CN113528144B - 一种海藻土壤修复制剂及其应用 - Google Patents

一种海藻土壤修复制剂及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种海藻土壤修复制剂，其包含：海藻酶解产物2‑8份、多孔吸附载体10‑30份、保水剂0.5‑2份、中量元素0.5‑5份、微量元素0.5‑5份、腐植酸10‑40份。其中，所述海藻酶解产物被负载于多孔吸附载体的微孔中。该土壤修复制剂通过将海藻提取物负载于多孔吸附材料中，来控制其缓慢释放，被土壤、作物充分利用，并结合其他功能性组分，在改善土壤结构的同时，能够明显增加作物产量。

Description

一种海藻土壤修复制剂及其应用
技术领域
本发明属于农业特殊功能肥料领域，尤其涉及一种海藻土壤修复制剂及其应用。
背景技术
单纯追求作物产量，大量使用无机化肥，会造成土壤板结，不利于作物生长。而土壤修复制剂能够帮助土壤释放有利于植物吸收的各种营养，提高土壤渗透性，增加土壤保水保肥能力，改善土壤板结情况。
海藻富含多种营养成分，海藻提取物已被广泛应用于医药、食品、农业多种领域。在农业中，海藻提取物具有促进植物生长、改善土壤物理特性等功能。
海藻提取物作为农业功能性营养，现已广泛用于土壤修复制剂中。例如，CN106544035 A公开了一种新型的土壤调理剂，其包括：保水剂20～50份、天然泥炭15～40份、添加剂10～20份、硅藻土5～10份、海藻酸2～5份、木质素物料8～10份、石灰8～10份、高分子化合物8～10份、肥料增效剂0.5～2份，可以改善土壤环境，使其更利用农作物生长，同时可以很好的和土壤融合，可以帮助土壤释放有利于植物吸收的各种营养元素，治理土壤板结。CN107141168A公开了一种保水保肥土壤修复剂，包括：丙烯酰胺-丙烯酸钾共聚物、蒙脱石、无水硫酸镁、硅藻土、黄腐酸钾、海藻酸、甲壳胺盐，其配方在达到了使土壤修复剂在保水保肥的同时兼顾修复土壤结构的功能。
不难看出，现有技术中关于海藻提取物在土壤修复制剂中的应用，多数仅仅为将其与其他土壤调节组分简单掺混。然而，简单掺混的施用方式，会导致海藻提取物随着降雨、浇水等，未来得及被作物吸收利用，短时间内被淋溶至较深层土壤中，也无法改善表层土壤环境。因此，如何充分发挥海藻提取物的作用，使其在土壤修复制剂中与其他成分共同发挥作用，改善土壤结构、提高作物产量，是目前需要解决的问题之一。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种土壤修复制剂，该土壤修复制剂通过将海藻提取物负载于多孔吸附材料中，来控制其缓慢释放，被土壤、作物充分利用，并结合其他功能性组分，在改善土壤结构的同时，能够明显增加作物产量。
本发明是通过以下技术方案实现的。
本发明一方面涉及一种海藻土壤修复制剂，其中，所述海藻土壤修复制剂包含如下组分及其重量份：
海藻酶解产物2-8份
多孔吸附载体10-30份
保水剂0.5-2份
中量元素0.5-5份
微量元素0.5-5份
腐植酸10-40份；
优选的，各组分的重量份为：
海藻酶解产物3-5份
多孔吸附载体15-25份
保水剂1-2份
中量元素2-4份
微量元素2-4份
腐植酸20-30份。
其中，所述海藻酶解产物被负载于多孔吸附载体的微孔中，具体负载方法为：
(1)多孔吸附载体的热活化：将所述多孔吸附载体加热至200-350℃、优选300℃，保持20-40分钟、优选30分钟，然后降温至60-80℃；
(2)海藻酶解产物负载：将海藻酶解产物完全溶于水中，然后将该水溶液加入经热活化的多孔吸附载体中，保持在60-80℃并不断搅拌，至海藻酸酶解产物完全负载于多孔吸附载体，然后60-80℃下干燥至干。
