一种酸化土壤复合改良剂及其制备方法和应用与流程

本发明属于土壤改良，具体涉及一种酸化土壤复合改良剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、农业生产需要土壤提供作物生长的营养物质和生存环境。土壤作为一个复杂的生态系统，多年来因不合理的化肥农药的使用，使得土壤酸化、板结、微生物数量下降、有机质含量下降、土传病害日益严重等，从而对农作物的健康生长产生不利影响。其中土壤酸化加速了土壤酸度的提高、造成大量营养元素有效性的下降，土壤供肥保肥的能力降低，严重影响作物的产量及品质。酸性土壤在我国表现出强度高、面积大、分布广等特性，就目前来看还是以分布在长江以南热带、亚热带两大地区为主。大部分酸性地区土壤ph值范围在4.5-5.5之间，属于强酸段，而酸化更为严重的地区ph值甚至小于4.5。

2、土壤的酸化不是在朝夕间形成的，是多种自然以及人为因素综合作用的结果。其中任何一种因素发生改变，势必都会引起酸化程度的加深。土壤中酸性值一旦增加，盐基离子就会减少，土壤自身的平衡会遭到破坏，当遭遇大雨的冲洗，盐基离子被冲刷后会被溶解，从而流失严重。导致盐基离子不能与交换性离子正常交换，土壤里面的h+数量会相对减少，不能与土壤中的铝化合物发生反应。长此以往，土壤中的交换酸会大量积聚，致使土壤中盐基饱和度下降，土壤酸化程度加重。

3、目前，常规的减少土壤酸度提高土壤ph的方式是向土壤中施用碱性材料，如碳酸钙、生石灰、熟石灰等，以提供弱酸物质的共轭碱，来中和土壤中h+并形成弱酸的阴离子，减少土壤的酸度。但在实际使用中，需大量的碱性材料施用并与土壤充分的混合后才能起到较好的效果，如把ph为5.0的沙壤土提高到ph为6.0需要在一亩土地上，持续投入1吨的碳酸钙2年以上并充分混合，同时常规传统的改良方法污染大，对身体有危害，效果单一，并且成本太高。中国专利申请号为201910344987.1公开了一种茶园酸性土壤调理剂及其制备方法和应用，其原料组份按重量份数计包括：腐熟猪粪5-6份，生物炭2-5份，水葫芦干粉2-5份，聚丙烯酰胺0-0.5份，白云石粉0-0.5份。通过将腐熟猪粪、水葫芦、生物炭干燥、粉碎、混合后加入聚丙烯酰胺、白云石粉，得到土壤调理剂。将所述土壤调理剂按土壤质量为100份计加入上述比例的原料，并与0-50份尿素同时施用。该发明提供的茶园土壤调理剂，可以有效提高茶园土壤ph值，改善土壤的理化性状，提高茶叶产量与品质，减少茶叶生长中的病虫害。生物炭的加入，提高了土壤的保水保肥能力，促进土壤微生物活性。该发明提供的茶园土壤调理剂，利用原料来源广泛，成本低，制备方法简单，对土壤无污染。但该专利提供的土壤调理剂在茶园酸性土壤中的效果还有待提高，同时其是否适用于其它酸性土壤，还有待进一步验证。中国专利申请号为201810360650.5公开了一种酸化土壤改良剂，包括以下重量份的原料：豆粕10-20份、腐植酸15-30份、粪肥8-15份、农作物秸秆5-17份、玉米粉3-10份、聚丙烯酰胺3-5份、麦麸3-8份、菜籽饼5-25份、膨润土10-30份、草木灰8-25份、生物菌剂1.3-2.3份、菇渣3-9份、制茶废料3-15份。但随着土壤酸化问题的日益突出，该酸化土壤改良剂仍无法满足使用需求。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种酸化土壤复合改良剂及其制备方法和应用，该复合改良剂通过将有机-无机-微生物进行复合，对酸化土壤改良效果明显，大大提高了酸性土壤的改良效率，同时增加土壤中有机质的含量，并且具有良好的缓冲能力和长效性。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种酸化土壤复合改良剂，按重量份计，包括以下原料：

