土壤调理剂及其制备方法与应用

本发明涉及生物农业领域，具体为土壤调理剂及其制备方法与应用。

背景技术：

1、盐碱地在世界范围内广泛分布。土壤盐碱化破坏了植物氮素吸收和生长发育过程，直接影响农业生产力。此外，土壤盐碱化导致土壤微生物区系食物供应减少，进而导致土壤生物活性与生态系统功能丧失。由此，土壤盐碱化恶化了土壤生态系统服务，减少了农民收入，并最终导致耕地废弃，影响土壤和环境健康。

2、土壤盐碱化是多种因素综合作用的复杂过程。灌溉水中钠和钾盐浓度过高、过度灌溉、灌溉农田沟渠中水流失量大以及排水系统不完善，都会导致地下水快速上升和根区内盐分积累，进而导致耕地土壤盐碱化形成并不断加剧。近年来，由于不可持续的农业生产模式和不适当的土地利用方式，导致水资源使用管理不当，加之气候变化，使多个区域的土壤盐碱化不断加剧。

3、为促进作物生产，需要对盐碱地进行综合的土壤、水和作物管理措施改良。除少数低盐度盐碱地可直接用于适宜的耐盐作物外，大多数盐碱地都需要通过洗盐去除土壤中的盐分。洗盐是指用大量水对盐碱地进行淋洗，并通过渗入排水沟加以排除。由于盐碱土壤结构较差，容易形成致密的盐斑或结皮，土壤入渗速率较低，洗盐往往比正常灌溉需要更多的水。并且，盐碱地改良过程中还需要通过覆盖物或覆盖作物减少蒸发。这是由于较高的蒸发浓缩了土壤溶液，增加了地下水毛细上升，容易导致地表反盐。因此，单一的物理改良措施往往难以满足生产生活需要，土壤调理剂作为一种重要的措施被广泛使用。

4、土壤调理剂是加入土壤中用于改善土壤物理、化学和/或生物性状的物料。其作用机制包括在土壤交换复合体中置换(或防止吸附)成盐阳离子(主要是钠)。这伴随着土壤胶体流动性降低、土壤碱度降低、微观和宏观结构改善、土壤团聚体增加以及土壤渗透性增加，从而使土壤水文、物理、化学和生物特征发生有利变化，从而防止表层结皮形成，结构损失和膨胀现象。这还伴随着氮、磷、钾和钙的可用性水平提高，腐殖质的溶解度和流动性降低，微生物过程活化以及农业作物生产力普遍提高。然而，目前的土壤调理剂制备工艺复杂，生产或使用过程中存在环境污染，并存在生产成本较高等问题。

5、在现有的技术中，土壤调理剂的释放往往是静态的，无法根据土壤的实际情况进行自适应调节。为了解决这一问题，研究者提出了“自适应剂量调节”方案，该方案强调实时数据采集和动态响应。它使用微型传感器和微处理器来实时监测土壤状态(如水分、ph值、营养物质浓度等)，并根据这些数据动态地调整土壤调理剂的释放量和比例。这不仅能够更有效地响应土壤的实际需求，还能大大减少不必要的浪费。

6、另一方面，“环境感应功能”则侧重于土壤调理剂的“被动”响应。这一方案主要利用ph敏感的高分子材料，使土壤调理剂在特定条件下自然释放。这种方法不涉及实时数据采集或动态调节，而是基于预设的环境条件，使土壤调理剂达到最佳效果。

7、然而，目前的土壤调理剂制备工艺复杂，生产或使用过程中存在环境污染，并存在生产成本较高等问题。因此，如何结合上述两种创新方案，制备出既智能又环保的土壤调理剂，是目前需要解决的关键问题。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是如何改善盐碱土，包括降低土壤的盐含量、ph值，提高土壤的孔隙度等。

2、为解决上述技术问题，本发明首先提供了土壤调理剂，所述土壤调理剂按照土壤调理剂的制备方法制备，所述土壤调理剂的制备方法包括：

3、1)向原料粉液中加入黄原酸盐、丙烯酸、能够引发单体间聚合反应的引发剂与n,n-亚甲基双丙烯酰胺交联剂，经反应得到透明胶状物；所述原料粉液通过将纤维素或纤维素衍生物在液体中破碎得到；

4、其中，所述原料粉液、黄原酸盐、丙烯酸、所述引发剂、n,n-亚甲基双丙烯酰胺交联剂的质量比为100：(55～60)：(30～35)：(0.27～2.7)：(0.0027～0.054)；

5、2)将所述透明胶状物与作为氧化剂的硝酸铈铵溶液进行混合、干燥，得到吸水高分子材料；

6、3)将所述吸水高分子材料与微生物菌剂进行混合，并经过低温干燥，得到吸水高分子材料-微生物混合物；其中，所述微生物菌剂的活性成分为嗜盐杆菌属菌；

7、4)将蛋壳、硝酸钙、氯化钙经过混合及破碎，得到蛋壳混合物；将所述蛋壳混合物与所述吸水高分子材料-微生物混合物混合，即得到土壤调理剂。

8、上述土壤调理剂中，步骤1)中，所述原料可为羧甲基纤维素或纸浆。

9、步骤1)中，所述液体可为水与甲醇的混合液，其中，水与甲醇的体积比为2：1。

10、步骤1)中，所述引发剂可为过硫酸钾或过硫酸铵。

11、步骤1)中，所述反应可在30～95℃(如65～80℃)条件下进行。

12、步骤1)中，所述反应的时间可为0.5-4小时(如3.5小时)。

13、上述土壤调理剂中，所述原料粉液的可按照包括如下步骤的方法制备：将所述原料在所述液体中混合分散，即得到所述原料粉液。所述原料在所述液体中混合分散可在惰性气体(如氮气、氩气等)保护下进行。所述原料在所述液体中混合分散可在50℃下进行。

