用于控制土壤磷素流失的土壤改良剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及土壤改良技术领域，尤其是一种用于控制土壤磷素流失的土壤改良剂及其制备方法与应用，土壤改良剂包括以下原料：多孔碳基80～100份、硫酸亚铁30～50份、硫酸铝25～40份、聚丙烯酰胺10～20份、改性丝瓜络45～60份，多孔碳基是将花生壳粉先后于磷酸溶液、盐酸溶液、碳酸氢盐溶液中浸泡，并于无氧条件下碳化制得，改性丝瓜络是将丝瓜络氧化预处理后，先后进行等离子体处理和微波间歇辐射处理制得。本发明专利技术的土壤改良剂控磷流失效果明显，有效地减少了土壤磷素向水体的排放，同时提高了土壤的有效磷养分，减少了农民的肥料投入，可用于坡耕地的土壤改良。

Soil improver for controlling phosphorus loss and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
用于控制土壤磷素流失的土壤改良剂及其制备方法与应用
本专利技术涉及土壤改良
，尤其是一种用于控制土壤磷素流失的土壤改良剂及其制备方法与应用。
技术介绍
当前，农业面源污染已经成为世界环保学者和管理者面临的最为棘手问题之一，其中，过量的N、P物质输入是构成农业面源污染的主要原因之一。N、P养分形成农业面源污染的主要源头分为两种，一是由于土壤本身含N、P等养分物质较高，二是由于人口压力大，过量化肥、农药输入农业生态系统，造成大量N、P蓄积在土壤中。这些含N、P养分的土壤，在径流的溶解和冲刷下，养分随之流失，尤其是植被覆盖地下的坡耕地，N、P等养分极易被径流洗脱而夹带进入受纳水体，加之农村经济的发展，含高N、P物质的畜禽养殖污水和大量生活垃圾排入水源，造成地表和地下水污染，最终导致水体富营养化，甚至发生有害藻类“水华”等生态灾害。针对N、P等养分随径流进入水体而造成水环境污染的问题，一般采取“源头减量-过程阻断-养分再利用-生态修复”四级防控措施对养分进行拦截、吸收(净化)和再利用。研究表明，从源头上控制污染物的输入、迁移、转化是最有效的措施，包括：源头减少农业区的化肥、农药投入量，提高作物高效的养分利用率，降低农区径流强度和频度以及原位固持养分于土壤中。其中，在养分原位固持措施中，土壤改良剂是有效的养分迁移防控材料。土壤改良剂的出现在一定程度上缓解了农业生产危机，它的使用可以促进土壤团粒的形成，有效改善土壤结构，固定表土，保护土壤耕层，提高土壤肥力，改善土壤保水、保土、保肥性，提高污染物截留能力，提高粮食产量，增加土壤农学价值，还可以增加农民经济收入，减少环境污染和降低水环境富营养风险。目前，土壤改良剂作为养分固持材料在农业面源污染防控方面具有较多的研究。其中，硫酸亚铁作为防病又肥田的土壤改良剂，能够有效地改良土壤的酸碱度，提高水稻产量，并且对土壤污染修复提供了理论依据；硫酸铝也是较为常用于盐碱地旱田的土壤改良剂，通过改变土壤可溶性盐分及平衡溶液的pH值，来有效改良土壤，可明显提高玉米出苗率；聚丙烯酰胺是一种新型的高效土壤结构改良剂，利用其很强的絮凝性，来维系良好的土壤结构，减少径流，防止土壤N、P养分过多流失。这三种材料都是研究利用较多也是较为有效的土壤改良剂。但是针对设施农业土和坡耕地土P素防控的研究尚未见报道，针对不同的径流雨水冲刷时间，不同强度的径流冲刷，不同的土壤类型有选择性地施用不同种土壤改良剂的研究也很少。