一种用于盐碱贫瘠土壤的硅源腐殖酸土壤改良剂及其制备方法和应用

本发明属于土壤改良剂，具体涉及一种用于盐碱贫瘠土壤的硅源腐殖酸土壤改良剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、

2、秸秆是一种养分丰富的可再生有机资源，富含大量的纤维素、半纤维素、木质素、蛋白质等有机物质，此外还含有氮、磷钾、钙、镁、硫、硅等各种微量元素。秸秆可在土壤微生物的作用下被分解转化为腐殖质，提高土壤有机碳含量，改善土壤质量，提高土壤肥力，是一种将养分归还土壤的简便、节本增效的举措。腐殖质中的腐植酸还能改善土壤的团粒结构，使土壤疏松、增温和蓄水，并且腐植酸与所需元素有效结合形成复合物，从而增强肥效和土壤微生物的代谢能力。采取单一的秸秆还田，例如秸秆粉碎还田、沟埋还田、秸秆颗粒还田等，都不可避免会带来土壤可利用氮养分的损失，因此，需要更好利用秸秆资源来开发土壤消障配肥产品。

3、目前，主要的土壤改良剂包括有机肥、矿质肥和化学肥等，这些改良剂能够提供植物生长所需的养分，改善土壤通气性和保水性，促进土壤微生物活动，从而提高作物产量和质量。然而，土壤改良剂仍存在一些不足之处。首先，有机肥和矿质肥需要一定的时间来分解和释放养分，效果不如化学肥立竿见影。其次，过多的施用化学肥会导致土壤酸化和污染，影响土壤生态系统的平衡。此外，市场上存在一些劣质的土壤改良剂，使用后不仅无法起到改良土壤的效果，还可能对作物和环境造成损害。

4、综上，研发出一种针对盐碱化耕地能同时改良土壤ph值和物理结构以及避免养分减损的多功能土壤改良剂，是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于盐碱贫瘠土壤的硅源腐殖酸土壤改良剂，尤其适用于高ph值、低有机质的盐碱贫瘠土壤的改良。具体的，本发明所提供的土壤改良剂能够修复盐碱地土壤理化性质、活化土壤、吸附土壤中重金属，还能够提高土壤的保水能力和肥力性能、增加土壤中的营养物质，进而提升作物种植后的产量和品质，并实现了植物秸秆的资源化再利用。另一方面，所提供的土壤改良剂为颗粒状，便于储存、运输和施肥，能通过深施的方式直接改良耕层甚至更深土层；颗粒状还可起到缓释效果，更有利于土壤团聚体的形成，有效改善土壤空隙结构。

2、为实现上述目的，本发明提供一种用于盐碱贫瘠土壤的硅源腐殖酸土壤改良剂，所述土壤改良剂按重量份数计，包括以下组分：秸秆75-80份，二氧化硅30-35份，生物炭5-8份，膨润土5-8份，生物反硝抑制剂1-5份，骨粉1-5份；其中，所述盐碱贫瘠土壤的ph在9.0以上、有机质含量低于5％。

3、从原料来看，本发明的主要原料秸秆中富含氮、磷、钾、钙、镁和有机质等，用于提升土壤肥力。二氧化硅用来改善土壤结构，增加土壤中的有机质含量和保水性，使土壤更加透气。同时，适宜的二氧化硅比例可降低土壤盐碱度。生物炭用来吸附土壤中的杂质和有机物质，缓解土壤盐碱度，中和土壤中的毒性物质。同时，生物炭本身也含有丰富的营养成分，如钾、镁、钙等，这些元素也能够为植物提供必要的养分。此外，在本发明中，通过将生物炭与二氧化硅按配比混合，可协同提高土壤的通气性和持水性，创造出一个适合微生物生长的环境，从而进一步活化土壤。

4、膨润土用来改善土壤结构，使土壤更松散，增加通透性，改善根系环境，提高植物生长的环境。膨润土还可以大量吸收土壤中的有机肥料和其他营养物质，从而确保土壤肥力不流失，保证植物生长具有充足的营养。在本发明中，将膨润土与二氧化硅协同产生保水效果，用于保持土壤中的水分，并使其缓慢释放，确保植物在干旱时仍能得到充足的水分供应。

