CN114605193A - 一种复合液态硅肥的制备方法和用途 - Google Patents
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Abstract
本发明属于农业肥料技术领域，具体涉及一种复合液态硅肥的制备方法和用途。所述复合液态硅肥包含：硅藻土处理液40wt％、硅藻菌液30wt％、有机液肥30wt％。本发明设计出的复合液态硅肥发挥了单纯用硅藻土制造硅肥所达不到的效果。采用活性硅藻复合，不仅改善硅藻土的硅藻蛋白石表面原有的羟基等活性位点以及独特的生物微孔性能随沉积年限逐渐下降的问题，还能与水稻等作物形成共生的小型生态体系，促进生态可持续发展。
Description
技术领域
本发明属于农业肥料技术领域，具体涉及一种复合液态硅肥的制备方法和用途。
背景技术
大量研究结果表明，硅是水稻、麦类、玉米、大豆、花生等农作物正常生长发育不可缺少的元素。是继氮、磷、钾之后植物所需的第四种元素，硅对农作物的产量、品质、安全性具有重要的作用。硅能够增加植物表面积和叶绿体含量，从而促进光合磷酸化作用，抑制植株体内的蒸腾作用，减轻强光下因失水过多而出现的萎蔫，提高植物的抗旱保水能力，提高水分利用率增强植物抗氧化***的酶活性，从而提高植物的产量；其次，硅作为植物细胞壁的重要成分，与植物体内果胶酸、多糖醛酸、糖脂等物质有较高的亲和力，可以形成稳定性强、溶解度低的单、双硅酸复合物并沉积在木质化细胞壁中，增强组织的机械强度与稳定性，抵御病虫害入侵，使茎秆细胞壁加厚，维管束加粗，抗倒伏性能力增强，有效提升作物产量，改善品质的特点；再者，研究表明施入硅钙肥可以有效地降低水稻对土壤中镉、铅的吸收，可以有效降低土壤中一些重金属的毒害作用，减小对水稻的毒害。由此，增施硅肥已成为农业生产的一项重要技术。
市面上有许多用于植物补硅的硅肥，市面上的硅肥主要是熔渣硅肥与高效硅肥(以石英砂粉为原料和碳酸钠或碳酸钠经高温熔融加工而成)。目前，已有少数人尝试利用硅藻土来生产制造硅肥。硅藻土是由硅藻及其它微生物的硅质遗骸组成的生物硅质岩，主要成分是sio2，是我国重要的非金属矿产资源。硅藻土因具有质轻、空隙度大、大比表面积、吸附性强、热稳定性好、熔点高以及耐腐蚀等优良性能，被广泛地用作助滤剂、功能填料、催化剂载体、药物载体、吸附剂以及保温隔热材料等。硅藻土基于其优异的性能等也被广泛应用于农业多个方面。例如，其作为天然吸附剂，用于固定土壤中污染物，尤其是重金属离子等的迁移，阻止其进入作物籽粒中；作为杀虫剂，用于部分害虫的杀灭；作为土壤添加剂，提高土壤的保肥保水性等。但是，硅藻土基硅肥也存在着一些问题：首先，硅藻土的纯度不高，我国天然的硅藻土品质普遍较低，SiO2质量含量约为60-70％，可以进行提纯；其次，它的主要有效成分为硅藻蛋白石，经过长达千万年的长期地质过程，硅藻蛋白石表面原有的羟基等活性位点以及独特的生物微孔性逐渐消失，其整体结构也由完全无定形向弱结晶转化，从而导致其表面活性位点和孔体积/比表面积等降低，大大抑制了其吸附、负载等的特性，不能充分发挥硅藻土对水稻作物的生长、土壤的修复保护等的作用。所以一般用硅藻土制作硅肥都要进行改性，但改善这种现象的硅藻土改性方式大都成本很高、操作繁琐或对环境产生很大危害。
综上所述，市面上的的硅肥大都以补充植物硅元素为目的，效果较单一，使得农民的施肥步骤在原来基础上变得更繁琐和复杂，效率降低；其次，目前利用硅藻土制造的硅肥中的硅藻蛋白石表面原有的羟基等活性位点以及独特的生物微孔性逐渐消失，从而导致其表面活性位点和孔体积/比表面积等降低，大大抑制了其吸附、负载等的特性，对其进行改性的方法成本较高。
为了解决以上问题，提出本发明。
发明内容
本发明首次提出利用活体硅藻来改善硅藻土的表面活性位点和孔体积/比表面积降低产生的影响，从而增强其吸附、负载的特性。在此基础上可以负载一些有机肥组合成一种简便、高效的复合型硅藻土基液态硅肥，进一步促进作物的生长和土壤的肥力修复。利用活性硅藻复合硅藻土的液态硅肥的发明未见报道。
