CN110574520B - 一种化学生物改良与种植耐盐植物相结合改良盐碱地的方法 - Google Patents

一种化学生物改良与种植耐盐植物相结合改良盐碱地的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种化学生物改良与种植耐盐植物相结合改良盐碱地的方法,具体为：制备类水滑石纳米片；将类水滑石纳米片置于丝素蛋白溶液中，浸渍处理，之后干燥，制得负载有丝素蛋白的类水滑石纳米片；将其和去离子水混合制得分散液；加入丙烯酰胺、N,N‑亚甲基双丙烯酰胺、吐温80的混合乳液，混合后滴加过硫酸钾反应，反应结束后冷却至室温，过滤，将固体干燥，制得无机‑有机添加剂；将制得的无机‑有机添加剂和高岭土混合，加入纳米腐植酸、微生物菌剂混合后制得化学改良剂；对盐碱地进行翻耕，并撒入上述制得的化学改良剂，平整土地，种植海篷子，并进行后续田间管理。本发明公开的方法采用化学生物改良法与种植耐盐植物法相结合，改良效果明显。

Description

一种化学生物改良与种植耐盐植物相结合改良盐碱地的方法
技术领域
本发明涉及盐碱地改良领域，具体涉及一种化学生物改良与种植耐盐植物相结合改良盐碱地的方法。
背景技术
近年来，随着我国社会和经济的高速发展，工业化、城市化的进程不断加快以及人口的持续增长，我国耕地数量和质量的不断下降，粮食安全面临着巨大的风险。改良盐碱地成为增加耕地面积、提高耕地质量、修复生态环境的主要突破点。盐碱地是指土壤中积累了过量的可溶性盐类，对作物的生长发育产生抑制或危害的土壤，盐碱地包括盐土和碱土，其中，盐土中可溶性盐类以NaCl、Na2SO4为主，碱土中以Na2CO3、NaHCO3为主。盐碱地的形成，严重降低了农业生产产量，破坏了生态环境，对其进行合理的开发利用是我国确保耕地总量动态平衡并实现可持续发展的重要手段。
目前，对盐碱地改良的方法有很多种，例如在盐碱地上种植耐盐碱的植物；或者在农业生产过程中，采用耕松土的方式切断盐碱地土壤中的内部毛管，减弱土壤水分的蒸发或者在盐碱地土壤中建立排灌系统，但是其成本较高。其他方法就是往盐碱地土壤中加入化学改良剂，该方法效果快，但是会对盐碱地土壤造成二次污染。随着人们环保意识的加强，人们发现采用生物修复盐碱地土壤具有成本低、安全性高等特点，但是该方法也存在改良周期长等缺点。因此，如何找到一种低成本高效率改良盐碱地土壤的方法成为目前盐碱地改良领域的难点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种化学生物改良与种植耐盐植物相结合改良盐碱地的方法，该方法可有效改善盐碱地土壤的状态，盐碱地土壤的含盐量大大降低，改良效果佳。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种化学生物改良与种植耐盐植物相结合改良盐碱地的方法,包括以下步骤：
(1)将氯化钙、硝酸铝溶于去离子水中制得混合溶液，将制得的混合溶液和浓度为0.08～0.12mol/L的氢氧化钠溶液分别滴加到反应器中，滴加结束后，搅拌反应，反应结束后将反应液过滤，并将过滤得到的固体洗涤至中性干燥，制得类水滑石纳米片；
(2)将上述制得的类水滑石纳米片置于丝素蛋白溶液中，抽真空浸渍处理30～50min，之后置于60～80℃烘箱内干燥处理，制得负载有丝素蛋白的类水滑石纳米片；将负载有丝素蛋白的类水滑石纳米片和去离子水混合制得分散液；然后加入丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、吐温80的混合乳液，搅拌均匀后滴加过硫酸钾，于60～70℃下反应60～200min，反应结束后冷却至室温，过滤，将固体干燥，制得无机-有机添加剂；
(3)将上述制得的无机-有机添加剂和高岭土粉末搅拌混合，并加入纳米腐植酸、微生物菌剂搅拌混合后制得化学改良剂；
(4)对盐碱地进行翻耕，然后撒入上述制得的化学改良剂，混合均匀后平整土地，然后在平整后的土地上种植海篷子，并进行后续田间管理。
作为一种优选的技术方案，步骤(1)中，混合溶液中氯化钙、硝酸铝的浓度分别为0.08～0.15mol/L、0.04～0.06mol/L。
