一种土壤调理剂及其制备方法与流程

本发明属于农业土壤改良和腐植质资源化利用，具体涉及一种土壤调理剂及其制备方法。

背景技术：

1、土壤有机质是维持耕地生产能力的重要物质基础，随着长期高强度耕作以及化学肥料的不合理施用，部分耕地出现有机质含量下降、土壤胶体结构破坏、耕层板结、容重升高、孔隙度降低、保水保肥能力下降以及养分淋失加剧等问题。盐碱化地区还可能出现交换性钠含量升高、黏土颗粒分散和根际渗透胁迫增强等现象。

2、腐植酸是一类含有羧基、酚羟基、羰基、醚键等官能团的非均一有机物质，能够参与土壤阳离子交换、养分络合、土壤颗粒聚集和根际微环境调节，腐植酸的作用效果与其来源、分子量分布、官能团含量、水分散性以及其在土壤中的存在状态密切相关。泥炭是植物残体在高湿、缺氧等条件下经不完全分解和腐植化形成的有机物质，泥炭中不仅含有腐植酸、黄腐酸和腐植素，还保留有一定量的植物纤维及多孔有机骨架，因而，具有一定的保水性、缓冲性和物理支撑作用。现有土壤调理剂通常采用泥炭、腐植酸、矿物粉、动物粪便或秸秆等原料直接粉碎混合或者共同造粒。该类方法工艺简单，但各组分之间主要为物理混合，施入土壤后，水溶性腐植酸容易随灌溉水迁移，而难溶性腐植酸又不能在短期内充分发挥作用。

3、为了提高腐植酸的溶解性，现有技术采用氢氧化钠、氢氧化钾等强碱进行提取或活化，虽能提高腐植酸的水溶性，但也容易破坏泥炭原有的纤维和孔隙结构，并可能导致腐植酸过度裂解，使腐植酸的长效团聚作用下降。

4、因此，针对现有技术中普通直接物理混配工艺下腐植酸活性不足、难以长效稳定维持土壤肥力的缺陷，亟需提供一种土壤调理剂及其制备方法，实现土壤结构改善、保水保肥能力长效提升。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供一种土壤调理剂及其制备方法。本发明提供的土壤调理剂中，将泥炭分为第一泥炭与第二泥炭两部分，采用温和混合活化剂氢氧化钾和碳酸钾提升第一泥炭中腐植酸的活性，同时保留第二泥炭的植物纤维与有机孔隙结构，再通过钙镁离子不完全桥联，实现腐植酸高活性与缓慢释放的协同，兼顾土壤前期快速活化养分和长期改良结构保水保肥的双重效果。

2、为实现本发明目的，采用以下技术方案：

3、本发明提供了一种土壤调理剂的制备方法，包括如下步骤：

4、s1、将第一泥炭、腐植酸和混合活化剂加入水中，于55~65℃下进行第一次反应，然后加入氧化剂进行第二次反应，得活化泥炭腐植酸浆料；其中，所述混合活化剂包括氢氧化钾和碳酸钾；

5、s2、将第二泥炭、凹凸棒土和黏结剂混合，然后加入所述活化泥炭腐植酸浆料以及钙镁离子混合水溶液，陈化，得土壤调理剂。

6、现有技术中，如果泥炭与腐植酸直接物理混合，泥炭中大量腐植质呈结合态、大分子聚集态或被纤维包埋，活性官能团暴露少，直接施入土壤后，短期离子交换与养分络合能力难以充分发挥，导致土壤短期保肥供肥、活化养分效能偏低，无法快速为作物提供充足有效养分；若采用强碱处理来提升腐植酸活性，又会破坏泥炭原有的纤维和孔隙结构，导致泥炭丧失长效土壤透气保水的骨架支撑功能。

