CN115710511A - 一种土壤改良剂及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种土壤改良剂及其制备方法及应用，所述土壤改良剂包括以下原料：茶叶渣发酵产物、膨润土、沙子、硫磺粉、保水剂、石膏及硫酸锌；其中，所述保水剂包括魔芋粉以及壳聚糖。所述土壤改良剂通过添加茶叶渣发酵产物可以改善盐碱土壤的碱性，从而改善板结问题，同时发酵的茶叶渣中还含有丰富的有机质，可以增加盐碱土壤的肥力。通过添加沙子，可以改善盐碱土壤的板结情况，通过沙子的流动性，分散盐碱土壤中的碱性物质，减少聚集结块的情况。通过添加保水剂，使得改良剂可以在有水分存在的情况下充分与盐碱土壤中的碱性物质接触，进而持续释放效力。
Description
技术领域
本发明涉及土壤改良技术领域，具体涉及一种土壤改良剂及其制备方法与应用。
背景技术
我国盐碱地分布广泛，而土壤盐碱化是严重制约我国农业发展的痼疾之一，在盐碱化的土壤上，农作物生长严重受影响，严重时，甚至颗粒无收。
传统的盐碱土壤改善方法主要是在对盐碱地进行洗地，用水溶解盐碱地中的碱性物质，或者采用耐碱菌种进行发酵，消耗掉盐碱地中的碱性物质，或者采用填土堆积的方式将盐碱土壤覆盖在正常土壤的下方。
以上方法存在如下问题：1)耗水量大，产生废水排放问题；2)菌株不稳定，效果难持久；3)需要消耗大量正常土壤。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种土壤改良剂及其制备方法与应用，旨在提供一种无需消耗水源和菌种以及正常土壤，直接能对盐碱地土壤的板结、土壤肥力不够等进行改善的土壤改良剂。
为实现上述目的，本发明提出一种土壤改良剂，所述土壤改良剂包括以下原料：茶叶渣发酵产物、膨润土、沙子、硫磺粉、保水剂、石膏及硫酸锌；
其中，所述保水剂包括魔芋粉以及壳聚糖。
可选地，所述土壤改良剂包括以下质量份数的原料：
茶叶渣发酵产物20～50份、膨润土10～30份、沙子15～40份、硫磺粉5～25 份、保水剂5～20份、石膏7～17份及硫酸锌1～5份。
可选地，所述膨润土包括钙基膨润土以及氢基膨润土，所述钙基膨润土与所述氢基膨润土的质量比为1:(1～3)。
可选地，所述魔芋粉与壳聚糖的质量比为1:(1.2～1.8)。
可选地，所述茶叶渣发酵产物中的茶叶渣包括红茶渣、乌龙茶渣以及普洱茶渣中的至少一种。
本发明还提供了一种土壤改良剂的制备方法，包括以下步骤：
S10、将湿茶叶渣滤干水分后，搅碎，酶解，发酵，得茶叶渣发酵产物；
S20、将膨润土、沙子、硫磺粉、保水剂、石膏及硫酸锌混匀，得混合料一；
S30、将茶叶渣发酵产物与混合料一混合均匀即得土壤改良剂。
可选地，步骤S10中，酶解的酶包括纤维素酶、果胶酶、中性蛋白酶、淀粉酶及β-葡萄糖苷酶中的至少2种。
可选地，步骤S10中，酶解温度为45～55℃；和/或，
酶解时间为2～6h。
可选地，步骤S10中，发酵采用的菌种为枯草芽孢杆菌、酵母菌、黑曲霉及乳酸菌中的至少一种。
可选地，步骤S10中，发酵温度为35～45℃；和/或，
发酵时间为24～48h。
本发明还提供了一种盐碱性土壤的改良方法，采用土壤改良剂对盐碱性土壤进行改良，所述土壤改良剂包括以下原料：茶叶渣发酵产物、膨润土、沙子、硫磺粉、保水剂、石膏及硫酸锌；其中，所述保水剂包括魔芋粉以及壳聚糖。
本发明提供的技术方案中，通过添加茶叶渣发酵产物可以改善盐碱土壤的碱性，从而改善板结问题，同时发酵的茶叶渣中还含有丰富的有机质，可以增加盐碱土壤的肥力。通过添加沙子，可以改善盐碱土壤的板结情况，通过沙子的流动性，分散盐碱土壤中的碱性物质，减少聚集结块的情况。通过添加保水剂，使得改良剂可以在有水分存在的情况下充分与盐碱土壤中的碱性物质接触，进而持续释放效力。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。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。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和 B同时满足的方案。此外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
