阅读说明：本技术 一种农用石膏粉及其改良贫瘠土壤的方法 (Agricultural gypsum powder and method for improving barren soil by using same ) 是由 杨兴 李泽钢 何信周 黄巧玲 徐立斌 陈尚伟 朱国良 周灵 罗通 陈亦苏 廖昶 于 2020-07-24 设计创作，主要内容包括：本发明属于土壤改良技术领域,具体涉及一种农用石膏粉及其改良贫瘠土壤的方法,所述农用石膏粉用于改良贫瘠土壤,所述改良的方法,包括如下步骤：1)利用土壤杀菌剂采取喷淋或浇灌或拌合的方式之一处理贫瘠土壤；2)将粉碎秸秆和农用石膏粉一起撒铺于土壤表层,浇水至湿润后翻耕；3)将动物粪便和腐熟剂撒铺于土壤表层并进行深耕；4)腐熟30-60天,在腐熟期间翻耕2-3次,同时灌水至保持改良土壤湿润；充分利用工业副产物磷石膏,利用磷石膏所含的养分元素改善贫瘠土壤,同时防止了磷石膏对贫瘠土壤的污染。(The invention belongs to the technical field of soil improvement, and particularly relates to agricultural gypsum powder and a method for improving barren soil by using the same, wherein the agricultural gypsum powder is used for improving the barren soil, and the improvement method comprises the following steps: 1) treating the barren soil by using a soil bactericide in one of spraying, irrigating or mixing modes; 2) spreading the crushed straws and the agricultural gypsum powder on the surface layer of the soil, watering until the crushed straws are wet, and ploughing; 3) spreading animal waste and a decomposition agent on the surface layer of the soil and carrying out deep ploughing; 4) decomposing for 30-60 days, ploughing for 2-3 times during the decomposing period, and simultaneously irrigating until the improved soil is wet; fully utilizes the industrial byproduct phosphogypsum, improves the barren soil by utilizing nutrient elements contained in the phosphogypsum, and simultaneously prevents the pollution of the phosphogypsum to the barren soil.)

一种农用石膏粉及其改良贫瘠土壤的方法

技术领域

本发明属于土壤改良技术领域，具体涉及一种农用石膏粉及其改良贫瘠土壤的方法。

背景技术

石膏系工业固废，具有产量大、杂质多等特点，这极大限制了石膏的应用范围，目前，石膏的主要应用体现在建筑材料、水泥制品、化工产品、农业等几方面；在农业应用中，使用最多的是为磷石膏，由于磷石膏含有作物所需的磷、钙、镁、铁、硅、硫等元素，能补充土壤中矿物质元素，改良土壤环境，减少施肥量，消除土壤表层硬壳，降低土壤的粘性，增加土壤的通透性，预防和农作物病害，所以主要体现用作盐碱地改良剂和肥料，但磷石膏呈酸性、营养组分单一，含有重金属等污染，这极大地限制了磷石膏的农业化利用，同时在文献《磷石膏农用的环境安全风险》中也指出了磷石膏农用的土壤生态污染风险、氟污染风险、重金属污染风险、放射性核素污染风险等，磷石膏中Hg、Cd、As和Cr超过《土壤环境质量-农用地土壤污染风险管控标准》(GB 15618—2018)的农用地土壤污染风险筛选值的比率分别为67％、63％、40％和20％；检出Hg、Cd、Pb、Ni、Cr和Be浸出浓度超过《地下水质量标准》(GB/T 14848—2017)中IV—V类水质标准,存在土壤和水体重金属污染风险，磷矿石中的氟约20％—40％进入磷石膏。磷石膏中全氟和水溶氟含量较高(最高值分别为20400和7500mg·kg^-1)，超出中国地氟病发生区土壤全氟和水溶氟临界值的比率分别为89％和100％；检出其浸出浓度远超出《地下水质量标准》(GB14848—2017)V类水质标准,部分已超过《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别》(GB5085.3—2007)浸出限量(100mg·L^-1)，存在土壤和水体氟污染风险等，这充分说明了磷石膏并不能直接用于农业领域。

