一种适用于渤海粮仓示范区的多功能土壤改良剂

摘要

本发明公开了一种适用于渤海粮仓示范区的多功能土壤改良剂。它是以糠醛渣和风化煤等生产复合树脂；然后以有机基质、无机基质、营养元素、复合树脂为基本原料，经圆盘造粒制得。其中，营养元素按N：P

说明书

技术领域

本发明涉及土壤改良剂或土壤调理剂制造领域，特别是一种适用于渤海粮仓示范区(环 渤海中低产田和盐碱地)的多功能土壤改良剂及其制备与施用方法。

背景技术

中低产田是制约当前粮食持续稳定增产、农业可持续发展的重要因子，也是增产粮食的 重要突破口。环渤海地区是我国重要的农产品生产基地和经济快速发展区域，然而受淡水资 源匮乏和土壤瘠薄、盐碱等因素制约，环渤海4省(市)中，有4000多万亩的中低产田和 1000多万亩的盐碱荒地，粮食增产潜力巨大。2013年，中科院、科技部联合河北、山东、辽 宁和天津，开始实施国家重大科技支撑计划项目“渤海粮仓科技示范工程”。该项目面向国家 粮食安全重大需求，针对环渤海中低产区和盐碱荒地淡水资源匮乏、土壤瘠薄、盐碱制约粮 食生产问题，加强粮食生产与中低产田治理工作，并在当地建立粮食增产示范区，促进改造 盐碱地、推进中低产区增粮增效及科技创新水平不断提高。

土壤改良剂是一类主要用于改良土壤物理、化学和生物性状，使其更适宜于植物生长的 调理剂。由于具有改善土壤结构、调节土壤酸碱度等作用，土壤改良剂被广泛的应用于防止 土壤侵蚀、降低土壤水分蒸发或过度蒸腾、节约灌溉水、促进植物健康生长等方面。目前， 国内公开的关于土壤改良剂或土壤调理剂的专利不少于1000例。虽然种类繁多，但普遍存在 以下问题：(1)忽视种植作物的需求，没有根据种植作物对土质的要求来改良土壤；(2)忽 视了改良土壤的地域差别，没有针对土质特点相似的某一地理区域研发专用土壤改良剂；(3) 产品形态多为粉状或小颗粒，不适合机械化施用；(4)产品施用以人工撒施为主，用量较大 且不集中，浪费严重。

发明内容

渤海粮仓示范区以中低产田和盐碱地为主，土质多为石灰性潮土，耕层土壤有机质平均 含量低于7.0g/kg，速效养分易固定或流失，种植作物为玉米、小麦等粮食作物，一年两熟或 玉米一年一熟。本发明目的旨在弥补现有土壤改良剂或调理剂研发技术的不足，根据渤海粮 仓示范区的土质特点和小麦、玉米等粮食作物的生长特性，提供一种满足机械化和一次性施 肥要求的多功能土壤改良剂。

本发明所采用的技术方案如下：一种适用于渤海粮仓示范区的多功能土壤改良剂，以有 机基质、无机基质、营养元素、复合树脂为基本原料，经圆盘造粒制得。其中，营养元素按 N：P₂O₅：K₂O＝0.3-0.7：1.2-2.8：2.0-3.6的质量比例组合。

所述的有机基质选自泥炭、褐煤或风化煤；其用量为土壤改良剂总量的55-65wt％。

所述的无机基质选自膨润土、凹凸棒粉或高岭土；其用量为土壤改良剂总量的15-25wt ％。

所述的营养元素选自磷酸一铵和硫酸钾；其用量为土壤改良剂总量的7-13wt％。

所述的复合树脂为土壤改良剂总量的10-20wt％。所述的复合树脂的制备方法如下所示。

进一步，优选的土壤改良剂，原料配方如下列A-C之一：

A.一种土壤改良剂，其组分及其质量份为：风化煤55份、膨润土25份、复合树脂10份、 磷酸一铵3份、硫酸钾7份。

该土壤改良剂养分含量为N：P₂O₅：K₂O＝0.3：1.2：3.6；该配方适合中产田使用。

B.一种土壤改良剂，其组分及其质量份为：风化煤65份、膨润土15份、复合树脂10份、 磷酸一铵4份、硫酸钾6份。

该土壤改良剂养分含量为N：P₂O₅：K₂O＝0.4：1.6：3.1；该配方适合低产田使用。

C.一种土壤改良剂，其组分及其质量份为：风化煤55份、膨润土15份、复合树脂20份、 磷酸一铵6份、硫酸钾4份。

该土壤改良剂养分含量为N：P₂O₅：K₂O＝0.7：2.8：2.0；该配方适合盐碱地使用。

本发明土壤改良剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)复合树脂的制备

将风化煤和糠醛渣(利用生物质类物质如玉米芯、玉米秆、稻壳等水解生产糠醛过程中 的生物质类废弃物)粉碎至颗粒直径为0.1-0.3mm。在反应釜内依次加入250-300质量份水、 30-50质量份糠醛渣、70-90质量份风化煤、6-10质量份丙烯酸(中和度60％)，搅拌均匀； 在氮气保护下，加入0.2-0.4质量份的亚甲基双丙烯酰胺和2-4质量份的过硫酸铵；在60-70 ℃下反应3-6h后，产物即为复合树脂。

