一种以捕集二氧化碳为原料的盐碱地土壤改良剂及其制备方法和应用与流程

本发明属于农业环境修复，具体涉及一种以捕集二氧化碳为原料的盐碱地土壤改良剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、目前，土壤盐碱化和次生盐碱化问题在世界范围内广泛存在，已成为世界灌溉农业可持续发展的资源制约因素。我国盐碱地面积相对较大，西北、华北、东北西部和滨海地区均有分布。土壤盐碱化对土壤理化性质破坏比较大，极不利于许多作物的生长，容易造成作物缺苗或死亡，从而阻碍农业经济的发展。因此，盐碱地土壤资源的优化和合理开发利用是我国农业可持续发展的重要途径之一，对改善生态环境，促进区域经济、社会和生态的可持续发展具有重要意义。

2、目前，盐碱土地的改良措施有如下几种方法：

3、1)水利改良措施

4、需要建立完善的排灌系统，做到排、灌分开，还要加强用水管理，严格控制地下水水位，通过灌水冲洗、引洪放淤等，不断淋洗和排除土壤中的盐分；该方法基建投入大，需要大量水进行灌洗，在部分淡水资源稀缺的地区实现较为困难。

5、2)农业改良措施

6、通过深耕、平整土地、盖草、翻淤、盖沙、增施有机肥等改善土壤成分和结构，增强土壤渗透性能，加速盐分淋洗；该方法周期较长，见效慢。

7、3)生物改良措施

8、种植和翻压绿肥牧草、秸秆还田、施用菌肥、种植耐盐植物、植树造林等，提高土壤肥力，改良土壤结构，并改善农田小气候，减少地表水分蒸发，抑制返盐；该方法虽然绿色无污染，但是同样周期较长，且只能在所综种植物收割后才能种植农作物，经济效益较低。

9、4)化学改良措施

10、对碱土、碱化土、苏打盐土施加石膏、黑矾等改良剂，降低或消除土壤碱分，改良土壤理化性质；该方法短期效果较为显著，但成本较高，且传统的改良剂存在长期使用对土地环境存在一定污染风险。

11、鉴于此，本发明认为有必要对上述盐碱地改良措施进行优化。

技术实现思路

1、本发明提供了一种以捕集二氧化碳为原料的盐碱地土壤改良剂及其制备方法和应用，将目前公认的导致全球变暖的二氧化碳作为原料制备盐碱地改良剂，在解决现有盐碱地化学改良中改良剂存在污染环境风险，有效改良土壤的盐碱化的同时，还能够响应提出的“碳达峰、碳中和”宣言，对co2进行捕集与转化。

2、为实现上述目的，本发明所提供的技术解决方案是：

3、一种以捕集二氧化碳为原料的盐碱地土壤改良剂，其特殊之处在于，按重量份数计，其原料配方如下：

4、壳聚糖-hpo4/h2po4 150～450份、碳酸钙75～225份、腐殖酸钙5～15份、沼渣50～100份和表面活性剂0.5～2份；

5、所述壳聚糖-hpo4/h2po4为co2吸附至饱和的负载po43-的壳聚糖(即co2吸附饱和的壳聚糖-po4)，此时，其中的po43-转化为hpo42-或h2po4-。

6、进一步地，按重量份数计，其原料配方如下：

7、壳聚糖-hpo4/h2po4 300份、碳酸钙150份、腐殖酸钙10份、沼渣70～100份、表面活性剂1～2份。

8、进一步地，所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚和/或十二烷基苯磺酸钠。

9、上述的一种以捕集二氧化碳为原料的盐碱地土壤改良剂的制备方法，其特殊之处在于，制备方法如下：

10、1)制备壳聚糖-hpo4/h2po4：

11、1.1)采用环氧丙基三甲基氯化铵对壳聚糖进行季胺化；该反应的方程式如下：

12、

13、1.2)将步骤1)中季胺化的壳聚糖置于饱和磷酸钾溶液中搅拌并加入丙酮析出沉淀；

14、1.3)将步骤1.2)得到的沉淀过滤、干燥得到负载磷酸根的壳聚糖，也称改性沸石；

15、1.4)将步骤1.3)得到的负载磷酸根的壳聚糖作为co2吸附剂，吸附co2至饱和，po43-转化为hpo42-或h2po4-，得到hpo42-或h2po4-负载的壳聚糖，即壳聚糖-hpo4/h2po4；

