一种凹凸棒石基盐碱性土壤调理剂及其制备方法

摘要

本发明公开了一种凹凸棒石基盐碱性土壤调理剂。所述凹凸棒石基盐碱性土壤调理剂包括以下重量份数的组分：改性凹凸棒石40~60份、微生物菌剂3~10份、酸化剂5~10份、风化煤10~15份、保水剂2~5份、土壤团粒结构促进剂2~5份；所述改性凹凸棒石为负载有螺吡喃和/或锰盐的凹凸棒石，将各所述组分混合均匀后，造粒。与现有技术相比，本发明的凹凸棒石基盐碱性土壤调理剂具有优异的综合性能，不仅能显著降低土壤碱化度，提升土壤pH缓冲率，还能显著改善土壤结构，提高雨水水分入渗速率，保蓄水份减少蒸发，增加土壤抗水蚀能力土壤肥力，提升农作物产量。

权利要求

1.一种凹凸棒石基盐碱性土壤调理剂，其特征在于：所述凹凸棒石基盐碱性土壤调理剂包括以下重量份数的组分：改性凹凸棒石40 60份、微生物菌剂3 10份、酸化剂5 10份、风化煤10 15份、保水剂2 5~ ~ ~ ~ ~份、土壤团粒结构促进剂2 5份；

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所述改性凹凸棒石为负载有螺吡喃的凹凸棒石，或者为负载有螺吡喃和锰盐的凹凸棒石。

2.根据权利要求1所述的凹凸棒石基盐碱性土壤调理剂，其特征在于：螺吡喃的负载量为凹凸棒石质量的1 10%，锰盐的负载量为凹凸棒石质量的5 10%。

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3.根据权利要求1或2所述的凹凸棒石基盐碱性土壤调理剂，其特征在于：所述锰盐选自硫酸锰铵、硫酸锰和碳酸锰。

4.根据权利要求1所述的凹凸棒石基盐碱性土壤调理剂，其特征在于：所述凹凸棒石基盐碱性土壤调理剂还含有：储热剂10 25份。

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5.根据权利要求4所述的凹凸棒石基盐碱性土壤调理剂，其特征在于：所述储热剂为油页岩半焦基生物质炭。

6.根据权利要求1所述的凹凸棒石基盐碱性土壤调理剂，其特征在于：所述微生物菌剂选自枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、胶冻样芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌和丝状真菌；

所述酸化剂为磷酸脲；

所述保水剂为聚丙烯酰胺；

所述土壤团粒结构促进剂为聚乙烯醇。

7.权利要求1‑6任一所述的凹凸棒石基盐碱性土壤调理剂的制备方法，包括：将各所述组分混合均匀后，造粒。

8.一种改性凹凸棒石，其特征在于：所述改性凹凸棒石为负载有螺吡喃的凹凸棒石，或者为负载有螺吡喃和锰盐的凹凸棒石。

9.根据权利要求8所述的改性凹凸棒石，其特征在于：螺吡喃的负载量为凹凸棒石质量的1 10%，锰盐的负载量为凹凸棒石质量的5 10%。

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10.根据权利要求8或9所述的改性凹凸棒石，其特征在于：所述锰盐选自硫酸锰铵、硫酸锰和碳酸锰。

11.权利要求8‑10任一所述的改性凹凸棒石用于修复盐碱性土壤的用途。

12.权利要求8‑10任一所述的改性凹凸棒石用于吸附钠离子的用途。

13.权利要求8‑10任一所述的改性凹凸棒石的制备方法，包括：将凹凸棒石与螺吡喃充分混合，或者将凹凸棒石与螺吡喃和锰盐充分混合，得到所述的改性凹凸棒石。

14.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于：采用连续式改性机进行混合。

15.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于：在改性之前，凹凸棒石先经酸活化，再经微波加热活化。

16.根据权利要求15所述的制备方法，其特征在于：酸活化的具体过程包括将凹凸棒石与磷酸混匀后静置24小时以上，磷酸用量为凹凸棒石的1 10wt%；微波加热活化的温度为~