作为一种优选的技术方案，步骤(1)中，所述混合溶液、氢氧化钠溶液滴加到反应器中的滴加速度分别为8～13ml/L、10～15ml/L。
作为一种优选的技术方案，步骤(1)中，所述搅拌反应的温度为40～60℃，时间为30～70min，搅拌转速为1500r/min。
作为一种优选的技术方案，步骤(2)中，所述丝素蛋白溶液的质量浓度为3～5wt％。
作为一种优选的技术方案，步骤(2)中，所述类水滑石纳米片、丝素蛋白的质量比为3：(0.15～0.35)。
作为一种优选的技术方案，步骤(2)中，以重量份计，所述负载有丝素蛋白的类水滑石纳米片、丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、吐温80、过硫酸钾的用量具体为：负载有丝素蛋白的类水滑石纳米片1.5～4.5份、丙烯酰胺10～20份、N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.85～1.25份、吐温80 0.1～0.5份、过硫酸钾0.006～0.012份。
作为一种改进的技术方案，步骤(3)中，所述微生物菌剂为植物根际促生菌与嗜盐细菌以质量比为1:1的混合物。
作为一种优选的技术方案，步骤(3)中，以重量份计，所述无机-有机添加剂、高岭土粉末、纳米腐植酸、微生物菌剂的用量分别为无机-有机添加剂6份，高岭土粉末2-4份，纳米腐植酸30-40份，微生物菌剂2份。
作为一种优选的技术方案，步骤(4)中，所述化学改良剂每亩盐碱地的用量为400～800kg。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明采用化学改良剂与种植耐盐植物相结合的方式对盐碱地进行改良，化学改良剂可有效改善盐碱地土壤的理化性质，提高盐碱地土壤的透气性；耐盐植物具有耐旱、涝能力强，生长快等优点，可以植物蒸腾代替土壤蒸发，减少盐碱地土壤水分蒸发量，从而降低盐碱地土壤的盐分积累的速度，从而提高盐碱地土壤的质量。
本发明制得的化学改良剂包括无机-有机添加剂、高岭土粉末、纳米腐植酸和微生物菌剂，高岭土粉末层间存在较多的可交换性阳离子，可加快盐碱地土壤中钠离子的去除；无机-有机添加剂以类水滑石纳米片为载体，在其层间及表面负载丝素蛋白，丝素蛋白中有很多羟基、羧基等亲水基团，具有良好的吸水性能，且具有一定的可生物降解性；然后加入丙烯酰胺的单体溶液，以N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，将聚合物接枝于类水滑石纳米片表面；制得的无机-有机添加剂吸水性能优异，且层间具有一定的可交换阳离子，可对盐碱地土壤中的钠离子进行交换，从而降低盐碱地中的含盐量。
具体实施方式
下面结合实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
一种化学生物改良与种植耐盐植物相结合改良盐碱地的方法,包括以下步骤：
(1)将0.08mol氯化钙、0.04mol硝酸铝溶于1L去离子水中制得混合溶液，将制得的混合溶液和浓度为0.08mol/L的氢氧化钠溶液分别以8ml/L、10ml/L的滴加速度滴加到反应器中，滴加结束后，在40℃、1500r/min的转速下搅拌反应30min，反应结束后将反应液过滤，并将固体洗涤至中性干燥，制得类水滑石纳米片；
(2)将上述制得的类水滑石纳米片置于质量浓度为3wt％的丝素蛋白溶液中，抽真空浸渍处理30min，之后置于60℃烘箱内干燥处理，制得负载有丝素蛋白的类水滑石纳米片；其中，类水滑石纳米片、丝素蛋白的质量比为3：0.15；将1.5份负载有丝素蛋白的类水滑石纳米片和去离子水混合制得分散液；然后加入10份丙烯酰胺、0.85份N,N-亚甲基双丙烯酰胺、0.1份吐温80的混合乳液，搅拌均匀后滴加0.006份过硫酸钾，于60℃下反应60min，反应结束后冷却至室温，过滤，将固体干燥，制得无机-有机添加剂；
(3)以重量份计，将6份上述制得的无机-有机添加剂和2份高岭土粉末搅拌混合，并加入30份纳米腐植酸、2份微生物菌剂搅拌混合后制得化学改良剂；
