一种碱性土壤改良剂及其制备方法

摘要

本申请涉及土壤改良剂领域，具体公开了一种碱性土壤改良剂及其制备方法。所述碱性土壤改良剂的原料包括以重量份数计的餐厨发酵物40‑70份、二水石膏10‑30份、木质素磺酸钙1‑5份、聚丙烯酰胺0.1‑0.8份、聚氧乙烯型非离子表面活性剂0.05‑0.2份、金属阳离子硫酸盐0.2‑0.5份、菌剂0.1‑1.0份、改性蛭石粉8‑27份；改性蛭石粉是由浸泡过盐溶液的蛭石经过微波干燥、研磨而成，盐溶液中含有浓度为0.04‑0.06mol/L的镁离子和浓度为0.02‑0.03mol/L的钾离子。本申请的碱性土壤改良剂具有降低碱性土壤pH、提高土壤有机质、焕活土壤微生物的优点。

说明书

技术领域

本申请涉及土壤改良剂领域，尤其是涉及一种碱性土壤改良剂及其制备方法。

背景技术

碱性土壤指土壤酸碱度(pH值)大于7的土壤，一般包括石灰质土、盐土和碱土三类。在农业生产的过程中，由于不合理施用化肥、不重视有机质投入，容易加剧农田土壤盐碱化，使得土壤的pH升高，盐分含量增加，有机质含量降低，土壤的结构遭到破坏。

目前采用施用化学改良剂或一些矿物质肥料，改善土壤理化性质，改良土壤团粒结构，减轻或消除盐碱危害作用。目前常用的碱土改良剂分为三类：一类是含钙物质，如磷石膏、电厂脱硫后的煤灰石膏等，缺点在于上述材料中有可能会有超标的重金属或其它有害物质；另一类是酸性物质，如硫磺粉、硫酸、硫酸钾等，该类物质只是从化学角度降低了土壤pH，不能充分改善土壤结构，另外投入方式不当还会造成土壤结构进一步恶化；还有一类就是功能性化合物，如土壤渗透剂、腐植酸等，该类物质需要一定用量才能起作用，但过高的价格限制了其投入量。另外，通过施用动物粪便，如牛粪、猪粪、鸡粪等，但是动物粪便需要充分腐熟，存在抗生素、重金属超标风险，直接将其施加到田地的数量有可能会对作物造成损害，对土壤造成二次污染。

上述几种碱性土壤改良剂只针对碱性土壤的一到两种障碍因素进行改良，而实际农业生产中需要多种改良剂配合施用才能真正进行碱性土壤改良。

发明内容

本申请的目的在于充分利用餐厨废弃物发酵后产物，实现有机废弃物资源化处置且用于规模化改良碱性土壤,并提供一种有机、无机、微生物复合配伍，具有降低碱性土壤pH、提高土壤有机质、焕活土壤微生物的碱性土壤改良剂及其制备方法。

第一方面，本申请提供一种碱性土壤改良剂，采用如下的技术方案：

一种碱性土壤改良剂，以重量份数计，其原料包括：餐厨发酵物40-70份、二水石膏10-30份、木质素磺酸钙1-5份、聚丙烯酰胺0.1-0.8份、聚氧乙烯型非离子表面活性剂0.05-0.2份、金属阳离子硫酸盐0.2-0.5份、菌剂0.1-1.0份、改性蛭石粉8-27份，