7、本发明提供的土壤调理剂的制备方法，以氢氧化钾和碳酸钾作为混合活化剂对第一泥炭和外加的腐植酸进行第一次反应，可温和破解泥炭纤维致密结构，高效溶出更多活性腐植酸，避免单一强碱过度破坏有机质；然后以氧化剂进行第二次氧化反应，氧化剂断裂腐植酸大分子的缩合键，将惰性碳位点氧化转化为羧基等活性基团，暴露内部活性位点，有效提升腐植酸活性与水溶性能；两步配合能大幅提升产物对土壤养分的吸收能力，为后续制备高性能调理剂赋予更好的改土活性。

8、本发明提供的土壤调理剂的制备方法，将第二泥炭、凹凸棒土和黏结剂预先混匀，充分舒展孔隙结构；加入所述活化泥炭腐植酸浆料，实现水溶性腐植酸在载体孔隙与表面的均匀负载；加入钙镁离子混合水溶液，通过桥联反应生成钙镁结合态腐植酸，达到水溶性腐植酸和钙镁结合腐植酸的平衡，既稳固调理剂颗粒结构，又能缓慢释放活性物质水溶性腐植酸，长效改良土壤性状，显著提升保肥缓释能力。

9、本发明提供的土壤调理剂的制备方法，s1步骤重在提升腐植酸活性，s2步骤稳控水溶性腐植酸释放，两步协同让调理剂兼具快速改土与长效调肥的双重优势。

10、优选的，s1和s2中，所述第一泥炭和第二泥炭在使用前还包括干燥和粉碎。

11、进一步优选的，所述干燥的温度为50~60℃。

12、优选的，s1和s2中，所述第一泥炭和第二泥炭的质量比为（15~20）:（32~45）。

13、优选的，s1和s2中，所述第一泥炭和第二泥炭的含水率为5%~15%，粒径为40~100目。优选的，s1中，所述第一泥炭与腐植酸的质量比为（15~20）:（18~26）。

14、优选的，s1中，所述混合活化剂与第一泥炭的质量比为（2~3）:（15~20）。

15、优选的，s1中，所述氢氧化钾和碳酸钾的质量比为1:（2~4）。

16、优选的，s1中，所述第一次反应前还包括调节ph至9~10。

17、进一步优选的，所述调节ph是采用1.3~1.8mol/l氢氧化钾溶液。

18、优选的，s1中，所述第一次反应的时间为40~50min。

19、优选的，s1中，所述氧化剂与腐植酸的质量比为（0.4~0.6）:（18~26）。

20、优选的，s1中，所述氧化剂为过氧化氢。

21、进一步优选的，所述过氧化氢为0.25~0.35mol/l的过氧化氢水溶液。

22、示例性的，所述过氧化氢水溶液的加入方式为滴加，所述滴加的时间为25~35min。

23、优选的，s1中，所述第二次反应的温度为55~65℃，时间为80~100min。

24、优选的，s1中，所述第二次反应后还包括浓缩。

25、进一步优选的，所述浓缩的温度为45~55℃，真空度为-0.07～-0.08mpa。

26、进一步优选的，所述浓缩的终点为浓缩后浆料的固含量为50%~60%。

27、优选的，s2中，所述第二泥炭与凹凸棒土的质量比为（32~45）:（10~15）。

28、优选的，s2中，所述第二泥炭与黏结剂的质量比为（32~45）:（2~3）。

29、优选的，s2中，所述黏结剂为预糊化淀粉、玉米淀粉或木薯淀粉中的至少一种。

30、进一步优选的，所述黏结剂为预糊化淀粉。

31、优选的，s2中，所述混合的速率为450~500r/min，时间为8~12min。

32、优选的，s2中，所述加入所述活化泥炭腐植酸浆料的方式为喷入。

33、进一步优选的，所述喷入包括：混合后的混合料在600~650r/min的搅拌速率下，将所述活化泥炭腐植酸浆料喷入混合料中。

34、进一步优选的，所述喷入的时间为20~30min。

35、优选的，s2中，所述第二泥炭与所述钙镁离子混合水溶液的质量体积比为（32~45）kg:20l，所述钙镁离子混合水溶液中钙盐的浓度为0.2~0.3kg/l，镁盐的浓度为0.02~0.1kg/l。