5、腐殖酸作为反硝化抑制剂，用于抑制反硝化细菌的代谢活性，从而抑制土壤反硝化过程，减少土壤硝态氮损失。在本发明中，将腐殖酸与生物炭按一定比例混合，可产生缓解土壤盐碱度、中和碱性的协同效果，从而减轻消除碱性对土壤和植物的危害，使低产盐碱地得到改良，为作物幼苗生长创造良好的土壤条件。

6、最后，在本发明中，通过加入骨粉与生物炭、二氧化硅等物质发挥协同作用，进一步增加土壤肥力，改善土壤结构，提高土壤保持肥力的能力和保水性能。

7、从配比来看：本发明中通过限定特定重量份范围的秸秆，用以与其他原料产生协同效果，若秸秆占比过高会导致土壤改良剂对盐碱度的调节能力减弱。另外，二氧化硅的占比过高和过低都会抑制抑制植物对营养成分的吸收，不利于土壤改良剂对于土壤的改良。生物碳与膨润土占比过低会使土壤改良剂增加土壤肥力和缓解土壤盐碱度的能力降低，影响土壤改良剂的效果。生物炭和膨润土的占比过高则会增加成本，不利于土壤改良剂的生产和推广。骨粉占比过高会造成土壤污染，不利于土壤改良。生物反硝化抑制剂腐殖酸占比过低会使土壤改良剂的反硝化抑制作用减弱，不利于提高氮肥利用率。生物反硝化抑制剂的占比过高会造成土壤酸化，并且会增加土壤改良剂的生产成本。因此，结合应用效果和成本的综合考量下，设定土壤改良剂在前述范围的重量份范围内。

8、在一优选的实施方式中，所述土壤改良剂按重量份数计，包括以下组分：秸秆76-79份，二氧化硅30.5-34.5份，生物炭5.2-7.8份，膨润土5.2-7.8份，生物反硝抑制剂3.6-4.6份，骨粉1.5-4.5份。

9、在一优选的实施方式中，所述土壤改良剂中，秸秆的重量百分比为55-65wt％，二氧化硅的重量百分比为22-28wt％，生物炭的重量百分比为4-6wt％，膨润土的重量百分比为3.5-7wt％，生物反硝抑制剂的重量百分比为1.5-4wt％，骨粉的重量百分比为1-2.5wt％。

10、在一优选的实施方式中，所述秸秆包括玉米、水稻或小麦秸秆中的一种或多种，所述秸秆的含水量为10-15％。若秸秆含水量过高会导致搅融时机器堵塞，从而导致搅融后的秸秆粉碎程度差异较大；而秸秆含水量过低则会使其在搅融时变成粉末，进而产生粉尘飞扬并污染空气。因此，设定前述秸秆含水量范围。

11、在一优选的实施方式中，所述生物反硝抑制剂为褐煤提取的腐殖酸。本发明所用的褐煤腐植酸是一种高分子量化合物，是褐煤有机物的重要部分。相较于化学合成的腐殖酸，褐煤腐植酸能改善土壤的团粒结构，使土壤疏松、增温和蓄水，并且褐煤腐植酸易于与所需元素有效结合形成复合物，从而增强肥效和土壤微生物的代谢能力，进一步提高作物根系活力和光合作用，刺激作物种子萌发和幼苗生长，使作物的生态环境和作物品质的能力有所提高，抑制作物生理病害发生。另外，褐煤腐植酸富含亲水基团，以此为核心成分的保水剂或土壤改良剂施入土壤后会增加土壤蓄水保熵能力，发挥较好的保肥效应。褐煤腐植酸形成的聚合物网状结构具有弹性，其内部离子浓度与外部溶液易产生渗透势差，使水分不断涌入聚合物内部，发挥蓄水、保水功能。

12、本发明的另一目的在于提供上述任意一种用于盐碱贫瘠土壤的硅源腐殖酸土壤改良剂制备方法。本发明所提供的制备方法能够使土壤改良剂的原料充分混匀交联，并有效杀灭秸秆中的病原微生物，最大化的产生协同作用。而且，制备方法无需复杂的反应条件和高能耗设备，工艺简单安全，制备时间短、操作过程易于控制，尤其适合大规模工业化生产。