传统的盐碱土壤改善方法主要是在对盐碱地进行洗地，用水溶解盐碱地中的碱性物质，或者采用耐碱菌种进行发酵，消耗掉盐碱地中的碱性物质，或者采用填土堆积的方式将盐碱土壤覆盖在正常土壤的下方。存在如下问题： 1)耗水量大，产生废水排放问题；2)菌株不稳定，效果难持久；3)需要消耗大量正常土壤。鉴于此，本发明提出了一种土壤改良剂，旨在提供一种无需消耗水源和菌种以及正常土壤，直接能对盐碱地土壤的板结、土壤肥力不够等进行改善的土壤改良剂。
本发明提供的土壤改良剂包括以下原料：茶叶渣发酵产物、膨润土、沙子、硫磺粉、保水剂、石膏及硫酸锌；其中，所述保水剂包括魔芋粉以及壳聚糖。
本发明提供的技术方案中，通过添加茶叶渣发酵产物可以改善盐碱土壤的碱性，从而改善板结问题，同时发酵的茶叶渣中还含有丰富的有机质，可以增加盐碱土壤的肥力。通过添加沙子，可以改善盐碱土壤的板结情况，通过沙子的流动性，分散盐碱土壤中的碱性物质，减少聚集结块的情况。通过添加保水剂，使得改良剂可以在有水分存在的情况下充分与盐碱土壤中的碱性物质接触，进而持续释放效力。
所述土壤改良剂包括以下质量份数的原料：茶叶渣发酵产物20～50份、膨润土10～30份、沙子15～40份、硫磺粉5～25份、保水剂5～20份、石膏7～17 份及硫酸锌1～5份。
所述膨润土包括钙基膨润土以及氢基膨润土，所述钙基膨润土与所述氢基膨润土的质量比为1:(1～3)。加氢基膨润土与钙基膨润土，膨润土是以蒙脱石为主要矿物成分的非金属矿产，蒙脱石结构是由两个硅氧四面体夹一层铝氧八面体组成的晶体结构，由于蒙脱石晶胞形成的层状结构存在某些阳离子，如钙、氢离子等，且这些阳离子与蒙脱石晶胞的作用很不稳定，易被其它阳离子交换，尤其是与土壤中的钠离子进行交换，故具有较好的离子交换性。由于膨润土中含有钙离子等，能够有效补充土壤中植物所需的中量元素，同时降低土壤中的全盐量与PH值，从而改良土壤，提高土壤保水保肥能力。通过所述钙基膨润土与所述氢基膨润土的质量比为1:(1～3)，可以使得离子交换效率更佳。
所述魔芋粉与壳聚糖的质量比为1:(1.2～1.8)。通过添加魔芋粉和壳聚糖，可以增加土壤改良剂的保水性，并且魔芋粉和壳聚糖无生物毒害性，可以避免使用丙烯酰胺等保水剂，产生生物毒性，减少土壤的毒素富集作用。通过设置所述魔芋粉与壳聚糖的质量比为1:(1.2～1.8)，可以使得保水性能更优，同时成本较低。
为了进一步地改善盐碱土壤中的碱度，所述茶叶渣发酵产物中的茶叶渣包括红茶渣、乌龙茶渣以及普洱茶渣中的至少一种。由于红茶渣、乌龙茶渣以及普洱茶渣呈弱酸性，发酵后添加到土壤改良剂中，可以中和土壤中的碱，进一步改良盐碱性土壤。
本发明还提供了一种土壤改良剂的制备方法，包括以下步骤：
S10、将湿茶叶渣滤干水分后，搅碎，酶解，发酵，得茶叶渣发酵产物。
S20、将膨润土、沙子、硫磺粉、保水剂、石膏及硫酸锌混匀，得混合料一。
S30、将茶叶渣发酵产物与混合料一混合均匀即得土壤改良剂。
需要说明的是，湿茶叶渣可以是茶饮料加工厂产生的下脚料滤干水分直接使用，也可以是干茶叶渣浸泡充分后滤干水分直接使用，可以根据实际情况进行选择，本发明在此不作限定，只要能获得满足要求的原料即可。
通过酶解利于有机物质的溶出，使得在后续使用中，一方面可以改善土壤的盐碱性，另一方面可以为土壤提供有机质，提升土壤肥力。同时采用酶解还能使得茶叶渣中的一些多糖分解成单糖，通过先酶解，后发酵，就可以避免在发酵的过程中还要添加糖基，可以直接利用酶解产生的单糖。先酶解，后发酵还能进一步保证后续的发酵产物为弱酸性，进一步中和盐碱土壤中的盐碱，提升改良效果。
