新型盐渍土改良剂组合物及其用途

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技术领域\n本发明涉及林业用新材料技术领域。更具体地，本发明涉及一种盐渍土改良剂组合物及其制法和用途。所述的盐渍土改良剂组合物含有过磷酸钙、硫酸钙、透气材料和腐熟粗有机物，尤其适用于滨海地区盐碱土的生物修复。\n背景技术\n滨海盐渍土的盐渍化的原因是海水浸渍影响的积盐过程，地下水、地面水、或地下水地面水双重影响的积盐过程和土壤次生盐溃化过程等土壤盐渍化过程；而滨海盐渍土的生态改良本身常常利用矿化水作为灌溉水源，其更是对盐渍土土壤改良工作的展开带来巨大的困难。\n盐渍(碱)土对植物的危害主要有：水的胁迫作用、盐分离子的生理毒害、不同离子和盐类对植物的毒害。\n一，水的胁迫作用是由于土壤盐分的增加，使土壤溶液浓度增加，导致渗透压不断提高。植物从土壤中吸收水分能力减小，表现缺水。如果土壤溶液的渗透压，大于植物细胞内渗透压，植物就不能吸收土壤中的水分，发生“生理干旱”而死亡。\n二，盐离子的生理毒害是指在盐渍环境中，植物的被迫吸收，使钠离子(Na+)、氯离子(Cl-)在体内增多，细胞膜上的Ca2+s就被Na+取代，产生膜的渗透现象，使细胞内的可溶性物质失去平衡，常常表现P、N、K营养物质的缺乏。\n三，不同离子和盐类对植物的毒害表现在：\n1)、盐类的溶解度越大，其危害性就越大。\n2)、碱性越大，毒害也就越大。\n3)、不同盐类，毒性也不一样。如MgCl2的毒性大于NaCl。其一，Mg2+本身的毒性就比Na+大；其二、MgCl2的溶解度比NaCl大。\n4)、单一盐类的毒性比多种盐类危害性大。这是由于离子之间的有拮抗作用。如调节土壤中Na/Ca比值，可以减轻Na+的毒害作用。\n5)、盐类的阳离子相同，而阴离子不同，其毒害作用也不同，其排序为\nNa2CO3＞NaHCO3＞NaCl≌Na2SO4，MgCl2＞MgSO4＞MgCO3而盐渍土不同盐类危害性总的排序：Na2CO3＞MgCl2＞NaHCO3＞NaCl＞CaCl2＞MgSO4＞Na2SO4\n迄今为止，国内外对盐碱地的改良措施和积累的经验有水利改良措施，农业及生物改良措施，化学改良措施等。\n水利改良措施的先例有用淡水(低矿化度水)冲洗盐碱土中的盐分，井灌井排等方法。目前，水利改良措施是国内外公认的有效改良方法，在印度、美国和加拿大等国均得到了广泛的应用。但水利措施的前提是要有充足的低矿化优质水源，二是要有流畅的排水设施和场所。井灌井排法需消耗能源，运行管理费用较高，且需要有适宜的水文地质条件，在根系层土壤透水系数过小或下部承压水压力过高时，均难以达到预期的排水效果。同时，排水排盐又常与环境保护发生矛盾，易改变水系的盐分，影响灌溉和城市用水，从生态、环保及水资源的合理开发利用的角度，存在诸多不良影响。\n农业及生物改良，主要有两种途径，一是通过种植作物，将耕层土壤中的盐分逐步排出土体，或抑制盐分上移表聚，从而达到改良目的；二是通过生物修复技术，即种植耐盐或喜盐植物，不断将土壤中的盐分带走，进而达到降低土壤盐分含量的目的。然而，这种农业改良或生物修复的的效果受到改良时间、土壤含盐量及盐碱化程度等条件的制约。一般含盐量和碱化度较高的土壤，短期内(3-5年内)均难以获得理想效果。\n工程改良措施主要是“客土法”。常用的做法是用农田土置换盐碱土或用沙土作“客土”，压在苏打碱斑土上面。