CN111040770A - 一种富含碳酸盐和有机阴离子的复合酸性土壤改良剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
一种富含碳酸盐和有机阴离子的复合酸性土壤改良剂及其制备方法和应用，步骤为：将豆科类作物秸秆自然风干、粉碎，调节C/N比至23‑28，添加1‑3wt.% EM菌剂，调节含水量至60‑70%，25‑35℃腐解25‑35天；之后逐渐降低含水量直至35‑45%，再腐解120‑150天制得。本发明以豆科作物秸秆为原料，在腐解过程中自然产生大量碳酸盐和有机阴离子等碱性物质。同时，腐解过程也实现物料减量化和碱性物质的浓缩。这不仅为酸性土壤改良提供新方法，而且为农作物秸秆的资源化利用提供新途径。
Description
技术领域
本发明属于土壤学中土壤改良技术领域，具体涉及一种复合酸性土壤改良剂及其制备方法和应用。
背景技术
我国南方热带和亚热带地区土壤一般呈酸性（赵其国等，2002. 科学出版社）。酸性土壤较低的pH和铝毒严重限制该类土壤上农作物生长和农林业生产。近年来，由于酸沉降和铵态氮肥的过量施用等原因，土壤酸化速率加快，酸化范围进一步扩大(Guo et al.,2010. Science, 327: 1008–1010)。传统的酸性土壤改良方法是施用石灰等碱性物质中和土壤酸度，提高土壤pH。这一方法虽然有效，但需要消耗大量的矿产资源，并且存在土壤复酸化的问题。
农业生产过程中，产生大量的农作物秸秆。作物秸秆作为一种固体废弃物，处置不当将会带来一系列严重的环境污染问题，因此，如何合理处理、处置大量的农作物秸秆受到越来越多的关注。前人研究发现，作物秸秆等农业废弃物对土壤酸度有改良效果，尤其是豆科类作物秸秆。但施用农作物秸秆或秸秆直接还田，由于不能及时腐解，会影响下茬作物的种植；而且直接用秸秆改良土壤酸度，秸秆用量很大。针对这些问题，本发明以豆科作物秸秆为原料，通过腐解制备绿色高效的有机-无机复合酸性土壤改良剂，用于酸性土壤改良，并提高土壤抗酸化能力，同时为农作物秸秆资源化利用开辟新途径。
发明内容
解决的技术问题：本发明主要针对我国南方酸性土壤的酸害、铝毒、低肥力、易复酸化，以及直接用秸秆改良酸性土壤存在秸秆用量大、影响下茬作物种植等技术问题，提供一种复合酸性土壤改良剂及其制备方法和应用。以豆科作物秸秆为原料，在腐解过程中自然产生大量碳酸盐和有机阴离子等碱性物质。同时，腐解过程也实现物料减量化和碱性物质的浓缩。这不仅为酸性土壤改良提供新方法，而且为农作物秸秆的资源化利用提供新途径。
技术方案：一种富含碳酸盐和有机阴离子的复合酸性土壤改良剂的制备方法，步骤为：将豆科类作物秸秆自然风干、粉碎，调节C/N比至23-28，添加1-3wt.% EM菌剂，调节含水量至60-70%，25-35℃腐解25-35天；之后逐渐降低含水量直至35-45%，再腐解120-150天制得。
优选的，上述豆科类作物为豌豆、大豆或花生。
上述调节C/N比的方法为通过添加尿素增加N含量，通过添加葡萄糖或蔗糖增加C含量。
上述方法中，以豆科农作物的秸秆为原料，不添加任何外源碱性物质，对豌豆秸秆采用25+120天腐解时间；对大豆秸秆采用35+150天腐解时间。
上述制备方法制得富含碳酸盐和有机阴离子的复合酸性土壤改良剂。
上述富含碳酸盐和有机阴离子的复合酸性土壤改良剂在降低土壤铝毒中的应用。
上述富含碳酸盐和有机阴离子的复合酸性土壤改良剂在提高酸性土壤pH和pH缓冲容量中的应用。
上述应用的具体方法为：按土重的1~2%施用复合酸性土壤改良剂，混匀后一周种植作物。
豆科作物在生长过程中比非豆科作物吸收更多的钙、镁等盐基阳离子，因此在秸秆中积累了较多的碱性物质（有机阴离子），使秸秆本身呈碱性。在秸秆腐解过程中，微生物利用并分解易分解的有机物，产生的二氧化碳在碱性条件下与钙和镁离子结合，形成碳酸盐；秸秆腐解过程也会产生更多的有机阴离子。碳酸盐和有机阴离子是无机改良剂和有机改良剂的代表性物质。这是本发明的主要技术原理。本发明除添加适量尿素和蔗糖以调节有机物的C/N比和添加EM菌剂外，不添加任何其他化学物质，在近似自然条件下制成高效有机-无机复合酸性土壤改良剂。腐解过程中，有机物分解产生的CO2与钙、镁结合形成碳酸盐，减少了CO2的排放，因此，本发明是一种绿色制备方法。
有益效果：豌豆秸秆和花生秸秆腐解产物的碱含量和碳酸盐含量均显著高于油菜秸秆和稻草腐解产物。向酸性土壤中添加相同量的秸秆腐解产物，虽然四种秸秆腐解产物均显著提高了土壤pH，降低了土壤交换性铝含量。但豆科作物秸秆腐解产物的改良效果显著优于两种非豆科作物秸秆腐解产物。同时，添加作物秸秆腐解产物显著提高了两种酸性土壤的pH缓冲容量，但豌豆秸秆腐解产物在提升土壤pH缓冲容量的效果明显优于花生秸秆、稻草和油菜秸秆的腐解产物。因此，用本发明所制备的豆科作物秸秆腐解产物可以改良土壤酸度，缓解土壤铝毒，提高土壤抗酸化能力，是一种廉价、高效、绿色的有机-无机复合酸性土壤改良剂。
