CN107241926B - 一种改良新疆盐碱地的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改良新疆盐碱地的方法，包括以下步骤：S1.将煤渣加入2~5倍重量的水浸泡，筛分为大颗粒煤渣、中颗粒煤渣、小颗粒煤渣，余下为粉煤灰；S2.将土壤深翻至25~40cm，在未被翻起的土壤表面铺上小颗粒煤渣；S3.将翻起的土壤与脱硫石膏、生物炭和保水剂混合均匀，得改良土壤；S4.取改良土壤的体积部分与中颗粒煤渣和粉煤灰混合，得中层土壤；S4.取余下的改良土壤与大颗粒煤渣和粉煤灰混合，得上层土壤。本发明改良盐碱地采用的物质煤渣和脱硫石膏为废物再利用，有效的降低了盐碱地改良的成本，再辅以生物炭和保水剂，加快了土壤团粒结构的形成，改善了土壤的微生物环境，进而提高了盐碱地的改良速度。
Description
技术领域
本发明涉及土壤改良领域，尤其涉及一种改良新疆盐碱地的方法。
背景技术
新疆是中国最大的盐碱土区，大部分重度盐碱化土地长期无法利用，这主要是由于其特殊的气候原因和地理原因形成的。新疆地处欧亚大陆腹地，气候干旱少雨，蒸发强烈，典型的内陆干旱气候使得农业生产全部依赖于灌溉，而其地理环境为四周山地环绕，天山横贯中部、形成南北两大封闭的内陆盆地对盐碱地的形成更是“雪上加霜”，盆地四周的可溶性盐分随农业灌溉用水被带到盆地，在蒸发强烈、降雨稀少的干旱气候条件下，导致土体上部盐分积累越来越多。
据统计，目前新疆盐碱土地面积达11万平方公里，约占全国盐碱土地面积的1/3，现有耕地的32.6%已出现次生盐碱化。为发展新疆农业生产，已有相关科研团队根据其技术成果在新疆做了盐碱地改良的工作，盐碱地的改良较多地仍以采取两种方式为主：（1）通过淋洗土壤的方式进行排盐，该方法虽已将数万亩土地改造成了良田，但由于其对水资源的依赖程度非常高，而新疆又极度缺水，因此该方法并不是长久之计；（2）种植盐生植物，通过盐生植物进行吸盐，但该种植过程较长，投入较大。
针对目前改良土壤的现状，研究一种快速、经济的改良土壤的方法是非常有必要的。
发明内容
本发明提供了一种改良新疆盐碱地的方法，可实现新疆盐碱地的快速改良，且改良成本较低，改良效果持久。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种改良新疆盐碱地的方法，包括以下步骤：
S1.将煤渣加入2~5倍重量的水浸泡1~10天后，对煤渣进行筛分：粒径≥10mm为大颗粒煤渣，10mm＜粒径≥4mm为中颗粒煤渣，4mm＜粒径≥2mm为小颗粒煤渣，余下为粉煤灰；
S2.将土壤深翻至25~40cm，在未被翻起的土壤表面铺上小颗粒煤渣，铺设的厚度为1.5~3cm；
S3.将翻起的土壤与脱硫石膏、生物炭和保水剂混合均匀，所述脱硫石膏中CaSO4·2H2O的重量含量>82%，用量为1300~1900kg/亩，生物炭的用量为8~15kg/亩，保水剂的用量为5~8kg/亩，得改良土壤；
S4.取改良土壤的体积50~70%与中颗粒煤渣和粉煤灰混合，改良土壤与中颗粒煤渣、粉煤灰的体积比为100:15~25:5~10，得中层土壤，铺在小颗粒煤渣的上面；
S4. 取余下的改良土壤与大颗粒煤渣和粉煤灰混合，改良土壤与大颗粒煤渣、粉煤灰的体积比为100:15~25:5~10，得上层土壤，铺在中层土壤的上面。
本发明提供了生物炭的一种优选技术方案，所述生物炭为稻壳、秸秆和甘蔗渣经炭化、酸洗和熟化制成的。
进一步的，所述生物炭的制备方法包括以下步骤：
