CN111234841A - 一种防病虫害新型土壤改良剂的制备和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防病虫害新型土壤改良剂的制备和应用，采用以下重量百分比原料制备而成：EM工程菌15％‑25％、有机肥10％‑30％、白垩土10％‑20％、钾长石10％‑20％、生物炭10％‑20％、羟乙基纤维素‑海藻酸钠水凝胶5％‑15％；本发明所述土壤改良剂能包埋大量EM工程菌，能杀死或抑制病原微生物和有害物质，抗地下病虫害，调整养殖生态环境，能够保水抗蒸发，抗渗水，有利于氮、磷、钾等营养元素的吸收和营养元素的缓慢释放效果，延长土壤肥沃性，能提高农产品产量和品质，保护植物种健康，制备中无污染物质产生，节能环保。

Description

一种防病虫害新型土壤改良剂的制备和应用
技术领域
本发明属于土壤改良技术领域，具体涉及一种防病虫害新型土壤改良剂的制备和应用。
背景技术
随着我国农业科技的发展与进步，许多髙效、环保的新型肥料逐渐得到推广与应用。目前发展最具潜力的是各种性能良好的缓、控释肥料功能微生物肥料。功能微生物肥料种类繁多，其目的是通过向土壤中添加微生物，达到活化土壤、促进作物吸收养分的功效，进而提高肥料的利用率。
生物炭表面孔隙结构以微孔为主，数量庞大的微孔使生物炭具有较大的比表面积和较强的吸附性能。生物炭的表面形态结构主要受炭化温度影响，在一定范围内，炭化温度越高，其表面孔隙越发达，比表面积越大，吸附能力也越强。同时，生物炭的多孔隙结构也为微生物提供了良好的栖息环境，可以直接或间接的提高微生物活性。
水凝胶中含有-COOH、-OH、-NH2和-C＝O等多种官能团，可以与各类营养元素(K、Na、S、N、P等)结合，在土壤环境中缓慢释放其中的营养元素，水凝胶还具有缓冲pH值的作用，从而影响土壤的化学环境，同时水凝胶分解后可产生无生物毒性的聚合物，是一种理想的营养元素(K、Na、S、N、P等)载体。
目前，许多液体生物专用肥也得到了一定发展，其功能更为专一，肥效更为明显，在经济作物的生产中可以发挥更大的作用。因此，研发不同种类、不同功能的新型肥料，对于提高肥料利用率、促进作物生长和提高农业生产水平有十分重要的作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能杀死或抑制病原微生物和有害物质，抗地下病虫害，调整养殖生态环境，能够保水抗蒸发，抗渗水，有利于氮、磷、钾等营养元素的吸收和营养元素的缓慢释放效果，延长土壤肥沃性，能提高农产品产量和品质，保护植物种健康，制备中无污染物质产生，节能环保的防病虫害新型土壤改良剂。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案是：该新型土壤改良剂，其特征在于采用以下重量百分比原料制备而成：EM工程菌15％-25％、有机肥10％-30％、白垩土10％-20％、钾长石10％-20％、生物炭10％-20％、羟乙基纤维素-海藻酸钠水凝胶5％-15％。
优选的，本发明新型土壤改良剂采用以下重量百分比原料制备而成：EM工程菌20％、有机肥20％、白垩土15％、钾长石15％、生物炭20％、羟乙基纤维素-海藻酸钠水凝胶10％。
其中，所述羟乙基纤维素-海藻酸钠结构式如式(Ⅰ)所示：
Figure BDA0002429493660000021
其中，n＝20～50；m＝20～50；
防病虫害新型土壤改良剂的制备，包括以下步骤：
1)将15％白垩土、15％钾长石、20％生物炭、20％有机肥混合，磨碎均匀，制成粒度在100目左右的混合物料，加入密闭反应釜中，搅拌均匀，利用蒸汽加热到150-170℃，调整压力到0.5MP，反应2小时，得到无病害菌的有机物料；
2)打开密闭反应釜的放料阀门，借助内压把物料***至减压反应釜中，保持40-50℃，常压搅拌20分钟，随后在搅拌状态下加入20％EM工程菌，继续搅拌30分钟，降温至室温，加入10％羟乙基纤维素-海藻酸钠水凝胶，搅拌均匀后得到所述防病虫害新型土壤改良剂。
本发明一目的是提供一种防病虫害新型土壤改良剂的制备。
