CN106748493A - 一种用于砂性土壤的土壤结构改良剂及土壤改良方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于砂性土壤的土壤结构改良剂，由包括如下组分的原料混合而成：粒径＜1mm的生物质炭颗粒，相当于所述生物质炭颗粒重量10‑15％的腐植酸和/或腐植酸盐粉末，相当于所述生物质炭颗粒重量1‑5％的氧化铁粉末，相当于所述生物质炭颗粒重量30‑50％的水。采用本发明的土壤结构改良剂对砂性土壤进行改良，可提高砂性土壤团聚性，增加土壤保水性、增加土壤粘性、提高土壤保存有机质能力，提高土壤肥力，增加作物产量；还可增加土壤固碳数量。同时，本发明的方法简单易行、成本低、效果明显而持久、易于大面积应用。

Description

一种用于砂性土壤的土壤结构改良剂及土壤改良方法

技术领域

本发明涉及农业土壤培肥技术领域，尤其涉及一种用于砂性土壤的土壤结构改良剂，同时涉及利用该土壤结构改良剂提高砂性土壤团聚性的方法。

背景技术

土壤团聚性是重要的土壤物理性质，影响土壤透气性、储水能力、耕性和植物根系伸展能力，是土壤肥力中的重要因素。砂性土壤粘粒含量少，有机质含量低，所以很难自然形成团聚体，尤其是大于1mm的团聚体，因此提高土壤大团聚体数量是砂性土壤培肥的重要内容。

提高土壤团聚性的方法有很多种，主要分为粘合剂法、有机肥法和农艺法，其中以粘合剂法应用最为广泛。在粘合剂法中，以人工合成的聚丙烯酰胺为最普遍，但其高昂的成本影响了其大面积的应用。在砂性土壤中，由于砂粒之间粘合力很小，粘粒含量又低，所以使用聚丙烯酰胺类产品促使土壤团聚的效果十分不好。

现有技术中公开的涉及该领域的技术存在如下缺陷和不足：(1)工艺复杂，如“一种修复改良土壤结构的复合制剂及其制备方法(公开号CN106085459A)”中的改性废沸石是废催化裂化催化剂经过煅烧、粉碎，负载酸后得到的；(2)组成复杂，如“一种改良土壤团聚体的生物质有机肥料(公开号CN105967783A)”中涉及烤烟叶粉、膨润土、聚天冬氨酸、磷酸二铵、小麦谷朊粉、硫酸亚镍、柠檬酸铁、农作物秸秆、伊乐藻、纤维素酶制剂、蛋白酶制剂、酸豆果、水适量等13种成分，“一种改善土壤结构的土壤调理剂及制备方法(公开号CN106085438A)”中涉及11种成分；(3)人工化学品多，如“一种改良土壤结构的有机肥料及其制备方法(公开号CN104140318A)”中使用尿素、硫酸亚铁、磷酸氢钙、腐殖酸钠、明胶、硫酸锰、黄原胶等化学品；(4)对土壤组成改变大，如“利用生物质灰渣快速改良土壤团聚体的方法(公开号CN103918375A)”中每亩要施入生物质灰渣1200kg，对土壤无机物组成改变巨大。上述特点均在不同程度上导致产品或技术应用的局限性。

本发明以避免上述技术的不足为出发点，针对砂性土壤，提出一种组分简单、成本低、施用方便、效果迅速而持久的方法来提高土壤团聚性。

发明内容

本发明以避免现有技术中的不足为出发点，针对砂性土壤，提出一种组分简单、成本低、制备工艺简单的土壤结构改良剂，并同时提供使用该改良剂改良砂性土壤结构的方法，本发明的方法可实现迅速而持久地提高砂性土壤大团聚体数量的目的。

为实现上述目的，本发明的技术方案之一是：一种用于砂性土壤的土壤结构改良剂，由包括如下组分的原料混合而成：粒径＜1mm的生物质炭颗粒，相当于所述生物质炭颗粒重量10-15％的腐植酸和/或腐殖酸盐粉末，相当于所述生物质炭颗粒重量1-5％的氧化铁粉末，相当于所述生物质炭颗粒重量30-50％的水。