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于控制土壤磷素流失的土壤改良剂及其制备方法，制备得到的土壤改良剂控磷流失效果明显，有效地减少了土壤磷素向水体的排放，同时提高了土壤的有效磷养分，减少了农民的肥料投入，可用于坡耕地的土壤改良。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：本专利技术一方面在于公开了一种用于控制土壤磷素流失的土壤改良剂，以重量份计，所述土壤改良剂包括以下原料：多孔碳基80～100份、硫酸亚铁30～50份、硫酸铝25～40份、聚丙烯酰胺10～20份、改性丝瓜络45～60份。进一步，以重量份计，所述土壤改良剂包括以下原料：多孔碳基90份、硫酸亚铁40份、硫酸铝33份、聚丙烯酰胺16份、改性丝瓜络50份；所述多孔碳基是将花生壳粉先后于磷酸溶液、盐酸溶液、碳酸氢盐溶液中浸泡，并于无氧条件下碳化制得；所述改性丝瓜络是将丝瓜络氧化预处理后，先后进行等离子体处理和微波间歇辐射处理制得。进一步，所述聚丙烯酰胺是分子量为300万～400万的阴离子型聚丙烯酰胺。本专利技术的另一方面在于提供了一种用于控制土壤磷素流失的土壤改良剂的制备方法，包括以下步骤：S1.以重量份数计，分别称取各原料：多孔碳基80～100份、硫酸亚铁25～40份、硫酸铝0～15份、聚丙烯酰胺10～20份、改性丝瓜络45～60份；S2.于无氧环境下，将硫酸亚铁和改性丝瓜络混合，并于球磨机中球磨1.5h，加入聚丙烯酰胺继续球磨2～3h，得到的球磨物与水按照固液比100g/500mL混合，搅拌反应24～32h，过滤、洗涤、干燥，得到混合物；S3.将混合物与多孔碳基、硫酸铝混匀，得到土壤改良剂。进一步，所述多孔碳基的制备方法如下：将花生壳粉碎过200目筛，得到的粉粒于温度为80℃的磷酸溶液中浸泡40～48h，过滤，于温度650～760℃的环境下煅烧3h，取出再于常温盐酸溶液中浸泡24h，过滤，去离子洗涤至pH＝6.5～7.5，再加入浓度为20w％的碳酸氢盐溶液中，随后置于500～550℃的无氧环境中碳化4h，冷却取出，粉碎，得到多孔碳基。进一步，所述磷酸溶液中磷酸的质量浓度为75％，所述盐酸溶液中氯化钠的质量浓度为18％，所述碳酸氢盐溶液中的碳酸氢盐的浓度为20％。进一步，所述碳酸氢盐为碳酸氢钠、碳酸氢钾或碳酸氢钙中的一种。以花生壳为原料的多孔碳基有着丰富的细微的小孔，透气、透水性效果良好，与聚丙烯酰胺混合，作为土壤改良剂，使得土壤的通气性和透水性、保水性增强。另外，多孔碳基可以附着生长丝状菌、放线菌、细菌等许多有用微生物，可创造出更适宜农作物生长的土壤环境。进一步，所述改性丝瓜络的制备方法如下：将丝瓜络进行氧化预处理，得到的预处理丝瓜络，放入电极间距12mm的等离子体石英反应器上，于功率150W条件下进行处理8s，得到等离子体处理丝瓜络，随后浸泡于浓度为1.5w％的氢氧化钠溶液中，置于微波环境中，于功率600W间歇辐射处理30min，每辐射5min，停5min，微波间歇辐射处理后，用稀盐酸清洗至pH＝6.5～7.5，干燥得到改性丝瓜络。对丝瓜络进行表面等离子体处理，不仅不会损伤丝瓜络纤维表面，而且等离子体处理后，由于表面氧化作用一方面不仅可以在纤维表面生产羧基，增加了活性位点，还可有效去除纤维素周围的木质素，增加孔洞和活性比表面积，丝瓜络纤维表面出现明显的沟槽，比表面积增大；另一方面，由于等离子氧化作用，减弱了分子间的氢键作用，结晶区受到部分破坏，导致结晶度下降，提高反应活性。