基于富钙镁磷矿粉和海洋多糖与多肽的盐碱地土壤改良剂及其制备方法与流程

1.本发明涉及土壤改良剂技术领域，尤其涉及一种基于富钙镁磷矿粉和海洋多糖与多肽的盐碱地土壤改良剂及其制备方法。


背景技术：

2.盐碱地的形成包括盐化和碱化两个不同的地球化学过程。对于一些降水稀少的区域，每次降水仅能湿润地表，最多使数厘米的表土层含水量有所增大，难以形成补给潜水的下渗水流，滞留在土壤表层水在强大的蒸发作用下，将降水携带的盐分留在土壤表层中，日积月累地表形成盐分，并聚集结皮成为天然盐渍土，另外，化学肥料的长期使用，会使地下水矿化度增大，容易产生积盐。新疆盐碱地的主要化学成分为钠离子、碳酸根离子、碳酸氢根离子、硫酸根离子、镁离子等。
3.目前，盐碱土地的改良措施有如下几种方法：1、水利改良措施，通过灌溉水的磁化，降低土壤中的钠离子的溶出；从而降低土壤的次生盐碱化。2、农业改良措施，合理种植模式，施用有机绿肥，如蚯蚓粪改善土壤的团聚体结构，改善土壤的多孔结构，通过耕翻土地，改善土壤渗水性，通气性，促进土壤脱盐。3、生物改良措施，种植耐盐作物，盐生作物可以吸收积盐，达到降低土壤盐分。4、化学改良措施，通过生物炭的多孔吸附作用，可以有效吸附土壤中的盐碱成分，达到改良土壤的目的；利用腐殖酸类改良剂，改良土壤的ph值，同时络合土壤中的金属离子，改善土壤团粒结构，达到改良土壤盐碱的作用；使用可溶钙，通过离子交换作用，将土壤中的钠离子代换出来，结合灌溉使之淋洗，改良土壤盐碱；使用有机酸使土壤ph值降低，但是指标不治本。利用水利改良措施、农业改良措施、生物改良措施仅对轻度、中度盐碱土有效，但是投入大，时间长，效率低。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于富钙镁磷矿粉和海洋多糖与多肽的盐碱地土壤改良剂的制备方法，其制备得到的盐碱地土壤改良剂可有效改善土壤结构，改良土壤盐碱。
5.本发明还要解决的技术问题在于，提供一种基于富钙镁磷矿粉和海洋多糖与多肽的盐碱地土壤改良剂。
6.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于富钙镁磷矿粉和海洋多糖与多肽的盐碱地土壤改良剂的制备方法，其包括以下步骤：
7.(1)将海洋生物废弃物破碎成固含量为30～50wt％的浆料；
8.(2)在所述浆料中加入碱溶液，在80～110℃水解12～24h，得到水膏产物；其中，浆料与碱溶液的重量比为1：(0.8～5)；
9.(3)将丙烯酸凝胶、富钙镁磷矿粉、水膏产物剪切混炼，干燥，即得到盐碱地土壤改良剂成品；
10.其中，丙烯酸凝胶、富钙镁磷矿粉、水膏产物的重量比为(3～8)：1：(2～3)。
11.作为上述技术方案的改进，所述丙烯酸凝胶的制备方法为：
12.(1)将丙烯酸、水按照1：(2.5～3.5)的比例混合均匀，得到混合物；
13.(2)在所述混合物中加入混合物质量0.1
‰
～0.8
‰
的交联剂、混合物质量1
‰
～5
‰
的引发剂，并在70～90℃下反应5～20h，得到丙烯酸凝胶。
14.作为上述技术方案的改进，所述交联剂选用n,n二甲基双丙烯酰胺和/或n,n
’‑
亚甲基双丙烯酰胺；
15.所述引发剂选用过硫酸盐、硫代硫酸盐、亚硫酸盐中的一种或多种。
16.作为上述技术方案的改进，所述交联剂选用n,n二甲基双丙烯酰胺。
17.作为上述技术方案的改进，所述引发剂选用过硫酸钾、亚硫酸氢钠的混合物，两者的质量比为(1～1.5)：(2～3)。
18.作为上述技术方案的改进，步骤(3)包括：
19.(3.1)将水膏产物、富钙镁磷矿粉混合均匀，得到预混物；
20.(3.2)将丙烯酸凝胶采用高速剪切绞肉机破碎混炼，然后通过压辊机与所述预混物混练均匀；
