CN106635030B - 一种酸性土壤改良剂及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种酸性土壤改良剂，由生物炭、泥炭和钙镁磷肥组成，其中，生物炭、泥炭和钙镁磷肥的质量比为5～7：2～4：1～2。上述酸性土壤改良剂的制备方法包括以下步骤：(1)生物炭的制备：取秸秆，粉碎后先裂解；将裂解所得产物升温通入氨气活化，然后冷却过筛，即得生物炭。(2)混合：将步骤(1)制备所得生物炭与泥炭、钙镁磷肥按照配方混合即可。本发明的酸性土壤改良剂通过提高生物炭中的碱性基团，从而提高了其对于土壤中pH的中和能力，通过添加了含有腐殖酸的泥炭来缓冲pH，同时添加钙镁磷肥，在防止土壤pH降低变化的同时也补充土壤的微量元素，有利于全面改良土壤提高农作物产量。
Description
技术领域
本发明属于农业环境科学技术，特别是涉及一种酸性土壤改良剂及其制备方法与应用。
背景技术
随着社会经济和农业的发展，由于长期氮肥过量施用等原因，致使我国酸化土壤的面积和酸化程度呈逐渐增加趋势。土壤酸化不仅使土壤中营养元素如钾、钙、镁等大量流失，而且使土壤中各种金属和重金属化合物的溶解度增加，导致土壤中重金属对环境的危害，此外土壤酸化还会破坏土壤的团粒结构，导致土壤通气透水性不良，降低磷的有效性等环境问题，严重影响我国农业生产的能力。
从生态环境保护的角度出发，农业生产过程中会产生大量的秸秆，这些废弃生物质资源如可以通过制备变为土壤改良剂，将其变废为宝，在充分利用废弃资源保护环境的同时，改善土壤结构，提高酸性土壤pH。而生物炭作为一种在缺氧条件下通过热解生物质而得到的碳质材料，因其独特物化的性质而受到人们关注。在传统的生物炭制备中，会使得生物炭本身带有少量的碱性基团，以提高酸性土壤pH，但提高土壤pH能力有限，并且生物炭添加到土壤中会随着时间进行，pH慢慢又酸化，不能达到长期改良的效果。
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种酸性土壤改良剂，并提供了其制备方法与应用。
技术方案：本发明所述的一种酸性土壤改良剂，由生物炭、泥炭和钙镁磷肥组成，其中，生物炭、泥炭和钙镁磷肥的质量比为5～7：2～4：1～2。
优选的，所述生物炭、泥炭和钙镁磷肥的质量比为7：2：1。
本发明的酸性土壤改良剂组分简单，但是配合使用能够起到很好的改良酸性土壤作用，其中，生物炭采用了特殊的制备工艺，使得其中的的碱性基团增加，具有更强的对于土壤中pH的中和能力；泥炭中含有腐殖酸，可以进一步缓冲pH；钙镁磷肥能够在改良剂调节pH的同时补充土壤的微量元素，从而达到全面改良土壤，提高农作物产量。
上述酸性土壤改良剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)生物炭的制备：取秸秆，粉碎后置300～500℃、N2保护下裂解2～4h；将裂解所得产物升温至600～800℃，并持续通入氨气，活化1～3h，冷却过筛，即得生物炭；
(2)混合：将步骤(1)制备所得生物炭与泥炭、钙镁磷肥混合均匀即得。
优选的，步骤(1)中，秸秆为玉米秸秆、水稻秸秆和小麦秸秆中的至少一种，秸秆粉碎到3～8mm，最好为5mm。
优选的，步骤(1)中，将裂解所得产物以5～15℃/min的速率升温至600～800℃。
优选的，步骤(1)中，步骤(1)中，在0.1～0.3MPa压力下通入氨气，通入氨气的流速为200～600ml/min。
优选的，步骤(1)中，活化温度为750℃。
优选的，步骤(1)中，活化时间为2h。
优选的，步骤(2)中，活化冷却后过1～5mm筛。
相比较于传统的生物炭制备，本发明中的生物炭的制备中增加了高温下的氨气活化工艺，对生物炭进行改性，从而大大提高了生物炭中的碱性基团，提高了其对于土壤中pH的中和能力。
所述酸性土壤改良剂在改良酸性土壤中的应用也在本发明的保护范围内。
使用所述酸性土壤改良剂改良酸性土壤时，是将其按比例添加到需要改良的酸性土壤中。