步骤S10中，酶解的酶包括纤维素酶、果胶酶、中性蛋白酶、淀粉酶及β- 葡萄糖苷酶中的至少2种。通过纤维素酶、果胶酶、中性蛋白酶、淀粉酶及β- 葡萄糖苷酶可以将茶叶渣中的粗纤维酶解成更细小的纤维，打散茶叶渣中的脉络，使其更加细碎，使得其有机质变成更小的分子，更有利于提升盐碱土壤的肥力。
步骤S10中，酶解温度为45～55℃，在此温度下，酶解效率最佳。
酶解时间为2～6h，在此时间下，酶解更佳充分，有利于有机质的分解。
步骤S10中，发酵采用的菌种为枯草芽孢杆菌、酵母菌、黑曲霉及乳酸菌中的至少一种。通过发酵，可以有效降解粗纤维，同时降低茶叶渣基质的 pH值，进一步改良盐碱土壤的碱度。
可选地，步骤S10中，发酵温度为35～45℃，在此温度下，发酵效率最佳。
发酵时间为24～48h，在此时间下，发酵更充分。
本发明还提供了一种盐碱性土壤的改良方法，采用土壤改良剂对盐碱性土壤进行改良，因而具有土壤改良剂的所有技术方案，因此同样具有上述技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
以下结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明，应当理解，以下实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
1)一种土壤改良剂，包括：红茶叶渣发酵产物20份、膨润土10份、沙子15份、硫磺粉5份、保水剂5份、石膏7份及硫酸锌1份，其中，所述膨润土包括钙基膨润土以及氢基膨润土，所述钙基膨润土与所述氢基膨润土的质量比为1:1；所述保水剂包括魔芋粉以及壳聚糖，所述魔芋粉与壳聚糖的质量比为1:1.2。
2)一种土壤改良剂的制备方法，包括以下步骤：
S10、将湿红茶叶渣滤干水分后，搅碎，经纤维素酶及淀粉酶于45℃酶解 2h，再经枯草芽孢杆菌于35℃下发酵24h，得茶叶渣发酵产物；
S20、将膨润土、沙子、硫磺粉、保水剂、石膏及硫酸锌混匀，得混合料一；
S30、将茶叶渣发酵产物与混合料一混合均匀即得土壤改良剂。
实施例2
1)一种土壤改良剂，包括：乌龙茶茶叶渣发酵产物35份、膨润土20份、沙子30份、硫磺粉15份、保水剂15份、石膏10份及硫酸锌4份，其中，所述膨润土包括钙基膨润土以及氢基膨润土，所述钙基膨润土与所述氢基膨润土的质量比为1:2；所述保水剂包括魔芋粉以及壳聚糖，所述魔芋粉与壳聚糖的质量比为1:1.5。
2)一种土壤改良剂的制备方法，包括以下步骤：
S10、将湿乌龙茶茶叶渣滤干水分后，搅碎，经果胶酶和中性蛋白酶于50℃酶解4h，再经枯草芽孢杆菌于40℃下发酵30h，得茶叶渣发酵产物；
S20、将膨润土、沙子、硫磺粉、保水剂、石膏及硫酸锌混匀，得混合料一；
S30、将茶叶渣发酵产物与混合料一混合均匀即得土壤改良剂。
实施例3
1)一种土壤改良剂，包括：普洱茶茶叶渣发酵产物50份、膨润土30份、沙子40份、硫磺粉25份、保水剂20份、石膏17份及硫酸锌5份，其中，所述膨润土包括钙基膨润土以及氢基膨润土，所述钙基膨润土与所述氢基膨润土的质量比为1:3；所述保水剂包括魔芋粉以及壳聚糖，所述魔芋粉与壳聚糖的质量比为1:1.8。
2)一种土壤改良剂的制备方法，包括以下步骤：
S10、将湿普洱茶茶叶渣滤干水分后，搅碎，经β-葡萄糖苷酶和中性蛋白酶于55℃酶解6h，再经枯草芽孢杆菌于45℃下发酵48h，得茶叶渣发酵产物；
S20、将膨润土、沙子、硫磺粉、保水剂、石膏及硫酸锌混匀，得混合料一；
S30、将茶叶渣发酵产物与混合料一混合均匀即得土壤改良剂。
实施例4
1)一种土壤改良剂，包括：红茶茶叶渣发酵产物40份、膨润土20份、沙子30份、硫磺粉20份、保水剂10份、石膏15份及硫酸锌4份，其中，所述膨润土包括钙基膨润土以及氢基膨润土，所述钙基膨润土与所述氢基膨润土的质量比为1:2.5；所述保水剂包括魔芋粉以及壳聚糖，所述魔芋粉与壳聚糖的质量比为1:1.6。
