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一种酸性土壤调理剂及其制备方法

花匠小妙招
2024-09-16 15:12

背景技术

土壤退化是指人类对土壤的不合理利用而引起的土壤性质变差及生产力下降的过程，主要有土壤侵蚀、土壤酸化、碱化以及肥力下降等形式。随着经济的持续发展，土壤问题严重限制了生产力，土壤退化问题日趋引起人们的重视。

酸性土壤是低pH值土壤的总称，它包括红壤、砖红壤、黄壤、赤红壤和灰化土等。酸性土壤地区降水充沛，淋溶作用强烈，盐基饱和度较低，酸度较高。我国的酸性土壤主要分布在长江以南的广大热带和亚热带地区和云贵川等地区，大部分土壤的pH值小于5.5，其中很大一部分小于5.0，甚至是4.5，近年来酸雨沉降、铵态氮肥大量使用等导致土壤呈急剧酸化的趋势，酸性土壤面积还在扩大，土壤酸度还在持续升高。

酸性土壤和土壤酸化对农业生产的不利影响主要表现在以下几个方面，第一是氢离子直接毒害，当pH值小于4时，对植物生长会产生直接的毒害作用，导致根的数量减少而且根变短、变粗，严重时造成根尖死亡。地上部分在根系严重受损后，植株生长即受到抑制，最后叶片枯萎直至死亡。其二是铝毒害，无论是水田还是旱田，酸性土壤上的铝毒现象都很普遍，根系是受铝毒危害最敏感的部位，当土壤溶液中可溶性铝离子的浓度超过一定限度时，就会出现铝中毒症状：根系生长明显受阻，根短小，出现畸形卷曲，脆弱易断，紧随其后植株地上部生长受到抑制；其三是锰毒害，酸性土壤上，植物锰中毒症状首先出现在地上部，表现为叶片失绿，嫩叶变黄，严重时出现坏死斑点。锰中毒的老叶常出现有黑色斑点，通过切片观察和成分分析，证明这是二氧化锰的沉淀；其四，在酸性土壤上，土壤养分的有效性降低，如N、P、K、Ca、Mg和Mo的有效性都大为降低，pH6.5左右时各种养分的有效性均较高，适合多种作物生长。

发明人在实现本发明实施例的过程中，发现背景技术中至少存在以下缺陷：

目前生产上改良酸性土壤方法是在土壤表面施用生石灰等土壤调理剂，然后与耕层土壤混合，这种方法的缺点主要是：若生石灰施入不均匀可能直接接触到植物芽孢，影响出苗率或不能出苗，若直接与植物根系接触，会造成烧苗和烂根；生石灰溶解度小，在土壤剖面上的移动性很慢，大量或长期施用生石灰会引起土壤板结，同时还会引起土壤钙、钾、镁等元素失调导致作物减产；过量施用生石灰会降低土壤水分的绝对含量，导致植物缺水，也就是通常被认为的石灰“烧苗”的现象；生石灰在混入土壤初期，会使土壤pH指标迅速升高，破坏土壤的生物学性状。

另外，目前土壤调理剂的施用基本上是采用少量多次施用的方式进行，这样无疑会增加农业生产成本，并不利于在广大种植农户群里中推广应用，这样土壤酸化的问题很难得到根本性的解决。

发明内容

本发明提供一种高效的酸性土壤调理剂，一次施用，可有效调节酸性土壤pH，提高土壤>0.25mm团聚体，降低土壤容重，增加空隙率，有效改善土壤结构。

为实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案为：

一种酸性土壤调理剂，包括以下重量份的原料制备而成：生物质炭40-80份、草木灰10-20份、甘蔗渣15-30份、硅藻土10-20份、复合微生物菌剂3-6份、腐植酸1-5份、生石灰1-3份、石灰石粉1-3份、聚乙烯醇1-3份、β-环糊精1-3份、团聚淀粉1.5-2.5份。

优选的，本发明所述酸性土壤调理剂，包括以下重量份的原料制备而成：生物质炭80份、草木灰20份、水稻秸秆30份、硅藻土20份、复合微生物菌剂6份、腐植酸5份、生石灰3份、石灰石粉3份、聚乙烯醇3份、β-环糊精3份、团聚淀粉2.5份。

优选的，所述生物质碳的制备方法为：将水稻秸秆80℃烘干至恒重，采用粉碎机粉碎并过100目筛，得秸秆粉；将秸秆粉浸泡在2mol·L-1氢氧化钠溶液中25℃恒温振荡8h后，反复过滤、冲洗至滤液澄清，滤渣50℃烘干；再将其进行炭化，炭化温度为500℃，炭化时间为12h。

