CN112279739B - 一种母质型土壤修复剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种母质型土壤修复剂及其制备方法，涉及土壤调理技术领域。所述土壤修复剂包括成土母质复配物、活化腐植酸复合物和固氮型有机质发酵物，其中含有的天然成土母质经过破碎研磨后，可增大比表面积、缩短发育周期，充分发挥原生母质离子积平衡作用，缓冲性释放中微量元素；通过碱性物料与腐植酸物料加水混合反应，可借助碱解与碱抽提作用，产生高活性的有机质以及多种腐植酸盐，增加土壤中活性有机养分的含量，还可使碱性物料得到熟化，缓冲性调整酸性土壤的pH值；还富含高活性固氮芽孢杆菌，具备固氮、解磷、解钾作用。所采用的材料易于采购，成本低廉，对土壤的修复改良效果显著而持久，有利于产业化生产和推广应用。

Description

一种母质型土壤修复剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及土壤改良技术领域，具体涉及一种母质型土壤修复剂及其制备方法。

背景技术

土壤退化是一个非常复杂的问题，引起其退化的原因是自然因素和人为因素共同作用的结果。自然因素包括破坏性自然灾害和异常的成土因素(如气候、母质、地形等)，它是引起土壤发生自然退化过程(侵蚀、沙化、盐化、酸化等)的基础原因。而人与自然相互作用的不和谐即人为因素是加剧土壤(地)退化的根本原因，主要表现在不合理耕作、过度使用化肥、农药等方面。上述原因导致土壤内部所含物质(主要是矿物质、有机质和微生物)成分的改变，引起土壤物理、化学和生物性状的不可逆转的变异与恶化，从而表现出一系列障碍性问题。

对于退化土壤的改良与修复，主要采取添加土壤调理剂(或称改良剂、修复剂)的方法，通过对土壤所含物质成分的调整和补充，使土壤的理化与生物性状得到优化。

常见的土壤调理剂种类繁多，由于所采用的原料、配方、工艺的不同，对土壤的改良机理和效果具有很大的差异。

导致耕地土壤退化的原因、内在机理及其具体表现十分复杂。国内外大量相关研究与对比试验结果(例如广东省农业科学院土壤肥料研究所魏岚等人：不同土壤调理剂对酸性土壤的改良效果)已经证明，采用复配型土壤调理剂对退化土壤实施综合性改良的效果相对较好。反之，采用单一原料的调理剂，虽然可以针对性的改善某一方面的土壤退化问题，但存在适应面较窄，作用时间较短，土壤改良效果不佳等问题。

例如，采用生石灰改良酸性土壤效果显著，但长期或大量使用会导致烧苗和引起土壤板结；在退化土壤中添加富含有机质和有益菌株的生物有机肥，可以有效提升土壤的有机质含量，增加土壤的微生物活性，但对于已经严重酸化、盐碱化的土壤，投加的菌群很难存活，因此效果欠佳；直接施用褐煤粉，可以增加土壤中有机质和腐植酸含量，使土壤品质得到改善，但由于腐植酸没有经过活化，原料的应有效益不能得到充分发挥。

发明内容

本发明的目的在于提供一种母质型土壤修复剂及其制备方法，解决现有土壤调理剂原料与功效单一、对退化土壤的综合性调理改良效果欠佳的问题，具有效果显著、对退化土壤的修复与改良作用迅速而持久、适应面较广、产品成本低廉的优点。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种母质型土壤修复剂，其特征在于：包括成土母质复配物、活化腐植酸复合物和固氮型有机质发酵物；其中，成土母质复配物为钾长石、苛性镁石、磷矿石、牡蛎壳经粉碎研磨后按比例进行复配后制得的粉状物料；活化腐植酸复合物为经粉碎研磨后的腐植酸物料与碱性物料混合并加水反应后制得的糊状物料；固氮型有机质发酵物为由食用菌菌渣、锯末、蚕沙、烟末中的至少一种有机质原料经粉碎后添加固氮芽孢杆菌并充分发酵后制得的粉状物料。