13、为实现上述目的，本发明提供一种用于盐碱贫瘠土壤的硅源腐殖酸土壤改良剂制备方法，具体包括以下步骤：

14、(1)在自动搅融机内加入秸秆，搅融至物料升温到65℃以上，继续搅融15-20分钟；

15、(2)再依次加入二氧化硅、生物炭、膨润土、生物反硝抑制剂和骨粉得到混合物，其中，加入每个组分后，均搅融至完全混合均匀再加入下一组分；

16、(3)将所得混合物置于辊压机中造粒，即得所述土壤改良剂。

17、在本发明中，通过设定前述原料加入顺序，可最大程度发挥二氧化硅与秸秆、生物炭、膨润土、骨粉，以及生物炭与腐殖酸的协同作用。同时，使原料充分融合反应、避免粉体原料团聚影响应用效果。

18、在一优选的实施方式中，步骤(1)和(2)中，所述搅融处理秸秆和/或其他组分时，所述搅融机的搅拌速度为300-400rpm。

19、在一优选的实施方式中，步骤(2)中，加入所述二氧化硅后，搅融时间优选为35-40分钟至完全混合均匀。

20、在一优选的实施方式中，步骤(2)中，加入所述生物炭后，搅融时间优选为20-25分钟至完全混合均匀。

21、在一优选的实施方式中，步骤(2)中，加入所述膨润土后，搅融时间优选为20-25分钟至完全混合均匀。

22、在一优选的实施方式中，步骤(2)中，加入所述生物反硝抑制剂后，搅融时间优选为10-15分钟至完全混合均匀。

23、在一优选的实施方式中，步骤(2)中，加入所述骨粉后，搅融时间优选为10-15分钟至完全混合均匀。

24、在一优选的实施方式中，步骤(3)中，所述辊压机的辊压效率为75-125公斤/小时。

25、在一优选的实施方式中，步骤(3)中，得到所述土壤改良剂的颗粒粒径为2-8mm，长度为3-5cm。

26、本发明的另一目的在于提供上述任意一种用于盐碱贫瘠土壤的硅源腐殖酸土壤改良剂在改良土壤中的应用。将制备得到的基于秸秆与生物反硝化抑制剂的土壤改良剂应用于贫瘠盐碱化土壤中，被改良的土壤可更好抵抗外力破坏、分散等，能有效缓解盐碱化及土壤养分损失等问题。

27、在一优选的实施方式中，所述土壤改良剂在改良土壤中的应用具体包括：将用于盐碱贫瘠土壤的硅源腐殖酸土壤改良剂均匀施入土壤深度10-30cm处，即可进行土壤改良。

28、在一优选的实施方式中，所述土壤改良剂的施用量为1000-1500kg/亩。

29、在一优选的实施方式中，施用所述土壤改良剂后，土壤中有机碳含量增加了6.5％、碱解氮含量增加了45.6％，土壤团聚体平均重量直径增加了23.9％，所耕种的玉米作物产量增加了72.8％。

30、与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下优点：

31、1.本发明提供的土壤改良剂是基于秸秆与生物反硝抑制剂协同增效的多功能土壤改良剂，具有显著的改良盐碱贫瘠土壤的效果，包括：(1)可缓解土壤盐碱化，提高土壤有机质；(2)可促进土壤团聚体的形成，改良图档的结构稳定性；(3)可以减少土壤有效单组分含量的损失，特别是减少硝态氮的损失，有利于旱地作物的生长；(4)可以增加土壤蓄水保熵能力，发挥较好的保肥效应；

32、2.本发明提供的土壤改良剂以秸秆作为主要原料，经搅融、辊压后值得颗粒形态，相较于目前大多数粉末形态的土壤改良剂，在使用时避免了扬尘等环境污染问题，而且，能通过深施的方式直接改良耕层甚至更深土层的障碍问题，更有利于土壤团聚体的形成，有效改善土壤空隙结构；

33、3.本发明提供的土壤改良剂以作物秸秆作为主要原料，经搅融、辊压后制得颗粒，极大压缩了秸秆体积，提高了秸秆密度，增加了土壤可消纳量，特别是对于新开垦的土地或者是贫瘠的土地，施加一次土壤改良剂即可实现土地改良，实现了作物秸秆的资源化再利用，且所述土壤改良剂易被生物降解，满足了绿色环保的需求；

34、4.本发明提供的土壤改良剂通过添加生物反硝化抑制剂腐殖酸，可有效解决土壤有机质增加而促进土壤反硝化过程带来的硝态氮含量下降等养分损失的问题，在改良土壤的过程中很好地维持了土壤有机碳和有效氮组分的含量；

35、5.本发明提供的土壤改良剂的制备方法制作工序简单、操作方便、制备成本低，生产过程易于控制、能耗低，尤其适合大规模工业化生产。