CN108441222A - 一种茶园酸化土壤改良剂及其制备方法 - Google Patents

一种茶园酸化土壤改良剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种茶园酸化土壤改良剂，其包括生物炭和碱性辅料，所述碱性辅料为磷矿粉、钙镁磷肥、白云石粉和草木灰中的至少两种；该酸化土壤改良剂的用量为8.55～23.45t/hm2，其中生物炭的含量为58.25～85.29％。本发明的土壤改良剂以生物炭为主要原料，选择钙镁磷肥、磷矿粉、草木灰和白云石粉等碱性辅料，生物炭能通过自身官能团和碱性成分中和土壤中的酸性组分，缓解土壤酸化，同时生物炭具有较大的孔隙度和比表面积，通过其耦合和负载碱性辅料，从而进一步提高改良剂吸附氢离子以及络合活性铝离子的能力，增强了改良剂的缓冲能力和长效性。本发明还公开了该茶园酸化土壤改良剂的制备方法。

Description

一种茶园酸化土壤改良剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及土壤改良和生态修复技术领域，具体涉及一种茶园酸化土壤改良剂。
背景技术
茶树在我国有悠久的种植历史，然而在茶树的长期种植中，由于茶树的土壤养分吸收特性和施肥管理不当等原因，茶园土壤普遍存在酸化严重的问题。茶树本身是一种喜酸性植物，其适宜的土壤pH范围为4.5～6.5，然而有调查数据显示江西茶园土壤pH范围主要为3.6～5.0，湖北为4.0～5.5，并且存在进一步酸化的趋势。现在茶叶种植中普遍存在重品种、轻管理的现象，土壤环境对茶叶品质的影响往往被忽略。土壤酸化造成土壤养分利用率降低，潜在的会造成土壤重金属的活化，茶叶铅超标，导致食品安全风险问题。土壤酸化的另一重要影响是导致温室气体排放量增加，加剧温室效应，全球变暖已成为制约人类经济社会可持续发展的重要障碍，控制温室气体排放已是各国应当全球气候变化方面达成的共识。
针对茶园土壤酸化问题，目前常用石灰来改良酸性或酸化土壤，虽然石灰能起到改良酸性/化土壤效果，但是在农业中大量或长期单独施用石灰会引起土壤板结而形成“石灰板结田”，同时施用石灰对茶树生长和茶叶品质有影响。有关研究发现施石灰只改善表层土壤酸度，底层土壤酸度变化不大。还有研究发现施用石灰后土壤存在复酸化过程，即石灰的碱性消耗后土壤再次发生酸化，而且酸化程度比施用石灰前有所加剧。当然，也有其他类型的土壤改良剂，专利CN103331297公开了一种利用生物质炭改良茶园土壤的方法，其酸化改良剂仅仅为生物质炭，施用量较大，土壤改良的效果有限，而且茶树行间开沟施用需要的劳动力成本较大。
鉴于此，有必要提供一种安全、有效的茶园土壤酸化或酸性改良剂，既能对酸化或酸性土壤有很好的改良效果，长期施用也不会对茶园土壤造成影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对茶园酸化土壤改良效果好且长期施用也不会对茶园土壤造成影响的改良剂。
为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种茶园酸化土壤改良剂，其包括生物炭和碱性辅料，所述碱性辅料为磷矿粉、钙镁磷肥、白云石粉和草木灰中的至少两种；该酸化土壤改良剂的用量为8.55～23.45t/hm2，其中生物炭的含量为58.25～85.29％。
本发明的技术方案还提供一种茶园酸化土壤改良剂的制备方法，包括如下步骤：
S1.生物炭的制备：取秸秆，粉碎后在400～800℃的缺氧环境下裂解1～2h，冷却后过筛，即得生物炭；
S2.混合：将碱性辅料研磨后过筛，然后按照每公顷茶园土壤中该酸化土壤改良剂的用量为8.55～23.45t，其中生物炭的含量为58.25～85.29％，称取生物炭，将生物炭和碱性辅料混合均匀，即得酸化土壤改良剂。
