CN105295945B - 一种土壤膨松剂 - Google Patents
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Abstract
本发明属于土壤改良领域，特别涉及一种土壤膨松剂,由下述质量份的原料制成：粉碎玉米秸秆25‑28份；粉碎棉花秸秆25‑28份；食用菌渣20‑22份；草炭土：5‑10份；草木灰5‑8份；沸石粉5‑8份；本发明提供的土壤膨松剂，可以改善土壤结构，增加土壤通气性，补充有机质；与现有技术中常用的化学改良剂结合，可以通过离子交换土壤中的钠离子，起到降碱脱盐的作用，在不更换土壤的前提下，能彻底地改良盐碱土，使之能用于农业生产或城市绿化。
Description
技术领域
本发明属于土壤改良领域，特别涉及一种土壤膨松剂。
背景技术
盐碱地是盐类集积的一个种类，是指土壤里面所含的盐分影响到作物的正常生长。土壤盐碱化是一个世界性的难题，全世界盐碱土面积约近10亿公顷，我国有9913万公顷，约合14.7亿亩，全国近100多个城市坐落于盐碱土分布区，农业耕地因盐碱化引起的减产、弃耕地近5亿亩，主要集中在华北、西北和东北这些干旱和半干旱地区。加之栽培过程中，长期过量地施用化肥，导致土壤次生盐碱化加剧，板结严重，使盐化、碱化土壤不断扩大。此外，我国还有18000多公里绵长的大陆海岸线，渤海、黄海和东海滨海平原等海岸，分布有大面积的以氯化物为主的滨海盐碱土，这些地区的共同特点是土质含盐量都高，大都是植物不易生长的不毛之地。盐碱危害造成大量中、低产田和农民贫困，使大面积土壤资源难以利用。盐碱土作为一种资源，在我国有80％左右尚未得到利用，大面积盐渍荒地的开发和灌区土壤盐碱化的防治，将是解决21世纪我国16亿人口粮食问题的重要途径。尤其是在我国干旱、半干旱地区的利用问题，对农业生产发展，国土治理，生态环境保护等具有极其重要的意义。
我国的盐碱地多种多样，且分布比较广，盐碱土的面积约一亿公顷，相当于中国十八亿亩的耕地面积，可以了解到它具有很大的开发利用潜力。其中，滨海盐碱地是我国重要的盐碱地土地类型，现有一万八千多公里的海岸线，分布位置比较广，环渤海地区分布有大量的滨海盐碱地。我国盐碱土分布区是根据它的土壤类型和气候条件变化决定的，分为滨海盐渍区、黄淮海平原盐渍区、荒漠及荒漠草原盐渍区、草原盐渍区四个大类型。
盐碱土改良伴随着我国四千年的农耕进程，是一个普遍的难题。而今国内外盐碱土改良技术及产品多种多样。
目前国内盐碱地改良利用方法和技术归纳起来大致有四种：物理改良、水利改良、化学改良以及生物改良。以上这些方法对改良盐碱地、农业生产方面都曾经起到重要的作用和带来了较大的效益，但是单一的盐碱土改良方式都存在着种种的缺陷。例如，生物改良是利用生物(植物或者微生物)将土壤中的盐分固定或者吸收在植物体内，但是被固定或者吸收的盐分还存在这一土壤区域内，如果没有后续措施，随时会导致土壤次生盐碱化的风险；物理改良是利用深耕、疏松土壤等方式增加土壤的孔隙度，利于盐分脱除，但是如果没有化学改良方法(离子代换)，被土壤胶体吸附的盐离子很难被脱除，疏松土壤也是暂时的了。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中不能有效的改良盐碱土的缺点，提供一种盐碱地土壤膨松剂，在不更换土壤的前提下，通过添加土壤膨松剂与其他的化学改良剂结合，经过工程掺拌，灌水排盐的操作后，彻底地改良盐碱土，使之能用于农业生产或城市绿化。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种土壤膨松剂，由下述质量份的原料制成：粉碎玉米秸秆25-28份；粉碎棉花秸秆25-28份；食用菌渣20-22份；草炭土：5-10份；草木灰5-8份；沸石粉5-8份；
