一种亲水性土壤调理剂及其制备方法与应用
本发明提供一种亲水性土壤调理剂及其制备方法与应用，制备方法包括：(1)粉煤灰和亲水性改性剂溶液反应后，得到亲水性粉煤灰；(2)将有机肥和步骤(1)得到的亲水性粉煤灰混合，腐熟后得到所述亲水性土壤调理剂；步骤(1)所述亲水性改性剂溶液包括酸溶液。在盐碱地土壤的表层中施入亲水性土壤调理剂，在与表层相邻的土层中施入疏水性土壤调理剂，灌溉后完成盐碱地土壤改良；所述疏水性土壤调理剂由粉煤灰与疏水性改性剂溶液反应得到。本发明可以提高表层土壤表面亲水保水能力，抑制水分蒸腾作用，降低盐碱成分向表层土壤的迁移，同时降低毛管孔隙向上运移水分的能力，减少土壤表层盐量，从而达到改良盐碱地的目的。
1.一种亲水性土壤调理剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)粉煤灰和亲水性改性剂溶液反应后，得到亲水性粉煤灰；
(2)将有机肥和步骤(1)得到的亲水性粉煤灰混合，腐熟后得到所述亲水性土壤调理剂；
步骤(1)所述亲水性改性剂溶液包括酸溶液。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述酸溶液中采用的酸包括硫酸、盐酸、乙酸、柠檬酸或草酸中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述酸溶液的浓度为0.1-2mol/L。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述粉煤灰与所述亲水性改性剂溶液的固液比为1:(3-10)，所述固液比的单位为g/mL；
优选地，步骤(1)所述反应的温度为20-90℃；
优选地，步骤(1)所述反应的时间为0.5-7h；
优选地，步骤(1)所述反应时伴随着搅拌，搅拌速率为10-700rpm。
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述亲水性粉煤灰相对于所述亲水性土壤调理剂的质量分数为50-90％；
优选地，步骤(2)所述有机肥包括渣料、秸秆或粪便中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述渣料包括醋渣、酒渣或油渣中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述醋渣相对于所述亲水性土壤调理剂的质量分数为0.5-30％；
优选地，所述酒渣相对于所述亲水性土壤调理剂的质量分数为0.5-20％；
优选地，所述油渣相对于所述亲水性土壤调理剂的质量分数为0.5-20％；
优选地，所述秸秆相对于所述亲水性土壤调理剂的质量分数为0.5-10％；
优选地，所述粪便相对于所述亲水性土壤调理剂的质量分数为0.5-20％；
优选地，所述粪便包括牛粪和/或羊粪；
优选地，所述腐熟的温度为20-60℃；
优选地，所述腐熟的时间为5-60天。
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)在20-90℃下，固液比为1:(3-10)g/mL的粉煤灰和亲水性改性剂溶液反应0.5-7h后，反应过程中伴随搅拌，得到亲水性粉煤灰；所述亲水性改性剂溶液为浓度0.1-2mol/L的酸溶液，采用的酸包括硫酸、盐酸、乙酸、柠檬酸或草酸中的任意一种或至少两种的组合；
(2)将有机肥和步骤(1)得到的亲水性粉煤灰混合，在20-60℃条件下腐熟5-60天，得到所述亲水性土壤调理剂；所述亲水性粉煤灰的质量分数为50-90％，所述有机肥包括醋渣、酒渣、油渣、秸秆、牛粪或羊粪中的任意一种或至少两种的组合。
6.一种亲水性土壤调理剂，其特征在于，所述亲水性土壤调理剂由权利要求1-5任一项所述的制备方法得到。
7.一种盐碱地土壤的改良方法，其特征在于，所述改良方法包括如下步骤：
在盐碱地土壤土层中施入疏水性土壤调理剂和权利要求6所述的亲水性土壤调理剂，灌溉后完成盐碱地土壤改良；
所述亲水性土壤调理剂的施入土层为所述盐碱地土壤的表层；
所述疏水性土壤调理剂的施入土层为与表层相邻的土层；
所述疏水性土壤调理剂由粉煤灰与疏水性改性剂溶液反应得到；
所述疏水性改性剂溶液包括十二烷基硫酸钠改性剂溶液、曲拉通改性剂溶液或KH550硅烷偶联剂改性剂溶液中的任意一种或至少两种的组合。
8.根据权利要求7所述的改良方法，其特征在于，所述粉煤灰与所述疏水性改性剂溶液的反应温度为20-90℃；
优选地，所述反应的时间为0.5-7h；
优选地，所述反应伴随着搅拌，搅拌速率为10-700rpm；
优选地，所述粉煤灰与所述十二烷基硫酸钠改性剂溶液的固液比为1:(3-15)，所述固液比的单位为g/mL；
优选地，所述疏水性土壤调理剂中十二烷基硫酸钠改性剂的质量占比为0.1-3％；
优选地，所述粉煤灰与所述曲拉通改性剂溶液的固液比为1:(3-15)，所述固液比的单位为g/mL；
优选地，所述疏水性土壤调理剂中曲拉通改性剂的质量占比为0.1-3％；
优选地，向所述KH550硅烷偶联剂改性剂溶液中添加冰醋酸、柠檬酸、苹果酸、酒石酸或草酸中的任意一种或至少两种的组合调节pH；
优选地，所述KH550硅烷偶联剂改性剂溶液的pH为3-7；
优选地，所述粉煤灰与所述KH550硅烷偶联剂改性剂溶液的固液比为1:(0.1-5)，所述固液比的单位为g/mL；
优选地，所述疏水性土壤调理剂中KH550硅烷偶联剂改性剂的质量占比为0.1-3％。
9.根据权利要求7或8所述的改良方法，其特征在于，所述亲水性土壤调理剂的施入量为1-10t/亩；
