CN107955614B - 一种基于矿区尾砂的南方红壤改良剂及其使用方法 - Google Patents

一种基于矿区尾砂的南方红壤改良剂及其使用方法 Download PDF

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Abstract

一种基于矿区尾砂的南方红壤改良剂及其使用方法，属于生态环境修复技术领域，按重量百分比计算由以下物质组成并均匀混合：25%~35%的稀土矿区尾砂、15%~25%的沸石与坡缕石混合物、15%~20%的双飞粉与奎米素混合物、30%~40%的生物炭，按照土壤孔隙度和pH调整改良剂中的组分比例和使用量，本发明提供的红壤改良剂能够有效地解决我国红壤地区土壤质地粘重、pH值低、铝氧化物富集、矿质养分和有机碳含量低等所导致的作物产量低，品质差等问题，同时也保障了酸化红壤区农业生产的安全。

Description

一种基于矿区尾砂的南方红壤改良剂及其使用方法
技术领域
本发明属于土壤改良技术领域，涉及一种基于矿区尾砂的南方红壤改良剂及其使用方法。
背景技术
我国南方红壤区面积218万hm2，约占国土面积的22.7%。红壤大多分布在山区、半山区的缓坡地上，红壤地区是中国经济作物和粮食作物的重要生产基地，在农业发展中占有举足轻重的地位。但在湿热条件下发育而成的红壤，质地粘重、酸性强、铝氧化物富集、矿质养分和有机碳含量低。近年来，人们为追求经济效益大量而使用化学氮肥，加上酸雨沉降导致了红壤酸化加剧。由于土壤遭受长期侵蚀，导致表土淋失，Ca、Mg、N、P等营养元素大量流失，因而肥力贫瘠，同时土壤中大量Al元素溶出，形成土壤铝毒害，严重抑制了作物的生长。因此，有必要对酸性土壤进行改良，降低其交换性铝含量，增加土壤pH值和交换性阳离子含量，保障酸化红壤区农业生产的安全。
中国南方地区红壤酸化问题一直备受关注，目前酸性土壤改良剂种类较多，如有利用石灰结合沸石，利用白云石、牡蛎壳等碱性材料的报道。这些土壤改良剂能有效提高土壤pH，但是很难提高土壤的矿质养分和有机碳含量，未能解决红壤质地黏重，渗透性、导水性差等不利于作物增产的问题，限制了其在实际生产中的广泛应用。故开发能够集中和土壤酸性、提供植物所需营养元素养分、改良土壤结构以及提高土壤生产力等功能于一体的专用改良剂，对南方地区作物增质增产、土壤培肥和农业综合生产能力提升等，均具有十分重要的意义。
目前，国内还未出现利用稀土矿区尾砂等工业废弃物与沸石、坡缕石、双飞粉、奎米素混合使用，并加入农作物秸秆制备生物炭而具中和土壤酸度、提升红壤孔隙度，补充土壤营养养分、增加作物产量等功能且生产成本较低的土壤改良剂的技术记载。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种基于矿区尾砂的南方红壤改良剂及其使用方法，能够中和红壤酸度，提升土壤孔隙度和改良土壤营养结构，提高红壤地区农作物产量。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于矿区尾砂的南方红壤改良剂，按重量百分比计算由以下物质组成并均匀混合：25%~35%的稀土矿区尾砂、15%~25%的沸石与坡缕石混合物、15%~20%的双飞粉与奎米素混合物、30%~40%的生物炭。
当土壤孔隙度在30%以下时，优选土壤改良剂中稀土矿区尾砂质量分数为30%~35%、沸石与坡缕石混合物质量分数为15%~18%。
当土壤孔隙度在30%~39%时，优选土壤改良剂中稀土矿区尾砂质量分数为25%~30%、沸石与坡缕石混合物质量分数为18%~25%。
当土壤pH低于5，优选土壤改良剂中双飞粉与奎米素混合物质量分数为17%~20%，生物炭质量分数为35%~40%。
