CN115160070A - 一种土壤改良剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种土壤改良剂的制备方法，其包括步骤S1：将洗净、绞碎、晾干后的海藻装入反应釜，然后加入去离子水和乙醇，进行打浆；通入超临界二氧化碳，恒温恒压一定时间后，通过瞬间泄压的方式使得海藻的细胞壁组织得到破碎，收集得到包含多种活性有效成份的海藻细胞浆液；S2：向步骤S1得到的海藻细胞浆液中接种预先培养好的益生菌菌种进行常规发酵，得到发酵浆液；S3：向步骤S2得到的发酵浆液中加入多聚酸、壳聚糖、透明质酸钠、磷酸二氢钾和钙盐进行调配，得到所述土壤改良剂。本发明制备得到的土壤改良剂，不仅具有良好的通气性、透水性和保水性，而且活性组份易于被作物快速吸收，以刺激提高和加快它们的生理过程。
Description
技术领域
本发明涉及土壤改良的技术领域，尤其涉及一种土壤改良剂及其制备方法。
背景技术
我国是一个人口大国、农业大国。农业发展关系到国计民生，化肥的长期大量使用不仅造成了环境污染，而且带来了土壤板结、土壤的微生态恶化，有效营养物质难以被作物吸收等问题。
海藻属于低等植物，整个藻体都能够从海水中吸收无机物和小分子有机物质作养料，同时还可向周围分泌出有机或无机物质，生长在海水复杂环境中的海藻，其代谢过程和代谢产物与陆地植物相比是极为不同的。大多数海藻含有丰富的碳水化合物、含氮化合物、色素、脂类化合物、酚类化合物、维生素和无机成分等，因此，海藻具有丰富的营养价值。如何高效利用海藻提取物，同时改善土壤结构和微生态环境，长期以来是农业工作者广泛关注的问题。
发明内容
鉴于以上现有技术的不足之处，本发明提供了一种土壤改良剂，以解决现有土壤改良剂无法兼顾高效利用海藻提取物，同时改善土壤结构和微生态环境等问题。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：
一种土壤改良剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
S1：将洗净、绞碎、晾干后的海藻装入反应釜，然后加入去离子水和乙醇，进行打浆；通入超临界二氧化碳，恒温恒压一定时间后，通过瞬间泄压的方式使得海藻的细胞壁组织得到破碎，收集得到包含多种活性有效成份的海藻细胞浆液；本发明以天然海藻为主要原料，含有大量从海藻中提取的，有利于植物生长发育的天然活性物质和海藻从海洋中吸收并富集在体内的矿物质养分，包括但不限于海藻多糖、酚类多聚化合物、甘露醇、甜菜碱、氮、磷、钾及铁、硼、钙、镁、碘、钴、钼、锌、锰、铜等物质的其中一种，这些天然活性物质和矿物质养分能被作物快速吸收，以刺激提高和加快它们的生理过程；本发明在低温下利用超临界二氧化碳流体瞬间泄压结合乙醇闪蒸产生的***力达到海藻细胞壁破碎的目的，可以原滋原味的保存海藻细胞液中有效成分的活性，最大程度的发挥海藻细胞浆液的功效；
S2：向步骤S1得到的海藻细胞浆液中接种预先培养好的益生菌菌种进行常规发酵，得到发酵浆液；
S3：向步骤S2得到的发酵浆液中加入多聚酸、壳聚糖、透明质酸钠、磷酸二氢钾和钙盐进行调配，得到所述土壤改良剂。所述土壤改良剂中各原料的重量份数分别为：18～20份发酵浆液、7～11份多聚酸、1.5～3.5份壳聚糖、1～3份透明质酸钠、3.5～7.5份磷酸二氢钾及10～12份钙盐。本发明通过益生菌菌种的常规发酵，结合富含海藻功能活性成分，能有效调节土壤中微生物的平衡，分解土壤中的有机质、矿物质等有机或无机成分，改善土壤板结、沙化、盐化等问题，提高农作物产能；另外，复配多聚酸、壳聚糖、透明质酸钠、磷酸二氢钾和钙盐，具有改良作物品质，进一步提高作物抗逆性的特殊功效，是一种优良的土壤改良剂。
