CN113773851B - 一种盐碱地土壤改良剂及其制备方法 - Google Patents

一种盐碱地土壤改良剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种盐碱地土壤改良剂及其制备方法，属于土壤改良技术领域。包括：S1.将氯化铁和氯化亚铁混合滴入氨水溶液中，乳化搅拌，得到磁性纳米粒子；S2.将克雷伯氏菌、费氏蓝细菌、红螺菌分散于无菌水中，制备成复合微生物制剂；S3.将磷酸一氢钾、硫酸铵、氯化镁、硫酸铜溶于水中，得到无机营养液；S4.将复合微生物制剂和无机营养液混合后，加入磁性纳米粒子和致孔剂，分散均匀，形成水相；将聚乳酸溶于有机溶剂中，形成油相；将水相加入油相中，乳化，形成初乳；将初乳注入聚乙二醇溶液中，形成复乳，得到盐碱地土壤改良剂。本发明改良剂降解后低土壤pH值，提高土壤肥力，促进土壤团粒结构的形成，土壤结构得到了改善。

Description

一种盐碱地土壤改良剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及土壤改良技术领域，具体涉及一种盐碱地土壤改良剂及其制备方法。
背景技术
盐碱土壤是受土体中盐碱成分作用的各种类型土壤的总称，包括盐土和碱土，由于受形成原因的影响，盐土和碱土往往共生。盐碱土壤中盐组份是氯化钠、硫酸钠、重碳酸钠和碳酸钠等有害盐类，或者土壤中交换性钠占阳离子交换量达到一定比例。盐碱土壤具有以下特征：pH值较高，含有有害盐类，透气性差，易板结，肥力低。土壤盐碱化是影响农业生产和生态环境的严重问题，也是目前制约农业增产的两大土壤因素之一。盐碱土作为一种土地资源，具有巨大的开发潜力。目前，盐碱土总面积约有9.913×107hm2，但尚有80％左右的盐渍土尚未得到开发利用。盐碱化治理不仅能改善盐碱地区的生态环境，丰富当地的绿化景观格局，为生物多样性提供新的生境，还能更好地解决区域环境发展及林业经济发展中遇到的问题，为实现生态良性循环及可持续发展提供广阔空间。
近年来，随城市的建设和开发，园林绿化建设事业得到了较大的发展，植物品种日渐多样化。然而，环境因素对植物的影响较大，土壤作为植物生长的必要物质，对引种的植物成活、生长影响是不可忽视的。土壤改良是针对土壤的不良质地和结构，采取相应的物理、生物或化学措施，改善土壤性状，提高土壤肥力，增加作物产量，以及改善人类生存土壤环境的过程。凡主要用于改良土壤的物理、化学和生物性质，使其更适宜于植物生长，而不是主要提供植物养分的物料，都称为土壤改良剂。
土壤改良剂是能改善土壤结构和理化指标的制剂，施入土壤后能改善土壤结构、增加土壤营养成分和保持土壤水分等功效，在遏制土壤退化、改良中低产田、增容扩蓄等方面的应用越来越广泛。同时，土壤改良剂已经在农作物生产、保护林种植、草场生产、城市绿化、高速公路绿化和花卉生产等方面得到广泛应用。
目前国内盐碱地改良利用方法和技术归纳起来大致有四种：物理改良、水利改良、化学改良以及生物改良，这些方法的使用给盐碱地农业生产带来了较大效益。但上述改良方法各有利弊，比如封底式客土抬高地面等物理方法改良投资过大；大水洗地等水利改良方法造成水资源浪费；微生物肥料等生物改良虽是一种可持续利用的措施，但存在菌种单一及其成活率低等问题；目前化学改良的方式性能单一，其必须与其他物质混合形成具有多功能的土壤改良剂。
专利公开号为CN101514290A的专利公开了用人工合成有机聚合物聚丙烯酰胺(Polyacrylamide，PAM)作为高效保水保肥材料、专利公开号为CN102517030A的专利公开了用其作为钠离子(Na+)吸附剂改善土壤的应用，但是PAM降解的中间产物为丙烯酰，铵该物质有毒，从长远来看PAM作为土壤改良剂的应用是否产生土壤污染，值得进一步关注和深入研究。
专利公开号为CN1317539A公开了一种其由聚顺烯丁二酸、烷基苯磺酸钠和水组成的土壤改良剂，具有制备工艺简便，成本低、操作方便等优点。其原理是用单一酸来降低pH值角度进行降碱除盐，但对于培肥地力、土壤结构等方面改良有待进一步改进。
发明内容
