本申请是申请号为“201410474282.9”、申请日为2014年9月17日、发明名称为“一种种植枸杞的典型龟裂碱土土壤调理剂”的发明专利申请的分案申请。
本发明涉及一种碱性土壤调理剂，更具体的说涉及一种种植枸杞的典型龟裂碱土土壤调理剂。
背景技术：
我国是盐碱地分布广泛的国家，在宁夏平罗西大滩分布着龟裂碱土，也称白僵土，其矿物组成以伊利和高岭为主，质地粘重，土壤湿时吸水膨胀，泥泞不易透水，干时收缩板结，透水性差，土壤肥力很低，有机营养物质含量很低。但该地区地势平坦，土层深厚，具有很大的利用潜力。
龟裂碱土的重要特征是“碱、粘、瘦”。目前，防治土壤盐碱化的措施主要有水利工程措施、农艺措施、生物措施和化学改良措施。
关于盐碱地土壤调理剂产品的研制，国内外已有大量研究成果出现。如cn102807870a公开的发明名称为“一种制备盐碱地土壤调理剂的方法”专利中盐碱地土壤调理剂是以基料、菌料和添加剂为原料接种bm菌剂堆积发酵而成。cn201110050644公开的发明名称为“一种盐碱地土壤改良剂及其制备方法”专利中的盐碱地土壤改良剂是以柠檬酸、马来酸丙烯酸共聚物、聚丙烯酸钠盐、脂肪醇聚氧乙烯醚加水而成。这些产品主要是针对土壤某一不良性状改良而设计的，作用功能较单一，而针对典型龟裂碱土综合改良，适宜种植枸杞的盐碱地土壤调理剂还未见报道。
由于独特的地理气候条件，宁夏是枸杞的原产地和生长的最佳生态区。宁夏枸杞已被自治区政府列为支柱产业，大力扶持开发。若能提供有效改良典型龟裂碱土且有利于枸杞生长的土壤调理剂，将对增加该地区耕地面积、提高耕地质量、促进经济发展具有非常重要意义。
技术实现要素：
本发明的目的之一，在于提供一种适于种植枸杞的典型龟裂碱土土壤调理剂，其能有效改善典型龟裂碱土的土质，适宜枸杞生长。
本发明的另一目的，在于提供适于种植枸杞的典型龟裂碱土土壤调理剂的制备方法。
本发明的又一目的，在于提供适于种植枸杞的典型龟裂碱土土壤调理剂的施用方法。
一方面，本发明的适于种植枸杞的典型龟裂碱土土壤调理剂含有酒糟、微硅粉、膨润土、煤矸石、聚马来酸酐、聚乙二醇。
本发明的种植枸杞的典型龟裂碱土土壤调理剂除上述组分外，还可以含有冰醋酸和/或姜黄素。
本发明的适于种植枸杞的典型龟裂碱土土壤调理剂的一些实施方式包含按以下重量份配合的原料：
酒糟：35-45份；微硅粉：20-25份；膨润土：13-18份；煤矸石：10-12份；聚马来酸酐：5-8份；聚乙二醇：1.5-3份。
此外，本发明的适于种植枸杞的典型龟裂碱土土壤调理剂的一些实施方式除上含有上述比例的组分外，还可以含有1-2重量份的冰醋酸和/或0.5-1.0重量份的姜黄素。
本发明的适于种植枸杞的典型龟裂碱土土壤调理剂中，各组分的含量可根据实际需要按照上述比例关系进行调整。
本发明的土壤调理剂中的酒糟可以是粮食作物，例如稻糠、麸皮和少量大米、小麦、玉米等酿酒发酵后的固体谷物残渣，其ph≤4.0。酒糟要风干，控制其含水率在20％以内。
本发明的土壤调理剂中的微硅粉也被称作“硅灰”或“凝聚硅灰”，是工业电炉在高温熔炼工业硅及硅铁的过程中，随废气逸出的烟尘，其中，sio2含量约占烟尘总量的90％。
本发明的土壤调理剂中的膨润土是以蒙脱石(montmorillonite)为主要成分的粘土矿物，并含有动植物生长所需的一些常量或微量元素，如钾、磷、钠、镁、铝、铁、锌等。
本发明的土壤调理剂中的煤矸石是在成煤过程中与煤共同沉积的有机化合物和无机化合物混合在一起的岩石。其在采煤过程和洗煤过程中作为固体废物被大量排放。煤矸石若弃置不用，会占用大片土地。煤矸石中的硫化物逸出或浸出会污染大气、农田和水体。其主要成分是al2o3、sio2，另外还含有数量不等的fe2o3、cao、mgo、na2o、k2o、p2o5、so3和微量稀有元素(镓、钒、钛、钴)。
