CN106748540B - 一种用于高养分盐渍化土壤的调理剂及其制备方法与应用 - Google Patents

一种用于高养分盐渍化土壤的调理剂及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于高养分盐渍化土壤的调理剂及其制备方法与应用。所述调理剂由生物炭、非离子型聚丙烯酰胺、阴离子型聚丙烯酰胺、阳离子型聚丙烯酰胺、褐煤和硅藻土组成；所述生物碳、所述非离子型聚丙烯酰胺、所述阴离子型聚丙烯酰胺、所述阳离子型聚丙烯酰胺、所述褐煤与所述硅藻土的质量比为5～10：2～4：2～4：1～3：3～5：1。本发明调理剂解决了盐渍化现象对土壤造成的土壤物理性状差、离子含量高和土壤质量低等一系列问题，能够使土壤容重下降，土壤孔隙度增大，有利于土壤中的水、气、热等的交换提高土壤肥力，同时降低了盐分离子含量和全盐含量，减轻了其对土壤和作物的危害，从而增加了作物产量。

Description

一种用于高养分盐渍化土壤的调理剂及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及一种高分子调理剂及其制备方法与应用，具体涉及一种用于高养分盐渍化土壤的调理剂及其制备方法与应用。
背景技术
盐渍化土壤中含有钾、钠、钙、镁的氯化物、硫酸盐、重碳酸盐等盐碱成分,会导致土壤理化性质异常，土壤质量低，在不同程度上抑制植物生长。大棚土壤的盐渍化现象是由于设施种植生长速度快、产量高、茬数多，园区往往在每茬前都会施用大量底肥(以有机肥料为主)，因而，一些未被作物吸收利用的养分及肥料大量残留于土壤中，成为土壤盐分离子的主要来源，使得土壤的硝态氮、磷、钾、硫酸根离子富集而产生的人为的次生盐渍化现象，因此，改良高养分盐渍化土壤，对农业的可持续发展有着积极意义。
目前，能够有效缓解盐渍化土壤危害问题的方法是正确的施用土壤调理剂，但是目前市场上的人工合成调理剂，根据原料的来源不同，其改良土壤的作用机制不同，产品质量、效果也有所不同，而且目前市场中的土壤调理剂应用时间过短、性能不稳定，因此需要研发针对高养分盐渍化土壤条件下的土壤调理剂。在此背景下，使用所研发的人工合成调理剂来增强对水溶性离子的吸附，降低土壤中的盐分含量、提高土壤通气、透水性能，降低土壤盐分含量，进而达到增加作物产量的效果，势在必行。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于高养分盐渍化土壤的调理剂，本发明调理剂解决了盐渍化现象对土壤造成的土壤物理性状差、离子含量高和土壤质量低等一系列问题，能够使土壤容重下降，土壤孔隙度增大，有利于土壤中的水、气、热等的交换提高土壤肥力，同时降低了盐分离子含量和全盐含量，减轻了其对土壤和作物的危害，从而增加了作物产量。
本发明所提供的用于高养分盐渍化土壤的调理剂，由生物炭、非离子型聚丙烯酰胺、阴离子型聚丙烯酰胺、阳离子型聚丙烯酰胺、褐煤和硅藻土组成。
所述的调理剂中，所述生物碳、所述非离子型聚丙烯酰胺、所述阴离子型聚丙烯酰胺、所述阳离子型聚丙烯酰胺、所述褐煤与所述硅藻土的质量比可为5～10：2～4：2～4：1～3：3～5：1。
所述的调理剂中，所述生物碳、所述非离子型聚丙烯酰胺、所述阴离子型聚丙烯酰胺、所述阳离子型聚丙烯酰胺、所述褐煤与所述硅藻土的质量比具体可为8：3：3：1：4：1。
所述的调理剂中，所述生物炭可由松木屑制备得到，具体是松木屑在高温、缺氧条件下经热解后未完全气化的部分生成的固体产物；
所述非离子型聚丙烯酰胺的分子量可为500万～700万，具体可为600万；
所述阴离子型聚丙烯酰胺的分子量可为700万～900万，具体可为800万；