更进一步的技术方案是所述腐植酸物料为腐植酸含量不低于40％的褐煤、风化煤或者泥煤中的至少一种。

更进一步的技术方案是所述碱性物料为白云石窑灰、粉煤灰或者水泥窑灰的至少一种。

更进一步的技术方案是所述母质型土壤修复剂为总含水率10～20％的黑灰色粉状物，其主要成分为：总活性有机质40±20％，总缓冲性中微量元素以氧化态计为50±25％，以P₂O₅计总缓冲性磷5±2.5％，以K₂O计总缓冲性钾5±2.5％，pH值为8.5～11.5。

本发明还公开了一种母质型土壤修复剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)分别将钾长石、苛性镁石、磷矿石、牡蛎壳进行粉碎研磨，控制D90(累计粒度分布百分数达到90％时所对应的粒径，以下相同)不超过100um，按质量比1:0.2～1.5:0.2～1:0.2～1进行混合均匀，得到成土母质复配物；

(2)分别将碱性物料与腐植酸物料进行粉碎研磨，控制D90不超过100um，按质量比为1：2～5的比例混合，加入腐植酸物料质量0.8～1.5倍的水，并持续搅拌1～3h，得到活化腐植酸复合物；

(3)将食用菌菌渣、锯末、蚕沙、烟末中的至少一种有机质原料机械粉碎，按有效菌株含量不低于0.01亿/g添加固氮芽孢杆菌，在控制物料含水率为50％～60％、堆内温度不超过60℃条件下，堆沤发酵30～60天，得到固氮型有机质发酵物；

(4)将成土母质复配物、活化腐植酸复合物和固氮型有机质发酵物按质量比为1:0.4～0.8:0.3～0.6混合并搅拌均匀后，制得母质型土壤修复剂。

工作机理：所述母质型土壤修复剂基于母质成土原理，根据土壤退化过程中母质异常的具体表现和普遍规律，将优选的多种矿物源与生物源原料按照一定的比例复配，并按照特定的工艺步骤和要求进行加工，制成母质型土壤修复剂。所述母质型土壤修复剂含有丰富而全面的原生矿物元素，可系统性补偿退化土壤的母质养分，为土壤提供良性发育的母质基础；所述母质型土壤修复剂的天然成土母质经过研磨破碎后，可有效增大比表面积、缩短发育周期，充分发挥原生母质离子积平衡作用，缓冲性释放钾、磷、钙、镁、硅、硫、硼等中微量元素，平衡多年耕作过程氮、磷、钾速效肥料严重偏施形成的耕地土壤母质养分元素过度消耗现状，缓冲性恢复大、中、微量元素的物质平衡；所述母质型土壤修复剂通过碱性物料与腐植酸物料加水混合反应的工艺措施，不仅可以借助碱解与碱抽提作用，产生高活性的有机质以及多种腐植酸盐，增加土壤中活性有机养分的含量，改善土壤的物理、化学及生物性状，增大土壤环境容量，提高土壤净化能力，还可使碱性物料得到熟化，改善了产品调整酸性土壤pH值的缓冲性，有效降低对植物根系的危害性，避免大剂量施用造成烧苗的现象；所述母质型土壤修复剂还富含高活性固氮芽孢杆菌，固氮能力和竞争适应能力较强，具备固氮、解磷、解钾作用，可增加土壤养分、改良土壤结构、提高化肥利用率、促使土壤中的有机质分解成腐殖质，刺激作物生长，增强作物养分吸收能力与抗逆性。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的有效成分中，不仅富含多种化合态的钾、磷、钙、镁、硅、硫等大、中、微量元素，还富含活性有机质和多种腐植酸盐，并且还富含高活性固氮菌株，可对土壤的物理、化学与生物性状产生迅速、持久的综合性改良作用，显著提高农作物的商品性质和产量。

