一种耕地改良剂发明专利

一种耕地改良剂

摘要：本发明公开了一种耕地改良剂，涉及土地治理与农业利用技术领域。该耕地改良剂，包括：按重量份计，粘土为150～300份，20～40份改性腐殖酸，细菌液为10～30份，尿素为20～80份，钙盐为10～90份，水500～1000份。本发明制得的耕地改良剂能够在改善盐碱土壤理化性质的同时改良土壤结构，具有较好的综合改良效果。可改善土壤纹理，提高化肥利用率，降低化肥的投入量；促进植物叶绿素含量的提升，增强光合作用，有利于作物健壮生长，增产增收。

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202210453317.5

专利申请（专利权）人：乐山中科正光农林科技有限公司
权利人地址：四川省乐山市高新区南新路8号高新区科技孵化园4号楼3层311室

专利发明（设计）人： 王刚

主权利要求:一种耕地改良剂
技术领域
[0001] 本发明属于土地治理与农业利用技术领域，具体涉及一种耕地改良剂。
背景技术
[0002] 历史上黄河泛滥造成黄河下游流域土层呈现层状分布的特点，土质以粉土和粉砂为主，渗透系数大，毛细作用旺盛，地下的粉土和粉砂层犹如一个地下沙漠，既不利于保水，又造成顶部耕种层水和肥料的流失，造成该区域耕地易干旱、盐碱化、土质差、肥力低的特点，保水、保肥、保土能力弱，进而使得该区域的作物产量难以保障。因此，依据黄河下游流域土层和耕地实际情况，研发有助于节水稳产和肥料保持的相关技术与方法，持续不断对耕地进行改良，是该区域水资源可持续开发、农业稳定发展和生态环境保护的共同需求，也是黄河流域生态保护和高质量发展的本质要求。
[0003] 改良土壤，是现在新型农业技术，是利用植物生理学、植物营养学、植物生态学和化学的有关原理来改善土壤微环境，促进农作物根系的发育，同时在土壤溶液中添加适当的活性物质，促进农作物生长的碳代谢和氮代谢，从而达到农作物增产的目的；目前，市场上土壤改良剂多以粉煤灰、污泥、化学改良剂等为核心的单一改良剂居多，改良效果不明显，综合改良效果不佳，土地难以恢复天然良性，达到增产增收的目的。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于提供一种耕地改良剂，该耕地改良剂可有效改善耕地盐碱化，降低盐含量，减少水分流失，调理土壤结构。
[0005] 本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：
[0006] 本发明公开了α‑萘酚橙改性腐殖酸在改良土质盐碱化中的用途。腐植酸是广泛存在于自然界中的一类有机化合物，其含有的活性官能团具有离子交换和络合能力，易于与盐碱土壤中的离子发生离子交换作用。采用α‑萘酚橙化学改性后的腐植酸有更高的比表面积和活性，具有更强的吸附作用和螯合作用；形成链状聚合物结构，改善土壤结构，增大土壤孔隙度，加快土壤中盐分的淋洗，降低土壤中水溶性盐总量。应用于耕地改良剂中，协同作用能够改变盐碱土壤理化性质，特别是能够改良土壤结构，防止土壤二次返盐，提高盐碱土壤改良的效果；增强土壤的吸水、保水性能并促进植物生长，提升叶绿素含量。
[0007] 需要说明的是，α‑萘酚橙改性腐殖酸的制备方法，具体包括：
[0008] S1：腐殖酸提取，采用碱液对腐殖酸粗产品进行处理；
[0009] S2：准确称取步骤S1制得的腐殖酸加蒸馏水溶解，加热至恒温后，加入Na2SO3和HCHO水溶液进行反应；取HCHO和α‑萘酚橙，混合后全部滴入上述含有腐殖酸的溶液中，反应得到聚合物溶液即为改性腐殖酸。
