CN111662128B - 一种抗旱缓释型盐碱土壤调理剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗旱缓释型盐碱土壤调理剂，包括下述重量份的原料：腐植酸尿素40‑50份、棉粕20‑30份、无机肥10‑15份、木质素5‑10份、聚乙烯醇5‑10份、保水剂2‑3份和表面活性剂2‑3份；制备过程包括：称取原料、保水剂中加入水，在80‑100℃下搅拌至溶解，得到料液A、料液A中加入聚乙烯醇和表面活性剂，在80‑100℃下搅拌至溶解，得到料液B、料液B中加入无机肥和腐植酸尿素，搅拌至溶解，得到料液C、料液C冷冻干燥、粉碎，得到颗粒剂；颗粒剂中加入木质素和棉粕，搅拌均匀，得到土壤调理剂。

Description

一种抗旱缓释型盐碱土壤调理剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及土壤修复技术领域，更具体地说是涉及一种抗旱缓释型盐碱土壤调理剂及其制备方法。

背景技术

目前，世界盐碱土总面积约9.5亿hm²，占据陆地总面积的近10％，土地盐碱化作为土壤退化的主要类型之一，已经成为了世界性资源问题和生态问题。我国盐碱土面积约3.5亿hm²，是世界盐碱地大国之一，在人口不断增加、土地资源短缺的今天，盐碱地的改良与利用在改善生态环境、保障粮食安全、促进经济社会可持续发展等方面发挥着重要的作用。作为北方地区重要的产粮基地和农牧业基地，松嫩平原同时是我国主要的盐碱土分布区之一，盐碱化土地面积达3.73×10⁶hm²，并且以每年1.5％左右的速率继续扩展，盐碱化程度持续加剧。吉林省西部地区位于松嫩平原腹地的森林草原生态过渡带，属于半干旱半湿润温带大陆性季风气候，是环境、气候变化的敏感区域，土地盐碱化、沙化与土地退化等问题日益严峻，土地资源质量变差与农业生产条件劣化已经成为了阻碍当地农业生产发展与资源可持续利用的主要障碍因子之一。吉西盐碱地作为潜在的耕地资源，其改良与利用已经成为了松嫩平原土地资源开发最关注的问题之一。

盐碱地的改良是一个较为复杂的综合治理系统工程，目前主要包括化学、生物、农业、水利工程等改良措施。在众多改良措施中，化学改良措施主要是在土壤中施加石膏类、硫酸及酸性盐、风化煤或泥炭等有机物质。大量学者研究表明石膏、硫酸铝、硫磺、粉煤灰、柠檬酸渣等能有效降低土壤pH值和碱化度，增加土壤中Ca²⁺、Mg²⁺含量，缓解土壤的碱化情况。有机肥的施用可为作物和微生物提供必须的营养，改变微生物种群和活性，降低土壤容重，增加土壤总孔隙度和毛管孔隙度，提高土壤的入渗率，有利于盐渍土盐分的淋洗，降低土壤的钠碱化度和电导率，提高土壤微团聚体含量，改变土壤板结和通透性差的状况，进而提高作物产量。目前，市售的土壤调理剂大多功能单一，主要针对土壤盐碱度进行调节，在促进盐碱土蓄水保肥能力提升与盐碱障碍耕地作物产量提高方面作用较弱。

因此，如何提供一种抗旱缓释型盐碱土壤调理剂是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明以腐植酸尿素、棉粕和无机肥作为营养物质施入土壤，并加入保水剂保持土壤的水分，表面活性剂络合土壤中的重金属离子，在改善土壤结构的同时，降低了土壤的盐碱性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种抗旱缓释型盐碱土壤调理剂，包括下述重量份的原料：腐植酸尿素40-50份、棉粕20-30份、无机肥10-15份、木质素5-10份、聚乙烯醇5-10份、保水剂2-3份和表面活性剂2-3份。