优选的，所述酸性土壤改良剂的使用量占待改良土壤重量的1-6％。
进一步优选的，所述酸性土壤改良剂的使用量占待改良土壤重量的3％。
有益效果：本发明的酸性土壤改良剂组分简单，效果好，在调节酸性土壤pH的同时还能补充土壤中的有机质含量，达到全面改良土壤，提高农作物产量。本发明酸性土壤改良剂的制备方法简单，易于操作；并且其中生物炭的制备中充分利用秸秆等废弃资源，环保、成本低；本发明生物炭的制备中增加了氨气活化工艺，对生物炭进行了改性，大大提高了生物炭中的碱性基团，进一步提高了其对于土壤中pH的中和能力。
说明书附图
图1是本发明制备所得生物炭的扫描电镜图；
图2是施用本发明的酸性土壤改良剂之后土壤PH值随时间变化曲线；
图3是施用本发明的酸性土壤改良剂之后土壤有机质含量随时间变化曲线。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作出详细说明。
原料来源：
泥炭购自碧源泥炭开发有限公司(特优泥炭)；
钙镁磷肥购自云南明诚化肥有限公司(麦乡宝)。
实施例1
本实施例的酸性土壤改良剂的制备方法包括以下步骤：
(1)生物炭的制备：取水稻秸秆，粉碎至5mm后，置400℃、N2保护下裂解3h；将温度提高至700℃，升温速度为10℃/min，并在0.1～0.3MPa压力下以200ml/min的流速持续通入氨气，活化2h后，冷却过5mm筛，即得生物炭；
(2)混合：将步骤(1)制备所得生物炭与购买的泥炭、钙镁磷肥按质量比为5:4:1混合均匀即得酸性土壤改良剂。
对比例1
本对比例的酸性土壤改良剂的制备中，经过步骤(1)裂解后直接冷却过5mm筛得生物炭，不经过氨气活化；其余均同实施例1。
实施例2
本实施例的酸性土壤改良剂的制备方法包括以下步骤：
(1)生物炭的制备：取玉米秸秆，粉碎至3mm后，置300℃、N2保护下裂解2h；将温度提高至600℃，升温速度为5℃/min，并在0.1～0.3MPa压力下以500ml/min的流速持续通入氨气，活化1h，冷却过2mm筛，即得生物炭；
(2)混合：将步骤(1)制备所得生物炭与购买的泥炭、钙镁磷肥按质量比为6:2:2混合均匀即得酸性土壤改良剂。
对比例2
本对比例的酸性土壤改良剂的制备中，经过步骤(1)裂解后直接冷却过2mm筛得生物炭，不经过氨气活化；其余均同实施例2。
实施例3
本实施例的酸性土壤改良剂的制备方法包括以下步骤：
(1)生物炭的制备：取小麦秸秆，粉碎至8mm后，置500℃、N2保护下裂解4h；将温度提高至800℃，升温速度为15℃/min，并在0.1～0.3MPa压力下以600ml/min的流速持续通入氨气，活化3h，冷却过1mm筛，即得生物炭；
(2)混合：将步骤(1)制备所得生物炭与泥炭、钙镁磷肥按质量比为5:3:2混合均匀即得酸性土壤改良剂。
对比例3
本对比例的酸性土壤改良剂的制备中，经过步骤(1)裂解后直接冷却过1mm筛得生物炭，不经过氨气活化；其余均同实施例3。
实施例4
本实施例的酸性土壤改良剂制备方法包括以下步骤：
(1)生物炭的制备：取玉米秸秆，粉碎至5mm后，置500℃、N2保护下裂解2h；将温度提高至750℃，升温速度为10℃/min，并在0.1～0.3MPa压力下以400ml/min的流速持续通入氨气，活化2h，冷却过4mm筛，即得生物炭；
(2)混合：将步骤(1)制备所得生物炭与泥炭、钙镁磷肥按质量比为7:2:1混合均匀即得酸性土壤改良剂。
对比例4
本对比例的酸性土壤改良剂的制备中，经过步骤(1)裂解后直接冷却过4mm筛得生物炭，不经过氨气活化；其余均同实施例4。
实施例1-4和对比例1-4制备所得生物炭的性能测定：
实施例1制备所得生物炭的扫描电镜图如图1所示，根据其表观形貌，可以看出制备所得生物炭有着很好的多孔结构。
其中，实施例1-4中步骤(1)均是采用本发明所述制备方法制备得到修饰后的生物炭；而对比例1-4中步骤(1)则是常规经过高温无氧制备得到生物炭，没有进行活化处理。