本发明提供一种复合液态硅肥的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
A、制备硅藻土处理液：硅藻土经煅烧后，研磨使其颗粒大小为150-300目，然后用碱液浸泡形成悬浊液，反应后12-24h后，进行固液分离，得到分离液，在所述分离液中加入EDTA、然后调节溶液pH为8-10，得到硅藻土处理液；
其中，硅藻土的质量与碱液、EDTA的体积比为1g：10ml：1ml；
碱的摩尔量以氢氧根的摩尔量为准；
B、制备硅藻菌液：
利用9质量份硅酸钾、2质量份磷酸氢二钠、89质量份海水的原料和比例配置培养硅藻的营养液，然后接种硅藻菌体并使其繁殖处于指数生长期，得到硅藻菌液；
C、制备有机液肥：
控制温度为65℃左右，利用动物粪便等天然有机物与水按质量1：2混合，加入有机肥发酵剂(质量为有机物质量的0.2％)均匀混合后发酵10-15天，将发酵液稀释30-50倍，即得到有机液肥。
D、最后将上述的步骤A、B、C得到的三种溶液按照硅藻土处理液40wt％、硅藻菌液30wt％、有机液肥30wt％的比例混合组成复合液态硅肥。
本发明第二方面提供第一方面所述的复合液态硅肥用于提高农作物产量和吸附土壤中重金属的用途。
上述技术方案在不矛盾的前提下，可以自由组合。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1、本发明设计出的复合液态硅肥发挥了单纯用硅藻土制造硅肥所达不到的效果。具体的，本发明的创造性在于：(1)通过引入了活体硅藻来弥补硅藻土的不足，改善硅藻土的硅藻蛋白石表面原有的羟基等活性位点以及独特的生物微孔性能随沉积年限逐渐下降的问题。活体硅藻的硅藻蛋白石表面含有丰富的活性基团和高的反应活性，其表面尚未被其它矿物，如石英等矿物附着，因此活性位点保留完整，且孔结构也尚未被堵塞，比表面积较高。因此，引入了活体硅藻后可以提高硅肥的吸附、负载等的特性。(2)还能与水稻等作物形成共生的小型生态体系，促进生态可持续发展。活体硅藻的硅藻蛋白石溶解度极高。硅藻死亡后，其硅藻蛋白石极易在水体中溶解，可以应用于叶面肥的制造。当随水而肥时，活体硅藻进入稻田中，可以与水稻等作物共同培育形成硅藻-水稻共培育体系。两者互相影响、协作共存，这将有利于生态可持续性发展。
2、本发明的实验结果表明，我们的复合液态硅肥在水稻增产、抗倒伏、抗虫害、减弱土壤退化、降低重金属污染风险、增加土壤肥力等发面发挥的作用都明显优于单纯用硅藻土制造硅肥。
3、本发明这为利用硅藻土制备硅肥提供了一种新思路、新方法，而不再单单是复杂且有一定污染性的硅藻土改性方法，力求通过更加绿色环保的方式推动农业的发展与进步。
4、本发明的液态硅肥既可以作为叶面肥，也可以随水而肥，适用范围较传统固态颗粒肥更加广泛。其次，这种复合液态硅肥复合了有机液肥，不单单是为作物提供硅元素，还利用其负载特性为作物提供有机养分，因此有利于降低农民的施肥频率，提高劳作效率，促进新型农业的发展。
具体实施方式
下面对本发明通过实施例作进一步说明,但不仅限于本实施例。实施例中未注明具体条件的实验方法,通常按照常规条件以及手册中所述的条件,或按照制造厂商所建议的条件所用的通用设备、材料、试剂等,如无特殊说明,均可从商业途径得到。以下实施例和对比例中所需要的原料均为市售。
实施例1
一种复合液态硅肥的制备方法，包含以下步骤：
A、制备硅藻土处理液：
取100kg硅藻土经600-1000摄氏度高温煅烧后，研磨使其颗粒大小为150-300目左右，然后用1000升强碱溶液(0.1mol/L的氢氧化钠)侵泡形成悬浊液，保持12-24h(本实施例为12h)，使得硅藻土和强碱溶液充分反应，然后进行固液分离并取出分离液(分离液的成分是：可溶性硅酸盐SiO3 2-)，加入100升EDTA(浓度为1mol/L)、加入酸性溶液(本实施例为0.1mol/L的盐酸溶液)调节分离液的pH为8-10。