优选的，由下述质量份的原料制成：粉碎玉米秸秆：28kg；粉碎棉花秸秆：28份；食用菌渣：22份；草炭土：10份；草木灰：5份；沸石粉：7份；
所述土壤膨松剂的制作方法包含以下步骤：1)将玉米秸秆均匀粉碎成长度不超过0.5cm粉末；2)将棉花秸秆均匀粉碎成长度不超过0.5cm粉末；3)将粉碎的玉米秸秆、棉花秸秆和食用菌渣按比例均匀混合，并再次通过粉碎机粉碎；4)将草炭土、草木灰、沸石粉按比例均匀混合，并少量喷水、防尘；5)将上述步骤3)和步骤4)的产物按比例均匀混合。
所述土壤膨松剂在盐碱地改良方面的应用，还包括一种化学改良剂，由下述质量份的原料制成，脱硫石膏55-60份；过磷酸钙17-20份；黄腐酸20-25份；硫酸亚铁0.1-0.5份；聚天冬氨酸0.5-1份；聚丙烯酰胺0.5-1份。土壤膨松剂添加量与盐碱土按体积比为5％-20％；所述化学改良剂添加量与盐碱土按为0.5kg/m2-5kg/m2；
所述化学改良剂的制作方法包含一下步骤：1)先将硫酸亚铁、聚天冬氨酸、聚丙烯酰胺混合均匀后粉碎；2)将上述步骤1)的产物与黄腐酸混合后粉碎；3)将上述步骤2)的产物与脱硫石膏、过磷酸钙混合均匀后粉碎。
一种使用所述土壤膨松剂的方法，采用如下顺序的步骤：
1)改良地块现场勘查：在盐碱土改良方案制定前先要对需要改良的地块进行勘探，包括土壤类型、地势、坡向，地下水深度、周边可利用绿化浇灌水(市政用水、地表水)、排水路线，进场道路等；
2)土壤取样：对原状土壤进行取样，分别进行土壤剖面取样和表面取样；
3)取水样：用干净的容器分别在地块的四周取地表水和地下水水样；
4)土样分析：实验室内对土样进行风干粉碎处理后，测定土样的全盐、钾离子、钠离子、钙离子、镁离子、氯离子、硫酸根离子、碳酸氢根离子、碳酸根离子、pH值和渗透率；
5)水样分析：测定矿化度、全盐，以确定是否可以用作浇灌水；
6)改良方案的设计：对步骤4)和步骤5)测定的试验结果进行分析，以将土壤含盐量降至0.3％以下，pH值降至9以下为改良目标，确定土壤膨松剂和盐碱土改良剂的添加比例。按照我国盐碱土分级标准对应添加土壤膨松剂的比例如下：轻度盐碱土土壤膨松剂的添加比例为5-8％(体积比),化学改良剂的添加比例为0.5-1.5kg/m2；中度盐碱土添加比例为8-15％(体积比)化学改良剂的添加比例为1.5-2.5kg/m2；重度盐碱土添加比例为15-20％，化学改良剂的添加比例为2.5-5kg/m2。
7)室内淋溶试验：将取回的土壤，按照步骤6)制定的改良方案，将土壤膨松剂、盐碱土改良剂与原土充分混拌，装入土柱，浇水进行淋溶试验，观测浇灌水下渗速度，检测淋溶水盐分含量及变化，分层检测土柱内土壤含盐量变化，验证改良效果；
8)原料与盐碱土均匀掺拌：将土壤膨松剂和化学改良剂按比例均匀撒在需要改良土壤的表面，以拌灰土的方式，按照需要改良的深度将盐碱土与土壤膨松剂和盐碱土改良剂充分混合，掺拌均匀后，将混合物料堆放3天后再掺拌一次；整平地表，准备下一步改良工序；
9)排盐沟的设置：结合需要进行改良土壤的深度和地下水深度，确定排盐沟的深度和宽度，设置主排盐沟和支排盐沟的走向；