优选地，所述亲水性土壤调理剂的施入土层厚度为1-40cm；
优选地，所述疏水性土壤调理剂的施入量为1-10t/亩；
优选地，所述疏水性土壤调理剂的施入土层厚度为1-60cm。
10.根据权利要求7-9任一项所述的改良方法，其特征在于，所述改良方法包括如下步骤：
在盐碱地土壤土层中施入1-10t/亩、厚度为1-60cm的疏水性土壤调理剂和1-10t/亩、厚度为1-40cm的亲水性土壤调理剂；所述亲水性土壤调理剂的施入土层为所述盐碱地土壤的表层，所述疏水性土壤调理剂的施入土层为与表层相邻的土层，灌溉后完成盐碱地土壤改良；
所述疏水性土壤调理剂由粉煤灰与疏水性改性剂溶液在20-90℃条件下反应0.5-7h得到，反应过程中伴随搅拌，所述疏水性改性剂溶液包括十二烷基硫酸钠改性剂溶液、曲拉通改性剂溶液或KH550硅烷偶联剂改性剂溶液中的任意一种或至少两种的组合。
技术领域
本发明属于土壤改良领域，涉及一种土壤调理剂及其制备方法与应用，尤其涉及一种亲水性土壤调理剂及其制备方法与应用。
背景技术
盐碱地土壤是一种表面集聚过多的盐碱成分，影响作物正常生长的土壤。全球盐碱地面积约为9.544亿公顷，盐碱地造成农田产量极低，主要从以下两方面影响：(1)影响植物生长发育，在高浓度盐分作用下，植物气孔保卫细胞内的淀粉形成过程受到抑制，气孔无法正常关闭，植物出现干旱甚至枯萎；过高的盐分环境还会直接提高土壤渗透压，使植物根系吸水困难，引起植物生理干旱，严重时还会导致植物萎蔫甚至死亡；(2)改变土壤物理性质，造成土壤板结，通气透水性变差，含氧量降低，导致土壤养分利用率下降，作物产量和品质降低。
CN109369298A公开了一种盐碱地土壤的改良方法，将改良盐碱地土壤的调理肥均匀撒在土壤表面，翻埋；挖互相平行的渠道若干条；浇水，覆膜，撤膜，多次浇水，然后滴灌木醋液。该技术方案使土壤不板结且土壤肥力均衡，适宜作物生长，在节约资源的基础上，最大程度低降低土壤盐度及pH值，但改良过程繁琐，需消耗大量的水资源和劳动力。
CN114402730A公开了一种采用多种耐盐植物混合种植进行盐碱地改良的方法，所述耐盐植物包括海刀豆、毛蔓豆、平托花生、链荚豆等，通过土壤深耕、细化、泡田排盐、多种耐盐植物的混合种植、田间日常管理、开设排水槽等措施进行盐碱地改良，该方法能够有效减少病虫害发生率，增加固氮根瘤的相互作用，很好的提升土壤养分，并且可以通过排水槽排出盐分，达到改良的目的。但此方法成本较高，改良周期较大，并且通过排水槽排出盐分，如操作不当很可能会对周边环境造成影响，形成二次盐渍化。
粉煤灰是煤炭燃烧后的粉状残渣，据统计，粉煤灰每年产量高达6亿吨，堆存量接近2亿吨，占用大量土地且存在环境污染风险。粉煤灰一般粒径较细，具有一定的保水和吸附能力，施加土壤后可在一定程度上改善土壤结构，粉煤灰中还有丰富的K、Ca、Mg、Si等营养元素，经活化处理后可以改善土壤养分平衡，现有技术中以粉煤灰为原料，经过改性处理后用来改良盐碱地土壤取得了良好的成效。
CN107663132A公开了一种利用火电厂废弃物生产的盐碱地改良肥进行盐碱地改良的方法。所述改良肥包括脱硫石膏、粉煤灰、膨胀土、沸石、尿素、磷酸铵和氯化钙，将其混合制粒后施加土壤，可以有效改良土壤物理结构，改善土壤通气透水能力，增加土壤肥力，减少盐渍化程度，土壤pH由8.5减少至7.3，碱化度降低2.0％，土壤孔隙率达到48.4％，通气孔隙为19.2％左右，改良效果显著。但所述原料中需添加化肥来补充营养物质，其积累易造成土壤板结，并且脱硫石膏本身属于一种盐分，会增加土壤盐度，容易形成盐渍化土壤。
针对现有技术中存在的不足，本发明通过对粉煤灰进行改性处理制备土壤调理剂，并提供了一种盐碱地土壤的改良方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种亲水性土壤调理剂及其制备方法与应用，使亲水性土壤调理剂能够提高土壤的亲水能力，减少土壤表层的盐碱成分积累，能够实现盐碱地土壤的改良。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种亲水性土壤调理剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)粉煤灰和亲水性改性剂溶液反应后，得到亲水性粉煤灰；
(2)将有机肥和步骤(1)得到的亲水性粉煤灰混合，腐熟后得到所述亲水性土壤调理剂；
步骤(1)所述亲水性改性剂溶液包括酸溶液。
本发明通过亲水性改性剂溶液与粉煤灰反应，增加了粉煤灰表面的亲水性基团，提高了粉煤灰的亲水性，制得的亲水性土壤调理剂能够提高土壤的保水能力，减少水分的蒸腾作用，抑制盐分随毛管水上升而聚集在土壤表层的现象，增加土壤的有效水含量。经酸溶液改性的粉煤灰中含有的氢离子能中和土壤中的碱性粒子，进一步调节土壤的pH；且亲水性土壤调理剂中的有机肥含有丰富的营养物质，能够补充作物生长中需要的养分，改善土壤生态环境，提高作物产量和品质。
优选地，所述酸溶液中采用的酸包括硫酸、盐酸、乙酸、柠檬酸或草酸中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括硫酸与盐酸的组合，盐酸与乙酸的组合，乙酸与柠檬酸的组合，柠檬酸与草酸的组合，硫酸、盐酸与乙酸的组合，盐酸、乙酸、柠檬酸与草酸的组合，或硫酸、盐酸、乙酸、柠檬酸与草酸的组合。