所述餐厨发酵物中含有总腐植酸38-42wt％、游离腐植酸35-40wt％、水溶性腐植酸14-16wt％；

所述改性蛭石粉是由浸泡过盐溶液的蛭石经过微波干燥、研磨而成；

所述盐溶液中含有浓度为0.04-0.06mol/L的镁离子和浓度为0.02-0.03mol/L的钾离子。

通过采用上述技术方案，由于采用餐厨发酵物和菌剂，且餐厨发酵物中含有总腐植酸、游离腐植酸、水溶性腐植酸能够促进碱性土壤团聚体的形成，改善微生物群落、提高作物在碱性土壤的抗逆能力；二水石膏中的阳离子能够与聚丙烯酰胺中的阴离子相互协同作用，并作用于碱性土壤形成阳离子桥，能更快速的促进土壤团聚体的形成；金属阳离子硫酸盐中的阳离子和碱性土壤中的盐基离子进行阳离子代换作用，降低碱性土壤中的含盐量；木质素磺酸钙和聚氧乙烯型非离子表面活性剂具有相互协同的效果，可以降低土壤表面张力，减少土壤斥水性，能够加快被金属阳离子置换的盐基离子的排出，降低碱性土壤的盐分含量，进而减低碱性土壤的pH；在二价镁离子和钾离子的作用下能够使得蛭石膨胀，膨胀后的蛭石能够容纳较多供菌剂存活的氧气，延长菌剂在碱性土壤中的存活时间，使得碱性土壤团聚体不易被破坏。因此，获得了降低碱性土壤pH、增加碱性土壤的团聚体，提高碱性土壤有机质、焕活碱性土壤微生物的效果。

可选的，所述聚丙烯酰胺的平均分子量为1800万-2000万。

通过采用上述技术方案，聚丙烯酰胺具有分子量大、分子链长等特征，进入土壤后形成线型网状结构，且它自身带有与土壤表面相同的负电荷，能够通过阳离子桥的作用与土壤相结合，从而促进土壤团聚体的形成，解决碱性土壤易板结、土壤团聚体差等障碍因子。

可选的，所述聚丙烯酰胺选自阳离子型聚丙烯酰胺、阴离子型聚丙烯酰胺、非离子型聚丙烯酰胺中的至少一种。

通过采用上述技术方案，聚丙烯酰胺结构中的亲水离子多于三维空间结构网外，使得三维空间结构网内外出现一定的离子浓度差，浓度差的存在会造成网状结构内外渗透压差，从而能够减少土壤水分的蒸发，抑制土壤水分蒸发量，同时抑制盐分在土壤表层聚集。

可选的，所述聚氧乙烯型非离子表面活性剂选自烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、十八烷基胺聚氧乙烯醚中的至少一种。

通过采用上述技术方案，采用聚氧乙烯型非离子表面活性剂，能够降低土壤表面张力，可以加速水分在碱性土壤中的渗透及扩散，提高水分在碱性土壤中的流动性，便于实现对碱性土壤盐分淋洗，从而降低碱性土壤的盐分含量；另一方面，聚氧乙烯型非离子表面活性剂有利于促进养分快速且均匀的分布于土壤中，并加快养分向植物根际移动，促进植物根系吸收，提高养分利用率，便于植物在碱性土壤上的生长。

可选的，所述金属阳离子硫酸盐选自硫酸铜、硫酸亚铁、硫酸镁、硫酸锌中的至少两种。优选的，所述金属阳离子硫酸盐为硫酸铜、硫酸亚铁、硫酸镁、硫酸锌的混合物。进一步优选的，所述金属阳离子硫酸盐为重量比为2:3:1:3的硫酸铜、硫酸亚铁、硫酸镁、硫酸锌。

通过采用上述技术方案，金属阳离子硫酸盐的阳离子代换能力大于碱性土壤中阳离子的代换能力，从而代换出碱性土壤中的盐基离子，碱性土壤表面的盐基离子被代换到土壤溶液中，使盐基离子随灌溉水淋溶到底土层，从而降低了盐碱地土壤全盐含量，降低土壤溶液的pH值，从根源上改善土壤的碱性特质。

可选的，所述菌剂选自芽孢杆菌、放线菌、乳酸菌、光合菌中的至少两种。优选的，所述菌剂为芽孢杆菌、放线菌、乳酸菌、光合菌的混合物。进一步优选的，所述菌剂为重量比为3:2:1:2的芽孢杆菌、放线菌、乳酸菌、光合菌；其中，芽孢杆菌的有效活菌数≥1000亿/g，放线菌的有效活菌数≥500亿/g，乳酸菌的有效活菌数≥1000亿/g，光合菌的有效活菌数≥1000亿/g。

