CN113498648A - 一种利用甘蔗灰除草及改良土壤的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及农业废弃物循环再利用技术领域,具体公开了一种利用甘蔗灰除草及改良土壤的方法,将包含甘蔗灰的土壤改良剂均匀撒在土壤表面,30~40天后进行土壤翻耕,翻耕深度20~30cm,将土壤改良剂与土壤混合翻入中;所述土壤改良剂包括以下重量份原料:甘蔗灰40~60份、复合氨基酸6~10份、羟甲基纤维素10~13份、混合菌剂0.1~0.3份、阿特拉津0.5~1份、明胶15~20份、琼脂5~8份、壳聚糖3~6份。本发明的利用甘蔗灰除草及改良土壤的方法,将甘蔗灰与复合氨基酸、羟甲基纤维素、混合菌剂和阿特拉津等混合施用,能够改善土壤结构、增加土壤养分和保水保肥作用,具有调理土壤和除草效果。能够调节土壤酸碱度,延缓土壤酸化;能够降低土壤容重,提高土壤孔隙率。
Description
技术领域
本发明属于农业废弃物循环再利用技术领域,特别涉及一种利用甘蔗灰除草及改良土壤的方法。
背景技术
甘蔗是广西区种植面积最大的经济作物,年种植面积约18000万亩,主要分布在广西中部、南部和西南部。在甘蔗收获和甘蔗制糖过程中会产生大量废弃物,首先收获甘蔗后在产生大量的甘蔗叶,甘蔗叶就地直接焚烧即浪费资源又污染环境,将其回收用于生物质发电,在一定程度上缓解电力紧缺的压力,又能避免秸秆焚烧对环境的污染,甘蔗叶用于生物质发电会生成甘蔗叶灰废弃物;其次甘蔗制糖过程中会产生大量甘蔗渣,甘蔗渣经糖厂锅炉燃烧成废弃物蔗渣灰,甘蔗叶灰和蔗渣灰中含有大量的植物所需的营养元素,将其丢弃填埋,不仅浪费资源,还会带来环境问题。将甘蔗叶灰和蔗渣灰应用到农林业,不仅可以将营养元素归还给土壤,还能提高土壤肥。
目前使用的肥料中化学肥料占主要部分,化学肥料可以为作物提供所需的营养物质,具有养分足、见效快等优点,长年使用化肥,造成土壤酸化严重,导致土壤盐基离子容易流失,造成土壤贫瘠化,重金属活化,土壤中有毒重金属离子含量增加,土壤板结,土壤保水性差,导致农作物生长缓慢、产量和品质下降,改良土壤对提高作物产量和品质具有重要作用。
我国农田杂草面多量广,人工除草效率低、费用高,导致化学除草技术使用面积不断扩大。但是,现有除草剂以乳油等常规剂型为主,施用到植物或土壤后,研究表明除草剂的利用率仅为百分之三十左右,大部分除草剂随地表径流流失、或者随土壤水分垂直运动淋失,进入地表或地下水体系,一方面降低了除草剂利用效率,另一方面带来严重的环境污染问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用甘蔗灰除草及改良土壤的方法,具有改良土壤和除草的效果,增加土壤养分含量,改善土壤结构,具有保水保肥作用。
为实现上述目的,本发明提供了一种利用甘蔗灰除草及改良土壤的方法,将包含甘蔗灰的土壤改良剂均匀撒在土壤表面,30~40天后进行土壤翻耕,翻耕深度20~30cm,将土壤改良剂翻入土壤中;
所述土壤改良剂包括以下重量份原料:甘蔗灰40~60份、复合氨基酸6~10 份、羟甲基纤维素10~13份、混合菌剂0.1~0.3份、阿特拉津0.5~1份、明胶15~20 份、琼脂5~8份、壳聚糖3~6份,所述混合菌剂为枯草芽孢杆菌、黑曲霉和胶冻样芽孢杆菌重量比为4~6:2~3:5~7的混合菌剂,所述复合氨基酸为谷氨酸和精氨酸按照重量比为2~3:1混合。
