一种南方红壤旱地养分扩容调理剂及其制备方法

摘要

本发明提供一种南方红壤旱地养分扩容调理剂的制备方法。所述调理剂按重量百分比计由原料沸石25％～35％、煤渣10％～15％、碳化谷壳14％～20％、粉煤灰12％～17％、风化煤17％～23％、聚丙烯酰胺3％‑8％复混，造粒而成。本发明制备的调理剂能大幅扩大土壤对养分的吸附容量，增强土壤对养分的吸附能力，明显改善土壤物理结构，调节土壤酸性，协调土壤水分、空气和营养物质之间的矛盾，可广泛应用于南方红壤旱地，为作物高产稳产提供良好基础。

权利要求

1.一种土壤养分扩容调理剂，其特征在于，按重量百分比计包括以下原料：沸石25％～

35％、煤渣10％～15％、碳化谷壳14％～20％、粉煤灰12％～17％、风化煤17％～23％、聚丙烯酰胺3％～8％、粘结剂0～10％。

2.根据权利要求1所述的土壤养分扩容调理剂，其特征在于，所述聚丙烯酰胺的分子量为300-500万。

3.根据权利要求2所述的土壤养分扩容调理剂，其特征在于，所述聚丙烯酰胺为阴离子聚丙烯酰胺。

4.根据权利要求1-3任一项所述的土壤养分扩容调理剂，其特征在于，所述调理剂为颗粒状。

5.根据权利要求1-3任一项所述的土壤养分扩容调理剂，其特征在于，所述粘结剂为凹凸棒粉、膨润土、消石灰、田菁粉、脱硫石膏、天然石膏中任一项或其任意组合。

6.根据权利要求5所述的土壤养分扩容调理剂，其特征在于，所述粘结剂为凹凸棒粉、膨润土中的任一项或其组合。

7.一种权利要求1-6所述的土壤养分扩容调理剂的制备方法，其包括如下步骤：步骤1：制备碳化谷壳；

步骤2：将碳化谷壳与沸石、煤渣一起粉碎；

步骤3：向粉碎后的物料中加入粉煤灰、风化煤，充分混匀，得到混合物料；

步骤4：对所述混合物进行造粒，在造粒过程中加入适量粘结剂，待母粒成型后加入聚丙烯酰胺，得到成型颗粒；

步骤5：将所述成型颗粒进行烘干，筛分出粒径为2mm～5mm的颗粒，即得到南方红壤旱地养分扩容调理剂。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的碳化谷壳由以下方法制得：将谷壳进行高温碳化，温度控制在500～600℃，碳化时间为8～20h，冷却，得到碳化谷壳。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述碳化时间为12h。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为凹凸棒粉、膨润土、消石灰、田菁粉、脱硫石膏、天然石膏中任一项或其任意组合。

11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为凹凸棒粉、膨润土中的任一项或其组合。

12.根据权利要求7-11任一项所述的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯酰胺的加入方式为：将聚丙烯酰胺溶于水后喷洒到造粒机中；或，将聚丙烯酰胺以粉末形式撒于造粒机中。

说明书

一种南方红壤旱地养分扩容调理剂及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于土壤农业化学领域，具体涉及一种南方红壤旱地养分扩容调理剂的制备方法。

背景技术

[0002] 红壤是南方主要土壤类型之一，呈地带性分布，受成土母质、成土因素的影响，一般水分和养分库容较小，阳离子交换量在5cmol/kg左右，酸性重、漏水漏肥、较贫瘠，农业产出率较低。然而，该类土壤分布广，面积大，资源丰富，通过农业各种技术、产品的应用加以改良、培肥，即可成为亚热带经济作物与林木、果树的重要生产基地，生产潜力很大。

[0003] 南方红壤旱地由于土壤水养库容较小，供肥和保肥能力较差，养分与水、气之间不协调等矛盾，所以作物根系生长差、活力低和作物养分吸收效率不高，导致农业大面积均衡增产受到限制。常用的解决方法是施有机肥或农家肥来培肥土壤，但有机肥具有见效慢，数量大、来源不稳定、专一性差和作用效果有限等缺点，尤其是目前规模化养殖导致红壤区域有机肥投入数量逐年减少，使得这一矛盾日益突出。因此，土壤调理剂作为土壤改良、培肥的重要措施之一，已越来越被人们重视和接受。

[0004] 目前，CN101445730A公开了一种红黄壤土壤结构改良剂，CN1304973A公开了一种免深耕土壤调理剂，CN102911671A公开了一种基于稻壳废弃物的土壤调理剂的制备方法，这些技术均对红壤结构改良有效，而对红壤养分扩容效果有限。

