CN112661577A - 一种复合土壤调理剂的制备方法、设备及该复合土壤调理剂 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种复合土壤调理剂的制备方法、实施该制备方法的设备及采用该制备方法制备的复合土壤调理剂。其中，所述复合土壤调理剂的制备方法包括以下步骤：步骤(1)，将无机矿物质和农作物废弃物按照一定比例混合均匀，添加一定量的水溶液，获得混合物；步骤(2)，将所述混合物在一定温度范围内研磨一定时间，达到一定粒径，即得所述复合土壤调理剂。本发明的复合土壤调理剂的制备方法工艺简单，处理时间短，成本较低，适于广泛推广；采用本发明的制备方法制得的复合土壤调理剂不仅富含有机质、腐殖酸等多种天然有机物，而且“微化后”的混合物活化度高，可以补充土壤中缺失的一些植物生长所需的微量元素，且对环境友好，不会造成环境污染。

Description

一种复合土壤调理剂的制备方法、设备及该复合土壤调理剂

技术领域

本发明涉及农作物废弃物资源化利用及土壤治理领域，尤其涉及一种复合土壤调理剂的制备方法、设备及该复合土壤调理剂。

背景技术

我国是个农业大国，但我国可耕作土壤面积和土壤状况都不容乐观。特别是随着当下经济的快速发展，对农作物的需求不断扩大，为了能够促进农作物得于增产，投入于农业生产的化肥和农药的量都格外庞大。这种“输营养液”的掠夺耕作模式长期使用的结果就是：严重破坏了土壤的地质结构，使得土壤内部的营养成分失去了应有的平衡，从而导致土壤出现土壤板结、质地变差、储水功能弱化等众多问题。同时，农药的大量使用也会导致土壤污染，并且在土壤污染后又进一步影响了种植在土壤之中的农作物，使得农作物的质量遭受破坏。

此外，还有两个跟农业耕作无关的原因是：工业污水的不合理排放；固体废弃物的不合理处理。土壤是自然界水和大气循环的枢纽，水和大气的污染最终都会表现在土壤上；同样，土壤污染了，水和大气也不可能“独善其身”。可见，造成我国土壤污染的原因十分复杂，在进行治理时应抱以科学审慎的态度。

土壤的生态状态是保证国家“粮食安全”的主要支柱。除了加紧开展污染土壤治理以外，对可耕地土壤的保护和调理，改善区域土壤生态环境质量已经迫在眉睫。通过改善土壤含水率、酸碱度、土壤有机质和微生物生态环境来修复和调理土壤，将现有耕作模式向可持续集约化农业或者生态集约化农业转变。

目前国内生产的土壤调理剂主要是以麦饭石、蒙脱石、牡蛎壳、硅钙矿、炉渣以及粉煤灰并添加絮凝剂或保水剂配制而成，并以物理混拌或添加形式完成，工艺简单，但原料中的各种重金属含量无法消除，长期施用于土壤无疑会造成土壤重金属富积，对土壤生态产生一种危害，更不利于土壤的长期可持续利用生产，同时对农产品品质产生不良影响。

科研人员亦开发了一些土壤调理剂或修复剂，例如，中国专利申请201810419469.7，公开了一种土壤调理剂的制备方法，包括如下重量份的原料：褐煤40-60份、工业级过氧化氢2-5份、碳铵10-20份、贝壳粉10-20份、菌渣5-10份、复合微生物菌剂3-5份，通过混合搅拌、密封发酵的方法获得土壤调理剂；中国专利申请201811048792.4，公开了一种水稻秸秆-黏土复合土壤调理剂的制备方法，该发明原料为：20-70份水稻秸秆粉、30-80份天然多孔黏土、5-25份粘结剂、1-5份炭化助剂、80-150份去离子水，经混料、练泥、成型、装匣105-125℃烘干、封匣350-650℃焙烧，即得。然而，现有技术中原材料种类相对较多，处理过程相对复杂，制备成本较高，不利于大规模推广应用；且最终形态的颗粒尺寸都过于偏大，物质活化度低，生物利用度低，时效性相对较差。