所述甘蔗灰为甘蔗叶灰、甘蔗渣灰中的一种或者两种混合,为甘蔗叶和甘蔗渣在发电厂中和糖厂锅炉经过高温燃烧得到的,甘蔗灰偏碱性,并且富含钾、磷、钙等多种植物营养元素,可以改善土壤酸化,作为农作物肥料使用;甘蔗叶和甘蔗渣经高温燃烧得到的甘蔗灰为疏松多孔结构,比表面积大,具有吸附性,与复合氨基酸、羟甲基纤维素和混合菌剂混合使用具有改善土壤结构、增加土壤养分和保水保肥作用。阿特拉津为2-氯-4-乙胺基-6-异丙胺基-1,3,5-三嗪,分子式为C8H14ClN5,本发明中采用市售50%阿特拉津可湿粉剂,属于内吸选择性封闭除草剂,杀草谱较广,能够防除马唐、稗草、狗尾草、莎草、蓼、藜、十字花科等多种杂草。明胶中含有大量蛋白质等有机物、磷酸钙、羟基磷酸钙等成分,容易被微生物降解用作植物营养成分促进植物生长,还可以作为微生物繁殖生长点促进微生物生长。琼脂和壳聚糖可大量增加有益菌的增殖,抑制病害菌类的生长,提高作物的免疫功能,并且刺激作物健壮生长。
优选的,上述利用甘蔗灰除草及改良土壤的方法中,所述土壤改良剂的施入量为200~240kg/亩。
优选的,上述利用甘蔗灰除草及改良土壤的方法中,所述土壤改良剂的制备方法包括以下步骤:
(1)将甘蔗灰20~30份和水混合配制混悬液,然后在混悬液中加入由聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基磺酸钠和失水山梨醇月桂酸酯组成的表面改性剂,在 50~60℃下超声振荡30~40min,过滤得固体物,将固体物洗涤、干燥,得到改性甘蔗灰;
(2)将阿特拉津0.5~1份溶于甲醇得到混合溶液中,再加入改性甘蔗灰混合均匀,搅拌3~4h,然后减压蒸馏回收甲醇,收集固态物质,进行干燥,粉碎研磨得到吸附阿特拉津的甘蔗灰;
(3)称取明胶15~20份、琼脂5~8份、壳聚糖3~6份和蒸馏水300~400份,加热搅拌使明胶、琼脂和壳聚糖溶解混合得到混合溶液,再在混合溶液中加入步骤(2)得到的吸附阿特拉津的甘蔗灰,搅拌混匀,然后喷雾干燥得到缓释颗粒;
(4)将步骤(3)得到的缓释颗粒和甘蔗灰20~30份、复合氨基酸6~10份、羟甲基纤维素10~13份、混合菌剂0.1~0.3份混合均匀得到土壤改良剂。
首先采用聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基磺酸钠和失水山梨醇月桂酸酯组成的表面改性剂对甘蔗灰表面进行改性,有利于甘蔗灰吸附除草剂和提高甘蔗灰与明胶、琼脂和壳聚糖相容性,提高后续包封率,采用明胶、琼脂和壳聚糖作为壳体材料,具有包封率高、壳体致密,进一步提高缓释效果,有助于提高除草剂的利用率,减少除草剂的流失。
优选的,上述利用甘蔗灰除草及改良土壤的方法中,所述步骤(1)中,所述混悬液的固含量为18~25%。
优选的,上述利用甘蔗灰除草及改良土壤的方法中,所述甘蔗灰为甘蔗叶灰、甘蔗渣灰中的一种或者两种混合。
优选的,上述利用甘蔗灰除草及改良土壤的方法中,所述步骤(1)中,表面改性剂中聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基磺酸钠和失水山梨醇月桂酸酯重量为 2~3:3~5:1~2。表面改性剂的加入量为混悬液质量的2.8~4.0%。
优选的,上述利用甘蔗灰除草及改良土壤的方法中,所述步骤(1)中,干燥工艺参数为:干燥温度为60~70℃,干燥时间为8~10h。