14、上述土壤调理剂中，步骤2)中，所述硝酸铈铵溶液可由溶剂和溶质组成，所述溶剂为水，所述溶质及其浓度为硝酸铈铵0.1-1.0mol/l，ph为2-4。

15、步骤2)中，所述透明胶状物与作为氧化剂的硝酸铈铵溶液的质量比可为291：35。

16、步骤2)中，所述混合可在60℃下进行。所述干燥可在80～100℃下进行。

17、上述土壤调理剂中，步骤3)中，所述嗜盐杆菌属菌可为嗜盐喜盐芽孢杆菌(如嗜盐喜盐芽孢杆菌shbcc d51466)。

18、步骤3)中，所述吸水高分子材料与所述微生物菌剂的配比可为100g：(1～10)×10亿cfu。

19、步骤3)中，所述低温干燥可在30～40℃条件下进行。所述低温干燥的时间可可为4～15小时(如10小时)。

20、上述土壤调理剂中，步骤4)中，所述蛋壳混合物与所述吸水材料-微生物混合物的配比可为(1～5)：1。

21、步骤4)中，蛋壳混合物中蛋壳、硝酸钙、氯化钙的质量比可为5:1:1。

22、步骤4)中，所述蛋壳混合物经过混合及破碎后，其粒径可为1～10mm。

23、上述土壤调理剂的制备方法还可包括：利用ph敏感的高分子材料对所述土壤调理剂进行包覆。

24、所述高分子材料的选择基于其在特定的ph下的响应性，可使所述土壤调理剂在特定ph下自动释放。

25、所述ph敏感的高分子材料包括但不限于聚(丙烯酸)、聚醋酸乙烯、聚乙烯醇-聚醋酸乙烯共聚物等。

26、所述土壤调理剂的制备方法，也属于本发明的保护范围。

27、本发明还提供了所述土壤调理剂的下述任一应用：

28、x1)改善土壤；

29、x2)降低土壤盐含量；

30、x3)降低土壤ph值；

31、x4)提高土壤孔隙度；

32、x5)提高作物产量；

33、x6)制备改善土壤产品；

34、x7)制备降低土壤盐含量产品；

35、x8)制备降低土壤ph值产品；

36、x9)制备提高土壤孔隙度产品；

37、x10)制备提高作物产量产品。

38、其中，所述土壤可为盐碱土。所述盐碱土为含盐量高于普通作物正常生长土壤中含盐量的土壤。所述含盐量可指全盐含量或可溶性盐含量。

39、所述作物产量可为盐碱土中生长的作物的产量。在本发明的一个实施例中，所述作物为水稻。

40、本发明还提供了改良盐碱土的方法，所述方法包括：将所述土壤调理剂施加至盐碱土中实现盐碱土的改良。

41、所述改良盐碱土的方法还可包括采用微型传感器和微处理器实时监测土壤状态(如水分、ph值、营养物质浓度等)，并根据土壤实时数据状态地调整所述土壤调理剂的释放量和比例。

42、上述改良盐碱土的方法中，所述土壤调理剂的用量可为75～30000kg/公顷。在本发明的一个实施例中，土壤调理剂的用量为15000kg/公顷。

43、上述改良盐碱土的方法还可包括对施加所述土壤调理剂的盐碱土进行灌溉。

44、本发明的土壤调理剂各组分之间可以互相协同，可以有效地改善盐碱土壤结构，促进水盐循环。在盐碱地治理过程中，本发明的调理剂可有效促进土壤盐分的去除，可以提高作物产量。在实际应用中，使用本发明的土壤调理剂处理的盐碱土，其盐分减少率达到了16-44％，作物产量提高了13-120％。本发明的土壤调理剂的原料成本低且绿色环保；利用此土壤调理剂对盐碱土壤进行改良的方法简便，效果显著。本发明还引入了自适应剂量调节与环境感应功能。自适应剂量调节：该功能通过内置的微型传感器和微处理器，实时监测土壤的各种状态，如水分、ph值和营养物质浓度等。系统会根据实时数据，动态地调整土壤调理剂的释放量和比例，从而确保在各种土壤条件下，都能达到预期的最佳效果。环境感应功能：此功能主要采用ph敏感的高分子材料来实现。该方法不涉及实时数据采集或动态调节，但是能够根据土壤本身的环境变化，触发土壤调理剂的释放，从而达到持续和高效的改良效果。本发明结合自适应剂量调节和环境感应功能，实现了土壤调理剂的智能释放和环境响应，适合大规模推广使用。

45、以下结合具体实施方式对本发明进行进一步详细描述。给出的实施例仅为阐明本发明，并不构成对本发明范围的限制。以下提供的实施例可作为本技术领域普通技术人员进行进一步改进的指南，并不以任何方式限制本发明。