本發(fā)明屬于土壤調(diào)整劑技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是關(guān)于一種水溶性土壤調(diào)理劑及其制備方法。

背景技術(shù)：

土壤是人類最基本的生產(chǎn)資料，是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)。在我國(guó)，土地資源不但非常有限，而且，因成土因素或人為因素導(dǎo)致具有障礙因子的土壤還存在很多，其中包括侵蝕、質(zhì)地不良、結(jié)構(gòu)或耕性差、鹽堿、酸化、有毒物質(zhì)污染、重金屬污染，土壤中存在妨礙植物根系生長(zhǎng)的不良土層、土壤水分過多或不足、肥力低下或營(yíng)養(yǎng)元素失衡等。通常情況下，這些障礙性土壤很難利用。

近些年來利用土壤調(diào)理劑進(jìn)行改良呈現(xiàn)出較好的效果。同時(shí)，由于其對(duì)重金屬的吸附，對(duì)生態(tài)環(huán)境的改善也有很好的作用。近些年，隨著我國(guó)土壤質(zhì)量嚴(yán)重退化，土壤調(diào)理劑的作用也得到了越來越多的關(guān)注，商業(yè)化、規(guī)?；拖到y(tǒng)化的研究和開發(fā)正逐步開展起來。

腐植酸(Humic Acids)是自然環(huán)境中廣泛存在的一類高分子物質(zhì)，是多種官能團(tuán)構(gòu)成的有機(jī)載體，具有良好的生物活性，它結(jié)構(gòu)復(fù)雜，帶有多種活性官能團(tuán)，能與許多有機(jī)物、無機(jī)物發(fā)生相互作用，相互結(jié)合，是影響農(nóng)藥、肥料在土壤環(huán)境中行為和歸宿的重要因子之一。

隨著中國(guó)化學(xué)工業(yè)的高速發(fā)展，化學(xué)肥料的生產(chǎn)和施用數(shù)量不斷增加，增施化肥對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展無疑起了重要的作用，但隨著化肥施用量的增加，投肥成本提高、化肥利用率降低等問題也逐漸反映出來。目前，中國(guó)氮肥利率為30—50％，磷肥利用率10—20％，鉀肥利用率為50—70％，如何提高化肥利用率，已經(jīng)成為全世界非常重視的研究課題。提高化肥利用率途徑很多，目前最有效的成果就是利用生物活性添加劑去活化腐植酸，增強(qiáng)其化合、吸附、螯合、微生物繁殖等化學(xué)活性和生物活性來有效提高化肥利用率。

鎘在土壤中的化學(xué)形態(tài)多以交換態(tài)鎘、專性吸附態(tài)鎘、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)和殘余態(tài)鎘為主。而鎘在植物體中的化學(xué)形態(tài)與鎘在植物體內(nèi)遷移能力大小有關(guān)聯(lián)，其中以乙醇可提取態(tài)和水溶態(tài)鎘遷徙活性最強(qiáng)，氯化鈉提取態(tài)次之，醋酸和鹽酸提取態(tài)遷移活性最弱。

不同植物對(duì)鎘的吸收積累效應(yīng)是不同的，通常用富集系數(shù)來說明某種植物對(duì)鎘的吸收、累積能力。木本植物對(duì)土壤中的鎘的生物積累效應(yīng)較高，但不同的樹種之間差異明顯，有些蕨類葉部鎘的含量可以高達(dá)1200mg/kg，是富集鎘最強(qiáng)的植物之一。小麥、大豆等一些大田作物也易吸收土壤中的鎘。此外，像胡麻、苧麻、江麻、棉花、蘆葦?shù)确鞘秤米魑镆簿哂休^強(qiáng)的鎘積累作用。

從宏觀角度說，鎘從土壤中被植物吸收后大部分富集在根部，遷移到上部很少。如景天科的作物中鎘在植株體內(nèi)分布為葉片<莖<根系。鎘在細(xì)胞中的分布，近年來也有些學(xué)者進(jìn)行了研究。在1987年就報(bào)道Athyriumyokoscense的根所吸收的重金屬有70％～90％累積在根尖細(xì)胞壁上。

