CN114231292B - 一种膨润土基高原土壤改良剂及用途 - Google Patents
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Abstract
公开了一种膨润土基高原土壤改良剂，按照以下方法制备：将单体混合液与羧甲基纤维素钠和钙基膨润土反应，干燥得到第一粉末；将含有羧甲基纤维素钠和养分的混合液滴加到硫酸铝溶液中，反应完毕，干燥得到第二粉末；混合均匀，真空干燥，得到第三粉末。与现有技术相比，本发明的膨润土基高原土壤改良剂对高原土壤水分和养分效果更好。
Description
技术领域
本发明属于土壤环境治理技术领域，具体而言，涉及一种膨润土基高原土壤改良剂及其用途。
背景技术
青藏高原东北侧位于干旱、半干旱地区，该地区沟壑纵横、地形起伏；降水稀少，主要集中在夏季，多数月份水分亏缺。土壤水分贮存基础差等，使得水分成了高原地区植被建设、生态修复以及农业生产的限制因子。青藏高原气候变化显示，该地区趋于暖干化，长期土壤水分亏缺使得土壤趋于干燥化，而人为活动加剧了这一特点。开展这类生态脆弱地区的高原土壤改良对全球粮食危机的缓解和生态环境的改善具有极其重要的意义。
改良土壤结构、提高土壤抗侵蚀能力以及增强土壤保水保肥能力，成为青藏高原农业和生态环境领域研究的一个重要方面。研究表明，膨润土可对土壤理化性质产生影响，对当地土壤水分状况的改善有潜在应用价值。
膨润土是一种分布十分广泛的非金属矿产，主要矿物成分为蒙脱石。蒙脱石晶胞由两层硅氧四面体片和一层夹在其中的铝(镁)氧八面体片构成。蒙脱石晶格内的同晶异质替代是其最基本和最重要的特征。这些特征决定了膨润土具有较高的离子交换容量和较强的吸附能力。当层间阳离子是钙离子时，所得到的膨润土为钙基膨润土。研究表明，钙基膨润土能够提高土壤肥力以及沙土土壤含水量，同时明显增加细粒含量，改善土壤中植物物料的分解速率，增加土壤有机质含量，进而降低灌溉用水量和作物产量，因而在土壤改良领域具有广泛的应用。
中国专利申请公开CN102511213A公布了一种沙质土壤改良方法，包括如下步骤：1)于前一年的秋季或当年春季整地前将膨润土用专用的播撒机械均匀撒施在沙质土表面；2)随着农业机械的耕翻作用，使膨润土与沙土在耕层内均匀混合，最好结合旋耕机的充分搅拌；3)当年播种前浇水，要求要充分灌透。本方法对环境无污染，成本低、见效快，一次性施入后终身受益，是真正的绿色环保沙质土壤改良方法。
中国专利申请公开CN108558559A公开了一种土壤改良剂，由以下重量份的原料制备而成：膨润土25-50份、湿畜禽粪便25-45份、蘑菇菌棒10-30份、EM菌剂0.5-2份。该土壤改良剂中含有的膨润土成分使其具有高效吸水性、层间有机营养缓存及除臭等特性，湿畜禽类粪便可以快速干化形成以膨润土为基底的矿物复合有机肥；蘑菇菌棒破碎后形成多粒级搀和高碳骨料，与矿物复合有机肥馋和后能够提高土壤透气性。土壤改良剂营养成分配比适宜，能够覆土保墒，具有缓释肥效的优质特性，特别适合荒漠化土壤、板结类土壤的改良，对废弃物进行资源化利用，属环境友好型的土壤改良剂。
但天然膨润土比表面积比较小，且为亲水性物质，经高温处理吸附性能会消失，为进一步提高膨润土的吸附和离子交换性能，常将膨润土进行改性或改型处理。
中国专利申请CN107384436A公开了一种烟田用土壤改良剂及其制备方法与应用，制备所述烟田用土壤改良剂的原料包括按重量份数计算的如下组分：改性烟草秸秆生物炭40-70份、改性膨润土30-40份、腐植酸原粉5-30份、白云石粉10-40份、生石灰10-30份、生物黑炭10-15份、硫磺5-15份、枯草芽孢杆菌HS5B5 5-10份。该发明的烟田用土壤改良剂能够明显改善土壤的酸碱度、土层结构和理化性状，不仅可以有效避免土壤酸碱度不适对烟草生长造成的限制，还可以提高土壤肥力，促进烟草根系生长，提高烟草长势和产量，同时有效限制烟田常见真菌病害的发生。在烟田用土壤改良剂中加入酒糟和硅钙粉后更能提高烟田的有机质和微量元素含量，显著提高烟叶品质和产量。