2、本发明可产生高活性的有机质和多种腐植酸盐养分，大幅度提高了腐植酸原料中有机养分的功效性；

3、本发明可使产品含有的部分碱性物料得到熟化，改善了产品调整土壤pH值的缓冲性，降低了对植物根系的危害性，避免大剂量施用造成烧苗现象。

4、本发明所采用的材料易于采购，产品成本低廉，生产过程无三废排放，并且对土壤的修复、改良效果显著而持久，有利于产业化生产和推广应用。

附图说明

图1为本发明的工艺流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

分别将优选的钾长石、苛性镁石、磷矿石、牡蛎壳、风化煤、粉煤灰进行粉碎研磨，得到D90为100um的粉料；将蚕沙及烟末原料实施机械破碎，制成粉料备用。

取100kg粉煤灰与200kg风化煤粉料置于容器内混合均匀后，边搅拌边加入160kg水，继续搅拌1.5h后，得到糊状的活化腐植酸复合物。

取100kg蚕沙及200kg烟末粉料与0.3Kg有效菌株含量不低于10亿/g的GD082高活性固氮芽孢杆菌菌剂均混，适当加入水分，在控制物料含水率为50％～55％，堆内温度不超过55℃的条件下堆沤发酵30天后，得到固氮型有机质发酵物。

取100kg钾长石、25kg苛性镁石、50kg磷矿石和25kg牡蛎壳粉料，混合均匀后得到成土母质复配物。

取成土母质复配物100kg、活化腐植酸复合物40kg和固氮型有机质发酵物60kg混合并搅拌均匀后，制得灰黑色母质型土壤修复剂。

经检测，母质型土壤修复剂成品的pH值为8.6，主要成分为：总活性有机质35.1％，总缓冲性中微量元素以氧化态计38.5，以P₂O₅计总缓冲性磷4.1％，以K₂O计总缓冲性钾4.5％。

实施例2

分别将优选的钾长石、苛性镁石、磷矿石、牡蛎壳、褐煤、白云石窑灰进行粉碎研磨，得到D90为80μm的粉料；将食用菌菌渣及锯末原料实施机械破碎，制成粉料备用。

取100kg白云石窑灰与250kg褐煤粉料置于容器内混合均匀后，边搅拌边加入250kg水，继续搅拌2h后，得到糊状的活化腐植酸复合物。

取100kg食用菌菌渣及100kg锯末粉料与0.2Kg有效菌株含量不低于10亿/g的GD082高活性固氮芽孢杆菌菌剂均混，适当加入水分，在控制物料含水率为52％～58％，堆内温度不超过55℃的条件下堆沤发酵40天后，得到固氮型有机质发酵物。

取100kg钾长石、30kg苛性镁石、40kg磷矿石和30kg牡蛎壳粉料，混合均匀后得到成土母质复配物。

取成土母质复配物100kg、活化腐植酸复合物50kg和固氮型有机质发酵物40kg混合并搅拌均匀后，制得灰黑色母质型土壤修复剂。

经检测，母质型土壤修复剂成品的pH值为9.2，主要成分为：总活性有机质31.6％，总缓冲性中微量元素以氧化态计42.3％，以P₂O₅计总缓冲性磷3.6％，以K₂O计总缓冲性钾4.4％。

实施例3

分别将优选的钾长石、苛性镁石、磷矿石、牡蛎壳、泥煤、水泥窑灰进行粉碎研磨，得到D90为80um的粉料；将食用菌菌渣、锯末、蚕沙原料实施机械破碎，制成粉料备用。

取100kg水泥窑灰与300kg泥煤粉料置于容器内混合均匀后，边搅拌边加入450kg水，继续搅拌2.5h后，得到糊状的活化腐植酸复合物。

取50kg食用菌菌渣、50kg锯末粉料、100kg蚕沙粉料与0.5Kg有效菌株含量不低于4亿/g的固氮芽孢杆菌菌剂均混，适当加入水分，在控制物料含水率为55％～60％，堆内温度不超过58℃的条件下堆沤发酵60天后，得到固氮型有机质发酵物。

取100kg钾长石、100kg苛性镁石、80kg磷矿石和100kg牡蛎壳粉料，混合均匀后得到成土母质复配物。

取成土母质复配物100kg、活化腐植酸复合物80kg和固氮型有机质发酵物20kg混合并搅拌均匀后，制得灰黑色母质型土壤修复剂。

经检测，母质型土壤修复剂成品的pH值为10.8，主要成分为：总活性有机质28.9％，总缓冲性中微量元素以氧化态计46.2％，以P₂O₅计总缓冲性磷4.1％，以K₂O计总缓冲性钾2.7％。

