CN115261029A - 一种碱化土壤改良剂及其制备方法和碱化土壤改良方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碱化土壤改良剂及其制备方法和碱化土壤改良方法。本发明碱化土壤改良剂的制备方法，包括如下步骤：P1、将腐殖酸与磷酸脲混合均匀后加水，进行静置反应，得到产物A；P2、将葵花籽壳与氨基酸发酵尾液混合均匀，进行自然发酵，得到产物B；P3、将石膏、硫酸铝、所述产物A和所述产物B混合均匀，进行造粒，得到所述碱化土壤改良剂。本发明通过将速效和缓释材料相结合制成复合型改良剂，能显著降低土壤pH值、全盐量，提高土壤有机质含量，对根际土壤作用尤为明显，进而显著提高作物出苗率和产量。本发明通过集约化施用土壤改良剂，实现了碱化土壤的盐碱障碍靶向消障和肥力的定向提升。
Description
技术领域
本发明属于碱化土壤改良技术领域，尤其涉及一种碱化土壤改良剂及其制备方法和碱化土壤改良方法。
背景技术
碱化土壤改良的关键是降低土壤胶体上吸附的钠离子，中和土壤碳酸根和碳酸氢根离子，从而降低土壤pH值、碱化度和钠吸附比等碱害。施用脱硫石膏、磷石膏、硫酸铝、硫酸亚铁等高价阳离子材料可置换出土壤交换性钠离子，施用有机酸、无机酸等酸性材料可中和土壤碳酸根和碳酸氢根离子，且能够起到立竿见影的效果，也是目前碱化土壤改良常用的方法。然而，脱硫石膏、磷石膏等产品溶解度低，需要大量的水分来溶解其有效成分；硫酸铝、硫酸亚铁、有机酸、无机酸等产品施入土壤后化学反应迅速，改良效果难以持续。
通常，人们将土壤改良剂撒施在地表，然后用旋耕机将其与表层土壤混合均匀。这种方式往往需要施用大量的改良剂才能达到预期改良效果，不但增加了产品采购成本，还需要增加机械操作成本。因此，在碱化土壤改良过程中，急需研发复合型改良剂产品及其高效施用方式。
发明内容
为了提升碱化土壤改良剂作用效果，减少改良剂施用量，并在应用过程中能够轻简化操作，本发明提供一种碱化土壤改良剂及其制备方法和碱化土壤改良方法。本发明通过对产品原料进行活化和改性，将速效和缓释材料相结合，造粒后制成可机械化施用的复合型改良剂产品，通过集约化施用后，实现了碱化土壤的靶向消障和土壤肥力的定向提升。
第一方面，本发明提供一种碱化土壤改良剂的制备方法，包括如下步骤：
P1、将腐殖酸与磷酸脲混合均匀后加水，进行静置反应，得到产物A；
P2、将葵花籽壳与氨基酸发酵尾液混合均匀，进行自然发酵，得到产物B；
P3、将石膏、硫酸铝、所述产物A和所述产物B混合均匀，进行造粒，得到所述碱化土壤改良剂。
上述的制备方法中，所述腐殖酸与所述磷酸脲的质量比为1：1；
所述葵花籽壳与所述氨基酸发酵尾液的固液比为2kg：1L；
所述产物A和所述产物B的质量比为1：1；
所述产物A和所述产物B的质量之和在由所述石膏、所述硫酸铝、所述产物A和所述产物B组成的混合物中的百分含量为10％～70％；
所述石膏与所述硫酸铝的质量比为(2～8)：1。
上述的制备方法中，所述石膏为脱硫石膏、磷石膏或矿质石膏；
所述石膏中CaSO4·2H2O的含量≥70wt％；
所述腐殖酸的总酸含量≥10wt％；
所述氨基酸发酵尾液中的氮含量≥12wt％。
上述的制备方法中，所述腐殖酸为粉末状，粒径为0.25～0.425mm；
所述加水步骤中，调节混合物的含水量至50wt％～70wt％；
所述静置反应的温度为15～30℃，时间为1～3天；
所述自然发酵的温度为45～55℃，时间为45～90天。
上述的制备方法中，所述碱化土壤改良剂为颗粒状；
所述碱化土壤改良剂的直径为1～6mm。
第二方面，本发明提供所述碱化土壤改良剂的制备方法制备得到的碱化土壤改良剂。
第三方面，本发明提供所述碱化土壤改良剂在下述至少一项中的应用：
A1)提高碱化土壤种植作物的出苗率；
A2)提高碱化土壤种植作物的产量；
A3)降低碱化土壤pH值；
A4)降低碱化土壤全盐量；
A5)提高碱化土壤有机质含量；
A6)调节碱化土壤碳氮比。
上述的应用中，所述土壤为根际土壤或非根际土壤。
第四方面，本发明提供一种碱化土壤改良方法，包括如下步骤：