在农业方面，由于过度种植、水土流失、过量施化肥等影响，我国肥沃土壤越来越少，贫瘠土越来越多，贫瘠土易板结、通透性差、肥效低、可耕性差，由于石膏富含土壤需要元素，比如硫、钙、硅、镁、铁、钠、钾、磷等有益成分，用其外掺适量改性剂改性贫瘠土培育园林绿化作物及绿化工程，可充分利用贫瘠土资源的同时消耗工业固废，但土壤使用磷石膏后影响土体自身的物质循环，超过自身容量,就会造成土壤污染。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种农用石膏粉及其改良贫瘠土壤的方法。

具体是通过以下技术方案来实现的：

一种农用石膏粉，其制备方法为：

1)乳化：将石膏破碎至过100目筛，将石膏粉浸入工业酒精20-30min后，加入质量浓度为20-40％的纤维素溶液和乳化剂，于功率为100-130W、温度为55-65℃条件下超声分散20-30min；

2)碳化：取步骤1)石膏粉置于管式炉，在氮气保护下升温至200℃，保温45-60min；

3)研磨：取步骤2)石膏粉与表面活性剂混合研磨至过600目筛后，在饱和蒸汽环境中进行热处理15-25min。

所述乳化，在乳化体系中按重量份计各组分配比为：石膏粉40-50份、工业酒精50-70份、纤维素溶液4-7份、乳化剂1.3-2.5份。

所述石膏至少包括磷石膏，其磷石膏的质量百分比≥90％。

进一步地优选，所述石膏为磷石膏和钛石膏的组合物。

所述乳化剂为吐温-80。

所述纤维素溶液中含有质量分数1-5％的相变材料。

所述相变材料为棕榈醇、棕榈酸、癸酸中的任意一种或几种的组合物。

所述研磨，在研磨体系中按重量份计各组分配比为：石膏粉40-50份、表面活性剂1-3份。

所述表面活性剂为吐温-20。

所述农用石膏粉用于改良贫瘠土壤。

所述农用石膏粉改良贫瘠土壤用作苗圃育苗基质。

所述农用石膏粉改良贫瘠土壤的方法，包括如下步骤：

1)利用土壤杀菌剂采取喷淋或浇灌或拌合的方式之一处理贫瘠土壤；

2)将粉碎秸秆和农用石膏粉一起撒铺于土壤表层，浇水至湿润后翻耕；

3)将动物粪便和腐熟剂撒铺于土壤表层并进行深耕；

4)腐熟30-60天，在腐熟期间翻耕2-3次，同时灌水至保持改良土壤湿润。

所述土壤杀菌剂为烟草废弃物改性材料。

所述烟草废弃物改性材料，其制作方法为：

①按照等质量比的水料比，将烟草废弃物在水溶液中于40-60℃条件下浸泡3-5h，经风干；

②按照等质量比的料液比，将风干的烟草废弃物加入至盛放质量浓度为1-5％的氨水的微波釜中，在功率为220-300W下微波处理10-20min。

在农用石膏粉改良贫瘠土壤的体系中，物料按重量份计配比如下：贫瘠土壤50-100份，农用石膏粉5-50份，秸秆5-50份，动物粪便1-20份，腐熟剂0.2-5份，土壤杀菌剂0.5-5份。

有益效果：

第一，充分利用工业副产物磷石膏，利用磷石膏所含的养分元素改善贫瘠土壤，同时防止了磷石膏对贫瘠土壤的污染；同样的改专利中防止土壤污染的技术原理是什么？掺量低还是纤维素的表面改性？

本发明石膏粉具有抑菌、供给养分、调湿调温的作用，具有较好的抗冻融和抗酸雨侵蚀能力，能够用于苗圃育苗，用作农用杀虫剂和抑菌剂，重金属溶出率地，不会对土壤造成污染，长期施用于土壤中符合《土壤环境质量标准》(GB 15618—1995)的要求。具体表现在：