以上技术方案达到的技术效果是：腐植酸尿素是腐植酸与尿素反应生成的腐植酸-脲络合物，可以为土壤提供有机质和氮素。而且，腐植酸尿素能控制尿素的快速分解，控制氮素营养的释放速度，同时活化腐植酸能提升土壤肥力和提高保水保肥性能；棉粕是棉籽经过压榨、浸出等工艺得到的一种微红或黄色的颗粒状物品，含有的粗蛋白可达40％以上，因此，可为土壤提供丰富的营养；腐植酸和木质素可以促进土壤团粒的形成，降低土壤容重，增加土壤孔隙度，起到预防土壤板结、保水保肥、增强植物抗逆性的作用，而且，腐殖酸还可以平衡盐碱化土壤；聚乙烯醇同样可以促进土壤团粒的形成，使土壤缓慢释放养分；表面活性剂可以络合金属离子，进而降低土壤中的重金属含量；保水剂可以保持土壤中的水分，进而提高了作物的抗旱能力。

本发明将多种组分组合在一起，并优化了各组分间的配比，使得各组分间协同发挥作用，最大限度地改善了土壤的结构和盐碱性，增加了土壤中的营养物质含量，提高了作物的产量。

作为本发明优选的技术方案，所述腐植酸尿素包括：风化煤、尿素、固体催化剂和液体催化剂，且质量比为1∶1∶1∶1。

以上技术方案达到的技术效果是：催化剂可活化腐植酸，同时催化腐植酸与尿素的反应，发生离子交换、氢键缔合、自由基反应等物理化学吸附反应，达到理想反应效果。

作为本发明优选的技术方案，所述固体催化剂为碳酸氢铵，所述液体催化剂为质量分数为25％的氢氧化钠水溶液。

作为本发明优选的技术方案，所述无机肥包括磷酸二氢钾、硫酸镁、硫酸钙、硫酸锌、磷酸二氢胺或硫酸钾。

作为本发明优选的技术方案，所述保水剂包括下述重量份配比的原料：凹凸棒石粘土粉∶火山灰∶吸水树脂∶木屑＝3∶1∶2∶4。

作为本发明优选的技术方案，所述表面活性剂包括：十二烷基苯磺酸钠、十二烷基苯磺酸、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、二乙醇胺盐或三乙醇胺盐。

一种抗旱缓释型盐碱土壤调理剂的制备方法，包括下述步骤：

1)按照权利要求1-5任一所述称取原料；

2)向所述保水剂中加入水，在80-100℃下搅拌至溶解，得到料液A；

3)向所述料液A中加入聚乙烯醇和表面活性剂，在80-100℃下搅拌至溶解，得到料液B；

4)向料液B中加入无机肥和腐植酸尿素，搅拌至溶解，得到料液C；

5)将料液C冷冻干燥、粉碎，得到颗粒剂；

6)向颗粒剂中加入木质素和棉粕，得到土壤调理剂。

作为本发明优选的技术方案，步骤2)中，水的加入量为保水剂质量的6-10倍。

作为本发明优选的技术方案，步骤5)中，冷冻干燥的过程为-45～-55℃，冷冻干燥1-2h。

作为本发明优选的技术方案，步骤5)中，粉碎的细度为20-30目。

综上所述，本发明提供了一种抗旱缓释型盐碱土壤调理剂，达到的技术效果是：

1)以腐植酸和棉粕增加土壤中的有机质含量，同时，腐植酸可以控制尿素成分的缓慢释放，达到了缓释的作用，使得土壤充分吸收营养成分，而且，腐植酸的基本结构是芳环和脂环，环上连有羧基、羟基、羰基、醌基、甲氧基等官能团，与金属离子有交换、吸附、络合、螯合等作用，还具有调节土壤pH值的作用；

2)保水剂的加入，使得土壤能将雨水或浇灌水迅速吸收并锁住，变为固态水而不流动不渗失；

3)十二烷基苯磺酸钠、十二烷基苯磺酸、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、二乙醇胺盐或三乙醇胺盐等均可以对土壤中的重金属离子进行络合，进而防止重金属在植物中累积；

4)本发明合理控制各组分间的重量配比，使得各组分间协同作用，最大限度发挥调理土壤功能的效果。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1制备腐植酸尿素