（1）将甘蔗渣干燥，甘蔗渣和秸秆粉碎至2~5mm，与稻壳混合，放入炭化加热炉中进行炭化，炭化温度为750~850℃，时间为3~10s，炭化后从炭化加热炉顶部进入传送式振动筛，筛下炭化灰后获得炭渣；
（2）将炭渣加入到2~3倍重量份的磷酸溶液中，磷酸溶液的质量浓度为30~45%，加热至120~145℃，保温3~5h，然后过滤，用水清洗干净，烘干，得酸洗炭渣；
（3）向酸洗炭渣中加入6~10倍重量份的水，再加入螯合剂和交联剂，螯合剂重量为酸洗炭渣的0.3~0.8%，交联剂的重量为酸洗炭渣的0.1~0.5%，加热至40~60℃，浸泡3~5h，过滤，烘干得生物炭。
更进一步的，所述步骤（3）中，螯合剂为EDTA，交联剂为硼砂。
更进一步的，所述稻壳、秸秆和甘蔗渣的重量比为5~10:5~10:3~6。最优的是，所述稻壳、秸秆和甘蔗渣的重量比为8:8:5。
更进一步的，所述步骤S3中，保水剂由木质素和吸水性树脂组成，木质素和吸水性树脂的重量比为0.5~2:6~10。其中，所述吸水性树脂为聚丙烯酸、聚丙烯酸酰胺、丙烯酸-丙烯酰胺共聚交联吸水树脂中的一种。最优的是，木质素和吸水性树脂的重量比为1:8。
进一步的，还包括步骤S5：S5.30~50日后，在土壤中施入氮肥、磷肥、钾肥和微量元素肥料。
本发明首先从形成盐碱土的原因出发，盐碱土的渗透性一般很差，在犁底层以下，都有不同程度的结核或板结的夹层，因此，首先必须先打破这些夹层，将其改良至具有良好的透水性和渗透性的土壤，针对这一目的，本发明利用了新疆丰富的煤资源，选取煤然后后的煤渣，煤渣颗粒状态呈不规则碎屑状，由于其具有多孔型性，因此比表面积更大，具有良好的散热和保湿性能。本发明由下至上依次设置小颗粒煤渣、中颗粒煤渣、大颗粒煤渣，大颗粒煤渣铺在上层，有利于使改善土壤的透气性，加快水在土壤中渗透速度，小颗粒煤渣铺在下层，除改善下层土壤的透气性，还可以加强底层的保水性能，防止水土流失。由于不同粒径的煤渣分层设置，大大提高了土壤的渗透性，更有利于作物的生长。另外，本发明还在各层土壤中都混入了粉煤灰，还可以提高土壤内部的流动性。
本发明采用了脱硫石膏来改变土壤的盐碱度，脱硫石膏中的Ca2+能与土壤中的Na+发生代换反应，进而降低土壤pH值、碱化度，形成营养的钙质土，可代换性的钠离子从土壤胶体中转入土壤溶液，随灌溉水进入地下水或由排水渠排走，降低土壤的盐分和碱性。由于在土壤中还掺混有粉煤灰，粉煤灰由于具有良好的流动性，能加快脱硫石膏在土壤中的分散速度，促进脱硫石膏中的钙离子迅速渗入至土壤团粒结构中与钠离子发生置换，从而进一步提高盐碱地的改良速度。
本发明结合采用生物炭来降低土壤的盐碱度、改变土壤的团粒结构，生物炭本身具有的微孔结构以及极强的吸附力，使其可以吸附更多的养分离子，生物质炭化还田以后，其具有的大量微孔结构，能为微生物栖息和繁殖提供了一个良好的“避难”场所，减少了盐碱地中盐分过高对他们带来的生存威胁，并为它们提供了不同的碳源、能量和矿物质营养，从而使微生物有益菌群能快速的生长和繁衍，激活土壤中的有机质，提高作物的产量。生物炭的微孔特性也使其具备了类似“海绵”一样的作用，可较好地保持水分与空气的融通性，同时吸附住更多的养分离子，防止肥料随水流失而得不到有效利用，从而更有利于作物的生长。
本发明还结合了保水剂来改善土壤水分蒸发强烈的情况，保水剂可以减少降雨或灌溉时水分的下渗流失或蒸发，使植物达萎蔫点时间延长，减少灌水次数，提高水分利用效率。随着植物生长与蒸散耗水，干旱时保水剂保蓄的水分慢慢释放以供作物利用。本发明的保水剂进一步选用了木质素和吸水性树脂的组成，木质素是一种天然有机高分子化合物，具有良好的分散性和保水性，并具有一定的硬度，与吸水性树脂树脂结合能形成稳定的团粒状结构而不容易被水流冲散，改善土壤板结的情况，从而大大增加土壤的透水、透气和保水性。
