CN102994097A - 中度碱化土壤改良剂的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及中度碱化土壤改良剂在改良土壤方面的应用。所述中度碱化土壤改良剂包括以下重量份的原料：脱硫废弃物80~90份，无机促进剂3~5份和有机促进剂8~15份。本发明提供的中度碱化土壤改良剂，利用脱硫废弃物中的钙离子置换土壤胶体上的交换性钠，从而降低土壤的碱化度；同时利用有机促进剂的优良的孔隙结构和物理性能，改善土壤的物理性状和土壤的团粒结构，降低土壤的pH值，增加土壤肥力；无机促进剂也可以改善土壤的团粒结构；再辅助无机肥和有机肥可以进一步提高土壤肥力，为作物生长提供营养成分。总之，本发明能够有效克服土壤中营养元素失衡，改善地力，疏松土壤，增加肥效，使土壤盐碱化现象逐步得到根本治理。
Description
技术领域
本发明涉及一种用在土壤上的化学试剂，尤其地，涉及一种中度碱化土壤改良剂及其加工方法，和该中度碱化土壤改良剂的应用，属于土壤改良领域。
背景技术
国内土壤改良，尤其是盐碱地改良的方法和技术归纳起来大致如下：（1）物理改良：平整土地、深耕晒垡、及时松土、抬高地形、微区改土；（2）水利改良：灌排配套、蓄淡压盐、灌水洗盐、地下排盐；（3）化学改良：施用石膏、磷石膏、过磷酸钙、腐殖酸、泥炭、醋渣等；（4）生物改良：种植水稻、种植耐盐植物田菁等，或使用微菌肥等。
这些改良技术和方法，既有古老的技术，如平整土地、深耕晒垡、及时松土、微区改土、灌水洗盐、种植水稻、种植耐盐植物田菁等；也有近代传统改良方法，如灌排配套、蓄淡压盐、灌水洗盐、地下排盐以及化学改良技术等；还有利用生物化学新技术所研制的新型土壤改良剂（如NPK增效剂），以及利用新型材料和先进施工技术所实施地下暗管排盐工程等。
中国专利申请CN1377936A公开的“利用废石膏板生产盐碱土壤改良剂的方法及其产品和应用”，原理是利用石膏中的硫酸钙置换土壤中的交换性钠，但需要将废石膏板进行加工破碎才能用来改良土壤。如果破碎后改良剂粒度大，则不利于离子置换反应，改良效果差；若要破碎后改良剂粒度很小，则要耗费大量的能量，使土壤改良的成本高到农民无法承受。中国专利申请CN101624523A公开的“一种盐碱改良剂”，是按不同重量比由硫酸铝、硫酸亚铁铵和硫酸镁混合配制而成，制成该改良剂需要大量的化学原材料，而不是利用工业废弃物，成本较高。中国专利CN1664064A公开的“一种碱性土壤改良剂”主要是利用不同比例的磷石膏、秸秆和尿素制成土壤改良剂；利用磷石膏制成的改良剂由于磷石膏中的重金属和一些有害微量元素含量较高，引起改良后的土壤中重金属及有害微量元素超过国家标准的允许值。
总的来说，现有技术存在的缺点和技术问题为：过程复杂，成本高，效果不十分理想。
发明内容
本发明的目的之一，在于提供一种中度碱化土壤改良剂。
本发明的另一目的，在于提供上述中度碱化土壤改良剂的加工方法。
本发明的又一目的，在于提供上述中度碱化土壤改良剂在改良土壤方面的应用。
本发明提供的中度碱化土壤改良剂，包括以下重量份的原料：脱硫废弃物80~90份，无机促进剂3~5份和有机促进剂8~15份。
其中，所述脱硫废弃物为燃煤电厂湿法烟气脱硫工艺副产品。优选脱硫石膏。
其中，所述脱硫石膏是燃煤烟气脱硫后产生的脱硫石膏（是燃煤电厂烟气石灰石－石膏法脱硫工艺的副产品），其重量的70%~90%是二水硫酸钙CaSO4·2H2O，颗粒粒度为30~50微米。
本发明利用脱硫废弃物，尤其是脱硫石膏中的钙离子（Ca2+）来交换土壤胶体上的可代换性钠离子（Na+来自土壤中的Na2CO3、NaHCO3），使钠离子从土壤胶体进入土壤溶液，代换成为Na2SO4，钠离子可以随灌溉水下渗或经由排水渠排走。从而降低土壤的碱化度，改善土壤的物理性状和土壤的团粒结构。同时，脱硫石膏中的钙（Ca）和硫（S）元素均为重要的植物营养成分，适当的补充这两种养分可以促进植物的生长。
其中，所述无机促进剂选自：贝壳粉、甲壳粉、风化煤和膨润土等中的一种或几种。优选风化煤。
其中，所述有机促进剂选自：秸秆、糠醛渣、生物质焦和活性炭等中的一种或几种。优选秸秆和生物质焦。
本发明所述的中度碱化土壤改良剂，还包括有机肥。
