一种基于热带农业副产物的酸性土壤调理剂及其制备方法与流程

本发明涉及土壤改良修复
技术领域：
，尤其涉及一种基于热带农业副产物的酸性土壤调理剂及其制备方法。
背景技术：
：我国广东省、海南省、云南省南部地区均为热带气候，由于日照充足、水源充沛、温度适宜等气候条件，这些地区生产品种丰富的热带水果，例如菠萝、香蕉、菠萝蜜、甘蔗等，每年农产品收获之后会产生大量的农业副产物，而此类资源的回收利用率极低，以菠萝叶为例，其表面具有蜡质层，导致难以快速降解、与土壤融合，因此无法如水稻、玉米秸秆等农副产物一样可以直接翻压还田，类似的废弃物还包括香蕉茎秆、甘蔗渣、椰糠等。上述热带地区多数沿海，由于我国水产养殖业和海洋渔业经济的发展，贝类产量快速增加，同时也产生了大量的废弃贝壳，带来一系列环境问题。将上述地区的农业副产物综合利用的研究尚存在一些问题，例如贝壳粉以碳酸钙和少量有机物为主，属于碱性物料，具有改良酸性土壤的潜力，但是南方地区雨水充足，对土壤的冲刷侵蚀作用较大，贝壳粉直接利用容易随雨水流失，改良效果不理想，也不利于土壤结构的改善；土壤中微生物活动较强，施入的有机肥料在未被有效利用之前，一部分被土壤固定，一部分随雨水流失，再加上高强度的微生物活动，造成有机物料利用率较低，带来资源浪费和环境污染。技术实现要素：为了解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种基于热带农业副产物的酸性土壤调理剂，按重量份计，其制备原料包括生物炭20～70份、碱性材料20～80份、纳米氧化物1～5份、胶液120～180份。作为一种优选的技术方案，所述生物炭的生产原料选自菠萝叶、菠萝皮、菠萝蜜皮、香蕉茎秆、香蕉皮、甘蔗渣、椰糠、沼渣中的一种或多种的混合。作为一种优选的技术方案，所述生物炭的目数≤20目。作为一种优选的技术方案，所述碱性材料的生产原料选自鸡蛋壳和/或贝类生物的外套壳。作为一种优选的技术方案，所述贝类生物的外套壳为牡蛎壳、海虹壳、花蛤壳、毛蚶壳中的一种或多种的混合。作为一种优选的技术方案，所述纳米氧化物选自纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米氧化镁、纳米氧化钙中的一种或多种的混合。作为一种优选的技术方案，所述纳米氧化物的平均粒径为15～30nm。作为一种优选的技术方案，所述胶液为粘合剂的水溶液；所述粘合剂选自海藻酸钠、聚丙烯酸钠、淀粉、羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素中的一种或多种的混合。作为一种优选的技术方案，所述胶液中粘合剂和水的重量比为0.5：(150～250)。作为一种优选的技术方案，所述生物炭和碱性材料的重量比为(0.3～1.5)：1。本发明的第二方面提供了一种如上所述的基于热带农业副产物的酸性土壤调理剂的制备方法，包括以下步骤：混合生物炭、碱性材料、纳米氧化物，向混合物中加入胶液，造粒，风干，得到酸性土壤调理剂。有益效果：本发明提供了一种基于热带农业副产物的酸性土壤调理剂及其制备方法，将颗粒状的有机生物炭辅助以高温煅烧的粉状碱性材料，制备得到土壤调理剂，有助于提高土壤ph值，增加土壤团聚体，降低土壤容重，改善土壤通气状况，同时可以补充土壤酸化缺失的钙、镁离子；通过生物炭的吸附作用，吸附土壤中的养分，减少养分淋失，调节土壤酸度的同时，改良土壤结构。本发明提供的酸性土壤调理剂原料廉价容易获取，成本低，制备工艺简单，符合农情，适宜于农业生产使用。附图说明为了进一步解释说明本发明中提供的一种基于热带农业副产物的酸性土壤调理剂及其制备方法的有益效果，提供了相应的附图，需要指出的是本发明中提供的附图只是所有附图中选出来的个别示例，目的也不是作为对权利要求的限定，所有通过本申请中提供的附图获得的其他相应图谱均应该认为在本申请保护的范围之内。图1为本发明实施例1～3制备得到的土壤调理剂。