在本发明中，改良盐碱地采用的物质包括煤渣、脱硫石膏、生物炭和保水剂，其中煤渣和脱硫石膏在新疆都是无需购置成本的废物，将其应用于盐碱地的改良是废物再利用，有效的降低了盐碱地改良的成本。本发明通过辅以生物炭和保水剂，加快了土壤团粒结构的形成，改善了土壤的微生物环境，进而提高了盐碱地的改良速度、增加了土壤中的营养成分，对于新疆地区农业的发展具有良好的促进作用。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不限于以下实施例。
实施例1
一种改良新疆盐碱地的方法，包括以下步骤：
S1.将煤渣加入5倍重量的水浸泡7天后，对煤渣进行筛分：粒径≥10mm为大颗粒煤渣，10mm＜粒径≥4mm为中颗粒煤渣，4mm＜粒径≥2mm为小颗粒煤渣，余下为粉煤灰；
S2.将土壤深翻至27cm，在未被翻起的土壤表面铺上小颗粒煤渣，铺设的厚度为2.5cm；
S3.将翻起的土壤与脱硫石膏、生物炭和保水剂混合均匀，所述脱硫石膏中CaSO4·2H2O的重量含量>82%，用量为1800kg/亩，生物炭的用量为13kg/亩，保水剂的用量为6kg/亩，得改良土壤；
S4.取改良土壤的体积60%与中颗粒煤渣和粉煤灰混合，改良土壤与中颗粒煤渣、粉煤灰的体积比为100:20:8，得中层土壤，铺在小颗粒煤渣的上面；
S4. 取余下的改良土壤与大颗粒煤渣和粉煤灰混合，改良土壤与大颗粒煤渣、粉煤灰的体积比为100:20:8，得上层土壤，铺在中层土壤的上面；
S5. 50日后，在土壤中施入氮肥、磷肥、钾肥和微量元素肥料。
其中，生物炭的制备方法包括以下步骤：
（1）称取稻壳、秸秆和甘蔗渣，稻壳、秸秆和甘蔗渣的重量比为8:8:5，将甘蔗渣干燥，甘蔗渣和秸秆粉碎至2~5mm，与稻壳混合，放入炭化加热炉中进行炭化，炭化温度为800℃，时间为5s，炭化后从炭化加热炉顶部进入传送式振动筛，筛下炭化灰后获得炭渣；
（2）将炭渣加入到3倍重量份的磷酸溶液中，磷酸溶液的质量浓度为40%，加热至130℃，保温4h，然后过滤，用水清洗干净，烘干，得酸洗炭渣；
（3）向酸洗炭渣中加入9倍重量份的水，再加入EDTA和硼砂，EDTA重量为酸洗炭渣的0.5%，硼砂重量为酸洗炭渣的0.2%，加热至50℃，浸泡4.5h，过滤，烘干得生物炭。
采用的稻壳、秸秆和甘蔗渣混合物作为原料，能复配形成不同孔隙结构的生物炭，以为微生物生长提供不同的碳源、能量和矿物质营养，以及对不同的养分离子形成吸附。
其中保水剂由木质素和丙烯酸-丙烯酰胺共聚交联吸水树脂组成，木质素和聚丙烯酸酰胺的重量比为1:8。
实施例2
一种改良新疆盐碱地的方法，包括以下步骤：
S1.将煤渣加入3倍重量的水浸泡1天后，对煤渣进行筛分：粒径≥10mm为大颗粒煤渣，10mm＜粒径≥4mm为中颗粒煤渣，4mm＜粒径≥2mm为小颗粒煤渣，余下为粉煤灰；
S2.将土壤深翻至40cm，在未被翻起的土壤表面铺上小颗粒煤渣，铺设的厚度为3cm；
S3.将翻起的土壤与脱硫石膏、生物炭和保水剂混合均匀，所述脱硫石膏中CaSO4·2H2O的重量含量>82%，用量为1300kg/亩，生物炭的用量为15kg/亩，保水剂的用量为8kg/亩，得改良土壤；
S4.取改良土壤的体积50%与中颗粒煤渣和粉煤灰混合，改良土壤与中颗粒煤渣、粉煤灰的体积比为100:25:10，得中层土壤，铺在小颗粒煤渣的上面；
S4. 取余下的改良土壤与大颗粒煤渣和粉煤灰混合，改良土壤与大颗粒煤渣、粉煤灰的体积比为100:25:10，得上层土壤，铺在中层土壤的上面；