S1、将所述碱化土壤改良剂与化肥一同呈平行带状条施入碱化土壤中，形成改良剂条带和化肥条带；
S2、将种子播种在所述改良剂条带和所述化肥条带的中间位置，收获作物。
上述的方法中，步骤S1中，所述碱化土壤改良剂的施入深度可为3～8cm，覆土厚度可为1～3cm；
所述改良剂条带和所述化肥条带之间的行距可为5～10cm。
上述的方法中，步骤S1中，所述碱化土壤改良剂施用量根据所述碱化土壤pH值确定，其中：当土壤pH值≤9时，施用量可为100～200kg/亩；当土壤pH值＞9且＜10时，施用量可为200～300kg/亩；当土壤pH值≥10时，施用量可为300～500kg/亩。
上述的方法，步骤S2中，在所述种子播种前或播种后进行灌水，所述灌水的灌水量可为60～150方/亩；
可选地，所述灌水的方式可为畦灌，在灌水浸泡2～3天后将土表剩余的水全部排除干净，播种前灌水；
可选地，所述灌水的方式可为滴灌，滴灌带设置在所述改良剂条带上方土表，播种后灌水。
本发明具有如下有益效果：
(1)本发明碱化土壤改良剂可提升碱化土壤改良剂作用效果，减少改良剂施用量，并在应用过程中能够轻简化操作。通过对产品原料进行活化和改性，将速效材料(硫酸铝)、缓释材料(石膏)、腐殖酸与磷酸脲混合得到的产物A、葵花籽壳与氨基酸发酵尾液混合发酵得到的产物B相结合，造粒后制成可机械化施用的复合型改良剂产品，能够为碱化土壤提供有机酸性物质、有机质和养分。不管撒施还是条施，本发明碱化土壤改良剂均能显著降低土壤pH值、全盐量，提高土壤有机质含量，对根际土壤作用尤为明显，进而显著提高了作物出苗率和产量。
(2)本发明碱化土壤改良方法通过集约化施用改良剂，实现了碱化土壤的靶向消障和土壤肥力的定向提升。本发明通过条施处理改良剂的土壤盐碱指标明显低于撒施处理，而根际土壤有机质含量及作物出苗率和产量均显著高于撒施处理。
附图说明
图1为本发明碱化土壤改良方法中各条带的位置示意图。
图2为本发明实施例1中向日葵的长势对比照片。
图3为本发明实施例2中玉米的长势对比照片。
具体实施方式
正如背景技术所描述的，为了提高改良效果，本发明提供一种碱化土壤改良剂的制备方法，包括如下步骤：P1、将腐殖酸与磷酸脲混合均匀后加水，进行静置反应，得到产物A；P2、将葵花籽壳与氨基酸发酵尾液混合均匀，进行自然发酵，得到产物B；P3、将石膏、硫酸铝、所述产物A和所述产物B混合均匀，进行造粒，得到所述碱化土壤改良剂。
进一步地，腐殖酸与磷酸脲的质量比为1：1；葵花籽壳与氨基酸发酵尾液的固液比为2kg：1L；产物A和产物B的质量比为1：1；产物A和产物B的质量之和在由石膏、硫酸铝、产物A和产物B组成的混合物中的百分含量为10％～70％，如40％～60％、40％或60％；石膏与硫酸铝的质量比为(2～8)：1，例如(5～7)：1、5：1或7：1。所述比例可根据土壤基础盐碱情况在合理范围内进行调整，例如：对于碱化、pH程度偏高的地区(如东北松嫩平原地区)，在由石膏、硫酸铝、产物A和产物B组成的混合物中，石膏和硫酸铝的比例偏大，以保障改良效果；对于碱化度、pH相对不是太高，但盐分含量相对较高的地区(如内蒙古河套平原地区)，石膏和硫酸铝的比例偏小。在本发明的一个具体实施例中，产物A和产物B的质量之和在由石膏、硫酸铝、产物A和产物B组成的混合物中的百分含量为40％；石膏与硫酸铝的质量比为5：1。在本发明的另一个具体实施例中，产物A和产物B的质量之和在由石膏、硫酸铝、产物A和产物B组成的混合物中的百分含量为60％；石膏与硫酸铝的质量比为7：1。
本发明提供的碱化土壤改良剂的原料包括石膏。石膏可为脱硫石膏、磷石膏或矿质石膏。石膏的主要成分为CaSO4·2H2O，在本发明中，优选地，石膏中CaSO4·2H2O的含量≥70wt％，如为82wt％。
本发明提供的碱化土壤改良剂的原料包括腐殖酸。在本发明中，腐殖酸可为褐煤、风化煤等矿物源大分子有机物质粉末。优选地，腐殖酸的总酸含量≥10wt％，如为25wt％。腐殖酸为粉末状，粒径优选为0.25～0.425mm(40～60目)，例如0.4mm。
