CN117327493A - 一种土壤改良剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明一种土壤改良剂及其制备方法和应用，所述土壤改良剂按质量百分比计包括以下组分：含铁组分1％～5％，一水合氧化铝20％～60％，含钙系列化合物2％～5％，其余为水；本发明通过铁氧体的磁性物质带正电对黏土表现出凝析作用，磁性也增大了水的流通量，活性氧化铝和氢氧化铁除了调节土壤电中性作用，活性氧化铝同时给铁氧体、氢氧化铁或磁赤铁矿赋予了碱性物质，以防止顺磁性物质变质，具有分散携带顺磁性物质防止凝结的作用，达到了改善土壤营养肥力的效果。

Description

一种土壤改良剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及土壤营养剂技术领域，尤其涉及一种土壤改良剂及其制备方法和应用。

背景技术

土壤是植物赖以生存的物质基础，植物生长发育所需的养分、水分主要是土壤提供的，土壤也是使植物直立的支撑物。好的土壤能满足植物对水、肥、气的要求。土壤既是这些物质的主要源泉，也是各种物质转化的场所。在土壤中除了植物需要的水分，有机质和无机元素外，一些重要物质的存在，如大分子有机物，少量稀有元素等也是植物吸收营养和生存的重要条件。土壤质量的好坏直接影响植物衡量吸收生长过程所必需的营养成分。

由于土壤质量条件的差异，使得植物在生长过程中有时候得不到有效成分的吸收。影响了植物的成长、开花和果实产、质量。

我国人多地少，粮食增产压力巨大，不少地区为了提高粮食产量，盲目过量施用化肥，由于利用率低，每年大量的肥料投入到土地之中，但其利用率仅为30％左右，已引发一系列问题，造成化肥资源的巨大浪费和土壤结构的严重破坏，加剧了环境污染，降低了耕地产出率，同时，过量施用单一肥还造成土壤中其他营养元素缺失，农作物减产，农产品品质下降，经济作物效益下滑。

解决植物养分吸收，关键在于调整作为肥料载体的土壤环境。这个领域的专著和技术主要着眼点在，利用无机物与有机物混合、矿物质和微生物混合、腐殖质和化肥混合、草木灰和菌类混合、以及硅藻土和微量元素混合等。主要目的是通过这些混合物达到土壤改良，增加养分吸收调整土壤pH值等作用。以上技术的局限在于适应面的选择和限制，任何一种技术和产品只能在特指的土壤或作物间发生作用，不适合广谱应用。

经研究得知，土壤是由有机胶体和无机胶体紧密结合构成了土壤的物质基础。无机胶体主要指土壤矿物，来自于土壤母质矿物的碎屑、土壤母质矿物风化产物，主要包括层状硅酸盐矿物、铁铝氧化物以及其的水化物。

水合氧化物型表面主要指Si、Al、Fe等氧化物的水合物所形成的表面，这类表面往往都是具有极性的亲水性，其表面易于发生质子化和去质子化过程，并由此是它们的表面带有电荷。由于这些表面电荷随着溶液pH的变化而变化，所以称可变电荷表面。

土壤胶体体系中金属离子界面反应的类型、强度和速度深刻地影响了土壤胶体颗粒的表面性质，进而影响到土壤胶体颗粒周围的物质(离子和分子)分布、分子力分布、静电力分布等，最终影响了土壤颗粒间的相互作用和土壤颗粒凝聚和凝聚体的分散。试验发现随着交换样品配比不同，各离子交换结果有非常明显的区别。

土壤矿物颗粒表面带有大量电荷，这些电荷将从土壤溶液中吸附反离子而使土壤在宏观上呈电中性。吸附态反离子因热运动而以扩散状分布在土壤颗粒周围数十纳米半径的空间区域，由此导致土壤颗粒表面电荷在表面附近几十纳米的空间区域形成很强的电场。