(4)对盐碱地进行翻耕，然后每亩盐碱地撒入400kg上述制得的化学改良剂，混合均匀后平整土地，然后在平整后的土地上种植海篷子，并进行后续田间管理。
实施例2
一种化学生物改良与种植耐盐植物相结合改良盐碱地的方法,包括以下步骤：
(1)将0.15mol氯化钙、0.06mol硝酸铝溶于1L去离子水中制得混合溶液，将制得的混合溶液和浓度为0.12mol/L的氢氧化钠溶液分别以13ml/L、15ml/L的滴加速度滴加到反应器中，滴加结束后，在60℃、1500r/min的转速下搅拌反应70min，反应结束后将反应液过滤，并将固体洗涤至中性干燥，制得类水滑石纳米片；
(2)将上述制得的类水滑石纳米片置于质量浓度为5wt％的丝素蛋白溶液中，抽真空浸渍处理50min，之后置于80℃烘箱内干燥处理，制得负载有丝素蛋白的类水滑石纳米片；其中，类水滑石纳米片、丝素蛋白的质量比为3：0.35；将4.5份负载有丝素蛋白的类水滑石纳米片和去离子水混合制得分散液；然后加入20份丙烯酰胺、1.25份N,N-亚甲基双丙烯酰胺、0.5份吐温80的混合乳液，搅拌均匀后滴加0.012份过硫酸钾，于70℃下反应200min，反应结束后冷却至室温，过滤，将固体干燥，制得无机-有机添加剂；
(3)以重量份计，将6份上述制得的无机-有机添加剂和4份高岭土粉末搅拌混合，并加入40份纳米腐植酸、2份微生物菌剂搅拌混合后制得化学改良剂；
(4)对盐碱地进行翻耕，然后每亩盐碱地撒入800kg上述制得的化学改良剂，混合均匀后平整土地，然后在平整后的土地上种植海篷子，并进行后续田间管理。
实施例3
一种化学生物改良与种植耐盐植物相结合改良盐碱地的方法,包括以下步骤：
(1)将0.1mol氯化钙、0.045mol硝酸铝溶于1L去离子水中制得混合溶液，将制得的混合溶液和浓度为0.085mol/L的氢氧化钠溶液分别以9ml/L、11ml/L的滴加速度加入到反应器中，滴加结束后，在45℃、1500r/min的转速下搅拌反应40min，反应结束后将反应液过滤，并将过滤得到的固体洗涤至中性干燥，制得类水滑石纳米片；
(2)将上述制得的类水滑石纳米片置于质量浓度为3.5wt％的丝素蛋白溶液中，抽真空浸渍处理35min，之后置于65℃烘箱内干燥处理，制得负载有丝素蛋白的类水滑石纳米片；其中，类水滑石纳米片、丝素蛋白的质量比为3：0.2；将2份负载有丝素蛋白的类水滑石纳米片和去离子水混合制得分散液；然后加入12份丙烯酰胺、0.9份N,N-亚甲基双丙烯酰胺、0.2份吐温80的混合乳液，搅拌均匀后滴加0.007份过硫酸钾，于60℃下反应80min，反应结束后冷却至室温，过滤，将固体干燥，制得无机-有机添加剂；
(3)以重量份计，将6份上述制得的无机-有机添加剂和2份高岭土粉末搅拌混合，并加入32份纳米腐植酸、2份微生物菌剂搅拌混合后制得化学改良剂；
(4)对盐碱地进行翻耕，然后每亩盐碱地撒入500kg上述制得的化学改良剂，混合均匀后平整土地，然后在平整后的土地上种植海篷子，并进行后续田间管理。
实施例4
一种化学生物改良与种植耐盐植物相结合改良盐碱地的方法,包括以下步骤：
(1)将0.11mol氯化钙、0.05mol硝酸铝溶于1L去离子水中制得混合溶液，将制得的混合溶液和浓度为0.09mol/L的氢氧化钠溶液分别以10ml/L、12ml/L的滴加速度加入到反应器中，滴加结束后，在50℃、1500r/min的转速下搅拌反应50min，反应结束后将反应液过滤，并将固体洗涤至中性干燥，制得类水滑石纳米片；
(2)将上述制得的类水滑石纳米片置于质量浓度为4wt％的丝素蛋白溶液中，抽真空浸渍处理40min，之后置于70℃烘箱内干燥处理，制得负载有丝素蛋白的类水滑石纳米片；其中，类水滑石纳米片、丝素蛋白的质量比为3：0.2；将2份负载有丝素蛋白的类水滑石纳米片和去离子水混合制得分散液；然后加入14份丙烯酰胺、1份N,N-亚甲基双丙烯酰胺、0.3份吐温80的混合乳液，搅拌均匀后滴加0.008份过硫酸钾，于70℃下反应100min，反应结束后冷却至室温，过滤，将固体干燥，制得无机-有机添加剂；
(3)以重量份计，将6份上述制得的无机-有机添加剂和4份高岭土粉末搅拌混合，并加入34份纳米腐植酸、2份微生物菌剂搅拌混合后制得化学改良剂；