优选地，所述酸溶液的浓度为0.1-2mol/L，例如可以是0.1mol/L、0.3mol/L、0.5mol/L、0.8mol/L、1.0mol/L、1.3mol/L、1.5mol/L、1.8mol/L或2mol/L，但不限于所举例的数值，数值范围内其它未举例的数值同样适用。
本发明中酸溶液的浓度在0.1-2mol/L范围内，有利于改善粉煤灰的亲水性，进而提高亲水性土壤调理剂的保水能力，抑制水分的蒸腾作用，降低盐分随毛管水上升而聚集在土壤表层。当酸溶液的浓度低于0.1mol/L时，粉煤灰的亲水性改善效果下降，土壤表层水分蒸发强烈，地下水中的盐分随毛管水上升而聚集在土壤表层，不利于盐碱地土壤改良；当酸溶液的浓度高于2mol/L时，会破坏粉煤灰本身的结构，造成粉煤灰溶解损失，减弱改良效果；同时增加土壤酸性，不利于作物生长。
优选地，步骤(1)所述粉煤灰与所述亲水性改性剂溶液的固液比为1:(3-10)，例如可以是1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9或1:10，但不限于所举例的数值，数值范围内其它未举例的数值同样适用，所述固液比的单位为g/mL。
优选地，步骤(1)所述反应的温度为20-90℃，例如可以是20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃或90℃，但不限于所举例的数值，数值范围内其它未举例的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述反应的时间为0.5-7h，例如可以是0.5h、1h、2h、3h、4h、5h、6h或7h，但不限于所举例的数值，数值范围内其它未举例的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述反应时伴随着搅拌，搅拌速率为10-700rpm，例如可以是10rpm、20rpm、30rpm、40rpm、50rpm、60rpm、70rmp、80rpm、90rpm、100rpm、150rpm、200rpm、300rpm、400rpm、500rpm、600rpm或700rpm，但不限于所举例的数值，数值范围内其它未举例的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述亲水性粉煤灰相对于所述亲水性土壤调理剂的质量分数为50-90％，例如可以是50％、60％、70％、80％或90％，但不限于所举例的数值，数值范围内其它未举例的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述有机肥包括渣料、秸秆或粪便中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括渣料与秸秆的组合，渣料与粪便的组合，秸秆与粪便的组合，或渣料、秸秆与粪便的组合。
优选地，所述渣料包括醋渣、酒渣或油渣中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括醋渣与酒渣的组合，醋渣与油渣的组合，酒渣与油渣的组合，或醋渣、酒渣与油渣的组合。
优选地，所述醋渣相对于所述亲水性土壤调理剂的质量分数为0.5-30％，例如可以是0.5％、1％、3％、5％、8％、10％、13％、15％、18％、20％、23％、25％、28％或30％，但不限于所举例的数值，数值范围内其它未举例的数值同样适用。
优选地，所述酒渣相对于所述亲水性土壤调理剂的质量分数为0.5-20％，例如可以是0.5％、1％、3％、5％、8％、10％、13％、15％、18％或20％，但不限于所举例的数值，数值范围内其它未举例的数值同样适用。
优选地，所述油渣相对于所述亲水性土壤调理剂的质量分数为0.5-20％，例如可以是0.5％、1％、3％、5％、8％、10％、13％、15％、18％或20％，但不限于所举例的数值，数值范围内其它未举例的数值同样适用。
优选地，所述秸秆相对于所述亲水性土壤调理剂的质量分数为0.5-10％，例如可以是0.5％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％，但不限于所举例的数值，数值范围内其它未举例的数值同样适用。
优选地，所述粪便相对于所述亲水性土壤调理剂的质量分数为0.5-20％，例如可以是0.5％，1％，3％，5％，8％、10％、13％、15％、18％或20％，但不限于所举例的数值，数值范围内其它未举例的数值同样适用。
优选地，所述粪便包括牛粪和/或羊粪。
优选地，所述腐熟的温度为20-60℃，例如可以是20℃、30℃、40℃、50℃或60℃，但不限于所举例的数值，数值范围内其它未举例的数值同样适用。
优选地，所述腐熟的时间为5-60天，例如可以是5天、10天、20天、30天、40天、50天或60天，但不限于所举例的数值，数值范围内其它未举例的数值同样适用。
作为本发明第一方面所述制备方法的优选技术方案，所述制备方法包括如下步骤：
(1)在20-90℃下，固液比为1:(3-10)g/mL的粉煤灰和亲水性改性剂溶液反应0.5-7h后，反应过程中伴随搅拌，得到亲水性粉煤灰；所述亲水性改性剂溶液为浓度0.1-2mol/L的酸溶液，采用的酸包括硫酸、盐酸、乙酸、柠檬酸或草酸中的任意一种或至少两种的组合；
(2)将有机肥和步骤(1)得到的亲水性粉煤灰混合，在20-60℃条件下腐熟5-60天，得到所述亲水性土壤调理剂；所述亲水性粉煤灰的质量分数为50-90％，所述有机肥包括醋渣、酒渣、油渣、秸秆、牛粪或羊粪中的任意一种或至少两种的组合。