S5. 50日后，在土壤中施入氮肥、磷肥、钾肥和微量元素肥料。
其中，生物炭的制备方法包括以下步骤：
（1）称取稻壳、秸秆和甘蔗渣，稻壳、秸秆和甘蔗渣的重量比为10:10:3，将甘蔗渣干燥，甘蔗渣和秸秆粉碎至2~5mm，与稻壳混合，放入炭化加热炉中进行炭化，炭化温度为750℃，时间为3s，炭化后从炭化加热炉顶部进入传送式振动筛，筛下炭化灰后获得炭渣；
（2）将炭渣加入到2倍重量份的磷酸溶液中，磷酸溶液的质量浓度为30%，加热至120℃，保温3h，然后过滤，用水清洗干净，烘干，得酸洗炭渣；
（3）向酸洗炭渣中加入9倍重量份的水，再加入EDTA和硼砂，EDTA重量为酸洗炭渣的0.3%，硼砂重量为酸洗炭渣的0.1%，加热至40℃，浸泡3h，过滤，烘干得生物炭。
其中保水剂由木质素和聚丙烯酸酰胺组成，木质素和聚丙烯酸酰胺的重量比为0.5:6。
实施例3
一种改良新疆盐碱地的方法，包括以下步骤：
S1.将煤渣加入5倍重量的水浸泡10天后，对煤渣进行筛分：粒径≥10mm为大颗粒煤渣，10mm＜粒径≥4mm为中颗粒煤渣，4mm＜粒径≥2mm为小颗粒煤渣，余下为粉煤灰；
S2.将土壤深翻至30cm，在未被翻起的土壤表面铺上小颗粒煤渣，铺设的厚度为1.5cm；
S3.将翻起的土壤与脱硫石膏、生物炭和保水剂混合均匀，所述脱硫石膏中CaSO4·2H2O的重量含量>82%，用量为1900kg/亩，生物炭的用量为8kg/亩，保水剂的用量为5kg/亩，得改良土壤；
S4.取改良土壤的体积70%与中颗粒煤渣和粉煤灰混合，改良土壤与中颗粒煤渣、粉煤灰的体积比为100:15:5，得中层土壤，铺在小颗粒煤渣的上面；
S4. 取余下的改良土壤与大颗粒煤渣和粉煤灰混合，改良土壤与大颗粒煤渣、粉煤灰的体积比为100:15:5，得上层土壤，铺在中层土壤的上面；
S5. 50日后，在土壤中施入氮肥、磷肥、钾肥和微量元素肥料。
其中，生物炭的制备方法包括以下步骤：
（1）称取稻壳、秸秆和甘蔗渣，稻壳、秸秆和甘蔗渣的重量比为5:5:6，将甘蔗渣干燥，甘蔗渣和秸秆粉碎至2~5mm，与稻壳混合，放入炭化加热炉中进行炭化，炭化温度为850℃，时间为10s，炭化后从炭化加热炉顶部进入传送式振动筛，筛下炭化灰后获得炭渣；
（2）将炭渣加入到3倍重量份的磷酸溶液中，磷酸溶液的质量浓度为45%，加热至145℃，保温5h，然后过滤，用水清洗干净，烘干，得酸洗炭渣；
（3）向酸洗炭渣中加入10倍重量份的水，再加入EDTA和硼砂，EDTA重量为酸洗炭渣的0.8%，硼砂重量为酸洗炭渣的0.5%，加热至60℃，浸泡5h，过滤，烘干得生物炭。
其中保水剂由木质素和聚丙烯酸酰胺组成，木质素和聚丙烯酸酰胺的重量比为1:5。
实施例4
一种改良新疆盐碱地的方法，包括以下步骤：
S1.将煤渣加入5倍重量的水浸泡7天后，对煤渣进行筛分：粒径≥10mm为大颗粒煤渣，10mm＜粒径≥4mm为中颗粒煤渣，4mm＜粒径≥2mm为小颗粒煤渣，余下为粉煤灰；
S2.将土壤深翻至27cm，在未被翻起的土壤表面铺上小颗粒煤渣，铺设的厚度为2.5cm；
S3.将翻起的土壤与脱硫石膏、生物炭和保水剂混合均匀，所述脱硫石膏中CaSO4·2H2O的重量含量>82%，用量为1800kg/亩，生物炭的用量为13kg/亩，保水剂的用量为6kg/亩，得改良土壤；
S4.取改良土壤的体积60%与中颗粒煤渣和粉煤灰混合，改良土壤与中颗粒煤渣、粉煤灰的体积比为100:20:8，得中层土壤，铺在小颗粒煤渣的上面；
S4. 取余下的改良土壤与大颗粒煤渣和粉煤灰混合，改良土壤与大颗粒煤渣、粉煤灰的体积比为100:20:8，得上层土壤，铺在中层土壤的上面；
