CN107177356A - “石灰类物质+有机肥”改良酸化土壤的精准配比方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种“石灰类物质+有机肥”改良酸化土壤的精准配比方法，包括：(1)分别计算常用的石灰类物质和有机肥的碳酸钙当量；(2)测试待改良土壤的pH值、阳离子交换量和盐基饱和度，根据pH值、阳离子交换量和盐基饱和度计算石灰施用量；(3)根据待改良土壤的pH值，选择确定有机肥和石灰类物质的适宜搭配比例；(4)确定拟采用有机肥和石灰类物质的具体种类，根据各具体种类对应的碳酸钙当量，计算得到对于一块特定的农田所需的有机肥和石灰类物质的实物量。本发明方法精准搭配的“有机肥+石灰类物质”有机无机复合型酸化土壤改良剂，不仅能够消除单独施用石灰对土壤不良影响，而且还能达到稳定持久改良酸化土壤的目的，在土壤酸化改良方面具有重要的应用价值。

Description

“石灰类物质+有机肥”改良酸化土壤的精准配比方法

技术领域

本发明涉及一种“石灰类物质+有机肥”改良酸化土壤的精准配比方法。

背景技术

近30年来，我国农田普遍快速酸化，2010年国际著名期刊《Science》报道我国农田土壤pH比20世纪80年代平均下降了0.5个单位。农业部测土配方施肥的统计数据也显示，目前我国pH低于5.5的强酸性耕地高达2.26亿亩。酸化改变了土壤物理、化学和生物学性质，导致耕地基础地力下降，引起农作物产量大幅下降甚至绝产，如果不及时采取合理的措施对酸化土壤进行改良，将严重威胁我国粮食安全和农业可持续发展。

石灰类物质是具有一定碱度并能够用于改良酸性土壤的一类物质的统称。农业生产上常用的石灰类物质有生石灰、熟石灰、石灰石和白云石等。施用石灰是一项传统而有效的酸性土壤改良措施，成百上千年以前，在我国就有施用石灰的习惯。但土壤强烈酸化区域，一次性施用石灰数量较大，短时间内土壤pH会快速升高，导致土壤生态环境急剧变化，还能降低土壤的通透性、减少植物对磷的吸收，连年施用还能导致作物缺锌。近年来，有大量研究证实在酸性土壤上施用有机肥也能稳定甚至逐步提高酸性土壤pH，还能通过络合作用降低土壤交换性铝(铝毒的主要形态)的含量，从长远来看，能够持久地缓解土壤酸化，但如果要达到快速提高土壤pH的目的，一次性施用量则远远大于石灰数量。综上所述，单独施用石灰或者有机肥都有其优点和不足，不能达到快速持久、对土壤无不良影响的目的。因此，将石灰和有机肥搭配施用则是改良酸性土壤的重要技术途径。

石灰和有机肥混合制成有机无机型酸性土壤改良剂，有机无机性质互补，改良酸性土壤效果显著，在调节土壤酸性、改善土壤肥力方面表现出很好的互补性。然而，对于石灰和有机肥如何进行配比？至今仍缺少一套简单而行之有效的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种“石灰类物质+有机肥”改良酸化土壤的精准配比方法。

本发明所提供的“石灰类物质+有机肥”改良酸化土壤的精准配比方法，包括下述步骤：

(1)分别计算常用的石灰类物质和有机肥的碳酸钙当量；

(2)测试待改良土壤的pH值、阳离子交换量和盐基饱和度，根据待改良土壤的pH值、阳离子交换量和盐基饱和度计算石灰施用量；

(3)根据待改良土壤的pH值，选择确定有机肥和石灰类物质的适宜搭配比例；

(4)确定拟采用的有机肥和石灰类物质的具体种类，根据各具体种类对应的碳酸钙当量，计算得到对于一块特定的农田所需的有机肥和石灰类物质的实物量。

上述方法步骤(1)中，碳酸钙当量是指其他能改良酸化土壤的物质(如石灰类物质、有机肥)相当于碳酸钙的数量。

常用的石灰类物质和有机肥的碳酸钙当量见表1。

表1改良酸化土壤常用的石灰类物质和有机肥的碳酸钙当量

注：碳酸钙当量Calcium Carbonate Equivalent，简写为：CCE；石灰类物质Lime,简写为：L；有机肥Organic Fertilizer,简写为：OF。