炭化即是进行无氧或者缺氧环境下煅烧。

优选的，所述复合微生物菌剂为酵母菌、枯草芽孢杆菌等比例混合得到，有效活菌数≥2.5亿/g。酵母菌、枯草芽孢杆菌采用市售菌粉。

优选的，所述团聚淀粉的制备方法为：

1)将3g玉米淀粉溶解于10g水中，于50℃搅拌加热1h；

2)向容器中依次加入5ml丙烯酸、10ml氢氧化钠溶液反应15min，加入步骤(1)所得淀粉溶液、0.5g丙烯酰胺以及0.025g的过硫酸铵搅拌均匀，继续搅拌加热到60℃后保温反应6小时，后将产物干燥切碎，研磨，得到团聚淀粉。

优选的，步骤(2)中氢氧化钠溶液的浓度为0.5mol/L。

本发明所述酸性土壤调理剂，使用方法是：将酸性土壤调理剂于整地时撒在土壤表面，每亩用量1-10kg，施用后翻耕，使其与20cm耕层土壤混合均匀。

一种酸性土壤调理剂的制备方法，包括以下步骤：

1)制备生物质炭：将水稻秸秆80℃烘干至恒重，采用粉碎机粉碎并过200目筛，得秸秆粉；将秸秆粉浸泡在2mol·L-1氢氧化钠溶液中25℃恒温振荡8h后，反复过滤、冲洗至滤液澄清，50℃烘干；再将其进行炭化，炭化温度为500℃，炭化时间为12h；

2)制备团聚淀粉：将3g玉米淀粉溶解于10g水中，于50℃搅拌加热1h；向容器中依次加入5ml丙烯酸、10ml氢氧化钠溶液反应15min，加入所得淀粉溶液、0.5g丙烯酰胺以及0.025g的过硫酸铵搅拌均匀，继续搅拌加热到60℃后保温反应6小时，后将产物干燥切碎，研磨，得到团聚淀粉；

3)按重量份将生物质炭、团聚淀粉、石灰石粉、草木灰、甘蔗渣、硅藻土、复合微生物菌剂、腐植酸混合均匀，加入总重1.5-2倍水，混合发酵1-2周后烘干粉碎待用；

4)将步骤(3)所得原料与聚乙烯醇、β-环糊精混匀粉磨造粒干燥得到土壤调理剂成品。

生物炭是生物质在一定的高温下(无氧或缺氧条件下)热解产生的固体产物，具有多孔、含碳量高、比表面积大、通常呈碱性等特征，对酸性土壤具有一定的改良作用。生物炭的理化性质直接决定了其具备的功能，而生物炭制备过程中涉及的材料及时间、温度、含氧量等制备条件又直接决定了生物炭的理化性质。

而淀粉等天然高分子化合物通常也被用作土壤调理剂使用，但是通常的天然高分子化合物作物调理剂易被土壤中的微生物分解，释放较多阳离子，对土壤有很大的毒害作用；早期施用量较大，成本较高，在生产中难以推广。

因此，本发明人利用水稻秸秆制备生物质炭，并经过混合改性在不低于500℃环境下碳化，得到碱性多孔生物质炭。再将玉米淀粉进行改性，其具备均匀的互穿网络结构，并由良好的粘结吸附性能，使其本身难以被分解，同时粘附于生物质炭以及硅藻土等成分中可以吸附固定石灰粉、微生物菌剂、腐植酸等成分，缓慢释放碱性物质，持续供给营养物质。

有益效果

本发明土壤调理剂，生物质炭、石灰粉、草木灰等碱性物质的添加可以有效调节土壤的pH水平，而团聚淀粉的存在可以实现碱性物质持续高效释放，避免初期碱性物质突增给作物带来烧苗等危害。在与水接触后可以释放出大量的OH-可与土壤中H+和Al3+相结合，从而降低土壤中H+和Al3+含量；另外向土壤中添加硅、钙等离子，可增加土壤中交换性阳离子含量，生成铝硅酸盐等复合离子，从而提高土壤pH。腐植酸含有大量的羰基、羧基、羟基等活性官能团，盐基交换能力大，能吸附土壤中可溶性盐离子，调节土壤酸碱度，此外还可增加土壤中有机质，从而起到改良土壤的作用。本发明调理剂通过生物质炭、石灰粉、团聚淀粉等原料物质的相互作用，一次施用可以持续有效的调整土壤的pH值，促进土壤团粒的形成，降低土壤容重，增大土壤孔隙度、通气和透水性，改善土壤结构，增加土壤肥力，持续供给营养物质，促进作物生长。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明，但不限于此。

实施例1

一种酸性土壤调理剂，包括以下重量份的原料制备而成：生物质炭40份、草木灰10份、甘蔗渣15份、硅藻土10份、复合微生物菌剂3份、腐植酸1份、生石灰1份、石灰石粉1份、聚乙烯醇1份、β-环糊精1份、团聚淀粉1.5份。