发明内容

[0005] 针对现有技术的不足，本发明通过对大量吸附材料、结构改良材料和调酸材料进行筛选、复配和反复试验，提供一种既能大幅提高土壤阳离子交换量，有效增加养分吸附量，又能改良土壤结构和充分利用工农业废弃物的南方红壤旱地养分扩容调理剂，进一步地，提供该调理剂的制备方法，更进一步地，提供该调理剂的使用方法。

[0006] 本发明所述的一种土壤养分扩容调理剂，按重量百分比计包括以下原料：沸石25％～35％、煤渣10％～15％、碳化谷壳14％～20％、粉煤灰12％～17％、风化煤17％～
23％、聚丙烯酰胺3％-8％。

[0007] 优选地，所述聚丙烯酰胺的分子量为300-500万。

[0008] 优选地，所述聚丙烯酰胺为阴离子聚丙烯酰胺。

[0009] 优选地，所述土壤养分扩容调理剂为颗粒状。

[0010] 本发明更进一步还提供所述的土壤养分扩容调理剂的制备方法，其包括如下步骤：

[0011] 步骤1：制备碳化谷壳；

[0012] 步骤2：将碳化谷壳与沸石、煤渣一起粉碎；

[0013] 步骤3：向粉碎后的物料中加入粉煤灰、风化煤，充分混匀，得到混合物料；

[0014] 步骤4：对所述混合物进行造粒，在造粒过程中加入适量粘结剂，待母粒成型后加入聚丙烯酰胺，得到成型颗粒；

[0015] 步骤5：将所述成型颗粒进行烘干，筛分出粒径为2mm～5mm的颗粒，即得到南方红壤旱地养分扩容调理剂。

[0016] 优选地，所述步骤1中的碳化谷壳由以下方法制得：将谷壳进行高温碳化，温度控制在500～600℃，碳化时间为8～20h，冷却，得到碳化谷壳。

[0017] 优选地，所述碳化时间为12h。

[0018] 优选地，所述粘结剂为凹凸棒粉、膨润土、消石灰、田菁粉、脱硫石膏、天然石膏中任一项或其任意组合；更优选地，所述粘结剂为凹凸棒粉、膨润土中的任一项或其组合。

[0019] 优选地，所述聚丙烯酰胺的加入方式为：将聚丙烯酰胺溶于水后喷洒到造粒机中；或，将聚丙烯酰胺以粉末形式撒于造粒机中。

[0020] 进一步地，本发明提供南方红壤旱地土壤养分扩容调理剂的使用方法：施用方式为一次性底施；施用量根据适用对象而定。例如，种植花生、豆类作物、芝麻和木薯等粮油作物、经济作物时，施用量为：每亩50～100kg；在整地时，撒施于土壤表面，浅翻即可。种植果树时，施用量为：每亩100～150kg，全园撒施；或结合有机肥在树冠滴水线下沟施。

[0021] 与现有技术中的红壤旱地酸性土壤改良剂和结构改良剂或改良方法相比，本发明采用上述技术方案的有益效果在于：

[0022] 1、本发明可以大幅提高土壤阳离子交换量，有效增加土壤对养分的吸附能力和吸附量。这是因为，本发明通过对大量养分吸附材料筛选后发现沸石、风化煤和煤渣对氮磷钾养分具有较强的吸附特性，本研究表明，每克沸石可以吸附12.41毫克纯氮和15.8毫克纯钾，每克风化煤可以吸附3.25毫克纯磷，煤渣也可以吸附一定量的氮、钾。将这三种材料按合理的比例混合施入土壤中可以显著提高土壤阳离子交换量，大幅增加对氮磷钾养分的吸附量，另外，本发明中粉煤灰和PAM对氮磷钾也具有一定的吸附性能。

[0023] 2、本发明可以显著降低土壤容重，增加土壤孔隙度和大团聚体比例，协调土壤中水分、温度、空气和营养物质之间的关系，有利于根系活动及吸取水分和养分，为植物生长发育提供良好的条件。这是因为本发明所述的PAM、风化煤、碳化谷壳和粉煤灰均可以显著降低土壤容重，增加土壤孔隙度和大团聚体比例，其中在增加土壤孔隙度方面以碳化谷壳和PAM效果相对最好，在提高大团聚体比例方面以PAM和风化煤相对最佳。另外，本发明中的PAM、风化煤、碳化谷壳和粉煤灰具有较强地吸水和保水性能，其中PAM是干旱区应用较多的保水材料；风化煤、碳化谷壳和粉煤灰的吸水量均是材料本身的一倍以上。本发明将PAM、风化煤、碳化谷壳和粉煤灰四种物料与砂性物料沸石和煤渣按一定比例复配后可以有效改良红壤结构，调节土壤三相比(固相：液相：气相)，协调土壤中水分、温度、空气和营养物质之间的关系，防止肥料的渗漏和流失，提高红壤旱地保水保肥性能和肥料养分利用率，有效保护生态环境。