第二方面，本发明提供了一种亲水性土壤调理剂，所述亲水性土壤调理剂由第一方面所述制备方法得到。
第三方面，本发明提供了一种盐碱地土壤的改良方法，所述改良方法包括如下步骤：
在盐碱地土壤土层中施入疏水性土壤调理剂和第二方面所述的亲水性土壤调理剂，灌溉后完成盐碱地土壤改良；
所述亲水性土壤调理剂的施入土层为所述盐碱地土壤的表层；
所述疏水性土壤调理剂的施入土层为与表层相邻的土层；
所述疏水性土壤调理剂由粉煤灰与疏水性改性剂溶液反应得到；
所述疏水性改性剂溶液包括十二烷基硫酸钠改性剂溶液、曲拉通改性剂溶液或KH550硅烷偶联剂改性剂溶液中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括十二烷基硫酸钠改性剂溶液与曲拉通改性剂溶液的组合，曲拉通改性剂溶液与KH550硅烷偶联剂改性剂溶液的组合，十二烷基硫酸钠改性剂溶液与KH550硅烷偶联剂改性剂溶液的组合，或十二烷基硫酸钠改性剂溶液、曲拉通改性剂溶液与KH550硅烷偶联剂改性剂溶液的组合。
本发明通过疏水性改性剂溶液与粉煤灰反应得到疏水性土壤调理剂，使粉煤灰表面附着表面活性剂的长链基团，提高粉煤灰的疏水性，可有效抑制水分通过毛细管效应的向上迁移。将不同功能的土壤调理剂分层施加到不同土层中进行盐碱地改良，对表层土壤添加亲水性土壤调理剂，提高表层土壤表面亲水能力，改善土壤团粒结构，可极大提高表层土壤的保水能力，抑制水分蒸腾作用，降低盐碱成分向表层土壤的迁移，为作物生长提高良好的环境，增加作物产量和质量；向与表层相邻的土层中施加疏水性土壤调理剂，提高土壤的疏水性，使毛管孔隙向上运移水分的能力下降，减弱盐分随蒸发向表层迁移，降低表层盐分的积聚，同时可提高水分向下运移的能力，有利于土壤中盐分的洗脱，从而达到改良盐碱地的目的。同时，粉煤灰中含有作物生长的微量元素，可以提供丰富的养分，且成本低，经改性处理后制备成土壤调理剂用于改良盐碱地土壤，不仅能实现粉煤灰的高附加值应用，还能有效解决粉煤灰堆存问题，降低粉煤灰对生态环境和人类健康的危害。
优选地，所述粉煤灰与所述疏水性改性剂溶液的反应温度为20-90℃，例如可以是20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃或90℃，但不限于所举例的数值，数值范围内其它未举例的数值同样适用。
优选地，所述反应的时间为0.5-7h，例如可以是0.5h、1h、2h、3h、4h、5h、6h或7h，但不限于所举例的数值，数值范围内其它未举例的数值同样适用。
优选地，所述反应伴随着搅拌，搅拌速率为10-700rpm，例如可以是10rpm、20rpm、30rpm、40rpm、50rpm、60rpm、70rmp、80rpm、90rpm、100rpm、150rpm、200rpm、300rpm、400rpm、500rpm、600rpm或700rpm，但不限于所举例的数值，数值范围内其它未举例的数值同样适用。
优选地，所述粉煤灰与所述十二烷基硫酸钠改性剂溶液的固液比为1:(3-15)，例如可以是1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9、1:10、1:13、1:14或1:15，但不限于所举例的数值，数值范围内其它未举例的数值同样适用，所述固液比的单位为g/mL。
优选地，所述疏水性调理剂中十二烷基硫酸钠改性剂的质量占比为0.1-3％，例如可以是0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、1％、2％或3％，但不限于所举例的数值，数值范围内其它未举例的数值同样适用。
优选地，所述粉煤灰与所述曲拉通改性剂溶液的固液比为1:(3-15)，例如可以是1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9、1:10、1:13、1:14或1:15，但不限于所举例的数值，数值范围内其它未举例的数值同样适用，所述固液比的单位为g/mL。
优选地，所述疏水性调理剂中曲拉通改性剂的质量占比为0.1-3％，例如可以是0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、1％、2％或3％，但不限于所举例的数值，数值范围内其它未举例的数值同样适用。
优选地，向所述KH550硅烷偶联剂改性剂溶液中添加冰醋酸、柠檬酸、苹果酸、酒石酸或草酸中的任意一种或至少两种的组合调节pH，典型但非限制性的组合包括冰醋酸与柠檬酸的组合，柠檬酸与苹果酸的组合，苹果树与酒石酸的组合，酒石酸与草酸的组合，冰醋酸、柠檬酸与苹果酸的组合，柠檬酸、苹果酸、酒石酸与草酸的组合，或冰醋酸、柠檬酸、苹果酸、酒石酸与草酸的组合。
优选地，所述KH550硅烷偶联剂改性剂溶液的pH为3-7，例如可以是3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5或7，但不限于所举例的数值，数值范围内其它未举例的数值同样适用。
优选地，所述粉煤灰与所述KH550硅烷偶联剂改性剂溶液的固液比为1:(0.1-5)，例如可以是1:0.1、1:0.2、1:0.3、1:0.4、1:0.5、1:1、1:2、1:3、1:4或1:5，但不限于所举例的数值，数值范围内其它未举例的数值同样适用，所述固液比的单位为g/mL。