本发明的土壤调理剂中的聚马来酸酐的ph(1％水溶液)≤3.0。
本发明的土壤调理剂中的聚乙二醇(peg)是分子量在200～6000范围内的聚乙二醇，优选分子量在4000～6000范围内的聚乙二醇。使用peg-4000～peg-6000可促进细胞融合或原生质体融合并有助于土壤中生物体(如酵母菌)在转化中摄入dna，增加土壤微生物数量。
本发明的土壤调理剂中可加入冰醋酸作为增效剂，用于降低土壤的ph值。
本发明的土壤调理剂中可加入姜黄素作为果实提质剂，姜黄素的重要组分为：1,7-双-(4-羟基-3-甲氧基苯基)-1,6-二烯-3,5-庚二酮、1-(4-羟基苯基)-7—(4-羟基-3-甲氧基苯基)-1,6-二烯-3,5-庚二酮和1,7-双-(4-羟基苯基)-1,6-二烯-3,5-庚二酮。
另一方面，本发明的适于种植枸杞的典型龟裂碱土土壤调理剂的制备方法，包括：
步骤一：将酒糟、微硅粉、膨润土和煤矸石混合均匀，过筛，选取粒度5mm以下的颗粒使用；
步骤二：在步骤一获得的混合物中再加入聚马来酸酐、聚乙二醇，混合均匀后制成2mm-5mm颗粒。
此外，在上述步骤二中，还可以进一步加入冰醋酸和/或姜黄素。
本发明的适于种植枸杞的典型龟裂碱土土壤调理剂的制备方法的一些实施方式包括:
步骤一：将35-45重量份酒糟、20-25重量份微硅粉、13-18重量份膨润土和10-12重量份煤矸石混合均匀，过筛，选取粒度5mm以下的颗粒使用；
步骤二：在步骤一获得的混合物中再加入5-8重量份聚马来酸酐、1.5-3重量份聚乙二醇，混合均匀后制成2mm-5mm颗粒。
此外，在上述步骤二中，还可以进一步加入1-2重量份的冰醋酸和/或0.5-1.0重量份的姜黄素。在制备过程中，各组分的用量可根据实际需要按照上述比例关系进行调整。
又一方面，本发明的适于种植枸杞的典型龟裂碱土土壤调理剂的施用方法是，在春季种植枸杞时，将所述土壤调理剂施加到枸杞种植坑坑底。
本发明的适于种植枸杞的典型龟裂碱土土壤调理剂的施用方法的一种实施方式是，在春季种植枸杞时，将所述土壤调理剂与肥料、黄沙、土壤混合，铺放在枸杞种植坑坑底。
本发明的适于种植枸杞的典型龟裂碱土土壤调理剂的施用方法的一种实施方式是，对于土壤表层esp≥50％、ph≥10.0、土壤物理性粘粒≥65％的重度碱化土壤，施用量为1.2～1.5吨/亩。
本发明的适于种植枸杞的典型龟裂碱土土壤调理剂的施用方法的一种实施方式是，对于土壤表层25≤esp<50、9.0≤ph≤10.0、50％≤土壤物理性粘粒<65％的中度碱化土壤，施用量为0.8～1.0吨/亩。
本发明的适于种植枸杞的典型龟裂碱土土壤调理剂的施用方法的一种实施方式是，对于土壤表层esp<25％、ph<8.5、土壤物理性粘粒<50％的轻度碱化土壤，施用量为0.5～0.8吨/亩。
这里的“esp”用于表示土壤的碱化度，指土壤胶体上吸咐的交换性na+占阳离子交换量的百分率。碱化度＝(交换性钠/阳离子交换量)×100％(esp:exchangesodiumpercentage)。
本发明的种植枸杞的典型龟裂碱土土壤调理剂能明显降低土壤ph值和esp，增加土壤肥力，有效改善土壤结构，提高枸杞产量和品质。
具体实施方式
按照下述实施例中列出的组分和重量比，配制本发明的种植枸杞的典型龟裂碱土土壤调理剂。
将酒糟、微硅粉、膨润土和煤矸石混合均匀，过筛，选取粒度5mm以下的颗粒使用。在上述混合颗粒物中再加入聚马来酸酐、聚乙二醇、冰醋酸、姜黄素，混合均匀后制成2mm-5mm颗粒，利于土壤吸收。
实施例1-配方1的制备(适宜重度碱化土壤)