10)埋设排盐装置：首先在排盐沟里铺设无纺布，然后在铺设5cm厚的碎石(碎石直径小于3cm)，其次在碎石层上铺设主排盐管与支排盐管，主排盐管与支排盐管交叉处需要接通，并用密封防水胶带密封，以便水及时排出；再次在铺好的排盐管上覆盖15cm的干净碎石，最后用无纺布包裹住碎石和排盐管，防止泥沙将排盐管淤堵；排盐装置埋设完毕后，将排盐沟填埋，整平地表；
11)灌水、排盐：整平地表后，按照地块起垄、压实，大水漫灌排盐；在主排盐管和支排盐管口取水，留样检测。
12)测淋溶水、土壤的理化指标：将所取的土样和水样进行前处理，并测定土样的全盐、钾离子、钠离子、钙离子、镁离子、氯离子、硫酸根离子、碳酸氢根离子、碳酸根离子、pH值和渗透率；水样的矿化度、全盐；
13)根据上述步骤12)所测定的结果，如果改良土全盐低于0.3％，pH值低于9，达到预期的改良目标，改良成功；如果土壤全盐或pH值未达到改良目标需要再进行步骤11)灌水、排盐。
优选的，所述步骤2)剖面取样为：根据地块大小，每亩设3个点进行剖面取样，每隔20cm取样，取样深度1m；表面取样为：根据地块大小，每亩至少设5个点取样，要剔除表层20cm土壤取样。
优选的，所述步骤9)中主排盐沟间距18-20m，深度80-90cm，宽度45-50cm，并向排水沟一侧留有3‰的坡度，主排盐沟与支排盐沟垂直相交。
优选的，所述步骤9)中支排盐沟间距4-6m，深度50-60cm，宽度45-50cm，并向两侧主排盐沟留有3‰的坡度，主排盐沟与支排盐沟垂直相交。
优选的，所述步骤11)中需要进行三次灌水排盐；每次需要等水完全下渗后，再第二天进行第二次灌水；每次灌水时需要在主盲管和支盲管口取水，留样检测。
优选的，所述步骤10)中主排盐管是由高密度聚乙烯添加其它助剂而形成的外型呈波纹状的新型渗排水。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的土壤膨松剂，可以改善土壤结构，增加土壤通气性，补充有机质；与现有技术中常用的化学改良剂结合，可以通过离子交换土壤中的钠离子，起到降碱脱盐的作用，在不更换土壤的前提下，能彻底地改良盐碱土，使之能用于农业生产或城市绿化。
附图说明
图1为使用土壤膨松剂流程图；
图2为排盐沟分布图。
具体实施方式
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和最佳实施例对本发明作进一步的详细说明。
1.实验材料
工程试验地点位于天津临港产业区，土壤属于滨海粘土，含盐量平均值为17‰，pH值为8.23，土壤透水性接近于0。工程试验地南北长224m，东西宽30.5m，面积6832m2。地块中间设一条贯通南北宽3.5m的便道将地块分割为东西两块，东部地块宽14m，面积3136m2；西部地块宽13m，面积2912m2。
本次试验将东西地块由北向南各均分为11个地块，每块200m2，编号分别为东1—11，西1—11；
实施例一：
土壤膨松剂：粉碎玉米秸秆：28kg；粉碎棉花秸秆：28kg；食用菌渣：22kg；草炭土：10kg；草木灰：5kg；沸石粉：7kg。
化学改良剂：脱硫石膏55kg；过磷酸钙20kg；黄腐酸20kg；硫酸亚铁0.5kg；聚天冬氨酸1kg；聚丙烯酰胺1kg。
实施例二：
土壤膨松剂：粉碎玉米秸秆：25kg；粉碎棉花秸秆：25kg；食用菌渣：20kg；草炭土：10kg；草木灰：8kg；沸石粉：8kg。
化学改良剂：脱硫石膏60kg；过磷酸钙17kg；黄腐酸25kg；硫酸亚铁0.3kg；聚天冬氨酸1kg；聚丙烯酰胺0.5kg。