鎘是植物生長(zhǎng)的非必需元素，當(dāng)鎘進(jìn)入植物體內(nèi)并積累達(dá)到一定程度時(shí)，植物就會(huì)表現(xiàn)出毒害癥狀，通常會(huì)出現(xiàn)生長(zhǎng)遲緩、植株矮小、退綠、產(chǎn)量下降、質(zhì)量下降等。

鎘對(duì)植物的危害包括：(1)鎘影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育；(2)鎘影響植物的光合作用；(3)鎘影響植物體中的酶。鎘除對(duì)SOD，POD，CAT等酶的活性有影響以外,還會(huì)抑制固氮酶、根系脫氫酶、淀粉酶、脫氧核酸酶、核糖核酸酶、硝酸還原酶、蛋白酶、多酚氧化酶、抗壞血酸過氧化酶、乳酸脫氫酶等的活性。因此鎘對(duì)氮代謝、呼吸作用、碳水化合物代謝和核酸代謝等均有阻礙作用；(4)鎘影響植物可溶性蛋白和可溶性糖的含量?？扇苄缘鞍缀涂扇苄蕴鞘蔷S持細(xì)胞代謝的重要物質(zhì)，可溶性蛋白質(zhì)含量的提高，還會(huì)增加細(xì)胞滲透濃度和功能蛋白質(zhì)的數(shù)量，有助于維持正常的細(xì)胞代謝。對(duì)于可溶性蛋白質(zhì)，當(dāng)鎘的濃度大于0.1mg/L時(shí)，小白菜根中可溶性蛋白質(zhì)含量開始隨鎘的濃度的增大而降低，說明高濃度鎘對(duì)蛋白質(zhì)的合成起破壞作用；對(duì)于水稻等大田作物，鎘污染明顯的抑制水稻種苗的初期生長(zhǎng)，還明顯地降低了水稻種苗的葉綠素的含量和干物質(zhì)的積累，根系活力下降、可溶性糖與可溶性蛋白質(zhì)的含量減少，因而影響到水稻種苗的正常代謝；(5)鎘影響植物的產(chǎn)量和品質(zhì)。

鎘對(duì)人體的危害包括：(1)鎘不是人體所必需的元素。新生兒含鎘約1微克，在從事無鎘職業(yè)的情況下，50歲左右體重70公斤的男子全身蓄積的鎘量約30毫克。鎘是通過食物、水、空氣、吸煙等經(jīng)由消化道和呼吸道進(jìn)入人體的，液體中的鎘還可通過皮膚進(jìn)入人體。人主要通過消化道攝入環(huán)境中的鎘，吸收率為5％左右。雖然土壤鎘污染對(duì)人體沒有造成直接性的接觸危害,但污染土壤中的鎘可以通過食物鏈進(jìn)入人體以對(duì)人體造成嚴(yán)重的危害；(2)鎘被人體吸收后主要分布在肝與腎中，與低分子蛋白質(zhì)結(jié)合成金屬蛋白。鎘中毒主要表現(xiàn)為腎臟功能的損害和肺部的損傷，導(dǎo)致腎皮質(zhì)壞死、腎小管損害、肺氣腫、肺水腫，還可以引起心臟擴(kuò)張和高血壓。長(zhǎng)期攝入鎘將會(huì)導(dǎo)致骨質(zhì)疏松、脆化、腰病、脊柱畸形。此外，鎘還可以導(dǎo)致男性生殖系統(tǒng)損害，雄性激素的發(fā)生率增高，隨接觸水平的升高而增加，前列腺特殊抗體的發(fā)生率也同時(shí)增加。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的第一個(gè)目的在于提供一種水溶性土壤調(diào)理劑，以解決重金屬污染的問題。為此，本發(fā)明以風(fēng)化煤、褐煤為有機(jī)原料，以石英砂、氫氧化鉀為無機(jī)部分原料，生產(chǎn)的一種水溶性、堿性、富含有機(jī)質(zhì)和硅的土壤調(diào)理劑，應(yīng)用于重金屬污染的土壤中，以降低土壤中的鎘含量，提高作物產(chǎn)量等。本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提供所述水溶性土壤調(diào)理劑的制備方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種水溶性土壤調(diào)理劑，由如下組份及重量份組成：

根據(jù)本發(fā)明，所述堿物質(zhì)為氫氧化鉀、氫氧化鈉、碳酸鉀、碳酸鈉等中的至少一種。

進(jìn)一步的，所述土壤調(diào)理劑為粉劑或液劑。

本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提供一種水溶性土壤調(diào)理劑的制備方法，其包括如下步驟：