生物质炭是作物秸秆在缺氧环境中经高温热裂解后形成的多孔隙、高比表面积的富碳产物，本身呈碱性，富含盐基离子，同时碳结构上富含化学官能团，如羧基和羟基等，可以吸附土壤氢离子和交换性铝。
钙镁磷肥是灰绿色或灰棕色粉末，含磷量为8～14％，主要成分是能溶于柠檬酸的ɑ-Ca3(PO4)2，还含有镁和少量硅等元素，它的主要成分是Ca3(PO4)2、CaSiO3、MgSiO3。
磷矿粉为灰色或褐色粉末，其主要成分为Ca5(PO4)3和CaR2，其中R为F、Cl、OH。
草木灰是草本植物和木本植物燃烧后的残余物，其主要成分为K2CO3，属于不可溶物质。
白云石粉，其分子式：C2CaMgO6，呈碱性，白云石粉是一种含钙、镁的碳酸盐非金属矿物质。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：本技术方案提供的酸化土壤改良剂中的主要成分为生物炭，同时含有钙镁磷肥、磷矿粉、草木灰、白云石粉等碱性辅料，钙镁磷肥、磷矿粉和草木灰提供红壤缺乏的营养元素和盐基离子，其中钙镁磷肥和磷矿粉属于生理碱性肥料，施用这两种磷肥可以补充土壤中的磷元素，同时茶树在吸收磷酸根的过程中会释放出OH-，可以使改良剂缓解土壤酸化具有长效性；草木灰能中和土壤中的活性酸和交换性酸，能调节酸性土壤pH值，并提供营养元素钾；白云石粉不仅能提供营养元素和盐基离子，还增强了改良剂调节土壤pH的能力。生物炭含有羧基和羟基等官能团，它不仅可以通过自身官能团和碱性成分中和土壤中的酸性组分，缓解土壤的酸化，同时生物炭具有较大的孔隙度和比表面积，能负载和耦合碱性辅料，通过其高孔隙吸附碱性辅料中的盐基离子，从而进一步提高改良剂吸附氢离子以及络合活性铝离子的能力，进一步增强了改良剂的缓冲能力和长效性。该土壤改良剂中生物炭的含量越高，随着土壤中氮素的转化过程和生物炭中碱性物质释放，土壤的pH值也会提高，当生物炭增加到一定程度时，会导致N2O累积排放量增多，所以选择改良剂的用量为8.55～23.45t/hm2，其中生物炭的含量为58.25～85.29％。同时，茶园施用该酸化土壤改良剂还能增强土壤微生物的活性，提高土壤养分供应能力。
具体实施方式
本实施例提供了一种茶园酸化土壤改良剂，其包括生物炭和碱性辅料，其中碱性辅料为磷矿粉、钙镁磷肥、白云石粉、草木灰这四种物质中的至少两种；该酸化土壤改良剂的用量为8.55～23.45t/hm2，其中生物炭的含量为58.25～85.29％。
当碱性辅料为磷矿粉和/或钙镁磷肥、白云石粉以及草木灰时，磷矿粉和/或钙镁磷肥、白云石粉和草木灰的用量之比为0.2～0.3：2.25～3：1。
当碱性辅料为钙镁磷肥和草木灰时，钙镁磷肥和草木灰的用量之比为0.225：1.5。
当碱性辅料为白云石粉和草木灰时，白云石粉和草木灰用量之比为2.25：1.5。
本实施例还提供了一种茶园酸化土壤改良剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)生物炭的制备：取玉米或小麦秸秆中的至少一种，粉碎后在400～800℃的缺氧环境下裂解1～2h，冷却后过2～4mm筛，即得生物炭；
(2)混合：将碱性辅料研磨后过2mm筛，然后将生物炭和碱性辅料按比例混合均匀，即得茶园酸化土壤改良剂。
选择碱性辅料的粒径小于或等于生物炭的粒径，是为了让碱性辅料更好的与生物炭耦合，生物炭可以负载更多的碱性辅料；选择孔径2～4mm的生物炭，是为了增大生物炭与土壤的接触面积，可以更好的作用于土壤，若孔径太小，会增加筛分的难度以及成本。
该土壤改良剂的使用方法：该改良剂在10月份随基肥一起施用，可以采用撒施或沟施的方式施肥；在施用时应避免与尿素或酸性肥料混合使用。
下面将结合具体实施例对本发明提供的茶园酸化土壤改良剂及其制备方法予以进一步说明。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
实施例1：