通过采用上述技术方案，采用芽孢杆菌、放线菌、乳酸菌、光合菌构成复合菌剂，四种菌剂之间能够相互协配，提高碱性土壤中的有益菌群的数量，改善作物根系微生物生态环境，同时有益菌群的数量的增加，能够改善微生物群落、提高作物在碱性土壤的抗逆能力。

可选的，所述碱性土壤改良剂的pH值为4.0-6.5。可选的，所述碱性土壤改良剂采用pH调节剂调节碱性土壤改良剂的pH值为4.0-6.5。

通过采用上述技术方案，控制碱性土壤改良剂在4.0-6.5范围内，能够保证碱性土壤改良剂为酸性，便于中和碱性土壤的pH，降低土壤pH值，从而改善土壤的碱性特质；同时pH控制在4.0-6.5范围内，使得碱性土壤改良剂不会短时间剧烈改变碱性土壤pH值，以免对土壤造成损害，便于将碱性土壤的pH控制在适当的范围内。另外，该碱性土壤改良剂pH具有较强的缓冲性，可有效避免其它碱性土壤调理剂应用一段时间后出现的返碱现象。

可选的，所述碱性土壤改良剂的粒径为0.2-2.5mm。

通过采用上述技术方案，使得碱性土壤改良剂的粒径远小于碱性土壤表层土壤的粒径，便于碱性土壤改良剂更好的渗入碱性土壤表层内部，进人使得碱性土壤改良剂能够更好的作用于碱性土壤，便于获得了降低碱性土壤pH、增加碱性土壤的团聚体，提高碱性土壤有机质、焕活碱性土壤微生物的效果。

第二方面，本申请提供一种碱性土壤改良剂的制备方法，采用如下的技术方案：

一种碱性土壤改良剂的制备方法，采用如下方法制备：

S1：将二水石膏、木质素磺酸钙、聚丙烯酰胺、聚氧乙烯型非离子表面活性剂、金属阳离子硫酸盐、改性蛭石粉混合均匀；

S2：将餐厨发酵物加入步骤S1所得到的混合料中并混合均匀；

S3：将菌剂加入步骤S3所得到的混合料混合均匀，得到碱性土壤改良剂。

通过采用上述技术方案，碱性土壤改良剂的制备方法仅通过原料之间的简单掺混即可获得，降低了碱性土壤pH、增加碱性土壤的团聚体，提高碱性土壤有机质、焕活碱性土壤微生物的碱性土壤改良剂，制作方便，简单易得，适合大批量的生产。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

第一、由于本申请采用厨余发酵物和菌剂对碱性土壤的焕活作用，二水石膏中的阳离子与聚丙烯酰胺中的阴离子相互协同作用以及金属阳离子硫酸盐中的阳离子和碱性土壤中的阳离子代换作用，获得了降低碱性土壤PH、增加碱性土壤的团聚体，提高碱性土壤有机质、焕活碱性土壤微生物的效果。

第二、本申请提供的制备方法，通过在制备碱性土壤改良剂中各原料的简单掺混，而获得了具有降低碱性土壤PH、增加碱性土壤的团聚体，提高碱性土壤有机质、焕活碱性土壤微生物等优点的碱性土壤改良剂，从而实现规模化改良碱性土壤生产的目的。

具体实施方式

以下结合制备例、实施例和对比例对本申请作进一步详细说明。

本申请中所使用的原料均可通过市售获得。

其中，木质素磺酸钙购自山东鸿泉化工科技有限公司；

阴离子型聚丙烯酰胺购自上海笑谈化工科技有限公司；

十八烷基胺聚氧乙烯醚购自广州市创玥化工有限公司；

BGB高温复合菌、芽孢杆菌、放线菌、乳酸菌、光合菌均购自北京嘉博文生物科技有限公司；其中，BGB高温复合菌的有效活菌数2.0×10

餐厨发酵物的制备和检测

餐厨发酵物的制备例1：

S1原料的筛分和混合：将餐厨废弃物120Kg和花生壳80Kg加入生化处理机中进行筛分预处理得到预混物，然后按每千克预混物添加BGB高温复合菌0.3g，将BGB高温复合菌加入预混物中并掺混均匀；