[0010] 进一步地，α‑萘酚橙改性腐殖酸的制备方法，具体为：
[0011] S1：腐殖酸提取，将腐殖酸粗产品与NaOH按质量比4～5:1混合，加入适量蒸馏水并不断搅拌，调节溶液的pH为11～12，使其完全溶解。静置1～2d，对混合物进行抽滤，出去混合物中不溶性杂质，然后用稀盐酸调节所得上层液的酸碱度，pH调整至2～3，静置2～3d，直至析出固体。抽滤，用蒸馏水反复洗涤，70～75℃烘干即得腐殖酸；
[0012] S2：准确称取步骤S1制得的腐殖酸加入蒸馏水，用浓度为0.2M的NaOH水溶液来调节其酸碱度，使三口烧瓶中的腐殖酸完全溶解(腐殖酸浓度为0.08～2g/mL)，pH值在10～11之间，将溶液升温至90，℃不断搅拌使其充分溶解，同时加入Na2SO3(加入量为26～30wt％)和HCHO水溶液，反应2h。将溶液温度调节至85，℃在另一个反应瓶中加入适量HCHO和α‑萘酚橙(加入量为32～36wt％)，再将反应物全部滴入上述含有腐殖酸的溶液中，1h内滴加完成，并持续反应2h，冷却至室温，得到聚合物溶液即为改性腐殖酸。
[0013] 需要说明的是，HCHO总加入量为38～40wt％。
[0014] 一种耕地改良剂，包括：按重量份计，粘土为150～300份，细菌液为10～30份，尿素为20～80份，钙盐为10～90份，水500～1000份。复合处理能够在改善盐碱土壤理化性质的同时改良土壤结构，具有较好的综合改良效果。可改善土壤纹理，提高化肥利用率，降低化肥的投入量；促进植物叶绿素含量的提升，增强光合作用，有利于作物健壮生长，增产增收。
[0015] 需要说明的是，改良剂原料组分还包括改性腐殖酸20～40重量份。
[0016] 需要说明的是，细菌液包括，按重量份计，巴氏芽孢杆菌8～10份，赖氨酸芽孢杆菌6～8份，蕈状芽孢杆菌5～7份。
[0017] 需要说明的是，细菌液的制备具体为：取巴氏芽孢杆菌、赖氨酸芽孢杆菌、蕈状芽孢杆菌分别进行一级斜面培养、二级液体培养得到微生物发酵液，再进行混合得到细菌液。
[0018] 进一步地，本领域技术人员可以根据常识选择合适的培养基及扩大培养方法。
[0019] 需要说明的是，细菌液OD600≥1.0，脲酶活性≥2.0mMurea水解/min。
[0020] 需要说明的是，粘性土的塑性指数为18；尿素为普通化肥，其化学式是CH4N2O。
[0021] 更进一步地，在细菌液中加入质量浓度为0.06～0.1％的白屈菜酸。白屈菜酸的存在可以促进细菌分泌脲酶，提高脲酶活性，进而与其它组分复配，增强对盐碱土地的调理作用，降低含盐量，提升耕地保水性能。
[0022] 本发明还公开了上述耕地改良剂在节水节肥方法中的用途。
[0023] 相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：
[0024] 采用α‑萘酚橙化学改性后的腐植酸有更高的比表面积和活性，可有效改善土壤结构，增大土壤孔隙度，加快土壤中盐分的淋洗，降低土壤中水溶性盐总量。应用于耕地改良剂中，协同作用能够改变盐碱土壤理化性质，特别是能够改良土壤结构，防止土壤二次返盐，提高盐碱土壤改良的效果；增强土壤的吸水、保水性能并促进植物生长，提升叶绿素含量。除此之外，白屈菜酸的存在可以促进细菌分泌脲酶，提高脲酶活性，进而与其它组分复配，增强对盐碱土地的调理作用，降低含盐量，提升耕地保水性能。本发明制的的耕地改良剂具有较好的综合改良效果，可改善土壤纹理，提高化肥利用率，降低化肥的投入量；促进植物叶绿素含量的提升，增强光合作用，有利于作物健壮生长，增产增收。