(4)对盐碱地进行翻耕，然后每亩盐碱地撒入600kg上述制得的化学改良剂，混合均匀后平整土地，然后在平整后的土地上种植海篷子，并进行后续田间管理。
实施例5
一种化学生物改良与种植耐盐植物相结合改良盐碱地的方法,包括以下步骤：
(1)将0.13mol氯化钙、0.05硝酸铝溶于1L去离子水中制得混合溶液，将制得的混合溶液和浓度为0.1mol/L的氢氧化钠溶液分别以11ml/L、13ml/L的滴加速度加入到反应器中，滴加结束后，在50℃、1500r/min的转速下搅拌反应50min，反应结束后将反应液过滤，并将固体洗涤至中性干燥，制得类水滑石纳米片；
(2)将上述制得的类水滑石纳米片置于质量浓度为4wt％的丝素蛋白溶液中，抽真空浸渍处理40min，之后置于70℃烘箱内干燥处理，制得负载有丝素蛋白的类水滑石纳米片；其中，类水滑石纳米片、丝素蛋白的质量比为3：0.2；将3.5份负载有丝素蛋白的类水滑石纳米片和去离子水混合制得分散液；然后加入16份丙烯酰胺、1.05份N,N-亚甲基双丙烯酰胺、0.4份吐温80的混合乳液，搅拌均匀后滴加0.009份过硫酸钾，于60℃下反应160min，反应结束后冷却至室温，过滤，将固体干燥，制得无机-有机添加剂；
(3)以重量份计，将6份上述制得的无机-有机添加剂和4份高岭土粉末搅拌混合，并加入36份纳米腐植酸、2份微生物菌剂搅拌混合后制得化学改良剂；
(4)对盐碱地进行翻耕，然后每亩盐碱地撒入600kg上述制得的化学改良剂，混合均匀后平整土地，然后在平整后的土地上种植海篷子，并进行后续田间管理。
实施例6
一种化学生物改良与种植耐盐植物相结合改良盐碱地的方法,包括以下步骤：
(1)将0.14mol氯化钙、0.055mol硝酸铝溶于1L去离子水中制得混合溶液，将制得的混合溶液和浓度为0.1mol/L的氢氧化钠溶液分别以12ml/L、14ml/L的滴加速度加入到反应器中，滴加结束后，在60℃、1500r/min的转速下搅拌反应60min，反应结束后将反应液过滤，并将固体洗涤至中性干燥，制得类水滑石纳米片；
(2)将上述制得的类水滑石纳米片置于质量浓度为4.5wt％的丝素蛋白溶液中，抽真空浸渍处理45min，之后置于70℃烘箱内干燥处理，制得负载有丝素蛋白的类水滑石纳米片；其中，类水滑石纳米片、丝素蛋白的质量比为3：0.3；将4份负载有丝素蛋白的类水滑石纳米片和去离子水混合制得分散液；然后加入18份丙烯酰胺、1.15份N,N-亚甲基双丙烯酰胺、0.4份吐温80的混合乳液，搅拌均匀后滴加0.011份过硫酸钾，于70℃下反应180min，反应结束后冷却至室温，过滤，将固体干燥，制得无机-有机添加剂；
(3)以重量份计，将6份上述制得的无机-有机添加剂和3份高岭土粉末搅拌混合，并加入36份纳米腐植酸、2份微生物菌剂搅拌混合后制得化学改良剂；
(4)对盐碱地进行翻耕，然后每亩盐碱地撒入750kg上述制得的化学改良剂，混合均匀后平整土地，然后在平整后的土地上种植海篷子，并进行后续田间管理。
对比例1
化学改良剂中不添加无机-有机添加剂，其他条件和实施例6相同。
对比例2
盐碱地改良中只采用种植海篷子进行改良，不采用化学改良剂改良，其他条件和实施例6相同。
对比例3
只采用化学改良剂对盐碱地进行改良，不种植海篷子，其他条件和实施例6相同。
实施例1～实施例6以及对比例1～对比例3中改良的盐碱地土壤是以陕西省西北部榆林市定边县为研究对象，平均海拔1605m，年平均降水量316.9mm，年平均日照2 600h，能完全满足作物对光热的需要。选取的多个试验区的盐碱地深度0～20cm的土壤的理化性质为：pH值为9.15，全盐量为6.84g/kg，有机质含量为2.45g/kg，全氮含量为0.25％，有机磷含量为0.25mg/kg，速效钾含量为32.75mg/kg。改良一年后的盐碱地土壤的理化性质如表1所示；其中，空白组为未处理的盐碱地土壤，各类性质的测试方法具体为：
盐含量采用残渣烘干-质量法进行测试；有机质含量采用重铬酸钾氧化-硫酸亚铁滴定法进行测试；pH值采用玻璃电极法进行测试；有机质含量采用重铬酸钾氧化-硫酸亚铁滴定法进行测试；全氮含量采用凯氏定氮法测定；有机磷含量采用灼烧法测定；速效钾采用乙酸铵浸提法进行测定。