本发明再一目的是提供了一种防病虫害新型土壤改良剂的应用，其中本发明的新型土壤改良剂能够杀死或抑制病原微生物和有害物质，抗地下病虫害，调整养殖生态环境，能够保水抗蒸发，抗渗水，有利于氮、磷、钾等营养元素的吸收和营养元素的缓慢释放效果，延长土壤肥沃性，能提高农产品产量和品质，保护植物种健康，制备中无污染物质产生，节能环保。
本发明再一目的是提供了一种防病虫害新型土壤改良剂的应用，其中本发明的羟乙基纤维素-海藻酸钠水凝胶具有天然无毒，孔径小，能固定化EM工程菌，防止EM工程菌的流失，保存大量水分缓解蒸发，缓释微生物和营养物质使得土壤肥沃时间延长。
本发明再一目的是提供了一种防病虫害新型土壤改良剂的应用，其中本发明的白垩土、钾长石、生物炭混合制得混合物料容易生成富集营养物质和富集有益微生物，使土壤变得肥沃。
所述钾长石是含钾量较高、分布最广、储量最大的非水溶性钾资源。
所述白垩土是一种白色疏松的土状石灰岩，其主要化学成分是CaCO3，主要矿物成分是生物泥晶方解石，质地较纯者，方解石含量可达99％以上，常含石英，长石、粘土矿物及海绿石等杂质。在电子显微镜下，白垩大部分由方解石细微粒状钙质藻所组成，常与钾长石反应制得K盐和Na盐。
所述生物炭是在500℃到600℃的高温下，将稻草、木柴置于缺氧状态下，对其有控制地进行高温分解获得的木炭，由于生物炭具有丰富的孔隙结构、巨大的比表面积、较高的离子交换和强大的吸附性能，施入土壤后，可以改善土壤的孔隙结构，促进土壤形成良好的团聚体结构，降低土壤容重，防止土壤板结，提高土壤保水保肥的能力，提高农作物产量和修复农田污染。
所述EM工程菌是以光合细菌、乳酸菌、酵母菌和放线菌为主的10个属80余个微生物复合而成的一种微生活菌制剂。作用机理是形成EM菌和病原微生物争夺营养的竞争，由于EM菌在土壤中极易生存繁殖，所以能较快而稳定地占据土壤中的生态地位，形成有益的微生物菌的优势群落，从而控制病原微生物的繁殖和对作物的侵袭。
有益效果：本发明采用上述原料制备防病虫害新型土壤改良剂，其成分中的钾长石可补充土壤硅和钾元素。白垩土质地柔软，具有很多分散性，作为填充剂即可改善、增强土壤改良剂的吸水性，同时有利于K盐和Na盐的富集，提高土壤肥力。生物炭具有丰富的孔隙结构、巨大的比表面积、较高的离子交换和强大的吸附性能，施入土壤后，可以改善土壤的孔隙结构，促进土壤形成良好的团聚体结构，降低土壤容重，防止土壤板结，提高土壤保水保肥的能力，提高农作物产量和修复农田污染，羟乙基纤维素-海藻酸钠水凝胶具有的网状结构能固定住EM工程菌，防止EM工程菌的流失，有效控制病原微生物的繁殖和侵袭，在施用本发明的土壤改良剂后，小麦、大豆、玉米、高粱的根腐病下降了35％～40％，该防病虫害新型土壤改良剂有效改善砂质、壤质和粘质土壤中的持水量，几乎是未加改良剂土壤持水量的2倍，该新型土壤改良剂不仅能提高营养元素在土壤中的含量，还具有缓慢释放各类营养元素的能力，实现一次性施肥能满足作物整个生长期的需要，减少施肥次数和施肥量，水凝胶分解后的产物对环境无污染。
下面将结合本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。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。
附图说明
图1防病虫害新型土壤改良剂作用65天后对土壤中营养元素含量影响的柱状图。
图2防病虫害新型土壤改良剂作用95天后对土壤中营养元素含量影响的柱状图。
图3高粱的根腐病发病率对比图。
图4小麦的根腐病发病率对比图。
图5大豆的根腐病发病率对比图。
图6玉米的根腐病发病率对比图。
具体实施例子
具体实施方式
实施例1
羟乙基纤维素-海藻酸钠水凝胶的合成方法：
(1)称取3,3-二硫代二丙酸(8.41g，40mmol)、海藻酸钠(1.93g，5mmol)和4-二甲氨基吡啶(0.0386g，0.316mmol)溶于20mL无水四氢呋喃中。然后，将二环己基碳二亚胺(3.09g，15mmol)加入无水四氢呋喃(5mL)中，滴入冰浴中。将形成的混合物在30℃下搅拌10h，过滤反应物，通过旋转蒸发除去溶剂，并通过乙酸乙酯重结晶纯化产物，得到白色沉淀。