本实施例提供了一种茶园酸化土壤改良剂，其包括生物炭、钙镁磷肥和草木灰，且每公顷茶园土壤中该改良剂的用量为10.725t，其中生物炭的含量为83.92％。
该改良剂的制备方法如下：
(1)生物炭的制备：取玉米秸秆成小颗粒后，在600℃的缺氧环境下裂解1.5h，冷却后过2mm筛，即得生物炭；
(2)混合：将钙镁磷肥和草木灰研磨后过2mm筛，然后称取生物炭9t，钙镁磷肥0.225t以及草木灰1.5t，将生物炭、钙镁磷肥和草木灰混合均匀，即得茶园酸化土壤改良剂A。
实施例2：
本实施例提供了一种茶园酸化土壤改良剂，其包括生物炭、白云石粉和草木灰，且每公顷茶园土壤中该改良剂的用量为12.75t，其中生物炭的含量为70.59％。
该改良剂的制备方法如下：
(1)生物炭的制备：取玉米秸秆成小颗粒后，在600℃的缺氧环境下裂解1.5h，冷却后过2mm筛，即得生物炭；
(2)混合：将白云石粉和草木灰研磨后过2mm筛，然后称取生物炭9t，白云石粉2.25t以及草木灰1.5t，将生物炭、白云石粉和草木灰混合均匀，即得茶园酸化土壤改良剂B。
实施例3：
本实施例提供了一种茶园酸化土壤改良剂，其包括生物炭、钙镁磷肥、白云石粉和草木灰，且每公顷茶园土壤中该改良剂的用量为10.3t，其中生物炭的含量为58.25％。
该改良剂的制备方法如下：
(1)生物炭的制备：取玉米秸秆成小颗粒后，在600℃的缺氧环境下裂解1.5h，冷却后过2mm筛，即得生物炭；
(2)混合：将钙镁磷肥、白云石粉和草木灰研磨后过2mm筛，然后按照称取生物炭6t、钙镁磷肥0.3t、白云石粉3t以及草木灰1t，将生物炭、钙镁磷肥、白云石粉和草木灰混合均匀，即得茶园酸化土壤改良剂C。
实施例4：
本实施例提供了一种茶园酸化土壤改良剂，其包括生物炭、磷矿粉、白云石粉和草木灰，且每公顷茶园土壤中该改良剂的用量为18.475t，其中生物炭的含量为81.19％。
该改良剂的制备方法如下：
(1)生物炭的制备：取玉米秸秆成小颗粒后，在600℃的缺氧环境下裂解1.5h，冷却后过2mm筛，即得生物炭；
(2)混合：将磷矿粉、白云石粉和草木灰研磨后过2mm筛，然后称取生物炭15t、磷矿粉0.225t、白云石粉2.25t和草木灰1t，将生物炭、磷矿粉、白云石粉和草木灰混合均匀，即得茶园酸化土壤改良剂D。
实施例5：
本实施例提供了一种茶园酸化土壤改良剂，其包括生物炭、钙镁磷肥、白云石粉和草木灰，且每公顷茶园土壤中该改良剂的用量为18.475t，其中生物炭的含量为81.19％。
该改良剂的制备方法如下：
(1)生物炭的制备：取玉米秸秆成小颗粒后，在600℃的缺氧环境下裂解1.5h，冷却后过2mm筛，即得生物炭；
(2)混合：将磷矿粉、白云石粉和草木灰研磨后过2mm筛，然后称取生物炭15t、磷矿粉0.225t、白云石粉2.25t和草木灰1t，将生物炭、钙镁磷肥、白云石粉和草木灰混合均匀，即得茶园酸化土壤改良剂E。
实施例6：
本实施例提供了一种茶园酸化土壤改良剂，其包括生物炭、磷矿粉、白云石粉和草木灰，且每公顷茶园土壤中该改良剂的用量为8.55t，其中生物炭的含量为58.48％。
该改良剂的制备方法如下：
(1)生物炭的制备：取玉米秸秆成小颗粒后，在400℃的缺氧环境下裂解2h，冷却后过3mm筛，即得生物炭；
(2)混合：将磷矿粉、白云石粉和草木灰研磨后过2mm筛，然后称取生物炭5t、磷矿粉0.3t、白云石粉2.25t和草木灰1t，将生物炭、磷矿粉、白云石粉和草木灰混合均匀，即得茶园酸化土壤改良剂F。
实施例7：
本实施例提供了一种茶园酸化土壤改良剂，其包括生物炭、磷矿粉、白云石粉和草木灰，且每公顷茶园土壤中该改良剂的用量为23.45t，其中生物炭的含量为85.29％。
该改良剂的制备方法如下：
(1)生物炭的制备：取玉米秸秆成小颗粒后，在800℃的缺氧环境下裂解1h，冷却后过4mm筛，即得生物炭；
(2)混合：将磷矿粉、白云石粉和草木灰研磨后过2mm筛，然后称取生物炭20t、磷矿粉0.2t、白云石粉2.25t和草木灰1t，将生物炭、磷矿粉、白云石粉和草木灰混合均匀，即得茶园酸化土壤改良剂G。
