本发明涉及一种土壤调理剂及其制备方法和应用。
背景技术：
：土壤质量直接关系到我国农业的可持续发展。由于过量施用化肥及其它因素，如采矿后重金属流失等，在过去一段时间里，我国土壤质量退化严重。首先表现为土壤酸化严重，我国南方土壤酸碱度仅为4左右，土壤酸化会提高土壤酸度，加速土壤养分流失，抑制作物生长甚至导致作物死亡。据相关资料报道，我国酸性土壤总面积约占耕地面积的21％。其次表现为土壤重金属含量严重增加，据保守数据：全国土壤总的点位超标率为16.1％，受cd、hg、as、cr、pb污染的耕地面积约2000万平方百米，占全部耕地的1/5，每年因重金属污染而损失的粮食约1200万吨，直接经济损失200亿元以上，严重影响了我国的粮食安全生产。土壤一旦受到重金属污染不仅会危害植物的生长和发育，而且会影响农产品的品质，并通过食物链危及人类健康。例如，cd的生物迁移性强，对人和动物具有较大的致癌、致畸、致突变等作用。首先，可以通过施用石灰来改善土壤酸性，这样的方法虽然对提高土壤质量具有一定的效果，但是大量或长期施用石灰不但会引起土壤板结形成石灰板结田，而且还会引起土壤钙、钾、镁元素的平衡失调，从而导致减产。此外，在酸性土壤上施用石灰还可能引起镁与铝水化氧化物的共沉淀，降低土壤溶液中离子的活度和植物有效性。硅钙肥是一种含氮、磷、钾、硅、钙、铁、铝、镁的多元素肥料，水溶液呈碱性。施用硅钙肥可显著改良酸性土壤，同时能平衡植物营养，防倒伏，促进开花结实，增强作物抗旱、抗寒、抗病虫害能力，提高植物的产量和品质。其次，为了降低和消除土壤重金属的危害，国内外常用的治理重金属的方法有物理法、化学法、农业生态工程法、生物修复法等。施用改良剂能有效降低重金属的生物有效性，从而减轻其对生态环境的危害。施用有机肥、石灰、磷肥、硅肥和钾肥等可改变土壤重金属形态，降低有效性，减少作物对重金属的吸收。例如，硅钙肥可提升土壤ph，有效降低水稻糙米cd含量，而施用钾硅肥既满足了水稻对钾素的需求，又降低了水稻地上各部位对重金属的累积。另外，土壤调理剂是指加入土壤中用于改善土壤的物理、化学和/或生物性状的物料。通过施用土壤调理剂可以改良土壤结构、降低土壤盐碱危害、调节土壤酸碱度、改善土壤水分状况或修复污染土壤等。我国对土壤调理剂的开发和研究起步比较晚，现有种类主要包括矿渣副产品类土壤调理剂、钾长石或白云石等焙烧产品土壤调理剂以及贝壳粉等钙产品土壤调理剂。这些土壤调理剂成分简单，功能相对单一，特别是对重金属吸附能力相对较弱，增产效果不显著。技术实现要素：因此，本发明的目的是针对现有技术中存在的缺点和不足，提供一种土壤调理剂及其制备方法和应用。本发明目的是通过以下技术方案实现的。一方面，本发明提供了一种土壤调理剂，所述土壤调理剂包含：30-40重量％改性硅藻土、30-40重量％钙盐、10-20重量％腐植酸、5-10重量％镁盐、2-5重量％钼酸铵、3-10重量％硼酸和10-20重量％复合微生物菌剂，其中，所述复合微生物菌剂含有2×108-1×109cuf/克的复合微生物菌，以及所述复合微生物菌包含蜡状芽孢杆菌(bacilluscereus)、枯草芽孢杆菌(bacillussubtilis)、木霉菌(trichodermaspp)和解磷菌(phosphate-solubilizingbacteria)。根据本发明提供的土壤调理剂，其中，所述改性硅藻土的比表面积为800-1600m2/g。在一些实施方案中，所述改性硅藻土的比表面积为800-1200m2/g，以及在一些实施方案中为1000-1200m2/g。根据本发明提供的土壤调理剂，其中，所述改性硅藻土含有75-95重量％的sio2。在一些实施方案中，所述改性硅藻土含有80-90重量％的sio2；以及在一些实施方案中，所述改性硅藻土含有85-90重量％的sio2。根据本发明提供的土壤调理剂，其中，所述改性硅藻土的粒径为0.1-0.25mm。根据本发明提供的土壤调理剂，其中，所述改性硅藻土是经由包括以下步骤的方法制得的：采用硫酸对硅藻土进行酸洗，然后中和；以及将得到的产物于800℃-1000℃下焙烧。根据本发明提供的土壤调理剂，其中，适合的钙盐的实例包括但不限于：碳酸钙、过磷酸钙和重过磷酸钙。根据本发明提供的土壤调理剂，其中，适合的镁盐的实例包括但不限于：硫酸镁、氯化镁和硝酸镁。