21.(3.3)将步骤(3.2)得到的产物在110～150℃干燥至含水率≤8wt％，并破碎至60目以下，即得到盐碱地土壤改良剂成品。
22.作为上述技术方案的改进，步骤(3)包括：
23.(3.1)将水膏产物、富钙镁磷矿粉混合均匀，得到预混物；
24.(3.2)将丙烯酸凝胶采用高速剪切绞肉机破碎，然后通过压辊机与所述预混物混练均匀；混练过程中分至少三次加入表面活性剂；
25.(3.3)将步骤(3.2)得到的产物采用高速剪切绞肉机破碎，再采用压辊机混练；混练过程中分至少三次加入表面活性剂；
26.(3.4)将步骤(3.3)得到的产物在110～150℃干燥至含水率≤8wt％，并破碎至60目以下，即得到盐碱地土壤改良剂成品；
27.其中，表面活性剂的加入总量为预混物重量的2
‰
～5
‰
，表面活性剂选用op-10、十二烷基苯磺酸钠、蔗糖脂肪酸酯或硬脂酸钙中的一种或多种。
28.作为上述技术方案的改进，所述碱溶液为koh溶液，其浓度为40～50wt％。
29.作为上述技术方案的改进，所述海洋生物废弃物为虾蟹废弃物、鱼类废弃物或海藻类废弃物；
30.所述富钙镁磷矿粉含有效钙18～25％、有效镁9～11％，有效磷5～8％。
31.相应的，本发明还公开了一种盐碱地土壤改良剂，其采用上述的制备方法制备而得。
32.实施本发明，具有如下有益效果：
33.本发明的盐碱地土壤改良剂的制备方法，采用海洋生物水解得到的含有多糖多肽的水膏产物、富钙镁磷矿粉、丙烯酸凝胶三者耦合。使得产品富含大量的可溶钙、矿物质元素、多孔物质及各种植物营养物，如磷、氨基酸、海洋多糖多肽等。一方面通过钙的置换作用，将土壤中的钠离子代换出来，含有的多孔物质可以进行离子交换和表面络合反应，有效疏松土壤，增加土壤孔隙度和通气性，改善土壤的物理结构，达到改良土壤盐碱的作用，另
一方面，耦合海洋多糖多肽凝胶的超强保水及其水肥缓释作用，可大幅增加改良剂的作用持续时间和效果。
具体实施方式
34.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施方式对本发明作进一步地详细描述。
35.本发明提供了一种盐碱地土壤改良剂的制备方法，其包括以下步骤：
36.s1：将海洋生物废弃物破碎成固含量为30～50wt％的浆料；
37.其中，海洋生物废弃物主要指海洋捕捞业、海洋养殖业、海洋产品加工业所带来的废弃物，其包括一些贝壳类生物的壳、其他生物的躯体、骨头、皮等等，整体而言，其含有丰富营养物质和活性组分。具体的，在本发明中，海洋生物废弃物可为虾蟹废弃物、鱼类废弃物或海藻类废弃物，但不限于此。
38.具体的，通过高速破浆机将海洋生物废弃物破碎，并视需求加入或甩干，得到固含量为30～50wt％的浆料。
39.s2：在浆料中加入碱溶液，在80～110℃水解12～24h，得到水膏产物；其中，浆料与碱溶液的重量比为1：(0.8～5)；
40.其中，碱溶液为koh溶液，其浓度为40～50wt％。优选的，碱溶液为koh溶液。通过碱溶液水解，可将海洋废弃物水解成含多糖、多肽的水膏产物。这种水膏产物加入土壤改良剂后，可为菌群的培育起到有益的作用。此外，其分解速度相对较慢，对土壤改良作用持续时间长。
41.s3：将丙烯酸凝胶、富钙镁磷矿粉、水膏产物混合，干燥，即得到盐碱地土壤改良剂成品；
42.其中，富钙镁磷矿粉为磷矿炼制磷肥剩下的矿粉，其含有效钙约18～25％、有效镁约9～11％，有效磷约5～8％。具体的，有效钙和有效镁的测定方法根据ny/t 2272-2012《土壤调理剂钙、镁、硅含量的测定》，有效磷的测定方法根据ny/t 2273-2012《土壤调理剂磷、钾含量的测定》。富钙镁磷矿粉中的可溶性钙可置换土壤中的na，改良土壤盐碱的作用。同时，其与丙烯酸凝胶混炼会后可起到补强作用，提升土壤改良剂的耐久性。
