CN101691489B - 一种高效酸性土壤有机改良剂 - Google Patents

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Abstract

一种以植物秸秆为原料制备的高效酸性土壤有机改良剂，其特征在于将豆科类作物的秸秆干燥、粉碎之后放入加热炉中，在350℃的温度下间接加热干馏炭化4小时后自然冷却即成。高效酸性土壤有机改良剂完全由植物秸秆制成，不添加任何其它物质，且可以借用现有设备和技术进行加工制备，是一种原料丰富、制作方便和高效的酸性土壤有机改良剂。

Description

一种高效酸性土壤有机改良剂
一、技术领域
本发明属于土壤改良和土壤调节材料的制备技术领域，涉及利用豆科植物秸秆低温炭化制备高效酸性土壤有机改良剂的技术。
二、背景技术
酸性土壤具有较低的pH值和较高的活性铝，是影响该类土壤上作物生长和产量的限制因素。传统的改良酸性土壤方法是通过加入石灰等碱性物质，达到中和土壤酸度、提高土壤pH值的目的，但这需要消耗额外的矿产资源。
近年来的研究发现，植物秸秆等农业废弃物和绿肥对土壤酸度有改良效果，特别是豆科类植物秸秆，由于含有较多的碱性物质和有机氮，在短期实验中观察到其对土壤酸度有明显的改良作用(Pocknee and Sumner，1997.Soil Science Societyof America Journal.61：86-92；Tang et al.，1999.Australian Journal of Soil Research，37：561-573；Xu and Coventry，2003.Plant and Soil，250：113-119.)。这主要由于有机物料所含的碱性物质可以直接中和土壤酸度，另外有机物料中有机氮在土壤中矿化形成铵态氮，这一过程消耗土壤中的质子(H+)，也提高了土壤pH。但是，直接使用有机物料改良酸性土壤存在两方面的不足，一是有机物加入土壤后容易被微生物分解，使得其改良效果不能长久；二是物料中有机氮矿化产生铵态氮，这一过程有利于提高土壤pH，但随后铵态氮会在土壤微生物作用下发生硝化反应转化为硝态氮，这一过程会释放质子(NH4 ++O2＝NO3 -+2H+)，抵消了豆科植物物料对土壤酸度的部分改良效果(Pocknee and Sumner，1997.Soil Science SocietyAmerica Journal，61：86-92；Xu and Coventry，2003.Plant and Soil，250：113-119.)。因此，如何通过一定的技术手段提高豆科植物秸秆中碱性物质对酸性土壤改良的效果是有待解决的技术问题。
三、发明内容
本发明的目的是针对直接将植物秸秆加入酸性土壤后，有机氮矿化产生的铵态氮硝化过程，会降低有机物料对土壤酸度的改良效果；以及有机物加入土壤后容易被微生物分解，使其改良效果不能长久等两方面的问题，寻找一种以植物秸秆为原料制备的新型高效酸性土壤有机改良剂，用于提高酸性土壤的pH，从而提高酸性土壤的综合生产力。
本发明的技术解决方案为：一种以植物秸秆为原料制备的高效酸性土壤有机改良剂，其特征在于将豆科类作物的秸秆干燥、粉碎之后放入加热炉中，在350℃的温度下间接加热干馏炭化4小时后自然冷却即成。
所述豆科类作物秸秆，可以是花生秸秆或大豆、豌豆和蚕豆秸秆，且可以单独使用或混合使用。
有益效果：当直接将豆科作物秸秆加入到土壤中时，它们对土壤酸度的改良效果具有很大的不确定性。特别是施用20天后，其改良效果明显减小。当将豆科作物秸秆经过低温炭化制备成生物质炭后，物料中氮的转化受到抑制，而且炭化过程也使得物料中的碱性物质浓缩，因此它们对酸性土壤的改良潜力得以充分发挥，对酸性土壤的改良效果更好、发挥作用的时间更长。改良剂施入土壤后，所含的N、K、Ca和Mg等提高了土壤中这些养分元素的含量，可以提高土壤的肥力水平。由于我国植物秸秆等农业废弃物资源非常丰富，高效酸性土壤有机改良剂完全由植物秸秆制成，不添加任何其它物质，且可以使用现有木炭加工设备和技术进行加工制备，是一种原料丰富、制作方便和高效的绿色土壤改良剂。
四、附图说明