根据本发明提供的土壤调理剂，其中，所述复合微生物菌剂包含0.6×108-0.8×108cuf/克的蜡状芽孢杆菌、1×108-1.35×108cuf/克的枯草芽孢杆菌、0.25×108-0.35×108cuf/克的木霉菌和0.035×108-0.045×108cuf/克的解磷菌。根据本发明提供的土壤调理剂，其中，所述复合微生物菌剂还包含0.2-0.5重量％的海藻粉。另一方面，本发明提供了一种土壤调理剂的制备方法，其中，所述制备方法包括：(1)将改性硅藻土、钙盐、镁盐、钼酸铵、硼酸和腐殖酸混合造粒；和(2)加入复合微生物菌剂对所述步骤(1)中制得的颗粒进行包覆。根据本发明提供的制备方法，其中，经由包括以下步骤的方法制备所述改性硅藻土：(11)采用硫酸对硅藻土进行酸洗，然后中和；以及(12)将所述步骤(11)中得到的产物于800℃-1000℃下焙烧。根据本发明提供的制备方法，其中，所述步骤(11)中所述酸洗的温度为60-90℃，优选为75-85℃。根据本发明提供的制备方法，其中，所述步骤(11)中所述硫酸的浓度为50-80重量％，优选为60-70重量％。根据本发明提供的制备方法，其中，所述步骤(11)中所述硫酸与所述硅藻土的液固比为3-6:1l/kg，优选为4-5:1l/kg。根据本发明提供的制备方法，其中，所述步骤(11)中所述酸洗的时间为1-5小时，优选为2-3小时，例如2.5小时。根据本发明提供的制备方法，其中，所述步骤(12)中焙烧时间为1-5小时，优选为2-3小时。根据本发明提供的制备方法，其中，所述步骤(1)中制得的颗粒的粒径为1-5mm，优选为1-2mm。根据本发明提供的制备方法，其中，所述步骤(1)中所述造粒和所述步骤(2)中所述包覆是在造粒机中进行的。又一方面，本发明还提供了所述土壤调理剂在提高土壤有机质、补充土壤中微量元素、治理板结和促进土质疏松、消解农药与化学残留、吸附并固化重金属、改良酸性土壤、改良盐碱地土壤或治理重茬土壤中的用途。根据本发明提供的用途，其中，所述土壤调理剂的用量为40-150kg/亩。本发明至少具有以下优势：(1)本发明提供的土壤调理剂能够吸附重金属，显著降低土壤中重金属。特别地，不希望受理论限制，认为本发明的土壤调理剂中采用的改性硅藻土具有高的比表面积，并具有强的化学吸附和离子交换能力。由此，可以显著降低土壤中的重金属含量。例如，施用本发明的土壤调理剂后，土壤中的镉元素可下降60％左右、汞可下降50％左右、砷可下降50％左右、铬可下降50％左右、铅可下降50％左右，农作物产品中镉含量可降低90％左右。(2)本发明提供的土壤调理剂采用复合微生物菌剂，这样的复合微生物菌剂可以活化土壤中沉积的氮n、磷p等元素，降解土壤中除草剂和农药的残留，可统筹土壤中多种中微量元素供植物吸收，减少病虫害；同时可以有效提高植物的光合作用，提高农作物增产。进一步地，通过与特定的改性硅藻土组合使用，复合微生物菌剂课可以更深层次地植入土壤团粒内部，成活效率明显提高，并由此显著地加强以上效果。例如，使用本发明的土壤调理剂，粮食作物平均增产可达15％以上，果蔬增产，特别是大葱增产可达90％以上。(3)增强作物抗性：抗病虫、抗倒伏、抗旱、抗寒、抗盐。(4)有利于根系发达强壮：提高养分吸收能力、免疫力、抗逆力。特别地，不希望受理论限制，认为，所添加的腐植酸可以改良土壤，提高土壤有机质，促进作物根系发育。(5)减少化肥和/或农药用量，提高氮肥和磷肥利用率，能够降低化肥使用量20％左右。(6)另外，本发明提供的土壤调理剂还可以促进促进作物早熟，提高农产品品质和安全性。具体实施方式下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例11.在80±5℃下，在液固比5：1下，采用浓度为60重量％的硫酸对粒径为0.1mm的硅藻土酸洗2.5小时，分离，然后采用浓度为1mol/l的naoh水溶液洗涤、中和，得到酸改性硅藻土。2.将得到酸改性的硅藻土在900℃下焙烧2小时，得到改性硅藻土。采用扫描电子显微镜测量改性硅藻土的比表面积，为1130m2/g。通过x射线荧光光谱测量sio2的含量，为89.5重量％。3首先，在50转/min的转速下，向造粒机中加入40重量份步骤2制得的改性硅藻土、30重量份的碳酸钙、10重量份的腐植酸、5重量份的氯化镁、2重量份的钼酸铵和3重量份硼酸进行造粒。