所述阳离子型聚丙烯酰胺的分子量可为900万～1100万，具体可为1000万；
所述褐煤的质量含水率为10％～30％，挥发分含量大于30％，腐殖酸含量不低于40％。
本发明所述调理剂可按照如下方法进行制备：按照所述质量比，将所述生物碳、所述非离子型聚丙烯酰胺、所述阴离子型聚丙烯酰胺、所述阳离子型聚丙烯酰胺、所述褐煤和所述硅藻土采用干混法混合即得。
使用本发明调理剂改善高养分盐渍化土壤时的方法包括如下步骤：将所述调理剂作为基肥施用于高养分盐渍化土壤中；
以所述高养分盐渍化土壤的含盐量为2.0～4.5g/kg计，所述调理剂的施加量可为5～25kg/亩。
本发明调理剂可应用于改善高养分盐渍化土壤中，具体可表现为如下几个方面：
1)改善高盐分盐渍化土壤的物理性质；
所述物理性质指的是土壤容重和土壤孔隙度，作为土壤松紧程度的指标，所述调理剂能够降低土壤容重以及提高土壤孔隙度；
所述土壤容重指的是单位容积的原状土壤的干重；
所述土壤孔隙度指的是单位土壤容积内各种大小空隙容积所占的百分数，它表示土壤中各种大小孔隙度的总和；
2)提高高盐分盐渍化土壤温度；
所述土壤温度指的是浅表地温，如0～5cm、0～10cm或0～12cm深度范围内的土壤温度；
3)吸附高盐分盐渍化土壤有机质和有效磷；
4)降低高盐分盐渍化土壤中的盐分离子含量和全盐含量；
所述盐分离子包括钾离子、钠离子、钙离子、镁离子、氯离子和硫酸根离子；
所述全盐含量指的是采用一定的水土比例、在一定时间内浸提出来的土壤中所含有的水溶性盐分，本发明采用重量法(国家标准HJ/T51-1999)进行测定；
5)提高高养分盐渍化土壤种植作物的产量和品质。
以种植黄瓜为例，本发明调理剂具有增产的作用，同时，经本发明调理剂处理的黄瓜的可溶性糖含量最高，还原型VC最高，硝态氮含量最低，大大提高了黄瓜的品质。
与现有技术相比，本发明调理剂具有以下优点：
(1)本发明调理剂包括生物碳和褐煤，它们可以增加土壤的孔隙度，改善土壤的通气、透水状况，因此向盐渍化土壤中施用本发明土壤调理剂后，能够降低土壤容重，增加土壤孔隙度，提高土壤质量。
(2)本发明调理剂中的生物碳能够抑制土壤对磷等离子的吸附，改善作物对磷的吸收。提高土壤地温促进作物提前成熟，因此向高养分土壤中施用本发明调理剂可以吸附土壤中过剩的养分。
(3)本发明调理剂中的硅藻土具有多孔、吸附性能好的特点，施用后能降低土壤水溶性盐分离子含量，降低土壤容重，提高土壤的保水性能。
(4)本发明调理剂中的聚丙烯酰胺，具有很宽的分子量，其中非离子型聚丙烯酰胺和阴离子型聚丙烯酰胺分子量较小，能够快速溶解在土壤中，而后吸附其周围的受钠离子影响分散的微小土壤颗粒，进而形成微团聚体，改善土壤物理性质。阳离子型聚丙烯酰胺分子量较大，可以吸附土壤中的盐分离子以及养分离子。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
下述实施例中，生物炭是由松木屑在绝氧环境下经高温热裂解后生成的固态产物。
下述实施例中，褐煤的质量含水率为30％，挥发分含量大于30％，腐殖酸含量为40％。
实施例1、制备本发明的土壤调理剂
按下述重量比称取各组分：
生物碳、非离子型聚丙烯酰胺(分子量为600万左右)、阴离子型聚丙烯酰胺(分子量为800万左右)、阳离子型聚丙烯酰胺(分子量为1000万左右)、褐煤与硅藻土的质量比为8：3：3：1：4：1，采用干混法混匀即得到本发明土壤调理剂。
实施例2、本发明土壤调理剂的性能测试
以下(包括实施例)提供评价本发明土壤调理剂与有机肥对比试验数据：
将实施例1制备的土壤调理剂用于下述对比试验，本实施例试验在北京市房山区泰华芦村基地开展，该基地土壤养分含量高且存在较严重的盐渍化现象(含盐量为3.0～3.5g/kg)。空白处理为不施肥处理，示范处理1，所施底肥为本发明实施例1制备的土壤调理剂，示范处理2、3、4的肥料是该园区倾向于使用的肥料品种。
