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：

1、稀土作為一種戰(zhàn)略資源，受到世界各國的高度重視。當今社會發(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)的生理活動功能，促進植物對磷類元素的吸收，從而增加植物的葉綠體含量，進一步促進植物體內(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植物生長，提高作物產(chǎn)量，而高濃度re則抑制植物生長發(fā)育，并且稀土鑭對鹽堿土壤及作用也有積極的正向促進作用。

2、河道淤泥理化性狀與土壤相似，含有大量植物生長所需的營養(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，團聚穩(wěn)定性，收縮性，飽和導水率等各方面，且淤泥成分中包含各類大量的有機質(zhì)、微生物、無機顆粒、膠體等物質(zhì)，能將土壤結(jié)構變疏松，進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，可以有效改善鹽堿土壤的物理性質(zhì)。若能將淤泥合理運用，不僅可以有效改善鹽堿土壤的化學性質(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，同時可以降低商品肥料的使用，從而降低經(jīng)濟成本。

3、鹽堿土由于其高鹽分、高緊實度和低有效養(yǎng)分等不利條件，極易導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，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、美國、印度和巴基斯坦等4個國家。我國是世界上受土壤鹽堿化危害最嚴重的國家之一，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)利用對保障國家和地區(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改良劑和無機改良劑，常用的土壤化學改良劑有石膏、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、酸堿中和等化學反應及對土壤孔隙結(jié)構的改變來改善鹽堿土壤理化性質(zhì)，其中部分有機改良劑（如糞肥）在應用過程中存在著污染地下水的風險，在應用時需要避免肥料對環(huán)境產(chǎn)生的二次污染。在無機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險。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明基于利用硝酸鑭提高植物對干旱、鹽堿的抗逆性，同時利用淤泥具有大量的有機質(zhì)和養(yǎng)分元素，如氮、磷、鉀特性與稀土鑭進行復配用作改良劑，淤泥的施用還可以降低土壤的鹽度和ph值，促進土壤酸堿度平衡，提高土壤肥力的效果，將淤泥變廢為寶，實現(xiàn)資源再利用，為提供改善鹽堿地土壤改良研究的思路，具有深遠的現(xiàn)實意義，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；有機絡合劑10-15份；

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

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；使用30%硝酸在55-65℃下處理7-9小時；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10-15小時，通過親核取代反應在生物炭表面接枝氨基基團；

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

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、向土壤中緩釋稀土元素。

11、而且，所述生物炭的粒徑≤2mm，所述有機絡合劑為檸檬酸鈉，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；

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

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25-35分鐘，生成絡合物溶液。

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

22、與現(xiàn)有技術相比，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)化成絡合物溶液，檸檬酸鑭絡合物具有較好的穩(wěn)定性，能夠有效地將鑭元素以絡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載提供了良好的基礎；之后又將改性生物炭浸漬于絡合物溶液后進行超聲處理，增加改性生物炭的孔隙度和比表面積，使檸檬酸鑭絡合物更容易進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發(fā)生吸附，從而提高了鑭元素在生物炭上的負載量和負載均勻性；最后進行了烘干固定負載，使檸檬酸鑭絡合物與改性生物炭之間的相互作用進一步強化，鑭元素被牢固地負載在改性生物炭上，形成穩(wěn)定的鑭負載生物炭，進一步實現(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，延長鑭元素的作用時間，提高其利用率，同時也避免了一次性釋放過多對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生物炭進行氧化處理，引入羧基（-cooh）、酚羥基（-oh）等含氧官能團，顯著增加生物炭表面負電荷密度，負電荷密度提升可增強生物炭對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，延長緩釋周期；后又加入乙二胺，通過親核取代反應，在生物炭表面形成穩(wěn)定的-conh-ch2-ch2-nh2結(jié)構，引入氨基正電荷基團，氨基基團優(yōu)先吸附土壤中的陰離子，間接促進鑭離子從生物炭解吸至土壤溶液，實現(xiàn)“儲存-緩釋”動態(tài)平衡，進一步實現(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，獲取成本相對較低，將其合理應用于鹽堿土壤改良劑中，實現(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環(huán)境的污染，具有顯著的經(jīng)濟和環(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)的生理活動功能，促進植物對磷類元素的吸收，增強植物對鹽堿脅迫的抗逆性，而河道淤泥含有大量植物生長所需的營養(yǎng)元素和有機質(zhì)，能夠改良土壤理化性質(zhì)，增加土壤肥力，兩者復配使用，實現(xiàn)了優(yōu)勢互補，協(xié)同發(fā)揮改良鹽堿土壤的作用。

27、5、本發(fā)明對河道淤泥進行了處理，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、物理和生物等多個方面綜合改良鹽堿土壤，在化學方面，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，增加土壤的透氣性和保水性，降低土壤緊實度；在生物方面，改良劑中的有機質(zhì)和微生物能夠促進土壤微生物的活動，提高土壤肥力，為植物生長創(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用過程中能夠有效降低環(huán)境風險。