1)利用酒精浸泡能够对石膏进行杀菌，进而避免了微生物对纤维素的分解和破坏；

2)乳化过程能够使得纤维素在石膏表面形成多孔膜，有利于控制石膏中元素的迁移情况，同时进行表面改性，防止石膏水化；在乳化体系中添加相变材料，提高了石膏粉的抗冻融侵蚀能力和保温作用，且不影响石膏解热作用，使得在夏季高温时，本发明的石膏粉还能够降低培育基质的温度，避免烧苗；在低温时，本发明的石膏粉具有保温作用，能够避免幼苗冷害、冻害；在乳化体系中添加聚多巴胺能够协同石膏，增强抑菌能力，同时还能够提高抗酸雨侵蚀能力。

3)碳化过程能够使得聚多巴胺进行碳化，能够填充石膏中部分孔隙并使得碳原子固化于孔隙中，避免石膏中游离的有害物质迁移；

4)采用吐温-80为表面活性剂，具有柔顺性、能够提高石膏粉表面光滑度和细腻度，有利于快速研磨，较传统方法，研磨效率提高了5-8％；采用吐温-20为乳化剂，能够与表面活性剂形成良好的亲和力，进而有利于表面形成多孔膜。

5)利用饱和蒸汽热处理，能够使得纤维素发生微膨胀和微软化，增加了石膏粉的软度，用于苗圃时，有利于间隙储水。

6)石膏至少包括钛石膏和柠檬酸石膏，利用柠檬酸石膏残留的柠檬酸根的催化作用，能够使得钛石膏中残留的钛元素的催化作用下纤维素对石膏表面形成良好的包覆，进而提高了防止石膏中污染物的迁移和溶出的效果。

第二，通过加入烟草废弃物制成的土壤杀菌剂，杀死土壤中的病菌和害虫，提高土壤的抗病害性或可耕植性；

利用水浸泡烟草废弃物，使得烟草废弃物维管束溶胀，烟草废弃物中有效成分提供了迁移空间，利用氨水协同微波活化烟草废弃物，加强了烟草废弃物的吸光能力，能够使得烟草废弃物在使用过程中能够缓慢释放出有效成分，起到了长效供养的作用。所以，本发明的烟草废弃物具有有益的杀虫抑菌作用，还具有调湿作用，有利于苗圃育苗。

第三，充分利用了秸秆和动物粪便，将其资源化、价值化利用，有利于自然环境的改善。

第四，充分利用了宝贵的土地资源，将贫瘠土改良后用于苗圃培育和绿化工程，解决种植土匮乏问题。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或代替，仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。

实施例1

一种农用石膏粉改良贫瘠土壤的方法，在改良体系中，物料按重量份计配比如下：贫瘠土壤50份，农用石膏粉5-50份，秸秆5-50份，动物粪便1份，腐熟剂0.2份，土壤杀菌剂0.5份，其改良方法包括如下步骤：

1)利用土壤杀菌剂采取喷淋或浇灌或拌合的方式之一处理贫瘠土壤；

2)将粉碎秸秆和农用石膏粉一起撒铺于土壤表层，浇水至湿润后翻耕；

3)将动物粪便和腐熟剂撒铺于土壤表层并进行深耕；

4)腐熟30天，在腐熟期间翻耕2次，同时灌水至保持改良土壤湿润；

所述农用石膏粉，其制备方法为：

1)乳化：将磷石膏破碎至过100目筛，将磷石膏粉浸入工业酒精20min后，加入质量浓度为20％的纤维素溶液和乳化剂，于功率为100W、温度为55℃条件下超声分散20min；在乳化体系中按重量份计各组分配比为：磷石膏粉40份、工业酒精50份、纤维素溶液4份、吐温-80 1.3份；所述纤维素溶液中含有质量分数1％的相变材料；所述相变材料为棕榈醇；

2)碳化：取步骤1)石膏粉置于管式炉，在氮气保护下升温至200℃，保温45-60min；

3)研磨：取步骤2)磷石膏粉与吐温-20混合研磨至过600目筛后，在饱和蒸汽环境中进行热处理15-25min；在研磨体系中按重量份计各组分配比为：磷石膏粉40-50份、吐温-20 1-3份；