土壤矿物颗粒周围的电场可以改变土壤矿物表面原子的原子轨道和矿物表面吸附态阳离子的离子轨道，土壤矿物颗粒周围的离子和水分子分布、土壤矿物颗粒间的分子力和静电力分布，形成的作用力直接影响土壤矿物颗粒间的相互作用以及矿物凝聚体的形成。

利用人为手段促使离子极化影响土壤/黏土矿物体系中离子的界面反应、土壤/黏土颗粒相互作用、土壤团聚体的形成与稳定以及土壤物质迁移。这种土壤中的离子极化不是经典极化，土壤中的离子极化率可达经典极化率的数百上千倍。实践证明土壤颗粒表面附近离子的亚原子结构可能发生重大改变，从而使土壤中离子的极化率远远大于通常介质中的离子极化率。

因此，针对以上不足，需要提供一种新的土壤改良剂以提升土壤的品质。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于现有的土壤改良剂对于土壤排水性改良、黏土凝析的改善、以及作物增产效果不佳，本发明通过铁氧体的磁性物质带正电对黏土表现出凝析作用。另外，磁性也增大了水的流通量，即表现出磁性效果的现象。活性氧化铝和氢氧化铁除了调节土壤电中性作用，活性氧化铝同时给铁氧体、氢氧化铁或磁赤铁矿赋予了碱性物质，以防止顺磁性物质变质，具有分散携带顺磁性物质防止凝结的作用，达到了改善土壤营养肥力的效果。

为了解决上述技术问题，第一方面，本发明提供了一种土壤改良剂，所述土壤改良剂按质量百分比计包括以下组分：

含铁组分1％～5％，一水合氧化铝20％～60％，含钙系列化合物2％～25％，其余为水。

本发明提供的土壤改良剂，利用微生态科学理论，通过调整土壤中植物根系周边土壤离子极化，促使土壤微环境的丰富团粒结构和良好物理性状。利用合理搭配金属氧化物和磁性材料，微量施用即可达到植物、作物根系周边土壤电位变化，达到土壤排水性改良和黏土凝析作用，从而实现植物根系对周边养分的合理吸收，使之在不改变任何耕作和植保条件的情况下，实现增产、增收、提高品质。

本发明提供的土壤改良剂使用方便、节省人力，成本低，投入产出比高，只要在一般的土壤少量添加，就能简单地、且低成本的获得良好的透气性、排水性、养分吸收的离子态土壤，促使植物根系健康发育成长。

本发明的土壤改良剂适用所有土壤，没有特别限定，但是干燥密度高、坚固的、以往排水性不好的土壤更能发挥本发明的效果。

由于铁、铝氧化物表面有较多的OH^－、OH₂、OH₃ ⁺等基团，包被在黏土矿物表面后，能使黏土矿物表面拥有大量可与无机和有机离子交换和配位的基团。铁、铝氧化物通过降低临界凝聚的浓度以减少黏粒的分散、水分的吸收和黏粒的膨胀，从而增强土壤的持水性、导水率。氧化铁对不同类型土壤所起作用不同，水铁矿在酸性条件下可与带负电荷的黏粒和有机质相结合，起团聚作用；在碱性条件下，则起分散作用。

本发明所述含铁组分1％～5％，例如可以是1％、2％、3％、4％或5％等。

优选地，所述含铁组分按质量百分比计为10％～30％的MO·Fe₂O₃和70％～90％的铁氧化物的组合，所述M为Fe、Mn或Zn；

优选地，所述铁氧化物为γ-FeOOH、δ-FeOOH或γ-Fe₂O₃中的任意一种。

本发明使用的含铁组分，粒径一般低于100μm，可通过100～200目筛网。

在本发明中，铁氧化物可以是铁锰氧化物，铁锰氧化物对于环境中的有机毒害物有一定的降解功能，可以利用于土壤污染的修复工作中。在污染土壤的修复工作中利用铁锰氧化物对于土壤的修复作用和净化工作，充分提高土壤自身的治污能力和降污能力。

