本發(fā)明涉及土壤改良劑，具體為一種改性生物炭基緩釋型稀土鑭土壤改良劑及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、稀土作為一種戰(zhàn)略資源，受到世界各國(guó)的高度重視。當(dāng)今社會(huì)發(fā)展中，稀土類資源已滲透入各行各業(yè)中。在農(nóng)業(yè)方面，稀土不是肥料，不能作為植物的大量營(yíng)養(yǎng)元素，但它的微量使用可以作為植物生理生化上的金屬激活劑之一，能夠促使作物增產(chǎn)，具有合理調(diào)節(jié)植物體內(nèi)的生理活動(dòng)功能，促進(jìn)植物對(duì)磷類元素的吸收，從而增加植物的葉綠體含量，進(jìn)一步促進(jìn)植物體內(nèi)酶的活性，特別是磷酸酶類成分的活性，施用低濃度稀土微肥促進(jìn)植物生長(zhǎng)，提高作物產(chǎn)量，而高濃度re則抑制植物生長(zhǎng)發(fā)育，并且稀土鑭對(duì)鹽堿土壤及作用也有積極的正向促進(jìn)作用。

2、河道淤泥理化性狀與土壤相似，含有大量植物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)元素，具有改良土壤理化性質(zhì)，如孔隙度，容重，田間持水量，團(tuán)聚穩(wěn)定性，收縮性，飽和導(dǎo)水率等各方面，且淤泥成分中包含各類大量的有機(jī)質(zhì)、微生物、無機(jī)顆粒、膠體等物質(zhì)，能將土壤結(jié)構(gòu)變疏松，進(jìn)而提高土地的可耕作性能，其中淤泥的成分中還含有一定的黏性物質(zhì)，施用后可增加土壤的黏粘性，形成穩(wěn)定的土壤結(jié)構(gòu)，可以有效改善鹽堿土壤的物理性質(zhì)。若能將淤泥合理運(yùn)用，不僅可以有效改善鹽堿土壤的化學(xué)性質(zhì)，得到適合鹽漬化土壤的調(diào)理劑產(chǎn)品，提高土壤肥力和作物產(chǎn)量，同時(shí)可以降低商品肥料的使用，從而降低經(jīng)濟(jì)成本。

3、鹽堿土由于其高鹽分、高緊實(shí)度和低有效養(yǎng)分等不利條件，極易導(dǎo)致作物遭受生理干旱等不良影響，也極大地限制著農(nóng)作物產(chǎn)量的提升。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球受到鹽堿化威脅的土壤面積約為1×109hm2，約占地球陸地表面的7%，影響著全球10%的耕地;其中，次生鹽堿化土壤的面積4.5×107-8.0×107hm2，占所有灌溉土地的20%-30%，且約一半位于中國(guó)、美國(guó)、印度和巴基斯坦等4個(gè)國(guó)家。我國(guó)是世界上受土壤鹽堿化危害最嚴(yán)重的國(guó)家之一，鹽堿地分布在全球排名第3位，擁有約3666.7萬hm2的可利用鹽堿地資源，土地作為重要的后備耕地資源，鹽堿土壤開發(fā)利用對(duì)保障國(guó)家和地區(qū)糧食安全具有重要意義。

4、鹽堿土壤的改良劑可以分為有機(jī)改良劑和無機(jī)改良劑，常用的土壤化學(xué)改良劑有石膏、脫硫石膏、沸石、硫磺、腐殖酸、糠醛渣以及蚯蚓糞等物質(zhì)。這些改良劑通過離子替換、酸堿中和等化學(xué)反應(yīng)及對(duì)土壤孔隙結(jié)構(gòu)的改變來改善鹽堿土壤理化性質(zhì)，其中部分有機(jī)改良劑（如糞肥）在應(yīng)用過程中存在著污染地下水的風(fēng)險(xiǎn)，在應(yīng)用時(shí)需要避免肥料對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的二次污染。在無機(jī)改良劑中鈣基改良劑的過度使用也有增加鹽分和重金屬積累的風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明基于利用硝酸鑭提高植物對(duì)干旱、鹽堿的抗逆性，同時(shí)利用淤泥具有大量的有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分元素，如氮、磷、鉀特性與稀土鑭進(jìn)行復(fù)配用作改良劑，淤泥的施用還可以降低土壤的鹽度和ph值，促進(jìn)土壤酸堿度平衡，提高土壤肥力的效果，將淤泥變廢為寶，實(shí)現(xiàn)資源再利用，為提供改善鹽堿地土壤改良研究的思路，具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義，具體如下：