因此，亟需一种制备工艺简单、制备成本较低的复合土壤调理剂的制备方法。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种复合土壤调理剂的制备方法、实施该制备方法的设备及采用该制备方法制备的复合土壤调理剂。本发明的复合土壤调理剂的制备方法采用天然农作物废弃物作为有机物和天然腐殖质、褐煤、煤矸石等无机矿物质作为无机物，将二者进行一定的预处理，通过机械研磨在微观尺度上提升各物质的活化度。本发明的制备方法工艺简单，处理时间短，成本较低，适于广泛推广；采用本发明的制备方法制备获得的复合土壤调理剂不仅富含有机质、腐殖酸等多种天然有机物，而且“微化后”的混合物活化度高，可以补充土壤中缺失的一些植物生长所需的微量元素，且对环境友好，不会造成环境污染。

为实现以上目的，本发明提供了一种复合土壤调理剂的制备方法，包括以下步骤：步骤(1)，将无机矿物质和农作物废弃物按照一定比例混合均匀，添加一定量的水溶液，获得混合物；步骤(2)，将所述混合物在一定温度范围内研磨一定时间，达到一定粒径，即得所述复合土壤调理剂。

优选地，步骤(1)中，所述无机矿物质为煤矸石、褐煤、泥煤、腐殖质、土壤、硅钙矿中的一种或几种；所述农作物废弃物为水稻秸秆、小麦秸秆、棉花秸秆、玉米秸秆、甘蔗残渣、红薯秸秆、马铃薯秸秆中的一种或几种。

优选地，步骤(1)中，所述无机矿物质为褐煤；所述农作物废弃物为小麦秸秆。

优选地，步骤(1)中，褐煤的粒径为2-20mm。

优选地，步骤(1)中，所述无机矿物质占所述农作物废弃物的质量份为0.5％-20％。

优选地，步骤(1)中，所述水溶液中含有钾离子，所述钾离子的浓度为0.001-0.1N，pH为6.0-8.5。

优选地，步骤(1)中，所述钾离子由氯化钾、硫酸钾、磷酸钾、硝酸钾、氢氧化钾中的一种或多种提供，优选由氯化钾提供。

优选地，步骤(1)中，所述水溶液采用酸性溶液或碱性溶液调节pH，其中，所述酸性溶液包括盐酸、磷酸、硝酸中的一种或多种，优选包括盐酸；所述碱性溶液包括氢氧化钾、氢氧化钠、氨水中的一种或多种。

优选地，步骤(1)中，所述混合物的湿度为5-30％。在机械研磨过程中，无机矿物质和农作物废弃物的混合程度与湿度有关，一定的湿度可避免研磨时摩擦温度升高过快；一定的酸度或碱度不仅可以软化农作物废弃物组织，而且有助于农作物废弃物中的纤维素在机械研磨过程中部分水解，同时可提升矿物质中微量元素的溶出率，改善无机矿物质中腐殖质等物质的水溶分散性，使无机矿物质与农作物废弃物的融合更加充分，提升研磨效果。在使用所述复合土壤调理剂调理土壤时，根据所要调理的土地状态，选择不同的复合土壤调理剂，对酸性土地调理采用弱碱性复合土壤调理剂，对盐碱地调理采用弱酸性复合土壤调理剂。

优选地，步骤(2)中，所述研磨的时间为2-15min，温度为80-140℃。研磨时间的长短和原料的组成有关，农作物废弃物等有机物含量高，研磨时间相对短；此外，粒度越小所需研磨时间越长；而温度的设定范围与相关物质的活化度有关，温度控制在80-140℃之间，农作物废弃物更容易软化，且有利于农作物废弃物组织撕裂；研磨时间越长，温度越高，要控制温度不宜过高，否则会引起农作物废弃物等碳化，可采用间歇式研磨或循环散热以控制研磨温度。研磨过程中，无机矿物质与农作物废弃物协调作用，撕裂和表面残缺，活化度高，吸附和融合充分，有利于微量元素析出和微生物吸收和利用，促进物质转化。此外，适当的温度和作用时间有利于杀死农作物废弃物中的虫卵，增强农作物“体质”，减少农药用量，改善土壤生态环境；研磨后形成的颗粒越细小，相对活化程度越高，可生物利用度越好。

优选地，所述复合土壤调理剂的粒径为1-500μm。也即是说，步骤(2)中，将所述混合物研磨一定时间后获得粒径为1-500μm的细颗粒，可直接作为复合土壤调理剂使用。

优选地，步骤(2)中，将所述混合物研磨一定时间并达到所述粒径后，加入一定量的微生物菌剂，混合均匀，即得所述复合土壤调理剂。添加微生物菌剂，使微生物附着在研磨后获得的细颗粒表面，可提高有益物质的生物利用度，强化微生物菌群的扩增，改善土壤生态环境。