在发明中，因铁氧体、氢氧化铁(例如：γ-FeOOH，δ-FeOOH)或磁赤铁矿(γ-Fe₂O₃)的磁性，添加了土壤微态活性剂的土壤中的水的流通量增大。再者，所述铁氧体、氢氧化铁或磁赤铁矿、与活性氧化铝带正电，这些对于形成有厚水膜的土壤中的黏土粒子水合球的集合体，表现出凝析作用。通过在土壤中添加微量的本发明材料0.001％-0.1％(针对水稻苗床营养土比例)，能够在植物生长的根部周边使土壤电价改变，形成离子状态的活跃空间，从而达到植物根系的健康成长。人为调节植物合理吸收水分与营养，提高发芽率、复壮功能，提高抗旱、抗涝、抗病、抗盐碱、促进作物光合作用，增加植物和果实的细胞数量，达到提高品质和增加产量的效果。

优选地，所述一水合氧化铝的粒径为10μm。

优选地，所述含铁组分与一水合氧化铝的质量比为3.6:1。

在本发明中，一水合氧化铝是影响土壤微观到宏观的介观电中性变化的关键，它和磁铁矿粉与铁氧体的结合物作用结果，可以双向改变土壤正负电位变化。

优选地，所述含钙系列化合物包括磷灰石[Ca₁₀(PO₄)₆·(OH)₂]、磷酸三钙[Ca₃(PO₄)₂]或磷酸氢钙[CaHPO₄]中的任意一种或至少两种的组合。

在本发明中，这些磷酸钙系列化合物每1g微溶20～200ppm/小时的Ca²⁺，所述2种成分同样对黏土质土壤具有凝析作用，对顺磁性物质的磁性作用赋予活性，表现出增强水分子吸引的阳离子作用。

优选地，所述土壤改良剂还包括沸石粉。

优选地，所述沸石粉的质量为土壤改良剂总质量的50％～300％。

第二方面，本发明提供了一种第一方面所述的土壤改良剂的制备方法，将含铁组分、一水合氧化铝、含钙系列化合物、水以及任选地沸石粉混合制备得到所述土壤改良剂。

第三方面，本发明提供了一种第一方面所述土壤改良剂在改善土壤环境中的应用。

实施本发明的，具有以下有益效果：

本发明提供的土壤改良剂适用大多数土壤环境。旱地种植的所有的作物的增产效率达到5％～15％，并且作物品质有明显提高，特别是根茎类作物提高明显。

通过对作物根部周围1～15毫米的土壤调节，创造出根系生长最佳外部环境，使植物主根粗壮长度增加，须根茂密数量增加。

1.完全去除土壤后，干燥的根部的重量优于对照组根部重量。根部数量越多，吸收肥料的能力越强。

2.多细根型植物每株接触土壤的表面积大与对照组。

3.根部的颜色、光泽。作物生长后期根部依然健康茁壮。

人为调节植物合理吸收水分与营养，提高发芽率、复壮功能，提高抗旱、抗涝、抗病、抗盐碱、促进作物光合作用，增加植物和果实的细胞数量，使作物果实完熟达到提高品质和增加产量的效果。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的土壤改良剂应用到吉林省延边自治州敦化县试验阶段性结果图。

图2是本发明实施例1提供的土壤改良剂应用到吉林省延边自治州龙井市石井村试验阶段性结果图。

图3是本发明实施例1提供的土壤改良剂应用到吉林省延边自治州和龙市头道沟村试验阶段性结果图。

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，下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的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

本实施例提供一种土壤改良剂

含铁组分3％，一水合氧化铝45％，磷灰石3％，其余为水。其中，含铁组分为20％的FeO·Fe₂O₃和80％的δ-FeOOH的组合。制备过程中还包括质量为上述混合物总质量200％的沸石粉。