[0024] 3、本发明可以有效提高红壤旱地的土壤肥力，提升土地生产能力。这是因为，如上所述，土壤阳离子交换量的增加，土壤结构改善，土壤保水保肥能力的增强，土壤水、肥、气、热之间的协调，肥力自然会得到提高；其次，本发明中的风化煤、碳化谷壳和粉煤灰均含有大量有效养分，施入土壤后可以有效提高土壤中的养分含量；再次，本发明中的风化煤、碳化谷壳、粉煤灰、煤渣和PAM均为有机物料，施入土壤后可以显著增加土壤有机碳含量，增强土壤中微生物含量及其活动能力，提高微生物抵押氮磷硫等养分的比例和微生物周转养分的速率，间接提升土壤肥力。

[0025] 4、本发明制备的调理剂属碱性产品，pH值为8.67，可以调节南方旱地酸性土壤的pH值，中和游离酸，钝化土壤中的活性铝，解决南方旱地土壤的“酸、毒”问题。

附图说明

[0026] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0027] 图1所示为本发明所述的一种南方红壤旱地养分扩容调理剂的制备方法的流程图；

[0028] 图2所示为施土壤养分扩容调理剂与不施调理剂处理后的土壤剖面切片电镜扫描照片(SEM)；

具体实施方式

[0029] 下文将结合附图详细描述本发明的实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。

[0030] 实施例1

[0031] 步骤1：制备碳化谷壳

[0032] 将谷壳置于碳化炉内进行高温碳化，温度控制在500～600℃，碳化12h左右，碳化结束后，强制通风冷却至室温，得到碳化谷壳。

[0033] 步骤2：物料粉碎

[0034] 以土壤养分扩容调理剂的重量为重量百分比基准，按重量百分比取沸石30％，煤渣10％和碳化谷壳18％于粉碎机内进行粉碎；

[0035] 步骤3：物料混合

[0036] 将上述粉碎后的物料于搅拌机内，同时按重量配比加入粉煤灰12％、风化煤20％，充分混匀，得到混合物料；

[0037] 步骤4：造粒

[0038] 将上述混合物料于圆盘造粒机内进行造粒，同时加入膨润土5％，待母粒成型后加入聚丙烯酰胺5％。

[0039] 步骤5：烘干和筛分

[0040] 将上述成型的颗粒进行烘干和筛分，将大于5mm和小于1mm的颗粒返回粉粹机内粉碎后再造粒，2mm-5mm的颗粒计量、包装，即得目标产物。

[0041] 实施例2

[0042] 步骤1：制备碳化谷壳

[0043] 将谷壳置于碳化炉内进行高温碳化，温度控制在500～600℃，碳化8h左右，碳化结束后，强制通风冷却至室温，得到碳化谷壳。

[0044] 步骤2：物料粉碎

[0045] 以土壤养分扩容调理剂的重量为重量百分比基准，按重量份配比取沸石30％，煤渣10％和碳化谷壳27％于粉碎机内进行粉碎；

[0046] 步骤3：物料混合

[0047] 将上述粉碎后的物料于搅拌机内，同时加入风化煤20％，充分混匀，得到混合物料；

[0048] 步骤4：造粒

[0049] 将上述混合物料于圆盘造粒机内进行造粒，同时加入膨润土8％，待母粒成型后加入聚丙烯酰胺5％。

[0050] 步骤5：烘干和筛分

[0051] 将上述成型的颗粒进行烘干和筛分，将大于5mm和小于1mm的颗粒返回粉粹机内粉碎后再造粒，2mm-5mm的颗粒计量、包装，即得目标产物。

[0052] 实施例3

[0053] 步骤1：制备碳化谷壳

[0054] 将谷壳置于碳化炉内进行高温碳化，温度控制在500～600℃，碳化20h左右，碳化结束后，强制通风冷却至室温，得到碳化谷壳。

[0055] 步骤2：物料粉碎

[0056] 以土壤养分扩容调理剂的重量为重量百分比基准，按重量配比取沸石35％和煤渣10％于粉碎机内进行粉碎；

[0057] 步骤3：物料混合

[0058] 将上述粉碎后的物料于搅拌机内，同时加入风化煤23％和粉煤灰14％，充分混匀，得到混合物料；