优选地，所述疏水性调理剂中KH550硅烷偶联剂改性剂的质量占比为0.1-3％，例如可以是0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、1％、2％或3％，但不限于所举例的数值，数值范围内其它未举例的数值同样适用。
优选地，所述亲水性土壤调理剂的施入量为1-10t/亩，例如可以是1t/亩、2t/亩、3t/亩、4t/亩、5t/亩、6t/亩、7t/亩、8t/亩、9t/亩或10t/亩，但不限于所举例的数值，数值范围内其它未举例的数值同样适用。
优选地，所述亲水性土壤调理剂的施入土层厚度为1-40cm，例如可以是1cm、5cm、10cm、15cm、20cm、25cm、30cm、35cm或40cm，但不限于所举例的数值，数值范围内其它未举例的数值同样适用。
优选地，所述疏水性土壤调理剂的施入量为1-10t/亩，例如可以是1t/亩、2t/亩、3t/亩、4t/亩、5t/亩、6t/亩、7t/亩、8t/亩、9t/亩或10t/亩，但不限于所举例的数值，数值范围内其它未举例的数值同样适用。
优选地，所述疏水性土壤调理剂的施入土层厚度为1-60cm，例如可以是1cm、5cm、10cm、15cm、20cm、25cm、30cm、35cm、40cm、45cm、50cm或60cm，但不限于所举例的数值，数值范围内其它未举例的数值同样适用。
作为本发明第三方面所述改良方法的优选技术方案，所述改良方法包括如下步骤：
在盐碱地土壤土层中施入1-10t/亩、厚度为1-60cm的疏水性土壤调理剂和1-10t/亩、厚度为1-40cm的第二方面所述的亲水性土壤调理剂；所述亲水性土壤调理剂的施入土层为所述盐碱地土壤的表层，所述疏水性土壤调理剂的施入土层为与表层相邻的土层，灌溉后完成盐碱地土壤改良；
所述疏水性土壤调理剂由粉煤灰与疏水性改性剂溶液在20-90℃条件下反应0.5-5h得到，反应过程中伴随搅拌，所述疏水性改性剂溶液包括十二烷基硫酸钠改性剂溶液、曲拉通改性剂溶液或KH550硅烷偶联剂改性剂溶液中的任意一种或至少两种的组合。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提供的制备方法通过亲水性改性剂溶液与粉煤灰反应，制得的亲水性土壤调理剂能够提高土壤的保水能力，抑制水分的蒸腾作用，降低盐分随毛管水上升而聚集在土壤表层，增加土壤的有效水含量，疏松土壤，改善土壤质地和结构；经酸溶液改性的粉煤灰中含有的氢离子能中和土壤中的碱性离子，进一步调节土壤的pH；且亲水性土壤调理剂中有机肥含有丰富的营养物质，补充作物生长中需要的养分，改善土壤生态环境，提高作物产量和品质；
(2)本发明提供的改良方法中将不同功能的土壤调理剂分层施加到盐碱地不同土层中，对表层土壤添加亲水性土壤调理剂，提高表层土壤表面亲水能力，改善土壤团粒结构，可极大提高表层土壤的保水能力，抑制水分蒸腾作用，降低盐碱成分向表层土壤的迁移，为作物生长提高良好的环境，增加作物产量和质量；向与表层相邻的土层中施加疏水性土壤调理剂，提高土壤的疏水性，使毛管孔隙向上运移水分的能力下降，减弱盐分随蒸发向表层迁移，降低表层盐量，同时可提高水分向下运移的能力，有利于土壤中盐分的洗脱，从而达到改良盐碱地的目的；
(3)粉煤灰中含有作物生长的微量元素，可以提供丰富的养分，且成本低，本发明对粉煤灰进行改性处理制备土壤调理剂，不仅能改善土地盐碱化问题，实现粉煤灰的高附加值应用，还能有效解决粉煤灰堆存问题，降低粉煤灰对生态环境和人类健康的危害。
附图说明
图1为盐碱地土壤的结构示意图。
1，土壤表层；2，土壤下层；3，土壤底土层。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
本发明中所需的粉煤灰、醋渣、酒渣、油渣、作物秸秆、动物粪便等材料均可取自或购自相应的生产工厂：例如，本发明中所述粉煤灰取自电厂，以下实施例中所用的粉煤灰取自宁夏的电厂；所述醋渣、酒渣、油渣、秸秆取自相应的生产工厂，以下实施例中所用的酒渣、醋渣、油渣和秸秆分别取自宁夏的酒厂、醋厂、油坊和农厂；所述牛粪和羊粪取自养殖场，以下实施例中所用的牛粪和羊粪取自内蒙古的养殖场。
实施例1
本实施例提供一种亲水性土壤调理剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)在35℃下，将固液比为(1:5)g/mL的粉煤灰与硫酸溶液反应5h后得到亲水性粉煤灰，其中，所述硫酸溶液的浓度为1.5mol/L，反应过程中伴随搅拌；
(2)将酒渣、油渣、羊粪和步骤(1)所得亲水性改性粉煤灰分别按照质量分数为15％、15％、10％和60％的比例混合均匀，在40℃下腐熟35天，得到亲水性土壤调理剂。
实施例2
本实施例提供一种亲水性土壤调理剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)在20℃下，将固液比为(1:10)g/mL的粉煤灰与柠檬酸溶液反应7h后得到亲水性粉煤灰，其中，所述柠檬酸溶液的浓度为0.1mol/L，反应过程中伴随搅拌；
(2)将酒渣、油渣、醋渣、秸秆、牛粪和步骤(1)所得亲水性改性粉煤灰分别按照质量分数为0.5％、0.5％、5％、2％、2％和90％的比例混合均匀，在20℃下腐熟60天，得到亲水性土壤调理剂。
实施例3
本实施例提供一种亲水性土壤调理剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)在90℃下，将固液比为(1:3)g/mL的粉煤灰与草酸溶液反应0.5h后得到亲水性粉煤灰，其中，所述草酸溶液的浓度为2mol/L，反应过程中伴随搅拌；