(1)按上述重量份，準(zhǔn)備各組分，將風(fēng)化煤或褐煤和石英砂粉碎過20目篩備用；

(2)往反應(yīng)釜中加入純凈水，攪拌的同時(shí)，緩慢加入堿物質(zhì)；

(3)待溫度升至100℃，加入風(fēng)化煤或褐煤與石英砂的混合物，繼續(xù)加熱至170-180℃；

(4)在170-180℃的反應(yīng)釜內(nèi)反應(yīng)4小時(shí)后，冷卻至70-80℃，然后依次經(jīng)過離心機(jī)離心、經(jīng)過過濾機(jī)過濾、蒸發(fā)濃縮，獲得水溶性土壤調(diào)理劑。

進(jìn)一步的，所述堿物質(zhì)為氫氧化鉀、氫氧化鈉、碳酸鉀、碳酸鈉等中的至少一種。

進(jìn)一步的，所述土壤調(diào)理劑經(jīng)噴霧干燥成粉劑產(chǎn)品。

本發(fā)明的水溶性土壤調(diào)理劑，以風(fēng)化煤或褐煤為有機(jī)原料與無機(jī)原料石英砂按一定比例混合，在高溫條件下，添加強(qiáng)堿，經(jīng)過提取后風(fēng)化煤或褐煤中的腐殖酸以腐殖酸鹽型式存在，石英砂中的硅，以硅酸鹽型式存在，形成了兩種水溶性，堿性溶液，將其中的有效成分用強(qiáng)堿活化成腐植酸和硅酸鹽，能很好的吸附和鈍化土壤中的重金屬，其有益效果具體如下：

(1)可以降低土壤中的隔含量，對(duì)于重金屬污染土壤修復(fù)效果更明顯，解決土壤重金屬污染的問題；

(2)在吸附重金屬的同時(shí)還能鈍化重金屬；

(3)可以提升土壤有機(jī)質(zhì)，為作物提供有效硅營(yíng)養(yǎng)，從而提高作物產(chǎn)量；

(4)可以迅速增加粘土的透氣性，使土壤迅速達(dá)到保肥保墑的效果；

(5)本發(fā)明的水溶性土壤調(diào)理劑可以是粉劑的，也可以是液體的，使用靈活方便。

本發(fā)明的水溶性土壤調(diào)理劑的制備方法，其有益效果是：與現(xiàn)有的土壤調(diào)理劑相比，其生產(chǎn)過程工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本降低；另外，采用本發(fā)明的方法獲得的水溶性土壤調(diào)理劑可以噴施，也可以通過噴霧干燥成粉劑產(chǎn)品，其使用靈活方便。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的水溶性土壤調(diào)理劑作進(jìn)一步說明。應(yīng)理解，以下實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而非用于限定本發(fā)明的范圍。

實(shí)施例1-10水溶性土壤調(diào)理劑的原料組分和重量份見表1。

本實(shí)施例的水溶性土壤調(diào)理劑的制備方法，包括如下步驟：

(1)按上述表格的重量份，準(zhǔn)備各組分，將風(fēng)化煤或褐煤和石英砂粉碎過20目篩備用；(2)往反應(yīng)釜中加入純凈水，攪拌的同時(shí)，緩慢加入堿物質(zhì)；(3)待溫度升至100℃，加入風(fēng)化煤或褐煤與石英砂的混合物，繼續(xù)加熱至170-180℃；(4)在170-180℃的反應(yīng)釜內(nèi)反應(yīng)4小時(shí)后，冷卻至70-80℃，然后依次經(jīng)過離心機(jī)離心、經(jīng)過過濾機(jī)過濾、蒸發(fā)濃縮，獲得水溶性土壤調(diào)理劑。其中，所述堿物質(zhì)為氫氧化鉀、氫氧化鈉、碳酸鉀、碳酸鈉等中的至少一種。

實(shí)施例11試驗(yàn)準(zhǔn)備

試驗(yàn)時(shí)間：2014年6月—2014年11月

試驗(yàn)地點(diǎn)：嘉定區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心試驗(yàn)基地試驗(yàn)點(diǎn)