图2为本发明实施例1对玉米铝毒的缓解作用试验结果。图3为本发明实施例1～3的玉米种植试验结果。具体实施方式结合以下本发明的优选实施方法的详述以及包括的实施例可进一步地理解本发明的内容。除非另有说明，本文中使用的所有技术及科学术语均具有与本申请所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。如果现有技术中披露的具体术语的定义与本申请中提供的任何定义不一致，则以本申请中提供的术语定义为准。在本文中使用的，除非上下文中明确地另有指示，否则没有限定单复数形式的特征也意在包括复数形式的特征。还应理解的是，如本文所用术语“由…制备”与“包含”同义，“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”，当在本说明书中使用时表示所陈述的组合物、步骤、方法、制品或装置，但不排除存在或添加一个或多个其它组合物、步骤、方法、制品或装置。此外，当描述本申请的实施方式时，使用“优选的”、“优选地”、“更优选的”等是指，在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施方案。然而，在相同的情况下或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。除此之外，对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其他实施方案不可用，也并非旨在将其他实施方案排除在本发明的范围之外。为了解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种基于热带农业副产物的酸性土壤调理剂，按重量份计，其制备原料包括生物炭20～70份、碱性材料20～80份、纳米氧化物1～5份、胶液120～180份。生物炭本申请中的生物炭是指生物质能原料裂解之后的产物，其主要的成分为碳。在一些优选的实施方式中，所述生物炭的生产原料选自菠萝叶、菠萝皮、菠萝蜜皮、香蕉茎秆、香蕉皮、甘蔗渣、椰糠、沼渣中的一种或多种的混合。热带由于良好的光、热、水等气候条件，盛产多种水果，典型的热带水果有菠萝、菠萝蜜、香蕉、甘蔗、椰子等，这些农作物收获后会产生大量农业废弃物，发明人在研究中发现，将这些农业废弃物制成生物炭回收利用，能够对酸性土壤进行改良，然而由于生物炭的生产原料不同，所得到的生物炭性能也有所区别，例如香蕉茎秆、香蕉皮制成的生物炭中的有机氮含量较多，可以参与土壤中氮元素的矿化，消耗土壤中的氢离子，提高土壤ph，但香蕉农产品废弃物中的木质素含量低，导致制得的生物炭中微孔结构不理想，吸附性能略差，保水保肥的效果不能满足需求；椰糠、甘蔗渣等原料中含有更多木质素，木质素的结构较为稳定，热解时可形成石墨烯类似结构，穿插在无定形碳基体中，当纤维素成分被分解后，体系中留下大量完整微孔，赋予土壤调理剂保水保肥的性能；菠萝、菠萝蜜的废弃物中含有较多无机矿物质，这些物质不会轻易分解，因此原料的炭产率高，还可以补充土壤中的镁、磷、钾、钙等元素，为农作物提供所需营养。发明人在大量的实践中发现，仅当多种类型生物炭以特定比例共同使用时才能得到性能平衡的土壤调理剂。在一些优选的实施方式中，所述生物炭的制备方法包括以下步骤：将生物炭的生产原料切碎成长度为1～5cm的小段，烘干后放置于马弗炉中，400～600℃下裂解3～5h，降温冷却后，研磨，即得。在一些优选的实施方式中，所述生物炭的目数≤20目；进一步优选的，所述生物炭的目数选自20目、18目、16目、10目中的一种。发明人在研究中发现，控制生物炭的目数不高于20目，可以保证生物炭易于加工和调理剂的方便施用，同时保留了生物炭中的微孔结构，使土壤调理剂具有优异的吸附性能。本文中目数的测定方法可为本领域技术人员熟知的任何一种，例如筛分法。