进一步，优选的复合树脂的制备方法如下列D-F之一：

D.在反应釜内依次加入250质量份水、30质量份糠醛渣、70质量份风化煤、6质量份丙 烯酸(中和度60％)，搅拌均匀；在氮气保护下，加入0.2质量份的亚甲基双丙烯酰胺和2质 量份的过硫酸铵；在60-70℃下反应3h后，产物即为复合树脂。

E.在反应釜内依次加入300质量份水、50质量份糠醛渣、90质量份风化煤、10质量份丙 烯酸(中和度60％)，搅拌均匀；在氮气保护下，加入0.4质量份的亚甲基双丙烯酰胺和4质 量份的过硫酸铵；在70℃下反应6h后，产物即为复合树脂。

F.在反应釜内依次加入250质量份水、40质量份糠醛渣、60质量份风化煤、8质量份丙 烯酸(中和度60％)，搅拌均匀；在氮气保护下，加入0.3质量份的亚甲基双丙烯酰胺和3质 量份的过硫酸铵；在60-70℃下反应5h后，产物即为复合树脂。

(2)圆盘造粒

将有机基质、无机基质、营养元素、复合树脂干燥至含水量≤10wt％，并粉碎至颗粒直 径为0.1mm-0.3mm。按比例称取各原料组分，搅拌混合均匀，得混合料，送至圆盘造粒机内 造粒，造粒后经50℃-60℃干燥至含水量≤10wt％，即得土壤改良剂。

进一步优选的，将干燥后含水量≤10wt％的土壤改良剂进一步筛取直径为3.35mm-5mm的 颗粒，作为土壤改良剂的成品。

本发明的土壤改良剂的施用方法如下：

本发明的土壤改良剂可伴随基肥或种肥一次性施入，施用量为600-1200kg/hm²，施肥深 度为8-10cm。

施用方式优选用圆盘式精播机，进行播种作业的同时一次性施入小麦或玉米种子的下方， 覆土后按本领域常规技术进行田间管理。

本发明的效果如下：

1、原料成本低

本发明使用糠醛渣、风化煤等工业废弃物生产复合树脂和土壤改良剂，代替了价格昂贵 的聚丙烯酸或聚丙烯酰胺类化学树脂，大大降低了原料成本。与此同时，为工业废弃物的再 利用开辟了新的途径。

2、制备工艺更加简单

针对生产原料的改变，本发明采用优化的“溶液聚合法”生产复合树脂，减少了聚合单 体、引发剂和交联剂的使用量，简化了生产流程，复合树脂的吸水率在150-200g/g之间。

3、“保水、增肥、抑盐”效果显著

与传统的土壤改良剂相比，本发明采用了腐植酸含量高的泥炭、褐煤或风化煤作为有机 基质，可以打破土壤板结、疏松土壤、提高土壤透气性、降低土壤容重，促进土壤微生物活 性、增强土壤肥水渗透力。此外，复合树脂和营养元素的加入，提高了本发明土壤改良剂的 保水性能和提供速效养分的能力。因此，是一种多功能的土壤改良剂。

4、经济和生态效益更加明显

本发明根据渤海粮仓示范区的土质特点和小麦、玉米等粮食作物的生长特性加工而成， 产品偏酸性，可活化土壤中的固定态磷，增加土壤供给的速效磷的含量，小麦、玉米等粮食 作物可增产14.3-18.7％。此外，本发明采用的合成树脂含有大量的纤维素，可以提高土壤纤 维素酶的活性，改善土壤的微生物环境，并能够将复合树脂分解，解决了化学树脂不宜降解 和污染土壤环境的难题，属环境友好型土壤改良剂。因此，与传统土壤改良剂相比，本发明 的经济和生态效益更加明显。

5、施用更加合理

传统的粉状或小颗粒土壤改良剂无法机械化施用，只能通过人工撒施，费工费料。本发 明的土壤改良剂是一种与肥料性状大小相同的圆形颗粒，可由普通施肥机械施入土壤，特别 是伴随基肥或种肥集中施入种子下方时，可以明显改善根际土壤环境，提高出苗率和苗期存 活率，保苗、壮苗效果更加明显。

具体实施方式

实施例中所用的风化煤由山西鑫达腐植酸厂生产，有机质含量≥50wt％，游离态腐植酸含 量≥30wt％，膨润土由潍坊华潍膨润土集团股份有限公司生产，糠醛渣为山东康达糠醛厂的废 料(纤维素类物质含量79.1wt％)，磷酸一铵(11-44-0)由湖北湘云化工股份公司生产，硫酸 钾(0-0-51)由国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司生产，丙烯酸、亚甲基双丙烯酰胺、过硫 酸铵由国药集团化学试剂有限公司生产。

