CN101550343A

CN101550343A - 一种用于改善红壤旱地的化学调理剂

Info

Publication number: CN101550343A
Application number: CNA2008100894899A
Authority: CN
Inventors: 曾希柏; 罗尊长; 高菊生; 白玲玉; 李莲芳; 孙楠
Original assignee: Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculturem of CAAS
Current assignee: Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculturem of CAAS
Priority date: 2008-04-03
Filing date: 2008-04-03
Publication date: 2009-10-07
Anticipated expiration: 2028-04-03
Also published as: CN101550343B

Abstract

一种用于改善红壤旱地的化学调理剂，其制备方法是：将30％～45％的轻烧粉(MgO)、15％～20％纳米CaCO₃以及15％～25％的磷酸二氢钾(需研磨过100目筛)均匀混合后装入容器中，再加入30％～45％聚丙烯酰胺/凹凸棒黏土复合高吸水性树脂，在容器内均匀混合而成。本发明的化学调理剂能够补充土壤中流失的钙和镁等元素，促进土壤养分平衡，提高土壤的生产力，有效地解决了我国红壤旱地土壤钙镁等中量元素供应严重不足、区域季节性干旱频繁而导致作物生长差、产量低的问题，在红壤地区旱地作物中具有广泛的应用前景。

Description

一种用于改善红壤旱地的化学调理剂

技术领域

本发明涉及一种改善土壤物理、化学性质的化学调理剂，尤其涉及能够调节红壤旱地土壤酸性、促进养分平衡，提高土壤的保水供水的化学调理剂。

背景技术

我国南方红壤地区，受高温、多雨的环境条件及成土母质等多种因素的影响，土壤中的钾、钙、镁等阳离子很容易通过迁移、淋溶等多种途径而损失，磷酸根离子则易与铁、铝结合形成有效性很低的磷酸铁、铝化合物，导致土壤养分缺乏、酸性强、结构差、保水能力弱，这也是该地区农作物产量低、品质差及土壤耕作困难的重要原因之一，这种现象在红壤旱地中表现尤为突出。我国南方红壤旱地面积约2亿亩，是南方丘陵地区农业持续发展和农民增收的重要保障，要保证旱地作物持续增产稳产和优质，必须补充磷钾钙镁等养分，或者活化土壤中的磷钾等元素，改良土壤的理化性质。因此，开发具有相应功能的专用调理剂，对红壤旱地作物优质高产、土壤培肥等，均具有十分重要的意义。目前，国内还未见有利用纳米材料和保水剂混合使用，且生产和销售成本较低、具有调节养分供应、增加旱地作物产量、改善作物品质以及改良土壤性质功能的化学调理剂的技术记载。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于改善红壤旱地的化学调理剂，能够提高土壤的保水供水性能，调节土壤酸性和养分供应，以及提高红壤旱地中农作物的产量。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于改善红壤旱地的化学调理剂，按重量计含有：30％至45％的MgO，15％至20％的纳米CaCO₃，15％至25％的磷酸二氢钾以及30％至45％聚丙烯酰胺/凹凸棒黏土复合高吸水性树脂。

本发明提供的具有上述成分的化学调理剂，其制备方法是：将30％～45％的轻烧粉(MgO)、15％～20％纳米CaCO₃以及15％～25％的磷酸二氢钾(需研磨过100目筛)均匀混合后装入容器中，再加入30％～45％聚丙烯酰胺/凹凸棒黏土复合高吸水性树脂，在容器内均匀混合而成。

本发明的化学调理剂中聚丙烯酰胺/凹凸棒黏土复合高吸水性树脂的制备参照相关方法进行，即将丙烯酰胺用适量蒸馏水溶解，经通氮除氧后，加入一定量的用十六烷基三甲基溴化铵处理后的有机化凹凸棒黏土和N，N′-亚甲基双丙烯酰胺(交联剂)，升温至40℃后加入过硫酸铵反应3小时，然后加入NaOH溶液并升温至95℃皂化1小时，反应结束后，将产物用甲醇/水溶液洗涤，在70℃下烘干至恒重，粉碎，过40～80目筛，即得聚丙烯酰胺/凹凸棒黏土复合高吸水性树脂。

为解决上述技术问题，本发明提供的具有上述成分的化学调理剂在改善红壤旱地酸性、保持土壤水分以及提高养分供应方面的用途。

采用本发明的化学调理剂能够补充土壤中流失的钙和镁等元素，促进土壤养分平衡，提高土壤的生产力。由于纳米碳酸钙粒子的超细化，其晶体结构和表面电子结构发生变化，产生了普通碳酸钙所不具备的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子效应，在磁性、催化剂、光热阻和熔点等方面与常规材料相比较显示出优越的性能。纳米碳酸钙在酸性较强的红壤旱地中应用，具有改善土壤理化性质等多种功能。聚丙烯酰胺/凹凸棒黏土复合高吸水性树脂由于在其分子结构上带有大量的亲水基团，可以吸收其自身质量数百倍甚至上千倍的水分，同时，交联形成的三维网络使其不溶于水或缓慢释放其所吸收的水分，从而起到保水作用，对缓解南方地区季节性干旱期间旱地作物缺水等具有良好效果。