160 200℃，时间为15 20分钟。

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说明书

一种凹凸棒石基盐碱性土壤调理剂及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于土壤修复领域，具体涉及一种凹凸棒石基盐碱性土壤调理剂。

背景技术

[0002] 土壤中含有过多的盐碱成分时，通常把这类土壤成为盐渍土、盐碱化土壤或者盐碱地。这种土壤中含有的大量可溶性盐类，一般情况下土壤中碱化层的碱化度超过5%就被认为是盐碱土，能够抑制作物正常的生长，土壤一旦盐碱化后，呈现“瘦”、“板”、“生”、“冷”四大特征，对作物非常有害。

[0003] 盐碱地土壤中通常含有八大离子，即CO32‑、HCO3‑、Cl‑、SO42‑、Ca2+、Mg2+、K+及Na+，形成了纯苏打、苏打、氯化物、硫酸盐‑氯化物、氯化物‑硫酸盐及硫酸盐六个类型。土壤含盐量超过0.3%时，农作物出现低产或者不能生长的情况。一般来讲，可溶性盐中，越容易溶于水的离子，对植物的细胞穿透能力越强，对作物的危害也就越重。几种常见的可溶性盐对作物危害的顺序是：碳酸钠>氯化镁>碳酸氢钠>氯化钙>氯化钠>硫酸镁>硫酸钠。土壤中可溶性盐类浓度过高，会造成植物中水分反向流失，产生生理脱水而萎蔫死亡，也就是生理干旱现象。土壤中大量的钠离子存在，使得土壤性质恶化，影响作物根部系统的呼吸和养分吸收，破坏作物的各种酶，影响新陈代谢，特别是对幼根系和幼芽有强烈的腐蚀作用。通常情况下，也会影响钙锰磷铁等营养元素。

[0004] 改性盐碱地的方法主要是化学改良法。中国专利CN201811305655.4公开了一种改良重度盐碱地组合物，该用于改良重度盐碱地组合物由有机质和固盐降碱剂组成，制备过程包括：(1‑1)固盐降碱剂的制备：固盐降碱剂是由棉花茎经活化、碳化及负载光催化剂而成；（1‑2）有机质的制备：有机质是由棉花植株的枝叶发酵而成；（1‑3）有机质与固盐降碱剂按照质量比5:1‑10:1混合。其通过有机质发生的光催化反应来捕获固定钠离子。该专利虽然制备了一种改良剂，但是光降解的方法不具有普适性，且有机质的发酵非常耗时，生产效率低下。

[0005] 中国专利CN201910199580.4公开了一种重度盐碱地改良剂，具体组分包括：微生物菌剂5 10份、有机肥70 80份、生物炭10 20份、脱盐剂5 10份。该专利使用效果报道中最~ ~ ~ ~终认为良好，但是缺少对土壤保温性，透气性，保水性等方面的数据，性能不够全面。

[0006] 中国专利CN202110709935.7中公开了一种盐碱地土壤改良剂，包括以下重量份的原料制备而成：生物活性炭30‑60份、腐植酸20‑40份、有机底料20‑50份、硅藻土10‑20份、活性酸5‑10份、微生物菌群3‑5份。该发明通过各原料相互配合，共同发挥作用，组成本发明高效土壤调理剂。化学防治和生物技术相结合的方式，可有效调节土壤理化性质的同时，改善并提升土壤生物微环境，以最终提升作物品质，增强抗病能力，提升产量，实现农业的高效可持续发展。同样，该产品涉及到的综合性能较少，特别是脱盐性能。

发明内容

[0007] 针对现有盐碱地土壤调理剂不足，本发明的目的在于提供一种综合性能优异的盐碱地土壤调理剂。

[0008] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

[0009] 一种凹凸棒石基盐碱性土壤调理剂，包括以下重量份数的组分：

[0010] 改性凹凸棒石40 60份、微生物菌剂3 10份、酸化剂5 10份、风化煤10 15份、保水~ ~ ~ ~剂2 5份、土壤团粒结构促进剂2 5份；
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[0011] 所述改性凹凸棒石为负载有螺吡喃和/或锰盐的凹凸棒石。