4、石灰石10-20份、改性多孔生物炭45-60份、粉煤灰5-15份、草木灰3-5份、有机肥10-20份、秸秆粉15-25份、尿素3-5份、微生物菌肥5-10份。

5、优选的，一种酸化土壤复合改良剂，按重量份计，包括以下原料：

6、石灰石15-20份、改性多孔生物炭50-55份、粉煤灰10-15份、草木灰4-5份、有机肥15-20份、秸秆粉20-25份、尿素4-5份、微生物菌肥7-10份。

7、更优选的，一种酸化土壤复合改良剂，按重量份计，包括以下原料：

8、石灰石15-18份、改性多孔生物炭50-53份、粉煤灰12-15份、草木灰4-5份、有机肥15-18份、秸秆粉20-23份、尿素4-5份、微生物菌肥7-8份。

9、优选的，所述秸秆粉为玉米秸秆粉、水稻秸秆粉、高粱秸秆粉、小麦秸秆粉中的一种或几种，其粒径为100-500μm。

10、优选的，所述有机肥为猪粪、鸡粪、牛粪中的一种或几种。

11、优选的，所述改性多孔生物炭的制备方法如下：

12、(a)将生物质粉碎后过筛，加入氢氧化钾溶液中，进行浸渍，浸渍完成后过滤、洗涤、干燥，得到固体粉末；随后将固体粉末加入去离子水中，接着加入尿素、脂肪醇聚氧乙烯醚，进行水热炭化反应，反应完成后过滤、干燥，得到多孔生物炭；

13、(b)将步骤(a)中的多孔生物炭加入乙醇水溶液中，然后加入γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，进行搅拌反应，反应完成后过滤、洗涤、干燥，得到预处理多孔生物炭，随后将预处理多孔生物炭加入去离子水中，接着加入壳聚糖乙酸溶液、氯化锌，于70-80℃下反应3-4h，反应完成后过滤、洗涤、干燥、焙烧，得到复合多孔生物炭；

14、(c)将步骤(b)中的复合多孔生物炭加入去离子水中，接着加入十二烷基苯磺酸钠、氯化钙，搅拌均匀后得到悬浊液，随后向悬浊液中加入氨水、过氧化氢溶液，于0-5℃下进行快速搅拌，搅拌完成后过滤、洗涤、干燥，即得改性多孔生物炭。

15、优选的，步骤(a)中所述生物质为烟杆、茶枝、菌渣中的一种或几种，所述氢氧化钾溶液的质量分数为10-20％，所述浸渍的温度为40-50℃，时间为2-4h；所述固体粉末、尿素、脂肪醇聚氧乙烯醚的质量比为100:20-30:3-5，所述水热炭化反应的温度为180-200℃，时间为3-5h。

16、更优选的，步骤(a)中所述氢氧化钾溶液的质量分数为15-20％，所述浸渍的温度为45-50℃，时间为2-3h；所述固体粉末、尿素、脂肪醇聚氧乙烯醚的质量比为100:25-30:4-5，所述水热炭化反应的温度为190-200℃，时间为3-4h。

17、优选的，步骤(b)中所述乙醇水溶液中乙醇的质量分数为60-80％，所述多孔生物炭、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷的质量比为50:2-5，所述搅拌反应的温度为60-70℃，时间为2-3h；所述预处理多孔生物炭、壳聚糖乙酸溶液的质量比为50:30-40:0.3-0.5，所述壳聚糖乙酸溶液中壳聚糖的质量分数为5-10％；所述焙烧的温度为300-400℃，时间为1-2h。

18、更优选的，步骤(b)中所述乙醇水溶液中乙醇的质量分数为70-80％，所述多孔生物炭、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷的质量比为50:3-5，所述搅拌反应的温度为65-70℃，时间为2-2.5h；所述预处理多孔生物炭、壳聚糖乙酸溶液的质量比为50:35-40:0.4-0.5，所述壳聚糖乙酸溶液中壳聚糖的质量分数为5-10％；所述焙烧的温度为350-400℃，时间为1-1.5h。

