一种以秸秆为原料的酸性土壤调理剂及其制备方法与应用

摘要

本发明涉及一种以秸秆为原料的酸性土壤调理剂及其制备方法与应用，所述方法包括将秸秆粉与凹凸棒土混合后加入碱液中加热处理一定时间，固液分离后将固体部分干燥，液体部分加入盐酸使木质素沉淀，再经固液分离将固体部分干燥；将上述两种固体产物与钙镁磷肥、炼铁炉渣按比例混合均匀，即得。所得土壤调理剂呈碱性，有机成分高，具有高比表面积、高吸附性能，还含有多种作物所需的营养元素，可调节土壤pH，吸附钝化重金属增加土壤有机质，促进土壤团粒结构形成，增强土壤的通透性，促进植物生长，降低施用土壤调理剂造成土壤板结的风险。

权利要求

1.一种以秸秆为原料的酸性土壤调理剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将秸秆粉与凹凸棒土按重量比例20～80：5～40混合后加入碱液中，加热处理一定时间；

所述秸秆粉与凹凸棒土的总重量与所述碱液重量的比例为0.1～20:100；所述碱液为强碱与生石灰的水溶液，其中强碱的质量分数为0.5％～5％，生石灰的质量分数为0.1％～

3％，所述强碱为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或两种；

2)将步骤1)所得混合物固液分离，将固体部分干燥至含水量≤30％，得固体产物I；将液体部分用盐酸调节pH至中性，并使木质素沉淀，固液分离后将固体部分干燥至含水量≤

30％，得固体产物II；

3)将步骤2)制得的固体产物I和固体产物II与钙镁磷肥、炼铁炉渣按比例混合均匀，即得；其中所述固体产物I和固体产物II的总重量与钙镁磷肥、炼铁炉渣的重量比例为50～

80：5～20：10～30。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述加热处理温度为80～121℃，处理时间为5～60min。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述加热处理温度为100℃，处理时间为10～50min。

4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述秸秆粉与凹凸棒土重量比例为40～70:10～20；所述秸秆粉与凹凸棒土的总重量与所述碱液重量的比例为8～10:100。

5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述的碱液为氢氧化钠与生石灰的水溶液，其中，氢氧化钠的质量分数为1.5％～2％，生石灰的质量分数为0.5％～1％。

6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述固体产物I和固体产物II的总重量与钙镁磷肥、炼铁炉渣的重量比例为60～70：10～15：20～25。

7.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述凹凸棒土中SiO2的含量≥

55％；和/或，所述钙镁磷肥为农业级，其中P205的含量≥15％；和/或，所述炼铁炉渣中有效硅含量≥20％。

8.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述秸秆粉粒径为10～120目；和/或，所述凹凸棒土粒径≤0.08mm。

9.权利要求1～8任一项所述方法制得的土壤调理剂。

10.权利要求9所述土壤调理剂在调节酸性化土壤中的应用。

11.根据权利要求10所述的应用，其特征在于，所述酸性化土壤的pH为4.5～6.0。

12.根据权利要求10或11所述的应用，其特征在于，所述土壤调理剂的施用量为100～

200kg/亩。

13.根据权利要求12所述的应用，其特征在于，所述土壤调理剂的施用量为150kg/亩。

说明书

一种以秸秆为原料的酸性土壤调理剂及其制备方法与应用

技术领域

[0001] 本发明涉及农业环境保育与修复技术领域，具体涉及一种以秸秆为原料的酸性土壤调理剂及其制备方法与应用。

背景技术

[0002] 中国农作物秸秆年产量约为7亿t左右，列世界之首。全国很多地区都有大量的秸秆剩余量可以加以利用。除了造纸、作饲料或饲料原料、造肥还田等，每年有大量秸秆被直接焚烧，污染又浪费。随着国家禁止露天焚烧秸秆政策的实施，大量秸秆亟待处理，应大力发展新的技术手段，资源化利用秸秆。