2)一种土壤改良剂的制备方法，包括以下步骤：
S10、将湿红茶茶叶渣滤干水分后，搅碎，经淀粉酶和果胶酶于50℃酶解 5h，再经枯草芽孢杆菌于38℃下发酵36h，得茶叶渣发酵产物；
S20、将膨润土、沙子、硫磺粉、保水剂、石膏及硫酸锌混匀，得混合料一；
S30、将茶叶渣发酵产物与混合料一混合均匀即得土壤改良剂。
实施例5
1)一种土壤改良剂，包括：红茶茶叶渣发酵产物45份、膨润土16份、沙子35份、硫磺粉17份、保水剂18份、石膏9份及硫酸锌3份，其中，所述膨润土包括钙基膨润土以及氢基膨润土，所述钙基膨润土与所述氢基膨润土的质量比为1:3.5；所述保水剂包括魔芋粉以及壳聚糖，所述魔芋粉与壳聚糖的质量比为1:1.4。
2)一种土壤改良剂的制备方法，包括以下步骤：
S10、将湿红茶茶叶渣滤干水分后，搅碎，经纤维素酶和中性蛋白酶于48℃酶解4h，再经枯草芽孢杆菌于42℃下发酵30h，得茶叶渣发酵产物；
S20、将膨润土、沙子、硫磺粉、保水剂、石膏及硫酸锌混匀，得混合料一；
S30、将茶叶渣发酵产物与混合料一混合均匀即得土壤改良剂。
对比例1
除不含茶叶渣外，其他与实施例5一致。
对比例1由于不含茶叶渣，因而在改良土壤时，对土壤碱度的改善效果较差，土壤肥力改善效果也较差。
对比例2
除不含沙子外，其他与实施例5一致。
对比例2由于不含沙子，在改善盐碱土壤时，对结团性改善不佳，导致土壤改良剂不能与盐碱土壤充分接触，影响改良效果。
对比例3
除不含保水剂外，其他与实施例5一致。
对比例3由于不含保水剂，因此在改良土壤时，土壤改良剂与盐碱土壤接触不充分，影响改良效果。
对比例4
除茶叶渣未经处理，直接添加外，其他与实施例5一致。
对比例4由于茶叶渣未经处理直接添加，导致未经酶解、发酵，酸度不够，改良土壤时，对碱度降低的效果较差，且肥力降低。
对比例5
除没有步骤S20，直接将各原料混合外，其他与实施例5一致。
对比例5由于未将膨润土、沙子、硫磺粉、保水剂、石膏及硫酸锌混匀再与茶叶渣发酵产物混匀，导致土壤改良剂不均匀，影响土壤改良效果。
土壤改良剂性能测试
将实施例1-5及对比例1-5所制得的土壤改良剂取100公斤，洒在1亩盐碱地中，翻地35cm，将土壤改良剂与盐碱土壤充分混匀，放置90天后，取样测定土壤中pH值、土壤有机质含量及土壤容重。
表1土壤改良剂改良90天的土壤pH值变化
根据表1可知，本发明实施例1-5所提供的土壤改良剂对盐碱土壤改良 90天后，均能显著改善土壤碱度，使得盐碱土壤的pH值显著下降，其中实施例5效果最佳。而对比例1-5所提供的土壤改良剂虽然也能降低盐碱土壤的 pH值，但是效果远不如实施例1-5，其中，对比例1由于不含茶叶渣发酵产物，因此效果最差，对比例4因为茶叶渣未经处理，直接加入，效果也较差。
表2土壤改良剂改良90天的土壤有机质含量变化(单位：g/kg)
| 实验组 | 初始机质含量 | 改良90天机质含量 |
| 实施例1 | 10.2 | 11.3 |
| 实施例2 | 10.2 | 11.3 |
| 实施例3 | 10.2 | 11.6 |
| 实施例4 | 10.2 | 11.5 |
| 实施例5 | 10.2 | 11.7 |
| 对比例1 | 10.2 | 10.3 |
| 对比例2 | 10.2 | 10.8 |
| 对比例3 | 10.2 | 10.9 |
| 对比例4 | 10.2 | 10.5 |
| 对比例5 | 10.2 | 11.1 |
根据表2可知，本发明实施例1-5所提供的土壤改良剂对盐碱土壤改良90天后，均能显著提高盐碱土壤中的有机质含量，其中实施例5效果最佳。而对比例1-5所提供的土壤改良剂中，对比例1由于不含茶叶渣发酵产物，因此基本对土壤有机质含量没有影响，对比例4由于未经发酵，茶叶中的有机质不能很好地进入土壤，效果较差。
表3土壤改良剂改良90天的土壤容重变化(单位：g/cm3)
