CN115724698A - 一种酸性土壤调理剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于土壤修复技术领域，涉及一种酸性土壤调理剂及其制备方法，所述酸性土壤调理剂包括如下重量份数的原料：海泡石粉10‑20份、羟基磷酸钙5‑10份、壳聚糖10‑15份、聚丙烯酸水凝胶5‑10份、腐植酸20‑30份、生物炭粉10‑20份和豆粕20‑30份。本发明调理剂改善酸性土壤pH，对化肥能够有效吸附，保肥保水效果好，而且保持缓慢释放，为农作物提供充足养分和水分，长期使用不会出现土壤板结以及“复酸化”现象。

Description

一种酸性土壤调理剂及其制备方法

技术领域

本发明属于土壤修复技术领域，涉及一种酸性土壤调理剂及其制备方法。

背景技术

土壤酸化是指土壤中盐基离子被淋失或被农作物带走，而氢离子浓度增加、酸度增高的过程，土壤酸化直接影响土壤中微生物的活性，改变土壤中养分的形态，增强有害物质的活性，对农作物产生毒害作用，土壤严重酸化将直接导致土壤肥力下降，破坏土壤微生物的平衡，致使土壤结构变劣，农作物生长环境恶化。土壤酸化的主要原因为土壤过度消耗，全年无歇，养分持续消耗，导致土壤无法修养恢复养分平衡，造成土壤贫瘠和酸化；多雨季节的雨水集中冲刷，或是大水漫灌的方式造成淋溶作用加剧，导致钙、镁等碱性盐基的大量流失；化肥未充分利用，以及施用方式不当，大量使用酸性肥料肥、偏施氮肥等，使土壤养分失衡，造成土壤酸化，土壤的有机质含量减少，减弱土壤的缓冲能力。

公告号为CN102876576B的中国专利公开了一种酸性土壤调理剂及其制备方法和应用。所述酸性土壤调理剂包含如下以重量份计的成分：复合菌剂4-8份，调酸因子80-90份，鳌合物质3-7份，有机物质2-6份。该发明土壤调理剂能调节土壤pH值，促进土壤团粒结构形成，改善土壤物理性状，为植物生长创造良好的生态环境；增加了有机质和钙、镁、硅元素及其活性，促进作物健康生长，增强抗逆性，预防病虫害；添加的复合菌剂能改善土壤微生物区系组成，使作物根际的微生物活性增强，加速有机污染物的矿化，同时促进植物的生长，加速对降解产物的吸收和对污染土壤的生物修复。无毒、无残留、无污染，符合有机无公害农业发展趋势，具有极大的推广应用价值。但是，上述专利加入复合菌剂，复合菌剂中微生物种类较多，大部分微生物在酸性土壤中代谢不充分。

公开号为CN114907859A的中国专利申请公开了一种有机-无机酸性土壤改良剂及其制备方法与应用。该发明有机-无机酸性土壤调理剂，以摩尔百分含量计，由85～95％水溶性天然高分子络合剂和5～15％无机养分盐组成。本发明有机-无机酸性土壤改良剂中，无机养分盐与有机络合剂共同作用可通过阳离子交换作用和络合作用大大提高了土壤脱酸效率，被交换的Al³⁺转化为毒性较低的有机络合形态，从而缓解铝毒对作物的胁迫，同时阻止铝离子水解更多的氢离子，从而显著降低土壤交换性酸和提高土壤pH；由于弱酸官能团和盐基阳离子的引入，显著提高了土壤有机碳和阳离子交换量，进而提高了土壤酸碱缓冲容量，增强了土壤的抗酸化能力。但是，该专利主要是缓解酸性土壤中铝毒对农作物的胁迫，应用范围受限。

发明内容

为克服上述缺陷，本发明的目的在于提供一种酸性土壤调理剂及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种酸性土壤调理剂，包括如下重量份数的原料：海泡石粉10-20份、羟基磷酸钙5-10份、壳聚糖10-15份、聚丙烯酸水凝胶5-10份、腐植酸20-30份、生物炭粉10-20份和豆粕20-30份。