试验地：北京市房山区；
2016年，黄瓜，大棚试验；
空白处理：不施肥处理；
示范处理1：底肥施土壤调理剂5kg/亩；
示范处理2：底肥施有机肥料(鸡粪)500kg/亩；
示范处理3：底肥施有机肥料(羊粪)500kg/亩；
示范处理4：底肥施有机肥料(牛粪)500kg/亩。
一、本发明的土壤调理剂对土壤物理特性的对比试验
表1不同处理对土壤物理性状(土壤容重和孔隙度)的影响
处理 空白处理 示范处理1 示范处理2 示范处理3 示范处理4
试验开始时土壤的容重(g/cm<sup>3</sup>) 1.30 1.26 1.28 1.29 1.29
试验结束时土壤的容重(g/cm<sup>3</sup>) 1.28 1.16 1.22 1.25 1.23
土壤容重同比减少率(％) 1.53％ 7.93％ 4.68％ 3.10％ 4.65％
试验开始时土壤的孔隙度％ 50.94％ 52.45％ 51.69％ 51.32％ 51.32％
试验结束时土壤的孔隙度％ 51.69％ 56.22％ 53.96％ 52.83％ 53.58％
土壤孔隙度同比增加率(％) 1.48％ 7.23％ 4.37％ 2.94％ 4.41％
土壤容重与土壤孔隙度可以反映土壤调理剂对土壤物理性状的改良作用。土壤容重指单位容积的原状土壤的干重，土壤孔隙度指单位土壤容积内各种大小空隙容积所占的百分数，它表示土壤中各种大小孔隙度的总和。土壤容重和土壤孔隙度可作为土壤松紧程度的指标。
从表1可以看出，结果表明，使用了本发明土壤调理剂的试验处理(示范处理1)相较与其他处理，显著降低了土壤容重同时增加了土壤的孔隙度，使得试验结束时土壤容重为1.16g/cm3，土壤的孔隙度为56.22％，属于土壤松紧程度的最适合数值范围。说明本发明土壤调理剂能够降低土壤容重、增加土壤的孔隙度，改善土壤的通气、透水状况，提高土壤质量。
二、本发明土壤调理剂对土壤温度的对比试验
表2不同处理对土壤温度的影响
处理 空白处理 示范处理1 示范处理2 示范处理3 示范处理4
试验过程中土壤的平均温度℃ 19.1 21.6 19.5 19.4 19.6
从表2可以看出，使用了本发明土壤调理剂处理(示范处理1)的土壤相较与其他处理，提高了土壤地温1～3℃，促使作物的成熟期提前3～5天。本实施例中的土壤温度指的是浅层地温，0～5cm、0～10cm和0～12cm的土壤温度。
三、本发明土壤调理剂对高养分盐渍化土壤养分吸附能力对比试验
土壤有机质与有效磷含量均可以表明土壤的养分状况可以反映本发明土壤调理剂对土壤养分的吸附能力。
表3土壤养分分级标准
级别 1 2 3 4 5 6
有机质g/kg ＞40 30-40 20-30 10-20 6-10 ＜6
有效磷mg/kg ＞40 20-40 10-20 5-10 3-5 ＜3
表4北京市土壤养分指标评分规则
Figure BDA0001223312580000051
表5不同处理对土壤有机质的影响
处理 空白处理 示范处理1 示范处理2 示范处理3 示范处理4
试验开始时土壤的有机质含量g/kg 43.8 52.6 53.7 53.6 57.6
试验结束时土壤的有机质含量g/kg 42.3 40.4 47.7 46.4 50.0
土壤有机质同比减少率(％) 3.42％ 23.19％ 11.17％ 13.43％ 13.19％
表6不同处理对土壤有效磷的影响
Figure BDA0001223312580000052