试验研究表明，农田土客土法效果快，压沙法对苏打碱斑的改良效果较好，而且持续时间也较长，但客土最大的缺点就是工程量太大，这也是该法不能得到广泛推广应用的主要原因。\n化学改良措施。大量研究证明，对于中度或重度以上的盐碱土，只有采用化学改良为主，辅以其它农业或生物等措施，才是最为有效的改良方法。因此，从40年代起，人们就开始了化学改良剂的研究与开发工作。例如Carter，M.R.曾进行了连续6年施用石膏(2.24t/hm2年)的田间试验；亚美尼亚的学者曾进行绿矾改良盐碱土试验；匈牙利的研究者曾利用褐煤副产品和糖厂副产品进行了改良碱土试验；我国的土壤工作者曾利用腐殖酸、风化煤及糠醛渣等进行了盐碱土改良试验。这些试验均收到了一定的改良效果。近些年来，国外采用人工合成的有机-无机复合改良剂(如匈牙利的石灰粉与石油副产品树脂酸混合物；前苏联尿素甲醛聚合物等，英国的阳离子多糖瓜耳胶衍生物CP-14等)改良盐碱土也均收到一定效果。\n普通土壤改良剂的作用机理分三种：\n物理-改善土壤结构，增强土壤渗透性、磁化水灌溉、砂掺粘、粘掺砂等；\n化学-主要用于碱土改良，一种是加酸(化学作用)，如硫黄、硫酸、硫酸亚铁、硫酸铝，有残留物，作用同时又增加了土壤的盐分；一种是加钙(代换作用)，如石膏、氧化钙、石灰石、磷石膏、煤矸石，其中如石膏，用量大，三年见效，投入大(而北方石灰性土壤，本身就含有丰富的钙素)；\n生化-以生物有机酸为主成份，进行生物化学作用。\n中国专利申请CN93103237.7(1993年3月23日申请，公开号为1083510A)中公开了一种复合土壤改良剂，它含有煤矸石粉和泡沫塑料等作为主要改良成分。然而这种改良剂的缺点是添加氢氧化钠等碱性成分，并不适合用于盐碱土的改良。\n综上所述，虽然目前本领域已经有多种土壤改良剂，但是仍缺乏低廉的、快速、有效的适用于盐渍土的土壤改良剂。因此，本领域迫切需要开发能够快速、有效、低廉地改善盐碱土的土壤改良剂组合物，以便快速有效地改善盐碱土。\n发明内容\n本发明的一个目的就是提供一种能够快速、有效、低廉地改善盐碱土的土壤改良剂组合物。\n本发明的另一个目的是提供一种所述土壤改良剂组合物的制法和用途。\n在本发明的第一方面，提供了一种盐渍土改良剂组合物，所述的组合物含有：\n(i)10-25重量份的过磷酸钙；\n(ii)2-15重量份的硫酸钙；\n(iii)2-15重量份的透气材料；和\n(iv)50-90重量份的腐熟粗有机物；\n其中，组分(i)至(iv)的重量之和占盐渍土改良剂组合物总重量的70-100％。\n在另一优选例中，所述的组合物含有：\n(i)18-22重量份的过磷酸钙；\n(ii)3-10重量份的硫酸钙；\n(iii)3-10重量份的透气材料；和\n(iv)60-80重量份的腐熟粗有机物。\n在另一优选例中，所述的腐熟粗有机物选自：泥炭、草炭、黑山泥、腐叶土、风化煤、农作物秸秆及枯枝叶发酵物或其组合。\n在另一优选例中，所述的透气材料选自：珍珠岩、蛭石、糠醛渣、或其组合。\n在另一优选例中，按改良剂组合物的总重量计，所述组合物包括：\n(i)10-25％的过磷酸钙；\n(ii)3-15％的硫酸钙；\n(iii)3-15％的透气材料；和\n(iv)余量的腐熟粗有机物。\n在另一优选例中，所述的组合物可含有以下组分：\n(v)20-25重量份的河沙(尤其是粗河沙)和/或陶粒；\n(vi)1-10重量份(较佳的2-5重量份)高分子保水吸水剂；\n(vii)0.01-5重量份的化学肥料(如钾肥、氮肥(如尿素、硝酸钾))；或\n(viii)0.000001-0.00001重量份的植物生长激素。