具体实施方式

下面通过具体实施例和对比试验进一步详细说明本发明。

实施例1

本发明提供的用于改善红壤旱地的化学调理剂，含有氧化镁(MgO)、纳米碳酸钙(CaCO₃)、磷酸二氢钾以及聚丙烯酰胺/凹凸棒黏土复合高吸水性树脂。其中，MgO含量为30％～45％，纳米CaCO₃含量为15％～20％，磷酸二氢钾含量为15％～25％，聚丙烯酰胺/凹凸棒黏土复合高吸水性树脂含量为30％～45％。

按总重量为100千克计算，将含MgO 35千克的轻烧粉、20千克纳米CaCO₃和15千克磷酸二氢钾(需研磨过100目筛)均匀混合后装入容器中，再加入30千克聚丙烯酰胺/凹凸棒黏土复合高吸水性树脂，在容器内充分混合后，即制备出本发明的用于改善红壤旱地的化学调理剂。

实施例2

选择红壤旱地进行对比试验，对供试验的大田划分成相等面积(8×5＝40平方米)的20个小区(5个小区为一组，共4组)，以玉米作为试验作物，且每个处理重复4次，随机区组排列。试验设计的5个处理依次为：1)不施肥(CK)，2)施纯化肥(NPK)，3)施纯有机肥(M)，4)有机-无机肥配施(NPK-M)，5)在施纯化肥处理基础上增施实施例1中本发明产品5公斤/667m²(NPK-R)。该试验在头茬作物(玉米)收获时所取的土壤样品，按相关方法进行土壤团聚体数量以及有机质、N、P、K含量等的测定。

本试验中，氮肥种植玉米时施用量为12kg N/667m²(折尿素26.1kg/667m²，尿素按含N 46％计算)；磷肥种植玉米时施用量为6kg P₂O₅/667m²施用(折过磷酸钙50kg/667m²，过磷酸钙按含P₂O₅ 12％计算)；钾肥种植玉米时施用量为10kg K₂O/667m²施用(折硫酸钾19.2kg/667m²，硫酸钾按含K₂O 52％计算)；有机肥用牛粪3750.0公斤/667m²，按含N 0.32％，P₂O₅0.25％，K₂O 0.15％计算，有机肥处理中氮、磷、钾养分不足的部分用化肥补充；有机-无机肥配施处理按有机氮与无机氮重量之比为4∶6施用，磷、钾肥在扣除有机肥中的P、K养分量后，用化肥补足。(NPK-M处理牛粪施用量为1500.0公斤/667m²，折氮4.8kg、P₂O₅ 3.75kg、K₂O 2.25kg，应补充N 7.2kg/667m²、即尿素15.7kg/667m²；补充P₂O₅ 2.25kg，即过磷酸钙18.75kg/667m²；补充K₂O 7.75kg/667m²，即硫酸钾14.9kg/667m²)。试验中，磷肥、有机肥全部于栽种前作基肥施用，氮肥、钾肥分作基肥和追肥施用，基肥与追肥施用按重量比例为6∶4。

该试验的玉米产量结果如表1所示。

表1

由表1可以明显看出，施用本发明的化学调理剂处理(NPK-R)与有机-无机肥配施处理(NPK-M)的效果较为接近，玉米产量均达到300公斤/667m²以上，比不施肥处理(CK)增产20％以上。而且，在施用本发明的化学调理剂处理下，玉米产量较单施化肥处理(NPK)增产3.7％、较单施有机肥处理(M)增产8.6％，由此可见本发明的化学调理剂对玉米的增产效果是十分显著的。

实施例3

选择一块面积在1500m²左右、肥力瘠薄的红壤旱地进行田间小区试验，小区面积为8m×5m＝40m²，重复3次，随机区组排列。按照实施例1方法制备的本发明产品与氮磷钾化肥配合使用，在花生上进行对比试验。试验设5种处理，分别为：1)不施肥(CK)；2)单施化肥(NPK)；3)单施有机肥(M)；4)有机-无机肥配合施用(NPK-M)；5)在单施化肥处理基础上增施本发明的化学调理剂5公斤/667m²(NPK-R)。作物播种后观察其出苗期、开花期、苔期以及成熟期等生长期。成熟后按每小区单打单晒，测定作物的经济产量和生物产量；作物收获后，采集每小区土壤耕作层样品，测定土壤团聚体数量、氮磷钾和有机质含量等指标。