S2发酵：利用生化处理机将步骤S1所得到掺混料加热至80℃，并恒温发酵8h，随后顺次经过干燥处理和粉碎处理，得到含水率为5wt％、粒径为0.2-2.5mm的餐厨发酵物。

餐厨发酵物的制备例2

S1原料的筛分和混合：将餐厨废弃物120Kg、花生壳40Kg和麦秸40Kg加入生化处理机中进行筛分预处理得到预混物，然后按每千克预混物添加BGB高温复合菌0.3g，将BGB高温复合菌加入预混物中并掺混均匀；

S2发酵：利用生化处理机将步骤S1所得到的掺混料加热至80℃，并恒温发酵8h，随后顺次经过干燥处理和粉碎处理，得到含水率为5wt％、粒径为0.2-2.5mm的餐厨发酵物。

餐厨发酵物的制备例3：

S1原料的筛分和混合：将餐厨废弃物120Kg、花生壳40Kg和稻壳40Kg加入生化处理机中进行筛分预处理得到预混物，然后按每千克预混物添加BGB高温复合菌0.3g，将BGB高温复合菌加入预混物中并掺混均匀；

S2：发酵，利用生化处理机将步骤S1中掺混料加热至80℃，并恒温发酵8h，随后顺次经过干燥处理和粉碎处理，得到含水率为5wt％、粒径为0.2-2.5mm的餐厨发酵物。

餐厨发酵物的制备对比例1：

将120Kg餐厨废弃物经除油、除盐后，添加花生壳40Kg和稻壳40Kg，混合均匀后进行槽式好氧堆肥25天，随后随后顺次经过干燥处理和粉碎处理，得到含水率为5wt％、粒径为0.2-2.5mm的餐厨发酵物。

上述制备例1-3和制备对比例1所得到的餐厨发酵物进行性能检测，检测结果见表1。

表1制备例1-3和制备对比例1所得到的餐厨发酵物的性能检测结果

改性蛭石粉的制备和检测

改性蛭石粉的制备方法，具体包括如下步骤：

选取12块粒径为10mm、厚度为1mm(D0)的天然蛭石，将蛭石浸泡在盐的水溶液中，浸泡时间为10h，浸泡温度为24℃；将浸泡后的蛭石采用微波干燥，微波功率为1150w，微波时间为4min；将微波干燥后的蛭石研磨得到粒径为0.2-2.5mm的改性蛭石粉。

表2改性蛭石粉制备例1-3和制备对比例1-3的制备过程中盐的水溶液中盐的来源和浓度

蛭石膨胀倍数的检测方法：

在上述改性蛭石粉的制备例1-3和制备对比例1-3的制备过程中，测定在微波干燥后且在研磨之前的蛭石厚度，并求得每个改性蛭石粉的制备例中十二块蛭石的平均厚度为D1，计算蛭石膨胀倍数VER。

蛭石膨胀倍数的计算公式为：。

表3改性蛭石粉的制备例1-3和制备对比例1-3的检测详情

由表3可知，制备例1-3和制备对比例1-3考查了一价钾离子、二价镁离子和三价铝离子对蛭石膨胀倍数的影响。

通过比较制备例1-3可知，制备例1的蛭石膨胀倍数为最优。与制备例1相比，制备例2中降低了二价镁离子的浓度，蛭石的膨胀倍数也随之降低；制备例3中降低了一价钾离子的浓度，蛭石的膨胀倍数也随之降低。由此可知，在制备改性蛭石粉过程中，盐的水溶液中二价镁离子浓度为0.05mol/L、一价钾离子浓度为0.02mol/L时，能够使蛭石的膨胀倍数达到最大。