(2)称取2g第一步反应得到的白色沉淀(3.5mmol)和1.32g EDC(6.9mmol)溶于20mL无水乙醇中，搅拌反应50分钟活化羧基；羟乙基纤维素(3.0mmol)和0.8g NHS(6.9mmol)溶于20mL去离子水中活化羟基，将活化羟基后的羟乙基纤维素(3.0mmol)缓慢加入活化羧基后的第一步反应得到的白色沉淀水溶液中，滴加时间控制在5min内。避光搅拌8h。用8000-14000分子量透析袋透析2天，冷冻干燥得到绿色固体式(Ⅰ)。
实施例2
一种防病虫害新型土壤改良剂的合成方法：
1)将15％白垩土、15％钾长石、20％生物炭、20％有机肥混合，磨碎均匀，制成粒度在100目左右的混合物料，加入密闭反应釜中，搅拌均匀，利用蒸汽加热到150-170℃，调整压力到0.5MP，反应2小时，得到无病害菌的有机物料。
2)打开密闭反应釜的放料阀门，借助内压把物料***至减压反应釜中，保持40-50℃，常压搅拌20分钟，随后在搅拌状态下加入20％EM工程菌，继续搅拌30分钟，降温至室温，加入10％羟乙基纤维素-海藻酸钠水凝胶，搅拌均匀后得到所述防病虫害新型土壤改良剂。
实施例3
一种防病虫害新型土壤改良剂对田间持水量的影响
将本发明制得的土壤改良剂，用于砂质、壤质和粘质土壤上种植的大豆作底肥施用，施用量为30kg/hm 2，喷洒水到砂质、壤质和粘质土壤上，使得土壤水饱和，用环刀装起来，另一组不施用土壤改良剂，也喷洒水到土壤水饱和，用用环刀装起来；然后将土样的环刀底盖(有孔的盖子)移去，把次环刀连同滤纸一起放在装有风干土的环刀上。为使接触紧密，可用砖头压实，经过8小时吸水过程后，取上面环刀中的原状土15-20g，放入铝盒，立即称重，准确率0.01g，烘干测定含水量，与未添加本发明制得的土壤改良剂的砂质、壤质和粘质土壤中的持水量做对比，发现作用过本发明制得的土壤改良剂后的砂质田间持水量为18.2％，此值高于未添加土壤改良剂砂质土壤的田间持水量10.2％，作用过本发明制得的土壤改良剂后的壤质田间持水量为20.5％，此值高于未添加土壤改良剂壤质土壤的田间持水量11.4％，作用过本发明制得的土壤改良剂后的粘质田间持水量为21.6％，此值高于未添加土壤改良剂粘质土壤的田间持水量9.8％，说明本发明制得的土壤改良剂能够改善壤质土壤的田间持水量。
实施例4
一种防病虫害新型土壤改良剂对土壤中K,N,P,S的含量影响
设置两个实验组，第一组将本实验发明的改良剂与土壤混匀，第二组只添加土壤；同时每盆施入0.7g尿素和0.7g磷酸氢二钾作为基肥后装盆，每盆2.0kg，调节该混匀土壤含水量为田间持水量的65％，平衡一周种植。挑选大小均一饱满的大豆种子，先用1％NaClO消毒30min，再用大量去离子水冲洗干净，然后将种子平铺在湿润的滤纸上于培养箱黑暗环境中18℃催芽两天。每盆放入20颗已发芽的种子，在初期出苗阶段进行不定期的间苗，最后每盆保留三株长势相当的幼苗，温室培养，自然光照。整个生育期间每天用去离子水浇灌以保持一定的土壤持水量，95天后收获大豆，同时采集相应的土壤样品。
95天后的植株样品带回实验室后，用自来水和去离子水洗净，放入105℃烘箱30min，然后在75℃烘干至恒重，使用小型粉碎机粉碎，称取0.15-0.20g粉碎后的大豆样品于三角瓶内，分别加入5mL HNO3和0.5mL 30％H2O2，每个三角瓶上放入弯形漏斗冷消化过夜。第二天加热至近干，呈白色或黄色。冷却后先用超纯水冲洗漏斗，再加入5mL 25％的HCl溶解固体，然后转移定容在25ml容量瓶待测。溶液中的重金属采用石墨炉原子吸收分光光度计测定，实验结果如图1所示。
95天后的土壤采回后自然风干，磨碎后分别过10目和100目尼龙筛，称取9-10g过100目筛的土壤样品于50mL离心管中，加入25mL 0.005mol/L DTPA溶液浸提液，25℃下震荡2小时。然后，4000转/min离心10min，过0.45μm滤膜，向每份滤液中加入一滴浓HNO3，保存在4℃冰箱待测。溶液中的营养元素采用石墨炉原子吸收分光光度计测定，实验结果如图2所示。