[0003] 现阶段我国通过不同形式的还田的秸秆超过1亿吨，主要是秸秆覆盖还田、秸秆粉碎还田、秸秆堆肥还田和秸秆过腹还田，其中，前两种还田方式属于直接还田，但直接还田容易引发作物病虫害，且腐熟速度缓慢；后两种还田方式属于间接还田，但处理速度慢，难以在短时间内处理大量秸秆用于还田。当前，国内有用化学方法预处理秸秆后，用于生物乙醇的生产，但因成本高于粮食乙醇而不能大规模推广。

[0004] 在植物体纤维素的晶型构架之间充满了半纤维素和具有三维网状结构的木质素大分子，它们将纤维素包裹在内，妨碍了微生物菌群对纤维素的降解。通过预处理一方面可以打破木质素和半纤维素对纤维素的束缚，另一方面能够降低纤维素大分子本身的结晶度，提高纤维素降解酶系对纤维素底物的可及性。通过稀碱高温处理秸秆后，秸秆结构被改变，易被腐熟，无有害生物，呈高碱性，且处理成本低，处理速度快，环保无污染，与其他材料组合，可作为一种良好的土壤调理剂。

发明内容

[0005] 为实现农业废弃物秸秆的综合利用，解决现有土壤调理剂难以广泛使用问题，本发明提供一种以秸秆为原料的酸性土壤调理剂及其制备方法，实现环保、无污染，低成本地改善土质。

[0006] 本发明通过下列技术方案实现：

[0007] 一种以秸秆为原料的酸性土壤调理剂的制备方法，包括以下步骤：

[0008] 1)将秸秆粉与凹凸棒土按重量比例20～80：5～40混合后加入碱液中，加热处理一定时间；

[0009] 2)将步骤1)所得混合物固液分离，将固体部分干燥至含水量≤30％，得固体产物I；将液体部分用盐酸调节pH至中性，并使木质素沉淀，固液分离后将固体部分干燥至含水量≤30％，得固体产物II(主要成分为木质素)；

[0010] 3)将步骤2)制得的固体产物I和固体产物II与钙镁磷肥、炼铁炉渣按比例混合均匀，即得所述酸性土壤调理剂。

[0011] 优选地，所述的秸秆为水稻秸秆、小麦秸秆、油菜秸秆、玉米秸秆、大豆秸秆等农业废弃资源中的一种或几种。

[0012] 优选地，所述秸秆粉粒径为10～120目。

[0013] 优选地，所述秸秆粉与凹凸棒土重量比例为40～70:10～20。

[0014] 优选地，所述秸秆粉与凹凸棒土的总重量与所述碱液重量的比例为0.1～20：100；优选为8～10：100。

[0015] 优选地，所述碱液为强碱与生石灰的水溶液，其中强碱的质量分数为0.5％～5％，生石灰的质量分数为0.1％～3％；所述强碱优选为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或两种。

[0016] 进一步优选地，所述碱液为氢氧化钠与生石灰的水溶液，其中，氢氧化钠的质量分数为1.5％～2％，生石灰的质量分数为0.5％～1％。

[0017] 优选地，所述加热处理温度为80～121℃，处理时间为5～60min；进一步优选地，所述加热处理温度为100℃，处理时间为10～50min。

[0018] 优选地，所述固体产物I和固体产物II的总重量与钙镁磷肥、炼铁炉渣的重量比例为50～80：5～20：10～30；进一步优选为60～70：10～15：20～25。

[0019] 优选地，所述凹凸棒土中SiO2的含量≥55％。

[0020] 优选地，所述凹凸棒土粒径≤0.08mm。

[0021] 优选地，所述钙镁磷肥为农业级，其中P205的含量≥15％。

[0022] 优选地，所述炼铁炉渣中有效硅含量≥20％。

[0023] 本发明还包括上述方法制备的以秸秆为原料的酸性土壤调理剂。

[0024] 本发明还包括上述以秸秆为原料的酸性土壤调理剂在调节酸性化土壤尤其是酸性化稻田土和旱土中的应用。

[0025] 优选地，所述酸性化土壤的pH为4.5～6.0。

[0026] 优选地，上述以秸秆为原料的酸性土壤调理剂的施用量为100～200kg/亩，进一步优选为150kg/亩。

[0027] 本发明土壤调理剂呈碱性，有机成分高，具有高比表面积、高吸附性能，还含有多种作物所需的营养元素，可调节土壤pH，吸附钝化重金属增加土壤有机质，促进土壤团粒结构形成，增强土壤的通透性，促进植物生长，降低施用土壤调理剂造成土壤板结的风险。