从表3-6可以看出，本园区的土壤养分处于极高的水平，存在营养过剩的问题。若以全国第二次土壤普查推荐的土壤肥力等级分级标准(表4)衡量，土壤的养分指标远远高于1级指标。表5和表6的结果表明，使用了本发明土壤调理剂的试验处理与其他处理相比，降低了土壤的有机质、有效磷的含量，与试验开始时土壤有机质降低了23.19％、土壤的有效磷含量降低了50.49％，试验结束时土壤的有机质为40.4g/kg，属于土壤养分1级指标范围内。说明本发明土壤调理剂土壤具有吸附土壤有机质和有效磷的能力。
四、本发明土壤调理剂对高养分盐渍化土壤中水溶性钾离子、钠离子、钙离子、镁离子、氯离子和硫酸根离子淋洗作用对比试验
本发明中水溶性钾离子、钠离子、钙离子、镁离子、氯离子和硫酸根离子的浓度均是采用电感耦合等离子光谱仪(715-ES)测定。
土壤全盐量指的是用一定的水土比例和在一定时间内浸提出来的土壤中所含有的水溶性盐分，以重量法(国家标准HJ/T51-1999)测定。
土壤全盐量与上述测定值和计算值有关，钠、氯、硫酸根离子均为盐分离子可以反映改良剂对土壤盐分离子的改良作用。
表7不同处理对土壤水溶性K+的影响
Figure BDA0001223312580000061
表8不同处理对土壤水溶性Na+的影响
Figure BDA0001223312580000062
表9不同处理对土壤水溶性Ca2+的影响
Figure BDA0001223312580000063
表10不同处理对土壤水溶性Mg2+的影响
Figure BDA0001223312580000064
表11不同处理对土壤水溶性Cl-的影响
处理 空白处理 示范处理1 示范处理2 示范处理3 示范处理4
试验开始时土壤水溶性Cl<sup>-</sup>含量mg/kg 402 411 397 409 413
试验开始时土壤水溶性Cl<sup>-</sup>含量mg/kg 354 62.2 174 191 209
土壤水溶性Cl<sup>-</sup>同比减少率(％) 11.94％ 84.87％ 56.17％ 53.30％ 49.39％
表12不同处理对土壤水溶性SO4 2-的影响
处理 空白处理 示范处理1 示范处理2 示范处理3 示范处理4
试验开始时土壤水溶性SO<sub>4</sub><sup>2-</sup>含量mg/kg 203 200 198 206 197
试验开始时土壤水溶性SO<sub>4</sub><sup>2-</sup>含量mg/kg 164 85.6 100 112 106
土壤水溶性SO<sub>4</sub><sup>2-</sup>同比减少率(％) 19.21％ 57.2％ 49.49％ 45.63％ 49.19％
测定结果如上述表7-12所示，结果表明，使用本发明土壤调理剂对土壤水溶性钾、钠、钙、镁、氯和硫酸根离子具有较好的淋洗效果，使用本发明土壤调理剂的处理(示范处理1)对土壤水溶性钾、钠、钙、镁、氯和硫酸根离子减少率分别为：77.55％、71.29％、63.76％、78.59％、84.87％和57.2％，远远高于本实施例的其它处理。
表13不同处理对土壤盐分的影响
处理 空白处理 示范处理1 示范处理2 示范处理3 示范处理4
试验开始时土壤的全盐(g/kg) 3.18 3.10 3.06 3.04 3.12
试验结束时土壤的全盐(g/kg) 3.05 1.8 2.61 2.53 2.56
土壤全盐同比减少率(％) 4.08％ 41.93％ 14.71％ 16.78％ 17.95％
土壤全盐量指的是采用用一定的水土比例、在一定时间内浸提出来的土壤中所含有的水溶性盐分，以重量法(国家标准HJ/T51-1999)测定。测定结果如表13所示，结果表明，使用本发明的土壤调理剂后(示范处理1)，高养分盐渍化土壤的全盐含量由3.10g/kg降低至1.8g/kg，土壤由重度盐渍化程度降低至轻度盐渍化状况，土壤的全盐减少率达到了41.93％，高于本实施例的其它处理。
