碱地平均肥力较低，而土壤有机质是短时间很难提高的指标。由表5中数据可以看出，1年的试验结果表明，施用木醋液碳基土壤改良剂能在1年内看到土壤有机质含量的提高，这主要是由于该种土壤改良剂含有土壤本源物质—腐植酸和天然化学肥料替代物—木醋液，这些天然有机物质对补充土壤有机碳组分起到重要作用，较单一的无机土壤改良剂提高盐碱地土壤肥料效果显著。
本发明在试验过程中分别将本发明土壤改良剂中的“活性腐植酸”、“木醋液”、“草炭”、“磷石膏”、“硫酸铝”和“硅藻土”等原料依次省略，分别制备得到土壤改良剂。另外，将“活性腐植酸”替换为现有技术中的“腐植酸”，制备得到土壤改良剂。改变木醋液的制备方法、省略木醋液和草炭的发酵过程，制备得到土壤改良剂。在本发明的组方用量范围之外，调整各原料的用量，制备得到土壤改良剂。将上述制备的土壤改良剂也采用试验例的方法验证其在治理盐碱地方面的应用效果。结果发现，与实施例1制备的木醋液碳基土壤改良剂相比，上述制备的土壤改良剂在小麦增产和土壤改良方面均有不同程度的降低。这说明本发明的木醋液碳基土壤改良剂是一个有机的整体，各原料间协同作用，共同起到降盐、改碱、增肥、抗病、刺激作物生长的作用。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围。
Claims (10)
1.一种木醋液碳基土壤改良剂，其特征在于，以重量份计包括以下组分：
活化腐植酸10-25份、木醋液5-15份、草炭25-35份、磷石膏15-25份、硫酸铝5-10份、硅藻土5-15份。
2.根据权利要求1所述的木醋液碳基土壤改良剂，其特征在于，所述活化腐植酸由如下方法制备而成：
将腐植酸原料、催化剂和活化剂按重量比为1：(0.015-0.020)：(1-1.5)混合，搅拌反应0.5-1.5h，即得；
优选的，所述腐植酸原料选自褐煤、泥炭和风化煤中的一种或多种；
优选的，所述催化剂为铈钛复合氧化物催化剂；
优选的，所述活化剂为H2O2-HNO3混合液。
3.根据权利要求2所述的木醋液碳基土壤改良剂，其特征在于，所述H2O2-HNO3混合液中，H2O2与HNO3的重量比为3:1。
4.根据权利要求1所述的木醋液碳基土壤改良剂，其特征在于，所述木醋液由如下方法制备而成：
选取制碳干馏设备排烟口温度80-130℃内收取的粗木醋液，在200-300Kpa条件下浓缩至原体积的55-65％，加入质量浓度2％的阿拉伯胶，进行抽滤，即制得木醋液。
5.根据权利要求1所述的木醋液碳基土壤改良剂，其特征在于，所述硅藻土中，SiO2含量≥70％，Al2O3含量为3％～6％，Fe2O3含量1％～1.5％，有机物质含量≥20％。
6.权利要求1-5任一项所述的木醋液碳基土壤改良剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将草炭、氨水和碳酸氢铵按重量比为1：(0.06-0.1)：(0.04-0.1)混合，喷入稀释后的木醋液，进行氨化发酵，发酵温度控制在60-80℃，湿度控制在25-35％，发酵时间为6-8d，制得发酵产物；
(2)将磷石膏、硫酸铝和硅藻土粉碎过筛，然后将过筛后的磷石膏、硫酸铝、硅藻土与活性腐植酸以及步骤(1)制备的发酵产物混合，干燥，即制备得到木醋液碳基土壤改良剂。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，将木醋液稀释成20-30倍。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述干燥的温度为45-55℃。
9.权利要求1-6任一项所述的木醋液碳基土壤改良剂在治理盐碱地方面的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述治理盐碱地包括：降盐、改碱、增肥、抗病和刺激作物生长。
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