本发明的目的在于提出一种盐碱地土壤改良剂及其制备方法，制得的含微生物的可降解微球，壳材为聚乳酸，降解后，酸根基团能够中和土壤碱度，降低土壤pH值，提高土壤肥力，属于化学改良；将复合微生物制剂富集在微球孔道内，加入土壤后，微球降解，复合微生物菌剂通过改善植物根际环境，减轻盐分对作物生长的抑制作用，从而改良盐碱地，属于微生物改良。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供一种盐碱地土壤改良剂的制备方法，包括以下步骤：
S1.Fe3O4磁性纳米粒子的制备：在氮气保护下，将氯化铁和氯化亚铁混合滴入氨水溶液中，乳化2-3min，搅拌1-3h，磁铁沉降纳米磁性颗粒，洗涤，干燥，得到Fe3O4磁性纳米粒子；
S2.复合微生物制剂的制备：将克雷伯氏菌、费氏蓝细菌、红螺菌分别分散于无菌水中，混合浓缩，制备成108-109cfu/mL的复合微生物制剂；
S3.无机营养物的制备：将磷酸一氢钾、硫酸铵、氯化镁、硫酸铜混合均匀，溶于水中，得到无机营养液；
S4.磁性可降解微球的制备：将步骤S2制得的复合微生物制剂和步骤S3制得的无机营养液混合后，加入步骤S1制得的Fe3O4磁性纳米粒子和致孔剂，分散均匀，形成水相；将聚乳酸溶于有机溶剂中，形成油相；将水相加入油相中，乳化1-2min，形成初乳；将初乳注入聚乙二醇溶液中，形成复乳，搅拌3-5h，然后用磁铁沉降所得到的微球，洗涤，干燥，得到盐碱地土壤改良剂。
作为本发明的进一步改进，步骤S1中，所述氯化铁和氯化亚铁的物质的量之比为2:1，所述氨水浓度为25-35wt％。
作为本发明的进一步改进，步骤S2中，所述克雷伯氏菌、费氏蓝细菌、红螺菌的质量比为(2-5)：(3-7)：(1-2)。
作为本发明的进一步改进，步骤S3中，所述磷酸一氢钾、硫酸铵、氯化镁、硫酸铜的质量比为(10-20)：(5-12)：(1-3)：(1-2)；所述无机营养液中磷酸一氢钾的浓度为(10-20)wt％。
作为本发明的进一步改进，步骤S4中，所述步骤S2制得的复合微生物制剂和步骤S3制得的无机营养液的体积比为(3-10)：(2-5)。
作为本发明的进一步改进，所述致孔剂选自聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯、聚乙二醇辛基苯基醚和聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯中的至少一种；所述有机溶剂选自二氯甲烷、三氯甲烷、石油醚、乙酸甲酯、乙酸乙酯、甲苯中的至少一种。
作为本发明的进一步改进，步骤S4中，所述Fe3O4磁性纳米粒子、致孔剂、聚乳酸的质量比为(0.1-0.5)：(0.1-0.3)：(5-10)。
作为本发明的进一步改进，步骤S4中，所述油相和所述水相的体积比为(5-15)：(1-3)；所述初乳和所述聚乙二醇溶液的体积比为1：(7-15)；所述聚乙二醇溶液中聚乙二醇的浓度为2-3wt％。
作为本发明的进一步改进，所述乳化转速为7000-12000r/min；所述干燥温度为40-60℃；所述洗涤为用去离子水洗涤。
本发明进一步保护一种上述的制备方法制得的盐碱地土壤改良剂。
本发明具有如下有益效果：本发明制备了一种多孔可降解聚乳酸微球，并在聚乳酸微球的孔隙中富集了复合微生物菌剂和无机营养物，同时，在微球内包覆了磁性四氧化三铁纳米颗粒，便于制备时分离以及后期土壤改良后进行富集分离；
本发明制得的含微生物的可降解微球，壳材为聚乳酸，降解后，酸根基团能够中和土壤碱度，降低土壤pH值，提高土壤肥力，属于化学改良；将复合微生物制剂富集在微球孔道内，加入土壤后，微球降解，复合微生物菌剂通过改善植物根际环境，减轻盐分对作物生长的抑制作用，从而改良盐碱地，属于微生物改良。
另外，本发明制备的微球状改良剂，加入盐碱地土壤后，使得土壤水稳性团粒含量会有明显增加，促进土壤团粒结构的形成，土壤结构得到了改善，土壤抗水蚀能力增加，水土流失相应减少。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1制得的盐碱地土壤改良剂的SEM图。
具体实施方式
下面将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
本实施例提供一种盐碱地土壤改良剂的制备方法包括以下步骤：
S1.Fe3O4磁性纳米粒子的制备：在氮气保护下，将0.2mol氯化铁和0.1mol氯化亚铁混合滴入100mL 25wt％氨水溶液中，7000r/min乳化2min，搅拌1h，磁铁沉降纳米磁性颗粒，去离子水洗涤，40℃干燥1h，得到Fe3O4磁性纳米粒子；