[0012] 优选地，螺吡喃的负载量为凹凸棒石质量的1 10%，锰盐的负载量为凹凸棒石质量~的5 10%。
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[0013] 优选地，所述改性凹凸棒石为负载有螺吡喃和锰盐的凹凸棒石。

[0014] 更优选地，所述锰盐选自硫酸锰铵、硫酸锰和碳酸锰。

[0015] 优选地，所述凹凸棒石基盐碱性土壤调理剂还含有：储热剂10 25份。~

[0016] 优选地，所述储热剂为油页岩半焦基生物质炭。

[0017] 优选地，所述微生物菌剂选自枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、胶冻样芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌和丝状真菌。

[0018] 优选地，所述酸化剂为磷酸脲。

[0019] 优选地，所述储热剂为油页岩半焦基生物质炭。

[0020] 优选地，所述保水剂为聚丙烯酰胺。

[0021] 优选地，所述土壤团粒结构促进剂为聚乙烯醇，主要功能是提高土壤的大颗粒含量，有利于雨水迅速吸收和土壤透气性。

[0022] 上述凹凸棒石基盐碱性土壤调理剂的制备方法，包括：将各所述组分混合均匀后，造粒。

[0023] 优选地，所述凹凸棒石基盐碱性土壤调理剂的粒度可控制在3 5mm。~

[0024] 一种改性凹凸棒石，其特点在于：所述改性凹凸棒石为负载有螺吡喃和/或锰盐的凹凸棒石。

[0025] 优选地，螺吡喃的负载量为凹凸棒石质量的1 10%，锰盐的负载量为凹凸棒石质量~的5 10%。
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[0026] 优选地，所述锰盐选自硫酸锰铵、硫酸锰和碳酸锰。

[0027] 上述改性凹凸棒石用于调理盐碱性土壤的用途。

[0028] 上述改性凹凸棒石用于吸附钠离子的用途。

[0029] 上述改性凹凸棒石的制备方法，包括：将凹凸棒石与螺吡喃和/或锰盐充分混合，得到所述的改性凹凸棒石。

[0030] 优选地，采用连续式改性机进行混合。

[0031] 优选地，在改性之前，凹凸棒石先经酸活化，再经微波加热活化。

[0032] 更优选地，酸活化的具体过程包括将凹凸棒石与磷酸混匀后静置24小时以上，磷酸用量为凹凸棒石的1 10wt%；微波加热活化的温度为160 200℃，时间为15 20分钟。~ ~ ~

[0033] 与现有技术相比，本发明的凹凸棒石基盐碱性土壤调理剂具有以下优点：

[0034] （1）改善了土壤结构，增加饱和导水率，提高了雨水水分入渗速率；

[0035] （2）提高了土壤的保水率，能够保蓄水份，减少蒸发；

[0036] （3）增加了土壤的抗水蚀能力；

[0037] （4）提高土壤的pH缓冲率；

[0038] （5）脱盐性能优异，显著改善土壤盐碱化度；

[0039] （6）增加土壤肥力，提高农作物产量。

具体实施方式

[0040] 以下结合实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明。

[0041] 1. 微生物菌剂的主要作用是活化土壤，提高土壤肥力。本发明实施例所用的微生物菌剂为市售产品（亿苗牌，河南省亿苗生物科技有限公司），根据产品说明书，其主要成分为枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、胶冻样芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、丝状真菌等复配。

[0042] 2. 凹凸棒石良好的保水蓄水能力，能够增加土壤湿度，减缓蒸发量；凹凸棒石中含有的多种微量元素，能为植物生长提供营养物质；凹凸棒石能够提高土壤的抗水蚀能力；凹凸棒石的强吸附性能能够提高土壤的pH缓冲率。

[0043] 用锰盐/或螺吡喃改性凹凸棒石是本发明的关键技术之一，利用凹凸棒石巨大的比表面积，负载锰元素和/或螺吡喃，改性后，能显著提高凹凸棒石对钠离子的吸附量，增强脱盐能力。

