一种酸化土壤修复材料及其制备方法与流程

1.本发明属于酸化土壤修复技术领域，特别涉及一种覆盖竹林酸化土壤修复材料及其制备方法，以及基于该酸化土壤修复材料的酸化土壤修复方法。


背景技术：

2.雷竹(phyllostachys praecox f.prevelnalis)，又名早竹，属禾本科(gramineae)竹亚科(bambusoideae)中刚竹属(phyllostachys)一个笋材两用竹种。雷竹原产于浙江、江西等地，由于笋早、产量较高、经济效益好等特点，近年来被作为笋用竹大量引种栽培。自然状态下，雷竹每年3至4月大量出笋，然而由于春季大量笋集中上市，笋价低，导致笋用竹林经济效益难以大幅提高。为了取得更好的经济效益，冬季覆盖增温早出笋技术在雷竹林经营过程中被大量应用。有研究表明，在浙北杭州地区雷竹覆盖厚度达40cm以上，经过覆盖后雷竹出笋时间可以提前4个月，从春季提前到前一年初冬；江西北部雷竹林覆盖厚度达30cm以上，覆盖栽培后出笋时间可以提前4个半月；闽北建瓯等地雷竹覆盖厚度较薄，只有25cm左右，但由于其水热条件更好，出笋时间较浙江和江西等地更早，且产量更高。
3.覆盖早出笋技术除了大量增加覆盖物以外，大量、过量肥料的投入是促进笋早产、高产的另一个重要因素。研究表明，在雷竹笋用林经营过程中部分地区单季施肥次数多达15次以上，施肥量远高于雷竹生长需求，长期大量、过量、盲目的肥料投入直接引起肥料在土壤中大量积累，进而引起土壤质量下降、竹林退化、水体污染等问题。有研究表明，覆盖雷竹林持续经营10年内即会发生次生灾害，目前以浙江临安为代表种植时间超过15年的雷竹林大部分都出现了不同程度的退化现象，而土壤酸化是竹林土壤质量下降、竹林退化最重要的标志。有研究表明，过量施肥导致的土壤大量盐基离子的积累是影响雷竹林生长的主要因素；还有研究指出改变生长规律的经营方式决定了雷竹次生灾害的发生。次生灾害的发生时雷竹林产量降低、经济效益下降最主要的原因，因此酸化土壤酸度调节、酸碱度再平衡、土壤质量提升是雷竹林产量提升，竹林可持续发展的重要措施。