实施例4

分别将优选的钾长石、苛性镁石、磷矿石、牡蛎壳、褐煤、白云石窑灰进行粉碎研磨，得到D90为70um的粉料；将食用菌菌渣、锯末、蚕沙、烟末原料实施机械破碎，制成粉料备用。

取100kg白云石窑灰与500kg褐煤粉料置于容器内混合均匀后，边搅拌边加入400kg水，继续搅拌3h后，得到糊状的活化腐植酸复合物。

取100kg食用菌菌渣、50kg锯末粉料、50kg蚕沙粉料、100kg烟末粉料与0.1Kg有效菌株含量不低于40亿/g的GD082高活性固氮芽孢杆菌菌剂均混，适当加入水分，在控制物料含水率为55％～60％，堆内温度不超过60℃的条件下堆沤发酵50天后，得到固氮型有机质发酵物。

取100kg钾长石、150kg苛性镁石、100kg磷矿石和20kg牡蛎壳粉料，混合均匀后得到成土母质复配物。

取成土母质复配物100kg、活化腐植酸复合物50kg和固氮型有机质发酵物60kg混合并搅拌均匀后，制得灰黑色母质型土壤修复剂。

经检测，母质型土壤修复剂成品的pH值为11.5，主要成分为：总活性有机质27％，总缓冲性中微量元素以氧化态计47％，以P₂O₅计总缓冲性磷5.4％，以K₂O计总缓冲性钾2.7％。

实施例5

为证明本发明所述土壤调理剂的实验效果，下面以在云南省曲靖市马龙县白塔村农户承包地中进行的试验作为说明。

试验地排灌条件良好，面积2.5亩，代表面积800亩。试验田海拔1820米，年平均气温14.5℃，年降水量1080毫米。

供试土壤：为pH值＜5.5的酸性红壤，质地疏松，肥力中下等。

供试土壤调理剂：母质型地力修复剂，粉状，主要技术指标：总活性有机质：40±20％，总缓冲性中微量营养元素：50±25％(以氧化态计)，总缓冲性磷：5％±2.5％(以P₂O₅计)，总缓冲性钾：5±2.5％(以K₂O计)。市场价按2.0元计入。

经实际检验，该修复剂产品的pH值为8.5，养分含量为：有机质：54％，氧化钙：26.1％，氧化镁：6.7％，五氧化二磷2.6％，氧化钾4.3％，芽孢杆菌：0.4亿/g。

试验设计：在同一试验地块进行2个生长季作物(6个月以上)的效果试验，第一生长季作物为大白菜，品种是“德高CR177”；第二生长季供试作物为马铃薯，品种是“利薯6号”，均为当地适宜种植的优良品种。第二生长季作物试验时，相同处理试验小区的排布、母质型地力修复剂在第一生长季前施入，第二季不施，常规施肥及施用方法与上季作物保持一致不变。

试验设2个处理，5次重复，采用随机区组排列方式，小区面积24m²(6m×4m)，小区间设置隔离行，小区外设置保护行，各处理除地力修复剂施用不同外，其他田间管理措施一致。试验处理如下：

处理1(施用地力修复剂)：习惯施肥+母质型地力修复剂；

处理2(对照，不施用地力修复剂处理)：习惯施肥。

试验结果：

1、酸性土壤上施用该母质型地力修复剂对促进作物生长发育、提高作物产量有较好作用。

大白菜上：施用土壤地力修复剂的处理与空白对照比较，株高增高0.72cm；茎围增加2.24cm；单株重增加0.114kg；净菜率提高2.64％；亩增产量1922.48kg，增幅35.34％，产量差异呈显著水平。

马铃薯上：施用地力修复剂的处理与空白对照比较，马铃薯株高增加、大薯量增加、单塘结薯重量增加，可供出售商品率提高；亩产增加97.78kg，增幅7.58％，产量差异呈显著水平。