[0044] 锰元素可由锰盐提供，可例举地如硫酸锰铵、硫酸锰和碳酸锰。较优地选用还可为植物生长提供氮元素的硫酸锰铵。

[0045] 在用锰盐和/或螺吡喃进行改性之前，对凹凸棒石进行活化以增大凹凸棒石的比表面积，提高凹凸棒石与锰盐和螺吡喃的复合能力。

[0046] 3. 酸化剂的主要作用是增加土壤中的氢离子，降低土壤pH值，增加钙镁等碳酸盐及氢氧化物沉淀的溶解，增加其有效性。选用磷酸脲作为酸化剂，不仅可以降低土壤pH值，还可提供植物所需要磷元素和氮元素。

[0047] 4. 盐碱性土壤调理剂中添加储热剂是本发明的另一关键技术，使用储热剂的目的是提高土壤的热相变性能，减少温差，提高土壤温度，为植物根部的保温提供有利因素。本发明实施例采用市售油页岩半焦基生物质炭（3Y‑BJ，窑街煤电集团有限公司）作为储热剂，粒度为50目 80目，该产品还具有增加土壤透气性的作用。
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[0048] 5. 风化煤：因风化煤中含有大量的腐殖酸和多种含氧活性功能基团，因此可以提高土壤的通水透气性，保水性，调节土壤酸碱性，提高土壤养分有效性，减少土壤水分蒸发。

[0049] 6. 保水剂的主要作用是疏松土壤，改善土壤物理性状，提高保水性。本发明实施例的保水剂采用市售聚丙烯酰胺，其同时还是一种良好的肥料缓释剂。

[0050] 7. 土壤团粒结构促进剂的主要作用是提高土壤的大颗粒比率，改善土壤物理性状，有利于雨水迅速吸收和土壤透气性。本发明实施例的土壤团粒结构促进剂采用市售聚乙烯醇。

[0051] 实施例1

[0052] 改性凹凸棒石的制备：

[0053] （1）活化：将凹凸棒石原矿（ATP‑0）晾晒后粉碎至80目以上，添加5%质量分数的磷酸，搅拌均匀后静置24小时；将磷酸处理的凹凸棒石通过微波活化炉在160 200摄氏度下活~化15分钟 20分钟，得到活化的凹凸棒石（ATP‑1）。
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[0054] （2）改性：将硫酸锰铵、螺吡喃按照一定比例（硫酸锰铵/凹凸棒石用量比为5wt%，螺吡喃/凹凸棒石用量比为5wt%）加入经过活化处理的凹凸棒石（ATP‑1）中，并通过连续式改性机进行充分复合，得到负载有锰元素和螺吡喃的改性凹凸棒石（ATP‑H）。

[0055] 实施例2

[0056] 改性凹凸棒石的制备：

[0057] 制备过程及条件同实施例1，区别只在于，改性时只添加硫酸锰铵（硫酸锰铵/凹凸棒石用量比为10wt%），制备成只负载有锰元素的改性凹凸棒石（ATP‑2）。

[0058] 实施例3

[0059] 改性凹凸棒石的制备：

[0060] 制备过程及条件同实施例1，区别只在于，改性时只添加螺吡喃（螺吡喃/凹凸棒石用量比为10wt%），制备成只负载有螺吡喃的改性凹凸棒石（ATP‑3）。

[0061] 实施例4

[0062] 按重量计，将微生物菌剂3份、改性凹凸棒石（ATP‑H）60份、磷酸脲5份、油页岩半焦基生物质炭10份、风化煤15份、聚丙烯酰胺2份和聚乙烯醇5份混合均匀，然后利用挤压式造粒机造粒即得凹凸棒石基盐碱性土壤调理剂，造粒粒径控制在3 5 mm。~