43.丙烯酸凝胶具有多孔性和亲水基团，其可吸收大量的水，从而实现水、富钙镁磷矿粉、多糖、多肽等营养物质的缓慢释放。此外，聚丙烯酸中富含羧基，可与水膏产物中多糖的羟基、多肽的氨基在混练和后期的干燥过程中，羧基与羟基会发生酯化作用、氨基与羰基发生美拉德反应，三者之间发生复杂的交联反应形成三维交联复合凝胶，再通过富钙镁磷矿粉体在混炼过程的杂化补强，经过使含多糖与多肽凝胶在盐碱地具有优越的耐候、耐久性，具有长效的保水、保肥和培育盐碱吞噬微生物的优越性能。
44.其中，丙烯酸凝胶、富钙镁磷矿粉、水膏产物的重量比为(3～8)：1：(2～3)。示例性的为3：1:3、4:1:2、5:1：2.5、6:1:2.2、7：1:2.8，但不限于此。优选的为(4～6)：1：(2.3～2.8)，基于上述比例，可更好地发挥三者的协同作用。
45.具体的，丙烯酸凝胶可为本领域常用的丙烯酸凝胶。优选的，在本发明的一个实施例中，丙烯酸凝胶通过下述制备方法制备而得：
46.s100：将丙烯酸、水按照1：(2.5～3.5)的比例混合均匀，得到混合物；
47.s200：在混合物中加入混合物质量0.1
‰
～0.8
‰
的交联剂、混合物质量1
‰
～5
‰
的引发剂，并在70～90℃下反应5～20h，得到丙烯酸凝胶。
48.基于上述方法制备得到的丙烯酸凝胶，其吸水能力强，且可有效提升可溶性化合肥、多糖多肽物质缓释作用。
49.具体的，交联剂选用n,n二甲基双丙烯酰胺和/或n,n
’‑
亚甲基双丙烯酰胺，但不限于此。交联剂的用量为混合物质量的0.1
‰
～0.8
‰
。示例性的，交联剂的用量为混合物质量的0.2
‰
、0.4
‰
、0.5
‰
、0.7
‰
或0.9
‰
，但不限于此。
50.引发剂选用过硫酸盐(如过硫酸钠、过硫酸铵、过硫酸钾等)、硫代硫酸盐(如硫代硫酸钠等)、亚硫酸盐(如亚硫酸钠、亚硫酸钾等)中的一种或多种，但不限于此。引发剂的用量为混合物质量的1
‰
～5
‰
。示例性的为1.5
‰
、2
‰
、3
‰
、3.5
‰
、4
‰
或4.5
‰
，但不限于此。
51.优选的，在本发明的一个实施例之中，交联剂选用n,n二甲基双丙烯酰胺；引发剂选用过硫酸钾、亚硫酸氢钠的混合物，两者的质量比为(1～1.5)：(2～3)。基于以上交联剂和特定配比的引发剂所制备得到的丙烯酸凝胶，可大幅度提升土壤改良剂的耐候性，延长其作用时间。
52.具体的，在本发明的一个实施例中，s3包括以下步骤：
53.s31：将水膏产物、富钙镁磷矿粉混合均匀，得到预混物；
54.s32：将丙烯酸凝胶采用高速剪切绞肉机破碎，然后通过压辊机与所述预混物混练均匀；
55.s33：将步骤s32得到的产物在110～150℃干燥至含水率≤8wt％，并破碎至60目以下，即得到盐碱地土壤改良剂成品。
56.基于上述步骤，可将丙烯酸凝胶充分打碎，从而使得富钙镁磷矿粉、水膏产物充分嵌入丙烯酸凝胶结构中，并使得水膏产物中的多糖多肽与丙烯酸凝胶充分交联。
57.优选的，在本发明的另一个实施例之中，步骤s3包括：
58.s31：将水膏产物、富钙镁磷矿粉混合均匀，得到预混物；
59.s32：将丙烯酸凝胶采用高速剪切绞肉机破碎，然后通过压辊机与所述预混物混练均匀；混练过程中分至少三次加入表面活性剂；
60.s33：将步骤s32得到的产物采用高速剪切绞肉机破碎，再采用压辊机混练；混练过程中分至少三次加入表面活性剂；
61.其中，步骤s32和s33中，表面活性剂选用op-10、十二烷基苯磺酸钠、蔗糖脂肪酸酯或硬脂酸钙中的一种或多种，但不限于此。优选的，表面活性剂选用op-10和十二烷基苯磺酸钠。表面活性剂的加入总量为预混物重量的2
‰
～5
‰
，每次加入量相同。