在本发明的一种实施方式中，所述海藻酶解产物通过如下方法制备：
(1)海藻预处理：将新鲜海藻用清水清洗干净，干燥至含水量20-30％；
(2)冷冻粉碎：将预处理后的海藻在-12至-14℃下冷冻6-8h，然后冷冻粉碎至70-80目的粉末；
(3)酶解：向粉碎后的海藻粉末中加入水制成匀浆，加水量为海藻粉末重量的16-18倍，然后加入以海藻粉末重量计1.2-1.6％的复合酶制剂，于48℃、pH为5.1的条件下酶解32h；
(4)离心、浓缩干燥：将酶解后的酶解液体以2000-4000转/分离心10-30分钟，取上清液进行浓缩干燥，获得粉状海藻酶解产物。
在上述步骤(1)中，所用海藻包括泡叶藻、马尾藻、巨藻中的一种或多种，优选泡叶藻。干燥方式无特殊限制，可以采取自然晾晒或挤压脱水方式。
在上述步骤(3)中，所述复合酶制剂由纤维素酶、半纤维素酶、糖化酶、木瓜蛋白酶、木聚糖酶、褐藻胶裂解酶组成，其重量比例为：纤维素酶∶半纤维素酶∶糖化酶∶木瓜蛋白酶∶木聚糖酶∶褐藻胶裂解酶＝3∶1.25∶1.2∶1.8∶1.1∶1.65。
本发明人研究发现，上述酶解方法酶解效率高，能够较大程度释放海藻体中的有益物质。
在本发明的一种实施方式中，所述多孔吸附材料包括凹凸棒石、膨润土、沸石、轻质碳酸钙、海泡石中的一种或多种。优选的，所述多孔吸附材料为凹凸棒石，其平均粒径为120-180μm、优选135-160μm，平均孔径为10-30nm、优选15-20nm。上述粒径范围和平均孔径对海藻酶解产物的负载是有利的，粒径过大或者孔径过小，均不利于海藻酶解产物向孔径内部扩散、负载，而粒径过小或者孔径过大，则会对控制释放来说是不利的。
在本发明的一种实施方式中，所述保水剂包括聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、淀粉接枝聚丙烯酸钠中的一种或多种，优选为聚丙烯酰胺。
在本发明的一种实施方式中，所述中量元素包括硫酸镁、氯化钙、硫酸钙中的一种或多种，优选为硫酸镁。
在本发明的一种实施方式中，所述微量元素包括硫酸锌、硫酸锰、钼酸铵、硫酸铜、硼砂中的一种或多种，优选为硫酸锌和钼酸铵。
本发明另一方面涉及所述海藻土壤修复制剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)多孔吸附载体的热活化：将所述多孔吸附载体加热至200-350℃，保持20-40分钟，然后降温至60-80℃；
(2)海藻酶解产物负载：将海藻酶解产物完全溶于水中，然后将该水溶液加入经热活化的多孔吸附载体中，保持在60-80℃并不断搅拌，至海藻酸酶解产物完全负载于多孔吸附载体，然后60-80℃下干燥至干；
(3)海藻土壤修复制剂的制备：将步骤(2)得到的负载有海藻酶解产物的多孔吸附载体与保水剂、中量元素、微量元素、腐植酸混合均匀，即得。
其中：在上述步骤(1)中，优选加热至300℃，保持30分钟。在上述步骤(2)中，将海藻酶解产物溶解于其重量2-6倍的水中，优选3-5倍。
本发明另一方面涉及所述的海藻土壤修复制剂用于修复土壤和/或提高植物产量的用途，所述植物包括粮食作物(如玉米、小麦、水稻)、蔬菜作物(如白菜、黄瓜、西红柿、胡萝卜)以及果树(如梨树、苹果树、桃树)。所述植物优选玉米。施用方式包括沟施、条施、撒施等，施用后覆土或与表层土壤混匀。施用量为20-50kg/亩，优选为30-40kg/亩。
本发明的有益效果：
1、本发明的土壤修复制剂通过将海藻酶解产物负载于多孔吸附材料中，来控制其缓慢释放，被土壤、作物充分利用，体现为与未负载相比，能够提高作物产量；