优选的,上述利用甘蔗灰除草及改良土壤的方法中,所述步骤(1)中,超声振荡工艺参数为:超声功率为500~800W、超声频率为20~40Hz。
优选的,上述利用甘蔗灰除草及改良土壤的方法中,所述步骤(3)中,喷雾干燥过程中进风温度为170~185℃,出风温度为60~70℃,进料速度为 18~22mL/min。
与现有的技术相比,本发明具有如下有益效果:
1.本发明的利用甘蔗灰除草及改良土壤的方法,将甘蔗灰与复合氨基酸、羟甲基纤维素、混合菌剂和阿特拉津等混合施用,能够改善土壤结构、增加土壤养分和保水保肥作用,具有调理土壤和除草效果。能够调节土壤酸碱度,延缓土壤酸化;能够降低土壤容重,提高土壤孔隙率。
2.本发明的利用甘蔗灰除草及改良土壤的方法,对甘蔗灰进行改性,有利于甘蔗灰吸附除草剂和增强甘蔗灰与明胶、琼脂和壳聚糖相容性,提高后续包封率,采用明胶、琼脂和壳聚糖作为壳体材料,具有包封率高、壳体致密,提高缓释效果,有助于提高除草剂的利用率,减少除草剂的流失。
3.本发明的利用甘蔗灰除草及改良土壤的方法,甘蔗灰提供碳源、明胶提供氮源促进土壤中微生物的生长,壳聚糖还可以作为微生物生长繁殖点促进微生物生长,从而促进残留在土壤中的除草剂的微生物降解,减少除草剂在土壤中的残留量,降低其对生物和环境的污染。
4.本发明的利用甘蔗灰除草及改良土壤的方法,方法简单,所用的原料容易获取,适合大规模应用。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行详细描述,但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
一、缓释颗粒制备
实施例1
缓释颗粒的制备方法包括以下步骤:
(1)将甘蔗灰28份和水混合配制固含量为20%混悬液,然后在混悬液中加入由重量比为2.5:4:2的聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基磺酸钠和失水山梨醇月桂酸酯组成的表面改性剂,表面改性剂的加入量为混悬液质量的3%,在60℃下超声振荡30min,过滤得固体物,将固体物洗涤、在65℃下干燥10h,得到改性甘蔗灰;
(2)将阿特拉津0.8份溶于30份甲醇得到混合溶液中,再加入步骤(1)得到改性甘蔗灰混合均匀,在400r/min转速下搅拌3h,然后减压蒸馏回收甲醇,收集固态物质,进行干燥,粉碎研磨,过300目筛网,得到吸附阿特拉津的甘蔗灰;
(3)称取明胶18份、琼脂6份、壳聚糖5份和蒸馏水300份,加热到80℃搅拌使明胶、琼脂和壳聚糖溶解混合得到混合溶液,再在混合溶液中加入步骤(2) 得到的吸附阿特拉津的甘蔗灰,搅拌混匀,然后喷雾干燥,雾干燥过程中进风温度为180℃,出风温度为65℃,进料速度为18mL/min,得到缓释颗粒。
实施例2
缓释颗粒的制备方法包括以下步骤:
(1)将甘蔗灰25份和水混合配制固含量为22%混悬液,然后在混悬液中加入由重量比为3:3:1.5的聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基磺酸钠和失水山梨醇月桂酸酯组成的表面改性剂,表面改性剂的加入量为混悬液质量的3.5%,在60℃下超声振荡30min,过滤得固体物,将固体物洗涤,在65℃下干燥10h,得到改性甘蔗灰;
(2)将阿特拉津0.6份溶于30份甲醇得到混合溶液中,再加入步骤(1)得到改性甘蔗灰混合均匀,在400r/min转速下搅拌3h,然后减压蒸馏回收甲醇,收集固态物质,进行干燥,粉碎研磨,过300目筛网,得到吸附阿特拉津的甘蔗灰;