中国专利申请CN111393222A公开了一种土壤改良剂及其制备方法和应用。本发明提供了一种土壤改良剂，包括以下质量份的组分：0～60份有机肥、0～60份石膏粉、10～30份改性膨润土、5～30份腐殖酸、1～5份保水剂和0.6～3无机盐。所提供的土壤改良剂能够解决土壤板结问题，改变土壤碳结构，提高土壤水稳性大团聚体数量及稳定性，改善土壤物理性状，并能增强植株骨干强度。
然而，上述现有技术仍然存在腐植酸和微生物菌剂价格昂贵，适用范围窄，仅适用特定作物和特定土壤环境，对高原土壤水分和养分的改良效果未见报道。
因此，针对现有技术的种种缺陷，需要寻找一种对高原土壤水分和养分效果更好的膨润土基高原土壤改良剂及其用途。
发明内容
针对上述问题，本发明目的在于提供一种对高原土壤水分和养分效果更好的膨润土基高原土壤改良剂及其用途。
为实现上述目的，一方面，本发明采取以下技术方案：一种膨润土基高原土壤改良剂，按照以下方法制备：
(1)将含有丙烯酸、丙烯酰胺、甲叉双丙烯酰胺和引发剂的单体混合液与羧甲基纤维素钠和钙基膨润土反应，干燥得到第一粉末；
(2)将含有羧甲基纤维素钠和养分的混合液滴加到硫酸铝溶液中，反应完毕，干燥得到第二粉末；
(3)将第一粉末和第二粉末混合均匀，真空干燥，得到第三粉末，即为成品。
根据本发明所述的土壤改良剂，其中，丙烯酸、丙烯酰胺、甲叉双丙烯酰胺和引发剂的重量比为(65-85)：(15-35)：(0.05-0.25)：(1-3)。
有利地，丙烯酸、丙烯酰胺、甲叉双丙烯酰胺和引发剂的重量比为(70-80)：(20-30)：(0.1-0.2)：(1.5-2.5)。
根据本发明所述的土壤改良剂，其中，羧甲基纤维素钠的加入量为3-7％，钙基膨润土的加入量为1-5％，基于丙烯酸和丙烯酰胺的重量之和。
有利地，羧甲基纤维素钠的加入量为4-6％，钙基膨润土的加入量为2-4％，基于丙烯酸和丙烯酰胺的重量之和。
根据本发明所述的土壤改良剂，其中，步骤(1)的反应温度为40-80℃，反应时间为2-6h。
有利地，步骤(1)的反应温度为50-70℃，反应时间为3-5h。
根据本发明所述的土壤改良剂，其中，羧甲基纤维素钠的重均分子量Mw＝200,000-300,000道尔顿，取代度为0.5-0.9。
有利地，羧甲基纤维素钠的重均分子量Mw＝220,000-280,000道尔顿，取代度为0.6-0.8。
根据本发明所述的土壤改良剂，其中，步骤(2)中，羧甲基纤维素钠与养分的重量比为1：(5-9)。
有利地，步骤(2)中，羧甲基纤维素钠与养分的重量比为1：(6-8)。
根据本发明所述的土壤改良剂，其中，步骤(2)中，羧甲基纤维素钠在混合液中的浓度为2-5wt％；硫酸铝溶液的浓度1.5-4.5wt％。
有利地，步骤(2)中，羧甲基纤维素钠在混合液中的浓度为2.5-4.5wt％；硫酸铝溶液的浓度2-4wt％。
根据本发明所述的土壤改良剂，其中，混合液与硫酸铝溶液的体积比为12：(4-8)。
有利地，混合液与硫酸铝溶液的体积比为12：(5-7)。
根据本发明所述的土壤改良剂，其中，第一粉末和第二粉末的重量比为12：(6-10)。
有利地，第一粉末和第二粉末的重量比为12：(7-9)。
另一方面，本发明还提供了一种根据本发明所述的膨润土基高原土壤改良剂在改良高原风沙土中的用途。
与现有技术相比，本发明的膨润土基高原土壤改良剂对高原土壤水分和养分效果更好。
具体实施方式
下列实施例仅仅是为了向本领域的普通技术人员提供如何制得和评价本发明所述并受权利要求书保护的化合物、组合物、制品、装置和/或方法的完整公开内容和描述，并且旨在仅仅为示例性的，而非旨在限制发明人视为其发明的范围。已做出了努力以确保关于数字(例如数量、温度等)的准确性，但是应当考虑到一些误差和偏差。
除非另外指明，否则份数均为重量份，温度均以℃表示或处于环境温度下，并且压力为大气压或接近大气压。存在反应条件(例如组分浓度、所需的溶剂、溶剂混合物、温度、压力和其它反应范围)以及可用于优化通过所述方法得到的产物纯度和收率的条件的多种变型形式和组合。将只需要合理的常规实验来优化此类方法条件。
实施例1