碳酸钙当量不仅可以实现不同种类石灰物质间互相替代的数量换算，也可以实现石灰与有机肥搭配改良酸化土壤时，用有机肥替代石灰部分的精准换算，总之，碳酸钙当量是不同石灰类物质之间、不同有机肥之间、以及石灰类物质和有机肥之间互相替代换算的科学依据。

上述方法步骤(2)中，首先测试待改良土壤pH值(即土壤pH_现在)、阳离子交换量(CEC)和盐基饱和度(BS)，将土壤pH_现在、阳离子交换量和盐基饱和度代入如下公式计算石灰施用量：

石灰施用量(LR)＝(pH_目标-pH_现在)╳土壤质量╳CEC╳(1-BS)╳CaO/2

其中，pH_目标：土壤拟提升到的目标pH；

pH_现在：土壤当前的pH；

土壤质量：一般每亩20cm耕层土壤质量为150000kg；

CEC：土壤阳离子交换量，单位为cmol/kg；

BS：土壤盐基饱和度，单位为％；

CaO：氧化钙的摩尔质量，数值为56g/mol。

所述石灰施用量是一个生石灰施用总量的概念，即为，当施用石灰类物质和有机肥搭配改良酸化土壤时，拟施用的石灰类物质和有机肥分别换算为生石灰的总和等于石灰施用量。

上述方法步骤(3)中，对于土壤pH≥5.5的农田，酸性较弱，施用以有机肥为主的改良剂，有机肥和石灰类物质的适宜搭配比例可为：OF_ratio:L_ratio>3；

对于土壤4.5<pH<5.5的农田，酸性较强，有机肥与石灰类物质的适宜搭配比例可为：OF_ratio:L_ratio＝1～3；

对于土壤pH≤4.5的农田，酸性极强，施用以石灰类物质为主的改良剂，有机肥和石灰类物质的适宜搭配比例可为：OF_ratio:L_ratio<1；

其中，OF_ratio指拟使用有机肥替代的石灰数量，单位为kg/亩；

L_ratio指拟使用的石灰类物质的石灰数量，等于上述公式中的石灰施用量减去OF_ratio，单位为kg/亩。

举例说明：

某农田的土壤pH为5.0，CEC为10.1cmol/kg，BS为70％，一年内提升一个pH单位，把上述参数带入公式：石灰施用量(LR)＝(pH_目标-pH_现在)╳土壤质量╳CEC╳(1-BS)╳CaO/2，计算得到所需的石灰用量为127kg/亩。根据土壤pH所处的范围，选择有机肥与石灰类物质的搭配比例-OF_ratio:L_ratio＝1，如果有机肥选择猪粪，石灰类物质选择生石灰，则生石灰的用量(LR_生石灰)计算公式如下：

猪粪的用量(OFR_猪粪)计算公式如下：

总之，此地块需要施用生石灰63.5kg/亩和猪粪1463kg/亩改良酸化土壤。

综上所述，根据土壤所在的pH范围，选择适宜的有机肥和石灰类物质的搭配比例，再根据改良物质的碳酸钙当量，实现有机肥和石灰类物质精准配比，这种经过精准搭配的“有机肥+石灰类物质”有机无机复合型酸化土壤改良剂，不仅能够消除单独施用石灰对土壤造成的不良影响，而且还能达到稳定持久改良酸化土壤的目的，在土壤酸化改良方面具有重要的应用价值。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行说明，但本发明并不局限于此。

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试剂、材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

