CN110041941A - 一种用于半生土快速熟化的土壤调理剂及半生土快速熟化的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于半生土快速熟化的土壤调理剂及半生土快速熟化的方法，属于土壤调理剂技术领域。本发明的土壤调理剂主要由以下重量份数的组分组成：氨化腐植酸5～10份、生物炭10～15份、保水剂1～5份。该用于半生土快速熟化的土壤调理剂配方简单，可改善土壤理化性质，提高土壤保水保肥水平，还能够调节土壤环境，促进植物生长，降低半生土壤的容重。

Description

一种用于半生土快速熟化的土壤调理剂及半生土快速熟化的 方法

技术领域

本发明涉及一种用于半生土快速熟化的土壤调理剂及半生土快速熟化的方法，属于土壤调理剂技术领域。

背景技术

生土即未发育成熟的土壤，一般是指土壤底层未经人类生活扰动的原生土壤。半生土即生土与熟土混合存在的土壤类型。由于其发育不成熟、养分有效性低、理化性质较差，不适宜农作物的生长及发育，需通过生物循环的蓄积作用或者人工培肥等措施使其熟化。

煤矿矿区的煤矸石等废弃物占用大量土地，废弃物表面需要覆盖50厘米的土壤才能复垦。由于开矿时表层“熟土”遗存有限，废弃物堆场表面积是原来土地表面积的1.5倍以上，覆土面积加大，矿区周边土地的“熟土”有限，所以废弃地实际覆土表面多为“生土”或者“半生土”(即表层熟土和地下生土混合)。半生土容重和土壤孔隙度均较小，土壤团粒结构及通透性较差；与耕作熟土相比，半生土的蓄水保肥能力差，半生土中有机质及氮磷等养分含量低，整体肥力低；微生物活性差、养分转化能力弱，植物生长发育困难，生产力差。这种半生土一般需要3-5年经过施加有机肥和种植改良等措施配合，才可达到较好的土壤肥力和生产力。

现有的土壤调理剂多是由无机肥与有机肥复合，辅以菌肥或其他生物活性成分，经加工工艺制成，其具有一定改善土壤性质的功能，但现有的土壤调理剂多以改良农田土壤肥力为主，对半生土壤熟化效应不明显，且大多土壤调理剂不能快速改良土壤理化性质，因此在废弃地半生土壤快速熟化方面应用受限。

现有技术中，申请公布号为CN104058897A的中国发明专利申请公开了一种生土土壤熟化调理剂，该调理剂由以下质量百分含量的各组分组成：黑矾15～25％，腐植酸20～29％，保水剂6％，碳铵40～50％，其他组分5％；所述其他组分为微肥、阳离子螯合剂和水。该生土土壤调理剂用于熟化半生土时，存在土壤容重较高的问题。

发明内容

本发明提供一种用于半生土快速熟化的土壤调理剂。该调理剂能够降低半生土壤的容重。

本发明还提供一种半生土快速熟化的方法。该方法操作简单、成本低廉、利于推广使用。

为实现上述目的，本发明的用于半生土快速熟化的土壤调理剂的技术方案是：

一种用于半生土快速熟化的土壤调理剂，主要由以下重量份数的组分组成：氨化腐植酸5～10份、生物炭10～15份、保水剂1～5份。

本发明的用于半生土快速熟化的土壤调理剂中，腐植酸采用氨化腐植酸，氨化腐植酸中的官能团在土壤中发生离子凝聚反应，结合植物根系作用促进土壤团粒结构形成，氨化腐植酸能改良土壤结构，增加土壤有机质及矿物质成分，通过酸碱中和交换作用调节土壤理化性质；生物炭的芳香化结构及脂肪类和氧化态结构可以为土壤微生物提供良好的生存空间；此外生物炭也会使土壤中有机质的含量增加，使土壤变得疏松多孔，容重降低；保水剂有三维网状结构及亲水性官能团，添加保水剂除了有自身保水、释水的功能外，还能够改良土壤结构，改善植物根际环境，提高肥料利用效率。以上三种组分结合可以增强土壤微生物和酶的活性，使土壤中的铵态氮转化为硝态氮，减少土壤氮流失。

综上，该用于半生土快速熟化的土壤调理剂配方简单，可改善土壤理化性质，提高土壤保水保肥水平，还能够调节土壤环境，促进植物生长，降低半生土壤的容重。

所述生物炭为稻壳生物炭。稻壳生物炭可以解决稻壳废物处置问题，最大限度将其资源化利用，此外稻壳生物炭质地轻，可以增加土壤的疏松程度，降低土壤容重。稻壳是制备生物炭的良好原料，主要成分以硅质和碳质为主，含有二氧化硅、半纤维素、纤维素和木质素等，其中硅为农作物生长的有益元素，在农业上有抗倒伏的应用效果。稻壳炭化处理后去除了木质素及半纤维素，纤维素结晶度降低，孔隙度和比表面积增大，化学性质稳定，吸附能力增强。