优选地，所述微生物菌剂包括枯草芽孢杆菌、米曲霉、酿酒酵母、固氮菌、硝化细菌、腐生细菌中的一种或多种，所述微生物菌剂与所述混合物的质量比为0.002-0.008:1。

优选地，所述复合土壤调理剂的湿度为6-35％。

本发明还提供了一种用于实施所述制备方法制备所述复合土壤调理剂的设备。

优选地，所述设备包括预处理装置、研磨装置、出料装置，其中，所述预处理装置用于将无机矿物质、农作物废弃物及水溶液按照一定比例及添加顺序进行混合，获得混合物；所述研磨装置用于对所述混合物进行研磨；所述出料装置用于将制备获得的复合土壤调理剂进行密封包装或造粒。

优选地，所述设备为车载设备或模块化设备。

优选地，所述研磨装置为雷磨机、球磨机、磨粉机、超微粉碎机或螺杆挤出机。

本发明还提供了一种根据所述复合土壤调理剂的制备方法制备获得的复合土壤调理剂。

本发明采用农作物废弃物和无机矿物质为主要原料，并通过高温研磨法获得复合土壤调理剂。本发明的技术方案的特点是将重新“活化”已经“钝化”矿石中的微量元素和强化农作物秸秆等有机质的自然反哺土壤过程有机结合在一起，还可以辅以微生物菌剂，通过提升各物质之间的活化度和协同效能，对土壤生态进行修复和调理。本发明制备的复合土壤调理剂不仅富含有机质、腐殖酸等多种天然有机物，而且“活化后”的矿物质可以补充土壤中缺失的一些植物生长所需的微量元素，同时部分水解的秸秆更有利于土壤微生物增殖，是一种以提供全营养成分，提高有益物质生物利用度，改善土壤生态环境为设计理念的产品，具有改良土壤，治理荒地，提高农作物产量，改善农产品品质，恢复农作物原生态等功能。

具体实施方式

如本文所用之术语：

“由……制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。

连接词“由……组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由……组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。

当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1～5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1～4”、“1～3”、“1～2”、“1～2和4～5”、“1～3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。

在这些实施例中，除非另有指明，所述的份和百分比均按质量计。

“质量份”指表示多个组分的质量比例关系的基本计量单位，1份可表示任意的单位质量，如可以表示为1g，也可表示2.689g等。假如我们说A组分的质量份为a份，B组分的质量份为b份，则表示A组分的质量和B组分的质量之比a：b。或者，表示A组分的质量为aK，B组分的质量为bK(K为任意数，表示倍数因子)。不可误解的是，与质量份数不同的是，所有组分的质量份之和并不受限于100份之限制。

“和/或”用于表示所说明的情况的一者或两者均可能发生，例如，A和/或B包括(A和B)和(A或B)。

本发明提供了一种复合土壤调理剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)，将无机矿物质和农作物废弃物按照一定比例混合均匀，添加一定量的水溶液，获得混合物；

作为一种优选的实施例，所述无机矿物质为煤矸石、褐煤、泥煤、腐殖质、土壤、硅钙矿中的一种或几种；所述农作物废弃物为水稻秸秆、小麦秸秆、棉花秸秆、玉米秸秆、甘蔗残渣、红薯秸秆、马铃薯秸秆、瓜秧子、黄瓜秧子等蔬菜作物废弃物中的一种或几种；

作为一种优选地实施例，所述水溶液中含有钾离子，所述钾离子由氯化钾、硫酸钾、磷酸钾、硝酸钾、氢氧化钾中的一种或多种提供；所述水溶液采用酸性溶液或碱性溶液调节pH，其中，所述酸性溶液包括盐酸、磷酸、硝酸中的一种或多种；所述碱性溶液包括氢氧化钾、氢氧化钠、氨水中的一种或多种；

作为一种具体的实施例，所述无机矿物质为褐煤；所述农作物废弃物为小麦秸秆；所述水溶液中含有钾离子，所述钾离子由氯化钾提供；所述水溶液采用酸性溶液调节pH，其中，所述酸性溶液包括盐酸，盐酸的浓度为0.005-0.2N；其中，褐煤的粒径为2-20mm；褐煤占小麦秸秆的质量份为0.5％-20％；所述含钾离子的水溶液中钾离子的浓度为0.001-0.1N，pH为6.0-8.5；所述混合物的湿度为5-30％；

