CN104098406B - 调控强酸性茶园土壤酸度的生物质改良剂及其制备方法和应用 - Google Patents

调控强酸性茶园土壤酸度的生物质改良剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

调控强酸性茶园土壤酸度的生物质改良剂及其制备方法和应用，由农业废弃物在低温厌氧条件下裂解而成，所述农业废弃物碳氮质量比不高于39、总碳含量不高于42wt.%、总磷含量不低于0.1wt.%、灰化碱含量不低于70cmol/kg。本发明改良剂施用时需与微肥配施施用。改良剂施用后能够迅速且微调至茶树最适宜生长pH区间5.0～5.5，既能够避免无机改良方式导致茶叶对Ca2+过量吸收而降低氨基酸、水溶出物等茶叶品质的缺陷，又能够弥补有机物料因灰化碱含量较低酸度调控能力有限的不足。特别是能够显著提高茶叶中茶多酚、自由氨基酸、儿茶素等含量，同时显著降低茶叶中铝的含量。

Description

调控强酸性茶园土壤酸度的生物质改良剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于土壤改良剂技术领域，尤其涉及一种改良强酸性茶园土壤的生物质改良剂及其制备方法和应用。
背景技术
茶树是典型的好酸作物，但茶树自身生长代谢、茶叶的采集等因素又会加速土壤酸化，另外氮肥的大量施用也是加剧茶园土壤酸化的关键因素。自20世纪90年代以来我国茶园土壤酸化呈加剧趋势，例如：1990～1991年苏、浙、皖三省pH<4.0的茶园土壤只占茶园总面积13.7％，而1998年则高达43.9％。虽然茶树是典型的喜酸作物，但其适宜的生长环境介于土壤pH区间4.5～6.0，当pH值低于4.0或高于6.0时茶树生长将会受到抑制，土壤pH区间为5.0～5.5时最有利于茶叶产量与品质的提高。另外，强酸性茶园土壤会增大茶叶中铝的含量，而铝在人体内的过量蓄积被认为与老年痴呆与慢性神经性疾病有关。因此有必要对强酸性茶园土壤酸度调控至其适宜区间，提高茶叶的产量与品质。
土壤酸度的调控方式通常分为无机调控与有机调控。无机调控即施用石灰、白云石等无机改良剂，通过酸碱反应或离子交换反应迅速降低土壤酸度的改良方式。无机调控技术虽然能够迅速降低土壤酸度，但极易发生土壤加速复酸，调控效果难以持久且长期施用石灰等无机材料容易造成土壤板结、营养元素单一(Carran,R.A.1991.PlantandSoil,134：107114.Roth,C.H.&Pavan,M.A.1991.Geoderma,48,351361.)。另外，石灰属矿产资源，长期开采势必对生态造成破坏。特别是对于茶园生态系统，在实际生产过程中容易造成局部过量施用，矫枉过正，另外过量Ca2+的吸收会降低茶叶中氨基酸、水溶出物含量，严重影响茶叶品质(林智等.1990茶叶科学,10(2):27-32.)。
有机调控是以有机物料为改良剂的调控方式，研究发现有机物料不仅能够提高土壤肥力，而且在分解过程中发生脱羧反应消耗质子，具有一定的土壤酸度调控能力。尽管有机物料调控温和，有利于土壤肥力提高，但对于强酸性土壤(pHH2O<4.5)有机物料调控能力有限，难以满足酸度调控的实际需求(WangL.etal.2013.CommunicationinSoilScienceandPlantAnalysis,44(8),1310-1321.)。
发明内容
解决的技术问题：本发明提供一种调控强酸性茶园土壤酸度的生物质改良剂及其制备方法和应用，采用筛选农业废弃物在低温厌氧条件下裂解产生，(i)解决有机物料只能增加土壤肥力但调控强酸性土壤酸度能力不足的问题；(ii)避免无机改良剂调控方式容易造成的局部过量、矫枉过正，以及Ca2+过量吸收而降低氨基酸、水溶出物等含量，对茶叶品质产生的不利影响；(iii)通过酸度改良与微肥配施解决茶叶功能品质提高的同时降低茶叶中铝素含量。