碱性材料本申请中的碱性材料主要是以氧化钙为主的材料，具有吸湿性，可生成氢氧化钙调节土壤酸度，还能为农作物提供生长所需钙离子。在一些优选的实施方式中，所述碱性材料的生产原料为鸡蛋壳和/或贝类生物的外套壳。本文中的术语“贝类生物的外套壳”是生活在水边的软体动物的外套壳，由软体动物的分泌物形成的保护身体柔软部分的钙化物。在一些优选的实施方式中，所述贝类生物的外套壳选自牡蛎壳、海虹壳、花蛤壳、毛蚶壳中的一种或多种的混合。在一些优选的实施方式中，所述碱性材料的制备方法包括以下步骤：将碱性材料的生产原料研磨成粉，洗净烘干，置于马弗炉中，800～1000℃下煅烧2～4小时，冷却，即得。在一些优选的实施方式中，所述生物炭和碱性材料的重量比为(0.3～1.5)：1；进一步优选的，所述生物炭和碱性材料的重量比为(0.5～1.3)：1。发明人发现，生物炭与碱性材料的比例能够明显影响农作物的长势，其原因在于，两种材料中均含有多种农作物所需的微量元素，植物对不同元素的吸收存在协同和拮抗，仅当生物炭与碱性材料的比例在优选范围内时才能平衡多种元素的吸收，促进农作物生长。纳米氧化物本申请中的纳米氧化物是指粒径不超过100nm的氧化物。在一些优选的实施方式中，所述纳米氧化物选自纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米氧化镁、纳米氧化钙中的一种或多种的混合；进一步优选的，所述纳米氧化物为纳米二氧化钛。发明人发现，纳米二氧化钛能够刺激农作物根部，使根系分泌物增多，根系分泌物与酸性土壤中的铝离子产生络合，防止铝离子被根系吸收，进而抑制植物生长。本申请中的纳米二氧化钛可为市售，在一些优选的实施方式中，所述纳米二氧化钛为锐钛型，粒径10～20nm；进一步优选的，所述纳米二氧化钛为锐钛型，粒径15nm。胶液本申请中的胶液用于将生物炭、碱性材料、纳米氧化物紧密地结合在一起，共同发挥调理作用。在一些优选的实施方式中，所述胶液为粘合剂的水溶液。在一些优选的实施方式中，所述粘合剂选自海藻酸钠、聚丙烯酸钠、淀粉、羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素中的一种或多种的混合；进一步优选的，所述粘合剂为海藻酸钠。在一些优选的实施方式中，所述胶液中粘合剂和水的重量比为0.5：(150～250)。在一些优选的实施方式中，所述胶液的制备方法为将粘合剂溶解在水中，搅拌均匀即可。本发明的第二方面提供了一种如上所述的基于热带农业副产物的酸性土壤调理剂的制备方法，包括以下步骤：混合生物炭、碱性材料、纳米氧化物，向混合物中加入胶液，造粒，风干，得到酸性土壤调理剂。本发明在使用时，可做基肥施用，整地时把土壤调理剂撒施于土壤表面，每亩用量1000～2000公斤，多次翻耕与土壤混合均匀；也可以作为追肥施用，于作物生长期间，撒施于垄沟，或作物生长近基部，按照500～1000公斤/亩的施用量。实施例下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据上述本发明的内容做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。实施例1实施例1提供了一种基于热带农业副产物的酸性土壤调理剂，按重量份计，其制备原料包括生物炭55份、碱性材料45份、纳米二氧化钛2份、胶液150份。所述生物炭为菠萝叶生物炭、香蕉茎秆生物炭、椰糠生物炭的混合，重量比为2：2.5：1。所述碱性材料为鸡蛋壳粉和牡蛎壳粉的混合，重量比为2：2.5。所述纳米二氧化钛为锐钛型，粒径为15nm。所述胶液为海藻酸钠的水溶液，其中海藻酸钠和水的重量比为0.5：200。