其中，所述有机肥相对于中度碱化土壤改良剂总重量的重量份为0.01~1份。优选0.01~0.05份。
其中，所述有机肥选自：动物粪便、聚顺丁烯二酸、烷基苯磺酸钠、氨基酸和微生物肥中的一种或几种。优选微生物肥。
本发明所述的中度碱化土壤改良剂，还包括无机肥。
其中，所述无机肥相对于中度碱化土壤改良剂总重量的重量份为0.01~1份。优选0.05~0.1份。
其中，所述无机肥选自：尿素、硫酸钾、硫酸锌、磷酸一铵和磷酸二铵中的一种或几种。优选尿素。
也就是说：
本发明所述的中度碱化土壤改良剂，包括以下重量份的原料：脱硫废弃物80~90份，无机促进剂3~5份，有机促进剂8~15份，无机肥0.01~1份和有机肥0~1份。
本发明所述的中度碱化土壤改良剂，包括以下重量份的原料：脱硫废弃物80~90份，无机促进剂3~5份，有机促进剂8~15份，有机肥0.01~1份和无机肥0~1份。
本发明所述的中度碱化土壤改良剂，优选地，包括以下重量份的原料：脱硫废弃物80~90份，无机促进剂3~5份，有机促进剂8~15份，无机肥0.01~1份和有机肥0.01~1份。
本发明所述的中度碱化土壤改良剂，优选地，包括以下重量份的原料：脱硫废弃物80~90份，无机促进剂3~5份，有机促进剂8~15份，无机肥0.05~0.1份和有机肥0~0.1份。
本发明所述的中度碱化土壤改良剂，优选地，包括以下重量份的原料：脱硫废弃物80~90份，无机促进剂3~5份，有机促进剂8~15份，有机肥0.01~0.05份和无机肥0~0.1份。
本发明所述的中度碱化土壤改良剂，更优选地，包括以下重量份的原料：脱硫废弃物80~90份，无机促进剂3~5份，有机促进剂8~15份，无机肥0.05~0.1份和有机肥0.01~0.05份。
上述中度碱化土壤改良剂，其中使用到的有机促进剂，优选地，包括：秸秆和生物质焦，两者的重量比为：（3~5）：（5~10）。
本发明所述的中度碱化土壤改良剂，更优选地，包括以下重量份的原料：脱硫石膏80~90份，秸秆3~5份，生物质焦5~10份，风化煤3~5份，尿素0.05~0.1份和微生物肥0.01~0.05份。该土壤改良剂尤其应用于中度碱化土壤的改良，适用于北方干旱或半干旱的盐碱地区。
本发明还提供了一种脱硫石膏，其重量的70%~90%是二水硫酸钙CaSO4·2H2O，颗粒粒度为30~50微米。它可以用在上述中度碱化土壤改良剂中。
本发明提供的上述中度碱化土壤改良剂的加工方法，包括：将原料混合后造粒，得到所述中度碱化土壤改良剂。
上述加工方法，若使用到有机肥和秸秆，在原料混合前可以先将它们进行粉碎。
其中，所述粉碎粒度要过30~60目筛。优选40目。
本发明提供的土壤改良剂可用于土壤的改良，尤其应用于中度碱化土壤的改良，适用于北方干旱或半干旱的盐碱地区。
所述中度碱化土壤的pH值﹥8.6，碱化度10~20%，含盐量﹤0.5%。
本发明提供的中度碱化土壤改良剂在土壤改良方面的应用。
其中，所述应用包括：将中度碱化土壤改良剂施入需改良的土壤，然后实施灌溉。
其中，本发明的中度碱化土壤改良剂施入土壤单位面积的量根据该地块的pH值和碱化度确定。施入量为1500~2000kg/亩。
其中，所述中度碱化土壤改良剂的施入时间为距土壤耕作时间二个月以上，最佳使用时期为上一年的秋季。施入深度为耕作层深度10cm以上，优选15~18cm。
其中，所述灌溉为：中度碱化土壤改良剂施入后立即灌水，根据作物所需水量分两次灌入，第一次为所需总水量的70%，第二次为余下的30%。
其中，所述两次灌水间隔时间不小于7天，优选7或8天。灌溉完成一定时间后，进行其他农业操作。
本发明所述中度碱化土壤改良剂的应用，在施入土壤改良剂之前，还包括土地的平整和激光平地。
其中，改良的土地首先进行粗平整，目的是去除土地上明显的凹凸区域。
其中，所述激光平地，使耕作区块的坡度≤0.05%，优选0.05%。
本发明提供中度碱化土壤改良剂，利用脱硫废弃物，尤其是燃煤烟气脱硫石膏中的钙离子置换土壤胶体上的交换性钠，从而降低土壤的碱化度。同时利用有机促进剂，尤其是生物质焦的优良的孔隙结构和物理性能，改善土壤的物理性状和土壤的团粒结构，降低土壤的pH值；利用秸秆可以疏松土壤，并可增加土壤肥力。无机促进剂，如风化煤可以改善土壤的团粒结构。再辅助无机肥和有机肥可以进一步提高土壤肥力，为作物生长提供营养成分。