所述土壤杀菌剂为烟草废弃物改性材料；

所述烟草废弃物改性材料，其制作方法为：

①按照等质量比的水料比，将烟草废弃物在水溶液中于60℃条件下浸泡5h，经风干；

②按照等质量比的料液比，将风干的烟草废弃物加入至盛放质量浓度为5％的氨水的微波釜中，在功率为300W下微波处理20min。

实施例2

一种农用石膏粉改良贫瘠土壤的方法，在改良体系中，物料按重量份计配比如下：贫瘠土壤100份，农用石膏粉50份，秸秆50份，动物粪便20份，腐熟剂5份，土壤杀菌剂5份，其改良方法包括如下步骤：

1)利用土壤杀菌剂采取喷淋或浇灌或拌合的方式之一处理贫瘠土壤；

2)将粉碎秸秆和农用石膏粉一起撒铺于土壤表层，浇水至湿润后翻耕；

3)将动物粪便和腐熟剂撒铺于土壤表层并进行深耕；

4)腐熟60天，在腐熟期间翻耕3次，同时灌水至保持改良土壤湿润；

所述农用石膏粉，其制备方法为：

1)乳化：将石膏破碎至过100目筛，将石膏粉浸入工业酒精30min后，加入质量浓度为40％的纤维素溶液和乳化剂，于功率为130W、温度为65℃条件下超声分散30min；在乳化体系中按重量份计各组分配比为：磷石膏45份、柠檬酸石膏5份、工业酒精70份、纤维素溶液7份、吐温-80 2.5份；所述纤维素溶液中含有质量分数5％的相变材料；所述相变材料为癸酸；

2)碳化：取步骤1)石膏粉置于管式炉，在氮气保护下升温至200℃，保温60min；

3)研磨：取步骤2)石膏粉与吐温-20混合研磨至过600目筛后，在饱和蒸汽环境中进行热处理25min；在研磨体系中按重量份计各组分配比为：磷石膏45份、柠檬酸石膏5份、吐温-20 3份；

所述土壤杀菌剂为烟草废弃物改性材料；

所述烟草废弃物改性材料，其制作方法为：

①按照等质量比的水料比，将烟草废弃物在水溶液中于40℃条件下浸泡3h，经风干；

②按照等质量比的料液比，将风干的烟草废弃物加入至盛放质量浓度为1％的氨水的微波釜中，在功率为220W下微波处理10min。

实施例3

一种农用石膏粉改良贫瘠土壤的方法，在改良体系中，物料按重量份计配比如下：贫瘠土壤75份，农用石膏粉25份，秸秆20份，动物粪便10份，腐熟剂3份，土壤杀菌剂2份，其改良方法包括如下步骤：

1)利用土壤杀菌剂采取喷淋或浇灌或拌合的方式之一处理贫瘠土壤；

2)将粉碎秸秆和农用石膏粉一起撒铺于土壤表层，浇水至湿润后翻耕；

3)将动物粪便和腐熟剂撒铺于土壤表层并进行深耕；

4)腐熟45天，在腐熟期间翻耕3次，同时灌水至保持改良土壤湿润；

所述农用石膏粉，其制备方法为：

1)乳化：将磷石膏破碎至过100目筛，将磷石膏粉浸入工业酒精25min后，加入质量浓度为30％的纤维素溶液和吐温-80，于功率为120W、温度为60℃条件下超声分散25min；在乳化体系中按重量份计各组分配比为：石膏粉45份、工业酒精60份、纤维素溶液5份、吐温-80 1.8份；所述纤维素溶液中含有质量分数3％的相变材料；所述相变材料为棕榈酸；

2)碳化：取步骤1)磷石膏粉置于管式炉，在氮气保护下升温至200℃，保温55min；

3)研磨：取步骤2)磷石膏粉与吐温-20混合研磨至过600目筛后，在饱和蒸汽环境中进行热处理20min；在研磨体系中按重量份计各组分配比为：磷石膏粉45份、吐温-20 2份；