[0028] 本发明中的秸秆经过碱液加热处理，将大部分木质素从秸秆中分离，使秸秆结构遭到破坏，使秸秆中的纤维素更容易被环境中的微生物分解。本发明中的凹凸棒土经过稀碱液加热改性处理，使其内部结构变得疏松多孔，增加比表面积，且碱液中的金属离子与凹凸棒土层间的Fe3+、Mg2+、Na+以及其他微小粒子发生离子交换，造成凹凸棒土结构电荷不平衡，增强凹凸棒土的吸附活性，大大增强其对重金属的吸附能力。另外，木质素与炼铁炉渣对重金属也有一定的吸附能力。碱处理的秸秆与钙镁磷肥都呈碱性，还有钙镁磷肥中的磷酸根都可以沉淀铅、镉等重金属离子。秸秆与炼铁炉渣中的有效硅可有效降低植物对重金属的吸收。

[0029] 本发明可以实现如下有益的效果：

[0030] (1)提高土壤pH值

[0031] 本发明中的碱处理秸秆、钙镁磷肥均为碱性物质且含有多种营养元素，如钙、镁、硅等，可以提高碱置换容量，从而使土壤pH值升高。

[0032] (2)吸附钝化重金属

[0033] 本发明中的碱性物质通过碱性矿物质可中和土壤中的游离酸，置换出铝硅酸上的氢离子，并通过补充活性硅增加土壤对阳离子的吸附；再通过提高土壤pH值促进阴离子与重金属的共沉淀，降低重金属的生物有效性。另外炼铁炉渣与凹凸棒土具有较大的离子交换能力，能吸附土壤中的重金属如Pb、Ni、As、Sb、Cd等，降低其生物有效性。

[0034] (3)增加土壤有机质，改善土壤结构，促进植物生长。

[0035] 本发明中秸秆占较大比例，施入本发明土壤调理剂能够明显提高土壤有机质含量；凹凸棒土及秸秆在干旱条件下使耕层土壤田间持水量增加，提高土壤的保水能力，且其为多孔的物质，施入该物质后土壤的通气性、透水性、保肥性较好；另外，本发明中含有植物所需的N、P、K、Ca、Mg等多种营养元素，可促进植物生长。