将风化煤、尿素、碳酸氢铵和质量分数为25％的氢氧化钠溶液按照1∶1∶1∶1的质量比混合后，在120℃下进行反应，2h后，得到腐植酸尿素。

实施例2

一种抗旱缓释型盐碱土壤调理剂，包括下述重量份的原料：腐植酸尿素40份、棉粕30份、磷酸二氢钾15份、木质素5份、聚乙烯醇5份、保水剂2份和十二烷基苯磺酸钠3份；其中，保水剂包括下述重量份配比的原料：凹凸棒石粘土粉∶火山灰∶吸水树脂∶木屑＝3∶1∶2∶4。

以上土壤调理剂的制备过程包括下述步骤：

1)称取原料；

2)向保水剂中加入6倍质量的水，在80℃下搅拌至溶解，得到料液A；

3)向所述料液A中加入聚乙烯醇和十二烷基苯磺酸钠，在80℃下搅拌至溶解，得到料液B；

4)向料液B中加入磷酸二氢钾和腐植酸尿素，搅拌至溶解，得到料液C；

5)将料液C在-45℃下冷冻干燥1h，并粉碎至20目，得到颗粒剂；

6)向颗粒剂中加入木质素和棉粕，搅拌均匀，得到土壤调理剂。

实施例3

一种抗旱缓释型盐碱土壤调理剂，包括下述重量份的原料：腐植酸尿素50份、棉粕20份、硫酸镁10份、木质素5份、聚乙烯醇10份、保水剂3份和十二烷基苯磺酸2份；其中，保水剂包括下述重量份配比的原料：凹凸棒石粘土粉∶火山灰∶吸水树脂∶木屑＝3∶1∶2∶4。

以上土壤调理剂的制备过程包括下述步骤：

1)称取原料；

2)向保水剂中加入10倍质量的水，在100℃下搅拌至溶解，得到料液A；

3)向所述料液A中加入聚乙烯醇和十二烷基苯磺酸，在100℃下搅拌至溶解，得到料液B；

4)向料液B中加入硫酸镁和腐植酸尿素，搅拌至溶解，得到料液C；

5)将料液C在-55℃下冷冻干燥2h，并粉碎至30目，得到颗粒剂；

6)向颗粒剂中加入木质素和棉粕，搅拌均匀，得到土壤调理剂。

实施例4

一种抗旱缓释型盐碱土壤调理剂，包括下述重量份的原料：腐植酸尿素45份、棉粕25份、硫酸钙12份、木质素8份、聚乙烯醇6份、保水剂2份和乙醇胺2份；其中，保水剂包括下述重量份配比的原料：凹凸棒石粘土粉∶火山灰∶吸水树脂∶木屑＝3∶1∶2∶4。

以上土壤调理剂的制备过程包括下述步骤：

1)称取原料；

2)向保水剂中加入8倍质量的水，在90℃下搅拌至溶解，得到料液A；

3)向所述料液A中加入聚乙烯醇和乙醇胺，在90℃下搅拌至溶解，得到料液B；

4)向料液B中加入硫酸钙和腐植酸尿素，搅拌至溶解，得到料液C；

5)将料液C在-50℃下冷冻干燥1.5h，并粉碎至25目，得到颗粒剂；

6)向颗粒剂中加入木质素和棉粕，搅拌均匀，得到土壤调理剂。

实施例5

一种抗旱缓释型盐碱土壤调理剂，包括下述重量份的原料：腐植酸尿素42份、棉粕28份、硫酸锌11份、木质素6份、聚乙烯醇9份、保水剂2份和二乙醇胺2份；其中，保水剂包括下述重量份配比的原料：凹凸棒石粘土粉∶火山灰∶吸水树脂∶木屑＝3∶1∶2∶4。