所述稻壳生物炭采用包括以下制备步骤的方法制得：将稻壳在缺氧条件下于450～600℃热解1～3h即得。在缺氧条件下经450～600℃热解1～3h，可以将稻壳转化成一种碳化物，该碳化物具有发达的孔隙结构和巨大的比表面积，以及足够的化学稳定性和机械强度，且耐酸碱，富含微孔，它可以补充土壤有机物的含量，还可以有效保存土壤中的水分和养分，提高土壤肥力。

为进一步提高保水剂的吸持水能力，优选的，所述保水剂为聚丙烯酸盐型保水剂。

本发明的半生土快速熟化的方法所采用的技术方案是：

一种半生土快速熟化的方法，包括：施用肥料；施用上述用于半生土快速熟化的土壤调理剂。

该半生土快速熟化的方法，既环保又资源化地利用了废弃物，其操作简单、成本低廉、处理效果明显、性能长期稳定、利于推广使用。

所述肥料包括复合肥和有机肥；复合肥施用量为每亩半生土施用30～100kg；有机肥的施用量为每亩半生土施用800～1600kg。复合肥和有机肥结合施用，其营养成分丰富，可以有效地提高土壤肥力，增强半生土的熟化效果；以上施用量既能保证土壤有机物含量充足，又可以节约资源，降低成本。

为进一步提高复合肥的养分并有效降低成本，优选的，所述复合肥中总氮的质量分数为35％～45％，五氧化二磷的质量分数为15％～25％，氧化钾的质量分数为35％～45％。所述有机肥是将牛粪发酵制得。使用牛粪作为有机肥经济环保、利于资源的循环利用。

所述土壤调理剂的施用量为每亩半生土施用600～1500kg。该土壤调理剂的施用量既可以保证半生土的充分熟化，达到改善土壤环境的目的，又能将施用量控制在合理范围内，避免资源的浪费。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

以下实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或按照产品说明书进行。所用试剂或者仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。盆栽所用黑麦草种子为江苏省沐阳县绿中城绿化工程有限公司提供。聚丙烯酸盐型保水剂为市售常规商品，优选小粒径规格，以满足以下条件为最优：在纯水中的吸水倍数为300～450倍，在0.9wt％氯化钠溶液中的吸水倍数为60～80倍。

以下实施例中氨化腐植酸的制备方法为：筛选北方地区的褐煤(褐煤中腐植酸的质量含量在40％以上)，褐煤经粉碎机粉碎成60～80目的细小颗粒，干燥到水分质量含量≤15％后加入到搅拌机中，再向搅拌机中喷洒质量浓度为10～20％的氨水，氨水和褐煤的重量比为1:2～3，混合均匀后装袋密封，存放4～6天即得。

用于半生土快速熟化的土壤调理剂的实施例1

本实施例的用于半生土快速熟化的土壤调理剂，由以下重量份数的组分组成：氨化腐植酸6份、生物炭10份、保水剂1份，三者按其重量份数混合均匀，过60目筛网即得。

氨化腐植酸按照以下方法进行制备：筛选北方地区的褐煤，褐煤经粉碎机粉碎成60目的细小颗粒，干燥到水分质量含量为15％后加入到搅拌机中，再向搅拌机中喷洒质量浓度为15％的氨水，氨水和褐煤的重量比为1:2，混合均匀后装袋密封，存放4天即得。

生物炭为稻壳生物炭，其制备方法为：将稻壳用去离子水洗涤3次，在105℃下烘干至恒重，然后粉碎，过40目筛得粉碎物；将粉碎物于密闭条件下(缺氧条件)在马弗炉中于500℃下热解2h；冷却至室温即得。

保水剂为粒度80～100目的聚丙烯酸钾，其在纯水中的吸水倍数为300～450倍，在质量分数为0.9％的氯化钠溶液中的吸水倍数为60～80倍。

用于半生土快速熟化的土壤调理剂的实施例2

本实施例的用于半生土快速熟化的土壤调理剂，由以下重量份数的组分组成：氨化腐植酸10份、生物炭15份、保水剂1份，三者按其重量份数混合均匀，过60目筛网即得。

氨化腐植酸按照以下方法进行制备：筛选北方地区的褐煤，褐煤经粉碎机粉碎成70目的细小颗粒，干燥到水分质量含量为15％后加入到搅拌机中，再向搅拌机中喷洒质量浓度为15％的氨水，氨水和褐煤的重量比为1:3，混合均匀后装袋密封，存放5天即得。