所述生物质碳的制备方法为：将水稻秸秆80℃烘干至恒重，采用粉碎机粉碎并过100目筛，得秸秆粉；将秸秆粉浸泡在2mol·L-1氢氧化钠溶液中25℃恒温振荡8h后，反复过滤、冲洗至滤液澄清，滤渣50℃烘干；再将其进行炭化，炭化温度为500℃，炭化时间为12h。

炭化即是进行无氧或者缺氧环境下煅烧。

所述复合微生物菌剂为酵母菌、枯草芽孢杆菌等比例混合得到，有效活菌数≥2.5亿/g。

所述团聚淀粉的制备方法为：

1)将3g玉米淀粉溶解于10g水中，于50℃搅拌加热1h；

步骤(2)中氢氧化钠溶液的浓度为0.5mol/L。

所述酸性土壤调理剂，使用方法是：将酸性土壤调理剂于整地时撒在土壤表面，每亩用量1-10kg，施用后翻耕，使其与20cm耕层土壤混合均匀。

一种酸性土壤调理剂的制备方法，包括以下步骤：

4)将步骤(3)所得原料与聚乙烯醇、β-环糊精混匀粉磨造粒干燥得到土壤调理剂成品。

实施例2

一种酸性土壤调理剂，包括以下重量份的原料制备而成：生物质炭60份、草木灰15份、甘蔗渣17份、硅藻土20份、复合微生物菌剂6份、腐植酸3份、生石灰2份、石灰石粉3份、聚乙烯醇1份、β-环糊精1份、团聚淀粉2份。

炭化即是进行无氧或者缺氧环境下煅烧。

所述复合微生物菌剂为酵母菌、枯草芽孢杆菌等比例混合得到，有效活菌数≥2.5亿/g。

所述团聚淀粉的制备方法为：

1)将3g玉米淀粉溶解于10g水中，于50℃搅拌加热1h；

步骤(2)中氢氧化钠溶液的浓度为0.5mol/L。

所述酸性土壤调理剂，使用方法是：将酸性土壤调理剂于整地时撒在土壤表面，每亩用量1-10kg，施用后翻耕，使其与20cm耕层土壤混合均匀。

一种酸性土壤调理剂的制备方法，包括以下步骤：

4)将步骤(3)所得原料与聚乙烯醇、β-环糊精混匀粉磨造粒干燥得到土壤调理剂成品。

实施例3

一种酸性土壤调理剂，包括以下重量份的原料制备而成：生物质炭80份、草木灰20份、水稻秸秆30份、硅藻土20份、复合微生物菌剂6份、腐植酸5份、生石灰3份、石灰石粉3份、聚乙烯醇3份、β-环糊精3份、团聚淀粉2.5份。

炭化即是进行无氧或者缺氧环境下煅烧。

所述复合微生物菌剂为酵母菌、枯草芽孢杆菌等比例混合得到，有效活菌数≥2.5亿/g。

所述团聚淀粉的制备方法为：

1)将3g玉米淀粉溶解于10g水中，于50℃搅拌加热1h；

步骤(2)中氢氧化钠溶液的浓度为0.5mol/L。

所述酸性土壤调理剂，使用方法是：将酸性土壤调理剂于整地时撒在土壤表面，每亩用量1-10kg，施用后翻耕，使其与20cm耕层土壤混合均匀。

一种酸性土壤调理剂的制备方法，包括以下步骤：

4)将步骤(3)所得原料与聚乙烯醇、β-环糊精混匀粉磨造粒干燥得到土壤调理剂成品。

对比例1

一种酸性土壤调理剂，包括以下重量份的原料制备而成：生物质炭80份、草木灰20份、水稻秸秆30份、硅藻土20份、复合微生物菌剂6份、腐植酸5份、生石灰3份、石灰石粉3份、聚乙烯醇3份、β-环糊精3份、团聚淀粉1.5份。

所述生物质碳为普通市售商品生物质炭。

所述复合微生物菌剂为酵母菌、枯草芽孢杆菌等比例混合得到，有效活菌数≥2.5亿/g。

所述团聚淀粉的制备方法为：

1)将3g玉米淀粉溶解于10g水中，于50℃搅拌加热1h；

步骤(2)中氢氧化钠溶液的浓度为0.5mol/L。

所述酸性土壤调理剂，使用方法是：将酸性土壤调理剂于整地时撒在土壤表面，每亩用量1-10kg，施用后翻耕，使其与20cm耕层土壤混合均匀。

一种酸性土壤调理剂的制备方法，包括以下步骤：

1)制备团聚淀粉：将3g玉米淀粉溶解于10g水中，于50℃搅拌加热1h；向容器中依次加入5ml丙烯酸、10ml氢氧化钠溶液反应15min，加入所得淀粉溶液、0.5g丙烯酰胺以及0.025g的过硫酸铵搅拌均匀，继续搅拌加热到60℃后保温反应6小时，后将产物干燥切碎，研磨，得到团聚淀粉；