以上土壤调理剂的制备过程包括下述步骤：

1)称取原料；

2)向保水剂中加入7倍质量的水，在85℃下搅拌至溶解，得到料液A；

3)向所述料液A中加入聚乙烯醇和二乙醇胺，在85℃下搅拌至溶解，得到料液B；

4)向料液B中加入硫酸锌和腐植酸尿素，搅拌至溶解，得到料液C；

5)将料液C在-48℃下冷冻干燥1.6h，并粉碎至28目，得到颗粒剂；

6)向颗粒剂中加入木质素和棉粕，搅拌均匀，得到土壤调理剂。

实施例6

一种抗旱缓释型盐碱土壤调理剂，包括下述重量份的原料：腐植酸尿素46份、棉粕23份、磷酸二氢胺14份、木质素7份、聚乙烯醇6份、保水剂2份和三乙醇胺2份；其中，保水剂包括下述重量份配比的原料：凹凸棒石粘土粉∶火山灰∶吸水树脂∶木屑＝3∶1∶2∶4。

以上土壤调理剂的制备过程包括下述步骤：

1)称取原料；

2)向保水剂中加入9倍质量的水，在95℃下搅拌至溶解，得到料液A；

3)向所述料液A中加入聚乙烯醇和三乙醇胺，在95℃下搅拌至溶解，得到料液B；

4)向料液B中加入磷酸二氢胺和腐植酸尿素，搅拌至溶解，得到料液C；

5)将料液C在-52℃下冷冻干燥1.7h，并粉碎至22目，得到颗粒剂；

6)向颗粒剂中加入木质素和棉粕，搅拌均匀，得到土壤调理剂。

实施例7

一种抗旱缓释型盐碱土壤调理剂，包括下述重量份的原料：腐植酸尿素48份、棉粕21份、硫酸钾13份、木质素9份、聚乙烯醇5份、保水剂2份和二乙醇胺钠2份；其中，保水剂包括下述重量份配比的原料：凹凸棒石粘土粉∶火山灰∶吸水树脂∶木屑＝3∶1∶2∶4。

以上土壤调理剂的制备过程包括下述步骤：

1)称取原料；

2)向保水剂中加入7倍质量的水，在98℃下搅拌至溶解，得到料液A；

3)向所述料液A中加入聚乙烯醇和三乙醇胺，在98℃下搅拌至溶解，得到料液B；

4)向料液B中加入磷酸二氢胺和腐植酸尿素，搅拌至溶解，得到料液C；

5)将料液C在-54℃下冷冻干燥1.8h，并粉碎至21目，得到颗粒剂；

6)向颗粒剂中加入木质素和棉粕，搅拌均匀，得到土壤调理剂。

实施例8

于2017年3月28日将实施例2-7中的土壤调理剂施入吉林省松原市长岭县的盐碱地中，每个实施例的施入面积为3亩，施入量为200-300kg/亩。每年施入两次，施入前测量土壤pH值和重金属、碳酸盐的含量；并于2018.03.28日，测量调理后的土壤中pH值和重金属、碳酸盐的含量；结果见表1；

其中，用氢氟酸-高氯酸-硝酸消解法检测土壤中Cr、As、Cd、Ni和Cu的含量；

以中和滴定法测定土壤中碳酸盐的含量(反应土壤的盐碱化程度)；

表1

由表1可知，在盐碱地中施入本发明实施例2-7中的土壤调理剂，可以有效调节土壤的pH值，且降低土壤中的重金属含量和碳酸盐总量。

实施例9

于2018.10月，分别在以上述实施例的调理剂改良后的土壤中种植小麦，种植密度为150-200株/m²，2019年7月收获，统计每种实施例下小麦的产量和小麦秸秆的重量；结果见表2；

表2

实施例10

改变土壤调理剂中各组分的配比，腐植酸尿素20份、棉粕41份、硫酸锌20份、木质素2份、聚乙烯醇15份、保水剂1份和二乙醇胺1份；以实施例5的方法制备得到土壤调理剂1；

改变土壤调理剂中各组分的配比，腐殖酸尿素58份、棉粕10份、硫酸锌5份、木质素20份、聚乙烯醇2份、保水剂4份和二乙醇胺1份；以实施例5的方法制备得到土壤调理剂2；

以实施例5中的土壤调理剂作为土壤调理剂3；

分别于2017年4月施入吉林省松原市长岭县的盐碱地中，每种调理剂的施入面积为3亩，施入量为200-300kg/亩。每年施入两次，施入前测量土壤pH值和重金属、碳酸盐的含量；并于2018.3月，测量调理后的土壤中pH值和重金属、碳酸盐的含量；结果见表3；