技术方案：调控强酸性茶园土壤酸度的生物质改良剂，由农业废弃物在低温厌氧条件下裂解而成，所述农业废弃物碳氮质量比不高于39、总碳含量不高于42wt.％、总磷含量不低于0.1wt.％、灰化碱含量不低于70cmol/kg。
所述农业废弃物为花生秸秆或蚕豆秸秆。
所述生物质改良剂的有机碳含量不低于55wt.％，总磷含量不低于0.27wt.％，碳氮质量比不高于26，交换性盐基离子不低于81cmol/kg，粒径小于100目。
所述调控强酸性茶园土壤酸度的生物质改良剂的制备方法，农业废弃物置于石灰水中浸泡4小时后于80℃烘干，之后置于密闭装置中，以20℃/min的速率程序升温至300℃，热解过程持续4小时，之后冷却打碎过100目筛。
所述调控强酸性茶园土壤酸度的生物质改良剂的应用，其特征在于秋季施用基肥前施用，施用时需与17～34kg/ha微肥配施施用，微肥由9～12份的硫酸锌、15～20份的硼砂、50～60份磷酸氢二钾、12～20份钼酸铵混配而成；施肥深度为0～25cm，之后覆土；施用的土壤酸度范围为红壤地区pH介于4.0～4.5强酸性茶园土壤，施用剂量为5～12t/ha。
有益效果：1)本发明所用的农业废弃物为作物秸秆取材便捷，弥补了有机调控方式只能提高土壤肥力不能调控强酸性茶园土壤的缺陷。2)生物质改良剂施用后能够减少因常规酸度改良而导致的Ca2+过量吸附降低茶叶中氨基酸、水溶出物等品质含量，减少酸度调控导致的负面影响，提高茶叶品质。3)生物质改良剂与上述微肥配施，存在协同作用不仅能够进一步提高茶叶品质同时能够有效减少茶叶中Al的含量。
具体实施方式
下面的实施例可使本专业技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
实施例1
改良剂的制备：把花生秸秆(碳氮质量比29，总碳含量42wt.％、磷含量0.1wt.％、灰化碱含量91cmol/kg)置于石灰水中浸泡4小时后于80℃烘干，之后置于密闭装置中，以20℃/min的速率程序升温至300℃，热解过程持续4小时，之后自然冷却，打碎过100目筛，有机碳含量55.1wt.％，总磷含量0.38wt.％，碳氮质量比17，交换性盐基离子81cmol/kg。
改良剂的施用方法：改良剂均秋季施用基肥前施入，将低温制生物质炭5t/ha与17kg/ha微肥配施施用，微肥按质量比例由9份的硫酸锌、15份的硼砂、60份磷酸氢二钾、16份钼酸铵混配而成。深翻入土，施肥深度为0～25cm，之后覆土。施用基肥菜籽饼4t/ha，于春茶前施用尿素242kg/ha、春茶后尿素145kg/ha、夏茶后尿素施用97kg/ha。
改良剂的施用对象：红壤地区pH＝4.5强酸性茶园土壤，茶叶品种龙井43。
改良剂施用效果：与不施用生物质改良剂只施用微肥处理(CK)、低剂量石灰替代生物质改良剂(4t/ha，石灰处理1)、石灰+微肥处理(4t/ha，石灰处理2)、生物质改良剂(6t/ha，生物炭处理)、本发明所述生物质改良剂施用方式(改良剂处理)相比，本发明所述生物质改良剂提高茶叶品质效果最优。改良后茶叶品质比较如表1所示：
表1不同改良剂处理茶叶品质差异
*注：表中数据后字母表示LSD差异性统计，不同字母表示差异性显著，相同字母表示差异性不显著，P<0.05。
生物质改良剂酸度调控优势在于：本发明所述生物质改良剂及其应用方法能够解决常规酸度调控降低氨基酸、水溶出物含量的缺陷，而且生物质改良剂与微肥共同施用存在协同作用效果优于各调控方式，显著提高茶叶各项品质指标(P<0.05)，同时降低茶叶中Al的含量(P<0.05)。
实施例2
改良剂的制备：同实施例1所述。
改良剂的施用方法：同实施例1所述。施用基肥菜籽饼5t/ha，于春茶前施用尿素240kg/ha、春茶后尿素160kg/ha、夏茶后尿素施用90kg/ha，采集春茶。