进一步地，所述海藻为海带、马尾藻、裙带和泡叶藻中的至少一种。
进一步地，所述海藻、去离子水和乙醇的质量比为100：10～30：3～12。
进一步地，所述超临界二氧化碳的压力为7.5～8.0MPa，温度为33～35℃。
进一步地，所述益生菌为芽孢杆菌和/或酵母。
进一步地，在步骤S2中，所述益生菌的接种量为海藻细胞浆液体积的2～5％。
进一步地，所述多聚酸为笼型倍半硅氧烷改性的多聚谷氨酸。所述笼型倍半硅氧烷改性的多聚谷氨酸的改性方法为：向多聚谷氨酸中加水搅拌至完全溶解，再加入羟基笼型倍半硅氧烷和浓硫酸，加热后进行酯化反应，反应结束后调节pH值至中性后得到。笼型倍半硅氧烷改性的多聚谷氨酸兼具两者的优点，其富含大量羧基功能基团，结合笼型倍半硅氧烷独特的笼型结构，施加到土壤中后其功能基团通过静电吸附作用，能团聚和粘合土微粒，形成具有团粒结构的大粒径土颗粒，有效改良土壤结构，提高土壤通气、透水和保水的效果。通过笼型倍半硅氧烷改性后的多聚谷氨酸还可以利用笼型结构的纳米孔隙来富集周边环境的钙、镁等多种营养物质，促进Ca2+置换土壤胶体中Na+能力，从而起到进一步改良盐碱土壤的作用。
进一步地，所述钙盐为乙酸钙、丙酸钙、氯化钙、硝酸钙、硫酸钙、过磷酸钙、柠檬酸钙、葡萄糖酸钙和氨基酸钙中的至少一种。
本发明的另外一方面是提供一种土壤改良剂，所述土壤改良剂采用如上述的制备方法制备得到。
本发明的有益效果：
本发明制备得到的土壤改良剂，先通过物理提取法提取海藻中富含的天然活性物质和矿物质养分，然后经益生菌菌种发酵后，复配多聚酸、壳聚糖、透明质酸钠、磷酸二氢钾和钙盐得到，其不仅具有良好的通气性、透水性和保水性，而且活性组份易于被作物快速吸收，以刺激提高和加快它们的生理过程。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
实施例1
本实施例土壤改良剂的制备方法，其包括以下步骤：
S1：将洗净、绞碎、晾干后的海藻装入反应釜，然后加入去离子水和乙醇，进行打浆；通入超临界二氧化碳，恒温恒压一定时间后，通过瞬间泄压的方式使得海藻的细胞壁组织得到破碎，收集得到包含多种活性有效成份的海藻细胞浆液；所述海藻为海带；所述海藻、去离子水和乙醇的质量比为100：10：3；所述超临界二氧化碳的压力为7.5MPa，温度为34℃；
S2：向步骤S1得到的海藻细胞浆液中接种预先培养好的益生菌菌种进行常规发酵，发酵48h后得到发酵浆液；所述益生菌为芽孢杆菌；所述益生菌的接种量为海藻细胞浆液体积的2％；
S3：向步骤S2得到的发酵浆液中加入多聚酸、壳聚糖、透明质酸钠、磷酸二氢钾和葡萄糖酸钙进行调配，得到所述土壤改良剂。所述土壤改良剂中各原料的重量份数分别为：18份发酵浆液、7份多聚酸、1.5份壳聚糖、1份透明质酸钠、3.5份磷酸二氢钾及10份葡萄糖酸钙。
所述多聚酸为笼型倍半硅氧烷改性的多聚谷氨酸。向100重量份水中加入35重量份多聚谷氨酸，搅拌至完全溶解，再加入5.2重量份羟基笼型倍半硅氧烷，调节pH至5，加热后进行酯化反应，反应结束后调节pH值至中性后得到。所述羟基笼型倍半硅氧烷的结构通式为R1SiO3/2(R2SiO3/2)n-1；其中，n为8；R1为1个顶角Si原子所连接的二(2-羟基乙基)氨基丙基，R2为7个顶角Si原子所连接包含至少一个磷酸盐的基团。所述羟基笼型倍半硅氧烷以烯丙基三乙氧基硅烷为原料，先进行不完全水解反应，得到缺角的POSS(T7)，然后加入3-(三乙氧基硅烷基)丙酸乙酯(3-(三乙氧基硅烷基)丙酸乙酯与POSS(T7)的摩尔比1：1)进行继续进行水解闭环反应得到。
