技术领域
本发明涉及农业领域，具体地，涉及土壤改良调理剂及其制备方法和应用，更具体地， 涉及土壤改良调理剂、制备土壤改良调理剂方法和改良轻度盐碱化土壤的方法。
背景技术
我国分布有大片盐碱地，盐碱化的程度正在扩大。土地盐碱化不仅仅使得我国的农业大 量减产，造成了很大的损失，还由于盐碱化程度的日趋严重，使得大片土地逐渐成为了废地。 改造盐碱地并提高盐碱耕地的农业生产量，是我国农业发展的重要任务之一。
我国盐碱地改良的历史悠久，已发展出多种改良方法和技术，涉及的农艺或工程技术方 法主要可分为：物理改良(如土地平整、深耕晒垡、台田改土等)、水利改良(如灌排洗研、 暗管排盐等)、化学改良(如施用石膏、磷石膏、腐殖酸等)、以及生物改良(如耐盐植物种 植、微生物改良等)。这些改良技术均有一定效果，也存在一定的不足。如淡水洗盐可降低 土壤含盐量，但对碱度降低的效果不显著，耗水量大，易引起植作物生长必需的矿物质元素 流失。生物改良普适性差，见效慢，成本相对较高。
土壤改良剂的研究开发是化学改良技术的核心。中国专利申请CN101624523公开的“一 种盐碱改良剂”，是按不同重量比由硫酸铝、硫酸亚铁铵和硫酸镁混合配制而成，制成该改 良剂需要大量的化学原材料，而不是利用工业废弃物，成本较高。中国专利申请CN1377936A 公开的“利用废石膏板生产盐碱土壤改良剂的方法及其产品和应用”，利用石膏中的硫酸钙 置换土壤中的交换性钠，但需要将废石膏板进行加工破碎才能用来改良土壤。如果破碎后改 良剂粒度大，则不利于离子置换反应，改良效果差；若要破碎后改良剂粒度很小，则要耗费 大量的能量，使土壤改良的成本高到农民无法承受。专利CN201110124738.5公开的“用电 厂废弃物及泥炭、风化煤资源改良盐碱土壤的组合物”利用脱硫石膏、粉煤灰等电厂废弃物 和风化煤资源混合物作为改良剂，由于粉煤灰中的重金属含量较高，会引起改良后的土壤中 重金属及有害微量元素超过国家标准的允许值。一些专利如CN03111936.0、 CN200910117619.X等，涉及改良剂组分配方复杂。
因此，目前的土壤改良剂有待于进一步研究。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提 出一种生物改良普适性好，见效快，价格低廉，并且重金属含量低的土壤改良剂，该土壤改 良剂适于盐碱化土壤的改良，尤其适用于轻度盐碱化土壤的改良。
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种土壤改良调理剂。根据本发明的实施例，该 土壤改良调理剂包括：60-70重量份的钙盐，15-20重量份的生物质焦炭，5-8重量份的生物 质水溶液和5-10重量份的有机化肥。
根据本发明的实施例，本发明的土壤改良调理剂可以快速有效地改善土壤的碱化程度 高、肥力低、土壤pH值高和土壤团块化等多种问题。并且该土壤改良调理剂的价格低廉， 有机物含量高，重金属含量低。
根据本发明的另一方面，本发明提供了一种制备土壤改良调理剂的方法。根据本发明的 实施例，该方法包括：将生物质有机物与钙盐进行混合，以便得到第一混合物；将所述第一 混合物进行热处理，以便得到热处理固态产物和热处理液态产物，其中，所述热处理固态产 物包含：生物质焦炭和钙盐；将所述热处理液态产物进行静置分层并分离水相，所述水相构 成所述生物质水溶液；向所述热处理固态产物中加入有机化肥，进行第一搅拌处理，以便得 到第二混合物；以及向所述第二混合物中加入所述生物质水溶液，进行第二搅拌处理，以便 得到所述土壤改良调理剂。
根据本发明的实施例，利用本发明的方法，将钙盐和与生物质有机物混合后直接进行热 处理，无需对生物质有机物进行破碎预处理，简化了生产工艺，还可以提高焦炭的产率，并 且，钙盐加热释放水，冷凝回收后，收取得到的热处理液态产物的产率也提高。同时，本发 明的方法生产工艺简单，生产成本低，制备得到的土壤改良调理剂的有机物含量高，重金属 含量低，能快速、有效地增强土壤肥力。
