所述过氧化尿素土壤改良剂由生物质炭、氧化剂、含铁无机物、粘结剂按比例,通过配料、氧化剂颗粒制备、生物质炭-含铁无机物包裹、烘干等步骤制备而成。所述土壤改良剂可有效去除连作土壤中化感自毒物质,改善土壤理化性质,调控土壤微生物结构,减轻土传病害,提高番茄、黄瓜等蔬菜作物的产量和品质,为绿色农业可持续发展提供有效的技术保障。
过氧化尿素
又称过碳酰胺、过氧化氢尿素、过氧化碳酰胺,是尿素和过氧化氢所形成的加合物。
外观为白色结晶粉末,无毒无气味,理论活性氧含量:16.0%,H2O2含量:35.0%,易溶于水水溶液兼有尿素和双氧水的性质。在水中分解为尿素、H2O2和原子氧,并缓慢放出O2。其活性氧含量高,在水中的溶解度大,水溶液pH值近中性,稳定性好,效用时间长,无副作用,无毒无公害,是过碳酸钠等传统过氧化物的更新换代产品。
项目 | 数据 |
中文名称 | 过氧化尿素 |
CAS号 | 【124-43-6】 |
Beilstein号 | 3680414 |
分子式 | CH6N2O3;CO(NH2)2·H2O2 |
分子量 | 94.07 |
外观Appearance: | 白色结晶粉末 |
过氧化氢(H2O2): | ≥35.0% |
热分解温度: | 45℃ |
堆积密度,g/L: | 500~800 |
熔点: | 75-85℃ |
水溶性: | ≥500g/L(20℃) |
连作障碍是指在同一地块连续种植同一种或近缘作物之后,即使釆用正常的栽培管理措施,也会出现植株生长发育状况不良、产量下降、品质变差的现象。近年来,随着农业产业化、规模化水平的不断发展,一些耕种区域连作障碍问题日益突显。目前,我国连作障碍危害程度较高的土地面积占总耕地面积的10%以上,已造成巨大的经济损失,严重制约了农业经济的可持续性发展,成为我国乃至全世界范围内农业生产亟待解决的一大技术问题。作物连作障碍的机理非常复杂,是作物与土壤内部诸多因素和外部因素综合作用的结果。目前已有的研宄表明,连作障碍机理可概括为植物的化感自毒作用、土壤生物学环境恶化、土壤理化性状劣化等三个方面,而三者之间又是相互关联的。其中,根系分泌物和植物残株腐解物产生的化感自毒物质是导致植物产生连作障碍的主要原因,而土壤生物学环境恶化和土壤性质劣化是连作障碍的次生危害。因此,研宄开发去除连作土壤中化感自毒物质的技术是从根源上解决连作障碍的有效措施之一。
连作障碍是设施蔬菜,特别是茄果类蔬菜栽培中存在的普遍问题,传统的处理措施有客土法、药剂处理和轮作倒茬。客土法通过更换耕作土壤可较好地解决连作障碍问题,但存在换土工作量大且操作成本高昂的缺点。药剂处理对防治土传病害具有一定效果,但易造成药剂残留、土壤板结,且对自毒化感物质无明显去除效果。而轮作倒茬方法,适用范围有限,不适用于专业化和产业化程度较高的蔬菜栽培。为了实现连作土壤的原位修复,近年来,国内外学者尝试了多种新举措。研宄表明,向土壤中添加有益功能性微生物,比如施用有益微生物菌剂能一定程度地缓解酚酸类的化感毒害作用,但是目前该类菌剂在实际大田试验中往往存在菌种存活率较低,功能发挥效果不稳定的问题。国内外学者开展了将通过高温碳化制备出的生物质炭材料应用于连作土壤修复的研宄。由于生物炭具有较大的比表面积、丰富的孔隙度和很强的吸附性能,对连作土壤理化性质改良、微生物调控及农作物增产提质均表现出良好的效果。但生物炭吸附并不能彻底去除化感自毒物质,只是将其从栽培介质中转移到生物质炭材料中,其对作物正常生长和土壤中的微生物仍存在一定威胁。