本步骤中，将褐煤与小麦秸秆混合，并加入盐酸和氯化钾水溶液，通过盐酸调节氯化钾水溶液的pH值，同时调节混合物的湿度，一定的湿度可避免研磨时摩擦温度升高过快；一定的酸度不仅可以软化农作物废弃物组织，而且有助于农作物废弃物中的纤维素在机械研磨过程中部分水解，同时可提升矿物质中微量元素的溶出率，改善无机矿物质中腐殖质等物质的水溶分散性，提升研磨效果。

步骤(2)，将所述混合物在一定温度范围内研磨一定时间，达到一定粒径，即得所述复合土壤调理剂。

作为一种优选的实施例，将所述混合物研磨一定时间并达到所述粒径后，并加入一定量的微生物菌剂，混合均匀，即得所述复合土壤调理剂；

作为一种优选的实施例，步骤(2)中，所述研磨的时间为2-15min，温度为80-140℃，研磨后获得的细颗粒的粒径为1-500μm；所述微生物菌剂包括枯草芽孢杆菌、米曲霉、酿酒酵母、固氮菌、硝化细菌、腐生细菌中的一种或多种，所述微生物菌剂与所述混合物的质量比为0.002-0.008:1；所述复合土壤调理剂的湿度为6-35％。

步骤(2)利用机械研磨将无机矿物质和植物废弃物在微观环境下充分研磨和融合后，混合物具有一定的生物活化度，其中，研磨时间的长短和原料的组成有关，农作物废弃物等有机物含量高，研磨时间相对短；此外，粒度越小所需研磨时间越长；而温度的设定范围与相关物质的活化度有关，温度控制在80-140℃之间，研磨时间越长，温度越高，要控制温度不宜过高，否则会引起农作物废弃物等碳化，可采用间歇式研磨或循环散热以控制研磨温度。研磨过程中，无机矿物质与农作物废弃物协调作用，撕裂和表面残缺，活化度高，吸附和融合充分，有利于微量元素析出和微生物吸收和利用，促进物质转化。此外，适当的温度和作用时间有利于杀死农作物废弃物中的虫卵，增强农作物“体质”，减少农药用量，改善土壤生态环境；研磨后形成的颗粒越细小，相对活化程度越高，可生物利用度越好。而通过添加微生物菌剂，使微生物附着在研磨后获得的细颗粒表面，可提高有益物质的生物利用度，强化微生物菌群的扩增，改善土壤生态环境。

本发明还提供了一种用于实施所述制备方法制备所述复合土壤调理剂的设备。

作为一种优选的实施方式，所述设备包括预处理装置、研磨装置、出料装置，其中，所述预处理装置用于将无机矿物质、农作物废弃物及水溶液按照一定比例及添加顺序进行混合，获得混合物；所述研磨装置用于对所述混合物进行研磨；所述出料装置用于将制备获得的复合土壤调理剂进行密封包装或造粒。

所述设备为车载设备或模块化设备，其中，所述研磨装置为雷磨机、球磨机、磨粉机、超微粉碎机或螺杆挤出机，可根据无机矿物质和农作物废弃物的比值选择合适的研磨装置。

本发明还提供了一种根据所述复合土壤调理剂的制备方法制备获得的复合土壤调理剂。

下面将结合具体实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1

本实施例提供了一种复合土壤调理剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将褐煤10份、硅钙矿5份和水稻秸秆85份混合均匀，用pH值在6.0的氯化钾水溶液将混合物的湿度控制10-16％，其中，氯化钾水溶液中钾离子的浓度为0.001N；

(2)将混合物加入雷磨机中研磨10分钟，温度控制在100-120℃，获得粒径为1-50μm的细颗粒；然后加入质量比为0.002的枯草芽孢杆菌，湿度控制在12％-18％之间，均匀混合后，密封包装或造粒，即得复合土壤调理剂。

实施例2

本实施例提供了一种复合土壤调理剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将褐煤10份和玉米秸秆90份混合均匀，用pH值在7.0的氯化钾水溶液将混合物的湿度控制12-18％，其中，氯化钾水溶液中钾离子的浓度为0.01N；

(2)将混合物加入雷磨机中研磨10分钟，温度控制在90-130℃，获得粒径为1-50μm的细颗粒；湿度控制在6％-10％之间，密封包装，即得复合土壤调理剂。

实施例3

本实施例提供了一种复合土壤调理剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将褐煤16份和小麦秸秆84份混合均匀，用pH值在8.0的硫酸钾水溶液将混合物的湿度控制16-18％，其中，硫酸钾水溶液中钾离子的浓度为0.05N；