根据本发明的再一方面，本发明提供了一种改良轻度盐碱化土壤的方法。根据本发明的 实施例，该方法对所述轻度盐碱化土壤施用前述土壤改良调理剂。
根据本发明的实施例，利用本发明的土壤改良调理剂可以快速有效地对轻度盐碱化土壤 进行改良，该土壤改良调理剂可以有效降低土壤的碱化度，增强土壤的肥力，降低土壤的 pH值，并改善土壤的团粒结构。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明 显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和 容易理解，其中：
图1显示了根据本发明一个实施例的制备土壤改良调理剂的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或 类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的 实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
土壤改良调理剂
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种土壤改良调理剂。根据本发明的实施例，该 土壤改良调理剂包括：60-70重量份的钙盐，15-20重量份的生物质焦炭，5-8重量份的生物 质水溶液和5-10重量份的有机化肥。
根据本发明的实施例，本发明钙盐中的钙离子(Ca2+)可以与土壤胶体上的可代换性钠 离子进行离子交换，使钠离子从土壤胶体进入土壤溶液后随灌溉水下渗或经由排水渠排走， 从而，降低土壤的碱化度，改善土壤的团粒结构。根据本发明的实施例，本发明的生物质焦 炭，是多孔的富碳聚合物，略呈碱性，可以吸附和固定土壤里的盐份离子和水分，保持土壤 湿度，为土壤微生物繁殖提供场所，同时在一定程度上阻断毛细通道，降低土壤颗粒盐份， 改善土壤结构和盐碱土颗粒团聚特性。根据本发明的实施例，生物质水溶液中含有大量乙酸、 丙酸、丙酮等，可以提高土壤的有机质含量，结合有机菌肥，增加土壤肥力，为作物生长提 供营养成份，并且可以降低碱土的pH值，改善土壤的碱化情况。由此，本发明的土壤改良 调理剂可以针对土壤的多种问题进行改良，该土壤改良剂可以有效降低土壤的碱化度，增强 土壤的肥力，降低土壤的pH值，改善土壤的团粒结构。并且该土壤改良调理剂的价格低廉， 有机物含量高，重金属含量低，能快速、有效地增强土壤肥力。
根据本发明的具体实施例，生物质焦炭和生物质水溶液是通过以下步骤得到的：将生物 质有机物与钙盐进行混合，得到第一混合物；将该第一混合物进行热处理，得到热处理固态 产物和热处理液态产物，其中，热处理固态产物包含：生物质焦炭和钙盐；将热处理液态产 物进行静置分层并分离水相，该水相构成生物质水溶液。发明人惊奇地发现，将钙盐和与生 物质有机物混合后直接进行热处理，生物质有机物热处理生成小体积的焦炭，从而，省略了 对生物质有机物进行破碎预处理的过程，简化了生产工艺，还可以提高焦炭的产率，并且， 钙盐加热释放水，冷凝回收后，收取得到的生物质水溶液产率也提高。
其中，需要说明的是，钙盐在热处理过程中会出现脱水，在本发明中，脱水后的钙盐和 未经脱水处理的钙盐均可用于本发明的土壤改良调理剂，对土壤改良调理剂的成份无影响， 并且对土壤的改良效果也无影响。
根据本发明的具体实施例，生物质有机物为选自锯末、木屑和农作物秸秆的至少一种， 其中，农作物秸秆可以是玉米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆等农业生产的废弃物。由此，利用 锯末、木屑和农作物秸秆等生产废弃物做为土壤改良调理剂的原料，可以对生产的废物利用， 并且，土壤改良调理剂的成本低。