2、一種改性生物炭基緩釋型稀土鑭土壤改良劑的制備方法，包括如下步驟：

3、步驟1、原料準(zhǔn)備：稀土鑭化合物5-10份；改性生物炭15-25份；磷酸鹽1-2份；脫水河道淤泥50-70份；有機(jī)絡(luò)合劑10-15份；

4、步驟2、原料預(yù)處理：將稀土鑭化合物與有機(jī)絡(luò)合劑溶于去離子水，在50-70℃水浴中攪拌反應(yīng)，生成絡(luò)合物溶液；

5、步驟3、制備改性生物碳：

6、（1）、將生物炭使用10%硝酸在45-55℃下處理5-7小時(shí)；使用30%硝酸在55-65℃下處理7-9小時(shí)；用去離子水清洗至ph=6-7；

7、（2）、干燥后再將生物炭按固液比1:10-20加入10%乙二胺溶液，于75-85℃下回流反應(yīng)10-15小時(shí)，通過親核取代反應(yīng)在生物炭表面接枝氨基基團(tuán)；

8、步驟4、鑭負(fù)載：將改性生物炭浸漬于絡(luò)合物溶液中，超聲處理后，50-70℃烘干4-8小時(shí)，制得鑭負(fù)載生物炭；

9、步驟5、基質(zhì)混合：將脫水河道淤泥、磷酸鹽、鑭負(fù)載生物炭混合均勻，得到鹽堿土壤改良劑；

10、所述鹽堿土壤改良劑用于降低土壤鹽堿度、固定土壤中重金屬、改善土壤結(jié)構(gòu)、向土壤中緩釋稀土元素。

11、而且，所述生物炭的粒徑≤2mm，所述有機(jī)絡(luò)合劑為檸檬酸鈉，所述磷酸鹽為磷酸二氫鉀，所述稀土鑭化合物為硝酸鑭。

12、而且，所述脫水河道淤泥的制備方法如下：

13、s1、淤泥預(yù)處理：將河道淤泥去除雜質(zhì)后加入河道淤泥質(zhì)量0.5-1%的聚合氯化鋁，攪拌混合均勻后靜置沉淀24-48小時(shí)；

14、s2、機(jī)械脫水：將沉淀后的淤泥壓濾脫水，所得泥餅經(jīng)破碎機(jī)破碎至粒徑≤5mm；

15、s3、深度脫水：將破碎后的淤泥干燥至含水率≤15%；

16、s4、重金屬穩(wěn)定化處理：向干燥后的淤泥中加入其質(zhì)量1-2%的磷酸二氫鉀，混合均勻后陳化48-72小時(shí)；

17、s5、成品處理：將穩(wěn)定化處理后的淤泥粉碎，得到脫水河道淤泥。

18、而且，步驟s2中，采用板框壓濾機(jī)壓濾脫水，控制壓力0.6-0.8mpa，脫水至含水率40-45%。

19、而且，步驟s4中，將穩(wěn)定化處理后的淤泥經(jīng)粉碎機(jī)粉碎至過80目篩。

20、而且，所述步驟2中，在50-70℃水浴中攪拌反應(yīng)25-35分鐘，生成絡(luò)合物溶液。

21、而且，所述步驟4中，超聲處理的頻率為30-50khz，時(shí)間為25-35分鐘。

22、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

23、1、本發(fā)明提供的一種改性生物炭基緩釋型稀土鑭土壤改良劑及其制備方法，將硝酸鑭與檸檬酸鈉轉(zhuǎn)化成絡(luò)合物溶液，檸檬酸鑭絡(luò)合物具有較好的穩(wěn)定性，能夠有效地將鑭元素以絡(luò)合物的形式固定在溶液中，避免鑭元素在后續(xù)處理過程中發(fā)生沉淀或流失，實(shí)現(xiàn)了鑭的緩釋效果，也為后續(xù)鑭元素在改性生物炭上的負(fù)載提供了良好的基礎(chǔ)；之后又將改性生物炭浸漬于絡(luò)合物溶液后進(jìn)行超聲處理，增加改性生物炭的孔隙度和比表面積，使檸檬酸鑭絡(luò)合物更容易進(jìn)入改性生物炭的孔隙內(nèi)部，并與改性生物炭表面的活性位點(diǎn)發(fā)生吸附，從而提高了鑭元素在生物炭上的負(fù)載量和負(fù)載均勻性；最后進(jìn)行了烘干固定負(fù)載，使檸檬酸鑭絡(luò)合物與改性生物炭之間的相互作用進(jìn)一步強(qiáng)化，鑭元素被牢固地負(fù)載在改性生物炭上，形成穩(wěn)定的鑭負(fù)載生物炭，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了鑭元素的緩釋，能夠在土壤中持續(xù)、穩(wěn)定地釋放鑭元素，延長(zhǎng)鑭元素的作用時(shí)間，提高其利用率，同時(shí)也避免了一次性釋放過多對(duì)土壤和植物造成不良影響。