(2)将酒渣、油渣和步骤(1)所得亲水性改性粉煤灰分别按照质量分数为20％、30％和50％的比例混合均匀，在60℃下腐熟5天，得到亲水性土壤调理剂。
实施例4
本实施例提供一种亲水性土壤调理剂的制备方法，除步骤(1)中所述硫酸溶液的浓度为0.03mol/L外，其余均与实施例1相同。
实施例5
本实施例提供一种亲水性土壤调理剂的制备方法，除步骤(1)中所述硫酸溶液的浓度为2.5mol/L外，其余均与实施例1相同。
对比例1
本对比例提供一种土壤调理剂的制备方法，除步骤(1)所述硫酸溶液替换为等体积分数的纯水外，其余均与实施例1相同。
本对比例中，粉煤灰经过纯水处理后的产物命名为预处理粉煤灰。
对比例2
本对比例提供一种土壤调理剂的制备方法，该土壤调理剂的原料按质量分数包括：醋渣30％、酒渣20％、油渣20％、秸秆10％、牛粪5％、羊粪5％，将各原料成分混合均匀，即所述土壤调理剂中不含亲水性改性粉煤灰，在40℃下腐熟35天，即得。
性能测试
对实施例1-5得到的亲水性改性粉煤灰和对比例1得到的预处理粉煤灰进行接触角测试。测试方法为：利用接触角测定仪测试，取20g样品放入模具中，在15Mpa压力下压15min制成片，把制好的片放在测试台上，在微量进样器中抽入去离子水，并固定在仪器自动注液仪上，自动注样2μL，使用高速摄像头进行拍照记录，结果如表1所示。
表1
由表1可知，本发明提供的亲水性改性粉煤灰具有35°以下的接触角，具有良好的亲水性。
实施例4、5与实施例1的比较可知，当亲水改性过程中的酸溶液浓度低于0.1mol/L时，亲水性改性粉煤灰的亲水效果改善不明显；当酸溶液浓度高于2mol/L时，虽然亲水性增大，但破坏粉煤灰结构，减弱改良效果，同时会增大粉煤灰溶解损失。因此，在粉煤灰亲水性改性过程中，控制酸溶液浓度在0.1-2mol/L范围内，有利于在不破坏粉煤灰结构完整性的同时提高其亲水性。
由对比例1与实施例1的比较可知，未经亲水性改性的粉煤灰接触角为38.83°，经过酸溶液处理后的粉煤灰的接触角降低，亲水性明显改善。
将实施例1-5制备的亲水性土壤调理剂和对比例1、2制备的土壤调理剂应用在盐碱地土壤的改良中；沿深入地面的方向，盐碱地土壤依次包括土壤表层1、土壤下层2以及土壤底土层3(参见图1)。
应用例1
本应用例提供一种盐碱地土壤的改良方法，所述改良方法包括如下步骤：
(1)在35℃下，将固液比为(1:0.2)g/mL的粉煤灰与加入冰醋酸调节pH值为4的KH550硅烷偶联剂改性剂溶液反应5h后得到疏水性土壤调理剂，反应过程中伴随搅拌，其中，所述疏水性土壤调理剂中KH550硅烷偶联剂改性剂的质量占比为2％；
(2)在盐碱地土壤土层中施入3t/亩、30cm的步骤(1)得到的疏水性土壤调理剂和3t/亩、30cm的实施例1得到的亲水性土壤调理剂；如图1所示，所述亲水性土壤调理剂的施入土层为所述盐碱地的土壤表层1，所述疏水性土壤调理剂的施入土层为与表层相邻的土壤下层2，灌溉后完成盐碱地土壤改良。
应用例2-5
应用例2-5提供一种盐碱地土壤的改良方法，除步骤(2)所述实施例1得到的亲水性土壤调理剂分别替换为实施例2-5得到的亲水性土壤调理剂，其它均与应用例1相同。
应用例6
本应用例提供一种盐碱地土壤的改良方法，所述改良方法包括如下步骤：
(1)在20℃下，将固液比为(1:2)g/mL的粉煤灰与加入柠檬酸调节pH值为7的KH550硅烷偶联剂改性剂溶液反应7h后得到疏水性土壤调理剂，反应过程中伴随搅拌，其中，所述疏水性土壤调理剂中KH550硅烷偶联剂改性剂的质量占比为1％；
(2)在盐碱地土壤土层中施入4t/亩、1cm步骤(1)得到的疏水性土壤调理剂和1t/亩、40cm实施例1得到的亲水性土壤调理剂；如图1所示，所述亲水性土壤调理剂的施入土层为所述盐碱地的土壤表层1，所述疏水性土壤调理剂的施入土层为与表层相邻的土壤下层2，灌溉后完成盐碱地土壤改良。
应用例7
本应用例提供一种盐碱地土壤的改良方法，所述改良方法包括如下步骤：
(1)在90℃下，将固液比为(1:5)g/mL的粉煤灰与加入苹果酸调节pH值为3的KH550硅烷偶联剂改性剂溶液反应0.5h后得到疏水性土壤调理剂，反应过程中伴随搅拌，其中，所述疏水性土壤调理剂中KH550硅烷偶联剂改性剂的质量占比为3％；
(2)在盐碱地土壤土层中施入1t/亩、60cm步骤(1)得到的疏水性土壤调理剂和4t/亩、1cm实施例1得到的亲水性土壤调理剂；如图1所示，所述亲水性土壤调理剂的施入土层为所述盐碱地的土壤表层1，所述疏水性土壤调理剂的施入土层为与表层相邻的土壤下层2，灌溉后完成盐碱地土壤改良。
应用例8
本应用例提供一种盐碱地土壤的改良方法，所述改良方法包括如下步骤：
(1)在30℃下，将固液比为(1:4)g/mL的粉煤灰与十二烷基硫酸钠改性剂溶液反应3h后得到疏水性土壤调理剂，反应过程中伴随搅拌，其中，所述疏水性土壤调理剂中十二烷基硫酸钠改性剂的质量占比为1.5％；
(2)在盐碱地土壤土层中施入1t/亩、40cm步骤(1)得到的疏水性土壤调理剂和2t/亩、20cm实施例1得到的亲水性土壤调理剂；如图1所示，所述亲水性土壤调理剂的施入土层为所述盐碱地的土壤表层1，所述疏水性土壤调理剂的施入土层为与表层相邻的土壤下层2，灌溉后完成盐碱地土壤改良。
应用例9
本应用例提供一种盐碱地土壤的改良方法，所述改良方法包括如下步骤：
(1)在20℃下，将固液比为(1:15)g/mL的粉煤灰与十二烷基硫酸钠改性剂溶液反应7h后得到疏水性土壤调理剂，反应过程中伴随搅拌，其中，所述疏水性土壤调理剂中十二烷基硫酸钠改性剂的质量占比为1％；