| 实验组 | 初始容重 | 改良90天容重 |
| 实施例1 | 2.69 | 1.63 |
| 实施例2 | 2.69 | 1.57 |
| 实施例3 | 2.69 | 1.51 |
| 实施例4 | 2.69 | 1.42 |
| 实施例5 | 2.69 | 1.33 |
| 对比例1 | 2.69 | 2.31 |
| 对比例2 | 2.69 | 2.23 |
| 对比例3 | 2.69 | 1.97 |
| 对比例4 | 2.69 | 1.99 |
| 对比例5 | 2.69 | 1.86 |
根据表3可知，本发明实施例1-5所提供的土壤改良剂对盐碱土壤改良 90天后，均能显著降低盐碱土壤的容重，避免盐碱土壤结团，使得盐碱土壤变疏松，其中实施例5效果最佳。而对比例1-5所提供的土壤改良剂中，对比例1由于不含茶叶渣发酵产物，因此对盐碱土壤容重改善效果最差，对比例2 由于不含沙子，对盐碱土壤的分散效果不佳，不能起到防止结团的效果。
综上所述，本发明提供的一种土壤改良剂，通过添加茶叶渣发酵产物可以改善盐碱土壤的碱性，从而改善板结问题，同时发酵的茶叶渣中还含有丰富的有机质，可以增加盐碱土壤的肥力。通过添加沙子，可以改善盐碱土壤的板结情况，通过沙子的流动性，分散盐碱土壤中的碱性物质，减少聚集结块的情况。通过添加保水剂，使得改良剂可以在有水分存在的情况下充分与盐碱土壤中的碱性物质接触，进而持续释放效力。
上述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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，均应包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种土壤改良剂，其特征在于，包括以下原料：茶叶渣发酵产物、膨润土、沙子、硫磺粉、保水剂、石膏及硫酸锌；
其中，所述保水剂包括魔芋粉以及壳聚糖。
2.如权利要求1所述的土壤改良剂，其特征在于，所述土壤改良剂包括以下质量份数的原料：
茶叶渣发酵产物20～50份、膨润土10～30份、沙子15～40份、硫磺粉5～25份、保水剂5～20份、石膏7～17份及硫酸锌1～5份。
3.如权利要求1所述的土壤改良剂，其特征在于，所述膨润土包括钙基膨润土以及氢基膨润土，所述钙基膨润土与所述氢基膨润土的质量比为1:(1～3)。
4.如权利要求1所述的土壤改良剂，其特征在于，所述魔芋粉与壳聚糖的质量比为1:(1.2～1.8)。
5.如权利要求1所述的土壤改良剂，其特征在于，所述茶叶渣发酵产物中的茶叶渣包括红茶渣、乌龙茶渣以及普洱茶渣中的至少一种。
6.一种如权利要求1-5任意一项所述的土壤改良剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10、将湿茶叶渣滤干水分后，搅碎，酶解，发酵，得茶叶渣发酵产物；
S20、将膨润土、沙子、硫磺粉、保水剂、石膏及硫酸锌混匀，得混合料一；
S30、将茶叶渣发酵产物与混合料一混合均匀即得土壤改良剂。
7.如权利要求6所述的土壤改良剂，其特征在于，
步骤S10中，酶解的酶包括纤维素酶、果胶酶、中性蛋白酶、淀粉酶及β-葡萄糖苷酶中的至少2种；和/或，
步骤S10中，发酵采用的菌种为枯草芽孢杆菌、酵母菌、黑曲霉及乳酸菌中的至少一种。
8.如权利要求6所述的土壤改良剂，其特征在于，步骤S10中，酶解温度为45～55℃；和/或，
酶解时间为2～6h。
9.如权利要求6所述的土壤改良剂，其特征在于，步骤S10中，发酵温度为35～45℃；和/或，
发酵时间为24～48h。
10.一种盐碱性土壤的改良方法，其特征在于，使用如权利要求1-5任意一项所述的土壤改良剂，对盐碱性土壤进行改良。
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