其中，用氢氟酸-高氯酸-硝酸消解法检测土壤中Cr、As、Cd、Ni和Cu的含量；

以中和滴定法测定土壤中碳酸盐的含量(反应土壤的盐碱化程度)；

表3

由表3可知，本发明公开的调理剂中各组分配比相较于其它范围的配比，取得了显著的技术效果。

然后，分别在以调理剂1、调理剂2和调理剂3改良后的土壤中种植小麦，待小麦收获后，计算小麦的总产量和小麦秸秆的总产量，结果见表4；

表4

由表4可知，变换本申请调节剂各组分的配比，对小麦的产量影响较大，且通过数据对比不难得知，当各组分的配比在本发明的范围内时，能够显著促进小麦的生长，反之，则对小麦的产量的促进作用影响较小。

实施例11

以腐植酸尿素45份、棉粕30份、硫酸锌11份、聚乙烯醇10份、保水剂2份和二乙醇胺2份制备调理剂1；

以棉粕70份、木质素5份、硫酸锌11份、聚乙烯醇10份、保水剂2份和二乙醇胺2份制备调理剂2；

以腐植酸尿素50份、棉粕30份、聚乙烯醇10份、木质素5份、保水剂3份和二乙醇胺2份制备调理剂3；

以腐植酸尿素50份、棉粕30份、硫酸锌11份、木质素5份、保水剂2份和二乙醇胺2份制备调理剂4；

分别将调理剂1-4中施入土壤中，一年后，种植小麦，计算小麦的产量和小麦秸秆重；结果见表5；

表5

由表5可知，调理剂1中去除了木质素，调理剂2中去除了腐植酸尿素、调理剂3中去除了无机肥，调理剂4中去除了聚乙烯醇，但是无论是去除哪种组分，其最终对小麦产量的促进作用均有较大程度地削弱，说明各组分间是协同起作用的。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种抗旱缓释型盐碱土壤调理剂，其特征在于，包括下述重量份的原料：腐植酸尿素40-50份、棉粕 20-30份、无机肥10-15份、木质素5-10份、聚乙烯醇5-10份、保水剂2-3份和表面活性剂2-3份；所述无机肥包括磷酸二氢钾、硫酸镁、硫酸钙、硫酸锌、磷酸二氢胺或硫酸钾 ；所述保水剂包括下述重量份配比的原料：凹凸棒石粘土粉∶火山灰∶吸水树脂∶木屑＝3∶1∶2∶4；所述表面活性剂包括：十二烷基苯磺酸钠、十二烷基苯磺酸、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺或二乙醇胺盐；所述腐植酸尿素包括：风化煤、尿素、固体催化剂和液体催化剂，且质量比为1∶1∶1∶1；所述固体催化剂为碳酸氢铵，所述液体催化剂为质量分数为25％的氢氧化钠水溶液。

2.一种抗旱缓释型盐碱土壤调理剂的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

1)按照权利要求1的配比称取原料；

2)向所述保水剂中加入水，在80-100℃下搅拌至溶解，得到料液A；

3)向所述料液A中加入聚乙烯醇和表面活性剂，在80-100℃下搅拌至溶解，得到料液B；

4)向料液B中加入无机肥和腐植酸尿素，搅拌至溶解，得到料液C；

5)将料液C冷冻干燥、粉碎，得到颗粒剂；

6)向颗粒剂中加入木质素和棉粕，得到土壤调理剂。

3.根据权利要求2所述的一种抗旱缓释型盐碱土壤调理剂的制备方法，其特征在于，步骤2)中，水的加入量为保水剂质量的6-10倍。

4.根据权利要求3所述的一种抗旱缓释型盐碱土壤调理剂的制备方法，其特征在于，步骤5)中，冷冻干燥的过程为-45～-55℃，冷冻干燥1-2h。

5.根据权利要求4所述的一种抗旱缓释型盐碱土壤调理剂的制备方法，其特征在于，步骤5)中，粉碎的细度为20-30目。