下述实施例中，土壤的pH值测定均采用电位法，水土比的用量比为50ml去离子水:10g风干土壤。

实施例

试验时间为2013年10月至2015年6月，试验地点位于云南曲靖市农户承包地，土壤类型是酸性红壤，质地疏松，肥力中下等。土壤基础理化指标为：土壤pH 5.0，土壤有机质21.1g/kg，CEC 12.2cmol/kg，全氮1.42g/kg，有效磷13.1mg/kg，速效钾134mg/kg。

供试作物：马铃薯(粮食作物)和大白菜(蔬菜作物)

在同一试验地块进行多个生长季作物(6个月以上)的效果试验，其中：第一生长季供试作物为马铃薯，品种是“利薯6号”；第二生长季供试作物为大白菜，品种是“鲁春白1号”，一年两茬轮作，品种均为适宜当地种植的优良品种。生长季作物轮作时，相同处理的试验小区排布、土壤调理剂施用量及施用方法与上季作物一致，采用丰产栽培管理措施。

采用随机区组排列试验设计，设5个处理3次重复，小区面积20.0m²(5.0m×4.0m)。白菜株行距20cm×40cm，定植每小区250株。马铃薯亩播2100株。试验地四周设置保护行。

各处理除土壤调理剂施用不同外，其他田间管理措施一致。试验处理具体如下：

表2田间试验每个处理所用改良剂及用量

注：经测定计算，本试验使用的商品有机肥的碳酸钙当量为131.3g/kg，表1未列出。

石灰用量计算方法如下：该农田的土壤pH5.0，CEC12.2cmol/kg，BS32％，拟一年内提升0.2个pH单位，把上述参数带入公式：石灰施用量(LR)＝(pH_目标-pH_现在)╳土壤质量╳CEC╳(1-BS)╳CaO/2＝0.2╳150000╳12.2╳0.01╳0.68╳0.028＝70kg/亩，因此，该田块所需的石灰用量为70kg/亩。

根据计算所得石灰用量70kg/亩，再依据表1的碳酸钙当量进行不同石灰类物质和有机肥之间的换算。表2具体改良剂用量按照下列公式进行计算：

处理3：采用商品有机肥部分替代石灰，在石灰用量选择35kg/亩的前提下，则商品有机肥的用量(OFR_{商品有机肥})计算公式如下：有机肥和石灰的搭配比例为：OF_ratio:L_ratio＝35:35＝1

处理4：采用商品有机肥部分替代石灰，而且石灰的用量要高于用来替代有机肥的那部分，即石灰用量选择53kg/亩的前提下，则商品有机肥的用量(OFR_{商品有机肥})计算公式如下：有机肥和石灰的搭配比例为：OF_ratio:L_ratio＝53:17≈3

处理5：采用草木灰完全替代处理7中的石灰，即把53kg/亩的石灰全部替换成草木灰，则草木灰的用量(LR_草木灰)计算公式如下：

田间试验的改土增产效果：

从表3可以看出，连续施用不同石灰类物质和有机肥搭配的酸性土壤改良剂2年后，土壤pH与处理1相比皆提高，提高幅度为0.48～0.50个单位，平均为0.49个单位，相当于1年提升土壤pH0.24个单位，因此，采用石灰类物质和有机肥搭配改良酸化土壤时，碳酸钙当量是实现在不同石灰类物质和有机肥之间换算的桥梁。而且酸性土壤改良剂中含有一定比例的有机肥，还能较大幅度的提升土壤CEC含量，与对照相比，增加幅度为12.5％～13.7％，因此，对于土壤4.5<pH<5.5的农田，用石灰类物质和有机肥进行搭配改良酸化土壤的效果要优于单独施用石灰，有机肥与石灰类物质的适宜搭配比例在1～3之间。

表3连续2年施用改良剂土壤性质的变化趋势

从表4和表5可以看出，不论是施用石灰还是石灰类物质和有机肥搭配皆可以不同程度的增加大白菜的株高，特别是施用石灰类物质和有机肥搭配的酸性土壤改良剂2年后，大白菜叶色浓绿，长势更好。