S2.复合微生物制剂的制备：将0.2g克雷伯氏菌、0.3g费氏蓝细菌、0.1g红螺菌分别分散于无菌水中，混合浓缩，制备成108cfu/mL的复合微生物制剂；
S3.无机营养物的制备：将1g磷酸一氢钾、0.5g硫酸铵、0.1g氯化镁、0.1g硫酸铜混合均匀，溶于10mL水中，得到无机营养液；
S4.磁性可降解微球的制备：将3mL步骤S2制得的复合微生物制剂和2mL步骤S3制得的无机营养液混合后，加入0.1g步骤S1制得的Fe3O4磁性纳米粒子和0.1g聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯，分散均匀，形成水相；将5g聚乳酸溶于25mL有机溶剂中，形成油相；将水相加入油相中，7000r/min乳化1min，形成初乳；将初乳注入2wt％聚乙二醇溶液中，形成复乳，机械搅拌3h，然后用磁铁沉降所得到的微球，去离子水洗涤，40℃干燥2h，得到盐碱地土壤改良剂，图1为本实施例制得的盐碱地土壤改良剂微球的SEM图，由图可知，该微球为多孔结构。
实施例2
本实施例提供一种盐碱地土壤改良剂的制备方法包括以下步骤：
S1.Fe3O4磁性纳米粒子的制备：在氮气保护下，将0.2mol氯化铁和0.1mol氯化亚铁混合滴入100mL 35wt％氨水溶液中，12000r/min乳化3min，搅拌3h，磁铁沉降纳米磁性颗粒，去离子水洗涤，60℃干燥2h，得到Fe3O4磁性纳米粒子；
S2.复合微生物制剂的制备：将0.5g克雷伯氏菌、0.7g费氏蓝细菌、0.2g红螺菌分别分散于无菌水中，混合浓缩，制备成109cfu/mL的复合微生物制剂；
S3.无机营养物的制备：将2g磷酸一氢钾、1.2g硫酸铵、0.3g氯化镁、0.2g硫酸铜混合均匀，溶于10mL水中，得到无机营养液；
S4.磁性可降解微球的制备：将10mL步骤S2制得的复合微生物制剂和5mL步骤S3制得的无机营养液混合后，加入0.5g步骤S1制得的Fe3O4磁性纳米粒子和0.3g聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯，分散均匀，形成水相；将10g聚乳酸溶于75mL有机溶剂中，形成油相；将水相加入油相中，12000r/min乳化2min，形成初乳；将初乳注入3wt％聚乙二醇溶液中，形成复乳，机械搅拌5h，然后用磁铁沉降所得到的微球，去离子水洗涤，60℃干燥4h，得到盐碱地土壤改良剂。
实施例3
本实施例提供一种盐碱地土壤改良剂的制备方法包括以下步骤：
S1.Fe3O4磁性纳米粒子的制备：在氮气保护下，将0.2mol氯化铁和0.1mol氯化亚铁混合滴入100mL 30wt％氨水溶液中，10000r/min乳化2min，搅拌2h，磁铁沉降纳米磁性颗粒，去离子水洗涤，50℃干燥1.5h，得到Fe3O4磁性纳米粒子；
S2.复合微生物制剂的制备：将0.35g克雷伯氏菌、0.5g费氏蓝细菌、0.15g红螺菌分别分散于无菌水中，混合浓缩，制备成109cfu/mL的复合微生物制剂；
S3.无机营养物的制备：将1.5g磷酸一氢钾、1g硫酸铵、0.3g氯化镁、0.15g硫酸铜混合均匀，溶于10mL水中，得到无机营养液；
S4.磁性可降解微球的制备：将7mL步骤S2制得的复合微生物制剂和3mL步骤S3制得的无机营养液混合后，加入0.3g步骤S1制得的Fe3O4磁性纳米粒子和0.2g聚乙二醇辛基苯基醚，分散均匀，形成水相；将7g聚乳酸溶于50mL有机溶剂中，形成油相；将水相加入油相中，10000r/min乳化2min，形成初乳；将60mL初乳注入450mL 2.5wt％聚乙二醇溶液中，形成复乳，机械搅拌4h，然后用磁铁沉降所得到的微球，去离子水洗涤，50℃干燥3h，得到盐碱地土壤改良剂。
实施例4
与实施例3相比，未添加费氏蓝细菌，其他条件均不改变。
S2.复合微生物制剂的制备具体为：将0.85g克雷伯氏菌、0.15g红螺菌分别分散于无菌水中，混合浓缩，制备成109cfu/mL的复合微生物制剂。
实施例5
与实施例3相比，未添加克雷伯氏菌，其他条件均不改变。
S2.复合微生物制剂的制备：将0.85g费氏蓝细菌、0.15g红螺菌分别分散于无菌水中，混合浓缩，制备成109cfu/mL的复合微生物制剂。