本例还提供了上述酸性土壤调理剂的制备方法，包括以下步骤：步骤(1)：菠萝叶、香蕉茎秆、椰糠，切碎成2cm长短，烘干备用；步骤(2)：将烘干备用的菠萝叶、香蕉茎秆、椰糠放置于500℃马弗炉裂解4小时，降温冷却后，研磨过20目的筛网；步骤(3)：鸡蛋壳粉、牡蛎壳粉洗净，烘干，置于900℃马弗炉中煅烧3小时，冷却；步骤(4)：取菠萝叶生物炭、香蕉茎秆生物炭、椰糠生物炭、鸡蛋壳粉、牡蛎壳粉、纳米二氧化钛，混合均匀；步骤(5)：胶液制备，海藻酸钠溶解于水中，搅拌均匀；步骤(6)：边搅拌边向步骤(4)中的混合物料中加入胶液，直至所有混合物料混合均匀。步骤(7)：造粒，风干，制得上述酸性土壤调理剂。实施例2实施例2提供了一种基于热带农业副产物的酸性土壤调理剂，按重量份计，其制备原料包括生物炭55份、碱性材料55份、纳米二氧化钛2份、胶液150份。所述生物炭为菠萝皮渣生物炭、甘蔗渣生物炭、椰糠生物炭的混合，重量比为1.5：2：2。所述碱性材料为鸡蛋壳粉、珍珠贝壳粉、海虹壳粉的混合，重量比为2.5：2：1。所述纳米二氧化钛为锐钛型，粒径为15nm。所述胶液为海藻酸钠的水溶液，其中海藻酸钠和水的重量比为0.5：200。本例还提供了上述酸性土壤调理剂的制备方法，包括以下步骤：步骤(1)：菠萝皮渣、甘蔗渣、椰糠，切碎成2cm长短，烘干备用；步骤(2)：将烘干备用的菠萝皮渣、甘蔗渣、椰糠放置于500℃马弗炉裂解4小时，降温冷却后，研磨过20目的筛网；步骤(3)：鸡蛋壳粉、珍珠贝壳粉、海虹壳粉洗净，烘干，置于900℃马弗炉中煅烧3小时，冷却；步骤(4)：取菠萝皮渣生物炭、甘蔗渣生物炭、椰糠生物炭、鸡蛋壳粉、珍珠贝壳粉、海虹壳粉、纳米二氧化钛，混合均匀；步骤(5)：胶液制备，海藻酸钠溶解于水中，搅拌均匀；步骤(6)：边搅拌边向步骤(4)中的混合物料中加入胶液，直至所有混合物料混合均匀。步骤(7)：造粒，风干，制得上述酸性土壤调理剂。实施例3实施例3提供了一种基于热带农业副产物的酸性土壤调理剂，按重量份计，其制备原料包括生物炭30份、碱性材料70份、纳米二氧化钛2份、胶液150份。所述生物炭为菠萝蜜皮渣生物炭、甘蔗渣生物炭、沼渣生物炭的混合，重量比为1：2：3。所述碱性材料为鸡蛋壳粉、花蛤壳粉、毛蚶壳粉的混合，重量比为2：2：3。所述纳米二氧化钛为锐钛型，粒径为15nm。所述胶液为海藻酸钠的水溶液，其中海藻酸钠和水的重量比为0.5：200。本例还提供了上述酸性土壤调理剂的制备方法，包括以下步骤：步骤(1)：菠萝蜜皮渣、甘蔗渣，切碎成2cm长短，烘干备用，沼渣烘干备用；步骤(2)：将烘干备用的菠萝蜜皮渣、甘蔗渣、沼渣放置于500℃马弗炉裂解4小时，降温冷却后，研磨过20目的筛网；步骤(3)：鸡蛋壳粉、花蛤壳粉、毛蚶壳粉洗净，烘干，置于900℃马弗炉中煅烧3小时，冷却；步骤(4)：取菠萝蜜皮渣生物炭、甘蔗渣生物炭、沼渣生物炭、鸡蛋壳粉、花蛤壳粉、毛蚶壳粉、纳米二氧化钛，混合均匀；步骤(5)：胶液制备，海藻酸钠溶解于水中，搅拌均匀；步骤(6)：边搅拌边向步骤(4)中的混合物料中加入胶液，直至所有混合物料混合均匀。步骤(7)：造粒，风干，制得上述酸性土壤调理剂。实施例4实施例4提供了一种基于热带农业副产物的酸性土壤调理剂，按重量份计，其制备原料包括生物炭65份、碱性材料35份、纳米二氧化钛2份、胶液150份。所述生物炭为菠萝蜜皮渣生物炭、甘蔗渣生物炭、椰糠生物炭、菠萝皮渣生物炭、沼渣生物炭的混合，重量比为2：1：1：1.5：1。所述碱性材料为鸡蛋壳粉、毛蚶壳粉、海虹壳粉的混合，重量比为2：2：1。所述纳米二氧化钛为锐钛型，粒径为15nm。所述胶液为海藻酸钠的水溶液，其中海藻酸钠和水的重量比为0.5：200。本例还提供了上述酸性土壤调理剂的制备方法，包括以下步骤：步骤(1)：菠萝蜜皮渣、甘蔗渣、椰糠、菠萝皮渣，切碎成2cm长短，烘干备用，沼渣烘干备用；步骤(2)：将烘干备用的菠萝蜜皮渣、甘蔗渣、椰糠、菠萝皮渣、沼渣放置于500℃马弗炉裂解4小时，降温冷却后，研磨过20目的筛网；步骤(3)：鸡蛋壳粉、毛蚶壳粉、海虹壳粉洗净，烘干，置于900℃马弗炉中煅烧3小时，冷却；步骤(4)：取菠萝蜜皮渣生物炭、甘蔗渣生物炭、椰糠生物炭、菠萝皮渣生物炭、沼渣生物炭、鸡蛋壳粉、毛蚶壳粉、海虹壳粉、纳米二氧化钛，混合均匀；步骤(5)：胶液制备，海藻酸钠溶解于水中，搅拌均匀；步骤(6)：边搅拌边向步骤(4)中的混合物料中加入胶液，直至所有混合物料混合均匀。