图1为豆科植物秸秆原料及其用豆科植物秸秆原料制备成的高效酸性土壤有机改良剂在水溶液中pH的比较；
图2为大豆秸秆和豌豆秸秆以及用大豆秸秆和豌豆秸秆制备的高效酸性土壤有机改良剂对江西红壤pH影响的比较(作物秸秆的加入量为20g/kg；高效酸性土壤有机改良剂的加入量为10g/kg)；
图3为小麦秸秆炭、稻草炭和稻糠炭对江西红壤pH的影响(生物炭的加入量为10g/kg)；
图4为用大豆秸秆、花生秸秆和豌豆秸秆制备的高效酸性土壤有机改良剂，对安徽红壤pH的影响(高效酸性土壤有机改良剂的加入量为10g/kg)；
图5为350℃和400℃制备的酸性土壤改良剂产率的比较；
图6为加热2小时、4小时和6小时制备的酸性土壤改良剂含碱量的比较；
图7为300℃和350℃制备的酸性土壤改良剂含碱量的比较。
五、具体实施方式
实施例1
改良剂的制备——将豌豆秸秆或花生、大豆秸秆晒干、粉碎，然后将粉碎的植物物料放入陶瓷坩锅中，盖上坩锅盖，放入马弗炉中加热至350℃，保持温度恒定4小时，关闭马弗炉电源，自然冷却后取出样品，即制得高效酸性土壤有机改良剂。用同样方法以小麦秸秆、稻草和稻糠等非豆科类植物物料为原料制备成生物炭用于比较研究。将1g豆科作物秸秆原料(干重)及其等量原料制成的高效酸性土壤有机改良剂分别加入20ml去离子水中测pH。从附图1可以看出，将3种豆科作物秸秆低温炭化制备成高效酸性土壤有机改良剂后，其碱性物质含量增加，且更易释放进入溶液中。
江西红壤的改良效果——称取350g江西酸性红壤(风干土)，一组以10g/kg的比例加入高效酸性土壤有机改良剂，另一组则以20g/kg的比例加入同类植物秸秆原料，充分混合均匀后放入塑料烧杯中，添加去离子水将土壤含水量调节至土壤田间持水量的70％wt，用保鲜膜封口塑料杯，并在其中间留一个小孔，以便气体交换并减少水分损失。然后将塑料杯置于25℃的恒温培养箱中恒温培养，每隔3天称重并补充水分，以保持土壤含水量恒定。在培养实验开始后定期取出少量新鲜土样，测定土壤pH值。测定结果见附图2，实验结果表明，直接在土壤中加入豆科作物秸秆，在开始培养的20天，土壤pH逐渐增加，但20天后土壤pH逐渐减小，到75天培养结束时，土壤pH仅比对照分别高0.15和0.22。加入用同类豆科作物秸秆制备的高效酸性土壤有机改良剂，虽然在开始阶段土壤pH有一些波动，但20天后pH基本稳定，培养结束时大豆秸秆炭和豌豆秸秆炭处理的土壤pH分别比对照高0.97和0.82，表现出对酸性土壤很好的改良效果。图3是小麦秸秆炭、稻草炭、稻糠炭对江西红壤酸度的改良结果。与图2中豆科作物秸秆制备的高效酸性土壤有机改良剂相比，非豆科植物秸秆制备的生物炭对土壤酸度的改良效果比豆科类植物的小得多。如培养48天时，小麦秸秆炭、稻糠炭和稻草炭处理的土壤pH分别比对照组仅增加0.1、0.2和0.24。因此，用大豆秸秆、豌豆秸秆等豆科植物秸秆制成的高效酸性土壤有机改良剂，对酸性土壤的改良效果明显。
实施例2
改良剂的制备——同实施例1。
安徽红壤的改良效果——用量与实验方法同实施例1，实验结果见附图4。结果表明，培养45天时，花生秸秆炭、大豆秸秆炭和豌豆秸秆炭处理的土壤pH分别比对照组升高0.62、0.54和0.4，虽然pH的增幅略低于实施例1，但也表现出很好的改良效果。
实施例3
改良剂的制备——利用或稍加改造、调整现有的普通机制木炭设备和工艺，将豌豆秸秆或花生、大豆秸秆晒干、粉碎，放入加热炉中，在350℃左右的条件下对原料进行间接加热、干馏炭化，保持温度恒定4小时左右后自然冷却，即制得高效酸性土壤有机改良剂。加热温度过高、加热时间过长，使成品的产率降低，生物炭含碱量下降，且消耗更多的能源(图5和图6)；加热温度过低、加热时间过短，成品炭化不充分，也会相应降低成品的改良活性和改良效果(图6和图7)。

Claims (2)

1.一种以植物秸秆为原料制备的酸性土壤有机改良剂，其特征在于将豆科类作物的秸秆干燥、粉碎之后放入加热炉中，在350℃的温度下间接加热干馏炭化4小时后自然冷却即成。
2.如权利要求1所述的酸性土壤有机改良剂，其特征在于豆科类作物的秸秆是花生秸秆或大豆秸秆、豌豆秸秆、蚕豆秸秆。
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