在连作三茬番茄的菜地进行试验，土壤改良剂施用量为5升/亩，采用根施的方式进行施用。番茄幼苗移栽30天后，施用本实施例土壤改良剂与施用常规栽培对照组相比，番茄平均株高、地下部鲜重和根系活力分别增加10.2％、32.5％和21.5％。发病率降低7.8％，产量增加11.2％。
实施例2
本实施例土壤改良剂的制备方法，其包括以下步骤：
S1：将洗净、绞碎、晾干后的海藻装入反应釜，然后加入去离子水和乙醇，进行打浆；通入超临界二氧化碳，恒温恒压一定时间后，通过瞬间泄压的方式使得海藻的细胞壁组织得到破碎，收集得到包含多种活性有效成份的海藻细胞浆液；所述海藻为海带；所述海藻、去离子水和乙醇的质量比为100：20：7；所述超临界二氧化碳的压力为7.5，温度为34℃；
S2：向步骤S1得到的海藻细胞浆液中接种预先培养好的益生菌菌种进行常规发酵，发酵48h后得到发酵浆液；所述益生菌为芽孢杆菌；所述益生菌的接种量为海藻细胞浆液体积的4％；
S3：向步骤S2得到的发酵浆液中加入多聚酸、壳聚糖、透明质酸钠、磷酸二氢钾和氨基酸钙进行调配，得到所述土壤改良剂。所述土壤改良剂中各原料的重量份数分别为：19份发酵浆液、9份多聚酸、2.5份壳聚糖、2份透明质酸钠、5.5份磷酸二氢钾及11份
氨基酸钙。
所述多聚酸同实施例1。
在连作三茬番茄的菜地进行试验，土壤改良剂施用量为5升/亩，采用根施的方式进行施用。番茄幼苗移栽30天后，施用本实施例土壤改良剂与施用常规栽培对照组相比，番茄平均株高、地下部鲜重和根系活力分别增加9.9％、30.2％和22.3％。发病率降低8.3％，产量增加10.5％。
实施例3
本实施例土壤改良剂的制备方法，其包括以下步骤：
S1：将洗净、绞碎、晾干后的海藻装入反应釜，然后加入去离子水和乙醇，进行打浆；通入超临界二氧化碳，恒温恒压一定时间后，通过瞬间泄压的方式使得海藻的细胞壁组织得到破碎，收集得到包含多种活性有效成份的海藻细胞浆液；所述海藻为海带；所述海藻、去离子水和乙醇的质量比为100：30：12；所述超临界二氧化碳的压力为7.5MPa，温度为34℃；
S2：向步骤S1得到的海藻细胞浆液中接种预先培养好的益生菌菌种进行常规发酵，发酵48h后得到发酵浆液；所述益生菌为酵母；所述益生菌的接种量为海藻细胞浆液体积的5％；
S3：向步骤S2得到的发酵浆液中加入多聚酸、壳聚糖、透明质酸钠、磷酸二氢钾和乙酸钙进行调配，得到所述土壤改良剂。所述土壤改良剂中各原料的重量份数分别为：20份发酵浆液、11份多聚酸、3.5份壳聚糖、3份透明质酸钠、7.5份磷酸二氢钾及12份乙酸钙。
所述多聚酸同实施例1。
在连作三茬番茄的菜地进行试验，土壤改良剂施用量为5升/亩，采用根施的方式进行施用。番茄幼苗移栽30天后，施用本实施例土壤改良剂与施用常规栽培对照组相比，番茄平均株高、地下部鲜重和根系活力分别增加11.1％、31.8％和23.2％。发病率降低8.7％，产量增加11.8％。
对比例1
本对比例土壤改良剂的制备方法，其制备步骤基本与实施例1相同，不同之处在于，本对比例土壤改良剂的制备方法中，海藻未经步骤S1处理。
在连作三茬番茄的菜地进行试验，土壤改良剂施用量为5升/亩，采用根施的方式进行施用。番茄幼苗移栽30天后，施用本实施例土壤改良剂与施用常规栽培对照组相比，番茄平均株高、地下部鲜重和根系活力分别增加2.1％、7.2％和6.4％。发病率降低5.2％，产量增加4.1％。
对比例2
本对比例土壤改良剂的制备方法，其制备步骤基本与实施例1相同，不同之处在于，本对比例土壤改良剂的制备方法中，海藻细胞浆液未经步骤S2处理。