各处理肥料施用量为：氮肥按每季4.8kg N/667m²施用(折尿素10.43kg/667m²，尿素按含N 46％计算)；磷肥按3.75kg P₂O₅/667m²施用(折过磷酸钙31.3kg/667m²，过磷酸钙按含P₂O₅ 12％计算)；钾肥按4.5kg K₂O/667m²施用(折硫酸钾8.7kg/667m²，硫酸钾按含K₂O 52％计算)；有机肥用牛粪，1500.0公斤/667m²，按含N 0.32％，P₂O₅ 0.25％，K₂O 0.15％计算，折4.8kgN/667m²，3.75kg P₂O₅/667m²，2.25kg K₂O，有机肥处理中养分施用量不足部分用化肥补充，即在施用牛粪1500.0公斤/667m²的基础上，按照养分施用量相等的原则，增施K₂O 2.25kg/667m²，折合硫酸钾4.3kg/667m²)；有机无机肥配施处理(NPK-M)按有机氮与无机氮之比为4∶6施用，PK肥在在扣除有机肥中的PK养分量后，用化肥补足。[即施用牛粪600.0公斤/667m²，氮素2.9kg/667m²(合尿素6.3kg/667m²)；P₂O₅ 2.25kg(合过磷酸钙22.5kg/667m²)；K₂O 3.6kg/667m²(合硫酸钾6.9kg/667m²)]。试验中所施用的磷肥、有机肥全部于栽种前作基肥施用，氮肥、钾肥分作基肥和追肥施用，基追比按重量计为6∶4。

各处理花生收割后籽粒产量如表2所示。

表2

由表2可以清楚地看出，在红壤旱地中种植花生后，在施用化肥处理的基础上增施本发明的化学调理剂，对花生产量的增产作用是十分明显的。与其它处理比较，增施本发明的化学调理剂处理较对照(CK)处理增产103.3kg/667m²、产量提高86.01％；较单施化肥(NPK)处理增产30.0kg/667m²、产量提高15.51％；较有机无机肥配合施用(NPK-M)处理增产16.6kg/667m²、产量提高8.03％，其增产效果显著。

实施例4

选择一块肥力瘠薄、面积约1500m²的红壤旱地进行田间小区试验，小区面积为8m×5m＝40m²，重复3次，小区按随机区组排列。按照实施例1方法制备的本发明产品与氮磷钾化肥配合使用，在黄花菜上进行对比试验。试验设4种处理，分别为：(1)不施肥(CK)；(2)单施化肥(NPK)；(3)单施有机肥(M)；(4)在单施化肥处理基础上增施本发明的化学调理剂5公斤/667m²(NPK-R)。

黄花菜供试化肥为：氮肥按每季10.0kg N/667m²施用(折尿素21.7kg/667m²，尿素按含N 46％计算)；磷肥按每季6kg P₂O₅/667m²施用(折过磷酸钙50kg/667m²，过磷酸钙按含P₂O₅ 12％计算)；钾肥按每季9.0kgK₂O/667m²施用(折硫酸钾17.3kg/667m²，硫酸钾按含K₂O 52％计算)。有机肥用牛粪，按含N 0.32％，P₂O₅ 0.25％，K₂O 0.15％计算，施用量为3125.0kg/667m²，有机肥处理中养分施用量不足部分用化肥补充，按照相关数据计算，需要补充K₂O 4.3kg/667m²、合硫酸钾8.3kg/667m²。所用肥料中，有机肥和磷肥、钾肥全部作为基肥，一次用人工沟施的方法施入土壤中；氮肥按照一次基肥、两次追肥的方式施用，其比例按重量计为5∶3∶2，即基肥50％、苗期追肥30％、蕾期追肥20％。上述各处理收获后，按处理分别计算黄花菜产量(鲜重)，并将NPK-R与其它三种处理的产量分别进行比对其结果如表3所示。

表3

从表3结果看，在红壤旱地中种植黄花菜，在施用化肥处理的基础上增施本发明的化学调理剂，较不施肥处理增产近1.5倍(148.5％)，较单施化肥处理增产61.1kg/667m²、增加32.8％，较单施有机肥处理增产116.7kg/667m²、增加89.4％，其增产效果是十分显著的。

实施例5

选择肥力瘠薄、面积800m²左右的红壤旱地进行田间小区试验。试验各小区面积为4.5m×8m＝36m²，重复3次，随机区组排列。按照实施例1方法制备的本发明产品与氮磷钾化肥配合使用，在甘薯上进行对比试验。试验设立4个处理，分别为：(1)不施肥(CK)；(2)单施化肥(NPK)；(3)单施有机肥(M)；(4)在单施化肥处理基础上增施本发明的化学调理剂5公斤/667m²(NPK-R)。