通过比较制备例1和制备对比例1-2可知，二价镁离子和一价钾离子能够协同增大蛭石的膨胀倍数，两者缺一不可。

通过比较制备例1和制备对比例1和3可知，与制备对比例1相比，虽然制备例对比例3中三价铝离子的加入也能够增大蛭石的膨胀倍数，但是没有制备例1中一价钾离子的能力强。

碱性土壤改良剂的制备

实施例1-20和对比例1-6的碱性土壤改良剂的制备方法，具体包括如下步骤：

S1：将二水石膏、木质素磺酸钙、阴离子型聚丙烯酰胺、聚氧乙烯型非离子表面活性剂、金属阳离子硫酸盐、改性蛭石粉加入反应釜中，混合搅拌10min，转速为400r/min，随后对混合料进行研磨，研磨至颗粒的粒径为0.2-2.5mm。

S2：将餐厨发酵物加入步骤S1所得到的混合料中，混合搅拌10min，转速为400r/min；S3：将菌剂加入步骤S2所得到的混合料中，混合搅拌10min，转速为400r/min，得到碱性土壤改良剂。

实施例1-20

表4实施例1-16的碱性土壤改良剂的配料表

实施例17：与实施例3的区别仅在于，改性蛭石粉由改性蛭石粉制备例2提供。

实施例18：与实施例3的区别仅在于，改性蛭石粉由改性蛭石粉制备例3提供。

实施例19：与实施例3的区别仅在于，餐厨发酵物由餐厨发酵物制备例2提供。

实施例20：与实施例3的区别仅在于，餐厨发酵物由餐厨发酵物制备例3提供。

对比例1-6

对比例1：与实施例3的区别仅在于，餐厨发酵物由餐厨发酵物制备对比例1提供。

对比例2：与实施例3的区别仅在于，改性蛭石粉是由改性蛭石粉制备对比例1提供。

对比例3：与实施例3的区别仅在于，改性蛭石粉是由改性蛭石粉制备对比例2提供。

对比例4：与实施例3的区别仅在于，改性蛭石粉是由改性蛭石粉制备对比例3提供。

对比例5：与实施例3的区别仅在于，未添加改性蛭石粉。

对比例6：与实施例3的区别仅在于，未添加阴离子型聚丙烯酰胺。

碱性土壤改良剂的性能和效果检测试验

对上述实施例1-20和对比例1-6提供的碱性土壤改良剂进行性能检测，检测结果见表5。

总腐植酸的测定：按NY/T1971-2010标准规定进行测试；

有机质含量的测定：按NY525-2021标准规定进行测试；

氮磷钾总含量的测定：按GBT22923-2008标准规定进行测试；

有效活菌的测定：按GB20287-2006农用微生物菌剂标准进行测试；

碱性土壤改良剂pH的测定：按照EN13037-2011标准规定进行测试。

表5实施例1-20和对比例1-6的碱性土壤改良剂的性能检测结果

由表1、5可以看出，本申请中的餐厨发酵物经过添加BGB高温复合菌及特定工艺处理后，可以明显提高总腐植酸和有机质含量，总腐植酸含量在38-42wt％之间，pH值为3.5-5.5，是改良盐碱地理想的原料。

通过对比实施例1-20和对比例1，可以看出，实施例1-20碱性土壤改良剂的有机质含量、总腐植酸含量和pH值均优于对比例1。另外，餐厨废弃物发酵产物，同时富含的易氧化有机质、腐植酸、蛋白质、氨基酸等生物刺激素，可改善盐碱土壤的微生物群落、促进作物生长和抗逆性。