当若土壤pH在5~7时，优选土壤改良剂中双飞粉与奎米素混合物质量分数为15%~17%，生物炭质量分数为30%~35%。
进一步的，所述尾砂粒度介于8~10目。
进一步的，所述沸石与坡缕石混合物粒度小于100目，混合物中沸石与坡缕石质量比为1:3。
进一步的，所述坡缕石为坡缕石原矿粉在浓度为2mol/LHCl的溶液中45-60℃下浸泡6-7h制得。
进一步的，所述双飞粉与奎米素混合物中双飞粉与奎米素质量比为1:2。
进一步的，所述双飞粉主要成分为CaCO3和MgCO3，所述奎米素标识技术指标为CaO≥30%、SiO2≥20%、K2O≥8%、MgO≥9%。
进一步的，所述生物炭为粉碎至小于7~10目的小麦或玉米秸秆并经过450℃~600℃温度下热解炭化3~5h所制得。
一种基于矿区尾砂的南方红壤改良剂的使用方法：红壤改良剂添加量依据如下标准：（a）当土壤孔隙度在30%以下时，添加量为2000~2200kg/亩；（b）当土壤孔隙度在30%~39%时，添加量为1700~2000kg/亩；使用时，将所述的红壤改良剂添加到5~10cm深的表层土壤并充分混合。
本发明有益效果：（1）红壤中施加适当比例的稀土矿区尾砂，增加了土壤砂粒含量，相对降低了黏粒含量，从而改变了土壤质地；显著增加土壤孔隙度，土壤容纳水、气能力增加，又可以增加对热的调节能力，降低土壤凋萎系数，增加有效水的含量范围，从而能提高土壤抗旱能力。（2）红壤中施加适当比例的沸石与坡缕石混合物，由于沸石与坡缕石具有强大的离子交换吸附特性，可以增加土壤对水分、铵离子、磷酸根离子和钾离子等的吸附能力，提高土壤的保水保肥能力，增加作物对养分的吸收。另外，沸石与坡缕石混合物对稀土矿区尾砂中残留的稀土离子有优良的吸附富集性能，大幅度降低了稀土矿区尾砂的二次污染。（3）红壤中施加适当比例的双飞粉与奎米素混合物能够提高土壤pH值，降低土壤中的铝毒危害，同时提供作物生长必需的钙、镁、钾、硅离子，取消了挥撒石灰提高土壤碱度的的传统方式，避免了长期使用石灰造成土壤板结的恶性结果。（4）红壤中施加适当比例的生物炭，可在土壤中形成稳定的有机质碳库，长久以后能够成为土壤有机碳的一部分，有利于提高土壤K、P、Ca 和Mg等矿质养分的含量。
具体实施方式
下面将通过以下实施例对本发明作进一步说明。
一种基于矿区尾砂的南方红壤改良剂，按重量百分比计算由以下物质组成并均匀混合：25%~35%的稀土矿区尾砂、15%~25%的沸石与坡缕石混合物、15%~20%的双飞粉与奎米素混合物、30%~40%的生物炭。
进一步的，所述尾砂粒度介于8~10目。
进一步的，所述沸石与坡缕石混合物粒度小于100目，混合物中沸石与坡缕石质量比为1:3。
进一步的，所述坡缕石为坡缕石原矿粉在浓度为2mol/LHCl的溶液中45-60℃下浸泡6-7h制得。
进一步的，所述双飞粉与奎米素混合物中双飞粉与奎米素质量比为1:2。
进一步的，所述奎米素标识技术指标为CaO≥30%、SiO2≥20%、K2O≥8%、MgO≥9%
进一步的，所述生物炭为粉碎至小于7~10目的小麦或玉米秸秆并经过450℃~600℃温度下热解炭化3~5h所制得。
在实施方案中，30%~40%的生物炭是将50%~60%的农作物秸秆 ( 譬如水稻或玉米秸秆 ) 通过碳化制成。
例如某南方红壤（目标红壤）改良前pH=4.89，有效磷、铝含量分别为4.64g/kg、54.2g/kg。土壤最大吸湿量、土壤总孔隙度分别为8.23%、35.4%，属于营养缺乏、铝毒害严重的酸性粘质土壤。
实施例1。