[0025] 因此，本发明提供了一种耕地改良剂，该耕地改良剂可有效改善耕地盐碱化，降低盐含量，减少水分流失，调理土壤结构。
附图说明
[0026] 图1为本发明试验例1中红外测试结果。
具体实施方式
[0027] 以下结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步详细描述：
[0028] 本发明实施例所用蕈状芽孢杆菌，保藏号：ATCC10206；赖氨酸芽孢杆菌，保藏号：CGMCCNo.13142；巴氏芽孢杆菌，保藏号：ATCC11859。
[0029] 本发明实施例细菌液制备过程：
[0030] 一级斜面培养用培养基为PDA固体培养基；
[0031] 二级液体培养：
[0032] 巴氏芽孢杆菌培养
[0033] 液体培养基：
[0034] CASO+20g/L尿素：酪蛋白栋15.0g，豆粕蛋白栋5.0g，NaCl5.0g，尿素20g，蒸馏水1000.0ml，pH为7.3；121℃下灭菌15min。
[0035] 液体培养条件：25～28℃条件下培养4～5d。
[0036] 赖氨酸芽孢杆菌培养
[0037] 液体培养基：
[0038] 胰蛋白胨10g，酵母提取物5g，NaCl10g，5g干牛粪，蒸馏水1000.0ml，调节pH至7.0，121℃下灭菌15min。
[0039] 液体培养条件：32～35℃条件下培养2～4d。
[0040] 蕈状芽孢杆菌培养
[0041] 液体培养基：
[0042] LB培养基：胰化蛋白胨10g，酵母提取物5g，NaCl10g，蒸馏水1000.0ml，调节pH值到7.0，121℃下高压灭菌20min。
[0043] 液体培养条件：35～37℃条件下培养2～4d。
[0044] 本发明试验例所用土壤采自黄河下游区域耕地0～30cm表层土，其pH为8.00，水溶+ 2+ 2+ ‑1性Na 、Ca 、Mg 含量分别为926、112、73mg·kg ，SAR为5.6，含盐量为0.34％，属于中等盐碱化土壤。土壤取回后，自然风干后过5mm筛备用。
[0045] 实施例1：
[0046] 改性腐殖酸的制备：
[0047] S1：腐殖酸提取，将腐殖酸粗产品与NaOH按质量比5:1混合，加入适量蒸馏水并不断搅拌，调节溶液的pH为11，使其完全溶解。静置2d，对混合物进行抽滤，出去混合物中不溶性杂质，然后用稀盐酸调节所得上层液的酸碱度，pH调整至2，静置2d，直至析出固体。抽滤，用蒸馏水反复洗涤，75℃烘干即得腐殖酸；
[0048] S2：准确称取步骤S1制得的腐殖酸5g，加入到150mL的三口烧瓶中，再准确量取50mL蒸馏水加入，用浓度为0.2M的NaOH水溶液来调节其酸碱度，使三口烧瓶中的腐殖酸完全溶解，pH值在10之间，将溶液升温至90℃，不断搅拌使其充分溶解，同时加入Na2SO3(加入量为27wt％)和HCHO水溶液，反应2h。将溶液温度调节至85℃，在另一个反应瓶中加入适量和α‑萘酚橙(加入量为36wt％)，再将反应物全部滴入上述含有腐殖酸的溶液中，1h内滴加完成，并持续反应2h，冷却至室温，得到聚合物溶液即为改性腐殖酸。
[0049] 其中，HCHO的总加入量为38wt％。
[0050] 实施例2：
[0051] 改性腐殖酸的制备与实施例1的不同之处在于：腐殖酸浓度为0.15g/mL，Na2SO3加入量为29wt％、HCHO总加入量为38wt％，α‑萘酚橙加入量为34wt％。
[0052] 实施例3：