生物炭为稻壳生物炭，其制备方法为：将稻壳用去离子水洗涤3次，在105℃下烘干至恒重，然后粉碎，过40目筛得粉碎物；将粉碎物于缺氧条件下，在450℃热解3h；冷却至室温即得。

保水剂为粒度80～100目的聚丙烯酸钾，其在纯水中的吸水倍数为300～450倍，在质量分数为0.9％的氯化钠溶液中的吸水倍数为60～80倍。

用于半生土快速熟化的土壤调理剂的实施例3

本实施例的用于半生土快速熟化的土壤调理剂，由以下重量份数的组分组成：氨化腐植酸7份、生物炭13份、保水剂3份，三者按其重量份数混合均匀，过60目筛网即得。

氨化腐植酸按照以下方法进行制备：筛选北方地区的褐煤，褐煤经粉碎机粉碎成80目的细小颗粒，干燥到水分质量含量为10％后加入到搅拌机中，再向搅拌机中喷洒质量浓度为15％的氨水，氨水和褐煤的重量比为1:2.5，混合均匀后装袋密封，存放6天即得。

生物炭为稻壳生物炭，其制备方法为：将稻壳用去离子水洗涤3次，在105℃下烘干至恒重，然后粉碎，过40目筛得粉碎物；将粉碎物于缺氧条件下，在600℃热解1h；冷却至室温即得。

保水剂为粒度80～100目的聚丙烯酸钾，其在纯水中的吸水倍数为300～450倍，在质量分数为0.9％的氯化钠溶液中的吸水倍数为60～80倍。

半生土快速熟化的方法的实施例1

本实施例的半生土快速熟化的方法，包括以下步骤：在半生土中施用复合肥、有机肥，施用量为每亩半生土分别施用100kg复合肥、2000kg有机肥，复合肥中总氮、五氧化二磷、氧化钾的质量分数分别为40％、20％、40％，有机肥是将牛粪发酵制得(发酵后的含水率为28wt％)；然后施用土壤调理剂实施例1中的土壤调理剂，土壤调理剂的施用量为每亩半生土施用1500kg土壤调理剂。

半生土为一半生土(深度60cm以下基层土壤)和一半熟土(表层0-20cm耕层土)充分混匀而得，施用复合肥和有机肥后陈化处理14d，然后施用土壤调理剂熟化14d，即可进行播种。

半生土快速熟化的方法的实施例2

本实施例的半生土快速熟化的方法，与半生土快速熟化的方法实施例1基本相同，区别仅在于，施用复合肥、有机肥和土壤调理剂实施例2中的土壤调理剂；施用量为每亩半生土分别施用30kg复合肥、1600kg有机肥和1500kg土壤调理剂；其中复合肥中总氮、五氧化二磷、氧化钾的质量分数分别为42％、22％、42％。

半生土快速熟化的方法的实施例3

本实施例的半生土快速熟化的方法，与半生土快速熟化的方法实施例1基本相同，区别仅在于，施用复合肥、有机肥和土壤调理剂实施例3中的土壤调理剂；施用量为每亩半生土施用100kg复合肥、800kg有机肥和600kg土壤调理剂；其中复合肥中总氮、五氧化二磷、氧化钾的质量分数分别为38％、18％、38％。

试验例

本试验例在北京市昌平区亭自庄村北京市轻工业研究所基地进行，试验方式为田间盆栽的方式，通过该试验观察土壤的理化性质变化及黑麦草的生长状况。

试验共设2组处理，分别为对照组和试验组，每组处理实施5次重复，共10组盆栽，随机排列。种植盆直径30cm，高度50cm，每盆装土10kg，土壤为一半生土(取自当地深度60cm以下基层土壤)和一半熟土(表层0-20cm耕层土)混合土壤。对照组在每盆半生土中添加0.01kg复合肥和0.25kg有机肥，试验组在对照组的基础上施用0.19kg用于半生土快速熟化的土壤调理剂的实施例1中的土壤调理剂。施加复合肥和有机肥老化14d后加入土壤调理剂，熟化14d后进行播种。

选择大小均匀无病虫害的黑麦草种子，按每盆20粒播种到盆中。定期观察并及时统一浇水，在幼苗生长102天后进行收样，分别测定各盆黑麦草的株高和干重。将各盆土壤分别过2mm筛后风干待测试。