总之，本发明能够有效克服土壤中营养元素失衡，改善地力，疏松土壤，增加肥效，使土壤盐碱化现象逐步得到根本治理；并且改进了现有技术的一些问题，优于现有技术，具有很高的经济效益。
尤其是在改善中度碱化土壤时，所起到的有益的技术效果包括：
1）当年施用，当年见效，而且土壤的碱化程度愈重，效果愈加明显；施用后，所种植的作物的出苗率大幅提高，树木的成活率提高。由于离子代换的化学反应需要一个过程，作物产量在第2、3年后可达当地良田水平。
2）土壤的理化性质得到明显改善：通过使用本发明提供的改良剂，土壤的pH值降低1~2；土壤碱化度从改良前的10~20%降低到改良后的5%以下；土壤板结硬度得到明显降低，渗透性明显提高；土壤盐份逐年降低。
3）制备工艺简单、原料来源丰富：本发明是原料按照一定的比例范围混合加工成颗粒状改良剂，配比范围合理，可以起到原料各自作用增强的协同效果；并且在加工过程中无污染排放；利用本项技术改良后的土壤，其种植作物的灌溉水量比当地同样作物传统灌溉水量减少三分之一左右。
4）经过改良的土壤中的重金属元素含量，所种植作物籽粒中的重金属含量都低于国家标准允许的含量。
5）改良后的碱化土壤及其植被的碳汇高达2～4吨CO2/亩·年。这是在不增加任何投资的情况下，为国家增加每年数以百万吨计的碳汇，是对减排CO2和减缓气候变化的巨大贡献。
6）可以解决我国燃煤电厂每年几千万吨的含过量水分的脱硫废弃物的处置问题，同时又可以将盐碱地或中度碱化土壤改良成可耕地，改良后作物生长良好，具有明显的经济效益。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明所使用到的物料均为可以从市场上购买得到的常规物料，未提及的技术内容也均为本领域的常规选择。
实施例1
1、改良剂：脱硫石膏80g，秸秆5g，生物质焦5g，风化煤5g，尿素0.05g，微生物肥0.01g。
2、加工方法：
（1）分别将秸秆、微生物肥用粉碎机粉碎，过60目筛；
（2）将粉碎后的秸秆、微生物肥和上述其他原料加入到搅拌机中混合均匀，然后加入到圆盘造粒机中造粒，得到颗粒状中度碱化土壤改良剂。
3、改良工艺（土壤改良剂的应用）：
（1）改良的土地首先进行粗平整，去除土地上明显的凹凸区域；
（2）进行激光平地，使耕作区块的坡度为0.05%；
（3）上述改良剂混合均匀施入土壤表层（施入深度为耕作层深度15cm），其单位面积的量根据该地块的pH值和碱化度确定，为2000kg/亩；
（4）实施灌溉（施入后立即灌水），根据作物所需水量分两次灌入，第一次为所需总水量的70%，第二次为余下的30%；两次灌水间隔时间为8天；
（5）灌溉完成一定时间后，进行其他农业操作。
实施例2
1、改良剂：脱硫石膏90g，秸秆3g，生物质焦10g，风化煤3g，尿素0.1g，微生物肥0.05g。
2、加工方法：
（1）分别将秸秆、微生物肥用粉碎机粉碎，过30目筛；
（2）将粉碎后的秸秆、微生物肥和上述其他原料加入到搅拌机中混合均匀，然后加入到圆盘造粒机中造粒，得到颗粒状中度碱化土壤改良剂。
3、改良工艺（土壤改良剂的应用）：
（1）改良的土地首先进行粗平整，去除土地上明显的凹凸区域；
（2）进行激光平地，使耕作区块的坡度为0.05%；
（3）上述改良剂混合均匀施入土壤表层（施入深度为耕作层深度18cm），其单位面积的量根据该地块的pH值和碱化度确定，为1500kg/亩；
（4）实施灌溉（施入后立即灌水），根据作物所需水量分两次灌入，第一次为所需总水量的70%，第二次为余下的30%；两次灌水间隔时间为8天；
（5）灌溉完成一定时间后，进行其他农业操作。
实施例3
1、改良剂：脱硫石膏85g，秸秆4g，生物质焦8g，风化煤4g，尿素0.08g，微生物肥0.03g。
2、加工方法：
（1）分别将秸秆、微生物肥用粉碎机粉碎，过40目筛；
（2）将粉碎后的秸秆、微生物肥和上述其他原料加入到搅拌机中混合均匀，然后加入到圆盘造粒机中造粒，得到颗粒状中度碱化土壤改良剂。
3、改良工艺（土壤改良剂的应用）：
（1）改良的土地首先进行粗平整，去除土地上明显的凹凸区域；
（2）进行激光平地，使耕作区块的坡度为0.05%；