(2)在盐碱地土壤土层中施入4t/亩、1cm步骤(1)得到的疏水性土壤调理剂和10t/亩、40cm实施例1得到的亲水性土壤调理剂；如图1所示，所述亲水性土壤调理剂的施入土层为所述盐碱地的土壤表层1，所述疏水性土壤调理剂的施入土层为与表层相邻的土壤下层2，灌溉后完成盐碱地土壤改良。
应用例10
本应用例提供一种盐碱地土壤的改良方法，所述改良方法包括如下步骤：
(1)在90℃下，将固液比为(1:3)g/mL的粉煤灰与十二烷基硫酸钠改性剂溶液反应0.5h后得到疏水性土壤调理剂，反应过程中伴随搅拌，其中，所述疏水性土壤调理剂中十二烷基硫酸钠改性剂的质量占比为3％；
(2)在盐碱地土壤土层中施入10t/亩、60cm步骤(1)得到的疏水性土壤调理剂和4t/亩、1cm实施例1得到的亲水性土壤调理剂；如图1所示，所述亲水性土壤调理剂的施入土层为所述盐碱地的土壤表层1，所述疏水性土壤调理剂的施入土层为与表层相邻的土壤下层2，灌溉后完成盐碱地土壤改良。
应用例11
本应用例提供一种盐碱地土壤的改良方法，所述改良方法包括如下步骤：
(1)在35℃下，将固液比为(1:15)g/mL的粉煤灰与曲拉通改性剂溶液反应4h后得到疏水性土壤调理剂，反应过程中伴随搅拌，其中，所述疏水性土壤调理剂中曲拉通改性剂的质量占比为2％；
(2)在盐碱地土壤土层中施入3t/亩、厚度为30cm的疏水性土壤调理剂和3t/亩、30cm实施例1得到的亲水性土壤调理剂；如图1所示，所述亲水性土壤调理剂的施入土层为所述盐碱地的土壤表层1，所述疏水性土壤调理剂的施入土层为与表层相邻的土壤下层2，灌溉后完成盐碱地土壤改良。
应用例12
本应用例提供一种盐碱地土壤的改良方法，所述改良方法包括如下步骤：
(1)在20℃下，将固液比为(1:10)g/mL的粉煤灰与曲拉通改性剂溶液反应7h后得到疏水性土壤调理剂，反应过程中伴随搅拌，其中，所述疏水性土壤调理剂中曲拉通改性剂的质量占比为1％；
(2)在盐碱地土壤土层中施入1t/亩、60cm步骤(1)得到的疏水性土壤调理剂和4t/亩、1cm实施例1得到的亲水性土壤调理剂；如图1所示，所述亲水性土壤调理剂的施入土层为所述盐碱地的土壤表层1，所述疏水性土壤调理剂的施入土层为与表层相邻的土壤下层2，灌溉后完成盐碱地土壤改良。
应用例13
本应用例提供一种盐碱地土壤的改良方法，所述改良方法包括如下步骤：
(1)在90℃下，将固液比为(1:3)g/mL的粉煤灰与曲拉通改性剂溶液反应0.5h后得到疏水性土壤调理剂，反应过程中伴随搅拌，其中，所述疏水性土壤调理剂中曲拉通改性剂的质量占比为3％；
(2)在盐碱地土壤土层中施入4t/亩、1cm步骤(1)得到的疏水性土壤调理剂和1t/亩、40cm实施例1得到的亲水性土壤调理剂；如图1所示，所述亲水性土壤调理剂的施入土层为所述盐碱地的土壤表层1，所述疏水性土壤调理剂的施入土层为与表层相邻的土壤下层2，灌溉后完成盐碱地土壤改良。
对比应用例1
本对比应用例提供一种盐碱地土壤的改良方法，除步骤(2)所述实施例1得到的亲水性土壤调理剂替换为对比例1得到的亲水性土壤调理剂，其它均与应用例1相同。
对比应用例2
本对比应用例提供一种盐碱地土壤的改良方法，除步骤(2)所述实施例1得到的亲水性土壤调理剂替换为对比例2得到的亲水性土壤调理剂，其它均与应用例1相同。
对比应用例3
本对比应用例提供一种盐碱地土壤的改良方法，除步骤(1)所述KH550硅烷偶联剂改性剂溶液替换为等体积分数的纯水外，即粉煤灰未进行疏水性改性，其余均与应用例1相同。
本对比应用例中，粉煤灰经过纯水处理后的产物命名为粉煤灰A。
对比应用例4
本对比应用例提供一种盐碱地土壤的改良方法，除步骤(1)所述KH550硅烷偶联剂改性剂溶液替换为等体积分数的纯水，且步骤(2)所述实施例1得到的亲水性土壤调理剂替换为对比例1得到的土壤调理剂外，即粉煤灰均未进行亲水性和疏水性改性，其余均与应用例1相同。
本对比应用例中，粉煤灰经过纯水处理后的产物命名为粉煤灰B。
性能测试
测试例1
对应用例1-13和对比应用例1-2得到的疏水性土壤调理剂、对比应用例3所得粉煤灰A以及对比应用例4所得粉煤灰B进行接触角测试。测试方法为：利用接触角测定仪测试，取20g样品放入模具中，在15Mpa压力下压15min制成片，把制好的片放在测试台上，在微量进样器中抽入去离子水，并固定在仪器自动注液仪上，自动注样2μL，使用高速摄像头进行拍照记录，结果如表2所示。
表2
在应用例1-13制备的疏水性土壤调理剂中，应用例1-7使用KH550硅烷偶联剂改性剂溶液作为疏水改性剂，应用例1得到的疏水性土壤调理剂的疏水效果最佳，接触角可达108.36°；应用例8-10使用十二烷基硫酸钠改性剂溶液作为疏水改性剂，应用例8得到的疏水性土壤调理剂的疏水效果最佳，接触角可达76.95°；应用例11-13使用曲拉通改性剂溶液作为疏水性改性剂，应用例11得到的疏水性土壤调理剂的疏水效果最佳，接触角可达88.97°。
由对比应用例3、4与应用例1的比较可知，未经改性的粉煤灰的接触角为37°左右，经过改性处理后，粉煤灰的接触角变大，疏水性能得到明显改善。
测试例2
对应用例1-13和对比应用例1-4提供的盐碱地土壤改良方法进行土壤质量检测，测定了改良前后土壤容重和含水量变化，具体测试方法如下：
土壤容重：使用体积为100cm3的环刀，洗净后烘干、称重，记录空铝盒重量m1；在样地内挖标准剖面，表层0-20cm处将环刀砸进土内，使土壤样品充满环刀，取下环刀，盖上盒盖后称重，记m2。按式(1)进行计算。