2、本发明筛选了特定粒径和孔径的多孔吸附材料，更有利于对海藻酶解产物的负载以及有利的控制释放，体现为与未负载相比，能够提高作物产量；
3、由于海藻酶解产物等有益物质被负载后的控制释放，使得其利用度提高，结合其他功能性组分，在改善土壤结构的同时，能够明显增加作物产量。
具体实施方式：
一、海藻酶解产物的制备
将新鲜泡叶藻用清水清洗3次，干燥至含水量25％。然后，将干燥后的泡叶藻于-12℃下冷冻8h，之后冷冻粉碎至75目的粉末。
取10kg粉碎后的泡叶藻粉末，向其中加入180L的水，制成匀浆，然后，加入160g的复合酶制剂(纤维素酶、半纤维素酶、糖化酶、木瓜蛋白酶、木聚糖酶、褐藻胶裂解酶的重量比为3∶1.25∶1.2∶1.8∶1.1∶1.65)，于48℃、pH为5.1下酶解32h。之后，将酶解液在3000转/分下离心20min，取上清液浓缩干燥，得到海藻酶解产物粉末，用于本发明海藻土壤修复制剂的制备。
二、海藻土壤修复制剂
制剂例1
原料配方：海藻酶解产物300g、凹凸棒石1.5kg、聚丙烯酰胺(平均分子量1200万)100g、硫酸镁200g、硫酸锌200g、腐植酸2.0kg。
凹凸棒石的平均粒径为135μm，平均孔径为15nm。
制备方法：将配方量凹凸棒石加热至300℃，保持30分钟，然后降温至75℃。另取配方量海藻酶解产物溶于5倍重量的水中，搅拌均匀，然后加入上述经热活化的凹凸棒石中，保持在75℃并不断搅拌，至海藻酸酶解产物完全负载，然后70℃下干燥至干，得到负载海藻酶解产物的凹凸棒石。之后，将得到的负载海藻酶解产物的凹凸棒石与配方量的保水剂聚丙烯酰胺、中量元素硫酸镁、微量元素硫酸锌以及腐植酸混合均匀，制得海藻土壤修复制剂。
制剂例2
原料配方：海藻酶解产物400g、凹凸棒石2.0kg、聚丙烯酰胺(平均分子量1200万)100g、硫酸镁200g、硫酸锌150g、钼酸铵150g、腐植酸2.5kg。
凹凸棒石的平均粒径为150μm，平均孔径为20nm。
制备方法同制剂例1。
制剂例3
原料配方：海藻酶解产物500g、凹凸棒石2.5kg、聚丙烯酰胺(平均分子量1200万)200g、硫酸镁300g、钼酸铵300g、腐植酸3.0kg。
凹凸棒石的平均粒径为150μm，平均孔径为20nm。
制备方法同制剂例1。
制剂例4
原料配方：海藻酶解产物550g、凹凸棒石3.0kg、聚丙烯酰胺(平均分子量1200万)200g、硫酸镁400g、硫酸锰400g、腐植酸3.0kg。
凹凸棒石的平均粒径为135μm，平均孔径为15nm。
制备方法同制剂例1。
对比例1
原料配方：海藻酶解产物400g、凹凸棒石2.0kg、聚丙烯酰胺(平均分子量1200万)100g、硫酸镁200g、硫酸锌150g、钼酸铵150g、腐植酸2.5kg。
凹凸棒石的平均粒径为220μm，平均孔径为45nm。
制备方法同制剂例1。
对比例2
原料配方：海藻酶解产物300g、凹凸棒石1.5kg、聚丙烯酰胺(平均分子量1200万)100g、硫酸镁200g、硫酸锌200g、腐植酸2.0kg。
凹凸棒石的平均粒径为90μm，平均孔径为5nm。
制备方法同制剂例1。
对比例3
原料配方：海藻酶解产物400g、凹凸棒石2.0kg、聚丙烯酰胺(平均分子量1200万)100g、硫酸镁200g、硫酸锌150g、钼酸铵150g、腐植酸2.5kg。
凹凸棒石的平均粒径为150μm，平均孔径为20nm。
制备方法为：将上述配方量的各物质物理混匀，即得。
三、田间试验
供试作物：玉米，品种为先玉1225
供试土壤修复制剂：制剂例1-4，对比例1-3