\n在另一优选例中，所述的渍土改良剂组合物，它含有\n(i)18-22重量份的过磷酸钙；\n(ii)4-8重量份的硫酸钙；\n(iii)4-8重量份的珍珠岩；和\n(iv)60-80重量份的泥炭或草炭。\n在本发明的第二方面，提供了一种上述的盐渍土改良剂组合物的制备方法，它包括步骤：\n(a)混合以下组分：\n(i)10-25重量份的过磷酸钙；\n(ii)2-15重量份的硫酸钙；\n(iii)2-15重量份的透气材料；和\n(iv)50-90重量份的腐熟粗有机物；\n从而形成上述的盐渍土改良剂组合物，其中，组分(i)至(iv)的重量之和占盐渍土改良剂组合物总重量的70-100％。\n在另一优选例中，所述的腐熟粗有机物选自：泥炭、草炭、黑山泥、腐叶土、农作物秸秆及枯枝叶发酵物、风化煤、或其组合；和/或\n所述的透气材料选自：珍珠岩、蛭石；糠醛渣、或其组合。\n在另一优选例中，所述方法在混合步骤(a)中还混入一种或多种以下组分：\n(v)20-25重量份的粗河沙和/或陶粒；\n(vi)1-10重量份(较佳地2-5重量份)高分子保水吸水剂；\n(vii)0.01-5重量份的化学肥料(如钾肥、氮肥(如尿素、硝酸钾))；或\n(viii)0.000001-0.00001重量份的植物生长激素。\n在本发明第三方面，提供了上述盐渍土改良剂的用途，它被用于改良盐渍土，尤其是改善盐渍土的物理或化学性质(如降低土壤的pH值)。\n在本发明第四方面，提供了一种改良盐渍土的方法，在待改良的盐渍土中，施用本发明上述的盐渍土改良剂组合物。\n在另一优选例中，所述的盐渍土改良剂组合物的施用量为40-100kg/立方米，更佳地为60-90kg/立方米。\n具体实施方式\n本发明人经过广泛而深入的研究，发现将(i)过磷酸钙、(ii)硫酸钙、(iii)珍珠岩等透气材料；和(iv)腐熟粗有机物等4类材料按一定比例配伍后，可以形成一种快速、有效、低廉地改善盐碱土的土壤改良剂组合物。在此基础上完成了本发明。\n如本文所用，“本发明组合物”指本发明的土壤改良剂组合物。它含有一定比例的必要组分(即(i)磷酸钙、(ii)硫酸钙、(iii)珍珠岩等透气材料；和(iv)腐熟粗有机物等4类材料)，以及可有可无的附加组分。\n如本文所用，术语“含有”指“包括(comprising)”、“基本上由......构成”和“由......构成”。\n盐渍土改良剂组合物\n本发明的盐渍土改良剂组合物含有：\n(i)10-25重量份的过磷酸钙；\n(ii)2-15重量份的硫酸钙；\n(iii)2-15重量份的透气材料；\n(iv)50-90重量份的腐熟粗有机物；\n其中，组分(i)至(iv)的重量之和占组合物总重量的70-100％，较佳地占组合物总重量的80-100％，更佳地占组合物总重量的90-100％。\n过磷酸钙\n在本发明的组合物中，过磷酸钙的作用主要是提供磷，以提高植物的抗盐能力。磷素能提高植物细胞液的浓度、提高根系细胞渗透压，从而提高了植物的抗盐能力；另外，过磷酸钙是化学酸性肥料，可中和盐碱土的碱性。另一方面是提供钙离子，以便与盐碱土中过量的钠离子进行交换作用，从而改善土质。\n在本发明的盐渍土改良剂组合物中，按重量份计算，过磷酸钙的用量通常约为10-25重量份，较佳地18-22重量份，更佳地19-21重量份。\n按百分比计算，过磷酸钙的用量通常约为10-25wt％，较佳地18-22wt％，更佳地19-21wt％。