(3)称取明胶15份、琼脂8份、壳聚糖4份和蒸馏水300份,加热到80℃搅拌使明胶、琼脂和壳聚糖溶解混合得到混合溶液,再在混合溶液中加入步骤(2)得到的吸附阿特拉津的甘蔗灰,搅拌混匀,然后喷雾干燥,在60℃下超声振荡30min,超声功率为600W、超声频率为40Hz,得到缓释颗粒。
对比例1
本对比例的缓释颗粒的制备方法与实施例1不同之处在于:不包括步骤(1),不对甘蔗灰进行改性,其他步骤和参数与实施例1相同。
对比例2
本对比例的缓释颗粒的制备方法与实施例1不同之处在于:步骤(3)中采用明胶混合溶液替代明胶、琼脂和壳聚糖混合溶液,其他步骤和参数与实施例 1相同。
对比例3
本对比例的缓释颗粒的制备方法与实施例1不同之处在于:步骤(3)中采用明胶和琼脂混合溶液替代明胶、琼脂和壳聚糖混合溶液,其他步骤和参数与实施例1相同。
对比例4
本对比例的缓释颗粒的制备方法与实施例1不同之处在于:步骤(3)中采用明胶和壳聚糖混合溶液替代明胶、琼脂和壳聚糖混合溶液,其他步骤和参数与实施例1相同。
试验例1缓释颗粒的质量检测
测定实施例1~2和对比例1~3制得的土壤改良剂的包封率,测试实施例1~2 和对比例1~3制得的土壤改良剂中阿特拉津的释放率,包封率的测试方法为:将颗粒状土壤改良剂放入水中加热溶解壳体,然后过滤、洗涤、干燥,称重得到颗粒剂中包封甘蔗灰和阿特拉津混合物含量,包封率=颗粒剂中甘蔗灰和阿特拉津混合物含量×100%/包封与未包封甘蔗灰和阿特拉津混合物总量,结果见表 1。阿特拉津的释放率度测试方法为:将制备的土壤改良剂100mg放入1000mL 水中,间隔一定时间后取水样分析其中的阿特拉津含量,采用气相色谱法测试水中的阿特拉津含量,计算不同时间下阿特拉津的释放率,释放率=即释放到水中的阿特拉津含量×100%/制剂中阿特拉津含量),结果见表2。
表1缓释颗粒的包封率
组别 | 包封率(%) |
实施例1 | 93.5% |
实施例2 | 92.6% |
对比例1 | 85.8% |
对比例2 | 83.1% |
对比例3 | 86.0% |
对比例4 | 85.3% |
表2缓释颗粒的释放度
从表1和表2中可以看出,本发明制备的缓释颗粒的包封率高,释放时间显著延长。
二、利用甘蔗灰除草及改良土壤
实施例3
一种利用甘蔗灰除草及改良土壤的方法,将包含甘蔗灰的土壤改良剂均匀撒在土壤表面,施入量为220kg/亩;30天后进行土壤翻耕,翻耕深度20~30cm,将土壤改良剂翻入土壤中;
土壤改良剂为将实施例1的缓释颗粒和甘蔗灰22份、复合氨基酸8份、羟甲基纤维素11份、混合菌剂0.2份混合均匀得到土壤改良剂。甘蔗灰为甘蔗叶灰和甘蔗渣灰两种混合,混合菌剂为枯草芽孢杆菌、黑曲霉和胶冻样芽孢杆菌重量比为5:3:6的混合菌剂,混合菌剂中各种菌类的活性大于108CFU/g,复合氨基酸为谷氨酸和精氨酸按照重量比为2.2:1混合。
实施例4
一种利用甘蔗灰除草及改良土壤的方法,将包含甘蔗灰的土壤改良剂均匀撒在土壤表面,施入量为210kg/亩;30天后进行土壤翻耕,翻耕深度20~30cm,将土壤改良剂翻入土壤中;
土壤改良剂为将实施例2的缓释颗粒和甘蔗灰28份、复合氨基酸7份、羟甲基纤维素12份、混合菌剂0.15份混合均匀得到土壤改良剂。甘蔗灰为甘蔗叶灰和甘蔗渣灰两种混合,混合菌剂为枯草芽孢杆菌、黑曲霉和胶冻样芽孢杆菌重量比为4:2:5的混合菌剂,混合菌剂中各种菌类的活性大于108CFU/g,复合氨基酸为谷氨酸和精氨酸按照重量比为2.5:1混合。