实施例三：
土壤膨松剂：粉碎玉米秸秆：26kg；粉碎棉花秸秆：28kg；食用菌渣：22kg；草炭土：10kg；草木灰：5kg；沸石粉：7kg。
化学改良剂：脱硫石膏57.5kg；过磷酸钙20kg；黄腐酸22kg；硫酸亚铁0.1kg；聚天冬氨酸0.5kg；聚丙烯酰胺0.7kg。
实施例四：
土壤膨松剂：粉碎玉米秸秆：28kg；粉碎棉花秸秆：28kg；食用菌渣：22kg；草炭土：10kg；草木灰：5kg；沸石粉：7kg。
化学改良剂：脱硫石膏57.5kg；过磷酸钙20kg；黄腐酸25kg；硫酸亚铁0.5kg；聚天冬氨酸1kg；聚丙烯酰胺1kg。
2.以实施例一为例进行阐述：
实验方法及结果分析：
根据现场情况和建设单位要求，该试验盐碱土改良深度80cm。
2.1地块勘测
对现场进行勘察，地块较为平整，呈北高南低走向。
地块东西宽30.5m，南北长224m，地块中间有一条南北向的临时公路，地块北段紧邻公路，地块东、西、南三面为排水沟，沟深1.5米。
地下水埋深1.25m；在地块的最北端公路旁有上水井，属于市政自来水管网，可以作为绿化浇灌水。
2.2土壤取样
在地块内随机取5个点的土壤，对每个取样点进行了标记，改良后需要对标记的取样点进行再次取样。同时也对5个取样点进行土壤剖面观测，现场土壤为海泥吹填土，没有明显的物理结构。
2.3取水样
用干净的矿泉水瓶在地块旁排水沟取水样，并取地下水1.5m深水样。
2.4土样分析
实验室内对土样进行风干粉碎处理后，测定土样的全盐和pH值，具体测定数字如下：
表1地块内5个取样点可溶性全盐(g/kg)和pH值
对土样进行分析，可以看出地块的全盐含量超标非常严重，不可以直接进行绿化苗木栽植，必须进行改良。
2.5水样分析
该地块属于海泥吹填造陆，地下水基本上属于海水，不可以作为绿化浇灌水使用，所以没有对地下水和地块周围的地表水进行取样化验。
2.6改良方案的设计：对以上土样的试验结果进行分析，土壤全盐含量在8-11g/kg间，按照我国盐碱土分级标准属于重度盐碱地，如果将土壤含盐量降至0.3％以下，pH值降至9以下为改良目标，土壤膨松剂的添加量为0.18m3/m2，化学改良剂的添加量为5kg/m2。
2.7室内淋溶试验：将取回的土壤，按照以上确定的土壤膨松剂和化学改良剂的添加量，将土壤膨松剂、盐碱土改良剂与原土充分混拌，装入高90cm的土柱。
进行三次灌水淋溶试验，每次灌充足的水量，使水完全渗透到底层外，表层覆盖5cm的水。浸泡24小时后，打开出水孔，完全排出土柱中的水，留样检测；隔12小时后再进行下一次灌水，操作方法与第一次相同。
经过三次灌水后，分别测定三次淋溶水矿化度和pH值，分三层检测土柱内土壤的含盐量和pH值，具体测定数据如下：
表2三次淋溶水矿化度和pH值
表3分层检测土壤全盐(g/kg)和pH值
由表2、表3可知，添加的土壤疏松剂和化学改良剂完全可以达到改良标准，改良后的土壤达到种植要求，可以进行室外改良工程试验。
2.8原料与盐碱土均匀掺拌
按照需要改良地块的面积，购买原材料，按照要求进行粉碎混拌，制成土壤膨松剂和化学改良剂，并将制作好的膨松剂和改良剂运进场内。
将土壤膨松剂和化学改良剂按比例均匀撒在地块的表面，以拌灰土的方式，掺拌90cm的深度，将盐碱土、土壤膨松剂以及化学改良剂充分混合，反复掺拌三次，整平地表。
2.9排盐沟的设置
结合地下水的埋藏深度为1.25m，建设方要求改良深度为80cm，主排盐沟深度设置为90cm，呈东西走向，向排水口一侧设置3‰的坡度，主排盐沟宽度50cm，主排盐沟间距20m，地块的东西两侧各设置11条主排盐沟。