施用对象：pH＝4.0的极强酸性黄棕壤茶园土壤(区别于实施例1)，茶叶品种龙井43。
改良剂施用效果：与未添加任何改良剂只施用微肥处理(CK)、施用生物质改良剂与微肥处理(4t/ha，生物质改良剂处理1)、2倍剂量生物质改良剂与微肥处理(8t/ha，生物质改良剂处理2)、2.5倍生物质低剂量与微肥处理(10t/ha，生物质改良剂处理3)、石灰与微肥处理(4.4t/ha，石灰处理1)、常规石灰处理即2倍石灰处理与微肥处理(8468kg/ha，石灰处理2)相比，本发明所述生物质改良剂施用方式不仅可以显著提高茶叶品质，而且可以显著增加茶叶产量。施用后茶叶产量与品质比较如表2所示：
表2不同酸度改良剂处理茶叶产量与品质差异
*注：表中数据后字母表示LSD差异性统计，不同字母表示差异性显著，相同字母表示差异性不显著，P<0.05。
经过本发明所述生物质改良剂施用剂量改良1年后，产量效果最为明显，可增加35％～40％；与空白处理相比所有指标均显著性提高(P<0.05)，与施用不同剂量的石灰相比(石灰处理1、石灰处理2)，多酚、咖啡因、儿茶素等品质特别是氨基酸含量、水溶出物茶含量显著性提高(P<0.05)，特别是改良剂施用剂量可以5～10t/ha，可以避免局部过量施用造成酸度调控的矫枉过正。
实施例3
改良剂的制备：把蚕豆秸秆(碳氮质量比39，总碳含量45.3wt.％、磷含量0.12wt.％、灰化碱含量70cmol/kg)置于密闭装置中，以20℃/min的速率程序升温至300℃，热解过程持续4小时，之后自然冷却，打碎过100目筛，有机碳含量61.5wt.％，总磷含量0.27wt.％，碳氮比26，交换性盐基离子92cmol/kg。
改良剂的施用方法：同实施例1所述。施用基肥菜籽饼5t/ha，于春茶前施用尿素260kg/ha、春茶后尿素150kg/ha、夏茶后尿素施用100kg/ha，采集春茶。
施用对象：pH＝4.2的极强酸性红壤茶园土壤，茶叶品种龙井43。
改良剂施用效果：与未添加任何改良剂只施用微肥处理(CK)、施用生物质改良剂与微肥处理(4t/ha，生物质炭处理)、2倍剂量生物质改良剂与微肥处理(8t/ha，改良剂处理)相比，生物质改良剂显著减少茶叶Al的含量，显著增加茶叶品质，如表3所示：
表3生物质酸度改良剂处理茶叶品质差异
*注：表中数据后字母表示LSD差异性统计，不同字母表示差异性显著，相同字母表示差异性不显著，P<0.05。
经过生物质改良剂改良1年后，与空白处理相比所有指标均显著性提高(P<0.05)，生物质改良剂只有在本发明所述范围内其应用效果最好，即该条件下生物炭与微肥协同作用下不仅品质含量显著增大而且Al含量显著性降低(P<0.05)。

Claims (2)

1.调控强酸性龙井43茶园土壤酸度的生物质改良剂，其特征在于由以下方法制得：把碳氮质量比29，总碳含量42wt.%、磷含量0.1wt.%、灰化碱含量91cmol/kg的花生秸秆置于石灰水中浸泡4小时后于80℃烘干，之后置于密闭装置中，以20℃/min的速率程序升温至300℃，热解过程持续4小时，之后自然冷却，打碎过100目筛，有机碳含量55.1wt.%，总磷含量0.38wt.%，碳氮质量比17，交换性盐基离子81cmol/kg。
2.权利要求1所述调控强酸性龙井43茶园土壤酸度的生物质改良剂的应用，其特征在于改良剂均秋季施用基肥前施入，将低温制生物质炭5t/ha与17kg/ha微肥配施施用，微肥按质量比例由9份的硫酸锌、15份的硼砂、60份磷酸氢二钾、16份钼酸铵混配而成；深翻入土，施肥深度为0～25cm，之后覆土；施用基肥菜籽饼4t/ha，于春茶前施用尿素242kg/ha、春茶后尿素145kg/ha、夏茶后尿素施用97kg/ha。
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