在连作三茬番茄的菜地进行试验，土壤改良剂施用量为5升/亩，采用根施的方式进行施用。番茄幼苗移栽30天后，施用本实施例土壤改良剂与施用常规栽培对照组相比，番茄平均株高、地下部鲜重和根系活力分别增加8.2％、22.5％和12.8％。发病率降低6.6％，产量增加6.2％。
对比例3
本对比例土壤改良剂的制备方法，其制备步骤基本与实施例1相同，不同之处在于，本对比例土壤改良剂的制备方法中，所述土壤改良剂未加入多聚酸。
在连作三茬番茄的菜地进行试验，土壤改良剂施用量为5升/亩，采用根施的方式进行施用。番茄幼苗移栽30天后，施用本实施例土壤改良剂与施用常规栽培对照组相比，番茄平均株高、地下部鲜重和根系活力分别增加8.9％、25.6％和18.3％。发病率降低7.3％，产量增加9.8％。
将实施例1～3和对比例1～3制备得到的土壤改良剂进行相应性能测试，其性能结果如表1所示，测试方法按照GB/T8576、NY/T1973标准进行测试。
表1
| 项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 |
| 含水率，％ | 38.2 | 37.4 | 37.7 | 31.5 | 32.5 | 28.3 |
| 土壤pH | 7.0 | 7.1 | 7.1 | 7.3 | 7.2 | 7.5 |
| 含盐量，％ | 0.16 | 0.14 | 0.14 | 0.24 | 0.22 | 0.28 |
| 碱化度，％ | 4.4 | 4.6 | 4.5 | 6.1 | 5.4 | 5.8 |
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。
Claims (9)
1.一种土壤改良剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
S1：将洗净、绞碎、晾干后的海藻装入反应釜，然后加入去离子水和乙醇，进行打浆；通入超临界二氧化碳，恒温恒压一定时间后，通过瞬间泄压的方式使得海藻的细胞壁组织得到破碎，收集得到包含多种活性有效成份的海藻细胞浆液；
S2：向步骤S1得到的海藻细胞浆液中接种预先培养好的益生菌菌种进行常规发酵，得到发酵浆液；
S3：向步骤S2得到的发酵浆液中加入多聚酸、壳聚糖、透明质酸钠、磷酸二氢钾和钙盐进行调配，得到所述土壤改良剂。
2.如权利要求1所述土壤改良剂的制备方法，其特征在于，所述海藻为海带、马尾藻、裙带和泡叶藻中的至少一种。
3.如权利要求1所述土壤改良剂的制备方法，其特征在于，所述海藻、去离子水和乙醇的质量比为100：10～30：3～12。
4.如权利要求1所述土壤改良剂的制备方法，其特征在于，所述超临界二氧化碳的压力为7.5～8.0MPa，温度为33～35℃。
5.如权利要求1所述土壤改良剂的制备方法，其特征在于，所述益生菌为芽孢杆菌和/或酵母。
6.如权利要求1所述土壤改良剂的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述益生菌的接种量为海藻细胞浆液体积的2～5％。
7.如权利要求1所述土壤改良剂的制备方法，其特征在于，所述多聚酸为笼型倍半硅氧烷改性的多聚谷氨酸。
8.如权利要求1所述土壤改良剂的制备方法，其特征在于，所述钙盐为乙酸钙、丙酸钙、氯化钙、硝酸钙、硫酸钙、过磷酸钙、柠檬酸钙、葡萄糖酸钙和氨基酸钙中的至少一种。
9.一种土壤改良剂，其特征在于，所述土壤改良剂采用如权利要求1～9任一项所述的制备方法制备得到。
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