优选地，所述聚丙烯酸水凝胶的制备方法包括如下步骤：

在冰水浴条件下，将10mL丙烯酸用氢氧化钠溶液中和至60-80％中和度，氮气环境下缓慢加入4-5g丙烯酰胺、2-3g木质素磺酸钠、0.01-0.02g交联剂N，N'-亚甲基双丙烯酰胺MBA和30-50mL蒸馏水，然后升温至60-70℃，并滴加氧化还原剂溶液5-6mL，于20-30min滴加完毕，接着继续反应0.5-1h，干燥，即得。

优选地，所述氢氧化钠溶液的浓度为1-5mol/L。

优选地，所述氧化还原剂溶液制备方法为：将0.8-1.0g过硫酸铵、1.9-2.1g亚硫酸氢钠溶解在25-30mL水中，即得。

优选地，所述生物炭粉的制备方法包括以下步骤：

将农作物废弃物去杂，晒干，粉碎，过80-120目筛网，得到生物质粉末；在生物质粉末中加入生物质粉末重量2-4倍的磷酸氢二铵水溶液，于氮气环境中碳化处理，即得。

优选地，所述农作物废弃物为荞麦壳、大麦壳、稻草、芦苇和小麦壳的一种或几种。

优选地，所述磷酸氢二铵水溶液的浓度为0.1-0.3mol/L。

优选地，所述碳化处理温度为240-300℃，时间2-4h。

一种上述的酸性土壤调理剂的制备方法，包括以下步骤：

将壳聚糖、聚丙烯酸水凝胶、腐殖酸、生物炭粉、豆粕与海泡石粉、羟基磷酸钙混合均匀，干燥，即得。

酸性土壤调理剂具有改良土壤结构、调节土壤酸度及修复污染土壤等功效，施入土壤后可改善土壤的物理、化学和微生物反应，提高土壤保肥保水能力，提高肥料利用率和减少对环境的污染。现有的适用于酸性土壤的土壤调理剂多数以无机矿物型为主，主要有石灰类物质、硅钙矿物类、磷矿粉、碱渣和粉煤灰类等无机物，且大部分对于原材料的处理方式较为简单，往往是一种或几种无机矿物材料组合搭配，采取的是单一的物理或化学改性，利用率较低，短时间内可以对土壤修复起到一定效果，但对耕地土壤的环境友好性较差，长久使用将会降低土壤微生物活力，会导致土壤矿化速率加快，造成土壤板结，营养结构失衡，土壤有机质含量减少和“复酸化”等问题。还有一部分酸性土壤的土壤调理剂既包括无机矿物，也包括有机物料，通过物理、化学、生物改性，提高无机矿物材料的有效性能，修复改良酸性土壤，改善土壤缓冲性能，又可以改善由单一无机土壤调理剂所带来的土壤板结，环境友好性差、营养结构失衡等问题，更加适用于酸性土壤的调理，也更能满足市场需求，其中有机物料中包括微生物菌类，例如：枯草芽孢杆菌、乳酸菌、酵母菌、固氮菌、巨大芽孢杆菌、哈姆茨木霉菌和蜡样芽胞杆菌等，微生物菌类代谢过程中产生有机酸、糖类和微量元素，为农作物提供营养成分，而且能够使固定在土壤中的磷、钾及中微量元素得到分解，提高了农作物对营养元素的吸收利用，促进了农作物生长。本发明采用多孔结构的无机矿物和农作物原料制备酸性土壤调理剂，保肥保水效果好，明显改善酸性土壤pH，改善酸性土壤性状，提高了农作物产品产量和品质，详述如下：