[0053] 改性腐殖酸的制备与实施例1的不同之处在于：腐殖酸浓度为0.09g/mL，Na2SO3加入量为26wt％、HCHO总加入量为40wt％，α‑萘酚橙加入量为35wt％。
[0054] 实施例4：
[0055] 改性腐殖酸的制备与实施例1的不同之处在于：腐殖酸浓度为0.12g/mL，Na2SO3加入量为28wt％、HCHO总加入量为39wt％，α‑萘酚橙加入量为33wt％。
[0056] 实施例5：
[0057] 一种耕地改良剂，包括：按重量份计，粘土为200份，细菌液为15份，尿素为25份，钙盐为30份，水600份。
[0058] 细菌液包括，按重量份计，巴氏芽孢杆菌9份，赖氨酸芽孢杆菌8份，蕈状芽孢杆菌6份。制备具体为：取巴氏芽孢杆菌、赖氨酸芽孢杆菌、蕈状芽孢杆菌分别进行一级斜面培养、二级液体培养得到微生物发酵液，再进行混合得到细菌液。其中，细菌液OD600＝2.0，脲酶活性＝3.0mMurea水解/min。
[0059] 耕地改良剂制备：按上述配比称取各组分，拌合后形成混合液体即得耕地改良剂。
[0060] 实施例6：
[0061] 细菌液及其制备与实施例5相同。
[0062] 一种耕地改良剂，包括：按重量份计，粘土为200份，细菌液为15份，尿素为25份，腐殖酸为30份，钙盐为30份，水600份。
[0063] 耕地改良剂制备：按上述配比称取各组分，拌合后形成混合液体即得耕地改良剂。
[0064] 实施例7：
[0065] 细菌液及其制备与实施例5相同。
[0066] 一种耕地改良剂，包括：按重量份计，粘土为200份，细菌液为15份，尿素为25份，实施例1制得的改性腐殖酸为30份，钙盐为30份，水600份。
[0067] 耕地改良剂制备：按上述配比称取各组分，拌合后形成混合液体即得耕地改良剂。
[0068] 实施例8：
[0069] 一种耕地改良剂与实施例5的不同之处在于：在细菌液中加入质量浓度为0.08％的白屈菜酸。
[0070] 耕地改良剂的制备与实施例5相同。
[0071] 实施例9：
[0072] 一种耕地改良剂与实施例6的不同之处在于：在细菌液中加入质量浓度为0.08％的白屈菜酸。
[0073] 耕地改良剂的制备与实施例6相同。
[0074] 实施例10：
[0075] 一种耕地改良剂与实施例7的不同之处在于：在细菌液中加入质量浓度为0.08％的白屈菜酸。
[0076] 耕地改良剂的制备与实施例7相同。
[0077] 试验例1：
[0078] 1、红外光谱测定(FT‑IR)
[0079] 将样品在恒温干燥箱中除水处理后，取少量样品与溴化钾在玛瑙研钵中混合均匀、研磨和压片后，放置在TENSOR27型红外光谱仪上进行测试，其中扫描波数范围为4000‑1 ‑1～500cm ，扫描分辨率为6cm ，扫描次数为18。
[0080] 对实施例1制得的改性腐殖酸和腐殖酸进行上述测试，结果如图1所示。从图中可‑1以看出，腐殖酸图谱中，O‑H的伸缩振动峰出现在3400cm 附近，苯环上C＝C的特征吸收峰在‑1 ‑1
1600cm 附近；改性腐殖酸的图谱中，2800～3000cm 范围内出现的峰为亚甲基特征吸收‑1 ‑1
峰，1225cm 和1000cm 附近为磺酸基特征吸收峰，说明腐殖酸分子上发生了磺甲基化反‑1
应；1600cm 附近芳环上C＝C特征吸收峰吸收增强，说明芳环结构有所变化，说明萘环被引‑1
入到腐殖酸分子上；1580～1630cm 范围内出现N＝N双键的特征吸收峰，但信号强度较弱，‑1
被掩盖在其它信号中；1284cm 附近为C‑N键伸缩振动吸收峰。以上结果说明改性腐殖酸制备成功。