含水量：取有盖铝盒，洗净、烘干、称重后，记m1；按上述土壤容重测试方法使用环刀取土样，放入铝盒中，约占铝盒体积的2/3为宜，盖上盒盖，称重，记m2；将盒盖打开，放入烘箱中，105℃温度下烘6小时左右；取出盖上盒盖，冷却后称重；打开盒盖，放入烘箱再烘2小时，冷却，称至恒重，记m3。按式(2)进行计算。
结果如表3所示。
表3
由表3可知，改良后的土壤容重降低了0.3g/cm3左右，土壤的含水量增加了5wt％左右，盐碱地土壤的亲水保水性能得到明显改善，有利于抑制水分蒸腾作用，降低盐碱成分向表层土壤的迁移。
由应用例4、5与应用例1的比较可知，当亲水改性过程中酸溶液的浓度低于0.1mol/L时，改性效果不明显，土壤容重和含水量变化不明显；当酸溶液的浓度高于2mol/L时，会破坏粉煤灰结构，减弱改良效果，对于土壤容重和含水量的改善效果也会显著下降。因此，亲水改性过程中酸溶液浓度在0.1-2mol/L范围内，有利于降低土壤容重，增加土壤含水量，提高土壤的亲水保水性能。
由对比应用例1-4与应用例1的比较可知，粉煤灰未经亲水改性剂处理，土壤容重仅降低了0.224g/cm3，含水量增加了1.43％；土壤调理剂中仅添加有机肥，不添加亲水性改性粉煤灰时土壤容重仅降低了0.224g/cm3，含水量增加了1.43％，因此仅添加有机肥不能改善土壤的亲水效果；未经疏水改性剂处理，土壤容重仅降低了0.118g/cm3，含水量增加了1.04％；未经亲水改性与疏水改性时，土壤容重和含水量的变化很小。因此，在盐碱地土壤改良中，需分层同时施加亲水性土壤调理剂和疏水性土壤调理剂，使二者协同作用，才能最大程度地提高土壤的亲水保水能力，改善土壤盐碱化问题。
测试例3
对应用例1-13和对比应用例1-4提供的盐碱地土壤改良方法进行土壤质量检测，测定了改良前后土壤的pH值、EC值(可溶性盐含量)和含盐量，具体测试方法如下：
将土样与去离子水按照1:50的固液比混合，固液比的单位为g/mL，搅拌5min，静置1h后，使用pH计测定上层清液的pH值，即为土壤的pH值；
将土样与去离子水按照1:50的固液比混合，固液比单位为g/mL，搅拌5min，静置1h后，使用电导率测定仪计测定上层清液的EC值，即为土壤的EC值；
根据DB37/T 1303-2009(土壤全盐量测定重量法)测定土壤含盐量。
结果如表4所示。
表4
由表4可知，改良后的土壤pH降低了2左右，EC值减低了0.7ms/cm左右，土壤的含盐量降低了4g/kg左右，盐碱成分含量明显减低，改良效果显著。
由应用例4、5与应用例1的比较可知，当亲水改性过程中酸溶液浓度低于0.1mol/L时，改良后土壤的pH、EC值和含盐量的降低幅度均缩小，当酸溶液的浓度高于2mol/L时，改良后土壤的pH、EC值和含盐量的变化量也较小。同时，由应用例4、5与对比应用例1的比较可知，当亲水改性过程中酸溶液的浓度低于0.1mol/L时，与未处理的调理剂效果相近，说明改性效果不明显；当浓度高于2mol/L时，效果较低于未处理调理剂，说明酸浓度过高时会抑制改良效果。因此，亲水改性过程中酸溶液浓度在0.1-2mol/L范围内，有利于降低土壤pH、EC值和含盐量，降低土壤的盐碱成分，改善盐碱化问题。
由对比应用例1-4与应用例1的比较可知，未经亲水改性剂处理，土壤pH仅降低了0.91，EC值降低了0.21ms/cm，含盐量降低了1.54g/kg；土壤调理剂中仅添加有机肥，不添加亲水性改性粉煤灰时，土壤的pH、EC值和含盐量的降低幅度也较小；未经疏水改性剂处理，土壤pH仅降低了1.02，EC值降低了0.26ms/cm，含盐量降低了1.72g/kg；未经亲水改性与疏水改性时，土壤pH、EC值和含盐量的变化很小，盐碱地土壤的改良效果不明显。因此，在盐碱地土壤改良中，需分层同时施加亲水性土壤调理剂和疏水性土壤调理剂，使二者协同作用，才能降低土壤的pH、EC值和含盐量，改善盐碱化问题。
综上，本发明提供一种亲水性土壤调理剂及其制备方法与应用，经酸溶液改性的粉煤灰表面富含亲水性基团和氢离子，能提高保水持水性能，中和土壤中的碱性离子，调节土壤的pH，制得的亲水性土壤调理剂能够提高土壤的亲水保水能力；在盐碱地土壤的表层中施入亲水性土壤调理剂，在与表层相邻的土层中施入疏水性土壤调理剂，抑制水分蒸腾作用，降低盐碱成分向表层土壤的迁移，使毛管孔隙向上运移水分的能力下降，减弱盐分随蒸发向表层迁移，降低表层盐量，从而达到改良盐碱地的目的；同时，本发明对粉煤灰进行改性处理制备土壤调理剂，不仅能改善土地盐碱化问题，实现粉煤灰的高附加值应用，还能有效解决粉煤灰堆存问题，降低粉煤灰对生态环境和人类健康的危害。
以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
相关知识
一种亲水性土壤调理剂及其制备方法与应用.pdf
一种酸性土壤调理剂及其制备方法和应用
土壤调理剂、制备方法及其应用与流程
一种新型盐碱地土壤调理剂及其制备方法与流程
一种酸性土壤调理剂及其制备方法
一种富硒土壤调理剂及其制备方法与流程
一种生物型土壤调理剂及其制备方法.pdf
一种土壤调理剂及其制作方法与流程
一种可以灭菌杀虫的酸性土壤调理剂及其制备方法技术
一种酸性土壤调理剂及制备方法
网址: 一种亲水性土壤调理剂及其制备方法与应用 https://m.huajiangbk.com/newsview148266.html
| 上一篇: 土壤调理剂市场规模已达482亿元 |
下一篇: 《肥料和土壤调理剂 氟含量的测定 |