对比例1
将复合微生物制剂和无机营养物直接按比例混合得到。
S1.复合微生物制剂的制备：将0.35g克雷伯氏菌、0.5g费氏蓝细菌、0.15g红螺菌分别分散于无菌水中，混合浓缩，制备成109cfu/mL的复合微生物制剂；
S2.无机营养物的制备：将1.5g磷酸一氢钾、1g硫酸铵、0.3g氯化镁、0.15g硫酸铜混合均匀，溶于10mL水中，得到无机营养液；
S2.改良剂的制备：将7mL步骤S1制得的复合微生物制剂和3mL步骤S2制得的无机营养液混合后，得到改良剂。
测试例1
试验材料：试验土壤采自天津滨海新区南港工业园区港虹路附近吹填土绿化示范地，试验前土样风干，过2mm筛，剔除植物根系及小石子等杂物。
测试对象：实施例1-5和对比例1的盐碱地土壤改良剂。
试验方法：每盆土壤重1500g，每盆中混入10g盐碱地土壤改良剂，空白组混入等量土壤，混合均匀，测定各项指标。结果见表1。
表1
Figure BDA0003333226140000091
由上表可知，本发明制得的盐碱地土壤改良剂调节盐碱地土壤后，能明显降低土壤的盐度、碱度，并提高土壤肥力。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种盐碱地土壤改良剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.Fe3O4磁性纳米粒子的制备：在氮气保护下，将氯化铁和氯化亚铁混合滴入氨水溶液中，乳化2-3min，搅拌1-3h，磁铁沉降纳米磁性颗粒，洗涤，干燥，得到Fe3O4磁性纳米粒子；所述氯化铁和氯化亚铁的物质的量之比为2:1，所述氨水浓度为25-35wt％；
S2.复合微生物制剂的制备：将克雷伯氏菌、费氏蓝细菌、红螺菌分别分散于无菌水中，混合浓缩，制备成108-109cfu/mL的复合微生物制剂；所述克雷伯氏菌、费氏蓝细菌、红螺菌的质量比为(2-5)：(3-7)：(1-2)；
S3.无机营养物的制备：将磷酸一氢钾、硫酸铵、氯化镁、硫酸铜混合均匀，溶于水中，得到无机营养液；所述磷酸一氢钾、硫酸铵、氯化镁、硫酸铜的质量比为(10-20)：(5-12)：(1-3)：(1-2)；
S4.磁性可降解微球的制备：将步骤S2制得的复合微生物制剂和步骤S3制得的无机营养液混合后，加入步骤S1制得的Fe3O4磁性纳米粒子和致孔剂，分散均匀，形成水相；将聚乳酸溶于有机溶剂中，形成油相；将水相加入油相中，乳化1-2min，形成初乳；将初乳注入聚乙二醇溶液中，形成复乳，搅拌3-5h，然后用磁铁沉降所得到的微球，洗涤，干燥，得到盐碱地土壤改良剂；所述步骤S2制得的复合微生物制剂和步骤S3制得的无机营养液的体积比为(3-10)：(2-5)；所述Fe3O4磁性纳米粒子、致孔剂、聚乳酸的质量比为(0.1-0.5)：(0.1-0.3)：(5-10)。
2.根据权利要求1所述盐碱地土壤改良剂的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述无机营养液中磷酸一氢钾的浓度为(10-20)wt％。
3.根据权利要求1所述盐碱地土壤改良剂的制备方法，其特征在于，所述致孔剂选自聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯、聚乙二醇辛基苯基醚和聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯中的至少一种；所述有机溶剂选自二氯甲烷、三氯甲烷、石油醚、乙酸甲酯、乙酸乙酯、甲苯中的至少一种。
4.根据权利要求1所述盐碱地土壤改良剂的制备方法，其特征在于，步骤S4中，所述油相和所述水相的体积比为(5-15)：(1-3)；所述初乳和所述聚乙二醇溶液的体积比为1：(7-15)；所述聚乙二醇溶液中聚乙二醇的浓度为2-3wt％。
5.根据权利要求1所述盐碱地土壤改良剂的制备方法，其特征在于，所述乳化转速为7000-12000r/min；所述干燥温度为40-60℃；所述洗涤为用去离子水洗涤。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的制备方法制得的盐碱地土壤改良剂。
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