B、制备硅藻菌液：
利用硅酸钾9％、磷酸氢二钠2％、海水89％的原料和比例配置培养硅藻的营养液，然后接种硅藻菌体，在25-30摄氏度下，保持充足光照，培养2-4天使其繁殖处于指数生长期。
海水的组成是：大量、常量元素如Na+，K+，Ca2+，Mg+，Si4+,Cl-，SO4 2+,
Br-，HCO3 -等；溶于海水的气体成分，如氧、氮及惰性气体等；与海洋植物生长有关的营养元素；海水中的有机物质如氨基酸、腐殖质、叶绿素等。
C、制备有机液肥：
控制温度为65℃左右，利用牛粪等天然有机物发酵取得到有机液肥，具体操作如下：取100kg的牛粪然后与水混合，牛粪与水的质量比1:2。然后加入200g有机肥发酵剂,均匀混合后发酵10-15天(本实施例为10天)，将发酵液稀释30倍，即得到有机液肥。
最后将上述的步骤A、B、C得到的三种溶液按照硅藻土处理液40wt％、硅藻菌液30wt％、有机液肥30wt％的比例混合组成新型的液态复合硅肥。
对比例1
按照实施例1的方法制备液态复合硅肥，区别仅仅在于，使用原始硅藻营养液替代硅藻菌液，即硅藻的营养液中不再接种硅藻菌体。
应用例1
将实施例1和对比例1制备的复合液态硅肥与市面上购买的硅藻土基硅肥进行实际水稻种植效果对比，水稻增产、土壤重金属吸附情况比较结果见下表：
表1：水稻增产效果比较表
从上表1可以看出：
1、本发明实施例1的复合液态硅肥仅仅用了市面硅藻土基硅肥一半的用量，就实现了水稻增产16.4％，远远高于市面硅藻土基硅肥水稻增产的5.2％。可见本发明复合液态硅肥对于水稻增产的强烈优势。
2、相比于对比例1，实施例1的复合液态硅肥的水稻增产量高出了6.3wt％，这说明，活体硅藻菌体具有丰富的活性基团和高的反应活性，能够弥补硅藻土的硅藻蛋白石表面原有的羟基等活性位点以及独特的生物微孔性能随沉积年限逐渐下降的影响。改善后的负载、吸附特性，促进了水稻的增产。
表2：土壤重金属效果比较表
从表2可以看出：
1、本发明实施例1的的复合液态硅肥施用后土壤中的铅、镉、汞、铝、砷等重金属含量都低于市面硅藻土基硅肥，可见复合液态硅肥对于土壤中重金属的吸附能力明显高于市面硅藻土基硅肥。
2、相比于对比例1，实施例1的复合液态硅肥的土壤重金属吸附效果更加明显，这说明引入活性硅藻后，可以明显加强硅藻土的吸附性能。
Claims (2)
1.一种复合液态硅肥的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
A、制备硅藻土处理液：硅藻土经煅烧后，研磨使其颗粒大小为150-300目，然后用碱液浸泡形成悬浊液，反应后12-24h后，进行固液分离，得到分离液，在所述分离液中加入EDTA、然后调节溶液pH为8-10，得到硅藻土处理液；
其中，硅藻土的质量与碱液、EDTA的体积比为1g：10ml：1ml；
碱的摩尔量以氢氧根的摩尔量为准；
B、制备硅藻菌液：
利用9质量份硅酸钾、2质量份磷酸氢二钠、89质量份海水的原料和比例配置培养硅藻的营养液，然后接种硅藻菌体并使其繁殖处于指数生长期，得到硅藻菌液；
C、制备有机液肥：
控制温度为65℃左右，利用有机物与水按质量1：2混合，加入有机肥发酵剂均匀混合后发酵10-15天，将发酵液稀释30-50倍，即得到有机液肥；
所述有机肥发酵剂的质量为所述有机物质量的0.2％。
D、最后将上述的步骤A、B、C得到的三种溶液按照硅藻土处理液40wt％、硅藻菌液30wt％、有机液肥30wt％的比例混合组成复合液态硅肥。
2.根据权利要求1所述的复合液态硅肥用于提高农作物产量和吸附土壤中重金属的用途。
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