(2)将混合物加入雷磨机中研磨15分钟，温度控制在90-140℃，获得粒径为1-30μm的细颗粒；然后加入质量比为0.008的米曲霉，湿度控制在15％-20％之间，均匀混合后，密封包装或造粒，即得复合土壤调理剂。

实施例4

本实施例提供了一种复合土壤调理剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将煤矸石15份和棉花秸秆85份混合均匀，用pH值在8.5的硫酸钾水溶液将混合物的湿度控制15-18％，其中，硫酸钾水溶液中钾离子的浓度为0.1N；

(2)将混合物加入雷磨机中研磨2分钟，温度控制在90-140℃，获得粒径为400-500μm的细颗粒；然后加入质量比为0.002的酿酒酵母，湿度控制在12％-18％之间，均匀混合后，密封包装或造粒，即得复合土壤调理剂。

实施例5

本实施例提供了一种复合土壤调理剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将腐殖质15份和水稻秸秆85份混合均匀，用pH值在6.0的氯化钾水溶液将混合物的湿度控制10-16％，其中，氯化钾水溶液中钾离子的浓度为0.001N；

(2)将混合物加入磨粉机中研磨10分钟，温度控制在100-120℃，获得粒径为1-50μm的细颗粒；然后加入质量比为0.002的枯草芽孢杆菌，湿度控制在12％-18％之间，均匀混合后，密封包装或造粒，即得复合土壤调理剂。

实施例6

本实施例提供了一种复合土壤调理剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将土壤15份和甘蔗残渣85份混合均匀，用pH值在6.0的氯化钾水溶液将混合物的湿度控制10-16％，其中，氯化钾水溶液中钾离子的浓度为0.001N；

(2)将混合物加入磨粉机中研磨10分钟，温度控制在100-120℃，获得粒径为1-50μm的细颗粒；然后加入质量比为0.002的枯草芽孢杆菌，湿度控制在12％-18％之间，均匀混合后，密封包装或造粒，即得复合土壤调理剂。

实施例7

本实施例提供了一种复合土壤调理剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将土壤15份和瓜秧子85份混合均匀，用pH值在6.0的硫酸钾水溶液将混合物的湿度控制20-30％，其中，硫酸钾水溶液中钾离子的浓度为0.001N；

(2)将混合物加入磨粉机中研磨2分钟，温度控制在100-120℃，获得粒径为400-500μm的细颗粒；然后加入质量比为0.002的硝化细菌，湿度控制在12％-18％之间，均匀混合后，密封包装或造粒，即得复合土壤调理剂。

实施例8

本实施例提供了一种复合土壤调理剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将土壤15份和瓜秧子85份混合均匀，用水溶液将混合物的湿度控制20-30％；

(2)将混合物加入磨粉机中研磨2分钟，温度控制在100-120℃，获得粒径为400-500μm的细颗粒，密封包装或造粒，即得复合土壤调理剂。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种复合土壤调理剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(1)，将无机矿物质和农作物废弃物按照一定比例混合均匀，添加一定量的水溶液，获得混合物；

步骤(2)，将所述混合物在一定温度范围内研磨一定时间，达到一定粒径，即得所述复合土壤调理剂。

2.如权利要求1所述的复合土壤调理剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述无机矿物质占所述农作物废弃物的质量份为0.5％-20％。

3.如权利要求1所述的复合土壤调理剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述水溶液中含有钾离子，所述钾离子的浓度为0.001-0.1N，pH为6.0-8.5。

4.如权利要求1所述的复合土壤调理剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述混合物的湿度为5-30％。

5.如权利要求1所述的复合土壤调理剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述研磨的时间为2-15min，温度为80-140℃。

6.如权利要求1所述的复合土壤调理剂的制备方法，其特征在于，所述复合土壤调理剂的粒径为1-500μm。

7.如权利要求1所述的复合土壤调理剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，将所述混合物研磨一定时间并达到所述粒径后，加入一定量的微生物菌剂，混合均匀，即得所述复合土壤调理剂。

8.如权利要求7所述的复合土壤调理剂的制备方法，其特征在于，所述复合土壤调理剂的湿度为6-35％。

9.一种用于实施权利要求1所述的制备方法制备所述复合土壤调理剂的设备。

10.根据权利要求1所述的复合土壤调理剂的制备方法制备获得的复合土壤调理剂。