2)按重量份将生物质炭、团聚淀粉、石灰石粉、草木灰、甘蔗渣、硅藻土、复合微生物菌剂、腐植酸混合均匀，加入总重1.5-2倍水，混合发酵1-2周后烘干粉碎待用；

3)将步骤(3)所得原料与聚乙烯醇、β-环糊精混匀粉磨造粒干燥得到土壤调理剂成品。

本对比例除生物质炭使用市售产品外，其余均同实施例3。

对比例2

一种酸性土壤调理剂，包括以下重量份的原料制备而成：生物质炭80份、草木灰20份、水稻秸秆30份、硅藻土20份、复合微生物菌剂6份、腐植酸5份、生石灰3份、石灰石粉3份、聚乙烯醇3份、β-环糊精3份、淀粉1.5份。

炭化即是进行无氧或者缺氧环境下煅烧。

所述复合微生物菌剂为酵母菌、枯草芽孢杆菌等比例混合得到，有效活菌数≥2.5亿/g。

所述淀粉为市售玉米淀粉。

所述酸性土壤调理剂，使用方法是：将酸性土壤调理剂于整地时撒在土壤表面，每亩用量1-10kg，施用后翻耕，使其与20cm耕层土壤混合均匀。

一种酸性土壤调理剂的制备方法，包括以下步骤：

2)按重量份将生物质炭、淀粉、石灰石粉、草木灰、甘蔗渣、硅藻土、复合微生物菌剂、腐植酸混合均匀，加入总重1.5-2倍水，混合发酵1-2周后烘干粉碎待用；

3)将步骤(3)所得原料与聚乙烯醇、β-环糊精混匀粉磨造粒干燥得到土壤调理剂成品。

本对比例除淀粉使用市售产品外，其余均同实施例3。

实验验证

供试验作物：草莓

品种：红颜

实验地点：山东省临沂市经济开发区施可丰农业试验基地，2018年9月-2019年6月；

供试土壤性状：土壤酸化明显，容重增加，通透性差，已出现明显的种植障碍；供试土壤有机质含量为10.01g/kg，土壤全氮含量为0.82g/kg，土壤碱解氮含量为120.1mg/kg，土壤有效磷含量为85mg/kg，土壤速效钾含量为139mg/kg，土壤p H为4.52，土壤容重为1.32g/cm3，交换态铝185.56(mg·kg-1)。

测试方法：土壤理化性质检测指标根据《土壤农化分析(第三版)》中记录的方法进行检测，土壤p H值采用电位计法，有机质含量采用重铬酸钾氧化法，土壤有效磷含量采用钼锑抗比色法测定；土壤速效钾含量采用火焰光度法测定；土壤容重采用烘干法；微观结构采用扫描电子显微镜(SEM)进行分析；土壤团聚体百分含量采用湿筛法测定。

在草莓盛果期进行产量测定，每5天统一采收一次计产，统计草莓单株结果数，平均单果重。按照公式计算草莓产量：草莓产量＝单株结果数×单果重×种植密度。草莓成熟期进行果实品质测定，可溶性固形物含量用折光仪法测定，Vc含量用2，6－二氯靛酚滴定法测定，可溶性糖含量用蒽酮比色法测定，游离酸含量用酸碱滴定法测定。

实验设计：试验共设6个处理，分别为：

S1:施用实施例1所得土壤调理剂，5kg/亩；

S2:施用实施例2所得土壤调理剂，5kg/亩；

S3:施用实施例3所得土壤调理剂，5kg/亩；

S4:施用对比例1所得土壤调理剂，5kg/亩；

S5:施用对比例2所得土壤调理剂，5kg/亩；

S6:施用传统土壤调理剂生石灰粉，5kg/亩；

S7:空白对照，不施加任何土壤调理剂；

每个处理3次重复，随机区组排列，小区面积为40m2，种植密度10.5万株/公顷。各处理间施肥、田间管理措施一致，底肥用量分别为：按照当地施肥习惯，所有处理复合肥均按照50千克/亩进行基施。

实验结果如下表所示

表1试验结果

从表中可以看出，本发明实施例所得调理剂可以有效改善土壤环境，特别是对于降低土壤容重，提升pH，增加水稳性团聚体含量等方面效果显著，同时观察种植前后土壤表观可见，土壤中细小颗粒附着至大颗粒表面，表明土壤颗粒黏合较好，改善了土壤团粒结构。而改变的原料的对比例1-2以及石灰石组和空白对照组，无论是土壤结构还是草莓产量和品质均呈现了将大幅度的下降，种植效果不佳。

需要说明的是，上述实施例仅仅是实现本发明的优选方式的部分实施例，而非全部实施例。显然，基于本发明的上述实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他所有实施例，都应当属于本发明保护的范围。