所述土壤杀菌剂为烟草废弃物改性材料；

所述烟草废弃物改性材料，其制作方法为：

①按照等质量比的水料比，将烟草废弃物在水溶液中于50℃条件下浸泡4h，经风干；

②按照等质量比的料液比，将风干的烟草废弃物加入至盛放质量浓度为3％的氨水的微波釜中，在功率为260W下微波处理15min。

实施例4

一种农用石膏粉改良贫瘠土壤的方法，在改良体系中，物料按重量份计配比如下：贫瘠土壤100份，农用石膏粉10份，秸秆7份，动物粪便5份，腐熟剂0.2份，土壤杀菌剂1份，其改良方法包括如下步骤：

1)利用土壤杀菌剂采取喷淋或浇灌或拌合的方式之一处理贫瘠土壤；

2)将粉碎秸秆和农用石膏粉一起撒铺于土壤表层，浇水至湿润后翻耕；

3)将动物粪便和腐熟剂撒铺于土壤表层并进行深耕；

4)腐熟50天，在腐熟期间翻耕2次，同时灌水至保持改良土壤湿润；

所述农用石膏粉，其制作方法为：

1)乳化：将石膏破碎至过100目筛，将石膏粉浸入工业酒精25min后，加入质量浓度为30％的纤维素溶液和吐温-80，于功率为110W、温度为60℃条件下超声分散25min；在乳化体系中按重量份计各组分配比为：磷石膏粉47份、钛石膏粉3份、工业酒精50份、纤维素溶液6份、吐温-80 1.3份；所述纤维素溶液中含有质量分数1-5％的相变材料；所述相变材料为等质量比的棕榈醇、棕榈酸、癸酸的组合物；

2)碳化：取步骤1)石膏粉置于管式炉，在氮气保护下升温至200℃，保温55min；

3)研磨：取步骤2)石膏粉与吐温-20混合研磨至过600目筛后，在饱和蒸汽环境中进行热处理20min；在研磨体系中按重量份计各组分配比为：磷石膏粉47份、钛石膏粉3份、吐温-20 1份；

所述土壤杀菌剂为烟草废弃物改性材料；

所述烟草废弃物改性材料，其制作方法为：

①按照等质量比的水料比，将烟草废弃物在水溶液中于50℃条件下浸泡4.5h，经风干；

②按照等质量比的料液比，将风干的烟草废弃物加入至盛放质量浓度为1％的氨水的微波釜中，在功率为280W下微波处理12min。

实施例5-9

在实施例3的基础上，石膏选择如表1所示；

表1

对比例1

在实施例3的基础上，未使用相变材料。

对比例2

在实施例3的基础上，未使用烟草废弃物改性材料作为土壤杀菌剂。

对比例3

在实施例4的基础上，未使用表面活性剂。

对比例4

在实施例1的基础上，未经碳化。

对比例5

在实施例2的基础上，未经饱和蒸汽热处理。

对比例6

在实施例4的基础上，所述烟草废弃物改性材料，其制作方法为：

按照等质量比的水料比，将烟草废弃物在水溶液中于50℃条件下浸泡4.5h，经风干。

试验例1抑菌试验

1.供试材料：马铃薯脱毒苗；

试管苗生长培养基：MS培养基

2.试验设计：每种处理重复5组，每组10瓶，每组中分别加入实施例3、实施例9-14、对比例1-2的石膏粉，每瓶中加入石膏粉的量为1mg/g；以不添加石膏粉为对照组，对愈伤诱导阶段和增殖阶段进行污染瓶数、萌芽瓶数的统计；

3.结果如表2所示；

表2

试验例2枸杞棉蚜的防效试验

1.供试作物：枸杞，品种：柴杞1号；

土壤条件：土质为栗钙土，pH 8.4，试验田地面平整，土壤肥力一致，灌水条件良好；枸杞树龄5a，株距110cm，行距220cm，每667m²约280株；

2.试验设计：每组喷施10株枸杞树，空白对照组不进行任何处理，对照组按2.5L/hm²的量喷施5％除虫菊素乳油50倍稀释液，实验组按1kg/亩的量于表面撒石膏粉，结果如表3所示；