19、优选的，步骤(c)中所述复合多孔生物炭、去离子水、十二烷基苯磺酸钠、氯化钙的质量比为50-60:600-800:0.5-1:10-15；所述氨水的质量分数为25％，加入量为悬浊液质量的6-10％，所述过氧化氢溶液的质量分数为20-30％，加入量为悬浊液质量的20-30％，所述快速搅拌的转速为300-400r/min，时间为6-10h。

20、更优选的，步骤(c)中所述复合多孔生物炭、去离子水、十二烷基苯磺酸钠、氯化钙的质量比为55-60:700-800:0.7-1:12-15；所述氨水的质量分数为25％，加入量为悬浊液质量的8-10％，所述过氧化氢溶液的质量分数为25-30％，加入量为悬浊液质量的20-25％，所述快速搅拌的转速为350-400r/min，时间为6-8h。

21、本发明还保护一种如上所述酸化土壤复合改良剂的制备方法，包括以下步骤：

22、按配方称取石灰石、粉煤灰、草木灰、秸秆粉、尿素，然后加入去离子水中，搅拌混合、干燥，得到混合物；随后再将改性多孔生物炭、有机肥、微生物菌肥加入混合物中，混合均匀后即得。

23、本发明还保护一种如上所述酸化土壤复合改良剂在调节酸化马铃薯土壤中的应用。

24、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

25、(1)本发明提供的酸化土壤复合改良剂，以改性多孔生物炭为主要原料，多孔生物炭具有疏松多孔及表面积巨大等特性，不仅可吸附土壤胶体，形成土壤团粒结构，还可使土壤中固液气三相协调稳定，降低土壤的板结度降低，有利于植物根系生长，同时改性多孔生物炭进入土壤后其表面和内部的碱性物质释放，提高土壤ph值，并且其优异的吸附性能能够吸附土壤中的nh4+，进而抑制硝化作用，间接提升土壤ph值；配合石灰石、粉煤灰、草木灰、有机肥等辅料，不仅可提高土壤的ph值，还可增加土壤中有机质含量，改善土壤中的微生物群落结构和活性，进而提高酸化土壤的改良效率。

26、(2)本发明提供的酸化土壤复合改良剂，加入的改性多孔生物炭，以农林废弃物烟杆、茶枝、菌渣等为原料，先将生物质进行碱处理，使生物质中的纤维素、半纤维素结构破坏，提高生物炭的比表面积和孔隙率，随后再将尿素和脂肪醇聚氧乙烯醚，进行水热炭化反应，从而得到多孔生物炭，尿素的加入可提高多孔生物炭表面的碱性基团，提高生物炭的ph值，有利于对酸化土壤的改良，脂肪醇聚氧乙烯醚可使生炭具有良好的分散性，有利于后续反应的进行；随后再将多孔生物炭与γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷进行反应，使生物炭接入环氧基团，便于后续反应的进行，接着再将预处理多孔生物炭与壳聚糖进行反应，反应完成后焙烧，得到复合多孔生物炭，壳聚糖中含有大量的-nh2、-oh等碱性团，可进一步提高生物炭的ph，同时其焙烧后可在生物炭表面形复杂的孔隙结构，具有更好的吸附性能，保证有机质不易流失；最后再将复合多孔生物炭与十二烷基苯磺酸钠、氯化钙、氨水、过氧化氢进行反应，原位生成过氧化钙，相比于直接加入过氧化钙，原位生成的过氧化钙附着于结构复杂的生物炭表面及孔隙内，不易与水直接反应，具有持续缓慢与水反应的特点，在后续改良土壤过程中，过氧化钙可与水缓慢反应，从而生成氢氢化钙和氧气，既有利于植物的生长，又能持续的保持土壤不易酸化，其可使土壤具有良好的抗酸化缓冲能力和长效性。

27、(3)本发明提供的酸化土壤复合改良剂，将无机-有机-微生物协同对酸化土壤进行改良，各原料之间相互协同、互相促进，提高土壤有机质含量，改善土壤环境和植物生存条件，具有结构改良、酸碱中和、养分补充等多重效果。