供試土壤：潮土，地勢(shì)平坦，排灌條件較好，土壤肥力中等。施肥前，對(duì)試驗(yàn)地取0-30cm土層土樣分析其有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀等含量。經(jīng)對(duì)土壤含量做試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，獲得試驗(yàn)前的土壤情況，具體如表2所示。

表2試驗(yàn)前的土壤分析結(jié)果表

實(shí)施例12

本實(shí)施例的供試作物為水稻(晚稻，豐兩優(yōu)1號(hào))。將實(shí)施例1-10的土壤調(diào)理劑實(shí)驗(yàn)組、腐殖酸硅肥對(duì)照組(按照中國(guó)專利文獻(xiàn)CN101215201A的方法制備獲得)、清水對(duì)照組應(yīng)用于水稻作物中，觀察作物的產(chǎn)量、隔(Cd)含量等。

1、水稻分蘗期施肥方案如下：

(1)土壤調(diào)理劑實(shí)驗(yàn)組：1000克/畝+常規(guī)施肥；

(2)腐殖酸硅肥對(duì)照組：1000克/畝+常規(guī)施肥；

(3)清水對(duì)照組：常規(guī)施肥+噴施清水1000克/畝。

2、水稻孕穗期施肥方案如下：

(1)土壤調(diào)理劑實(shí)驗(yàn)組：1000克/畝+常規(guī)施肥。

3、常規(guī)施肥的方法為：每畝基施45％復(fù)合肥30kg。

4、田間設(shè)計(jì)

(1)小區(qū)面積50m2，每個(gè)處理設(shè)置3次重復(fù)，隨機(jī)排列，小區(qū)做好標(biāo)識(shí)。

(2)水稻人工栽插，畝栽1.7萬穴，基本苗8萬；其他田間管理措施一致。

5、觀察不同處理對(duì)水稻產(chǎn)量的影響，具體如表3所示。

表3不同處理對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

結(jié)果顯示：

(1)與清水對(duì)照組相比，孕穗期和分蘗期撒施土壤調(diào)理劑均可有效促進(jìn)水稻的生長(zhǎng)發(fā)育，提高水稻的分蘗力，增加畝成穗數(shù)，提高光能利用率，有效提高結(jié)實(shí)率、穗粒數(shù)和千粒重，從而提高水稻產(chǎn)量，其中:分蘗期撒施土壤調(diào)理劑較清水對(duì)照組增產(chǎn)分別為8.2％，6.8％，9.8％，12.8％，15.1％，11.1％，13.2％，12.3％，13.8％，13.3％；孕穗期撒施土壤調(diào)理劑較清水對(duì)照組增產(chǎn)分別為8.0％、6.6％、9.5％、12.5％、14.7％、11.0％、12.9％、12.2％、13.4％、13.1％。

(2)與腐殖酸硅肥對(duì)照組相比，分蘗期撒施實(shí)施例1-10的土壤調(diào)理劑的增產(chǎn)效果均較腐殖酸硅肥對(duì)照組高。

(3)同等組分和重量份的土壤調(diào)理劑，在分蘗期施肥的效果比在孕穗期撒施的效果更好，產(chǎn)量結(jié)構(gòu)均有所改善。

6、觀察不同處理對(duì)水稻Cd含量的影響，具體如表4所示。

表4不同處理對(duì)水稻的Cd含量的影響

單位：mg/kg

結(jié)果顯示：

(1)分蘗期撒施和孕穗期撒施實(shí)施例1-10的土壤調(diào)理劑均可降低稻米的Cd含量，分蘗期撒施實(shí)施例1-10的土壤調(diào)理劑與清水對(duì)照組相比，稻米的Cd含量分別下降28.6％，26.2％，28.6％，38.1％，64.3％，31.0％，35.7％，35.7％，59.5％，45.2％；

(2)分蘗期撒施腐殖酸硅肥對(duì)照組，稻米的Cd含量下降14.3％；分蘗期撒施實(shí)施例1-10的土壤調(diào)整劑的稻米的Cd含量下降均比腐殖酸硅肥對(duì)照組下降幅度大。因此，在一般的重金屬污染區(qū)域，通過撒施該產(chǎn)品基本可以降低稻米的Cd含量。

(3)同等組分和重量份的土壤調(diào)理劑，在分蘗期施肥的效果比在孕穗期撒施的效果更好。