1.本发明海泡石粉具有较大的比表面积和孔径结构，增加土壤表面负电荷，对土壤中的有害元素具有吸附作用，同时还可将化肥中游离态分子或离子吸附于海泡石粉孔道中，缓慢释放，提高土壤肥效，缓解酸性土壤缺磷、缺钾的症状，具有较强的保肥能力；羟基磷酸钙调节土壤的pH值，还可以为农作物生长提供所需的无机养分；壳聚糖为一种碱性多糖，缓解土壤酸性，进一步增加土壤容肥能力，而且生物降解性好，对土壤无污染；聚丙烯酸水凝胶具有立体网络结构，减缓了土壤释放水的速度，减少了土壤水分的渗透和流失，保水效果好，而且能够包覆肥料，减缓肥料的释放；腐植酸对化肥改性增效效果好，减少了土壤中磷的固定，同时可使土壤中难溶性钾转换为可溶性钾，从而提高土壤磷、钾的含量，促进农作物生长和增强农作物抗逆性；生物炭粉补充了土壤所缺少的磷和氮元素，而且具有疏松多孔的深层孔洞结构，增大土壤表面积，疏松土壤结构，增加土壤透气性，缓解土壤板结情况，改良土壤理化性状；豆粕有机质含量高，为农作物提供充足营养，豆粕与腐殖酸、生物炭粉合用，满足农作物营养需求，减少无机原料的使用量，降低无机原料对土壤的损害，还能缓解土壤酸性，实现农作物废弃物的重复利用。本发明各种原料合用，改善酸性土壤pH，pH值提高高达35％，对化肥能够有效吸附，保肥保水效果好，而且保持缓慢释放，为农作物提供充足养分和水分，长期使用不会出现土壤板结以及“复酸化”现象。

2.与传统土壤调理剂生石灰和不施用调理剂相比，施用本发明调理剂之后，增产高达20％和33％，苹果硬度分别降低高达12％和16％，可滴定酸含量降低高达22％和29％，总糖含量提高高达10％和14％，显著降低苹果硬度和可滴定酸含量，显著提高总糖含量，不仅提高了苹果的产量，还提供了苹果的品质。

3.本发明聚丙烯酸水凝胶由木质素磺酸钠、丙烯酸、丙烯酰胺聚合而成，所得聚丙烯酸水凝胶吸水量可高达到1737g/g，具有优异的保水性能，并能够以水促肥，使营养成分更为有效地释放和吸收，可明显提高化肥的利用效率，改善土壤的理化性状。

4.本发明生物炭粉为农作物废弃物与磷酸氢二铵水溶液在240-300℃碳化处理2-4h的低温碳化物，碳化灰分中掺杂磷元素，补充了土壤所缺少的磷和氮元素，保持了生物炭粉的碱性特性，缓解酸性土壤pH，而且具有疏松多孔的深层孔洞结构，增加土壤透气性，缓解土壤板结情况，还能够短时间内吸附土壤有害元素，并促进生物降解。

具体实施方式

下面结合一些具体实施方式，对本发明进一步说明。

实施例1

一种酸性土壤调理剂，包括如下重量份数的原料：海泡石粉10份、羟基磷酸钙5份、壳聚糖10份、聚丙烯酸水凝胶5份、腐植酸20份、生物炭粉10份和豆粕20份。

优选地，所述聚丙烯酸水凝胶的制备方法包括如下步骤：

在冰水浴条件下，将10mL丙烯酸用氢氧化钠溶液中和至70％中和度，氮气环境下缓慢加入4g丙烯酰胺、2g木质素磺酸钠、0.01g交联剂N，N'-亚甲基双丙烯酰胺和30mL蒸馏水，然后升温至60℃，并滴加氧化还原剂溶液5mL，于25min滴加完毕，接着继续反应0.5h，干燥，即得，所得聚丙烯酸水凝胶吸水量可高达到1665g/g。