实施例2

本实施例提供一种土壤改良剂

含铁组分1％，一水合氧化铝50％，磷酸三钙30％，其余为水。其中，含铁组分为30％的MnO·Fe₂O₃和70％的γ-FeOOH的组合。制备过程中还包括质量为上述混合物总质量300％的沸石粉。

实施例3

本实施例提供一种土壤改良剂

含铁组分5％，一水合氧化铝20％，磷酸氢钙2％，其余为水。其中，含铁组分为10％的ZnO·Fe₂O₃和90％的γ-Fe₂O₃的组合。制备过程中还包括质量为上述混合物总质量50％的沸石粉。

实施例4

本实施例与实施例1的区别在于，本实施例中含铁组分1％，一水合氧化铝60％，其余均与实施例1相同。

实施例5

本实施例与实施例1的区别在于，本实施例中含铁组分1％，一水合氧化铝50％，磷酸氢钙30％，其余均与实施例1相同。

对比例1

本对比例与实施例1的区别在于，本对比例不包括含铁组分3％。因为该对比例没有含铁组分参与反应，故在土壤中没有电位变化现象。效果不佳。

对比例2

本对比例与实施例1的区别在于，本对比例不包括一水合氧化铝。

该对比例提供的产品不具有任何改良效果。

这是由于：一水合氧化铝同时给铁氧体、氢氧化铁或磁赤铁矿赋予了碱性物质，以防止顺磁性物质变质，同时具有分散携带顺磁性物质防止凝结的作用。所以该成分参与反应中起到至关重要作用。

对比例3

本对比例与实施例1的区别在于，本对比例不包括磷灰石。

因为缺少吸引水分阳离子成分，所以与实施例1的区别在于板结土壤和干旱土壤效果不佳。

对比例4

本对比例与实施例1的区别在于，本对比例将一水合氧化铝替换为氧化二氧化硅。

该对比例提供的产品没有任何增益效果。

这是由于铁与二氧化硅间的反应未发生。

将以上实施例1-5提供的土壤改良剂进行田间性能测试，测试方法为：

实施例1对大豆种植土壤效果明显，提高果实品质和产量增加图1中豆荚粗壮较多，提升了作物的生长效果。

实施例2中添加磷酸三钙后磷灰石及磷酸氢钙系列对黏土质土壤具有凝析作用，对顺磁性物质的磁性作用赋予活性，表现出增强水分子吸引的阳离子作用。在酸性土壤中可以不添加，但是，在干旱或板结土壤中使用微改剂，如果缺少该物质无法充分发挥本发明的土壤活性的理想效果。

实施例3中含铁组分与一水合氧化铝比例超过1：10在实际使用中效果不佳，同时增加了材料成本。

实施例4在板结土壤和盐碱地应用效果与实施例1接近，效果不如实施例2；在中性土壤中应用的效果；略优于实施例1和实施例2的组合。

实施例5在干旱，盐碱过度使用化肥的贫瘠土壤中应用，适用性和效果突出。

测试结果为：

对水稻育苗床的应用：取本发明与水稻苗床土壤1:1000～2000组分均匀混合后作为稻种苗床。育苗长至8～10cm开始移栽，观察得知水稻秧苗根系发育比对照组表面积明显增加，排序整齐、而且颜色白、光泽、茁壮，稻秧呈深绿色。

在植入田间后，能迅速适应大田环境，根系成长明显优于对照组。采用本发明在水稻试验中经观察，在水稻成熟时与对照组进行根系观察，试验组的根系健康白色，依然显现旺盛的生命活力。实施例1在实际应用中产量基本可以保证与对照组对比增产15％，生产的稻米能够达到植物的真正完全成熟，除产量明显增加，大米质量显著提高。