按以下重量百分比例配制调理剂：酒糟37.5％(宁夏大夏贡酒业酿酒产生的酒糟)、微硅粉25％(宁夏吉元冶金集团有限公司生产镍铁或锰硅合金等时产生的微硅粉)、膨润土18％(山东潍坊昱达膨润土有限公司生产的膨润土)、煤矸石10％(河北灵寿县鸿凯矿产品加工厂生产加工的煤矸石)、聚马来酸酐8％(上海浩茹实业发展有限公司生产的聚马来酸酐)、聚乙二醇(peg-4000)1.5％(河北邢台盛达助剂有限责任公司生产的聚乙二醇)。该调理剂适宜于表层土壤esp>50％、ph>10.0、土壤物理性粘粒>65％的龟裂碱土。
实施例2-配方2的制备(适宜重度碱化土壤)
按以下重量百分比例配制调理剂：酒糟35％、微硅粉25％、膨润土18％、煤矸石10％、聚马来酸酐8％、聚乙二醇(peg-4000)1.5％、冰醋酸2％(山东寿光市鲁科化工有限责任公司生产的冰醋酸)、姜黄素0.5％(郑州安诚生物科技有限公司生产的姜黄素)。该调理剂适宜于表层土壤esp>50％、ph>10.0、土壤物理性粘粒>65％的龟裂碱土。
实施例3-配方3的制备(适宜中度碱化土壤)
按以下重量百分比例配制调理剂：酒糟42.5％、微硅粉22％、膨润土16％、煤矸石11.5％、聚马来酸酐6％、聚乙二醇(peg-4000)2％。该调理剂适宜于表层土壤35％<esp<50％、9.0<ph<10.0、土壤物理性粘粒50-65％的龟裂碱土。
实施例4-配方4的制备(适宜中度碱化土壤)
按以下重量百分比例配制调理剂：酒糟40％、微硅粉22％、膨润土16％、煤矸石11.5％、聚马来酸酐6％、聚乙二醇(peg-4000)2％、冰醋酸2％、姜黄素0.5％。该调理剂适宜于表层土壤35％<esp<50％、9.0<ph<10.0、土壤物理性粘粒50-65％的龟裂碱土。
实施例5-配方5的制备(适宜轻度碱化土壤)
按以下重量百分比例配制调理剂：酒糟45％、微硅粉21％、膨润土13％、煤矸石13％、聚马来酸酐5％、聚乙二醇(peg-4000)3％。该调理剂适宜于表层土壤15％<esp<35％、8.5<ph<9.0、土壤物理性粘粒40-50％的龟裂碱土。
实施例6-配方6的制备(适宜轻度碱化土壤)
按以下重量百分比例配制调理剂：酒糟45％、微硅粉20％、膨润土13％、煤矸石12％、聚马来酸酐5％、聚乙二醇(peg-4000)3％、冰醋酸1％、姜黄素1％。该调理剂适宜于表层土壤15％<esp<35％、8.5<ph<9.0、土壤物理性粘粒40-50％的龟裂碱土。
本发明的种植枸杞的典型龟裂碱土土壤调理剂的施用量可根据土壤碱化程度和粘粒含量(包括ph、esp和粘粒含量)和土壤肥力水平来决定。例如，
对于土壤表层esp≥50％、ph≥10.0、土壤物理性粘粒≥65％的重度碱化土壤，施用量为1.2～1.5吨/亩。
对于土壤表层25≤esp<50、9.0≤ph≤10.0、50％≤土壤物理性粘粒<65％的中度碱化土壤，施用量为0.8～1.0吨/亩。
对于土壤表层esp<25％、ph<8.5、土壤物理性粘粒<50％的轻度碱化土壤，施用量为0.5～0.8吨/亩。
本发明的种植枸杞的典型龟裂碱土土壤调理剂的施用方法为：
(1)施用时期：春季种植枸杞时。
(2)施用方法：枸杞移栽株行距为1m×3m。在枸杞移栽前将地块旋耕后挖直径45cm、深度为50cm的坑，将本发明的土壤调理剂和0.5kg有机肥、100g尿素、20g二铵、5kg黄沙和约5kg耕层土壤充分混匀铺在坑底，将枸杞苗放入坑中，将剩余的耕层土壤填入坑中，踩实，然后灌水。
表1实施例中各种调理剂配方及其组成
实施效果
以下通过三组实施例(6-8)来说明实施本发明土壤调理剂在以下各方面的效果:
1.降低土壤ph值和esp(实施例7)；
2.增加土壤团聚体，改善土壤结构(实施例8)；
3.增加土壤有机质和养分含量，提高土壤肥力(实施例8)；
4.改善了土壤生物学性质(实施例8)；