甘薯供试化肥为：氮肥按每季6.0kg N/667m²施用(折尿素13.0kg/667m²，尿素按含N 46％计算)；磷肥按每季3.75kg P₂O₅/667m²施用(折过磷酸钙31.25kg/667m²，过磷酸钙按含P₂O₅ 12％计算)；钾肥按每季6.0kgK₂O/667m²施用(折硫酸钾11.5kg/667m²，硫酸钾按含K₂O 52％计算)。有机肥用牛粪，其养分含量按N 0.32％，P₂O₅ 0.25％，K₂O 0.15％计算，折合施用量为1875.0kg/667m²，有机肥处理中养分施用量不足的部分用化肥补充，根据相关数据计算，需补充施用K₂O 3.2kg/667m²、合硫酸钾6.2kg/667m²。所用肥料全部作为基肥一次用穴施方法施入土壤中。各处理收获后分别计算甘薯地下部分鲜重，其试验结果如表4所示。

表4

从表4结果可以清楚看出，施用化肥处理的基础上增施本发明的化学调理剂，对甘薯的增产效果是十分显著的。本试验中的4处理比较，以施用本发明调理剂处理的产量最高，达2274.7kg/667m²，较不施肥处理产量增加1459.2kg/667m²、增产178.9％，较单施有机肥处理产量增加407.9kg/667m²、增产21.9％，较单施化肥处理产量增加182.1kg/667m²、增产8.7％。由此可见本发明的化学调理剂的效力。

实施例6

按照前述实施例2-5的试验结果，在各试验收割后，取各处理耕层土壤，测定土壤水稳性团聚体、有机质及氮磷钾含量，并将相关结果与试验前的相应结果进行比较。其中，对实施例2的土壤分析结果如表5所示。

表5

处理	＞2mm水稳性团聚体(％)	有机质g/kg	碱解氮mg/kg	速效磷mg/kg	速效钾mg/kg
处理	＞2mm水稳性团聚体(％)	有机质g/kg	碱解氮mg/kg	速效磷mg/kg	速效钾mg/kg	试验前	45.2	12.6	29.6	6.9	63.3
CK	40.9	11.9	25.8	6.2	61.2	试验前	45.2	12.6	29.6	6.9	63.3
CK	40.9	11.9	25.8	6.2	61.2	NPK	44.8	12.8	32.1	7.8	63.6
M	46.5	13.2	33.6	8.1	64.5	NPK	44.8	12.8	32.1	7.8	63.6
M	46.5	13.2	33.6	8.1	64.5	NPK-M	49.7	13.6	34.9	8.3	63.9
NPK-R	49.1	13.3	34.4	8.5	64.7	NPK-M	49.7	13.6	34.9	8.3	63.9

从表中结果可以看出，在红壤旱地种植玉米条件下，不仅具有较好的增产效果，而且还在很大程度上改善了土壤的理化性质。在本试验所测定的相关指标中，在单施化肥处理基础上增施本发明的化学调理剂后，土壤中＞2mm水稳性团聚体含量较试验前提高3.9个百分点，较不施肥(CK)处理提高8.2个百分点，较单施化肥(NPK)提高4.3个百分点，仅稍低于有机-无机肥配合施用的效果；同时，从土壤有机质、碱解氮、速效磷、速效钾含量的分析结果看，施用本发明的化学调理剂后的含量明显较单施化肥处理高，而与施有机肥各处理(M、NPK-M)大致相当。这些结果进一步说明，施用本发明的化学调理剂，其对红壤旱地理化性质的改良效果也是十分显著的。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当以前述权利要求书所界定者为准。

Claims

1、一种用于改善红壤旱地的化学调理剂，其特征在于，所述化学调理剂按重量计含有：30％至45％的MgO，15％至20％的纳米CaCO₃，15％至25％的磷酸二氢钾以及30％至45％聚丙烯酰胺/凹凸棒黏土复合高吸水性树脂。

2、一种如权利要求1所述的化学调理剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法步骤为：将含所述30％至45％的MgO的轻烧粉、所述15％至20％的纳米CaCO₃以及所述15％至25％的磷酸二氢钾均匀混合后装入容器内，再加入所述30％至45％的聚丙烯酰胺/凹凸棒黏土复合高吸水性树脂，在容器内充分混合后即可。

3、按照权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述磷酸二氢钾需研磨过100目筛。

4、一种如权利要求1所述的化学调理剂在调节红壤旱地养分平衡、提高土壤保水供水性能、促进旱地作物优质高效生产方面的用途。