3.调查与统计

药效调查：采用5点取样法,每小区选取5株枸杞树,分别在每株树的东、南、西、北、中5个方位各选1根枝条,挂牌标记,调查并记录自枝条末端向内20cm枝梢上的棉蚜虫口数量。试验共调查4次，药前调查虫口基数，药后7d分别调查枝条上的残留虫口数；

安全性调查：在试验过程中，观察各药剂的不同处理浓度是否对枸杞产生药害或其他不正常现象；

药效计算：调查数据经整理后,分别计算虫口存活率和校正防治效果；

虫口减退率(％)＝[(防治前虫口数-防治后残虫数)/防治前虫口数]×100

校正防治效果(％)＝[(对照虫口减退率-处理虫口减退率)/(1-对照虫口减退率)]×100

4.各组对枸杞棉蚜的防治效果结果如表3所示；

表3

实验组	实施例1	实施例2	实施例4	对照组
					防效效果	67.5％	66.3％	69.2％	70.1％
实验组	对比例3	对比例5	对比例6
					防效效果	54.1％	42.6％	35.9％

试验例3番茄栽种影响

1.供试作物：番茄为石丘208；

2.育苗基质：分别经115℃高压蒸汽灭菌2h的发酵牛粪、蛭石和珍珠岩和石膏粉按等质量比混合，配制成育苗基质；

3.种植方法：利用72孔育苗盘进行番茄育苗，每个小区移栽9株番茄苗，施肥标准为每平方米15g尿素和30g磷酸一铵，生长期间追肥2次，每次每平方米23g尿素；磷石膏采用10-15cm深施，施加标准为1.5kg/m²；糠醛渣采用0-5cm表层土混施，施加标准为230g/m²；温度、湿度等技术控制参照《温室大棚番茄育苗技术》(王亮于2020发表)；

4.检测项目：番茄果实的可溶性固体物含量用WZ-102手持式糖度计测定，可滴定酸用NaOH综合滴定法测定，糖酸比定义为可溶性固体物含量/可滴定酸，维生素C含量用2，6-二氯靛酚法测定，硝酸盐含量用分光光度法测定；

5.试验设计：以不含石膏粉的育苗基质为对照组，试验组分别为实施例5-8、对比例1、对比例4、对比例6；

6.结果显示

产量及果实品质检测结果如表4所示；

表4

本发明人对番茄育苗和苗期进行了病虫害发病调查与统计，结果显示：与对照组相比，实施例及对比例组的猝倒病和立枯病显著降低(降低率为88-95％)，同时粉虱、棉铃虫、蚜虫等害虫危害率也呈现显著降低(降低率为73-85％)；与对比例1、4、6相比，实施例5-8的病害、虫害现象更少，总而言之，实施例5-8虽然有发生微弱的病害和虫害，但并不显著，对于果实产量和质量的影响比较微弱。

本发明人还进行如下试验：采用实施例5-8石膏粉制成的混合基质、对比例1、4、6石膏粉制成的混合基质、对照组的混合基质，在温度为32-35℃(高温)、18-23℃(低温)条件下进行育苗，其中对照组在两种温度下的产量均下降，下降率分别为9.3％、5.1％，对比例1在高温下产量未显示出显著下降(下降率约为0.5％)，在低温下产量有显著下降(5.7％)；实施例5-8以及对比例4、6组在高温或低温下，产量均未显示出显著下降，下降率≤0.3％。

试验例4

采用《柱淋滤模式下脱硫石膏中重金属组分的迁移特性》(王绍静等人于2017年发表)的装置和方法对实施例1-4和对比例1、对比例2、对比例4的石膏粉进行检测，结果显示：实施例1-4中各元素的最大淋出率如下：Cr≤1.1％、As≤5.6、Ni≤7.3％、Pb≤7.0％、Hg≤2.7％，而对比例1、2、4中各元素的最大淋出率如下：Cr2.3-3.0％、As9.5-11.2％、Ni10-10.9％、Pb12.1-14.5％、Hg4.5-5.1％，由此可知：本发明方法处理的石膏粉中重金属溶出率较低。