对照组根部发育不规则，稀疏，颜色呈黄色无光，稻秧淡绿或草绿。

种植百合，应用于百合拌种：将土壤微态活性剂作为包衣涂敷在百合种子表层进行播种，发芽时根部周边土壤10～15毫米半径间形成团粒化物理结构，百合根系发育更佳，水分吸收和养分吸收更加合理。采用此办法种植的百合叶片大而饱满，产量可以提高30％以上，鲜百合脆而鲜甜口感明显由于对照组。

实施例2应用于小麦拌种：将本发明作为包衣材料涂敷在种子表层进行播种形成包衣状，每亩使用量100～200克，直接播种。发芽时根部周边土壤10～15毫米半径间形成团粒化物理结构，促使小麦根系发育更佳，水分吸收和养分吸收更加合理。主根向纵深发育，保持麦苗越冬的生命力。须根开春与主根快速生长奠定了小麦生长期的旺盛活力。小麦增产15％～20％。

另外，将实施例1制备的土壤改良剂应用到田间中。采用此办法作为包衣拌种种植大豆，每亩拌种使用本发明50～100克。播种后截止到距收获前15-20天现场观察，应用本发明拌种的几个不同地区，不同种植方法的大豆植株，试验组豆荚数量和单位颗粒数量明显多于对照组。具体数据见表1。生长状况图具体如下图1-图3所示。包括敦化雁鸣湖(图1)，龙井石井村(图2)，和龙头道(图3)。

图1说明：吉林省延边自治州敦化县试验阶段性结果。试验方法采用实例1拌种每亩用量60克。试验组种植15亩，与对照组比较可以看出，试验组大豆植株3棵平均每株豆荚52个，每个豆荚平均豆粒3.13粒，对照组单株豆荚38个，每个豆荚平均豆粒1.47粒。

图2说明：吉林省延边自治州龙井市石井村试验阶段性结果。试验方法采用实例2拌种每亩用量100克。

试验组种植7.5亩，与对照组比较可以看出，试验组大豆植株2棵平均每株豆荚75.5个，每个豆荚平均豆粒3粒，对照组单株豆荚29个，每个豆荚平均豆粒2粒。

图3说明：吉林省延边自治州和龙市头道沟村试验阶段性结果。试验方法采用实例1拌种每亩用量80克。

试验组种植30亩，与对照组比较可以看出，随机取样试验组大豆植株3棵，平均每株豆荚75.33个，每个豆荚平均豆粒3.14粒，随机取样对照组3株，平均单株豆荚47个，每个豆荚平均豆粒2粒。

表1

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种土壤改良剂，其特征在于，所述土壤改良剂按质量百分比计包括以下组分：

含铁组分1％～5％，一水合氧化铝20％～60％，含钙系列化合物2％～5％，其余为水。

2.根据权利要求1所述的土壤改良剂，其特征在于，所述含铁组分按质量百分比计为10％～30％的MO·Fe₂O₃和70％～90％的铁氧化物的组合，所述M为Fe、Mn或Zn；

所述铁氧化物为γ-FeOOH、δ-FeOOH或γ-Fe₂O₃中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的土壤改良剂，其特征在于，所述一水合氧化铝的粒径为10μm。

4.根据权利要求1所述的土壤改良剂，其特征在于，所述含铁组分与一水合氧化铝的分子质量比为3.6:1。

5.根据权利要求1所述的土壤改良剂，其特征在于，所述含钙系列化合物包括磷灰石、磷酸三钙或磷酸氢钙中的任意一种或至少两种的组合。

6.根据权利要求1所述的土壤改良剂，其特征在于，所述土壤改良剂还包括沸石粉。

7.根据权利要求6所述的土壤改良剂，其特征在于，所述沸石粉的质量为土壤改良剂总质量的50％～300％。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的土壤改良剂的制备方法，其特征在于，将含铁组分、一水合氧化铝、含钙系列化合物、水以及任选地沸石粉混合制备得到所述土壤改良剂。

9.根据权利要求1-7中任一项所述土壤改良剂在改善土壤环境中的应用。