针对目标红壤pH<5，本方案中选择双飞粉与奎米素混合物质量分数为17%，生物炭质量分数为35%；针对目标红壤孔隙度在30%~39%范围内，选择土壤改良剂中尾砂质量分数为30%，沸石与坡缕石混合物质量分数控制在18%。那么，基于矿区尾砂的南方红壤改良剂，按照质量分数计，由下列组分组成：30%的稀土矿区尾砂、18%的沸石与坡缕石混合物、17%的双飞粉与奎米素混合物、35%的生物炭，其制备方法为：按制备总重量共为100kg的改良剂计算，把洗净烘干的55kg的小麦或玉米秸秆剪碎，放入粉碎机初步粉碎，将粉碎的秸秆过9目筛，将过筛的秸秆置于碳化炉中在450℃~600℃温度下热解炭化4.5h，自然冷却到室温。从所述碳化炉中取出冷却至室温的物料，磨细过60目筛，再加入17kg双飞粉与奎米素混合物、30kg过9目筛的尾砂、18kg过100目筛的沸石与坡缕石混合物，并均匀混合，制成所述红壤改良剂。
根据土壤密度1.0~1.3g/cm3，耕深5cm及每亩土地改良剂投加量1700~2000kg/亩，本方案实验中土壤改良剂用量为每1kg土壤施用50g该种复合土壤改良剂。土壤pH的测定依据NY/T1377-2007，土壤中水解性氮的含量的测定依照LY/T 1228-2015，有效磷的含量的测定依据NY/T 1121.7-2014，铝的含量的测定依据LY/T 1256-1999，最大吸湿量的测定依据NY/T 1121.21-2008，总孔隙度的测定依据LY/T 1215-1999。
测试结果显示，改良后的土壤pH=8.76，有效磷、铝含量分别为9.33g/kg、47.3g/kg。土壤最大吸湿量、土壤总孔隙度分别为7.25%、42.7%。改良后的土壤pH、养分含量显著提高，铝毒危害降低，最大吸湿量明显下降，表明土壤中有效水含量增多，改良后的土壤为团粒结构土壤。改良后的土壤pH属于土壤环境质量二级标准，适于农业生产，并且pH偏碱性，可延长土壤对南方酸雨的耐受。
实施例2。
针对目标红壤pH<5，本方案中可选择双飞粉与奎米素混合物质量分数为18%，生物炭质量分数为40%；针对目标红壤孔隙度在30%~39%范围内，土壤改良剂中尾砂质量分数为25%，本方案将沸石与坡缕石混合物质量分数控制在20%。那么，基于矿区尾砂的南方红壤改良剂，按照质量分数计，由下列组分组成：25％的稀土矿区尾砂、20％的沸石与坡缕石混合物、18%的双飞粉与奎米素混合物、40%的生物炭，其制备方法为：按制备总重量共为100kg的改良剂计算，把洗净烘干的60kg的小麦或玉米秸秆剪碎，放入粉碎机初步粉碎，将粉碎的秸秆过10目筛，将过筛的秸秆置于碳化炉中在450℃~600℃温度下热解炭化4.5h，自然冷却到室温。从所述碳化炉中取出冷却至室温的物料，磨细过70目筛，再加入18kg双飞粉与奎米素混合物、25kg过10目筛的尾砂、20kg过100目筛的沸石与坡缕石混合物，并均匀混合，制成所述红壤改良剂。在土壤改良实验中改良剂投加量及其土壤各物理化学指标的测定方法参考实施方案1。
测试结果显示，改良后的土壤pH=8.57，有效磷、铝含量分别为13.3g/kg、24.7g/kg。土壤最大吸湿量、土壤总孔隙度分别为7.48%、45.3%。相比改良前的土壤，改良后的土壤碱度增大，有效磷含量是改良前的两倍以上，铝离子含量下降一半以上，有效水含量增多，成为发育良好的团粒结构土壤。
实施例3。
针对目标红壤pH<5，本方案中选择双飞粉与奎米素混合物质量分数为20%，生物炭质量分数为35%；针对目标红壤孔隙度在30%~39%范围内，土壤改良剂中尾砂质量分数为25%，本方案将沸石与坡缕石混合物质量分数控制在25%。那么，基于矿区尾砂的南方红壤改良剂，按照质量分数计，由下列组分组成：25%的稀土矿区尾砂、25%的沸石与坡缕石混合物、20%的双飞粉与奎米素混合物、35%的生物炭，其制备方法为：按制备总重量共为100kg的改良剂计算，把洗净烘干的55kg的小麦或玉米秸秆剪碎，放入粉碎机初步粉碎，将粉碎的秸秆过8目筛，将过筛的秸秆置于碳化炉中在450℃~600℃温度下热解炭化4.5h，自然冷却到室温。从所述碳化炉中取出冷却至室温的物料，磨细过50目筛，再加入20kg双飞粉与奎米素混合物、25kg过8目筛的尾砂、25kg过100目筛的沸石与坡缕石混合物，均匀混合，制成所述红壤改良剂。在土壤改良实验中改良剂投加量及其土壤各物理化学指标的测定方法参考实施方案1。