然后，加入10重量份复合微生物菌剂进行包覆，得到粒径为1mm的土壤调理剂；其中，复合微生物菌剂包含0.8×108cuf/克的蜡状芽孢杆菌、1×108cuf/克的枯草芽孢杆菌、0.25×108cuf/克的木霉菌、0.045×108cuf/克的解磷菌和0.2重量％的海藻粉。实施例21.在80±5℃下，在液固比4：1下，采用浓度为70重量％的硫酸对粒径为0.25mm的硅藻土酸洗2.5小时，分离，然后采用浓度为1mol/l的naoh水溶液洗涤、中和，得到酸改性硅藻土。2.将得到的酸改性硅藻土在1000℃下焙烧2小时，得到改性硅藻土。采用扫描电子显微镜测量改性硅藻土的比表面积，为1025m2/g。通过x射线荧光光谱分析测量sio2的含量，为86.7重量％。3首先，在50转/min的转速下，向造粒机中加入30重量份步骤2制得的改性硅藻土、30重量份的碳酸钙、10重量份的腐植酸、5重量份的氯化镁、2重量份的钼酸铵和3重量份硼酸进行造粒。然后，加入20重量份复合微生物菌剂进行包覆，得到粒径为2mm的土壤调理剂；其中，复合微生物菌剂包含0.6×108cuf/克的蜡状芽孢杆菌、1.35×108cuf/克的枯草芽孢杆菌、0.35×108cuf/克的木霉菌、0.035×108cuf/克的解磷菌和0.5重量％的海藻粉。应用1.2014和2015年，连续两年在黑龙江省依兰县三道岗镇三道岗村的镉污染水稻田，划定20亩，其中10亩作为土壤调理剂试验田，5亩作为对照试验田，5亩作为硅钙肥试验田。向土壤调理剂试验田按照40kg/亩的量施加实施例1制备的土壤调理剂，向硅钙肥试验田按照40kg/亩的量施加购自河北省深州市中科启润生物有机肥料厂的i型硅钙肥(sio2≥50％，cao≥44％，有效硅≥24.4％)，对照试验田不施加，栽种吉粳88(超级稻一号)水稻。结果显示，与对照试验田，土壤调理剂试验田的亩产524kg/亩，增产8％，大米中镉含量降低了91％，符合国家农产品的安全指标，重金属及农药残留未检出。另外，对于硅钙肥试验田，亩产为512kg/亩，大米中隔含量降低了46％。2.在山东德州工业污染区，划定10亩进行修复试验。以50kg/亩的用量将实施例2制备的土壤调理剂到土壤表层，翻耕2次，翻耕深度10cm。1个月后，以相同的量重复施加一次，并翻耕2次，放置1个月。采用浸出法测量施加土壤调理剂前后重金属含量，结果如表1所示。表1施加土壤调理剂前后土壤的重金属含量cd(ppm)hg(ppm)as(ppm)cr(ppm)pb(ppm)施加前6.59.820015601250施加后2.34.096795.6637.5降低比例65％59％52％49％49％3.2014年，在吉林省舒兰市设立试验田，共划定15亩，其中10亩作为土壤调理剂试验田，5亩作为对照试验田。向土壤调理剂试验田按照60kg/亩的量施加实施例1制备的土壤调理剂，对照试验田不施加，栽种购自北京宝丰种子有限公司的金帅玉米。试验中期，比对玉米根部发育情况，使用土壤调理剂的地块根部发育旺盛。此外，使用土壤调理剂后，产量为629kg/亩，增产15％。4.2015年，在甘肃省靖远县大葱试验田试验，共划定10亩，其中5亩作为土壤调理剂试验田，5亩作为对照试验田。向土壤调理剂试验田按照80kg/亩的量施加实施例1制备的土壤调理剂，对照试验田不施加，栽种正宁大葱。结果显示，使用土壤调理剂后大葱的抗性，特别是抗病虫、抗倒伏、抗旱、抗寒、抗盐性好，并且增产90％。5.2017年，在黑龙江伊春铁力市年丰乡水稻试验田试验，划定15亩，其中10亩作为土壤调理剂试验田，5亩作为对照试验田。向土壤调理剂试验田按照40kg/亩的量施加实施例1制备的土壤调理剂，对照试验田不施加，栽种吉粳88(超级稻一号)水稻，增产15.85％。6.2016年，在吉林省舒兰市设立试验田，共划定10亩，其中5亩作为土壤调理剂试验田，5亩作为对照试验田，栽种购自北京宝丰种子有限公司的金帅玉米，其中实施例1制备的土壤调理剂、氮肥、磷肥和除草剂用量如表2所示。表2土壤调理剂、氮肥、磷肥和除草剂用量土壤调理剂尿素磷酸二铵甲草胺对照试验田020kg/亩40kg/亩200ml/亩土壤调理剂试验田40kg/亩16kg/亩36kg/亩150ml/亩结果显示，两者均无明显杂草，使用土壤调理剂后，病虫害较小，增产3％。由此可知，施加土壤调理剂后可以提高氮肥和磷肥利用率，降低即使降低化肥使用量20％左右，产量仍有所增加。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12