[0059] 步骤4：造粒

[0060] 将上述混合物料于圆盘造粒机内进行造粒，同时加入膨润土10％，待母粒成型后加入聚丙烯酰胺8％。

[0061] 步骤5：烘干和筛分

[0062] 将上述成型的颗粒进行烘干和筛分，将大于5mm和小于1mm的颗粒返回粉粹机内粉碎后再造粒，2mm～5mm的颗粒计量、包装，即得目标产物。

[0063] 实施例4

[0064] 步骤1：制备碳化谷壳

[0065] 将谷壳置于碳化炉内进行高温碳化，温度控制在500～600℃，碳化12h左右，碳化结束后，强制通风冷却至室温，得到碳化谷壳。

[0066] 步骤2：物料粉碎

[0067] 以土壤养分扩容调理剂的重量为重量百分比基准，按重量配比取沸石32％，煤渣8％和碳化谷壳20％于粉碎机内进行粉碎；

[0068] 步骤3：物料混合

[0069] 将上述粉碎后的物料于搅拌机内，同时加入粉煤灰12％、风化煤20％，充分混匀，得到混合物料；

[0070] 步骤4：造粒

[0071] 将上述混合物料于圆盘造粒机内进行造粒，同时加入膨润土4％，待母粒成型后加入聚丙烯酰胺4％。

[0072] 步骤5：烘干和筛分

[0073] 将上述成型的颗粒进行烘干和筛分，将大于5mm和小于1mm的颗粒返回粉粹机内粉碎后再造粒，2mm～5mm的颗粒计量、包装，即得目标产物。

[0074] 实施例5

[0075] 步骤1：制备碳化谷壳

[0076] 将谷壳置于碳化炉内进行高温碳化，温度控制在500～600℃，碳化8h左右，碳化结束后，强制通风冷却至室温，得到碳化谷壳。

[0077] 步骤2：物料粉碎

[0078] 以土壤养分扩容调理剂的重量为重量百分比基准，按重量配比取沸石25％，煤渣10％和碳化谷壳14％于粉碎机内进行粉碎；

[0079] 步骤3：物料混合

[0080] 将上述粉碎后的物料于搅拌机内，同时加入粉煤灰16％、风化煤17％，充分混匀，得到混合物料；

[0081] 步骤4：造粒

[0082] 将上述混合物料于圆盘造粒机内进行造粒，同时加入膨润土10％，待母粒成型后加入聚丙烯酰胺8％。

[0083] 步骤5：烘干和筛分

[0084] 将上述成型的颗粒进行烘干和筛分，将大于5mm和小于1mm的颗粒返回粉粹机内粉碎后再造粒，2mm～5mm的颗粒计量、包装，即得目标产物。

[0085] 实施例6

[0086] 步骤1：制备碳化谷壳

[0087] 将谷壳置于碳化炉内进行高温碳化，温度控制在500～600℃，碳化20h左右，碳化结束后，强制通风冷却至室温，得到碳化谷壳。

[0088] 步骤2：物料粉碎

[0089] 以土壤养分扩容调理剂的重量为重量百分比基准，按重量配比取沸石26％，煤渣15％和碳化谷壳20％于粉碎机内进行粉碎；

[0090] 步骤3：物料混合

[0091] 将上述粉碎后的物料于搅拌机内，同时加入粉煤灰12％、风化煤19％，充分混匀，得到混合物料；

[0092] 步骤4：造粒

[0093] 将上述混合物料于圆盘造粒机内进行造粒，同时加入膨润土0％，待母粒成型后加入聚丙烯酰胺8％。

[0094] 步骤5：烘干和筛分

[0095] 将上述成型的颗粒进行烘干和筛分，将大于5mm和小于1mm的颗粒返回粉粹机内粉碎后再造粒，2mm～5mm的颗粒计量、包装，即得目标产物。

[0096] 对比试验

[0097] 以实施例1的土壤养分扩容调理剂作为样品，对本发明的南方旱地养分扩容调理剂在花生上进行了一系列的试验，取得了良好的应用效果。

[0098] 试验在江西省东乡县和余江县典型红壤丘陵区进行，设不施调理剂即当地农民习惯施肥(CK)、当地农民习惯施肥基础上增施50kg本发明土壤养分扩容调理剂(CK+T50)和当地农民习惯施肥基础上增施75kg本发明土壤养分扩容调理剂(CK+T75)三个处理，每个处理三次重复，共9个小区，随机区组排列，小区面积30m2。