36、进一步优选的，所述钙盐为硝酸钙。

37、进一步优选的，所述镁盐为硫酸镁。

38、优选的，s2中，所述钙镁离子混合水溶液的加入次数为3~5次。

39、优选的，s2中，每次加入所述钙镁离子混合水溶液后，还需要混合3~10min。

40、研究中发现，完全水溶化的腐植酸具有较快的初期分散和络合能力，但抗淋失能力相对不足；完全酸沉或者完全钙化的腐植酸稳定性较高，但水分散性和根际初期活性不足。

41、本发明提供的土壤调理剂的制备方法，先将活化泥炭腐植酸浆料喷入第二泥炭和凹凸棒土混合物中，让活化腐植酸提前进入泥炭孔隙，吸附在纤维和矿物载体表面，凹凸棒土利用自身多孔高吸附特性，负载固定活化腐植酸，支撑调理剂孔隙结构，实现水肥缓释；然后再分批加入钙镁离子混合水溶液混合，使钙镁离子发生不完全桥联，保持水溶性腐植酸和钙镁结合腐植酸共存，解决了传统工艺中钙镁盐一次性加入导致的局部二价离子浓度过高、腐植酸大块絮凝沉淀、活性位点被包埋、组分分布不均的问题；同时，水溶性腐植酸和钙镁结合腐植酸共存，水溶性腐植酸能够在施用初期参与养分络合和离子交换，钙镁结合腐植酸能够大幅降低腐植酸随水淋失的风险，并持续参与土壤颗粒桥联，在土壤环境中逐步转化为水溶性腐植酸，持续参与后期的养分络合与离子交换过程，长效维持土壤的保肥供肥能力，总体实现前期速效调控与后期长效养分管理的协同。

42、优选的，s2中，所述陈化前需调节ph至6.8～7.6。

43、进一步优选的，所述调节ph是采用质量浓度为8%~12%的乳酸溶液。

44、优选的，s2中，所述陈化的温度为35～50℃，时间为30～90min。

45、优选的，s2中，所述陈化后还包括造粒，干燥和筛分。

46、进一步优选的，所述干燥的温度为45～60℃。

47、进一步优选的，所述干燥的后物料的含水率为6%~12%。

48、本发明提供的土壤调理剂的制备方法，采用弱酸调节和低温陈化，使部分活化腐植酸沉积并固定于泥炭孔隙和矿物表面；采用低温干燥，有利于保持颗粒复水分散性和腐植酸官能团活性。

49、示例性的，所述第一泥炭和第二泥炭为草本泥炭或木本泥炭中的至少一种，所述第一泥炭和第二泥炭在干燥和粉碎前的干基有机质含量为55%~80%。

50、示例性的，所述腐植酸中的干基腐植酸总含量为20%~80%，进一步优选的，所述腐植酸中的干基腐植酸总含量为65%~80%。

51、本发明还提供了一种土壤调理剂，由上述土壤调理剂的制备方法制得。

52、本发明提供的有益效果：

53、本发明提供的土壤调理剂及其制备方法，通过将泥炭分第一泥炭和第二泥炭两部分处理，搭配温和的含钾混合活化剂与氧化工艺，无废液无钠盐引入，兼顾腐植酸活性提升与有机孔隙结构保持，同步实现短期养分增效和长期土壤结构改良，规避传统工艺的双重缺陷。

54、本发明提供的土壤调理剂及其制备方法，通过分步喷混钙镁试剂，不完全钙镁桥联，避免腐植酸局部絮凝包埋，实现水溶性与结合态腐植酸共存，兼顾前期速效调控与后期长效保肥供肥。