本发明提供的碱化土壤改良剂的原料包括氨基酸发酵尾液。在本发明中，氨基酸发酵尾液可氨基酸发酵后的废水，例如用玉米、小麦、大米等淀粉质为原料，在生物发酵合成谷氨酸过程中产生的高浓度有机废液。优选地，氨基酸发酵尾液中的氮含量≥12wt％，如为15wt％。更进一步优选地，氨基酸发酵尾液的pH值为3～5(如3.8)；氨基酸发酵尾液中的有机质含量≥20wt％(如35.2wt％)。
根据本发明，步骤P1中，优选地，加水步骤中，调节混合物的含水量至50wt％～70wt％，如70wt％；优选地，静置反应的温度为15～30℃，例如室温25℃，时间为1～3天，例如2天。
根据本发明，步骤P2中，自然发酵的温度可为45～55℃，整个发酵过程中，温度可不固定为某一具体值，保证在该范围内即可，时间可为45～90天，如50天。
根据本发明，步骤P3中，碱化土壤改良剂为颗粒状，直径优选为1～6mm，如3mm。
本发明提供的一种碱化土壤改良剂，包括如下步骤：
S1、将碱化土壤改良剂与化肥一同呈平行带状条施入碱化土壤中，形成改良剂条带和化肥条带；
S2、将种子条播在改良剂条带和化肥条带的中间位置，收获作物。
如图1所示，碱化土壤改良剂与化肥一同呈平行带状条施入碱化土壤中(可采用专用机械设备)，优选地，碱化土壤改良剂的施入深度为3～8cm(如5cm、6cm)，覆土厚度为1～3cm(如2cm)。施入之后，形成改良剂条带和化肥条带，优选地，改良剂条带和化肥条带之间的行距为5～10cm，如5cm。种子播种在改良剂条带和化肥条带的中间位置。通过集约化施用改良剂，实现了碱化土壤的靶向消障和土壤肥力的定向提升。本发明中，供试作物可选择耐盐碱的作物，例如向日葵、玉米、高粱、甜菜、高丹草、田菁等。作物采用宽窄行覆膜种植方式，其行距和株距可根据所供试作物的种类在合理范围内进行调节。例如，供试作物为向日葵，膜内小行距40cm，膜外大行距90cm；供试作物为玉米，膜内小行距40cm，膜外大行距70cm。
根据本发明，待改良的碱化土壤可为轻度碱化土壤、中度碱化土壤和重度碱化土壤，下面具体实施例中以中度和重度为例进行说明。土壤改良剂施用量根据碱化土壤pH值确定，其中：当土壤pH值≤9时，施用量为100～200kg/亩；当土壤pH值＞9且＜10时，施用量为200～300kg/亩(如250kg/亩)；当土壤pH值≥10时，施用量为300～500kg/亩(如450kg/亩)。化肥可采用三元复合肥(如磷酸二铵)，氮元素的含量可为18％，例如N-P2O5-K2O比例为18-46-0或18-12-15；化肥的施用量可根据供试作物的种类进行调节，例如10～50kg/亩。
根据本发明，在种子播种前或播种后进行灌水；优选地，灌水量为60～150方/亩(如90～120方/亩、90方/亩或120方/亩)；可选地，灌水的方式为畦灌，在灌水浸泡2～3天后将土表剩余的水全部排除干净，灌水完毕后，当土壤水分满足种植条件时种植作物。可选地，灌水的方式为滴灌，滴灌带设置在改良剂条带上方土表，在播种结束后滴灌，具体可在不同生长阶段分次进行滴灌。
下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐明本发明，而不是为了限制本发明的范围。以下提供的实施例可作为本技术领域普通技术人员进行进一步改进的指南，并不以任何方式构成对本发明的限制。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
下述实施例中的各原料来源如下：
腐殖酸购自内蒙古蒙跃生物科技有限公司，总酸含量为25wt％。
脱硫石膏购自内蒙古蒙跃通辽霍林河坑口发电有限责任公司，CaSO4·2H2O含量为82wt％。
氨基酸发酵尾液采购自吉林梅花氨基酸有限责任公司，是以玉米为原料，经液化→糖化→发酵合成谷氨酸过程得到的尾液，其成分分析如下：
pH值3.8，有机质35.2wt％，氨基酸18.2wt％，氮15wt％，磷0.8wt％，钾1.9wt％，硫14.2wt％，钙3.8wt％，镁0.2wt％，同时富含锌、硼、铁、锰等微量元素及活性生物酶、多糖等可溶性有机小分子营养物质。
下述实施例中的操作，如无特殊说明均在室温环境下操作。
实施例1：中度碱化白礓土改良
一、改良剂制备
按照如下步骤制备改良剂：