根据本发明的一些实施例，钙盐为脱硫石膏。其中，需要说明的是，脱硫石膏是燃煤电 厂石灰石-石膏法烟气湿法脱硫工艺的副产物，有效成分CaSO4·2H2O在脱硫石膏中的含量 为60-92％。脱硫石膏中的钙离子(Ca2+)可以与土壤胶体上的可代换性钠离子进行交换， 使钠离子从土壤胶体进入土壤溶液后随灌溉水下渗或经由排水渠排走，降低土壤的碱化度， 并改善土壤的团粒结构。
根据本发明的实施例，生物质有机物与钙盐的重量比不受特别的限制，可以根据土壤的 问题调整比例，例如，土壤的的碱化问题严重，可以提高钙盐的比例，土壤的盐份高，土壤 团块严重，则可以提供生物质有机物的比例，优选地，生物质有机物与钙盐的重量比为 0.4-1.1：1。由此，按该比例混合制备的土壤改良调理剂可以有效的降低土壤碱化程度，改 善土壤结构和土壤颗粒团聚情况。
根据本发明的具体实施例，钙盐的粒径为至多50微米。由此，钙盐与土壤的接触面积 大，促进钙离子与土壤中的可代换性钠离子进行离子置换反应，对土壤的改良效果好。
根据本发明的具体实施例，热处理为烘焙、干馏或热解。由此，热处理获得的焦炭和热 处理液态产物的产率高，热处理效果好。
根据本发明的具体实施例，热处理在温度为280-500℃，惰性气氛的条件下进行的，其 中，惰性气氛为烟气或惰性气体。由此，热处理得到的产物不易被氧化，且焦炭和热处理液 态产物的产率高，热处理效果好。
根据本发明的具体实施例，生物质水溶液的pH值小于7，可直接降低碱土的pH值。 并且，生物质水溶液还可以含有大量乙酸、丙酸、丙酮等，土壤改良调理剂的有机质含量高， 结合有机菌肥，有利于增加土壤肥力，为作物生长提供营养成份。
根据本发明的一些实施例，有机化肥为益生菌群发酵化肥，即向市售的有机化肥中加入 益生菌群进行发酵，获得的化肥。由此，该有机化肥中含有大量益生菌群发酵产物，有机化 肥的肥力高。
根据本发明的具体实施例，益生菌群为选自嗜盐碱杆菌、乳酸菌、醋酸菌、酵母菌和光 合菌的至少之一。由此，益生菌群的发酵效果好，有机化肥中含有大量有益的发酵产物，有 机化肥的肥力高。
制备土壤改良调理剂的方法
根据本发明的另一方面，本发明提供了一种制备土壤改良调理剂的方法。参考图1，对 制备土壤改良调理剂的方法进行详细说明。
S100：混合
根据本发明的实施例，将生物质有机物与钙盐进行混合，得到第一混合物。由此，将生 物质有机物和钙盐混合均匀，促进热解反应的进行，有利于提供焦炭和生物质水溶液的产率。
根据本发明的具体实施例，生物质有机物为选自锯末、木屑和农作物秸秆的至少一种， 其中，农作物秸秆可以是玉米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆等农业生产的废弃物。由此，利用 锯末、木屑和农作物秸秆等生产废弃物做为土壤改良调理剂的原料，可以对生产的废物进行 利用，并且，土壤改良调理剂的成本低。
根据本发明的一些实施例，钙盐为脱硫石膏。其中，需要说明的是，脱硫石膏是燃煤电 厂石灰石-石膏法烟气湿法脱硫工艺的副产物，有效成分CaSO4·2H2O在脱硫石膏中的含量 为60-92％。脱硫石膏中的钙离子(Ca2+)可以与土壤胶体上的可代换性钠离子进行交换， 使钠离子从土壤胶体进入土壤溶液后随灌溉水下渗或经由排水渠排走，降低土壤的碱化度， 并改善土壤的团粒结构状况。
根据本发明的一些实施例，生物质有机物与钙盐的重量比不受特别的限制，可以根据土 壤的问题调整比例，例如，土壤的的碱化问题严重，可以提高钙盐的比例，土壤的盐份高， 土壤团块严重，则可以提供生物质有机物的比例，优选地，生物质有机物与钙盐的重量比为 0.4-1.1：1。由此，按该比例混合制备的土壤改良调理剂可以有效的降低土壤碱化程度，改 善土壤结构和土壤颗粒团聚情况。
S200：热处理
将第一混合物进行热处理，得到热处理固态产物和热处理液态产物，其中，该热处理固 态产物包含：生物质焦炭和钙盐。发明人惊奇地发现，将第一混合物进行热处理，生物质有 机物生成小体积的焦炭，，从而，省略了对生物质有机物进行破碎预处理的过程，简化了生 产工艺，还可以提高焦炭的产率，并且，钙盐加热释放水，冷凝回收后，收取得到的热处理 液态产物的产率也提高了。