将75份丙烯酸使用40wt％的氢氧化钠溶液中和，得到中和度为75％的丙烯酸溶液。向其中加入25份丙烯酰胺、0.15份甲叉双丙烯酰胺和2份过硫酸钾，搅拌使其混合溶解，得到单体混合液。将5份羧甲基纤维素钠(Mw＝250,000道尔顿，取代度＝0.7)和3份钙基膨润土加入到单体混合液中，搅拌10min使其混合均匀。然后在60℃水浴中加热反应4h。反应完毕，使用无水乙醇洗涤，真空干燥，得到第一粉末。
将1份羧甲基纤维素钠(Mw＝250,000道尔顿，取代度＝0.7)溶解于30份水中，加入8份磷酸二氢钾和6份尿素，搅拌混合均匀，得到混合液。按照体积比2:1，混合液滴加到3wt％的硫酸铝溶液中。反应完毕，真空干燥，粉碎得到第二粉末。
按照重量比3:2，将第一粉末和第二粉末在圆盘混合器中混合均匀，真空干燥，得到第三粉末，即为成品。
水分改良试验
用PVC塑料管做成高10cm直径10cm的圆柱形土柱，土柱底部用塑料布封闭。将实施例1的成品浓度设置为0.1％，0.2％，0.4％，0.6％和对照CK。处理方法：将实施例1的成品与过1mm筛的高原风沙土按上述浓度直接混匀，装成土柱，土柱表面均匀的铺层石子，在室内培养，培养期间根据重量差减法加水，使土壤湿度保持在田间持水量的75％。培养3周后，利用湿筛法测定水稳性团聚体。土壤团聚体分形维数是利用罗远培(科学通报，38，896)提出的通过粒径分布与对应的质量分布相联系，用土壤粒径的重量分布代替数量分布计算实施例1成品对土壤>0.25mm水稳性团聚体的影响。
结果表明，相对于对照CK组，成品浓度0.1％，0.2％，0.4％，0.6％的试验组使得高原风沙土>0.25mm水稳性团聚体含量分别增加了9.7％，27.6％，48.3％和61.8％。这表明，本发明的膨润土基高原土壤改良剂具有一定的土壤水分改良作用。
养分改良试验
取实施例1的成品置于无纺布网袋中，将网袋埋于高原风沙土下5-6cm处。室温条件下，土壤湿度控制在30％。平行作多组试验。不同天数后分别取出网袋，室温干燥后，将肥料颗粒从网袋中取出，进行养分的测定。
结果表明，实施例1的成品中氮的释放较快，5天后释放率为86.2％；钾和磷5天后的释放率分别为71.9％和65.7％。氮、钾和磷30天后的释放率分别为99.7％、87.4％和76.8％。
这表明，本发明的膨润土基高原土壤改良剂具有一定的养分缓释作用。
应理解，本发明的具体实施方式仅用于阐释本发明的精神和原则，而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明的内容之后，本领域技术人员可以对本发明的技术方案作出各种改动、替换、删减、修正或调整，这些等价技术方案同样落于本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (4)
1.一种膨润土基高原土壤改良剂，按照以下方法制备：
(1)将含有丙烯酸、丙烯酰胺、甲叉双丙烯酰胺和引发剂的单体混合液与羧甲基纤维素钠和钙基膨润土反应，干燥得到第一粉末；其中，丙烯酸、丙烯酰胺、甲叉双丙烯酰胺和引发剂的重量比为(65-85)：(15-35)：(0.05-0.25)：(1-3)；羧甲基纤维素钠的加入量为3-7％，钙基膨润土的加入量为1-5％，基于丙烯酸和丙烯酰胺的重量之和；反应温度为40-80℃，反应时间为2-6h；
(2)将含有羧甲基纤维素钠和养分的混合液滴加到硫酸铝溶液中，反应完毕，干燥得到第二粉末；其中，羧甲基纤维素钠在混合液中的浓度为2-5wt％；硫酸铝溶液的浓度1.5-4.5wt％；混合液与硫酸铝溶液的体积比为12：(4-8)；
(3)将第一粉末和第二粉末混合均匀，真空干燥，得到第三粉末，即为成品；其中，第一粉末和第二粉末的重量比为12：(6-10)。
2.根据权利要求1所述的土壤改良剂，其中，羧甲基纤维素钠的重均分子量Mw＝200,000-300,000道尔顿，取代度为0.5-0.9。
3.根据权利要求1所述的土壤改良剂，其中，步骤(2)中，羧甲基纤维素钠与养分的重量比为1：(5-9)。
4.根据权利要求1-3任一项所述的膨润土基高原土壤改良剂在改良高原风沙土中的用途。
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