62.需要说明的是，当以n,n二甲基双丙烯酰胺作为交联剂；过硫酸钾、亚硫酸氢钠的混合物作为引发剂时，虽然可大幅提升土壤改良剂的耐候性，但后期混练的难度也大幅提升，若混炼不充分，反而无法起到提升耐候性的作用。为此，在本实施例中，采用了在混炼过程中多次加入表面活性剂的方案，基于这种方案，可实现三者的有效耦合，提升土壤改良剂的各项性能。
63.s33：将步骤s32得到的产物在110～150℃干燥至含水率≤8wt％，并破碎至60目以下，即得到盐碱地土壤改良剂成品。
64.下面以具体实施例对本发明进行说明。
65.实施例1
66.本实施例提供一种盐碱地土壤改良剂的制备方法，其包括以下步骤：
67.(1)将海洋生物废弃物破碎成固含量为45wt％的浆料；
68.(2)在浆料中加入koh溶液(40wt％)，在110℃水解12h，得到水膏产物；其中，浆料与碱溶液的重量比为1：5；
69.(3)将水膏产物、富钙镁磷矿粉(有效钙19.4％、有效镁约9.8％，有效磷约5.5％)混合均匀，得到预混物；其中，水膏产物、钙镁磷肥的重量比为1:2；
70.(4)将丙烯酸凝胶采用高速剪切绞肉机破碎，然后通过压辊机与预混物混练均匀；其中，丙烯酸凝胶与预混物的重量比为1:1；
71.(5)将步骤(4)得到的产物在120℃干燥至含水率为8wt％，并破碎至60目以下，即得到盐碱地土壤改良剂成品。
72.其中，丙烯酸凝胶的制备方法为：
73.(1)将丙烯酸、水按照1：3.5的比例混合均匀，得到混合物；
74.(2)在所述混合物中加入混合物质量0.1
‰
的n,n
’‑
亚甲基双丙烯酰胺、混合物质量5
‰
的过硫酸铵，并在7.℃下反应5h，得到丙烯酸凝胶。
75.实施例2
76.本实施例提供一种盐碱地土壤改良剂的制备方法，其包括以下步骤：
77.(1)将海洋生物废弃物破碎成固含量为45wt％的浆料；
78.(2)在浆料中加入koh溶液(50wt％)，在80℃水解24h，得到水膏产物；其中，浆料与碱溶液的重量比为1：0.8；
79.(3)将水膏产物、富钙镁磷矿粉(有效钙19.4％、有效镁约9.8％，有效磷约5.5％)混合均匀，得到预混物；其中，水膏产物、钙镁磷肥的重量比为1:3；
80.(4)将丙烯酸凝胶采用高速剪切绞肉机破碎，然后通过压辊机与预混物混练均匀；其中，丙烯酸凝胶与预混物的重量比为2:1；
81.(5)将步骤(4)得到的产物在150℃干燥至含水率为3wt％，并破碎至60目以下，即得到盐碱地土壤改良剂成品。
82.其中，丙烯酸凝胶的制备方法为：
83.(1)将丙烯酸、水按照1：3.5的比例混合均匀，得到混合物；
84.(2)在所述混合物中加入混合物质量0.1
‰
的n,n
’‑
亚甲基双丙烯酰胺、混合物质量5
‰
的过硫酸铵，并在7.℃下反应5h，得到丙烯酸凝胶。
85.实施例3
86.本实施例提供一种盐碱地土壤改良剂的制备方法，其包括以下步骤：
87.(1)将海洋生物废弃物破碎成固含量为45wt％的浆料；
88.(2)在浆料中加入koh溶液(45wt％)，在80℃水解24h，得到水膏产物；其中，浆料与碱溶液的重量比为1：3；
89.(3)将水膏产物、富钙镁磷矿粉(有效钙19.4％、有效镁约9.8％，有效磷约5.5％)混合均匀，得到预混物；其中，水膏产物、钙镁磷肥的重量比为1:2.5；
90.(4)将丙烯酸凝胶采用高速剪切绞肉机破碎，然后通过压辊机与预混物混练均匀；其中，丙烯酸凝胶与预混物的重量比为6:3.5；
91.(5)将步骤(4)得到的产物在120℃干燥至含水率为5wt％，并破碎至60目以下，即得到盐碱地土壤改良剂成品。
92.其中，丙烯酸凝胶的制备方法为：
93.(1)将丙烯酸、水按照1：3的比例混合均匀，得到混合物；
94.(2)在所述混合物中加入混合物质量0.3
‰
的n,n二甲基双丙烯酰胺、混合物质量3
‰
的过硫酸铵，并85℃下反应12h，得到丙烯酸凝胶。
95.实施例4
96.本实施例提供一种盐碱地土壤改良剂的制备方法，其包括以下步骤：