进一步，所述氧化预处理如下：将丝瓜络剪成小块，烘干粉碎过100目筛，得到丝瓜络粉，按照固液比1g/30mL取高锰酸钾搅拌溶解于浓度为25w％的盐酸溶液中，随后加入8倍高锰酸钾质量的丝瓜络粉，搅拌浸泡15后，煮沸15min，洗涤至中性，过滤，干燥，得到氧化预处理的丝瓜络。采用改性丝瓜络，一方面经过氧化预处理、等离子体处理和微波间歇辐射处理的丝瓜络比表面积较大，表面活性位点丰富，能够为硫酸亚铁的吸附提供更多的着位点，改性后的丝瓜络表面产生了活性基团，更容易与聚丙烯酰胺结合，使土壤改良剂在使用过程中能够持续稳定的控制土壤磷素流失；另一方面，改性后的丝瓜络碳质化，表面出现明显的沟槽，可以为微生物的生长提供碳源，有利于微生物的生长繁殖，且丝瓜络在土壤中易降解，环保无污染。本专利技术还有一个目的在于，提供了上述用于控制土壤磷素流失的土壤改良剂在坡耕地土壤中的应用，所述应用方法为，按照质量比1：500分别称取土壤改良剂和水搅拌混匀，撒施于坡耕地，施用量为0.3g·m-2。本专利技术的土壤改良剂中使用了硫酸亚铁和聚丙烯酰胺，硫酸亚铁中具有铁离子，进入土壤发生水解，生成铁氧化物，表面的OH－和H2PO4发生配位体交换反应，从而达到在土壤中锁定磷的目的。聚丙烯酰胺具有良好的絮凝性，能够本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于控制土壤磷素流失的土壤改良剂，其特征在于，以重量份计，所述土壤改良剂包括以下原料：多孔碳基80～100份、硫酸亚铁25～40份、硫酸铝0～15份、聚丙烯酰胺10～20份、改性丝瓜络45～60份。

【技术特征摘要】
1.用于控制土壤磷素流失的土壤改良剂，其特征在于，以重量份计，所述土壤改良剂包括以下原料：多孔碳基80～100份、硫酸亚铁25～40份、硫酸铝0～15份、聚丙烯酰胺10～20份、改性丝瓜络45～60份。2.根据权利要求1所述的用于控制土壤磷素流失的土壤改良剂，其特征在于，以重量份计，所述土壤改良剂包括以下原料：多孔碳基90份、硫酸亚铁40份、硫酸铝33份、聚丙烯酰胺16份、改性丝瓜络50份；所述多孔碳基是将花生壳粉先后于磷酸溶液、盐酸溶液、碳酸氢盐溶液中浸泡，并于无氧条件下碳化制得；所述改性丝瓜络是将丝瓜络氧化预处理后，先后进行等离子体处理和微波间歇辐射处理制得。3.根据权利要求1所述的用于控制土壤磷素流失的土壤改良剂，其特征在于，所述聚丙烯酰胺是分子量为300万～400万的阴离子型聚丙烯酰胺。4.用于控制土壤磷素流失的土壤改良剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.以重量份数计，分别称取各原料：多孔碳基80～100份、硫酸亚铁25～40份、硫酸铝0～15份、聚丙烯酰胺10～20份、改性丝瓜络45～60份；S2.于无氧环境下，将硫酸亚铁和改性丝瓜络混合，并于球磨机中球磨1.5h，加入聚丙烯酰胺继续球磨2～3h，得到的球磨物与水按照固液比100g/500mL混合，搅拌反应24～32h，过滤、洗涤、干燥，得到混合物；S3.将混合物与多孔碳基、硫酸铝混匀，得到土壤改良剂。5.根据权利要求4所述的用于控制土壤磷素流失的土壤改良剂的制备方法，其特征在于，所述多孔碳基的制备方法如下：将花生壳粉碎过200目筛，得到的粉粒于温度为80℃的磷酸溶液中浸泡40～48h，过滤，于温度650～760℃的环境下煅烧3h，取出再于常温盐酸溶液中浸泡24h，过滤，去离子洗涤至p...

【专利技术属性】
技术研发人员：姬红利，詹选怀，吴永红，方炎明，张洋，
申请(专利权)人：江西省中国科学院庐山植物园，
类型：发明
国别省市：江西,36