1、土壤调理剂对半生土壤物理性质的影响

本发明的土壤调理剂对半生土壤物理性质的影响主要包括容重、孔隙度和土壤样品的比重，结果如表1所示。

表1土壤调理剂对半生土壤物理性质的影响

由表1可以得出，稻壳生物炭和腐植酸可降低土壤样品的比重，这是因为土壤比重与土壤有机质和矿物质含量有密切的关系。同时，土壤孔隙度整体变化明显，土壤的孔隙度直接影响着蓄墒效果和透气性，并间接影响着植物的土壤肥力和植物生长状况，添加土壤调理剂后孔隙度较对照组提高28.6％，土壤孔隙度的增加，也一定程度上会有助于土壤整体的吸附能力和微生物群落的增殖。从表1还可以看出，和对照组相比，试验组的容重明显降低，说明施用本发明的土壤调理剂后土壤的熟化程度更好。

2、土壤调理剂对半生土壤化学性质的影响

本发明的土壤调理剂对半生土壤化学性质的影响如表2所示。

表2土壤调理剂对半生土壤pH值及养分状况的影响

由表2可以得出，添加本发明的土壤调理剂的试验组跟对照组相比土壤有机质显著提高，较对照组提高了91.68％，同时可以有效降低土壤的pH值，即添加本发明的土壤调理剂能够显著降低土壤碱化度，改善土壤化学性质，为植物生长提供了良好的化学条件。

试验地区土壤容重大，孔隙度小，夏季多雨，导致土壤氮容易流失。空白土壤碱解氮的含量为44.32g/kg，处于土壤养分等级的第五水平(根据《全国土壤第二次普查分类标准》)。由表2可以得出添加本发明的土壤调理剂后土壤速效氮较对照组提高了61.51％，氮含量处于土壤养分等级的第二水平，土壤有效氮的保持能力显著增加。此外，土壤速效磷较对照组提高了93.44％，土壤理化性质明显改善。因此经本发明土壤调理剂处理后在较短时间内能够有效提高土壤碱解氮和速效磷含量，显著提高了半生土壤的肥力状况，改善了植物生长环境。

3、土壤调理剂对半生土壤植物生长量的影响

本发明的土壤调理剂对半生土壤植物生长量的影响，结果如表3所示。

表3土壤调理剂对黑麦草生长量的影响

由表3可知，添加本发明的用于半生土快速熟化的土壤调理剂能够促进植物生长，黑麦草株高增高了10.4cm，干重增加了50.77g，这与理化性质表现一致，说明土壤调理剂能够改善土壤物理结构，改良化学性质，为土壤微生物提供很好的生存空间，利用本发明的土壤调节剂在一年左右时间就可使土壤结构和肥力快速得到提升。

土壤调理剂实施例2和实施例3中相应土壤调理剂对半生土的调理熟化效果与土壤调理剂实施例1相当。在本发明的土壤调理剂的其他实施例中，可在以上土壤调理剂实施例的各组分的基础上进一步添加沸石、海泡石及钙基膨润土等吸附材料(添加量可以控制为6～10份)，或黑矾(添加量可以控制在1～5份)等其他辅料，其可进一步改善土壤结构，优化土壤调理剂的熟化效果。

Claims (9)

1.一种用于半生土快速熟化的土壤调理剂，其特征在于：主要由以下重量份数的组分组成：氨化腐植酸5～10份、生物炭10～15份、保水剂1～5份。

2.根据权利要求1所述的用于半生土快速熟化的土壤调理剂，其特征在于：所述生物炭为稻壳生物炭。

3.根据权利要求2所述的用于半生土快速熟化的土壤调理剂，其特征在于：所述稻壳生物炭采用包括以下制备步骤的方法制得：将稻壳在缺氧条件下于450～600℃热解1～3h即得。

4.根据权利要求1所述的用于半生土快速熟化的土壤调理剂，其特征在于：所述保水剂为聚丙烯酸盐型保水剂。

5.一种半生土快速熟化的方法，其特征在于：包括：施用肥料；施用如权利要求1所述的用于半生土快速熟化的土壤调理剂。

6.根据权利要求5所述的半生土快速熟化的方法，其特征在于：所述肥料包括复合肥和有机肥；复合肥的施用量为每亩半生土施用30～100kg；有机肥的施用量为每亩半生土施用800～1600kg。

7.根据权利要求6所述的半生土快速熟化的方法，其特征在于：所述复合肥中总氮的质量分数为35～45％，五氧化二磷的质量分数为15～25％，氧化钾的质量分数为35～45％。

8.如权利要求6所述的半生土快速熟化的方法，其特征在于：所述有机肥是将牛粪发酵制得。

9.根据权利要求5所述的半生土快速熟化的方法，其特征在于：所述土壤调理剂的施用量为每亩半生土施用600～1500kg。