5.促进枸杞生长，提高产量(实施例8)；
6.提高枸杞果实品质(实施例9)；
7.具有良好的生态、社会和经济效益。
实施例7
为了验证本发明实施例的调理剂在改善土壤性能，特别是在降低上述第1方面(土壤ph值和esp)的效果，分别在宁夏银北地区重度龟裂碱土(重度碱化土壤)和中度龟裂碱土(中度碱化土壤)上进行了6年的田间试验。其中，对于重度龟裂碱土，连续6年施用配方1和配方2的土壤调理剂，施用量为1.5吨/亩；对于中度龟裂碱土，连续6年施用配方3和配方4的土壤调理剂，施用量为1.0吨/亩。表2中列出了土壤ph值和esp的改善情况。
实施例8
在宁夏银北西大滩重度龟裂碱土(重度碱化土)上进行了6年的田间试验，即连续6年施用配方2的土壤调理剂，施用量为1.5吨/亩。以下表3-6分别列出了改良后土壤在上述实施效果第2-5方面性能上的改善结果。
实施例9
按照实施例8实施本实施例。除了施用配方2的土壤调理剂外，还在相同土壤上施用配方1的土壤调理剂。表8列出了改良后土壤在提高枸杞果实品质方面的改善结果。
实施结果
1.降低土壤ph值和esp。
表2施用调理剂配方1-配方4后土壤ph和esp的变化情况
表2的试验结果表明：重度龟裂土壤和中度龟裂土壤分别施用配方1和配方3的土壤调理剂后，龟裂碱土ph值由施用前的10.31～9.12降低至施用第6年9.26～7.92，平均下降1.08个单位。龟裂碱土的esp由施用前的70.3％～28.4％降低至施用第6年的30.4％～11.5％，土壤碱化度降低一倍以上。此外，重度龟裂土壤和中度龟裂土壤分别施用配方2和配方4的调理剂配方后，两种土壤的ph和esp降低幅度较不添加冰醋酸和姜黄素的配方1和配方3时大。
本申请的发明人发现，酒糟中的酸性物质以及聚马来酸酐和冰醋酸对降低土壤ph值和esp都有一定的贡献。
2.增加土壤团聚体，改善土壤结构。
表3-4中分别列出了施用1-6年后，土壤物理性状和机械组成改善的情况。
表3不同改良年限表层土壤(0-20cm)的物理性质变化
如表3所示，表层土壤结构逐年得到改善。改良1年后表层土壤中粒径大于0.25mm的水稳性团聚体增加3.11％，改良6年后增加到9.88％；改良1年后土壤容重降低率为2.50％，改良6年后土壤容重降低率为9.20％；施用本发明土壤调理剂第1年时土壤孔隙度增长率为2.61％，施用第6年时孔隙度增长率为10.58％。
表4不同改良年限土壤机械组成与对照的差量
如表4所示，与改良前相比，表层土壤砂粒含量逐年增多，粉粒含量逐年增加且增量明显，粘粒含量逐年降低且减量明显，土壤质地由改良前的壤质粘土改良为粘质壤土。其中，砂粒是指粒径在0.02mm-0.2mm之间的土壤颗粒，粉粒是指粒径在0.002mm-0.02mm之间的土壤颗粒，粘粒是指粒径小于0.002mm的土壤颗粒。壤质粘土是指粘粒含量25-45％，粉粒含量0-45％和砂粒含量10-55％的土壤，粘质壤土是指粘粒含量15-25％，粉粒含量25-45％和砂粒含量30-55％的土壤。
本申请的发明人发现，酒糟中含有大量腐殖酸类物质，是重要的有机胶体，其具有较强的离子交换性能，具有表面吸附性能及凝聚溶胶作用，施入后增加土壤盐基交换总量，可使土壤微团聚体增加，增大土壤孔隙度、空气含量和渗透速度，改善了土壤结构，提高土壤的蓄水保墒能力。微硅粉和膨润土都具有多孔性、膨胀性和盐基交换性，可中和土壤中碱和盐，并提高对土壤的养分和水分的吸附与置换能力，增强土壤的透气性和透水性。煤矸石具有吸附水分、降低水分蒸发速度的作用。两者都具有改善土壤结构的功能。
3.增加土壤有机质和养分含量，提高土壤肥力。
表5中列出了施用1年、2年、3年、4年、5年和6年后，土壤有机质和养分变化的情况。
表5不同改良年限土壤有机质和养分变化