P1、将腐殖酸用球磨机磨细，粒径约0.4mm，然后将其与磷酸脲按重量比为1:1的比例混合均匀，然后将水分调节至70％，静置反应2天，得到混合物A。
P2、将葵花籽壳用粉碎机将其粉碎成粒径0.8mm，然后将其与氨基酸发酵尾液按2kg：1L的固液比混合均匀，自然发酵50天，温度控制在45～55℃，得到混合物B。
P3、将35份脱硫石膏、5份硫酸铝、30份混合物A、30份混合物B混合均匀，然后用圆盘造粒机进行造粒，直径约3mm，制成碱化土壤改良剂1号。
二、碱化土壤改良
1、改良剂集约化施用试验：
试验地点位于内蒙古巴彦淖尔市五原县，时间为2021年5月至10月。试验地面积10亩，0～20cm土壤pH值为9.2，含盐量4.5g/kg，为中度碱化土壤。
将试验地划分为9个小区，小区之间及四周设置2米宽的保护行。试验设置3个处理，分别是空白对照、撒施改良剂1号、条施改良剂1号，每个处理设置3次重复。
S1、供试作物为向日葵，采用宽窄行覆膜种植方式，膜内小行距40cm，膜外大行距90cm。其中，空白对照不施用改良剂，撒施与条施处理的改良剂1号用量一致，均为250kg/亩，化肥为磷酸二铵(N-P2O5-K2O比例为18-46-0)，用量为25kg/亩。撒施处理是将改良剂1号产品均匀的撒施在地表，然后用旋耕机将其与0～20cm土壤混合均匀，然后条施底肥、覆膜。条施处理是将改良剂1号产品与化肥一同用机械将其呈条状施入土壤中，施入深度为6cm，上面覆土2cm，改良剂条带与化肥条带间距5cm，然后覆膜。
S2、上述操作结束后，用黄河水进行灌溉，灌水量120方/亩，2天后将土表的水排除干净。排水7天后，采用人工点播的方式种植向日葵。其中，条施处理的播种位置介于改良剂条带和化肥条带的中间位置，其他操作方式均相同。
向日葵幼苗期统计出苗率，收获期测产，并分别采集膜下根际和膜外非根际0～20cm土壤样品，结果如表1所示。撒施改良剂1号(Ⅰ)和条施改良剂1号(Ⅰ)的向日葵长势对比照片见图2。
表1实施例1中向日葵出苗率、产量及土壤盐碱和养分指标
从表1可以看出，与对照处理相比，改良剂1号撒施和条施均能显著降低土壤pH值、全盐量，提高土壤有机质含量，对根际土壤作用尤为明显，进而显著提高了向日葵出苗率和产量。其中，本发明提出的条施处理土壤盐碱指标明显低于撒施处理，而根际土壤有机质含量及向日葵出苗率和产量均显著高于撒施处理。
实施例2：重度碱化苏打碱土改良
一、改良剂制备
加工工艺流程方法与实施例1相同，区别在于，本实施例将50份脱硫石膏、10份硫酸铝、20份混合物A、20份混合物B混合均匀，然后用圆盘造粒机进行造粒，直径约3mm，制成碱化土壤改良剂2号。
二、碱化土壤改良
1、改良剂集约化施用试验：
试验地点位于吉林省松原市乾安县，时间为2021年5月至10月。试验地面积120亩，0～20cm土壤pH值为10.5，含盐量2.1g/kg，为重度碱化土壤。
将试验地划分为9个片区，每个片区为一个处理。试验设置3个处理，分别是空白对照、撒施改良剂2号、条施改良剂2号，每个处理设置3次重复。
S1、供试作物为玉米，采用宽窄行、覆下滴灌种植方式，膜内小行距40cm，膜外大行距70cm，同一条地膜下铺设两条滴灌带。其中，空白对照不施用改良剂，撒施与条施处理的改良剂1号用量一致，均为450kg/亩，化肥为硫酸钾型复合肥(N-P2O5-K2O比例为18-12-15)，用量为40kg/亩。撒施处理是将改良剂2号产品均匀的撒施在地表，然后用旋耕机将其与0～20cm土壤混合均匀，然后条施底肥、铺设滴灌带、覆膜。条施处理是将改良剂2号产品与化肥一同用机械将其呈条状平行施入土壤中，施入深度为5cm，上面覆土2cm，改良剂条带与化肥条带间距5cm，然后铺设滴灌带、覆膜。
S2、三种处理中，滴灌带位于两条化肥或改良剂2号产品条带上方土表。播种结束后，用井水进行滴灌，首次滴灌量为30方/亩，生育期内共进行4次滴灌，每次滴灌量为15方/亩，总灌水量为90方/亩。
玉米幼苗期统计出苗率，收获期测产，并分别采集膜下根际和膜外非根际0～20cm土壤样品，结果如表2所示。撒施改良剂2号(Ⅱ)、条施改良剂2号(Ⅱ)和空白对照的玉米长势对比照片见图3。