[0063] 实施例5

[0064] 按重量计，将微生物菌剂10份、改性凹凸棒石（ATP‑H）50份、磷酸脲10份、油页岩半焦基生物质炭15份、风化煤10份、聚丙烯酰胺2份和聚乙烯醇2份混合均匀，然后利用挤压式造粒机造粒即得凹凸棒石基盐碱性土壤调理剂。

[0065] 实施例6

[0066] 按重量计，将微生物菌剂5份、改性凹凸棒石（ATP‑H）40份、磷酸脲8份、油页岩半焦基生物质炭25份、风化煤12份、聚丙烯酰胺5份和聚乙烯醇5份混合均匀，然后利用挤压式造粒机造粒即得凹凸棒石基盐碱性土壤调理剂。

[0067] 对比例1

[0068] 按重量计，将微生物菌剂3份、凹凸棒石（ATP‑0）60份、磷酸脲5份、油页岩半焦基生物质炭10份、风化煤15份、聚丙烯酰胺2份和聚乙烯醇5份混合均匀，然后利用挤压式造粒机造粒即得凹凸棒石基盐碱性土壤调理剂对照样。

[0069] 对比例2

[0070] 按重量计，将微生物菌剂3份、活化的凹凸棒石（ATP‑1）60份、磷酸脲5份、油页岩半焦基生物质炭10份、风化煤15份、聚丙烯酰胺2份和聚乙烯醇5份混合均匀，然后利用挤压式造粒机造粒即得凹凸棒石基盐碱性土壤调理剂。

[0071] 实施例7

[0072] 按重量计，将微生物菌剂3份、改性凹凸棒石（ATP‑2）60份、磷酸脲5份、油页岩半焦基生物质炭10份、风化煤15份、聚丙烯酰胺2份和聚乙烯醇5份混合均匀，然后利用挤压式造粒机造粒即得凹凸棒石基盐碱性土壤调理剂。

[0073] 实施例8

[0074] 按重量计，将微生物菌剂3份、改性凹凸棒石（ATP‑3）60份、磷酸脲5份、油页岩半焦基生物质炭10份、风化煤15份、聚丙烯酰胺2份和聚乙烯醇5份混合均匀，然后利用挤压式造粒机造粒即得凹凸棒石基盐碱性土壤调理剂。

[0075] 实施例9

[0076] 按重量计，将微生物菌剂3份、改性凹凸棒石（ATP‑H）60份、磷酸脲5份、风化煤15份、聚丙烯酰胺2份和聚乙烯醇5份混合均匀，然后利用挤压式造粒机造粒即得凹凸棒石基盐碱性土壤调理剂。

[0077] 实施例10

[0078] 凹凸棒石基盐碱性土壤调理剂的性能测试：实验所用盐碱土取自甘肃白银，土壤取回实验室后，利用本发明实施例4‑9及对比例1‑2的土壤调理剂进行了调理改性，土壤调理剂用量为盐碱土量的15wt%，测试调理前后土壤的理化性能，未添加土壤调理剂的原盐碱土为空白样。

[0079] 1. 土壤物理性质测定：容重、孔隙度、通气孔隙度、水稳性大团聚体、保温性、透水速率（以透水时间比较）、蓄水能力及保水性，测试数据见表1。

[0080] （1）土壤容重及孔隙度：采用环刀法测定容重，结合土壤饱和含水量和田间持水量测定，分别计算土壤总孔隙度和通气孔隙度。

[0081] （2）水稳性大团聚体：采用土壤团聚体分析仪进行测定，计测粒径>0.25mm的水稳性团聚体含量。

[0082] （3）保温性：通过在土壤中预埋温度传感器测试，外界温度从45摄氏度缓慢降低至‑15摄氏度时，土壤设置20厘米厚，表面至内部点10厘米处的温度变化范围。

[0083] （4）透水时间测试：自制实验方法，使用聚丙烯板制备一个1平方米的夹层容器，土壤厚度设置为15厘米，同条件下轻微振荡后使土壤夯实，静置24小时后模拟20 mm降雨量条件进行测试，记录最先容器底部透水时间，相对比较透水能力，透水时间越短，透水能力越强，表示对雨水的利用率越高。