其中，需要说明的是，钙盐在热处理过程中会出现脱水，在本发明中，脱水后的钙盐和 未经脱水处理的钙盐均可用于本发明的土壤改良调理剂，对土壤改良调理剂的成份无影响， 并且对土壤的改良效果也无影响。
根据本发明的具体实施例，钙盐的粒径为至多50微米。由此，钙盐与土壤的接触面积 大，促进钙离子与土壤中的可代换性钠离子进行离子置换反应，对土壤的改良效果好。
根据本发明的具体实施例，热处理为烘焙、干馏或热解。由此，热处理获得的焦炭和生 物质水溶液的产率高，热处理效果好。
根据本发明的具体实施例，热处理在温度为280-500℃，惰性气氛的条件下进行的，其 中，惰性气氛为烟气或惰性气体。由此，热处理得到的产物不易被氧化，且焦炭和生物质水 溶液的产率高，热处理效果好。
S300：静置分层
将热处理液态产物进行静置分层并分离水相，该水相构成生物质水溶液。由此，热处理 过程中的挥发性产物在冷凝回收后形成热处理液态产物，这部分热处理液态产物静置后会形 成两层，一层为不溶于水的焦油，一层为含有大量水溶性有机物的水相，这一层含有水溶性 有机物的水相构成了生物质水溶液。该生物质水溶液中含有大量乙酸、丙酸、丙酮等，可以 提高土壤的有机质含量，结合有机菌肥，增加土壤肥力，为作物生长提供营养成份。
根据本发明的具体实施例，生物质水溶液的pH值小于7，呈酸性，可直接降低碱土的 pH值，改善土壤的碱化情况。
S400：第一搅拌处理
向热处理固态产物中加入有机化肥，进行第一搅拌处理，得到第二混合物。由此，有机 化肥中含有大量的有机物，通过加入有机化肥，增加土壤改良调理剂的肥力。
根据本发明的一些实施例，有机化肥为益生菌群发酵化肥。由此，该有机化肥中含有大 量益生菌群发酵产物，有机化肥的肥力高。
根据本发明的具体实施例，益生菌群为选自嗜盐碱杆菌、乳酸菌、醋酸菌、酵母菌和光 合菌的至少之一。由此，益生菌群的发酵效果好，有机化肥中含有大量有益的发酵产物，有 机化肥的肥力高。
根据本发明的实施例，热处理固态产物与有机化肥的重量比不受特别的限制，可以根据 待改良的土壤进行适当调整，若土壤中盐离子含量高，则可以增加热处理固态产物的比例， 若土壤的肥力差，则可以增加有机化肥的比例，优选地，热处理固态产物与有机化肥的重量 比为6-14：1。由此，由此，按该比例混合制备的土壤改良调理剂可以有效的降低土壤中的 含盐量，增强土壤的肥力。
S500：第二搅拌处理
向第二混合物中加入生物质水溶液，进行第二搅拌处理，得到土壤改良调理剂。由于生 物质水溶液的加入量较小，在第一搅拌后，再将生物质水溶液加入到第二混合物中，可以将 生物质水溶液和第二混合物混合的更均匀。
根据本发明的具体实施例，第二混合物与生物质水溶液的重量比为11-19：1。由此，土 壤改良调理剂对土壤的改良效果好，可以有效降低土壤的碱化度，增强土壤的肥力，降低土 壤的pH值，改善土壤的团粒结构。
改良轻度盐碱化土壤的方法
根据本发明的再一方面，本发明提供了一种改良轻度盐碱化土壤的方法。根据本发明的 实施例，该方法对轻度盐碱化土壤施用前述土壤改良调理剂。
根据本发明的实施例，利用本发明的土壤改良调理剂可以快速有效地对轻度盐碱化土壤 进行改良，该土壤改良调理剂可以有效降低土壤的碱化度，增强土壤的肥力，降低土壤的 pH值，并改善土壤的团粒结构状况。
根据本发明的一些实施例，土壤改良调理剂的施用量为1500-2500kg/亩。根据本发明的 实施例，低于该施用量，土壤改良调理剂的加入量过少，钙离子不足与土壤胶体中的钠离子 进行置换反应，也无法使土壤的pH值调整到合理的水平，并且，对土壤肥力的改善效果不 明显。如果高于该实施量，土壤改良调理剂的加入量过多，有可以造成土壤酸化，土壤的肥 力过高，不利于植物的生长。