对比例5
本对比例的方法与实施例1不同之处在于:土壤改良剂中不含复合氨基酸和羟甲基纤维素。
对比例6
本对比例的方法与实施例1不同之处在于:土壤改良剂中不含复合氨基酸。
对比例7
本对比例的方法与实施例1不同之处在于:土壤改良剂中不含羟甲基纤维素。
试验例1改良土壤效果试验
实验材料
供试土壤为广西农科院甘蔗试验田土壤,随机采取土样,取样深度0~20cm,风干后过2mm筛。供试土壤有机质含量为9.76g/kg、速效钾含量108.2ppm、速效磷含量23.9ppm(以干基为基准),PH为5.6。
试验过程:
取6个尺寸为50cm×50cm×30cm的有机玻璃试样箱,将6个有机玻璃试样箱分别编号空白对照组、实施例3、实施例4、对比例5、对比例6、对比例7,分别加入的风干土壤和相应的土壤改良剂,土壤改良剂的加入量按照实施例3~4和对比例5~7的方法中的施入量进行换算,将风干土壤和土壤改良剂混合好之后,加入适量蒸馏水保持土壤中的水分含量为60%,保持装填高度为 20cm,保证土壤的干容重为1.4g/cm3,装好后将5个有机玻璃箱放25℃环境中进行培土中,并第5天、第15天、第30天取土样测试速效钾(乙酸铵浸提,火焰光度法)、速效磷(钼锑抗比色法)和土壤PH值(电位法,水土比为2.5:1), 30天后土壤容重(环刀法),测试结果如表3所示。
表3土壤理性指标数据
从表3中可知,本发明的土壤改良方法可以逐步持续提升土壤中速效钾和速效磷的含量,增加土壤养分,具有稳定土壤速效钾和速效磷作用,具有保肥作用;能够提高土壤PH值,能够改善土壤结构,增加土壤的通透性。
试验例3田间小区试验
在广西农科院甘蔗试验田进行甘蔗种植试验,设置实施例3~4组、对比例 5~7和空白对照组,采用随机区组设计,每个区种植面积为50m2,每个区的土壤状态相同,选取健康的桂糖49号甘蔗单芽种苗种植,对照组按照进行复合化肥和有机肥结合的常规施肥方式施入底肥,实施例3~4组和对比例5~7组底肥中的有机肥减少15%,将甘蔗种苗定植后,实施例3~4组和对比例5~7组按照实施例3~4和对比例5~7提供的方法施入相应的土壤改良剂,其他按照常规管理方法进行管理。60天后调查杂草率,杂草率(%)=(处理区杂草鲜重/空白对照组杂草鲜重)×100%,调查方法:用剪刀剪取地面以上部分,称量鲜重,调查结果如表4所示。甘蔗成熟后调查甘蔗产量,每组测试结果取3个重复的平均值,结果如表5。使用环刀分别采集0~20cm耕作层土样,调查土壤的PH、有机质含量、土壤总孔隙率和持水量,每个指标取3个重复,结果如表5。
由表4可知,本发明的方法具有好的除草效果。从表5中可以看出,相较于空白对照组,实施例3和实施例4组产量有一定的提高,说明本方法具有一定的增产效果;与空白对照组相比,实施例组土壤有机质含量、土壤总孔隙度和土壤含水量都有一定的提高,说明本发明的方法能够改善土壤结构,缓解土壤酸化,增加土壤有机质含量,提高土壤保水能力。
表4各组杂草率
表5甘蔗产量和土壤理化性质
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式,并且很显然,根据上述教导,可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用,从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (9)