本发明从土壤颗粒组成差异出发，通过氧化铁粉末与土壤颗粒的无机胶结作用、腐植酸分子与土壤颗粒的有机胶结作用以及孔隙丰富的生物质炭颗粒对有机质的保存作用，促进土壤颗粒的团聚作用，从而实现了提高砂性土壤团聚性的目的。具体而言，对于形成土壤团聚体而言，砂性土壤同时缺乏有机胶结物和无机胶结物，尤其是有机胶结物，因此，本发明的方案中，含有10-15％(较多)腐植酸和/或腐植酸盐和1-5％的氧化铁粉末(较少)，此两种物质可提供更多的有机胶结物并辅以一定的无机胶结物，有助于快速提高土壤颗粒的团聚性。

其中，所述生物质炭颗粒是以小麦秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆中的任意一种为原料制备得到的。与其他可用于制备生物质炭颗粒的原料，如棉花杆、花生壳等相比，本发明采用的用于制备生物质炭颗粒的原料是草本植物茎秆，具有柔软、易加工、易得的特点，以此制备得到的生物质炭颗粒具有孔隙丰富、易粉碎、松软、作用类似土壤粘粒的性质，非常适用于改良砂性土壤。

优选地，所述生物质炭颗粒是以小麦秸秆或玉米秸秆为原料制备得到的。

所述生物质炭颗粒的制备方法为：取所述生物质炭颗粒的原料，于500-600℃厌氧裂解1-3h，粉碎，过筛，取＜1mm粒径颗粒，即得。

在一种具体的实施方式中，所述生物质炭颗粒的制备方法为：取所述生物质炭颗粒的原料，于550℃厌氧裂解2h，粉碎，分别过3mm和1mm筛，取1-3mm粒径颗粒，即得。

或者，所述生物质炭颗粒也可通过市购手段购买用所述原料制成的生物质炭，经粉碎，过筛，取＜1mm颗粒而得。

本发明以生物质炭颗粒作为土壤改良剂的主要成分，可实现小麦秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆等农林废弃物的循环使用，并且该类物质来源广泛，价格低廉，以此为原料制备生物质炭颗粒的方法简单，易于操作。

优选地，所述腐植酸盐为腐植酸钠和/或腐植酸钾。

本发明的土壤结构改良剂中含有30-50％的水，一方面，水的存在能够增加改良剂中腐殖酸和/或腐殖酸盐、氧化铁粉末两种材料的融合，另一方面可降低施用时的灰尘飞扬，可进一步提高土壤改良效果，确保使用的便捷性和安全性。

作为本发明较佳的技术方案，所述土壤结构改良剂中，所述腐植酸和/或腐植酸盐粉末的重量相当于所述生物质炭颗粒重量的10-12％，所述氧化铁粉末的重量相当于所述生物质炭颗粒重量的3-4％，所述水的重量相当于所述生物质炭颗粒重量的38-42％。

作为本发明最佳的技术方案，所述土壤结构改良剂中，所述腐植酸钠粉末的重量相当于所述生物质炭颗粒重量的11.5％，所述氧化铁粉末的重量相当于所述生物质炭颗粒重量的3.5％，所述水的重量相当于所述生物质炭颗粒重量的40％。

本发明的技术方案之二是：一种利用上述任意一种土壤结构改良剂提高砂性土壤团聚性的方法，所述方法具体为：将所述土壤结构改良剂均匀撒在待改良砂性土壤的表面，采用农用机具将其翻入0-20cm表层土壤即可。

优选地，所述土壤结构改良剂的亩用量为2-12吨。采用本发明的用量，改良剂中腐植酸的加入量可达土壤质量的0.2％左右，该数量可占砂性土壤本身有机质的30-80％，可显著提高土壤有机质含量，因此可迅速提高土壤的团聚体数量。改良剂中的氧化铁粉末可达土壤质量的0.06％左右，也可发挥显著的胶结作用。

进一步优选地，针对砂性土壤的不同程度，调整土壤结构改良剂的用量可以最经济的用量取得最佳的改良效果，具体而言：

当待改良砂性土壤≤20cm土层土壤质地为重砂土时，所述土壤结构改良剂的亩用量为9-11吨；(最优为10吨)