97.(1)将海洋生物废弃物破碎成固含量为45wt％的浆料；
98.(2)在浆料中加入koh溶液(45wt％)，在80℃水解24h，得到水膏产物；其中，浆料与碱溶液的重量比为1：3；
99.(3)将水膏产物、富钙镁磷矿粉(有效钙19.4％、有效镁约9.8％，有效磷约5.5％)混合均匀，得到预混物；其中，水膏产物、钙镁磷肥的重量比为1:2.5；
100.(4)将丙烯酸凝胶采用高速剪切绞肉机破碎，然后通过压辊机与预混物混练均匀；其中，丙烯酸凝胶与预混物的重量比为6:3.5；
101.(5)将步骤(4)得到的产物在120℃干燥至含水率为5wt％，并破碎至60目以下，即得到盐碱地土壤改良剂成品。
102.其中，丙烯酸凝胶的制备方法为：
103.(1)将丙烯酸、水按照1：3的比例混合均匀，得到混合物；
104.(2)在所述混合物中加入混合物质量0.3
‰
的n,n二甲基双丙烯酰胺、混合物质量1
‰
的过硫酸钾、2
‰
的亚硫酸氢钠，并85℃下反应12h，得到丙烯酸凝胶。
105.实施例5
106.本实施例提供一种盐碱地土壤改良剂的制备方法，其包括以下步骤：
107.(1)将海洋生物废弃物破碎成固含量为45wt％的浆料；
108.(2)在浆料中加入koh溶液(45wt％)，在80℃水解24h，得到水膏产物；其中，浆料与碱溶液的重量比为1：3；
109.(3)将水膏产物、富钙镁磷矿粉(有效钙19.4％、有效镁约9.8％，有效磷约5.5％)混合均匀，得到预混物；其中，水膏产物、钙镁磷肥的重量比为1:2.5；
110.(4)将丙烯酸凝胶采用高速剪切绞肉机破碎，然后通过压辊机与预混物混练均匀；并分四次加入表面活性剂；其中，丙烯酸凝胶与预混物的重量比为6:3.5；表面活性剂为op-10和十二烷基苯磺酸钠(1:1)，表面活性剂的加入总量为预混物重量的2
‰
；
111.(5)将步骤(4)得到的产物采用高速剪切绞肉机破碎，再采用压辊机混练；混练过程中分四次加入表面活性剂；其中，表面活性剂为op-10和十二烷基苯磺酸钠(1:1)，表面活性剂的加入总量为预混物重量的2
‰
；
112.(6)将步骤(5)得到的产物在120℃干燥至含水率为5wt％，并破碎至60目以下，即得到盐碱地土壤改良剂成品。
113.其中，丙烯酸凝胶的制备方法为：
114.(1)将丙烯酸、水按照1：3的比例混合均匀，得到混合物；
115.(2)在所述混合物中加入混合物质量0.3
‰
的n,n二甲基双丙烯酰胺、混合物质量1‰
的过硫酸钾、2
‰
的亚硫酸氢钠，并85℃下反应12h，得到丙烯酸凝胶。
116.将实施例1～5得到的盐碱地土壤改良剂进行测试，具体测试方法如下：
117.一、材料
118.1、土壤样品；
119.土壤样品采自新疆乌鲁木齐市的盐碱化土壤，其盐分特征如下：
[0120][0121]
2、土壤改良剂：实施例1～5的土壤改良剂。
[0122]
二、实验方法
[0123]
2.1土壤改良试验
[0124]
土壤经风干后过2mm筛，装入直径为20cm，高度为25cm的塑料盆中，每盆加入20g土壤改良剂，加水至田间持水量，定期浇水，保持培养。分别于3个月、6个月、12个月、24个月后取土样，对各指标进行测定。具体结果如下表：
[0125][0126][0127]
2.2耐降解测试实验方法
[0128]
取2克样品，浸泡在1000ml水中吸水1h，然后倒入120目筛网滤除多余水份，放在室外自然条件中让其自然失水和降解，每隔6天补水100克。至30、60、90、120天等后将样品烘干称重，计算残留样品始终率。
[0129][0130]
注：空白样品为没加入多糖、多肽和富钙镁磷矿粉样品。
[0131]
以上所述是发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。