实施例1：

一种土壤改良剂，以有机基质、无机基质、营养元素、复合树脂为基本原料，各组分的 质量份为：风化煤55份、膨润土25份、复合树脂10份、磷酸一铵3份、硫酸钾7份。

制备方法如下：

(1)将风化煤和糠醛渣粉碎至颗粒直径为0.1-0.3mm。在反应釜内依次加入250份重量 水、30质量份糠醛渣、70质量份风化煤、6质量份丙烯酸(中和度60％)，搅拌均匀。在氮 气保护下，加入0.2质量份的亚甲基双丙烯酰胺和2质量份的过硫酸铵。在60-70℃下反应3h 后，产物即为复合树脂。

(2)将有机基质、无机基质、营养元素、复合树脂干燥至含水量≤10wt％，并粉碎至 颗粒直径为0.1mm-0.3mm。按比例称取各原料组分，搅拌混合均匀，得混合料，送至圆盘造 粒机内造粒，造粒后经50℃-60℃干燥至含水量≤10wt％，筛取直径为3.35mm-5mm的颗粒， 即得土壤改良剂。

该土壤改良剂养分含量为N：P₂O₅：K₂O＝0.3：1.2：3.6；该配方适合中产田使用。本发 明的土壤改良剂使用圆盘式精播机进行小麦播种作业的同时一次性施入种子的下方，后覆土。 施用量600kg/hm²，施肥深度为8-10cm。

实施例2：

一种土壤改良剂，以有机基质、无机基质、营养元素、复合树脂为基本原料，各组分的 质量份为：风化煤65份、膨润土15份、复合树脂10份、磷酸一铵4份、硫酸钾6份。

制备方法如下：

(1)将风化煤和糠醛渣粉碎至颗粒直径为0.1-0.3mm。在反应釜内依次加入300质量份 水、50质量份糠醛渣、90质量份风化煤、10质量份丙烯酸(中和度60％)，搅拌均匀。在氮 气保护下，加入0.4质量份的亚甲基双丙烯酰胺和4质量份的过硫酸铵。在70℃下反应6h后， 产物即为复合树脂。

(2)将有机基质、无机基质、营养元素、复合树脂干燥至含水量≤10wt％，并粉碎至 颗粒直径为0.1mm-0.3mm。按比例称取各原料组分，搅拌混合均匀，得混合料，送至圆盘造 粒机内造粒，造粒后经50℃-60℃干燥至含水量≤10wt％，筛取直径为3.35mm-5mm的颗粒， 即得土壤改良剂。

该土壤改良剂养分含量为N：P₂O₅：K₂O＝0.4：1.6：3.1；该配方适合低产田使用。本发 明的土壤改良剂使用圆盘式精播机进行玉米播种作业的同时一次性施入种子的下方，后覆土。 施用量1200kg/hm²，施肥深度为8-10cm。

实施例3：

一种土壤改良剂，以有机基质、无机基质、营养元素、复合树脂为基本原料，各组分的 质量份为：风化煤55份、膨润土15份、复合树脂20份、磷酸一铵6份、硫酸钾4份。

制备方法如下：

(1)将风化煤和糠醛渣粉碎至颗粒直径为0.1-0.3mm。在反应釜内依次加入250质量份 水、40质量份糠醛渣、60质量份风化煤、8质量份丙烯酸(中和度60％)，搅拌均匀。在氮 气保护下，加入0.3质量份的亚甲基双丙烯酰胺和3质量份的过硫酸铵。在60-70℃下反应5h 后，产物即为复合树脂。

(2)将有机基质、无机基质、营养元素、复合树脂干燥至含水量≤10wt％，并粉碎至 颗粒直径为0.1mm-0.3mm。按比例称取各原料组分，搅拌混合均匀，得混合料，送至圆盘造 粒机内造粒，造粒后经50℃-60℃干燥至含水量≤10wt％，筛取直径为3.35mm-5mm的颗粒， 即得土壤改良剂。

该土壤改良剂养分含量为N：P₂O₅：K₂O＝0.7：2.8：2.0；该配方适合盐碱地使用。本发 明的土壤改良剂使用圆盘式精播机进行玉米播种作业的同时一次性施入种子的下方，后覆土。 施用量1200kg/hm²，施肥深度为8-10cm。

大田试验结果：

对比例：无土壤改良剂施用，但分别增施等量营养元素的化肥。其他管理措施同一般生 产田。

以上实施例1～3和对比例的应用效果如下：

试验时间：2012年-2014年。

试验地点：山东垦利县、河北黄骅县

试验设置和供试品种：山东垦利县和河北黄骅县分别安排实施例1-3及对比试验，试验 区分别为2.4亩和2.2亩，供试小麦品种为鲁原502，供试玉米品种为鲁单818。

应用效果平均结果见表1。分别与对比例相比，实施例1、实施例2和实施例3分别增产 了14.28％、18.68％和17.10％，纯收益分别增幅13.81％、14.16％和12.25％。由此可见，施用 本发明的土壤改良剂可以显著提高小麦、玉米等粮食作物的产量，增加农民纯收益。

表1.与对比例相比实施例1-3的增产效果

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说， 其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同 替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本 发明的保护范围之内。