16、2)制备盐碱土壤改良剂

17、2.1)将步骤1)的壳聚糖-hpo4/h2po4、碳酸钙、腐殖酸钙、沼渣、表面活性剂按照比例混合均匀，加入水，调整混合物料含水量为80～95％；

18、2.2)使步骤2.1)得到的含水混合物料常温发酵5～15天，得到发酵物；

19、2.3)将步骤2.2)得到的发酵物进行干燥处理，得到盐碱地土壤改良剂。

20、进一步地，步骤1.1)中，环氧丙基三甲基氯化铵和壳聚糖的摩尔比为6∶1；季胺化温度为40～60℃，时间为3-5h；

21、步骤1.2)中，季胺化的壳聚糖与饱和磷酸钾溶液的比例为1/100～1/150，g/ml；季胺化的壳聚糖和丙酮的比例为1～2∶10，g/ml。

22、进一步地，步骤2)中，所述壳聚糖-hpo4/h2po4和碳酸钙的质量比为2：1；

23、所述碳酸钙和腐殖酸钙的质量比为15∶1。

24、本发明还提供了上述的以捕集二氧化碳为原料的盐碱地土壤改良剂在改良土壤盐碱化中的应用。

25、以及，一种盐碱地土壤改良方法，其特征在于，采用上述的以捕集二氧化碳为原料的盐碱地土壤改良剂进行改良。

26、本发明的原理：

27、本发明中该以捕集的二氧化碳为原料的盐碱地土壤改良剂，主要活性成分为co2吸附饱和的壳聚糖-po4(壳聚糖-hpo4/h2po4)，壳聚糖-po4吸附co2，其负载的po43-离子水解生成hpo42-和h2po4-离子，此时壳聚糖上负载hpo42-和h2po4-离子(壳聚糖-hpo4/h2po4)。该壳聚糖-hpo4/h2po4组分在本发明盐碱地土壤改良剂中提供主要酸性物质，用于中和土壤碱。由于土壤中碳酸钠水解，致使土壤发生强碱反应，在改良剂中添加碳酸钙可置换土壤中的钠离子。腐殖酸钙可提供有一定量的腐殖酸，腐殖酸通过吸附、交换、酸碱中和协同降低土壤的ph。沼渣中含有有机质、腐殖酸，能起到改良土壤的作用。同时，沼渣中还含有氮、磷、钾等元素，能满足作物生长的需要，并且沼渣中部分未分解的原料和新生的微生物菌体，施入农田会继续发酵，释放肥分。此外，表面活性剂的添加，可改变土壤表面活性，促使有机质、腐殖酸等有效成分充分发挥。

28、本发明的优点是：

29、1.本发明提供了一种以捕集二氧化碳为原料的盐碱地土壤改良剂，各组分相互配合，营养成分搭配合理，彼此协同，能够有效改良土壤的盐碱化，且改良剂中使用的原料来源广泛，成本低廉、不仅对环境不会产生污染，还能够捕集温室气体，对环境友好，有利于环境状态正向发展，整个制备过程简单，易操作。

30、2.本发明以捕集二氧化碳为原料，开发了一种低成本、多功能的盐碱地土壤改良剂，捕集二氧化碳的同时，能够快速且持续稳定的降低盐碱土壤的碱性和含盐量，土壤ph可由9左右减低至7左右。其中，co2吸附饱和的壳聚糖-po4(壳聚糖-hpo4/h2po4)不仅实现了温室气体co2的捕集，还可为中和土壤碱性提供酸性物质(腐殖酸)，中和土壤碱；碳酸钙及腐殖酸钙能够去除土壤中的钠离子，同时腐殖酸可中和一定的土壤碱；此外，沼渣也含有丰富的腐殖酸及氮、磷、钾等微量元素，可显著提高土壤的营养，增加肥沃度；表面活性剂可改变土壤表面活性，促使有效成分充分发挥。综上，本发明开发的盐碱地土壤改良剂兼具调节酸碱、施肥增肥的优势，同时达到对盐碱地改良和作物增产的效果。