24、2、本發(fā)明提供的一種改性生物炭基緩釋型稀土鑭土壤改良劑及其制備方法，改性生物炭采用硝酸對(duì)生物炭進(jìn)行氧化處理，引入羧基（-cooh）、酚羥基（-oh）等含氧官能團(tuán)，顯著增加生物炭表面負(fù)電荷密度，負(fù)電荷密度提升可增強(qiáng)生物炭對(duì)稀土鑭離子的靜電吸附能力，減少鑭元素在土壤中的遷移損失，延長(zhǎng)緩釋周期；后又加入乙二胺，通過親核取代反應(yīng)，在生物炭表面形成穩(wěn)定的-conh-ch2-ch2-nh2結(jié)構(gòu)，引入氨基正電荷基團(tuán)，氨基基團(tuán)優(yōu)先吸附土壤中的陰離子，間接促進(jìn)鑭離子從生物炭解吸至土壤溶液，實(shí)現(xiàn)“儲(chǔ)存-緩釋”動(dòng)態(tài)平衡，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)鑭離子緩釋效果。

25、3、本發(fā)明利用河道淤泥作為主要原料之一，無需發(fā)酵，河道淤泥來源廣泛，獲取成本相對(duì)較低，將其合理應(yīng)用于鹽堿土壤改良劑中，實(shí)現(xiàn)了廢棄物的資源化利用，不僅降低了改良劑的生產(chǎn)成本，還減少了河道淤泥對(duì)環(huán)境的污染，具有顯著的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。

26、4、本發(fā)明中，稀土鑭作為植物生理生化上的金屬激活劑，能夠合理調(diào)節(jié)植物體內(nèi)的生理活動(dòng)功能，促進(jìn)植物對(duì)磷類元素的吸收，增強(qiáng)植物對(duì)鹽堿脅迫的抗逆性，而河道淤泥含有大量植物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)元素和有機(jī)質(zhì)，能夠改良土壤理化性質(zhì)，增加土壤肥力，兩者復(fù)配使用，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，協(xié)同發(fā)揮改良鹽堿土壤的作用。

27、5、本發(fā)明對(duì)河道淤泥進(jìn)行了處理，有效去除了淤泥中的雜質(zhì)和有害物質(zhì)，提高了淤泥的質(zhì)量和穩(wěn)定性，使其更適合作為土壤改良劑的原料；具體地，本發(fā)明將污泥進(jìn)行重金屬穩(wěn)定化處理，添加磷酸二氫鉀，混合后陳化，po43-與河道淤泥中的重金屬離子pb2+、cd2+等生成難溶磷酸鹽，將重金屬固定在淤泥中，降低其遷移性和生物有效性，減少重金屬對(duì)土壤和植物的潛在危害。

28、6、本發(fā)明提供的土壤改良劑能夠從化學(xué)、物理和生物等多個(gè)方面綜合改良鹽堿土壤，在化學(xué)方面，鑭元素可以調(diào)節(jié)土壤離子平衡，降低土壤鹽堿度；磷酸二氫鉀為植物提供磷、鉀等必需的營(yíng)養(yǎng)元素；在物理方面，生物炭和河道淤泥能夠改善土壤的物理結(jié)構(gòu)，增加土壤的透氣性和保水性，降低土壤緊實(shí)度；在生物方面，改良劑中的有機(jī)質(zhì)和微生物能夠促進(jìn)土壤微生物的活動(dòng)，提高土壤肥力，為植物生長(zhǎng)創(chuàng)造良好的土壤環(huán)境；與現(xiàn)有的部分土壤改良劑相比，本發(fā)明制備的改良劑在應(yīng)用過程中能夠有效降低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。