2、施用该母质型地力修复剂处理比空白对照处理亩新增产值4139.34元、净增收益1472.6元，产投比1.55︰1。经济效益明显。

3、该母质型地力修复剂对改良酸性土壤pH值、提高酸性土壤硅铝率、改善土壤阳离子交换量有明显作用。

大白菜收获后：施用地力修复剂处理与空白对照处理比较，土壤pH值增加0.2个单位，增3.89％；土壤硅铝率增加0.86，增9.29％；土壤阳离子交换量增加0.542cmol(+)/kg，增4.31％；土壤全镉含量减少0.022mg/kg，减4.4％，经统计分析，处理间差异明显，呈显著水平。

马铃薯收获后：施用地力修复剂处理与空白对照处理比较，土壤pH值增加0.14个单位，增2.65％；土壤硅铝率增加0.26mg/kg，增3.37％；土壤阳离子交换量增加0.46cmol(+)/kg，增3.87％，经统计分析，处理间差异明显，呈显著水平。

由上可知，施用土壤调理剂后，土壤的pH值、交换性钙镁含量都有了显著的改善，大大提高了土壤肥力与缓冲性，增加了作物的商品质量与产量。

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开和权利要求的范围内，可以对组成部件或布局进行多种变形和改进。除了对组成部件或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (2)

1.一种母质型土壤修复剂，其特征在于：包括成土母质复配物、活化矿源腐殖酸复合物和固氮型有机质发酵物，其中，成土母质复配物为钾长石、苛性镁石、磷矿石、牡蛎壳经粉碎研磨后按比例进行复配后制得的粉状物料；活化矿源腐殖酸复合物为由经粉碎研磨后的腐殖酸物料与碱性物料混合并加水反应后制得的糊状物料；固氮型有机质发酵物为由食用菌菌渣、锯末、蚕沙、烟末中的至少一种有机质原料经粉碎后添加固氮芽孢杆菌并充分发酵后制得的粉状物料；

所述成土母质复配物中钾长石、苛性镁石、磷矿石、牡蛎壳的质量比为1∶0.2～1.5∶0.2～1∶0.2～1；

所述母质型土壤修复剂中成土母质复配物、活化矿源腐殖酸复合物和固氮型有机质发酵物的质量比为1∶0.4～0.8∶0.3～0.6；

所述腐殖酸物料为腐殖酸含量不低于40％的褐煤、风化煤或者泥煤中的至少一种；

所述碱性物料为白云石窑灰、粉煤灰或者水泥窑灰的至少一种；

所述母质型土壤修复剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)分别将钾长石、苛性镁石、磷矿石、牡蛎壳机械粉碎研磨，控制D90不超过100um，按质量比1∶0.2～1.5∶0.2～1∶0.2～1进行混合均匀，得到成土母质复配物；

(2)分别将碱性物料与腐殖酸物料进行粉碎研磨，控制D90不超过100um，按质量比为1∶2～5的比例混合，加入腐殖酸物料质量0.8～1.5倍的水，并持续搅拌1～3h，得到活化腐殖酸复合物；

(3)将食用菌菌渣、锯末、蚕沙、烟末中的至少一种有机质原料机械粉碎，按有效菌株含量不低于0.01亿/g添加固氮芽孢杆菌，在控制物料含水率为50％～60％、堆内温度不超过60℃条件下，堆沤发酵30～60天，得到固氮型有机质发酵物；

(4)将成土母质复配物、活化矿源腐殖酸复合物和固氮型有机质发酵物按质量比为1∶0.4～0.8∶0.3～0.6混合并搅拌均匀后，制得母质型土壤修复剂。

2.根据权利要求1所述的一种母质型土壤修复剂，其特征在于：所述母质型土壤修复剂为总含水率10～20％的黑灰色粉状物，其主要成分为：总活性有机质40±20％、总缓冲性中微量营养元素以氧化态计为50±25％，以P₂O₅计总缓冲性磷5±2.5％、以K₂O计总缓冲性钾5±2.5％、pH值为8.5～11.5。

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