\n当过磷酸钙的用量大于上述范围的上限时，会导致成本上升，且对提供磷和改善土质无明显的进一步帮助；当过磷酸钙的用量小于上述范围的下限时，难以提供足够的磷和钙离子。\n在本发明中，可以使用过磷酸钙或其水合物，也可使用过磷酸钙较高(如大于50％)的混合物或类似物质，如磷酸二氢钙、磷酸二氢钾，但成本较高。\n硫酸钙(CaSO4)\n在本发明的组合物中，硫酸钙的作用主要是在施用于土壤后发生水解作用，将土壤胶体上的钠离子交换成钙离子，并调节土壤中Na/Ca比值，从而减轻Na+的毒害作用，改善土质。\n在本发明的盐渍土改良剂组合物中，按重量份计算，硫酸钙的用量通常约为2-15重量份，较佳地3-10重量份，更佳地4-8重量份。\n按百分比计算，硫酸钙的用量通常约为3-15wt％，较佳地4-12wt％，更佳地为5-10wt％。\n当硫酸钙的用量大于上述范围的上限时，会导致成本上升，且对提供钙离子并改善土质无明显的进一步帮助；当硫酸钙的用量小于上述范围的下限时，难以提供足够钙离子。\n在本发明中，可以使用在黄铁矿粉中的Fe2S3、Fe2O3.H2O和FeSO4也可使用硫酸钙较高(如大于50％)的混合物或类似物质，如磷石膏。\n透气材料\n在本发明中，透气材料可改善土壤的结构性和持水特性，增加孔隙度，降低土壤容重。另一方面，由于土壤的通透性和保肥供肥性能增加，也就改善了土壤的粘重、干、僵的程度，因而就促进植物的生长发育，提高植物的存活率。\n在本发明中，透气材料没有特别限制，可以选用本领域常规的透气材料。代表性的例子包括但不限于：珍珠岩、蛭石、糠醛渣、或其混合物。优选的例子包括：珍珠岩。\n在本发明的盐渍土改良剂组合物中，按重量份计算，透气材料的用量通常约为2-15重量份，较佳地3-10重量份，更佳地4-8重量份。\n按百分比计算，透气材料的用量通常约为2-15wt％，较佳地为3-10wt％，更佳地为4-8wt％。\n当透气材料的用量大于上述范围的上限时，会导致土壤容重过小，持水性能过度，不利于植物生长，且对改善结构无明显的进一步帮助；当透气材料的用量小于上述范围的下限时，难以有效改善土壤结构。\n当本发明的改良剂组合物应用于潮湿地区时，透气材料的用量优选适量增大，例如含量为10-30wt％，更佳地为15-25wt％；另一方面，此时组合物中的透气材料宜包括珍珠岩。\n腐熟粗有机质\n本发明中的腐熟粗有机质为一种有机物质，它的作用在于，在施入土壤后经微生物分解转化重新合成复杂的有机胶体，含有可溶性蛋白质和腐植酸，具有适中的粘结性，能使粘土疏松，砂质土壤粘结形成团粒结构。另一方面，本发明中的腐熟粗有机质可保护过磷酸钙中的有效磷不被盐碱土“固定”而失去活性；同时有机质含有多种养分，有利于微生物的活动和植物的生长，它具备有机和无机肥料的肥效，是良好的土壤改良剂成份。\n本发明的腐熟粗有机物包括但不限于，泥炭、草炭、黑山泥、腐叶土、农作物秸秆和枯枝叶腐熟物、风化煤及其混合物，优选草炭。\n在本发明的盐渍土改良剂组合物中，按重量份计算，腐熟粗有机物的用量通常约为50-90重量份，较佳地60-80重量份。\n按百分比计算，腐熟粗有机物的用量通常约为组合物各其它组分之和的余量，例如40-90wt％，更佳地50-80wt％。\n附加组分\n本发明的组合物除了含有主要组分(i)至(iv)之外，还可含有少量的(小于30wt％)且不影响主要成分的附加成分。\n通常，这些附加组分的含量通常为0-50重量份，或者按百分比计算，通常为组合物总重量的0-30％。