具体实施方式

[0036] 以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。

[0037] 实施例1以秸秆为原料的酸性土壤调理剂

[0038] (1)将秸秆原料粉碎至16目，得秸秆粉；

[0039] (2)将秸秆粉与凹凸棒土按重量比50：20比例混合；

[0040] (3)将上述混合物加入含氢氧化钠1.5％、生石灰0.5％的碱液中，固液比10：100，加热至沸腾，保持30min；

[0041] (4)固液分离，将固体部分干燥至含水量≤30％；

[0042] (5)向上述液体部分加入适量盐酸调节pH至中性，并使木质素沉淀，固液分离后将固体部分干燥至含水量≤30％；

[0043] (6)将上述干燥后的两种固体产物与钙镁磷肥、炼铁炉渣按70：10：20的比例混合均匀，即得土壤调理剂。

[0044] 实施例2以秸秆为原料的酸性土壤调理剂

[0045] (1)将秸秆原料粉碎至16目，得秸秆粉；

[0046] (2)将秸秆粉与凹凸棒土按重量比60：20比例混合；

[0047] (3)将上述混合物加入含氢氧化钠1.5％、生石灰0.5％的碱液中，固液比10：100，加热至沸腾，保持30min；

[0048] (4)固液分离，将固体部分干燥至含水量≤30％；

[0049] (5)向上述液体部分加入适量盐酸调节pH至中性，并使木质素沉淀，固液分离后将固体部分干燥至含水量≤30％；

[0050] (6)将上述干燥后的两种固体产物与钙镁磷肥、炼铁炉渣按80：10：10的比例混合均匀，即得土壤调理剂。

[0051] 实施例3以秸秆为原料的酸性土壤调理剂

[0052] (1)将秸秆原料粉碎至16目，得秸秆粉；

[0053] (2)将秸秆粉与凹凸棒土按重量比40：20比例混合；

[0054] (3)将上述混合物加入含氢氧化钠1.5％、生石灰0.5％的碱液中，固液比10：100，加热至沸腾，保持35min；

[0055] (4)固液分离，将固体部分干燥至含水量≤30％；

[0056] (5)向上述液体部分加入适量盐酸调节pH至中性，并使木质素沉淀，固液分离后将固体部分干燥至含水量≤30％；

[0057] (6)将上述干燥后的两种固体产物与钙镁磷肥、炼铁炉渣按60：15：25的比例混合均匀，即得土壤调理剂。

[0058] 实施例4以秸秆为原料的酸性土壤调理剂

[0059] (1)将秸秆原料粉碎至16目，得秸秆粉；

[0060] (2)将秸秆粉与凹凸棒土按重量比70：10比例混合；

[0061] (3)将上述混合物加入含氢氧化钠2％、生石灰1％的溶液中，固液比8：100，加热至沸腾，保持35min；

[0062] (4)固液分离，将固体部分干燥至含水量≤30％；

[0063] (5)向上述液体部分加入适量盐酸调节pH至中性，并使木质素沉淀，固液分离后将固体部分干燥至含水量≤30％；

[0064] (6)将上述干燥后的两种固体产物与钙镁磷肥、炼铁炉渣按80：5：15的比例混合均匀，即得土壤调理剂。

[0065] 实验例本发明酸性土壤调理剂的应用效果实验

[0066] 取实施例1、3提供的酸性土壤调理剂进行试验。

[0067] 1、试验地点：湖南省浏阳市镇头镇。

[0068] 2、试验时间：2015年6月～2015年10月。

[0069] 3、田间试验设计：选取大小相近，水系互不影响的田块进行试验。试验设6个处理，分别为：(1)对照处理1：未污染稻田，不作处理措施；；(2)对照处理2：污染稻田，不作处理措施；(3)试验处理1：污染稻田，于水稻插秧前10天施用土壤调理剂50kg/亩；(4)试验处理2：污染稻田，于水稻插秧前10天施用土壤调理剂100kg/亩；(5)试验处理3：污染稻田，于水稻插秧前10天施用土壤调理剂150kg/亩。(6)试验处理4：污染稻田，于水稻插秧前10天施用土壤调理剂200kg/亩。各处理按当地水稻种植正常耕作管理。水稻收获后，测定水稻产量、土壤pH、土壤有效镉含量、大米镉含量。

[0070] 4、试验结果：

[0071] 取实施例1、3提供的酸性土壤调理剂进行试验，结果分别见表1、表2。

[0072] 表1实施例1土壤调理剂对土壤及水稻的改良效果

[0073]

[0074] 表2实施例3土壤调理剂对土壤及水稻的改良效果

[0075]

[0076]

[0077] 由表1、表2所示的实验结果可知，本发明提供的酸性土壤调理剂可以有效地提高土壤pH值，同时降低土壤中有效镉含量与收获的作物大米中的镉含量，并有效地提高了种植的作物水稻的亩产量。另外，通过本实验还可知，以每亩酸性土壤中添加100～200kg本发明所述的酸性调理剂为宜；优选地，每亩酸性土壤中添加150kg所述酸性土壤调理剂。

[0078] 采用其他实施例制备的酸性土壤调理剂同法进行上述实验，取得了与实施例1或实施例3相似的作用效果。

[0079] 虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。