技术领域
本发明涉及土壤修复技术领域，具体涉及一种采用水稻秸秆预处理废液来制备水溶性土壤调理剂的方法以及该水溶性土壤调理剂的应用。
背景技术
土壤改良针对土壤的不良性状和障碍因素，采取相应的物理或化学措施，改善土壤性状，提高土壤肥力，增加作物产量，以及改善人类生存土壤环境的过程。土壤改良工作一般根据各地的自然条件、经济条件，因地制宜地制定切实可行的规划，逐步实施，以达到有效地改善土壤生产性状和环境条件的目的。
土壤调理剂(Soil Conditioner)是由天然矿物质(白云石、石灰石、含钾页岩)为主要原料，经过高温煅烧、萃取加工而成的产品，有极其显著的“保水、增肥、透气”三大土壤调理性能。土壤调理剂能够打破土壤板结、疏松土壤、提高土壤透气性、降低土壤重金属污染，促进土壤微生物活性、增强土壤肥水渗透力；具有改良土壤，治理荒漠.保水抗旱，增强农作物抗病能力，提高农作物产量，改善农产品品质，恢复农作物原生态等功能，大幅度提高植树成活率和农产品产量；改善农林产品品质，恢复农林产品的天然风貌。
中国农作物秸秆年产量约为7亿t左右，列世界之首。全国很多地区都有大量的秸秆剩余量可以加以利用，除了造纸、作饲料或饲料原料、造肥还田等，每年有大量秸秆被直接焚烧，污染又浪费。随着国家禁止露天焚烧秸秆政策的实施，大量秸秆亟待处理，应大力发展新的技术手段，资源化利用秸秆。
因此，现提供一种采用农作物秸秆来制备水溶性土壤调理剂的方法以及该水溶性土壤调理剂的应用。
发明内容
为此，本发明提供了一种水溶性土壤调理剂的制备方法，其包括以下步骤：
步骤一、制备或获取含木质素的碱性废液，并过滤去除滤渣，得到预处理废液；
步骤二、向经步骤一处理所得的预处理液体中加入矿源腐殖酸，且二者满足以下质量比：3～10∶1，搅拌均匀后加热至沸腾，加热时间为30～60min，而后进行固液分离；
步骤三、向经步骤二处理所得的液体中添加浓度为1～10％的含磷可溶性原料和浓度为1～10％的含硅可溶性原料，搅拌均匀至完全溶解；
步骤四、将步骤三所得混合物进行蒸发浓缩、喷雾干燥，制得粉剂产品，即得到水溶性土壤调理剂。
在步骤一中，按1∶5～20的质量比将水稻秸秆粉加入到浓度为1％～10％的碱溶液中，搅拌均匀后加热到80～121℃并处理1～20min，从而获得含木质素的碱性废液。
在步骤一中，所述水稻秸秆粉采用水稻秸秆研磨制成，所述水稻秸秆粉的粒径为10～120目。
在步骤一中，所述碱溶液设为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或两种配制成的浓度为1％～10％的溶液。
在步骤二中，所述矿源腐殖酸中腐殖酸含量≥50％。
在步骤三中，所述含磷可溶性原料为磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠中的一种或多种。
在步骤三中，所述含硅可溶性原料有效硅含量≥20％。
进一步，提供一种水溶性土壤调理剂的应用，采用如上所述方法所制得的水溶性土壤调理剂适用于调节酸性化土壤。
所述酸性化土壤的PH为4.5～6.0。
使用时，所述土壤调理剂的单次施用量为10-20kg/亩。
本发明相对于现有技术，具有如下优点之处：
在本发明中，采用含木质素的碱性废液为原料来制备该水溶性土壤调理剂，同时在制备过程中添加矿源腐殖酸；由于木质素与腐植酸均是碱溶性的高分子物质，是多种官能团构成的有机载体，具有良好的生物活性，并且结构复杂，带有多种活性官能团，且能与许多有机物、无机物发生相互作用、相互结合、是影响农药、肥料在土壤环境中行为和归宿的重要因子之一；因此制得的水溶性土壤调理剂呈碱性，其不仅有机成分高，还含有多种作物所需的营养元素，该水溶性土壤调理剂可调节土壤PH、吸附钝化重金属、增加土壤有机质并促进土壤团粒结构形成，同时可以增强土壤的通透性、促进植物生长、降低施用土壤调理剂造成土壤板结的风险；综上可知，本发明不仅可以充分利用现有技术中的农作物秸秆预处理废液来获取含木质素的碱性废液作为原料，使得实际生活中大量存在的农作物秸秆能够得到有用且无害的处理，而且通过环保、无污染的方法制得低成本的所述水溶性土壤调理剂来改善土质。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例提供了一种水溶性土壤调理剂的制备方法，其包括以下步骤：