步骤(7)：造粒，风干，制得上述酸性土壤调理剂。对比例1实施例1提供了一种基于热带农业副产物的酸性土壤调理剂，按重量份计，其制备原料包括生物炭55份、碱性材料45份、胶液150份。所述生物炭为菠萝叶生物炭、香蕉茎秆生物炭、椰糠生物炭的混合，重量比为2：2.5：1。所述碱性材料为鸡蛋壳粉和牡蛎壳粉的混合，重量比为2：2.5。所述胶液为海藻酸钠的水溶液，其中海藻酸钠和水的重量比为0.5：200。本例还提供了上述酸性土壤调理剂的制备方法，包括以下步骤：步骤(1)：菠萝叶、香蕉茎秆、椰糠，切碎成2cm长短，烘干备用；步骤(2)：将烘干备用的菠萝叶、香蕉茎秆、椰糠放置于500℃马弗炉裂解4小时，降温冷却后，研磨过20目的筛网；步骤(3)：鸡蛋壳粉、牡蛎壳粉洗净，烘干，置于900℃马弗炉中煅烧3小时，冷却；步骤(4)：取菠萝叶生物炭、香蕉茎秆生物炭、椰糠生物炭、鸡蛋壳粉、牡蛎壳粉，混合均匀；步骤(5)：胶液制备，海藻酸钠溶解于水中，搅拌均匀；步骤(6)：边搅拌边向步骤(4)中的混合物料中加入胶液，直至所有混合物料混合均匀。步骤(7)：造粒，风干，制得上述酸性土壤调理剂。性能评价1.实施例1对玉米铝毒的缓解作用试验：采用水培试验，在铝胁迫条件下(50μmol/l)，观察土壤调理剂对玉米铝毒的缓解作用，结果如图2所示。由试验结果分析可知，本发明土壤调理剂在水培条件下能够显著缓解玉米受铝离子的毒害，而添加纳米二氧化钛在水培条件下对玉米铝毒缓解作用效果更加明显，不添加本发明土壤调理剂的玉米根系生长明显受到溶液中铝离子抑制。进一步说明，本发明土壤调理剂能够吸附、降低土壤溶液中的铝离子等酸性离子，调节/提高土壤ph值。2.实施例1～4的室内培养试验：将实施例1～4制得的土壤调理剂与土壤按照1：10的比例混合，于恒定湿度条件下放置30天、45天，数据采集，按照土水比1：5测定土壤起始ph值和培养结束的ph值，结果如表1所示，由图可知，与基础土壤ph值相比，施用本发明土壤改良剂明显提高土壤ph值，且随培养天数的延长，改良效果增加。表1实施例基础30天45天实施例15.56.16.4实施例25.55.96.2实施例35.55.86.0实施例45.56.06.23.实施例1～3的玉米种植试验：将实例1～3制得的土壤调理剂与土壤以1：4的重量比混合均匀，每盆种植1株玉米，观察玉米长势。生长15天后的玉米生长状况图3所示，由图可知，添加本发明土壤调理剂的玉米生长状况优于不使用本发明土壤调理剂的玉米长势；于试验进行35天时，分析土壤团聚体、土壤容重的变化，结果如表2所示，由表2可知，添加本发明土壤调理剂可以增加大于0.25mm土壤团聚体数量，减少0.15～0.25mm土壤团聚体数量，使用本发明土壤调理剂可以降低土壤容重；本试验中生物炭与碱性材料用量比例11：9条件下玉米长势及对土壤结构改良的效果最好。表2本发明提供了一种基于热带农业副产物的酸性土壤调理剂，通过海藻酸钠胶液的使用，使粉状的碱性材料与颗粒状的生物炭复合，减少养分、碱性材料随雨水的径流和下渗，随着胶的降解，复合改良材料能够持续有效地中和土壤酸度、改良土壤结构，增加土壤有机质含量，为热带农业副产物的资源化利用和热区土壤培肥改良提供思路和途径。前述的实例仅是说明性的，用于解释本发明所述方法的一些特征。所附的权利要求旨在要求可以设想的尽可能广的范围，且本文所呈现的实施例仅是根据所有可能的实施例的组合的选择的实施方式的说明。因此，申请人的用意是所附的权利要求不被说明本发明的特征的示例的选择限制。在权利要求中所用的一些数值范围也包括了在其之内的子范围，这些范围中的变化也应在可能的情况下解释为被所附的权利要求覆盖。当前第1页12