进一步地，氢氧化钠溶液的浓度为3mol/L。

进一步地，氧化还原剂溶液制备方法为：将0.8g过硫酸铵、1.9g亚硫酸氢钠溶解在25mL水中，即得。

进一步地，生物炭粉的制备方法包括以下步骤：

将农作物废弃物去杂，晒干，粉碎，过80目筛网，得到生物质粉末，在步生物质粉末中加入生物质粉末重量2倍的磷酸氢二铵水溶液，于氮气环境中碳化处理，即得。

进一步地，农作物废弃物为荞麦壳。

进一步地，磷酸氢二铵水溶液的浓度为0.1mol/L。

进一步地，碳化处理温度为240℃，时间4h。

上述的酸性土壤调理剂的制备方法，包括以下步骤：

将壳聚糖、聚丙烯酸水凝胶、腐殖酸、生物炭粉、豆粕与海泡石粉、羟基磷酸钙混合均匀，干燥，即得。

实施例2

一种酸性土壤调理剂，包括如下重量份数的原料：海泡石粉12份、羟基磷酸钙6份、壳聚糖11份、聚丙烯酸水凝胶6份、腐植酸23份、生物炭粉11份和豆粕22份。

进一步地，聚丙烯酸水凝胶的制备方法包括如下步骤：

在冰水浴条件下，将10mL丙烯酸用氢氧化钠溶液中和至65％中和度，氮气环境下缓慢加入4.5g丙烯酰胺、2.2g木质素磺酸钠、0.01g交联剂N，N'-亚甲基双丙烯酰胺和30mL蒸馏水，然后升温至65℃，并滴加氧化还原剂溶液5.5mL，于20min滴加完毕，接着继续反应0.5h，干燥，即得，所得聚丙烯酸水凝胶吸水量可高达到1724g/g。

进一步地，氢氧化钠溶液的浓度为1mol/L。

进一步地，氧化还原剂溶液制备方法为：将1.0g过硫酸铵、2.0g亚硫酸氢钠溶解在25mL水中，即得。

进一步地，生物炭粉的制备方法包括以下步骤：

将农作物废弃物去杂，晒干，粉碎，过100目筛网，得到生物质粉末，在生物质粉末中加入生物质粉末重量3倍的磷酸氢二铵水溶液，于氮气环境中碳化处理，即得。

进一步地，农作物废弃物为大麦壳。

进一步地，磷酸氢二铵水溶液的浓度为0.3mol/L。

进一步地，碳化处理温度为280℃，时间2h。

上述酸性土壤调理剂的制备方法见实施例1。

实施例3

一种酸性土壤调理剂，包括如下重量份数的原料：海泡石粉14份、羟基磷酸钙7份、壳聚糖13份、聚丙烯酸水凝胶7份、腐植酸25份、生物炭粉14份和豆粕24份。

进一步地，聚丙烯酸水凝胶的制备方法包括如下步骤：

在冰水浴条件下，将10mL丙烯酸用氢氧化钠溶液中和至70％中和度，氮气环境下缓慢加入5g丙烯酰胺、2.5g木质素磺酸钠、0.02g交联剂N，N'-亚甲基双丙烯酰胺和40mL蒸馏水，然后升温至60℃，并滴加氧化还原剂溶液5.5mL，于20min滴加完毕，接着继续反应40min，干燥，即得，所得聚丙烯酸水凝胶吸水量可高达到1623g/g。

进一步地，氢氧化钠溶液的浓度为5mol/L。

进一步地，氧化还原剂溶液制备方法为：将1.0g过硫酸铵、2.0g亚硫酸氢钠溶解在25mL水中，即得。

进一步地，生物炭粉的制备方法包括以下步骤：

将农作物废弃物去杂，晒干，粉碎，过100目筛网，得到生物质粉末，在生物质粉末中加入生物质粉末重量3倍的磷酸氢二铵水溶液，于氮气环境中碳化处理，即得。

进一步地，农作物废弃物为荞麦壳。

进一步地，磷酸氢二铵水溶液的浓度为0.2mol/L。

进一步地，碳化处理温度为260℃，时间3h。

上述酸性土壤调理剂的制备方法见实施例1。

实施例4

一种酸性土壤调理剂，包括如下重量份数的原料：海泡石粉15份、羟基磷酸钙7份、壳聚糖14份、聚丙烯酸水凝胶8份、腐植酸27份、生物炭粉16份和豆粕26份。

进一步地，聚丙烯酸水凝胶的制备方法包括如下步骤：

在冰水浴条件下，将10mL丙烯酸用氢氧化钠溶液中和至75％中和度，氮气环境下缓慢加入5g丙烯酰胺、2.6g木质素磺酸钠、0.02g交联剂N，N'-亚甲基双丙烯酰胺和40mL蒸馏水，然后升温至65℃，并滴加氧化还原剂溶液5.5mL，于20min滴加完毕，接着继续反应0.5h，干燥，即得，所得聚丙烯酸水凝胶吸水量可高达到1737g/g。