[0081] 2、脲酶活性测定
[0082] 采用苯酚钠比色法测试。制备液：在细菌液中加入质量浓度为0.08％的白屈菜酸，共混培养12h后，离心，取上清液备用。
[0083] 取上述制备液2mL，加入2mL甲苯，处理15min，注入10mL10％尿素溶液和20mL柠檬酸盐缓冲液(pH6.7)，仔细混合；然后在38℃恒温箱中放置24h后，用38℃的蒸馏水稀释至刻度，摇荡，将悬液过滤(实验组)。与此同时，设置不添加白屈菜酸做对照样。取滤液1mL置于50mL容量瓶中，用蒸馏水稀释至10mL，然后加入4mL苯酚钠溶液，并立即加入3mL次氯酸钠溶液。混合20min，采用UreaAssay试剂盒(购自Abcam，型号ab83362)测定剩余尿素含量，进而计算出每分钟尿素的水解量，用此表征脲酶活性。
[0084] 测试结果如表1所示：
[0085] 表1脲酶活性测试结果
[0086]样品 mMurea水解/min
对照样 3.6
实验组 4.9
[0087] 从表1中可以看出，实验组制得的菌液中加入白屈菜酸培养后，对尿素的水解速度明显高于对照样，表明加入白屈菜酸明显可以有效提升脲酶的活性。
[0088] 试验例2：
[0089] 改性腐殖酸对耕地的改良效果
[0090] 试验装置
[0091] 试验淋溶装置由有机玻璃和玻璃土柱架构成。淋溶柱的最顶端和最底端各放置一块带有小孔的有机玻璃滤板，为防止漏土，滤板上放置两层200目的纱布。每个土柱内装入500g风干土壤和环境材料的混合物，表面覆盖少量石英砂(约4g，0.5cm厚)，以保证淋洗土壤的稳定性，防止扰乱表层土层。
[0092] 土壤水分淋溶前，加200mL去离子水使土壤水分接近田间最大持水量，室温下放置1d，使土壤与改性腐殖酸充分反应。首次淋溶前将淋溶柱底端用止水夹夹住，加入200mL去离子水，反应3h后，打开止水夹，收集24h淋溶液。将淋溶柱放在室温条件下自然蒸发4d后称质量，至土壤含水率降到60％左右进行第二次淋溶，淋溶过程与首次相同。试验用水为去离‑1
子水，pH为6.73，EC为0.61mS·cm 。其中，改性腐殖酸的添加量为土壤干质量的1.1％；另设添加腐殖酸的盐碱土壤作为对照组，以不添加任何材料的盐碱土壤作为空百组。
[0093] 淋溶液体积采用量筒法测定；Na+、Ca2+、Mg2+含量采用ICPMS(NexlON300D，美国PerkinElmer公司)测定；土壤水溶性含盐量采用烘干法测定；SAR是衡量土壤碱化度的重要指标，计算公式为：
[0094]
[0095] 测试结果：
[0096] 1、对土柱淋溶后盐碱土壤SAR的影响
[0097] 对实施例1～4制得的改性腐殖酸处理后的土壤的SAR值测试结果如表2所示：
[0098] 表2对土壤SAR值的影响
[0099] 样品 土壤SAR值空白样 5.2
对照组 5.0
实施例1 4.2
实施例2 4.1
实施例3 4.0
实施例4 3.9
[0100] 从表2中可以看出，实施例1制得改性腐殖酸对土壤淋溶后SAR值下降了19.23％，明显好于对照组的3.81％，实施例2～4与实施例1效果相当，说明α‑萘酚橙改性腐殖酸可有效降低土壤的SAR值，改性土壤的理化性质。
[0101] 2、对土柱淋溶后盐碱土壤水溶性盐总量的影响
[0102] 对实施例1～4制得的改性腐殖酸处理后的土壤的水溶性盐含量测试结果如表3所示：
[0103] 表3对土壤水溶性盐含量的影响
[0104]
[0105]