表1
Figure BDA0002228347200000091
从上述测试结果可以看出，采用化学改良剂与种植耐盐植物来改良盐碱地可以取得更为优异的效果，改良后盐碱地土壤的pH降低了2，全盐量的去除率高达69.44％；且全氮含量、有机磷含量以及速效钾含量均有一定的提高。而仅采用化学改良法改良盐碱地土壤时，土壤的pH降低了1，全盐量去除率为32.02％，而仅种植海篷子时，土壤的pH降低了0.2，全盐量去除率为25.15％。
此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (9)

1.一种化学生物改良与种植耐盐植物相结合改良盐碱地的方法,其特征在于，包括以下步骤：
(1)将氯化钙、硝酸铝溶于去离子水中制得混合溶液，将制得的混合溶液和浓度为0.08～0.12mol/L的氢氧化钠溶液分别滴加到反应器中，滴加结束后，搅拌反应，反应结束后将反应液过滤，并将过滤得到的固体洗涤至中性，然后进行干燥，制得类水滑石纳米片；
(2)将上述制得的类水滑石纳米片置于丝素蛋白溶液中，抽真空浸渍处理30～50min，之后置于60～80℃烘箱内干燥处理，制得负载有丝素蛋白的类水滑石纳米片；将负载有丝素蛋白的类水滑石纳米片和去离子水混合制得分散液；然后加入丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、吐温80的混合乳液，搅拌均匀后滴加过硫酸钾，于60～70℃下反应60～200min，反应结束后冷却至室温，过滤，将固体干燥，制得无机-有机添加剂；
(3)将上述制得的无机-有机添加剂和高岭土粉末搅拌混合，并加入纳米腐植酸、微生物菌剂搅拌混合后制得化学改良剂；
(4)对盐碱地进行翻耕，然后撒入上述制得的化学改良剂，混合均匀后平整土地，然后在平整后的土地上种植海篷子，并进行后续田间管理。
2.如权利要求1所述的一种化学生物改良与种植耐盐植物相结合改良盐碱地的方法,其特征在于，步骤(1)中，混合溶液中氯化钙、硝酸铝的浓度分别为0.08～0.15mol/L、0.04～0.06mol/L。
3.如权利要求1所述的一种化学生物改良与种植耐盐植物相结合改良盐碱地的方法,其特征在于，步骤(1)中，所述搅拌反应的温度为40～60℃，时间为30～70min，搅拌转速为1500r/min。
4.如权利要求1所述的一种化学生物改良与种植耐盐植物相结合改良盐碱地的方法,其特征在于，步骤(2)中，所述丝素蛋白溶液的质量浓度为3～5wt％。
5.如权利要求1所述的一种化学生物改良与种植耐盐植物相结合改良盐碱地的方法,其特征在于，步骤(2)中，所述类水滑石纳米片、丝素蛋白的质量比为3：(0.15～0.35)。
6.如权利要求1所述的一种化学生物改良与种植耐盐植物相结合改良盐碱地的方法,其特征在于，步骤(2)中，以重量份计，所述负载有丝素蛋白的类水滑石纳米片、丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、吐温80、过硫酸钾的用量具体为：负载有丝素蛋白的类水滑石纳米片1.5～4.5份、丙烯酰胺10～20份、N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.85～1.25份、吐温80 0.1～0.5份、过硫酸钾0.006～0.012份。
7.如权利要求1所述的一种化学生物改良与种植耐盐植物相结合改良盐碱地的方法,其特征在于，步骤(3)中，所述微生物菌剂为植物根际促生菌与嗜盐细菌以质量比为1:1的混合物。
8.如权利要求1所述的一种化学生物改良与种植耐盐植物相结合改良盐碱地的方法,其特征在于，步骤(3)中，以重量份计，所述无机-有机添加剂、高岭土粉末、纳米腐植酸、微生物菌剂的用量分别为无机-有机添加剂6份，高岭土粉末2-4份，纳米腐植酸30-40份，微生物菌剂2份。
9.如权利要求1所述的一种化学生物改良与种植耐盐植物相结合改良盐碱地的方法,其特征在于，步骤(4)中，所述化学改良剂每亩盐碱地的用量为400～800kg。
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