根据本发明的具体实施例，轻度盐碱化土壤的pH值8-10，碱化度5-15％，含盐量＜0.6％。 由此，土壤改良调理剂对土壤的改良效果好，可以显著改善土壤的碱化度，增强土壤的肥力， 降低土壤的pH值，并改善土壤的团粒结构。
下面参考具体实施例，对本发明进行说明，需要说明的是，这些实施例仅仅是说明性的， 而不能理解为对本发明的限制。
实施例1
利用本发明的方法，制备一种改良调理剂，具体步骤如下：
(1)将80g脱硫石膏与50g松木锯末搅拌混合，放入固定反应容器内，固定反应容器 前部连接氮气罐，后部连接套管冷凝器；
(2)向固定反应容器持续通入少量氮气，加热固定反应容器至450℃并保持1小时， 气体产物通入套管冷凝器冷凝回收液体产物；
(3)待反应器冷却到室温后，收集固体产物并与5g有机菌肥搅拌混合，液体产物静置 分层后，过滤得到水相产物，取5g喷洒到固体产物与有机菌肥混合物中并搅拌均匀，得到 改良调理剂，其成份为：脱硫石膏70g、生物质焦炭20g、生物质水溶液5g和有机菌肥5g。
利用上述的改良调理剂处理轻度盐碱性土壤，待改良土壤pH＝8.5，碱化度8％，含盐量 0.3％，改良调理剂施用量为1500kg/亩。改良后土壤pH降低至7.5左右，碱化度降至5％以 下，一次施用多年持续有效，在5-8年内无需重复施用改良。
实施例2
利用本发明的方法，制备一种改良调理剂，具体步骤如下：
(1)将70g脱硫石膏与40g玉米秸秆段搅拌混合，放入固定反应容器内，固定反应容 器前部连接氮气罐，后部连接套管冷凝器；
(2)向固定反应容器持续通入少量氮气，加热固定反应容器至300℃并保持1小时， 气体产物通入套管冷凝器冷凝回收液体产物；
(3)待反应器冷却到室温后，收集固体产物，简单碾压破碎后与7g有机菌肥搅拌混合， 液体产物静置分层后，过滤得到水相产物，取8g喷洒到固体产物与有机菌肥混合物中并搅 拌均匀，得到改良调理剂，其成份为：脱硫石膏65g、生物质焦炭20g、生物质水溶液8g和 有机菌肥7g。
利用上述的改良调理剂处理轻度盐碱性土壤，待改良土壤pH＝9，碱化度15％，含盐量 0.5％，改良调理剂施用量2500kg/亩。改良后土壤pH降低至7.8左右，碱化度降至5％以下， 一次施用多年持续有效，在5-8年内无需重复施用改良。
实施例3
利用本发明的方法，制备一种改良调理剂，具体步骤如下：
(1)将65g脱硫石膏与40g杨木锯末搅拌混合，放入固定反应容器内，固定反应容器 前部连接氮气罐，后部连接套管冷凝器；
(2)向固定反应容器持续通入少量氮气，加热固定反应容器至450℃并保持1小时， 气体产物通入套管冷凝器冷凝回收液体产物；
(3)待反应器冷却到室温后，收集固体产物并与10g有机菌肥搅拌混合，液体产物静 置分层后，过滤得到水相产物，取7g喷洒到固体产物与有机菌肥混合物中并搅拌均匀，得 到改良调理剂，其成份为：脱硫石膏60g、生物质焦炭15g、生物质水溶液7g和有机菌肥 10g。
利用上述的改良调理剂处理轻度盐碱性土壤，待改良土壤pH＝8.5，碱化度10％，含盐 量0.3％，改良调理剂施用量为2000kg/亩。改良后土壤pH降低至7.5以下，碱化度降至5％ 以下，一次施用多年持续有效，在5-8年内无需重复施用改良。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、 或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包 含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指 的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个 或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本 发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的 范围由权利要求及其等同物限定。