技术实现要素：

4.为了克服上述现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题是：提供一种适用于修复酸化雷竹笋用林土壤的酸化土壤修复材料及其制备方法，以及基于该酸化土壤修复材料的酸化修复方法。
5.为了解决上述技术问题，本发明提供酸化土壤修复材料，所述酸化土壤修复材料包括竹材加工废料的燃烧剩余物、乙二胺四乙酸二钠、偏硅酸钾和木质素磺酸盐。
6.进一步提出前述酸化土壤修复材料的制备方法，包括如下步骤:
7.s1、配制乙二胺四乙酸二钠水溶液；
8.s2、将所述乙二胺四乙酸二钠水溶液加入燃烧剩余物中，在密闭条件下，以50～60℃反应24h，获得碱性基料；
9.s3、在所述碱性基料中加入木质素磺酸盐和偏硅酸钾并混合，获得酸化土壤修复
材料。
10.更进一步提出一种基于前述酸化土壤修复材料的土壤修复方法，包括将前述酸化土壤修复材料撒施在待修复的雷竹种植土壤的表面的步骤。
11.以及前述酸化土壤修复材料在修复雷竹笋用林酸化土壤中的应用。
12.本发明的有益效果在于：本发明所提供的酸化土壤修复材料不仅可以有效中和雷竹笋用林土壤的酸碱值，而且可有效提高笋产量，提高竹加工废料及其燃烧剩余物等固废资源利用率。经实验结果表明通过施用本发明所提供的酸化土壤修复材料后32个月内笋产量提升58％～81％，与现有客土法修复结果相近。
具体实施方式
13.为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式予以说明。
14.酸化土壤修复材料，所述酸化土壤修复材料包括竹材加工废料的燃烧剩余物、乙二胺四乙酸二钠、偏硅酸钾和木质素磺酸盐。
15.其中，所述燃烧剩余物主体呈灰白色，碱性，主要成分包括ca、mg、k、na、si、p、fe、al的氧化物及其盐。通过乙二胺四乙酸二钠改性燃烧剩余物，使其络合化，从而增加其对离子的吸附能力。在实际的加工过程中，应当在改性前对竹材加工废料进行磨粉，以及将所述燃烧剩余物过100目筛，从而提高其表面积。
16.通过在酸化土壤修复材料中加入木质素磺酸盐，如木质素磺酸钠等，以改善酸化土壤修复材料的流动性和成形性，同时通过木质素磺酸盐以提高各组分的分散性，以及其具有一定的润湿性和络合性，从而通过其进一步提高酸化土壤修复材料对土壤中大量离子的吸附。
17.而偏硅酸钾不仅能够中和土壤中氢离子，从而改善土壤酸碱值的同时，其被氢离子所中和后所形成的原硅酸能够直接被雷竹所吸收利用，从而实现促进雷竹生长以及提高笋产量的效果。
18.进一步地，所述竹材加工废料选自竹材加工过程中所废弃的竹稍、竹枝、竹节、竹蔸和竹粉中的至少一种。
19.在一种实施方式中，所述木质素磺酸盐由竹材造纸制浆后剩余黑液经酸化-磺化-转化-蒸馏制备得到，也可以采用现有方法，如胡拥军等，利用造纸黑液制取改性木质素磺酸钠，信阳师范学院学报(自然科学版)，2004年7月，第17卷。当然，所述木质素磺酸盐也可以采用市售的木质素磺酸盐。
20.进一步地，所述乙二胺四乙酸二钠的水溶液与所述燃烧剩余物组成所述酸化土壤修复材料的碱性基料；
21.所述碱性基料中所述乙二胺四乙酸二钠的水溶液与所述燃烧剩余物的质量比为(2～3):(8～12)；优选为3:10。
22.所述乙二胺四乙酸二钠的水溶液的浓度为(4～7)g/100ml。优选为5g/100ml。
23.进一步地，所述碱性基料与所述木质素磺酸盐和偏硅酸钾的质量比为(18～20):(0.8～1.2):(0.8～1.2)。优选为18:1:1。
24.一种前述酸化土壤修复材料的制备方法，包括如下步骤:
25.s1、配制乙二胺四乙酸二钠水溶液；
26.s2、将所述乙二胺四乙酸二钠水溶液加入燃烧剩余物中，在密闭条件下，以50～60℃反应24h，获得碱性基料；
27.s3、在所述碱性基料中加入木质素磺酸盐和偏硅酸钾并混合，获得酸化土壤修复材料。
28.具体的，首先按照浓度为(4～7)g/100ml配制乙二胺四乙酸二钠水溶液，然后将乙二胺四乙酸二钠水溶液加入竹加工废料燃烧剩余物中，加入乙二胺四乙酸二钠水溶液的质量为竹加工废料燃烧剩余物重量的30％，对竹加工废料燃烧剩余物进行改性，制成乙二胺四乙酸盐混合料，密闭条件下控制温度恒定在50～60℃持续24h，得到碱性基料。最后按碱性基料与木质素磺酸盐和偏硅酸钾按照质量比(18～20):(0.8～1.2):(0.8～1.2)进行混合，获得酸化土壤修复材料。
29.所述酸化土壤修复材料是呈碱性的，并且含有乙二胺四乙酸盐络合物、ca、mg、k、na、si、p、fe、al的氧化物及其盐、偏硅酸钾、原硅酸等，因此不仅可以有效捕捉雷竹笋用林土壤中的盐离子，从而降低土壤中盐离子的含量，还可以基于雷竹硅富集特性，以促进雷竹对硅的吸收和利用，从而促进雷竹的生长以及笋的产量。
30.一种基于前述酸化土壤修复材料的土壤修复方法，包括将前述酸化土壤修复材料施撒在待修复的雷竹种植土壤的表面的步骤。
31.优选地，所述酸化土壤修复材料以每20cm深土壤的重量的0.45～0.6％进行撒施。