大白菜和马铃薯的增产率都高于单独施用石灰，大白菜的增产率为4.18％-8.10％，马铃薯的增产率为5.82％-6.72％，而且增产率是单独施用石灰3倍左右。因此，石灰类物质和有机肥搭配作为改良剂能显著增加蔬菜和粮食作物产量。

表4施用改良剂大白菜生物学指标的变化趋势

表5施用改良剂作物产量的变化趋势

Claims (4)

1.一种“石灰类物质+有机肥”改良酸化土壤的精准配比方法，包括下述步骤：

(1)分别计算常用的石灰类物质和有机肥的碳酸钙当量；

(2)测试待改良土壤的pH值、阳离子交换量和盐基饱和度，根据待改良土壤的pH值、阳离子交换量和盐基饱和度计算石灰施用量；

(3)根据待改良土壤的pH值，选择确定有机肥和石灰类物质的适宜搭配比例；

(4)确定拟采用有机肥和石灰类物质的具体种类，根据各具体种类对应的碳酸钙当量，计算得到对于一块特定的农田所需的有机肥和石灰类物质的实物量。

2.根据权利要求1所述的“石灰类物质+有机肥”改良酸化土壤的精准配比方法，其特征在于：步骤(1)中，常用的石灰类物质和有机肥的碳酸钙当量如下：生石灰的碳酸钙当量为1500g/kg、熟石灰的碳酸钙当量为1360g/kg、石灰石的碳酸钙当量为1000g/kg、白云石的碳酸钙当量为950g/kg、煤灰的碳酸钙当量为860g/kg、牡蛎壳灰的碳酸钙当量为850g/kg、草木灰的碳酸钙当量为600g/kg、北方平均的高温堆肥的碳酸钙当量为113.3g/kg、全国平均高温堆肥的碳酸钙当量为112.1g/kg、鲜羊粪的碳酸钙当量为99.8g/kg、鲜鸡粪的碳酸钙当量为93.8g/kg、鲜猪粪的碳酸钙当量为65.1g/kg、鲜牛粪的碳酸钙当量为61.0g/kg、花生秸秆的碳酸钙当量为74.3g/kg、大豆秸秆的碳酸钙当量为68.0g/kg、油菜秸秆的碳酸钙当量为57.2g/kg、水稻秸秆的碳酸钙当量为42.4g/kg、玉米秸秆的碳酸钙当量为32.6g/kg、小麦秸秆的碳酸钙当量为29.0g/kg。

3.根据权利要求1或2所述的“石灰类物质+有机肥”改良酸化土壤的精准配比方法，其特征在于：步骤(2)中，首先测试待改良土壤的pH值、阳离子交换量和盐基饱和度，将阳离子交换量和盐基饱和度代入如下公式计算石灰施用量：

石灰施用量(LR)＝(pH_目标-pH_现在)╳土壤质量╳CEC╳(1-BS)╳CaO/2

其中，pH_目标：土壤拟提升达到的目标pH；

pH_现在：土壤当前的pH；

土壤质量：一般每亩20cm耕层土壤质量为150000kg；

CEC：土壤阳离子交换量，单位为cmol/kg；

BS：土壤盐基饱和度，单位为％；

CaO：氧化钙的摩尔质量，数值为56g/mol。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的“石灰类物质+有机肥”改良酸化土壤的精准配比方法，其特征在于：步骤(3)中，对于土壤pH≥5.5的农田，酸性较弱，施用以有机肥为主的改良剂，有机肥和石灰类物质的适宜搭配比例为：OF_ratio:L_ratio>3；

对于土壤4.5<pH<5.5的农田，酸性较强，有机肥与石灰类物质的适宜搭配比例为：OF_ratio:L_ratio＝1～3；

对于土壤pH≤4.5的农田，酸性极强，施用以石灰类物质为主的改良剂，有机肥和石灰类物质的适宜搭配比例为：OF_ratio:L_ratio<1；

其中，OF_ratio指拟使用有机肥替代的石灰数量，单位为kg/亩；

L_ratio指拟使用石灰类物质的石灰数量，等于上述公式中的石灰施用量减去OF_ratio，单位为kg/亩。