结合图1和图2的结果得出，本发明的防病虫害新型土壤改良剂能够增加土壤中的K,N,P,S的含量，95天后添加土壤改良剂后的土壤中营养元素的含量比未添加改良剂的土壤高两倍，而作物得到的营养元素也几乎没变化，表明本发明的新型土壤改良剂能够缓慢释放养分，释放与作物吸收同步，实现一次性施肥能满足作物整个生长期的需要
实施例5
土壤改良剂的防病虫害效果
本实施例提供的防病虫害新型土壤改良剂的使用方法，具体包括：在早春整地时，将所述微生物土壤改良剂作为基肥撒到耕层中，每亩用量为10kg；在植物生长期，将所述微生物土壤改良剂与细土混合后拌入有机肥中作基肥穴施，也可以作为追肥使用，每亩用量为10kg；在晚秋收获后，将所述防病虫害新型土壤改良剂与还田处理后的秸秆混合抛洒在耕地中，每亩用量为10kg。
供试样品：实施例1所制备的防病虫害新型土壤改良剂；小麦、大豆、玉米、高粱等农作物种子。
试验方法：该试验在温室中分别利用盆栽种植小麦、大豆、玉米、高粱等农作物进行带病培育试验。
现以高粱为盆栽培育实验对象，对具体试验步骤进行详细说明：
(1)将患有灰霉病的高粱磨碎，并与营养土按照重量比1:50的比例混合，得到菌土混合物。
(2)将菌土混合物分为4组，第一、二、三组分别加入实施例1所制备的微生物土壤改良剂，加入比例为1份防病虫害新型土壤改良剂加入到50份的菌土混合物，混合分别匀。第四组不加入任何防病虫害新型土壤改良剂和其它物质，作为对照。
(3)分别在四组中播种50粒高粱种子，待发芽两天后，每组间苗，留下36棵。
(4)四组高粱在温室中培养，光周期为每光照16小时后进行无光照8小时，在相对湿度70％，温室室温为30℃条件下培育6周后，带根收取高粱，去除根部土壤测量根部根腐病的发病情况，并测量植物的株高、地上部分鲜重，计算平分别值和标准误差，用单因素方差分析方法进行统计学上差异性显著分析，设定P<0.05时有显著性差异。
试验结果：试验结果图3表明，第一、二、三组高粱的根腐病发病率为68～72％，第四组高粱的根腐病发病率为100％；因此与发病对照组(第四组)相比，施用了本发明的防病虫害新型土壤改良剂的第一、二、三组，高粱根腐病的发病率显著下降；与此同时施用了微生物土壤改良剂的高粱株高和鲜重较发病组增长显著；而第一、二、三组之间没有显著差异。同时，本实施例中，利用上述实验步骤，分别对小麦、大豆、玉米等农作物进行根腐病带病培育试验，实验结果如图4、图5、图6，结果表明与上述以高粱为实验对象的实验结果基本一致。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (3)

1.一种防病虫害新型土壤改良剂的制备，其特征在于：所述的土壤改良剂的原料制备为，采用以下重量百分比：EM工程菌15％-25％、有机肥10％-30％、白垩土10％-20％、钾长石10％-20％、生物炭10％-20％、羟乙基纤维素-海藻酸钠水凝胶5％-15％；
所述羟乙基纤维素-海藻酸钠结构式如式(Ⅰ)所示：
Figure FDA0002429493650000011
其中，n＝20～50；m＝20～50；
所述防病虫害新型土壤改良剂的制备包括以下步骤：
1)将15％白垩土、15％钾长石、20％生物炭、20％有机肥混合，磨碎均匀，制成粒度在100目左右的混合物料，加入密闭反应釜中，搅拌均匀，利用蒸汽加热到150-170℃，调整压力到0.5MP，反应2小时，得到无病害菌的有机物料；
2)打开密闭反应釜的放料阀门，借助内压把物料***至减压反应釜中，保持40-50℃，常压搅拌20分钟，随后在搅拌状态下加入20％EM工程菌，继续搅拌30分钟，降温至室温，加入10％羟乙基纤维素-海藻酸钠水凝胶，搅拌均匀后得到所述防病虫害新型土壤改良剂。
2.一种防病虫害新型土壤改良剂的应用，其特征在于，所述的土壤改良剂用于改良地下病虫害严重、病原微生物和有害物质含量高、肥沃能力低下的土壤。
3.根据权利要求2所述的一种防病虫害新型土壤改良剂的应用，其特征在于，所述改良剂能固定化EM工程菌。
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