S5. 50日后，在土壤中施入氮肥、磷肥、钾肥和微量元素肥料。
其中，生物炭为市面上购买的稻壳炭，保水剂为聚丙烯酸酸。
效果验证实施例
上述实施例1~4改良的土壤试验地位于新疆，30日后，在改良的土壤中施入含氮肥、磷肥、钾肥和微量元素肥料的复混肥25kg/亩作为基肥，4月中旬，在上述实施例1~4分别改良的土壤上播种油葵，每个实施例改良土壤的种植面积均为9亩地，播种深度为4cm，每亩保留苗为5500株/亩，开花期叶面追施硼肥；9月中旬收获油葵。
收获后，每亩地采集表层土壤样品，自然风干后过2mm土壤筛进行理化性质测定：全盐采用质量法测定；有机质采用重铬酸钾容量法；有效磷采用Olsen法；速效钾通过乙酸铵提取采用火焰光度计法测定；速效氮采用碱解扩散法测定。测定结果见表1。
表1.土壤性状对比表
收获的油葵产量情况见表2。
表2 油葵产量情况表
Claims (4)
1.一种改良新疆盐碱地的方法，其特征在于包括以下步骤：
S1.将煤渣加入2~5倍重量的水浸泡1~10天后，对煤渣进行筛分：粒径≥10mm为大颗粒煤渣，4mm≤粒径＜10mm为中颗粒煤渣，2mm≤粒径＜4mm为小颗粒煤渣，余下为粉煤灰；
S2.将土壤深翻至25~40cm，在未被翻起的土壤表面铺上小颗粒煤渣，铺设的厚度为1.5~3cm；
S3.将翻起的土壤与脱硫石膏、生物炭和保水剂混合均匀，所述脱硫石膏中CaSO4·2H2O的重量含量>82%，用量为1300~1900kg/亩，生物炭的用量为8~15kg/亩，保水剂的用量为5~8kg/亩，得改良土壤；所述保水剂由木质素和吸水性树脂组成，木质素和吸水性树脂的重量比为0.5~2:6~10；所述吸水性树脂为聚丙烯酸、聚丙烯酸酰胺、丙烯酸-丙烯酰胺共聚交联吸水树脂中的一种；
S4.取改良土壤的体积50~70%与中颗粒煤渣和粉煤灰混合，改良土壤与中颗粒煤渣、粉煤灰的体积比为100:15~25:5~10，得中层土壤，铺在小颗粒煤渣的上面；
S5. 取余下的改良土壤与大颗粒煤渣和粉煤灰混合，改良土壤与大颗粒煤渣、粉煤灰的体积比为100:15~25:5~10，得上层土壤，铺在中层土壤的上面；
所述生物炭为稻壳、秸秆和甘蔗渣经炭化、酸洗和熟化制成的；
所述生物炭的制备方法包括以下步骤：
（1）将甘蔗渣干燥，甘蔗渣和秸秆粉碎至2~5mm，与稻壳混合，放入炭化加热炉中进行炭化，炭化温度为750~850℃，时间为3~10s，炭化后从炭化加热炉顶部进入传送式振动筛，筛下炭化灰后获得炭渣；
（2）将炭渣加入到2~3倍重量份的磷酸溶液中，磷酸溶液的质量浓度为30~45%，加热至120~145℃，保温3~5h，然后过滤，用水清洗干净，烘干，得酸洗炭渣；
（3）向酸洗炭渣中加入6~10倍重量份的水，再加入螯合剂和交联剂，螯合剂重量为酸洗炭渣的0.3~0.8%，交联剂的重量为酸洗炭渣的0.1~0.5%，加热至40~60℃，浸泡3~5h，过滤，烘干得生物炭；
所述步骤（3）中，螯合剂为EDTA，交联剂为硼砂；
所述稻壳、秸秆和甘蔗渣的重量比为5~10:5~10:3~6。
2.根据权利要求1所述的改良新疆盐碱地的方法，其特征在于：
所述稻壳、秸秆和甘蔗渣的重量比为8:8:5。
3.根据权利要求1所述的改良新疆盐碱地的方法，其特征在于：
木质素和吸水性树脂的重量比为1:8。
4.根据权利要求1所述的改良新疆盐碱地的方法，其特征在于：
还包括步骤S6：S6.30~50日后，在土壤中施入氮肥、磷肥、钾肥和微量元素肥料。
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