[0099] (1)施用南方红壤旱地养分扩容调理剂对红壤微形态结构、容重和孔隙度的影响[0100] 采用电镜扫描(SEM)方法对改良材料处理后原状土壤剖面切片进行观察，结果由图2可见，对照处理(CK)的土壤剖面较致密、粘板和孔隙较少，在农民习惯施肥基础上增施50kg和75kg本发明土壤养分扩容调理剂处理后的土壤块状结构体明显钝化、致密性降低、孔隙增加，并且表现出用量越大，效果越明显的趋势。另外，由表1可见，与对照(CK)处理相比，在农民习惯施肥基础上增施50kg和75kg本发明土壤养分扩容调理剂处理的土壤容重分别显著降低3.06％和3.71％，空隙度分别增加了3.98％和5.88％。由此可见，本发明的土壤养分扩容调理剂可以显著增加土壤孔隙度，改良土壤结构。

[0101] (2)施用南方红壤旱地养分扩容调理剂对红壤pH值和土壤养分的影响[0102] 施用南方旱地养分扩容调理剂，对调节南方旱地酸性土壤的pH值有良好的作用。由表1可以看出，与对照(CK)相比，在农民习惯施肥基础上施用本发明土壤养分扩容调理剂
3+
50kg/亩和75kg/亩处理的红壤pH值分别上升了0.28和0.41个pH单位，土壤交换性Al 分别下降了24.32％和35.61％。由此说明，本发明的土壤养分扩容调理剂能有效中和土壤活性酸，钝化土壤中的活性铝，有效解决南方旱地土壤的“酸、毒”问题。

[0103] 与对照(CK)处理相比，在农民习惯施肥基础上增施50kg/亩和75kg/亩的本发明土壤养分扩容调理剂处理的土壤有机碳、全氮、速效磷和速效钾均显著增加，其中增施量大的处理的显著高于增施量小的处理，由此可见，施用本发明的土壤养分扩容调理剂可以明显提高土壤有机质、全氮、速效磷和速效钾等养分在土壤中的存留量，有效增强土壤对养分的吸附能力。

[0104] (3)施用南方红壤旱地养分扩容调理剂对红壤阳离子交换量和吸附特性的影响[0105] 土壤阳离子交换量(CEC)是土壤胶体所能吸附的各种阳离子的总量，阳离子交换量的大小，可作为评价土壤保肥能力的指标。由表1可见，CK+T50和CK+T75处理的CEC较CK处理分别显著提高了17.7％和22.5％，由此说明在农民习惯施肥基础上增施本发明土壤养分扩容调理剂可以显著提高土壤阳离子交换量，扩大土壤吸附养分的容量。

[0106] 表1施复合土壤改良剂处理条件下田间土壤养分含量和pH值

[0107]

[0108] 注：表中标记小写字母表示LSD多重比较结果，同列相同字母表示差异不显著(P<0.05)，以下出现字母的表格具有相同意义。

[0109] 对不施调理剂(对照)和施50kg和75kg本发明土壤养分扩容调理剂处理的耕层土样进行氮磷钾养分吸附特性分析，结果由表2可见，与对照(CK)相比，在农民习惯施肥基础上增施75kg/亩土壤养分扩容调理剂处理的土壤对氮、磷、钾的最大吸附量分别增加了66.7％、33.4％和614.5％；吸附亲合力常数分别提高了67.2％、14.7％和4％。由此可见，施用本发明的土壤养分扩容调理剂可以有效提高土壤对氮磷钾养分的最大吸附量和吸附亲合力常数，其中以吸附钾元素最大，氮其次，磷相对最小。

[0110] 表2施复合土壤改良剂处理条件下土壤对氮磷钾养分的吸附特性和吸附参数[0111]

[0112] 注：R2为相关系数，Xm为最大吸附量，K为吸附亲合力常数，MBC为最大缓冲容量，[0113] (4)施用南方红壤旱地土壤养分扩容调理剂对花生产量和产量构成指标的影响[0114] 在花生收获期进行现场测量，同时采集花生样品带回实验室考种。结果由表3可见，与不施调理剂处理(CK)相比，在农民习惯施肥基础上增施50kg/亩(CK+T50)和75kg/亩(CK+T75)土壤养分扩容调理剂处理的花生产量分别增加8.4％和10.9％。由花生产量构成分析可见，在农民习惯施肥基础上增施50kg/亩和75kg/亩土壤养分扩容调理剂处理的总果数、饱果数和百果重均有所增加，最终导致理论产量分别较CK处理提高12.3％和14.2％。由此可见，在农民习惯施肥基础上增施本发明土壤养分扩容调理剂可以显著提高红壤旱地花生产量。

[0115] 表3施复合土壤改良剂处理条件下花生产量构成与产量

[0116]

[0117] 显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。