32.前述酸化土壤修复材料在修复雷竹笋用林酸化土壤中的应用。其中，所述雷竹笋用林土壤具有基于覆盖早出笋技术滥用所导致的土壤酸化或盐基离子大量积累问题。
33.实施例1
34.一种酸化土壤修复材料的制备方法，包括如下步骤：
35.按照浓度为5g/100ml配制乙二胺四乙酸二钠水溶液，然后将乙二胺四乙酸二钠水溶液加入竹加工废料燃烧剩余物中，加入乙二胺四乙酸二钠水溶液的质量为竹加工废料燃烧剩余物重量的30％，对竹加工废料燃烧剩余物进行改性，制成乙二胺四乙酸盐混合浆，密闭条件下控制温度恒定在55℃持续24h，得到碱性基料。最后按碱性基料与木质素磺酸盐和偏硅酸钾按照质量比18:1:1进行混合，获得酸化土壤修复材料。
36.实施例2
37.一种酸化土壤修复材料的制备方法，包括如下步骤：
38.按照浓度为5g/100ml配制乙二胺四乙酸二钠水溶液，然后将乙二胺四乙酸二钠水溶液加入竹加工废料燃烧剩余物中，加入乙二胺四乙酸二钠水溶液的质量为竹加工废料燃烧剩余物重量的30％，对竹加工废料燃烧剩余物进行改性，制成乙二胺四乙酸盐混合浆，密闭条件下控制温度恒定在60℃持续24h，得到碱性基料。最后按碱性基料与木质素磺酸盐和偏硅酸钾按照质量比18:1:1进行混合，获得酸化土壤修复材料。
39.实验例
40.选取经营时间15年以上的雷竹栽培区作为实验林，所述雷竹栽培区已发生土壤酸化次生灾害。在实验林中设立4个实验点，每个实验点建立10m
×
10m的实验小区5个。以20cm深土壤重(2000000kg/hm2)的0％、0.15％、0.3％、0.45％和0.6％添加实施例1所制备得到的酸化土壤修复材料，具体用量为别为0kg/hm2、3000kg/hm2、6000kg/hm2、9000kg/hm2和12000kg/hm2，并分别记为处理ck、处理c-3000、处理c-6000、处理c-9000和处理c-12000。
12000下降幅度仍然最大，从19.2％增加至32.5％，平均降幅从12.2％增加至19.8％。表明随时间的增加，不同处理修复效果仍然在下降。具体来看处理ck的土壤ph仍然最低，为3.86。处理c-12000与处理c-9000土壤ph均为4.91，差异显著性分析结果表明，不同处理之间除处理c-12000与处理c-9000之间不存在显著性差异以外，其它处理之间均存在显著性差异(p《0.05)。
50.由表2可知，处理ck在不同时间内笋产量均最低，施用酸化土壤修复材料对雷竹林笋产量的提高有明显的作用，并且随着施用量的增加，笋产量先增加后降低，这主要是由于当酸化土壤修复材料施用量增加至12000kg/hm2时，当年笋季土壤ph已呈弱碱性，而雷竹适宜中性至偏酸性土壤，因此产量有所下降。具体来看酸化土壤修复材料施用后8个月即当年笋季最高产量为处理c-9000，最低产量为处理ck，笋产量在21.0-33.2t/hm2之间，平均为27.2t/hm2。差异显著性分析结果表明，除处理c-3000与c-12000外，其它处理之间均具有显著性差异(p《0.05)。
51.施用酸化土壤修复材料20个月后，即第二年笋季对不同处理笋产量测定结果显示，处理c-12000和处理c-9000笋产量分别增长22.6％和0.6％，主要是由于在酸化土壤修复材料施用20个月后处理c-12000土壤ph已呈弱酸性，更适宜雷竹生长，促进雷竹产量增加，但产量仍然低于c-9000。处理ck、处理c-3000和处理c-6000笋产量分别下降12.5％、25.5％和11.2％。表明随时间的增加，不同处理修复效果均在下降，土壤ph再次变酸，因此笋产量有所下降。不同处理中c-9000产量仍然最高，且变化不大。差异显著性分析结果表明，除c-3000与ck笋产量不存在显著性差异以外，不同处理之间笋产量仍然存在显著性差异(p《0.05)，表明在酸化土壤修复材料施用20个月后，即修复后的第二个笋季，酸化土壤修复材料施用对笋的增产效果仍然存在，且效果显著。
52.施用酸化土壤修复材料32个月后，即第三年笋季对不同处理笋产量测定结果显示，除处理c-12000外，不同处理笋产量均出现下降，但除c-6000以外，其它处理笋产量与第二个笋季产量相比变化不大。此时处理c-9000笋产量仍然最高，差异显著性分析结果表明，除c-3000与ck笋产量不存在显著性差异以外，不同处理之间笋产量仍然存在显著性差异(p《0.05)，表明处理c-6000、处理c-9000和c-12000酸化土壤修复材料的施用对笋产量的增加仍然具有显著性作用。
53.从上述实验结果表明，本发明所提供的酸化土壤修复材料可明显提高因覆盖育笋而产生土壤酸化次生灾害的雷竹林土壤ph，且酸化土壤修复材料的施用量越大，土壤ph增加越多，但随着时间的增加，修复效果在逐渐下降。
54.同时，在酸化土壤修复材料施用30个月后，不同修复处理组均表面出笋产量的增加。当酸化土壤修复材料施用量为9000kg/hm2时，笋产量最高，且能够在三个笋季内保持相对稳定，且显著高于其他处理组。因此酸化土壤修复材料施用量为9000kg/hm2最适合酸化雷竹笋用林的土壤修复，且能够显著增加笋产量。
55.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。