经过碱性土壤改良剂改良后碱性土壤的性能和效果检测试验试验方法：取土壤容重为1.32g/cm

土壤pH的测定：按NY/T1973规定的方法检验。

土壤含盐量的测定：按照LY-T1251-1999标准规定进行测试。

土壤碱化度的测定：按照GB7869-1987标准规定进行测试。

土壤水分的测定：按GB/T8576中真空烘箱法检验。

土壤有效活菌的测定：按GB4789.2-2016中规定的方法检验。

土壤团聚体的检测方法：选备用土壤样品在相同烘干温度下烘干5小时，在烘干箱内烘干后，依照依维诺夫法的干筛法，利用自动振筛机，将烘干后的备用土壤样品依次倒入孔径为3mm、2mm、0.5mm、0.25mm的套筛组，获得不同粒级的团聚体，随后将不同粒级的团聚体放在烘干箱内烘干，称量各级土壤样品的团聚体含量。计算干筛各级团聚体含量，其计算公式为：

将碱性土壤改良剂均匀加入分级后的土壤样品中，随后依照Elloitt和Cambardella(1991)的湿筛方法，称量各级土壤样品的团聚体含量。计算干筛各级团聚体含量，其计算公式为：

表6-1经过实施例1-10的碱性土壤改良剂改良后的碱性土壤的性能检测结果

表6-2经过实施例11-20的碱性土壤改良剂改良后的碱性土壤的性能检测结果

表6-3经过对比例1-6的碱性土壤改良剂改良后的碱性土壤的性能检测结果

由表6-1至表6-3可知，经碱性土壤调理剂改良后，碱性土壤样品pH降低至7.5-7.8之间，对降低盐碱土壤pH具有积极效果。另外，实施例1-20处理的碱性土壤在土壤保水性能、有益微生物数量、0-6cm土层的含盐量、碱化度以及干筛、湿筛的各级团聚体含量均优于对比例1。这说明本申请所制备的餐厨废弃物发酵产物较其它处置方式更适合用于碱性土壤的改良。

通过比较实施例1-20和对比例2-5可知，实施例1-20处理的土壤pH、土壤含水量、0-6cm土层含水量、碱化度及各级团聚体均优于对比例2-5。这是由于改性蛭石有较高的层电荷数，因此具有较高的阳离子交换容量和较强的阳离子交换吸附能力，有利于碱性土壤盐分离子淋洗、降低土壤碱化度；而且改性后的蛭石，具有更高的膨胀系数，从而可改善土壤的结构，储水保墒，提高土壤的透气性和含水性，有利于促进外源菌的繁殖，改良碱性土壤微生态环境；另外，蛭石还可向作物提供自身含有的K、Mg、Ca、Fe以及微量的Mn、Cu、Zn等元素。

通过比较实施例1-20和对比例6可知，聚丙烯酰胺能够促进土壤团聚体的形成，解决碱性土壤易板结、土壤团聚体差等障碍因子。聚丙烯酰胺具有保水、减少水分挥发的效果，随着土壤深度的增加，土壤含盐量逐渐增加，进而减少盐分在土壤表层聚集。通过二水石膏中与聚丙烯酰胺的相互协同作用，能更快速的促进土壤团聚体的形成。其中，通过比较实例9-11知，随着木质素磺酸钙和十八烷基胺聚氧乙烯醚的用量增加，6-9cm土层含盐量增加；这表明木质素磺酸钙、十八烷基胺聚氧乙烯醚在加速水分在碱性土壤中的渗透及扩散、提高水分在碱性土壤中的流动性的同时，实现对碱性土壤盐分淋洗，从而降低表层碱性土壤的盐分含量。

通过比较实施例1-20和对比例1-6可知，本申请碱性土壤改良剂有机质含量30-50％，总腐植酸含量15-30％，氮磷钾总含量2-8％，有效活菌2-5亿/g，无机营养(氮、磷、钾和微量元素)、有机质和菌剂，养分全面，有机和无机养分配伍合理，其中C/N比为(20-30):1，C/P比为(70-80)：1，有利于所添加菌种的成活及繁殖，能快速构建土壤微生态环境，焕活土壤菌种。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。