过氧化尿素是一类兼具释氧性和氧化性的环境友好型材料,被广泛应用于土壤及地下水原位修复、种植、水产养殖、食品和医疗等领域。过氧化物的作用机理,其与水反应生成H2〇2,H2〇2可分解出氧气;当溶液中存在Fe2+时,生成的H202则可通过Fenton反应释放出高活性、氧化性极强的羟基自由基(•〇«,进而氧化去除环境中难生物降解的有机物。
为了解决上述连作障碍的技术问题,克服连作土壤传统防治方法的局限性,使用土壤改良剂通过将多孔生物炭与化学氧化剂相耦造粒而得,原料易得,制备方法简便易行。本发明的土壤改良剂表现出优良的田间应用效果,可实现对连作土壤中化感自毒物质的原位快速去除,改善连作土壤理化性质和微生物群落多样性,有效缓解作物连作障碍。
过氧化尿素土壤改良剂,其组分按质量百分比计,包括生物质炭70-85%、过氧化尿素10-20%、含铁无机物4-10%和粘结剂1-5%。
制备的所述过氧化尿素土壤改良剂,其外形大致为圆形或椭圆形的颗粒。所述土壤改良剂是以氧化剂为内核,生物质炭、含铁无机物的混合物为壳层的核壳结构,其氧化剂含量不低于10%。基于本发明的技术思路,所述土壤改良剂除采用上述包衣法造粒外,还可以采用其他的方法予以制备。
过氧化尿素土壤改良剂组分包括花生壳生物质炭、四氧化三铁、高岭土和过氧化钙。花生壳生物质炭由花生壳在600°C下热解2h获得,粉碎并过100目筛。四氧化三铁为含铁无机物的一种,粉碎并过100目筛。高岭土作为粘结剂。过氧化尿素作为氧化剂,粉碎并过100目筛。
过氧化尿素土壤改良剂良好的缓释性能,可有效降低氢氧根离子的释放速率,并减少释放量,避免对土壤pH造成剧烈扰动。
在连作三茬番茄的菜地进行小区试验,土壤改良剂颗粒施用量为600kg/hm2。番茄幼苗移栽30天后,施用土壤改良剂颗粒的处理与常规栽培对照处理相比,番茄平均株高、叶面积、植株生物量、地下部鲜重和根系活力分别增加9.8%、7.2%、24.6%、35.8%和23.7%。根系细胞膜相对透性和丙二醛含量分别下降20.6%和23.5%。发病率降低8.6%,产量增加12.5%。施用土壤改良剂颗粒的处理土壤中总酚酸的去除率为45.5%,与对照相比,土壤pH值升高0.53个单位,碱解氮提高18.6mg/kg,速效钾提高52.3mg/kg,速效磷变化不显著。
过氧化尿素土壤改良剂 通过绝对荧光定量PCR对根际土壤细菌16SrDNAgene和真菌ITS进行定量分析,对照组根际土壤中细菌16SrDNA基因拷贝数为A.giXlO^-^d.w.s,真菌基因拷贝数为1.59X108g_、d.w.s,B/F值为30.8。添加土壤改良剂颗粒后根际土壤中细菌16SrDNA基因拷贝数为5.27X109g_1*d.w.s,真菌基因拷贝数为1.41X108g_1*d.w.s,B/F值为37.7。可见,添加土壤改良剂颗粒后可一定程度地增加土壤中细菌数量,减少真菌的数量,使土壤向“细菌型”转变,有效优化土壤微生物群落结构。
采用水培试验考察制备所得土壤改良剂对缓解番茄幼苗酚酸化感胁迫的效果。使用100mg/L苯甲酸作为模拟自毒物质,在人工气候箱中培养10天后,对番茄幼苗各项指标进行测定。结果表明,添加土壤改良剂复合颗粒可显著提高番茄幼苗单株生物量、根重、茎叶鲜重、株高、根长、幼苗的根系活力,与苯甲酸胁迫处理相比,以上指标分别提高46.7%、78.3%、42.6%、9.5%、36.8%、79.5%。根系细胞膜透性、叶片丙二醛含量与苯甲酸胁迫处理相比分别下降25.4%和32.5%,叶片超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性分别提高63.2%和46.8%。可见,本实施例所制备的土壤改良剂复合颗粒可有效降低栽培介质中苯甲酸浓度,从而减轻酚酸对番茄的生理胁迫,促进幼苗生长。