当待改良砂性土壤≤20cm土层土壤质地为中或轻砂土时，所述土壤结构改良剂的亩用量为5-7吨；(最优为6吨)

当待改良砂性土壤≤20cm土层土壤质地为砂粉土时，所述土壤结构改良剂的亩用量为2-4吨。(最优为3吨)

其中，本发明所述的重砂土、中或轻砂土、砂粉土的定义参照邓时琴编著的《中国土壤质地分类》(1996年)中的定义，即：重砂土的定义为：中砂粒(1-0.05mm)含量>80％的土壤；中或轻砂土的定义为：中砂粒(1-0.05mm)含量50-70％的土壤；砂粉土的定义为：中砂粒(1-0.05mm)含量≥20％、粗粉粒(0.05-0.01mm)含量≥40％的土壤。

采用本发明的土壤结构改良方法，可提高砂性土壤团聚性，增加土壤保水性、增加土壤粘性、提高土壤保存有机质能力，提高土壤肥力，增加作物产量；还可增加土壤固碳数量。同时，本发明的方法简单易行、成本低、效果明显而持久、易于大面积应用。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可以相互组合，即得本发明各较佳实例。

本发明涉及到的原料和试剂均可市购获得。

附图说明

图1为粒径＜1mm生物质炭颗粒的形态图；

图2为腐殖酸钠(左侧图)和氧化铁粉末(右侧图)的形态图；

图3为实施例1土壤结构改良剂的形态图；

图4为效果实验例1的结果图；

图5为效果实验例2的结果图。

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。实施例中涉及的操作如无特殊说明，均为本领域常规技术操作；

实施例1

一种土壤结构改良剂，由如下重量的组分混合而成：

该实施例同时提供了上述土壤改良剂的制备方法，包括如下步骤：

1)取10kg干风干玉米秸秆置于炭化炉中，于550℃下无氧碳化处理2h，得到2.8kg生物质炭；(形态如图1所示)

2)将上述生物质炭用粉碎机粉碎，过1mm筛，留取＜1mm颗粒备用；

3)将230g商品腐植酸钠粉末(粒径100目)，70g氧化铁粉末(粒径200目)倒入800mL自来水中，混合均匀，制成腐植酸/氧化铁混合悬液；(腐植酸钠粉末和氧化铁粉末的形态如图2所示)

4)取2000g＜1mm生物质炭颗粒，加入腐植酸/氧化铁混合悬液800mL，混合均匀，即得所述土壤结构改良剂。(形态如图3所示)

实施例2

一种土壤结构改良剂，由如下重量的组分混合而成：

该实施例同时提供了上述土壤改良剂的制备方法，包括如下步骤：

1)取10kg干风干小麦秸秆置于炭化炉中，于550℃下无氧碳化处理2h，得到3.0kg生物质炭；

2)将上述生物质炭用粉碎机粉碎，过1mm筛，留取＜1mm颗粒备用；

3)将230g商品腐植酸钠粉末(粒径100目)，70g氧化铁粉末(粒径200目)倒入800mL自来水中，混合均匀，制成腐植酸/氧化铁混合悬液；

4)取2000g＜1mm生物质炭颗粒，加入腐植酸/氧化铁混合悬液800mL，混合均匀，即得。

效果实验例1

实验方法：

(1)取一种经过风干的砂壤土6000克，过1mm筛，分别称取12份，每份500克；

(2)取4份土样中，分别加入0、8.05、16.10、24.15克生物质炭/腐植酸/氧化铁混合制剂(即实施例1的土壤结构改良剂)，用量分别为对照、50％最适量、最适量、150％最适量。最适量相当于6.0吨/亩。