测试结果显示，改良后的土壤pH=8.60，有效磷、铝含量分别为8.79g/kg、21.1g/kg。土壤最大吸湿量、土壤总孔隙度分别为7.33%、44.2%。改良后的土壤成为铝毒危害小、植物生长所需的有效磷含量高、有效水含量高的碱性团粒结构土壤。
以上三种方案具体参数对比参见下表。
Figure 418057DEST_PATH_IMAGE002
上所述为本发明的典型实施例，并不用于限制本发明，通过上述的说明内容，本领域相关工作人员可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种基于矿区尾砂的南方红壤改良剂，其特征是按重量百分比计算由以下物质组成并均匀混合：25%~35%的稀土矿区尾砂、15%~25%的沸石与坡缕石混合物、15%~20%的双飞粉与奎米素混合物、30%~40%的生物炭。
2.根据权利要求1所述的一种基于矿区尾砂的南方红壤改良剂，其特征是当土壤孔隙度在30%以下时，土壤改良剂中稀土矿区尾砂质量分数为30%~35%、沸石与坡缕石混合物质量分数为15%~18%。
3.根据权利要求1所述的一种基于矿区尾砂的南方红壤改良剂，其特征是当土壤孔隙度在30%~39%时，土壤改良剂中稀土矿区尾砂质量分数为25%~30%、沸石与坡缕石混合物质量分数为18%~25%。
4.根据权利要求1所述的一种基于矿区尾砂的南方红壤改良剂，其特征是当土壤pH低于5，土壤改良剂中双飞粉与奎米素混合物质量分数为17%~20%，生物炭质量分数为35%~40%。
5.根据权利要求1所述的一种基于矿区尾砂的南方红壤改良剂，其特征是当若土壤pH在5~7时，土壤改良剂中双飞粉与奎米素混合物质量分数为15%~17%，生物炭质量分数为30%~35%。
6.根据权利要求1所述的一种基于矿区尾砂的南方红壤改良剂，其特征是所述尾砂粒度介于8~10目。
7.根据权利要求1所述的一种基于矿区尾砂的南方红壤改良剂，其特征是所述沸石与坡缕石混合物粒度小于100目，混合物中沸石与坡缕石质量比为1:3。
8.根据权利要求1所述的一种基于矿区尾砂的南方红壤改良剂，其特征是所述坡缕石为坡缕石原矿粉在浓度为2mol/LHCl的溶液中45-60℃下浸泡6-7h制得。
9.根据权利要求1所述的一种基于矿区尾砂的南方红壤改良剂，其特征是所述双飞粉与奎米素混合物中双飞粉与奎米素质量比为1:2。
10.根据权利要求1所述的一种基于矿区尾砂的南方红壤改良剂，其特征是所述双飞粉主要成分为CaCO3和MgCO3，所述奎米素标识技术指标为CaO≥30%、SiO2≥20%、K2O≥8%、MgO≥9%。
11.根据权利要求1所述的一种基于矿区尾砂的南方红壤改良剂，其特征是所述生物炭为粉碎至小于10目的小麦或玉米秸秆并经过450℃~600℃温度下热解炭化3~5h所制得。
12.权利要求1所述的一种基于矿区尾砂的南方红壤改良剂的使用方法，其特征是添加量依据如下标准：（a）当土壤孔隙度在30%以下时，添加量为2000~2200kg/亩；（b）当土壤孔隙度在30%~39%时，添加量为1700~2000kg/亩；使用时，将所述的南方红壤改良剂添加到5~10cm深的表层土壤并充分混合。
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