[0084] （5）蓄水能力：在测试透水时间阶段，让土壤饱和吸附水后，静置，以容器底部不再有水滴低落为准，整体称取容器及土壤的质量，减去未喷水之前的质量，得到质量增加百分比，通过该数据比较土壤蓄水能力。

[0085] （6）保水性：在测试透水时间阶段，让土壤饱和吸附水后，静置，以容器底部不再有3
水滴低落为准，取饱和吸水的土壤1cm，在45摄氏度下干燥至恒重的时间比较。

[0086]

[0087] 由表1可以看出：

[0088] （1）与调理前的原盐碱土空白样品相比，采用实施例4‑9的调理剂调理后，土壤的容重、孔隙度、通气孔隙度、水稳性大团聚体、保温性、透水速率、蓄水能力及保水性均得到显著改善。

[0089] （2）与未添加油页岩半焦基生物质炭的实施例9，在实施例4的调理剂中添加油页岩半焦基生物质炭，不仅能改善土壤的保温性能，而且还能改善土壤的透气性能。

[0090] 2. 土壤化学性质，测试数据见表2。

[0091] （1）土壤pH值：用pH计测定，所用的纯水提前煮沸以去除二氧化碳，水土比按国际土壤学会的推荐标准。

[0092] （2）土壤pNa值：用pNa计测定。土壤的pNa值与土壤碱化度（ESP）呈极显著负相关，两者为幂函数关系，pNa值愈大碱化度愈小。

[0093] （3）土壤有机质：采用重铭酸钾氧化外加热法测定。具体方法参照鲍士旦《土壤农化分析》第三版。

[0094] （4）土壤酶活性测定：土壤脲酶、蛋白酶的测定参照关松荫编著的《土壤酶及其研究法》中有关土壤酶的常规测定方法。

[0095]

[0096] 由表2可以看出：

[0097] （1）与调理前的原盐碱土空白样品相比，采用实施例4‑9的调理剂调理后，土壤的pH、pNa，以及有机质、脲酶和蛋白酶含量均得到显著改善。

[0098] （2）由实施例4‑8与实施例9的对比结果可以看出，在调理剂中添加储热剂，提高土壤保温性，减少土壤温差，非常有利于增加土壤的有机质、脲酶和蛋白酶含量。

[0099] （3）与凹凸棒石原矿（对比例1）或仅经活化处理的凹凸棒石（对比例2）相比，添加实施例4、7、8经锰盐和/或螺吡喃改性的凹凸棒石能显著降低土壤的钠离子浓度，脱盐效果得到显著提升。

[0100] （4）与锰盐改性的凹凸棒石（实施例7）相比，螺吡喃改性的凹凸棒石（实施例8）具有更优的降低土壤钠离子浓度的能力，锰盐和螺吡喃复合改性的凹凸棒石（实施例4）降低土壤钠离子浓度的能力最强，表明锰盐和螺吡喃对于改善凹凸棒石对钠离子的吸附效果具有协同增效的作用。

[0101] 实施例11

[0102] 种植实验

[0103] 实验所用盐碱土同实施例10。将25 kg原盐碱土壤分别与3.75 kg本发明的土壤调理剂混匀，每组混合土壤样品平均装入5个试验盆中，浇水后，在每个盆中种入4颗生菜种子，最后计算20颗菜的平均值；另设5盆原盐碱土的空白对照组。各组随机排列，3个月后全部收获并测定株高、鲜重及可溶性糖含量，将各组数据分别与空白对照组进行对比。测试数据见表3。

[0104]

[0105] 由表3可以看出：

[0106] （1）与调理前的原盐碱土空白样品相比，采用实施例4‑9的调理剂调理后，生菜的生长状况得到显著改善。

[0107] （2）与改性前凹凸棒石（对比例1‑2）相比，改性后的凹凸棒石（实施例4、7、8）能显著改善生菜的生长状况。

[0108] （3）与未添加储热剂的调理剂（实施例9）相比，添加储热剂（实施例4）可显著改善生菜的生长状况。

[0109] 最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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。