(3)同步骤(2)的处理，另做2个重复，合计每个处理三个重复。

(4)将上述12份土样分别摊开，各喷洒100毫升自来水，混合均匀，分别放入12只1000毫升烧杯中，压缩体积至360毫升(容重约为1.4g/cm³)。

(5)对上述土样，进行干湿交替5次。

实验结果：

培养结束后，测定>2mm和1-2mm土壤团聚体数量，结果见图4。

从图4可以看出，按照最适量加入制剂，>2mm和1-2mm团聚体比例可分别超过土壤总量的15％和20％，总量达到约30％，是不加制剂(对照处理)的3.6倍，效果显著。而减量(0.5最适量)加入后，>2mm和1-2mm团聚体比例增加很少，效果不显著。超量(1.5最适量)加入则无进一步提升效果，甚至降低1-2mm级别团聚体数量。

效果实验例2

实验方法：

(1)取一种经过风干的砂壤土6000克，过1mm筛，分别称取12份，每份500克；

(2)取4份土样中，分别加入0、13.44、26.88、40.32克生物质炭/腐植酸/氧化铁混合制剂(即实施例2的土壤结构改良剂)，用量分别为对照、50％最适量、最适量、150％最适量。最适量相当于10吨/亩。

(3)同步骤(2)的处理，另做2个重复，合计每个处理三个重复。

(4)将上述12份土样分别摊开，各喷洒100毫升自来水，混合均匀，分别放入12只1000毫升烧杯中，压缩体积至360毫升(容重约为1.4g/cm³)。

(5)对上述土样，进行干湿交替5次。

实验结果：

培养结束后，测定>2mm和1-2mm土壤团聚体数量，结果见图5。

从图5可以看出，按照最适量加入制剂，>2mm和1-2mm团聚体比例可分别超过土壤总量的9％和12％，总量达到约20％，是不加制剂(对照处理)的6.2倍，效果显著。而减量(0.5最适量)加入后，>2mm和1-2mm团聚体比例增加很少，效果不显著。超量(1.5最适量)加入则无进一步提升效果，甚至降低＞2mm级别团聚体数量。

虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，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 (10)

1.一种用于砂性土壤的土壤结构改良剂，其特征在于，由包括如下组分的原料混合而成：粒径＜1mm的生物质炭颗粒，相当于所述生物质炭颗粒重量10-15％的腐植酸和/或腐植酸盐粉末，相当于所述生物质炭颗粒重量1-5％的氧化铁粉末，相当于所述生物质炭颗粒重量30-50％的水。

2.根据权利要求1所述的土壤结构改良剂，其特征在于：所述生物质炭颗粒是以小麦秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆中的任意一种为原料制备得到的。

3.根据权利要求1所述的土壤结构改良剂，其特征在于：所述生物质炭颗粒是以小麦秸秆或玉米秸秆为原料制备得到的。

4.根据权利要求2或3所述的土壤结构改良剂，其特征在于：所述生物质炭颗粒的制备方法为：取所述生物质炭颗粒的原料，于500-600℃厌氧裂解1-3h，粉碎，过筛，取＜1mm粒径颗粒，即得。

5.根据权利要求1所述的土壤结构改良剂，其特征在于：所述腐植酸盐为腐植酸钠和/或腐植酸钾。

6.根据权利要求1所述的土壤结构改良剂，其特征在于：所述腐植酸和/或腐植酸盐的重量相当于所述生物质炭颗粒重量的10-12％，所述氧化铁粉末的重量相当于所述生物质炭颗粒重量的3-4％，所述水的重量相当于所述生物质炭颗粒重量的38-42％。

7.权利要求1-6任一项所述的土壤结构改良剂在改良砂性土壤结构中的应用。

8.一种利用权利要求1-6任一项所述的土壤结构改良剂提高砂性土壤团聚性的方法，其特征在于：将所述土壤结构改良剂均匀撒在待改良砂性土壤的表面，采用农用机具将其翻入0-20cm表层土壤即可。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述土壤结构改良剂的亩用量为2-12吨。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：当待改良砂性土壤≤20cm土层土壤质地为重砂土时，所述土壤结构改良剂的亩用量为9-11吨；

当待改良砂性土壤≤20cm土层土壤质地为中或轻砂土时，所述土壤结构改良剂的亩用量为5-7吨；

当待改良砂性土壤≤20cm土层土壤质地为砂粉土时，所述土壤结构改良剂的亩用量为2-4吨。