地块的南北向设置支排盐沟，地块的东西两侧各设置3条支排盐沟，共设置6条支排盐沟。两个主排盐沟间的支排盐沟中间高两侧低，坡度为3‰，使支排盐沟内的淋溶水流向主排盐沟，排除地块；支排盐沟的深度60cm，宽度50cm。(见说明书附图2)
2.10埋设排盐装置：
埋设排盐装置前，先购买碎石、无纺布和排盐管(主排盐管和支排盐管)，碎石的粒径要在2-3cm之间；无纺布的宽幅为1.2m，规格为200g/m2，透水性好；排盐管的材质为PVC的螺纹管，在螺纹的沟内均匀布置排水孔，可以使淋溶水顺利收集进入排盐管，主排盐管的直径为80mm，支排盐管的直径为60mm，排盐管均需要由无纺布包裹。购买材料后埋设排盐装置：
首先分别在主排盐沟和支排盐沟内铺设无纺布，然后铺设碎石，铺设厚度为5cm；
其次在碎石层上铺设主排盐管与支排盐管，主排盐管与支排盐管交叉处需要接通，并用密封防水胶带密封，以便水及时排出；
再次在铺好的排盐管上覆盖碎石，碎石厚度为15cm；
最后将无纺布包裹住碎石和排盐管，防止泥沙将排盐管淤堵；排盐装置埋设完毕后，将排盐沟填埋，整平地表。
2.11灌水、排盐
整平地表后，先将地块内东西两个地块四周起垄、压实；然后分别将东西两个地块分割为宽度20m的小地块，东侧分割为11个地块，编号由北至南分别为东1、东2、东3…东11，西侧也分割为11个地块，编号分别为西1、西2、西3…西11，按此设置地块可以每个小地块下都埋设了一个排盐管。
分割地块后将进场取样时标记的5个取样点分别于地块对应，取样点1对应的是东3，取样第二对应的是东9，取样点三对应的是东11，取样点4对应的是西7，取样点5对应的是西11。下文中用地块编号代替取样点进行分析说明。
分割地块后进行大水漫灌地块，在排盐管出水后，地表漫水深度为5cm，两次灌水至少需要间隔24小时，待上一次灌水全部渗透完毕后才可以进行下一次灌水，共需要3次灌水，每次灌水后需要在对应的排盐管处取淋溶水，留样检测。3次灌水结束后，按照进场勘测对应的5个点分别去改良后的土样，进行检测。
2.12测淋溶水、土壤的理化指标
将所取的土样和水样进行前处理，并测定土样的全盐、pH值；水样的矿化度、全盐。具体检测数据如下：土壤理化指标
表4改良后5个取样点表层土壤可溶性全盐(g/kg)和pH值
由表4可以看出，同一地块排盐后的可溶性全盐比排盐前有明显的降低，平均降低到2.197g/kg，并且都达到了天津园林土壤栽植的标准(土壤含盐量小于3g/kg)。
每个地块土壤中可溶性全盐含量都有所下降，其中西11地块下降8.355g/kg；西7地块下降6.485g/kg；东11地块下降8.065g/kg；东9地块下降7.905g/kg；东3地块下降5.885g/kg，5个地块平均下降7.339g/kg。
由表4可以看出改良后土壤中的pH值也全部符合天津园林栽植标准(pH值小于9)。但是所有地块的pH值全部呈升高趋势，升高幅度最大的是东9地块，pH值升高了1，升高幅度最小的是东11地块，pH值升高了0.3，5个地块pH值平均升高0.6。
导致上述pH值升高的原因是：随着灌水洗盐的进行，吸附于土壤胶体上的Na+溶于水，并随水排出土体，土壤胶体则吸附固定水中的H+，游离状态的OH-使土壤显碱性，所以pH值比之前升高。随着土壤改良的继续进行，土壤胶体被破坏，土壤团粒结构增加，土壤的pH值又会呈下降的趋势。
表5改良后各取样点不同深度土壤的可溶性全盐(g/kg)的含量