（3）上述改良剂混合均匀施入土壤表层（施入深度为耕作层深度20cm），其单位面积的量根据该地块的pH值和碱化度确定，为1800kg/亩；
（4）实施灌溉（施入后立即灌水），根据作物所需水量分两次灌入，第一次为所需总水量的70%，第二次为余下的30%；两次灌水间隔时间为7天；
（5）灌溉完成一定时间后，进行其他农业操作。
实验例1：盐碱地的试验与示范
1、试验示范区概况
试验示范区土壤盐化、碱化分布不均，pH值大于8.6（一般在8.6~8.7之间），并且盐分含量也较高，最高超过15g/kg。水溶性盐分离子分析结果表明，含量最高的阳离子是Na+，含量最高的阴离子是SO4 2-，其次是Cl-。供试作物为水稻、油葵和玉米。水稻播种量为每亩25公斤，采用旱直播方式。油葵播种量为每亩0.5公斤。
2、田间试验结果
试验示范区用中度碱化土壤改良剂（本发明实施例3）改良后的各种作物出苗率和产量明显高于未施用任何土壤改良剂的对照区，改良后示范区水稻、油葵和玉米的平均出苗率分别达到91.2%、58.6%和78.6%，未改良对照区的水稻、油葵和玉米的平均出苗率分别为47.4%、19.0%和60.1%；改良后示范区水稻、油葵和玉米的籽粒产量分别平均达到了298.7公斤/亩、103.2公斤/亩和278.4公斤/亩，未改良的对照区水稻、油葵和玉米籽粒平均产量分别为78.2公斤/亩、35.8公斤/亩和147.9公斤/亩。这充分说明土壤改良剂的施入能够改良碱化土壤，提高作物出苗率和产量。
实验例2：含有脱硫石膏的中度碱化土壤改良剂改良土壤的生态环境影响
1、土壤中重金属的检测结果
（1）土壤pH值和盐分的变化
经过施用含有脱硫石膏的土壤改良剂，无论是种植水稻、玉米还是油葵（如实验例1），其pH值和盐分都有不同程度的降低，pH值的降幅为1.5，而盐分的降幅为60％，土壤碱化度从改良前的10~20%以上降低到改良后的5%以下（在3%左右）；土壤板结硬度得到明显降低，渗透性提高了5倍；盐分的降低主要由于水的作用。
（2）土壤中重金属的检测结果
本发明的中度碱化土壤改良剂中，脱硫石膏主要成分是硫酸钙，同时含有重金属等其它微量和痕量元素。为了研究它们对土壤环境和作物的影响，申请人先后委托内蒙古环境保护监测站和内蒙古农科院测试中心（均为国家批准、有资质的检测单位），对土壤和玉米籽粒进行分析。
表1为内蒙试验地（盐碱地）施用含有脱硫石膏的土壤改良剂（本发明实施例3）后处理区的土壤中重金属的含量，结果表明，内蒙试验施用土壤后处理区的土壤中重金属的含量远小于国家土壤质量标准（GB15618-1995）规定的允许值。施用土壤改良剂的处理区和未施土壤改良剂的对照区的土壤中重金属的含量没有明显差别。
表1：内蒙试验地土壤中重金属含量的检测结果及其对照
（3）作物籽粒中重金属的检测结果
结果表明（表2），内蒙试验地收获籽粒中重金属含量一般均小于国家标准（GB14961-1994）。施用含有脱硫石膏的土壤改良剂的处理区和未施土壤改良剂的对照区收获籽粒中重金属的含量没有明显差别。
表2：内蒙收获籽粒中重金属含量及其对照
采用实施例1和2制备的中度碱化土壤改良剂同法进行上述实验。结果表明：它们与实施例3的中度碱化土壤改良剂作用相近，其中，以实施例3的效果为最优。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (9)
1.中度碱化土壤改良剂在改良土壤方面的应用，其特征在于，所述中度碱化土壤改良剂包括以下重量份的原料：脱硫废弃物80~90份，无机促进剂3~5份和有机促进剂8~15份。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述脱硫废弃物为脱硫石膏。
3.根据权利要求1或2所述的应用，其特征在于，所述中度碱化土壤的pH值﹥8.6，碱化度10~20%，含盐量﹤0.5%。
4.根据权利要求1~3任意一项所述的应用，其特征在于，包括：将中度碱化土壤改良剂施入碱土，然后实施灌溉；所述中度碱化土壤改良剂的施入量为1500~2000kg/亩。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述中度碱化土壤改良剂施入深度为耕作层深度10cm以上。