制备所得的土壤改良剂的应用以及效果测定：
实验在湖北省咸宁市某茶园进行，茶园种植年限30年左右，土壤pH值为3.9。在10月下旬分别按照10.725t/hm2的用量施用土壤改良剂A，12.75t/hm2的用量施用土壤改良剂B，10.3t/hm2的用量施用土壤改良剂C，18.475t/hm2的用量施用土壤改良剂D，18.475t/hm2的用量施用土壤改良剂E，8.55t/hm2的用量施用土壤改良剂F，23.45t/hm2的用量施用土壤改良剂G；同时对照1组只施用基肥，对照2组按照9t/hm2的用量施用实施例1中的生物炭。土壤改良剂A～G随基肥一起施用，将上述各种土壤改良剂撒施在两行茶树之间。在改良剂施用后的21天后，分别测定土壤pH值、土壤交换性铝含量以及N2O气体累积排放量，测试结果见表1。
表1不同土壤改良剂的效果
试验处理 土壤pH值 土壤交换性铝含量(cmol/kg) N2O累积排放量(mg/m2)
对照组1 3.9 5.53 7525
对照组2 4.5 4.54 1752
土壤改良剂A 5.3 3.52 794
土壤改良剂B 5.4 3.17 739
土壤改良剂C 4.9 3.96 788
土壤改良剂D 5.9 3.03 725
土壤改良剂E 5.8 3.08 727
土壤改良剂F 5.0 3.85 779
土壤改良剂G 5.2 3.61 815
由表1可以看出，施加生物炭后土壤的改良效果明显优于没有施加土壤改良剂的，而施加土壤改良剂A～G组后，茶园土壤的改良效果要优于只施加生物炭的，且由表1可以看出，在所有土壤改良剂中土壤改良剂D和E的效果最优，这说明了在土壤改良剂中无论是添加磷矿粉还是钙镁磷肥，对土壤的改良效果基本相同。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种茶园酸化土壤改良剂，其特征在于，其包括生物炭和碱性辅料，所述碱性辅料为磷矿粉、钙镁磷肥、白云石粉和草木灰中的至少两种；该酸化土壤改良剂的用量为8.55～23.45t/hm2，其中生物炭的含量为58.25～85.29％。
2.根据权利要求1所述的茶园酸化土壤改良剂，其特征在于，所述碱性辅料为磷矿粉和/或钙镁磷肥、白云石粉以及草木灰；磷矿粉和/或钙镁磷肥、白云石粉和草木灰的用量之比为0.2～0.3：2.25～3：1。
3.根据权利要求1所述的茶园酸化土壤改良剂，其特征在于，所述碱性辅料为钙镁磷肥和草木灰，其用量之比为0.225：1.5。
4.根据权利要求1所述的茶园酸化土壤改良剂，其特征在于，所述碱性辅料为白云石粉和草木灰，其用量之比为2.25：1.5。
5.根据权利要求2所述的茶园酸化土壤改良剂，其特征在于，该酸化土壤改良剂的用量为18.475t/hm2，其中生物炭的含量为81.89％。
6.根据权利要求5所述的茶园酸化土壤改良剂，其特征在于，磷矿粉和/或钙镁磷肥、白云石粉和草木灰的用量之比为0.225：2.25：1。
7.一种茶园酸化土壤改良剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.生物炭的制备：取秸秆，粉碎后在400～800℃的缺氧环境下裂解1～2h，冷却后过筛，即得生物炭；
S2.混合：将碱性辅料研磨后过筛，然后按照每公顷茶园土壤中该酸化土壤改良剂的用量为8.55～23.45t，其中生物炭的含量为58.25～85.29％，称取生物炭，将生物炭和碱性辅料混合均匀，即得酸化土壤改良剂。
8.根据权利要求7所述的茶园酸化土壤改良剂的制备方法，其特征在于，步骤S1中冷却后过2～4mm筛。
9.根据权利要求7所述的茶园酸化土壤改良剂的制备方法，其特征在于，步骤S2中冷却后过2mm筛。
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