由表5可以看出改良后土壤中的可溶性全盐含量由深到浅逐渐降低，其中东11地块改良效果最佳，地下20、60、80cm处土壤可溶性全盐含量都在3‰以下；其他取样点的20cm和60cm全盐均在3‰以下，只有80cm取样点的全盐含量略高于3‰，这可能是由于80cm深度与主排盐管深度相同，地下海水反渗透，导致全盐含量上升。
表6改良后各地块不同深度土壤中的pH值
由表6得出同一地块改良后不同深度土壤中的pH值都符合天津市园林绿化对栽植土壤的标准要求。
不同土层深度pH值没有太大变化，呈弱碱性。原因是土壤胶体吸附固定于水中的H+，所以游离状态的OH-使土壤显碱性。
淋溶水理化指标：
表7三次灌水排盐中5个地块留样淋溶水的矿化度(mg/L)
由表7得知同一地块排出水样中的矿化度呈降低趋势，符合排盐规律，而其中出现的幅度是由于灌水时间间隔所引起，而灌水间隔天数又是受需改良土壤与膨松剂、改良剂间的混拌均匀程度影响，室外大工程量的土壤掺拌相对于实验室内的土柱试验掺拌难度要大很多，局部不均匀是在误差范围之内。
表8每个地块浇水时间间隔(天)
根据表7和表8得知，灌水时间的间隔与排盐量有着紧密联系，间隔时间长可使浇灌水充分浸泡土壤，可使土壤中的盐分更好的溶解在保留在土壤中浇灌水中，便于下一次灌水达到更好的脱盐效果，如东9地块；而每次灌水间隔时间掌握好也会使得排盐效果更佳，是它呈递减状态，如西9地块。
表9三次灌水排盐中不同地块淋溶水留样的pH值
由表9可以看出同一地块三次灌水留样的pH值基本无变化，呈中性，原因是淋溶出的浇灌水中含盐的主要成分为NaCl，呈中性。
3.13根据上述土样分写结果，改良后的土样全盐低于0.3％，pH值低于9，达到预期的改良目标，改良成功。具体结论如下：
3.结论
3.1土壤含盐量变化：改良后土壤中可溶性全盐含量都有显著下降，全部下降至3g/kg以下，完全达到了天津园林土壤栽植的标准。
3.2土壤pH值变化：改良后土壤中pH值都低于9，完全达到了天津园林土壤栽植的标准。
3.3淋溶水矿化度变化：改良中三次灌水留样的矿化度都呈下降趋势，符合排盐规律。
3.4淋溶水的pH值变化：改良中三次灌水留样的pH值基本无变化，呈中性，是由于淋溶水中含盐的主要成分为NaCl，呈中性。
综上所述：改良成功的达到了可栽植条件，运用该方法进行盐碱土原位改良能达到很好的效果。
以上对发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (3)
1.一种土壤膨松剂，其特征在于，由下述质量份的原料制成：粉碎玉米秸秆25-28份；粉碎棉花秸秆25-28份；食用菌渣20-22份；草炭土：5-10份；草木灰5-8份；沸石粉5-8份。
2.根据权利要求1所述的一种土壤膨松剂，其特征在于，由下述质量份的原料制成：粉碎玉米秸秆：28份；粉碎棉花秸秆：28份；食用菌渣：22份；草炭土：10份；草木灰：5份；沸石粉：7份。
3.根据权利要求1或者2所述的一种土壤膨松剂，其特征在于，所述土壤膨松剂由下述步骤制得，1)将玉米秸秆均匀粉碎成长度不超过0.5cm粉末；2)将棉花秸秆均匀粉碎成长度不超过0.5cm粉末；3)将粉碎的玉米秸秆、棉花秸秆和食用菌渣按比例均匀混合，并再次通过粉碎机粉碎；4)将草炭土、草木灰、沸石粉按比例均匀混合，并喷水、防尘；5)将上述步骤3)和步骤4)的产物按比例均匀混合。
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