进一步地，氢氧化钠溶液的浓度为3mol/L。

进一步地，氧化还原剂溶液制备方法为：将1.0g过硫酸铵、2.0g亚硫酸氢钠溶解在30mL水中，即得。

进一步地，生物炭粉的制备方法包括以下步骤：

将农作物废弃物去杂，晒干，粉碎，过120目筛网，得到生物质粉末，在生物质粉末中加入生物质粉末重量3倍的磷酸氢二铵水溶液，于氮气环境中碳化处理，即得。

进一步地，农作物废弃物为荞麦壳和小麦壳，两者重量比为1:1。

进一步地，磷酸氢二铵水溶液的浓度为0.2mol/L。

进一步地，碳化处理温度为280℃，时间4h。

上述酸性土壤调理剂的制备方法见实施例1。

实施例5

一种酸性土壤调理剂，包括如下重量份数的原料：海泡石粉18份、羟基磷酸钙9份、壳聚糖15份、聚丙烯酸水凝胶9份、腐植酸28份、生物炭粉19份和豆粕29份。

进一步地，聚丙烯酸水凝胶的制备方法包括如下步骤：

在冰水浴条件下，将10mL丙烯酸用氢氧化钠溶液中和至60％中和度，氮气环境下缓慢加入4.2g丙烯酰胺、2.8g木质素磺酸钠、0.02g交联剂N，N'-亚甲基双丙烯酰胺和50mL蒸馏水，然后升温至70℃，并滴加氧化还原剂溶液6mL，于30min滴加完毕，接着继续反应0.5h，干燥，即得，所得聚丙烯酸水凝胶吸水量可高达到1598g/g。

进一步地，氢氧化钠溶液的浓度为2mol/L。

进一步地，氧化还原剂溶液制备方法为：将1.0g过硫酸铵、2.1g亚硫酸氢钠溶解在30mL水中，即得。

进一步地，生物炭粉的制备方法包括以下步骤：

将农作物废弃物去杂，晒干，粉碎，过100目筛网，得到生物质粉末，在生物质粉末中加入生物质粉末重量4倍的磷酸氢二铵水溶液，于氮气环境中碳化处理，即得。

进一步地，农作物废弃物为稻草。

进一步地，磷酸氢二铵水溶液的浓度为0.1mol/L。

进一步地，碳化处理温度为280℃，时间3h。

上述酸性土壤调理剂的制备方法见实施例1。

实施例6

一种酸性土壤调理剂，包括如下重量份数的原料：海泡石粉20份、羟基磷酸钙10份、壳聚糖15份、聚丙烯酸水凝胶10份、腐植酸30份、生物炭粉20份和豆粕30份。

进一步地，聚丙烯酸水凝胶的制备方法包括如下步骤：

在冰水浴条件下，将10mL丙烯酸用氢氧化钠溶液中和至80％中和度，氮气环境下缓慢加入5g丙烯酰胺、3g木质素磺酸钠、0.02g交联剂N，N'-亚甲基双丙烯酰胺和50mL蒸馏水，然后升温至65℃，并滴加氧化还原剂溶液6mL，于20min滴加完毕，接着继续反应1h，干燥，即得，所得聚丙烯酸水凝胶吸水量可高达到1609g/g。

进一步地，氢氧化钠溶液的浓度为2mol/L。

进一步地，氧化还原剂溶液制备方法为：将1.0g过硫酸铵、2.0g亚硫酸氢钠溶解在30mL水中，即得。

进一步地，生物炭粉的制备方法包括以下步骤：

将农作物废弃物去杂，晒干，粉碎，过120目筛网，得到生物质粉末，在生物质粉末中加入生物质粉末重量3倍的磷酸氢二铵水溶液，于氮气环境中碳化处理，即得，所得聚丙烯酸水凝胶吸水量可高达到1644g/g。