试验方法：选取土壤条件一致的田块，施用基肥(每亩N、P、K的施用量分别为10kg、7kg、4kg)后耕地并平整土地，之后划分成24个小区，每小区面积为40平方米。然后，按照下表1的试验设计沟施土壤修复制剂并种植玉米，种植密度控制为5000株/亩。以不施土壤修复制剂为空白对照。各处理重复3次，各重复随机排列。然后，各小区进行统一的田间管理。玉米收获后，统计各处理的玉米亩产量(三次重复取平均值)，结果见下表1。
表1不同土壤修复制剂处理对玉米产量的影响
Figure BDA0003175780150000091
上述结果可以看出，施用本发明的土壤修复制剂后，相对于空白对照，增产7-10％，效果显著。另外，本发明的土壤修复制剂相较于通过物理掺混获得的对比例3，以及对比例1-2，也具有明显的增产效果，增产比例约3-6％。可见，本发明土壤修复制剂通过特定凹凸棒石负载后，能够实现较好的控制释放，并通过与其他功能原料的组合，显著提高玉米产量。
上述实例仅仅是对本发明的进一步解释，并不是对本发明的限定，通过将上述方案进行简单的调整进而得到的方案，同样在本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种海藻土壤修复制剂用于提高植物产量的用途，其特征在于，所述海藻土壤修复制剂包含如下组分及其重量份：
海藻酶解产物3-5份
多孔吸附载体15-25份
保水剂1-2份
中量元素2-4份
微量元素2-4份
腐植酸20-30份；
其中，所述海藻酶解产物通过如下方法制备：将新鲜泡叶藻用清水清洗3次，干燥至含水量25％；然后，将干燥后的泡叶藻于-12℃下冷冻8h，之后冷冻粉碎至75目的粉末；取10kg粉碎后的泡叶藻粉末，向其中加入180L的水，制成匀浆，然后，加入160g的复合酶制剂于48℃、pH为5 .1下酶解32h；所述复合酶制剂为纤维素酶、半纤维素酶、糖化酶、木瓜蛋白酶、木聚糖酶、褐藻胶裂解酶的重量比为3∶1 .25∶1 .2∶1 .8∶1 .1∶1 .65的复合酶制剂；之后，将酶解液在3000转/分下离心20min，取上清液浓缩干燥，得到海藻酶解产物粉末；
所述海藻酶解产物被负载于多孔吸附载体的微孔中；所述多孔吸附载体为凹凸棒石，其平均粒径为120-180μm，平均孔径为10-30nm；
所述海藻土壤修复制剂通过如下方法制备：
(1)多孔吸附载体的热活化：将所述多孔吸附载体加热至200-350℃，保持20-40分钟，然后降温至60-80℃；
(2)海藻酶解产物负载：将海藻酶解产物完全溶于水中，然后将该水溶液加入经热活化的多孔吸附载体中，保持在60-80℃并不断搅拌，至海藻酸酶解产物完全负载于多孔吸附载体，然后60-80℃下干燥至干；
(3)海藻土壤修复制剂的制备：将步骤(2)得到的负载有海藻酶解产物的多孔吸附载体与保水剂、中量元素、微量元素、腐植酸混合均匀，即得；
所述植物为玉米。
2.根据权利要求1所述的一种海藻土壤修复制剂用于提高植物产量的用途，其特征在于，所述多孔吸附载体的平均粒径135-160μm，平均孔径15-20nm。
3.根据权利要求1或2所述的一种海藻土壤修复制剂用于提高植物产量的用途，其特征在于，所述保水剂包括聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、淀粉接枝聚丙烯酸钠中的一种或多种。
4.根据权利要求1或2所述的一种海藻土壤修复制剂用于提高植物产量的用途，其特征在于，所述中量元素包括硫酸镁、氯化钙、硫酸钙中的一种或多种。
5.根据权利要求1或2所述的一种海藻土壤修复制剂用于提高植物产量的用途，其特征在于，所述微量元素包括硫酸锌、硫酸锰、钼酸铵、硫酸铜、硼砂中的一种或多种。
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