1.一种利用甘蔗灰除草及改良土壤的方法,其特征在于,将包含甘蔗灰的土壤改良剂均匀撒在土壤表面,30~40天后进行土壤翻耕,翻耕深度20~30cm,将土壤改良剂与土壤混合翻入土壤中;
所述土壤改良剂包括以下重量份原料:甘蔗灰40~60份、复合氨基酸6~10份、羟甲基纤维素10~13份、混合菌剂0.1~0.3份、阿特拉津0.5~1份、明胶15~20份、琼脂5~8份、壳聚糖3~6份,所述混合菌剂为枯草芽孢杆菌、黑曲霉和胶冻样芽孢杆菌重量比为4~6:2~3:5~7的混合菌剂,所述复合氨基酸为谷氨酸和精氨酸按照重量比为2~3:1混合。
2.根据权利要求1所述的利用甘蔗灰除草及改良土壤的方法,其特征在于,所述土壤改良剂的施入量为200~240kg/亩。
3.根据权利要求1所述的利用甘蔗灰除草及改良土壤的方法,其特征在于,所述甘蔗灰为甘蔗叶灰、甘蔗渣灰中的一种或者两种混合。
4.根据权利要求1所述的利用甘蔗灰除草及改良土壤的方法,其特征在于,所述土壤改良剂的制备方法包括以下步骤:
(1)将甘蔗灰20~30份和水混合配制混悬液,然后在混悬液中加入由聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基磺酸钠和失水山梨醇月桂酸酯组成的表面改性剂,在50~60℃下超声振荡30~40min,过滤得固体物,将固体物洗涤、干燥,得到改性甘蔗灰;
(2)将阿特拉津0.5~1份溶于甲醇得到混合溶液中,再加入步骤(1)得到的改性甘蔗灰混合,搅拌3~4h,然后减压蒸馏回收甲醇,收集固态物质,进行干燥,粉碎研磨得到吸附阿特拉津的甘蔗灰;
(3)称取明胶15~20份、琼脂5~8份、壳聚糖3~6份和蒸馏水300~400份,加热搅拌使明胶、琼脂和壳聚糖溶解混合得到混合溶液,再在混合溶液中加入步骤(2)得到的吸附阿特拉津的甘蔗灰,搅拌混匀,然后喷雾干燥得到缓释颗粒;
(4)将步骤(3)得到的缓释颗粒和甘蔗灰20~30份、复合氨基酸6~10份、羟甲基纤维素10~13份、混合菌剂0.1~0.3份混合均匀得到土壤改良剂。
5.根据权利要求4所述的利用甘蔗灰除草及改良土壤的方法,其特征在于,所述步骤(1)中,所述混悬液的固含量为18~25%。
6.根据权利要求4所述的利用甘蔗灰除草及改良土壤的方法,其特征在于,所述步骤(1)中,表面改性剂中聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基磺酸钠和失水山梨醇月桂酸酯重量为2~3:3~5:1~2,表面改性剂的加入量为混悬液质量的2.8~4.0%。
7.根据权利要求4所述的利用甘蔗灰除草及改良土壤的方法,其特征在于,所述步骤(1)中,干燥工艺参数为:干燥温度为60~70℃,干燥时间为8~10h。
8.根据权利要求4所述的利用甘蔗灰除草及改良土壤的方法,其特征在于,所述步骤(1)中,超声振荡工艺参数为:超声功率为500~800W、超声频率为20~40Hz。
9.根据权利要求4所述的利用甘蔗灰除草及改良土壤的方法,其特征在于,所述步骤(3)中,喷雾干燥过程中进风温度为170~185℃,出风温度为60~70℃,进料速度为18~22mL/min。
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