进一步地，农作物废弃物为小麦壳。

进一步地，磷酸氢二铵水溶液的浓度为0.3mol/L。

进一步地，碳化处理温度为300℃，时间3h。

上述酸性土壤调理剂的制备方法见实施例1。

应用试验

试验地点：山东省临沂市临沭县苹果种植基地，土壤pH＝4.6。

供试农作物及品种：红富士，树龄5年，树形细长纺锤形。

施肥方式：试验设置3个处理，其中两个对照，每个处理重复3次，随机区组排列，每个小区面积48m²，每小区平均种植6棵苹果树，种植密度为80棵/亩；

处理1：常规施肥，并施用本发明实施例1-6酸性土壤调理剂(50kg/亩)；

对照1：常规施肥，并施用传统土壤调理剂生石灰粉(50kg/亩)；

对照2：常规施肥，不施用任何土壤调理剂；

常规施肥为每亩基施45％硫酸钾复合肥(15-15-15)60kg+优质腐熟有机肥(有机质含量60％)2000kg；生长期间追肥2次，每次每亩施45％硫酸钾复合肥(15-15-15)10kg。土壤调理剂1次性基施，施用时间与常规施肥基施时间一致，其他农艺措施和果园管理一致。

常规施肥与土壤调理剂施用方式相同，均是在树冠下距离苹果树主干约1m处挖穴，穴深约为20cm，直径约为20cm，每株果树挖穴8个，穴施；

土壤采集：果实采收时，在距离树干1m范围内，距离施肥位置水平距离约0.3m处，随机选取3个点采集深度0-40cm土层土样，将土样充分混匀，带回实验室，风干，过筛，检测土壤pH，检测结果见表1；

样品采集：样品采集于果树成熟期，苹果产量及品质见表1和表2。

表1苹果产量

表2苹果品质

由表1可知，相比较于对比实施例1和2，本发明土壤调理剂能够明显提高土壤的pH，pH值提高高达35％，果实产量较对比实施例1和2增产高达20％和33％，增产显著；

由表2可知，施用本发明调理剂之后，相比较于对比实施例1和2，苹果硬度分别降低高达12％和16％，可滴定酸含量降低高达22％和29％，总糖含量提高高达10％和14％，显著降低苹果硬度和可滴定酸含量，显著提高总糖含量，不仅提高了苹果的产量，还提高了苹果的品质。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种酸性土壤调理剂，其特征在于，包括如下重量份数的原料：海泡石粉10-20份、羟基磷酸钙5-10份、壳聚糖10-15份、聚丙烯酸水凝胶5-10份、腐植酸20-30份、生物炭粉10-20份和豆粕20-30份。

2.根据权利要求1所述的酸性土壤调理剂，其特征在于，所述聚丙烯酸水凝胶的制备方法包括如下步骤：

在冰水浴条件下，将10mL丙烯酸用氢氧化钠溶液中和至60-80％中和度，氮气环境下缓慢加入4-5g丙烯酰胺、2-3g木质素磺酸钠、0.01-0.02g交联剂N，N^，-亚甲基双丙烯酰胺和30-50mL蒸馏水，然后升温至60-70℃，并滴加氧化还原剂溶液5-6mL，于20-30min滴加完毕，接着继续反应0.5-1h，干燥，即得。

3.根据权利要求2所述的酸性土壤调理剂，其特征在于，所述氢氧化钠溶液的浓度为1-5mol/L。

4.根据权利要求3所述的酸性土壤调理剂，其特征在于，所述氧化还原剂溶液制备方法为：将0.8-1.0g过硫酸铵、1.9-2.1g亚硫酸氢钠溶解在25-30mL水中，即得。

5.根据权利要求1-4任一项所述的酸性土壤调理剂，其特征在于，所述生物炭粉的制备方法包括以下步骤：

将农作物废弃物去杂，晒干，粉碎，过80-120目筛网，得到生物质粉末，在生物质粉末中加入生物质粉末重量2-4倍的磷酸氢二铵水溶液，于氮气环境中碳化处理，即得。

6.根据权利要求5所述的酸性土壤调理剂，其特征在于，所述农作物废弃物为荞麦壳、大麦壳、稻草、芦苇和小麦壳的一种或几种。

7.根据权利要求6所述的酸性土壤调理剂，其特征在于，所述磷酸氢二铵水溶液的浓度为0.1-0.3mol/L。

8.根据权利要求7所述的酸性土壤调理剂，其特征在于，所述碳化处理温度为240-300℃，时间2-4h。

9.一种权利要求1-8任一项所述的酸性土壤调理剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将壳聚糖、聚丙烯酸水凝胶、腐殖酸、生物炭粉、豆粕与海泡石粉、羟基磷酸钙混合均匀，干燥，即得。