实施例1-4和对比例1-4中步骤(1)制备所得生物炭中碱性基团含量测定结果如下：
由上表可见，实施例1-4中步骤(1)经过氨气修饰后制备得到的生物炭所含碱性基团含量明显增加，更有利用其作为酸性土壤改良剂的有益成分。
制备所得酸性土壤改良剂的应用以及效果测定：
土壤改良效果主要采用土壤pH值以及土壤中有机质含量进行表征，其中土壤中有机质含量均采用重铬酸钾氧化法进行测定。
将实施例4制备所得酸性土壤改良剂按3％的重量比施入到待改良的酸化土壤中，分别于5天、10天、20天、30天、40天、60天定期测定土壤pH值，并同时采用重铬酸钾氧化法测定其中的有机质含量。施入前，待改良的酸性土壤的pH值为4.6，有机质含量为13.2g/kg。数据结果记录如下：
根据上述记录的数据绘制的曲线图如图2和图3所示，分别表示了施用该酸性土壤改良剂之后土壤pH的变化曲线以及土壤有机质含量的变化情况，由数据结果以及数据曲线可见，本发明的酸性土壤改良剂对酸性土壤的改良效果优异，并且产生效果快，在30天左右的时间就可使土壤pH稳定中和，并且随时间增加pH变化不大；有机质含量也得到较大提高，并且施入10天就开始趋于稳定。
将实施例1-4制备所得酸性土壤改良剂按3％的重量比施入到待修复的酸化土壤中，施入30天后测定土壤pH，同时采用重铬酸钾氧化法测定有机质含量，记录如下：
由上表可见，施用本发明的酸性土壤改良剂后，实施例1中土壤pH提高到5.8，实施例2中土壤pH提高到6.0，实施例3中土壤pH提高到5.6，实施例4中土壤pH提高到6.5。相对于初始pH为4.6的酸性土壤，修复后的土壤pH均得到明显提升；土壤中的有机质含量也明显增加，土壤品质明显提升。
将对比例1-4制备所得酸性土壤改良剂按3％的重量比施入到待修复的酸化土壤中，施入30天后测定土壤pH，同时采用重铬酸钾氧化法测定有机质含量，记录如下：
对比上表以及实施例的试验结果可见，由对比例没有经过活化的生物炭制备所得酸性土壤改良剂达不到改良酸性土壤的效果。
为了进一步验证本发明酸性土壤改良剂中各个组分共同的配合作用，特在实施例4的基础上，设置了对比例5-7，其中，对比例5不添加生物炭；对比例6不添加泥炭；对比例7不添加钙镁磷肥；其余均同实施例4。将上述配制所得酸性土壤改良剂按3％的重量比施入到待修复的酸化土壤中，施入30天后测定土壤pH值以及有机质含量，记录如下：
由上表可见，本发明酸性土壤改良剂中各个组分缺一不可，共同按一定配比配合施用才能达到较好的改良土壤并提高土壤品质的作用。
使用本发明所得酸性土壤改良剂时，酸性土壤改良剂的使用量占待改良土壤重量的1-6％，最好为3％。因为在施用本发明的酸性土壤改良剂的试验中发现，当酸性土壤改良剂的使用量占待改良土壤重量不到1％时，改良效果微乎其微；而当酸性土壤改良剂的使用量占待改良土壤重量超过6％时，土壤的pH值和有机质含量不再有较大变化，基于环境友好以及节约成本考虑，酸性土壤改良剂的使用量占待改良土壤重量的1-6％为最佳施用量。
Claims (3)
1.一种酸性土壤改良剂，其特征在于，由生物炭、泥炭和钙镁磷肥组成，其中，生物炭、泥炭和钙镁磷肥的质量比为5～7：2～4：1～2；其制备方法，包括以下步骤：
(1)生物炭的制备：取秸秆，粉碎后置300～500℃、N2保护下裂解2～4h；将裂解所得产物以5～15℃/min的速率升温至750℃，并在0.1～0.3MPa压力下持续通入氨气，通入氨气的流速为200～600ml/min，保持750℃活化1～3h，冷却过1～5mm筛，即得生物炭；
(2)混合：将步骤(1)制备所得生物炭与泥炭、钙镁磷肥混合均匀即得；
所述酸性土壤改良剂的使用量占待改良土壤重量的1-6％。
2.根据权利要求1所述的酸性土壤改良剂，其特征在于，所述生物炭、泥炭和钙镁磷肥的质量比为7：2：1。
3.根据权利要求1所述的酸性土壤改良剂，其特征在于，步骤(1)中，活化时间为2h。
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