步骤一、制备或获取含木质素的碱性废液，并过滤去除滤渣，得到预处理废液；
步骤二、向经步骤一处理所得的预处理液体中加入矿源腐殖酸，且二者满足以下质量比：3～10∶1，搅拌均匀后加热至沸腾，加热时间为30～60min，而后进行固液分离；
步骤三、向经步骤二处理所得的液体中添加浓度为1～10％的含磷可溶性原料和浓度为1～10％的含硅可溶性原料，搅拌均匀至完全溶解；
步骤四、将步骤三所得混合物进行蒸发浓缩、喷雾干燥，制得粉剂产品，即得到水溶性土壤调理剂。
在本实施例中，采用含木质素的碱性废液为原料来制备该水溶性土壤调理剂，同时在制备过程中添加矿源腐殖酸；由于木质素与腐植酸均是碱溶性的高分子物质，是多种官能团构成的有机载体，具有良好的生物活性，并且结构复杂，带有多种活性官能团，且能与许多有机物、无机物发生相互作用、相互结合、是影响农药、肥料在土壤环境中行为和归宿的重要因子之一；因此制得的水溶性土壤调理剂呈碱性，其不仅有机成分高，还含有多种作物所需的营养元素，该水溶性土壤调理剂可调节土壤PH、吸附钝化重金属、增加土壤有机质并促进土壤团粒结构形成，同时可以增强土壤的通透性、促进植物生长、降低施用土壤调理剂造成土壤板结的风险。
综上可知，本实施例所提供的水溶性土壤调理剂的制备方法不仅可以充分利用现有技术中的农作物秸秆预处理废液来获取含木质素的碱性废液作为原料，使得实际生活中大量存在的农作物秸秆能够得到有用且无害的处理，而且通过环保、无污染的方法制得低成本的所述水溶性土壤调理剂来改善土质。
作为优选的实施方式，在步骤一中，按1∶5～20的质量比将水稻秸秆粉加入到浓度为1％～10％的碱溶液中，搅拌均匀后加热到80～121℃并处理1～20min，从而获得含木质素的碱性废液。也就是说，在本实施例中，采用水稻秸秆来制得含木质素的碱性废液，具体地，所述水稻秸秆粉采用水稻秸秆研磨制成，其中，所述水稻秸秆粉的粒径为10～120目。在本实施例中，水稻秸秆的预处理废液为高碱性，因此制得的所述水溶性土壤调理剂可以有效提高土壤的PH值。
进一步地，在步骤一中，所述碱溶液设为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或两种配制成的浓度为1％～10％的溶液。
在上述实施例的基础上，作为优选的实施方式，在步骤二中，所述矿源腐殖酸中腐殖酸含量≥50％；在步骤三中，所述含磷可溶性原料为磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠中的一种或多种；同时，在步骤三中，所述含硅可溶性原料有效硅含量≥20％。
在本实施例中，所制得的呈碱性的所述水溶性土壤调理剂通过可中和土壤中的游离酸，置换出铝硅酸上的氢离子，并通过补充活性硅增加土壤对阳离子的吸附，再通过提高土壤pH值促进阴离子与重金属的共沉淀，降低重金属的生物有效性；同时，本实施例在制备过程中添加有矿源腐殖酸，而腐植酸富含有机基团、具有较大的络合能力，磷酸根能与重金属离子反应沉淀，可有效钝化土壤中的重金属如Pb、Ni、As、Sb、Cd等，降低其生物有效性。
采用本实施例所述方法制得的所述水溶性土壤调理剂中，有机质占较大比例，使得该土壤调理剂能够明显提高土壤有机质含量，同时该土壤调理剂含有植物所需的N、P、K、Ca、Mg等多种营养元素，可促进植物生长；总体说来，本实施例所述方法制得的所述水溶性土壤调理剂能够增加土壤有机质、改善土壤结构以及促进植物生长。
实施例2
在实施例1的基础上，本实施例进一步提供一种水溶性土壤调理剂的应用，采用实施例1中所述方法所制得的水溶性土壤调理剂适用于调节酸性化土壤。作为优选的实施方式，所述酸性化土壤的PH为4.5～6.0。