表2实施例2中玉米出苗率、产量及土壤盐碱和养分指标
从表2可以看出，本发明能显著降低土壤pH值、全盐量，提高土壤有机质含量，对根际土壤作用尤为明显，进而显著提高了玉米出苗率和产量。
以上对本发明进行了详述。对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明的宗旨和范围，以及无需进行不必要的实验情况下，可在等同参数、浓度和条件下，在较宽范围内实施本发明。虽然本发明给出了特殊的实施例，应该理解为，可以对本发明作进一步的改进。总之，按本发明的原理，本申请欲包括任何变更、用途或对本发明的改进，包括脱离了本申请中已公开范围，而用本领域已知的常规技术进行的改变。按以下附带的权利要求的范围，可以进行一些基本特征的应用。
Claims (10)
1.一种碱化土壤改良剂的制备方法，包括如下步骤：
P1、将腐殖酸与磷酸脲混合均匀后加水，进行静置反应，得到产物A；
P2、将葵花籽壳与氨基酸发酵尾液混合均匀，进行自然发酵，得到产物B；
P3、将石膏、硫酸铝、所述产物A和所述产物B混合均匀，进行造粒，得到所述碱化土壤改良剂。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述腐殖酸与所述磷酸脲的质量比为1：1；
所述葵花籽壳与所述氨基酸发酵尾液的固液比为2kg：1L；
所述产物A和所述产物B的质量比为1：1；
所述产物A和所述产物B的质量之和在由所述石膏、所述硫酸铝、所述产物A和所述产物B组成的混合物中的百分含量为10％～70％；
所述石膏与所述硫酸铝的质量比为(2～8)：1。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述石膏为脱硫石膏、磷石膏或矿质石膏；
所述石膏中CaSO4·2H2O的含量≥70wt％；
所述腐殖酸的总酸含量≥10wt％；
所述氨基酸发酵尾液中的氮含量≥12wt％。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于：所述腐殖酸为粉末状，粒径为0.25～0.425mm；
所述加水步骤中，调节混合物的含水量至50wt％～70wt％；
所述静置反应的温度为15～30℃，时间为1～3天；
所述自然发酵的温度为45～55℃，时间为45～90天。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的碱化土壤改良剂，其特征在于：所述碱化土壤改良剂为颗粒状；
所述碱化土壤改良剂的直径为1～6mm。
6.权利要求1-5中任一项所述的制备方法制备得到的碱化土壤改良剂。
7.权利要求6所述的碱化土壤改良剂在下述至少一项中的应用：
A1)提高碱化土壤种植作物的出苗率；
A2)提高碱化土壤种植作物的产量；
A3)降低碱化土壤pH值；
A4)降低碱化土壤全盐量；
A5)提高碱化土壤有机质含量；
A6)调节碱化土壤碳氮比。
8.利用权利要求6所述的碱化土壤改良剂对碱化土壤进行改良的方法，包括如下步骤：
S1、将所述碱化土壤改良剂与化肥一同呈平行带状条施入碱化土壤中，形成改良剂条带和化肥条带；
S2、将种子播种在所述改良剂条带和所述化肥条带的中间位置，收获作物。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述碱化土壤改良剂的施入深度为3～8cm，覆土厚度为1～3cm；
所述改良剂条带和所述化肥条带之间的行距为5～10cm。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于：所述土壤改良剂施用量根据所述碱化土壤的pH值确定，其中：当土壤pH值≤9时，施用量为100～200kg/亩；当土壤pH值＞9且＜10时，施用量为200～300kg/亩；当土壤pH值≥10时，施用量为300～500kg/亩。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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