\n添加附加成分主要是为了因地制宜地调整组合物配方，以便更好地改善不同土质的盐碱土。\n常用的附加组分包括：粗河沙、陶粒、高分子保水剂、高分子保水吸水剂、化学肥料(如钾肥、氮肥(如尿素、硝酸钾))、植物生长激素或其组合。\n高分子保水剂\n一种常用的附加组分是高分子保水剂。在本发明中，高分子保水剂能改善土壤结构，增强土壤抗侵蚀能力。一方面，保水剂加入土壤以后，土壤形成团聚体的能力增强。保水剂反复地收缩与吸胀给土壤造成了大量的孔隙，提高了土壤的透气性，改善了根系环境；另一方面，也增强了根系微生物的活动，加快了根际周围有机矿物质的分解，有利于根系吸收，促进了根系和植物的生长发育，改善了土壤结构，防止土壤板结和盐渍化。\n当本发明的盐渍土改良剂组合物用于施用于干旱地区，宜包含高分子保水剂。当本发明的盐渍土改良剂组合物含有高分子保水剂时，按重量份计算，保水剂的用量通常约为1-5重量份、较佳地为2-4重量份。\n按百分比计算，高分子保水剂的用量通常约为组合物1-5wt％，更佳地2-4wt％。\n土壤改良方法\n本发明的土壤改良剂组合物可用于改良盐渍土，尤其是改善盐渍土的物理或化学性质(如降低盐渍土的pH值)。\n通常，在待改良的盐渍土中，施用本发明上述的盐渍土改良剂组合物，即可起到改良土壤的作用。\n所述的盐渍土改良剂组合物的施用量没有特别限制，通常为40-100kg/立方米，更佳地为60-90kg/立方米。\n本发明的盐碱土改良剂组合物的的主要优点包括：\n1.降低盐碱土的碱性：由土壤PH值≥8.5降到土壤PH值接近中性-微碱性，从而满足树木花草的生长要求。\n2.把对植物危害重的盐分转化为对植物危害轻的盐分，降低土壤可溶盐对植物的毒害程度。\n3.提高植物根系细胞的渗透压，克服了土壤可溶盐造成的植物根系吸收困难，从而提高了植物的抗盐碱能力。\n4.改善盐碱土的物理性质，形成适用于植物生长的土壤结构和土壤生态环境。\n5.本发明提供含有适当配比的氮、磷、钾植物基本营养要素的改良剂，并含有硫、钙、镁等微量元素。\n6.本发明的土壤改良剂可稳定有效地结合上述化学、生化特性，并同时改善土壤结构和持水特性等，起效快、成本低且可因地制宜的盐碱土壤改良剂，能有效针对滨海盐碱土的绿化土壤进行大面积综合实施的土壤改良剂。\n下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件进行。除非另外说明，否则所有的份数为重量份，所有的百分比为重量百分比。\n实施例1\n制备土壤改良剂组合物No.1\n按表1配方称取各组分，然后混合，从而制得土壤改良剂组合物No.1。\n实施例2\n制备土壤改良剂组合物No.2\n按表1配方称取各组分，然后混合，从而制得土壤改良剂组合物No.2。\n实施例3\n制备土壤改良剂组合物No.3\n按表1配方称取各组分，然后混合，从而制得土壤改良剂组合物No.3。\n实施例4\n制备土壤改良剂组合物No.4\n按表1配方称取各组分，然后混合，从而制得土壤改良剂组合物No.4。\n表1土壤改良剂组合物配方\n\n实施例5-8\n制备土壤改良剂组合物No.5-8\n按表2配方称取各组分，然后混合，从而制得土壤改良剂组合物No.5-10。在这些组合物中，还相应加入一些附加组合，以适合待改良的盐渍土土质。\n表2土壤改良剂组合物配方\n\n对于制备上述盐渍土改良剂组合物，用常规方法测定其物理特性和氮、磷、钾等含量，结果如下表3和4所示。