在本实施例中，通过呈碱性的所述水溶性土壤调理剂中和土壤中的游离酸，置换出铝硅酸上的氢离子，并通过补充活性硅增加土壤对阳离子的吸附，再通过提高土壤pH值促进阴离子与重金属的共沉淀，降低重金属的生物有效性；同时，所述水溶性土壤调理剂的制备过程中添加有矿源腐殖酸，而腐植酸富含有机基团、具有较大的络合能力，磷酸根能与重金属离子反应沉淀，可有效钝化土壤中的重金属如Pb、Ni、As、Sb、Cd等，降低其生物有效性。
使用时，所述土壤调理剂的单次施用量为10-20kg/亩；作为优选的实施方式，单次施用量设为15kg/亩；在实际作业过程中，可以根据实际需要进行多次施用。
实施例3
在实施例1的基础上，本实施例进一步提供一种具体的实施方式：
步骤一、按1∶10的质量比将水稻秸秆粉加入到浓度为1％的碱溶液中，搅拌均匀，加热到100℃并处理10min后，进行固液分离，获得预处理碱液；
步骤二、根据预处理碱液的碱浓度，按1∶5的质量比向预处理碱液中加入矿源腐殖酸，搅拌均匀后加热至沸腾，加热30min，结束后固液分离，以去除不溶物质；
步骤三、向步骤二所得滤液中添加浓度为5％的磷酸二氢钾、浓度为5％的硅酸钠，搅拌均匀并完全溶解；
步骤四、对步骤三所得混合溶液进行蒸发浓缩、喷雾干燥，制成粉剂产品，从而获得水溶性土壤调理剂。
实施例4
在实施例1的基础上，本实施例进一步提供一种具体的实施方式：
步骤一、按1∶10的质量比将水稻秸秆粉加入到浓度为5％的碱溶液中，搅拌均匀，加热到100℃并处理10min后，进行固液分离，获得预处理碱液；
步骤二、根据预处理碱液的碱浓度，按1∶5的质量比向预处理碱液中加入矿源腐殖酸，搅拌均匀后加热至沸腾，加热30min，结束后固液分离，以去除不溶物质；
步骤三、向步骤二所得滤液中添加浓度为5％的磷酸二氢钾、浓度为5％的硅酸钠，搅拌均匀并完全溶解；
步骤四、对步骤三所得混合溶液进行蒸发浓缩、喷雾干燥，制成粉剂产品，从而获得水溶性土壤调理剂。
实施例5
在实施例1的基础上，本实施例进一步提供一种具体的实施方式：
步骤一、按1∶10的质量比将水稻秸秆粉加入到浓度为8％的碱溶液中，搅拌均匀，加热到100℃并处理10min后，进行固液分离，获得预处理碱液；
步骤二、根据预处理碱液的碱浓度，按1∶5的质量比向预处理碱液中加入矿源腐殖酸，搅拌均匀后加热至沸腾，加热30min，结束后固液分离，以去除不溶物质；
步骤三、向步骤二所得滤液中添加浓度为5％的磷酸二氢钾、浓度为5％的硅酸钠，搅拌均匀并完全溶解；
步骤四、对步骤三所得混合溶液进行蒸发浓缩、喷雾干燥，制成粉剂产品，从而获得水溶性土壤调理剂。
在上述实施例的基础上，本实施例进一步提供该水溶性土壤调理剂的应用效果试验。
一、试验地点
湖南省某某县某某镇
二、时间时间
6月-10月
三、土壤试验设计
选取大小相近、水系互不影响的6块田块进行试验，具体试验设计为：
(1)对照处理1：未污染稻田，不作处理措施；
(2)对照处理2：污染稻田，不作处理措施；
(3)试验处理1：污染稻田，于水稻插秧前10天施用土壤调理剂5kg/亩；
(4)试验处理2：污染稻田，于水稻插秧前10天施用土壤调理剂10kg/亩；
(5)试验处理3：污染稻田，于水稻插秧前10天施用土壤调理剂15kg/亩；
(6)试验处理4：污染稻田，于水稻插秧前10天施用土壤调理剂20kg/亩。
具体操作时，该水溶性土壤调理剂随灌溉水施入，各处理按当地水稻种植正常耕作管理，水稻收获后，测定水稻产量、土壤pH、土壤有效镉含量、大米镉含量。
四、试验结果
表1为根据实施例3所述的方法制备所得的水溶性土壤调理剂对土壤及水稻的改良效果。
表2为根据实施例4所述的方法制备所得的水溶性土壤调理剂对土壤及水稻的改良效果。
由表1和表2所示的实验结果可知，本发明提供的水溶性土壤调理剂可以有效地提高土壤pH值，同时降低土壤中有效镉含量与收获的作物大米中的镉含量，并有效地提高了种植的作物水稻的亩产量。
同时，通过本实验可知，以每亩酸性土壤中添加10～20kg该水溶性土壤调理剂为宜；优选地，每亩酸性土壤中添加15kg该水溶性土壤调理剂。
另，采用其他实施例制备的水溶性土壤调理剂同法进行上述实验，取得了与实施例1或实施例2相似的作用效果。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。