注：表中各指标不同字母表示差异显著(p<0.05)。
如表5所示，施用本发明的土壤调理剂后，土壤肥力明显提高。其中，改良第1年土壤有机质含量增幅为3.39％，第6年增幅达到77.96％；改良第1年土壤全氮含量增幅为5.56％，第6年增幅达到80.56％；改良第1年土壤碱解氮含量增幅为1.68％，第6年增幅达到87.71％；改良第1年土壤速效磷含量增幅为7.59％，第6年增幅达到49.38％；改良第1年土壤速效钾含量增幅为3.59％，第6年增幅达到26.35％。
本申请的发明人发现，酒糟含有丰富的有机物质和氮、磷、钾养分，可以提高土壤有机质和氮、磷、钾养分含量。膨润土和煤矸石中也含有植物生长所需的一些常量或微量元素。
4.改善土壤生物学性质。
表6中列出了施用本发明的土壤调理剂(配方2)6年后土壤生物学性质变化的情况。
表6不同改良年限土壤微生物和酶活性变化情况
如表6所示，与改良前的对照土壤相比，施用本发明的土壤调理剂后，土壤生物学性质得到非常明显的改善。在施用调理剂6年后，土壤细菌数量增加了2.41倍，土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶活性分别提高了61.93％、161.54％和102.30％，微生物量碳、氮分别增加1.08和1.73倍。
本申请的发明人发现，酒糟在发酵过程中含有大量有机物质和微生物菌种，能够增加土壤微生物碳源，提高了土壤中有益微生物数量和活性。
5.促进枸杞生长，提高产量。
表7中列出了施用6年后枸杞在对照土壤和在改良的土壤中的生长指标以及产量提高的情况。
表7改良6年后枸杞生长指标及产量
如表7所示，施用本发明的土壤调理剂后施用本发明土壤调理剂6年后(重度土壤施用调理剂配方3的情况)，与不施用本发明的土壤调理剂的对照相比，枸杞的成活率提高了1.27倍，平均东西向冠幅增加了72.1cm，平均株高增加了51.64％，干果产量增加了2.34倍。果实生长指标和产量均得到大幅提升。
本申请的发明人发现，土壤调理剂中的聚乙二醇可作为湿润剂保障了枸杞根系不会因为干旱缺水，使生长受到限制甚至死亡。
6.提高枸杞果实品质。
表8中列出了未施用土壤调理剂的枸杞果实品质的情况，以及施用配方1和配方2的土壤调理剂6年后与对照处理枸杞果实品质情况。
表8枸杞鲜果果实着色指数和相关糖含量情况
由表8可以看出，在施用本发明的土壤调理剂6年的碱性土壤上结出的枸杞鲜果的色泽和各种糖的含量都得到明显改善。
其中，施用配方2后，枸杞鲜果的着色指数比没有施用的提升了13.7个百分点，色泽得到非常明显改善；枸杞总糖增加1.31mg/g(40.81％)，枸杞多糖增加了61mg/g(11.47％)，蔗糖增加3.0mg/g(62.50％)，葡萄糖增加15.3mg/g(92.73％)和果糖增加27.4mg/g(68.5％)，枸杞的药用品质显著提升。
从上述实验结果也可以看出，施用不含冰醋酸和姜黄素的配方1，也能促进枸杞着色指数、糖类含量的增加，但包含冰醋酸和姜黄素配方2的促进作用更为明显。
本申请的发明人发现，土壤调理剂中的果实提质剂姜黄素可溶解于碱性水溶液，易于枸杞植株对该成分的吸收。姜黄素在ph>7的情况下呈橙红色到红色，能有效改善枸杞果实的色泽。宁夏枸杞药用品质的重要方面是枸杞果实内富含枸杞总糖和枸杞多糖两种特殊的药用成分，其中枸杞多糖被公认是枸杞中最重要的药用成分，而枸杞总糖及其他糖分是枸杞甜味的重要来源。
7、具有良好的生态、社会和经济效益。本发明的土壤调理剂使用的酒糟、微硅粉、煤矸石都是工、农业生产中的副产物，实现了资源再利用，既减少了它们对环境的污染，又改良了碱化土壤，改善生态环境，投入成本低，改良碱化土壤效果明显。同时促进枸杞产品的增产增收，具有良好的生态、社会和经济效益。