6.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述灌溉为：中度碱化土壤改良剂施入土壤后立即灌水，根据作物所需水量分两次灌入，第一次为所需总水量的70%，第二次为余下的30%。
7.根据权利要求4~6任意一项所述的应用，其特征在于，在土壤中施入中度碱化土壤改良剂之前，还包括对土壤的平整和激光平地。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述激光平地，使耕作区块的坡度≤0.05%。
9.中度碱化土壤改良剂在改良土壤方面的应用，其特征在于，所述中度碱化土壤改良剂包括以下重量份的原料：脱硫石膏80~90份，秸秆3~5份，生物质焦5~10份，风化煤3~5份，尿素0.05~0.1份和微生物肥0.01~0.05份。
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Effective date of registration: 20220106 Address after: Room 1201, block B, Chuangxin building, No. 1 yard, Zhongguancun East Road, Haidian District, Beijing 100084 Patentee after: TSINGHUA AGRICULTURE Co.,Ltd. Address before: 100084 mailbox, 100084-82 Tsinghua Yuan, Beijing, Haidian District, Beijing Patentee before: TSINGHUA University Patentee before: TSINGHUA AGRICULTURE Co.,Ltd. |
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Denomination of invention: Application of moderate alkalization soil conditioner Effective date of registration: 20220408 Granted publication date: 20150415 Pledgee: China Co. truction Bank Corp Beijing Zhongguancun branch Pledgor: TSINGHUA AGRICULTURE Co.,Ltd. Registration number: Y2022990000197 |
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Date of cancellation: 20220427 Granted publication date: 20150415 Pledgee: China Co. truction Bank Corp Beijing Zhongguancun branch Pledgor: TSINGHUA AGRICULTURE Co.,Ltd. Registration number: Y2022990000197 |
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Denomination of invention: Application of moderately alkaline soil improver Effective date of registration: 20220428 Granted publication date: 20150415 Pledgee: China Co. truction Bank Corp Beijing Zhongguancun branch Pledgor: TSINGHUA AGRICULTURE Co.,Ltd. Registration number: Y2022110000103 |