\n表3渍土改良剂组合物的理化特性\n\n表4渍土改良剂组合物的理化特性\n\n注：()为中扣除水分。\n实施例9\n盐渍土改良实验\n在上海金山区选取一块大小为3亩的盐碱土，改良前盐渍土的性能指标为平均PH值8.9，全盐2.1g/Kg\n用实施例1中制备的盐渍土改良剂组合物No.1，按66kg/立方米进行施用，先把盐渍土翻松20-30厘米深，按15Kg/平方米撒施改良剂组合物，再按同样深度翻一遍，使改良剂与土壤混和均匀，然后种植麦冬、木芙蓉、刺梨、棕榈等。所种植的植物皆生长良好。\n经过19个月，再次测试盐碱土的性能指标，结果发现，土壤PH值已降到7.98，全盐量下降到1.03g/Kg。这表明，改良剂可稳定有效地结合上述化学、生化特性，并同时改善土壤结构和持水特性等，起效快。另外，本发明的盐渍土组合物的成本低，组合物No.1的成本仅0.64元/千克组合物。\n实施例10\n盐渍土改良实验\n在上海临港新城选取一块大小为10亩的盐渍土，改良前盐渍土的性能指标为PH值8.58-9.41，全盐量2.38-4.85g/Kg(因面积大，多点采样变幅较大，故不作平均)\n用实施例2中制备的盐渍土改良剂组合物No.2，按80kg/立方米进行施用，在盐渍土表面按50Kg/平方米铺了一层改良剂组合物，用挖机深翻至60厘米，反复挖2-3遍，使改良剂与盐渍土混合均匀，然后种植女贞、香樟、榉树、月季、夹竹桃、凤尾兰、火棘等。除香樟生长稍差外，其余树木花卉皆生长正常。\n经过15个月，再次测试盐碱土的性能指标，结果发现，土壤PH值降到7.26-8.22，全盐量降到1.15-2.49g/Kg。这表明，改良剂可稳定有效地结合上述化学、生化特性，并同时改善土壤结构和持水特性的，起效快。另外，本发明的盐渍土组合物的成本低，组合物No.2的成本仅0.72元/千克组合物。\n实施例11-14\n盐渍土改良实验\n在上海金山区漕泾化工区选取4块大小为4-7亩土质粘重的盐碱土，改良前盐渍土的性能指标为PH值8.72-9.15，全盐量2.60-3.75g/Kg。\n分别在用实施例5-8中制备的盐渍土改良剂组合物No.5-8，按80kg/立方米按实施例10的方法进行施用，然后种植罗汉松、加那利海枣、榉树、湿地松等，皆生长正常。\n经过12个月，再次测试盐碱土的性能指标，结果发现，土壤PH值降至7.9-8.42，全盐量降至1.40-2.10g/Kg。这表明，改良剂可稳定有效地结合上述化学、生化特性，并同时改善土壤结构和持水特性的，起效快。另外，本发明的盐渍土组合物的成本低，组合物No.5-8的成本仅为0.6-0.70元/千克组合物。\n实施例15\n盐碱地改良实验\n在上海市南汇区滨海森林公园选12亩左右的盐碱地，改良前盐渍土性能指标为平均PH值8.65，全盐量2.31g/Kg，用实施例8中制备的盐渍土改良剂组合物NO.8按80Kg/立方米，在树木种植穴中施用：挖树穴时堆土于穴旁，把改良剂组合物与盐碱土拌匀，然后在植树过程中填入树穴。种植了银杏、龙柏、湿地松、紫薇、棕榈等，皆生长良好。\n经过20个月后再次测试盐渍土的性能指标：PH值降至7.68，全盐量降至1.18g/Kg。这表明改良剂组合物可有效地结合上述化学、生化特征，并同时改善土壤结构和持水性等，而植物生长激素则促进树木根系生长，提高了树木成活率。另外，本发明的盐渍土组合物成本低，组合物No.8的成本仅0.65元/千克组合物。\n在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。