上述为本发明的较佳效果的实施例，其中一系列数字表明本发明土壤调理剂能够降低土壤中水溶性钾、钠、钙、镁、氯、硫酸根离子和土壤全盐含量，证明了本发明的土壤调理剂对高养分盐渍化土壤有良好的改良效果。
五、本发明土壤调理剂对黄瓜产量的影响
表14不同处理对黄瓜产量的影响
Figure BDA0001223312580000081
由表14的结果可以看出，使用本发明土壤调理剂的处理(示范处理1)平均亩产7202公斤，比空白对照处理增产1593公斤，增产率为28.4％；比示范处理2增加430公斤，增产率为6.52％；比示范处理3增产250公斤，增产率为3.69％；比示范处理4增加553公斤，增产率为8.55％，证明在高养分盐渍化土壤中施用本发明土壤调理剂能够实现增产的效果。
六、本发明土壤调理剂对黄瓜品质的影响
表15不同处理对黄瓜品质的影响
处理 空白处理 示范处理1 示范处理2 示范处理3 示范处理4
可溶性糖(％) 2.17 4.21 2.67 3.06 2.48
还原型VC(mg/kg) 14.9 91.8 43.9 49.9 49.9
硝态氮(mg/kg) 83.9 47.9 65.2 72.7 58.1
由表15的结果可以看出，施用本发明土壤调理剂的处理(示范处理1)的黄瓜可溶性糖含量、还原型VC含量均最高，硝态氮含量最低，表明本发明土壤调理剂大大提高了黄瓜的品质。

Claims (7)

1.一种用于高养分盐渍化土壤的调理剂，其特征在于：所述调理剂由生物炭、非离子型聚丙烯酰胺、阴离子型聚丙烯酰胺、阳离子型聚丙烯酰胺、褐煤和硅藻土组成；
所述生物碳、所述非离子型聚丙烯酰胺、所述阴离子型聚丙烯酰胺、所述阳离子型聚丙烯酰胺、所述褐煤与所述硅藻土的质量比为5～10：2～4：2～4：1～3：3～5：1；
所述生物碳由松木屑制备得到；
所述非离子型聚丙烯酰胺的分子量为300万～600万；
所述阴离子型聚丙烯酰胺的分子量为700万～800万；
所述阳离子型聚丙烯酰胺的分子量为900万～1200万。
2.根据权利要求1所述的调理剂，其特征在于：所述生物碳、所述非离子型聚丙烯酰胺、所述阴离子型聚丙烯酰胺、所述阳离子型聚丙烯酰胺、所述褐煤与所述硅藻土的质量比为8：3：3：1：4：1。
3.权利要求1或2所述调理剂的制备方法，包括如下步骤：按照所述质量比，将所述生物碳、所述非离子型聚丙烯酰胺、所述阴离子型聚丙烯酰胺、所述阳离子型聚丙烯酰胺、所述褐煤和所述硅藻土采用干混法混合即得。
4.一种改善高养分盐渍化土壤的方法，包括将权利要求1或2所述调理剂作为基肥施用于高养分盐渍化土壤中的步骤。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：以所述高养分盐渍化土壤的含盐量为2.0～4.5g/kg计，所述调理剂的施加量为5～25kg/亩。
6.权利要求1或2所述调理剂在改善高养分盐渍化土壤中的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：所述应用表现为如下1)-5)中任一种：
1)改善高盐分盐渍化土壤的物理性质；
2)提高高盐分盐渍化土壤温度；
3)吸附高盐分盐渍化土壤有机质和有效磷；
4)降低高盐分盐渍化土壤中的盐分离子含量和全盐含量；
所述盐分离子包括钾离子、钠离子、钙离子、镁离子、氯离子和硫酸根离子；
5)提高高养分盐渍化土壤种植作物的产量和品质。
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