[0106] 从表3中分析可知，实施例1制得的改性腐殖酸对土壤淋溶后，盐碱土壤的含盐总量降低率为66.67％，明显高于对照组的43.39％，说明α‑萘酚橙改性腐植酸可降低淋溶后盐碱土壤的水溶性，且与空白样相比，改性腐植酸对土壤水溶性盐的降低达到了显著水平。
[0107] 3、对盐碱土壤水分保持的影响
[0108] 淋溶液体积即能表示土壤的保水能力。对实施例1～4制得的改性腐殖酸处理后的土壤的淋溶液体积测试结果如表4所示：
[0109] 表4淋溶液体积
[0110]
[0111] 从表4中分析可知，实施例1制得的改性腐殖酸对土壤淋溶后，第一次收集的淋溶液体积分别比空白样减少了38.56％，明显高于对照组的3.81％；第二次淋溶对照组与空白样比无明显差异，而实施例1比对照组减少了18.33；以上结果说明改性腐殖酸处理后对盐碱土壤保持水分效果显著提升。
[0112] 试验例3：
[0113] 耕地改良剂改善耕地效果测试
[0114] 1、实验设计及种植方法
[0115] 实验采用土壤盆栽的方法。将供试土壤(0～30cm)自然风干后均匀混合，过筛。土3
壤容重采用1.26g/cm 计算(0～10cm)，则0～10cm深的每亩土壤重为84027Kg。实验容器采用30cm直径、50cm高度的塑料盆，每盆装土15Kg。按0～10cm土壤每亩施入150公斤改良剂，
50公斤复合肥料的用量计算，每盆15Kg供试土壤施入相应量的改良剂和底肥。考虑到盆栽加大田的实际深度差距，每盆增加相应用量的一倍。设计一个空白处理CK。共形成7个处理，每个处理重复4次，供28盆。实验处理如表5所示：
[0116] 表5实验处理
[0117]处理编号 内容
CK 底肥0.018Kg/盆
D1 底肥0.018Kg/盆+实施例5制得的改良剂0.107Kg/盆
D2 底肥0.018Kg/盆+实施例6制得的改良剂0.107Kg/盆
D3 底肥0.018Kg/盆+实施例7制得的改良剂0.107Kg/盆
D4 底肥0.018Kg/盆+实施例8制得的改良剂0.107Kg/盆
D5 底肥0.018Kg/盆+实施例9制得的改良剂0.107Kg/盆
D6 底肥0.018Kg/盆+实施例10制得的改良剂0.107Kg/盆
[0118] 实验用纯水浇灌，浇水量为田间持水量的80％左右。静置一周，进行播种。每盆播种10粒西瓜种子，出苗后根据植株生长情况保留3株。
[0119] 2、实验调查内容和样品采集
[0120] 实验运行周期为80d。植株收获前，进行叶绿素含量调查。
[0121] 3、测试结果与讨论
[0122] 测试结果如表6所示：
[0123] 表6土壤改良效果测试结果
[0124]处理编号 叶绿素含量(SPAD)
CK 28.2
D1 32.3
D2 36.8
D3 40.1
D4 37.6
D5 45.7
D6 44.9
[0125] 从表6中可以看出，相比CK，采用D1～D6处理后能够明显提高植株叶绿素的含量，可有效改善土壤理化性能，增强光合作用，有利于作物健壮生长，最终增产增收；D3的效果好于D2，表明对腐殖酸改性后可提升对土壤的调节作用。D4、D5、D6效果分别好于D1、D2、D3，表明在细菌液中加入白屈菜酸具有协同增强的作用。
[0126] 上述实施例中的常规技术为本领域技术人员所知晓的现有技术，故在此不再详细赘述。
[0127] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

专利地区：四川

专利申请日期：2022-04-27

专利公开日期：2022-12-16

专利公告号：CN114766117B