附图说明
图1 不同作物秸秆原料腐解150天制备秸秆腐解产物的产率比较图；
图2不同作物秸秆腐解产物的碳酸盐含量比较图；
图3不同作物秸秆腐解产物的总碱含量比较图；
图4 安徽红粘土添加不同作物秸秆腐解产物处理的土壤pH和交换性铝的对比图；
图5 江西红砂土添加不同作物秸秆腐解产物处理的土壤pH和交换性铝的对比图；
图6 不同作物秸秆原料制备成的秸秆腐解产物的酸碱自动滴定曲线图；
图7 安徽红粘土添加不同作物秸秆腐解产物处理的土壤pH缓冲容量的比较图；
图8 江西红砂土添加不同作物秸秆腐解产物处理的土壤pH缓冲容量的比较图。
具体实施方式
实施例1
秸秆腐解产物的制备
选取豌豆和花生两种豆科植物的秸秆为原料，同时采用两种非豆科植物油菜和水稻的秸秆进行对比试验。将四种作物的秸秆自然风干、磨细、过40目筛。分别称取1.00 kg上述四种作物秸秆于5升玻璃烧杯中，添加适量尿素和无水葡萄糖调节C/N至25，同时添加2wt.%的EM菌剂（Xuzhou Sistan Biotechnology Co., Ltd），充分混匀，并用去离子水调节含水量至65%，用塑料薄膜覆盖杯口，薄膜上扎15个直径约为0.5cm的小孔，以保持通气状态，然后将烧杯放置在30℃恒温培养箱中恒温通气黑暗培养150天。每隔3天补水一次，30天后补水量逐渐减少，维持含水量在40%左右。腐解初期每3天翻堆一次，一周后每7天翻堆一次，45天后停止翻堆。腐解结束后，将秸秆腐解产物在60℃下烘至恒重，粉碎、过60目筛，制备完成。图1结果表明，花生秸秆腐解产物的产率高于豌豆、油菜和稻草秸秆腐解产物的产率，而其他3种秸秆腐解产物的产率相近。图2和图3结果表明，豌豆秸秆腐解产物中的碳酸盐含量和碱含量最高，其次为花生秸秆腐解产物，这两种豆科作物秸秆附件产物的碳酸盐含量和碱含量均显著高于两种非豆科作物秸秆（稻草和油菜秸秆）的腐解产物。这些结果说明，腐解产物具备有机-无机复合改良剂的特征。
实施例2
培养实验条件下的改良效果
称取200g风干酸性红壤（安徽粘土和江西红砂土），按土重的2%添加秸秆腐解产物，充分混合均匀后放入一次性塑料杯中，用去离子水将土壤含水量调节至土壤田间持水量的60%，用塑料薄膜封口塑料杯，并在薄膜上留9个口径为2 mm的小孔，以便气体交换并减少水分损失。然后将塑料杯置于25℃的恒温培养箱中黑暗培养30天。每隔3天称重并补充水分，以保持土壤含水量恒定。培养结束后，将土壤样品取出风干、研磨、过60目筛，测定土壤pH及土壤交换性铝含量。图4和图5中的结果说明，添加四种秸秆腐解产物均显著提高了两种酸性土壤的pH、降低土壤交换性铝含量，但两种豆科作物秸秆腐解产物提升土壤pH和降低土壤交换性铝的效果显著优于两种非豆科秸秆腐解产物。对于红砂土，添加2%秸秆腐解产物，两种豆科秸秆腐解产物使土壤pH提高至8.0左右，因此，可以根据实际需要，将用量调节至1%。上述结果说明，由豆科作物秸秆腐解制备的有机-无机复合改良剂对土壤酸度有很好的改良效果。
实施例3
作物秸秆腐解产物抗酸化能力比较
分别称取四种不同作物秸秆腐解产物0.2000g至100 mL滴定杯中，加入50 mL去离子水后，在通N2条件下，用磁力搅拌器搅拌平衡2h。采用自动电位滴定仪，用0.2 mol/L的HCl将悬液体系pH滴定至2.0。从图6可以看出，制备的四种秸秆腐解产物中，豌豆秸秆腐解产物对酸的缓冲能力最强，在相同pH范围内，能够消耗更多酸，其次为花生秸秆腐解产物，油菜秸秆腐解产物与稻草秸秆腐解产物消耗酸的量相似，均低于两种豆科作物秸秆腐解产物。因此，在四种作物秸秆腐解产物中，豌豆秸秆腐解产物的抗酸化能力最强。
实施例4
秸秆腐解产物对红壤抗酸化能力的影响
培养实验同实施例2，培养实验结束后将土壤样品风干、磨细，然后用酸碱滴定法测定土壤pH缓冲容量(pHBC)。图7和图8中的结果表明，添加四种秸秆腐解产物均显著提高了土壤pHBC，其中，豌豆秸秆腐解产物对土壤pHBC的提升效果最好。对于红粘土和红砂土，添加豌豆秸秆腐解产物处理的土壤pHBC均显著高于其他三种秸秆腐解产物处理的土壤pHBC。说明豌豆秸秆腐解产物在提升酸性土壤的抗酸化能力方面比其他3种作物秸秆腐解产物具有更大的潜力。
Claims (8)
1.一种富含碳酸盐和有机阴离子的复合酸性土壤改良剂的制备方法，其特征在于步骤为：将豆科类作物秸秆自然风干、粉碎，调节C/N比至23-28，添加1-3wt.% EM菌剂，调节含水量至60-70%，25-35℃腐解25-35天；之后逐渐降低含水量直至35-45%，再腐解120-150天制得。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述豆科类作物为豌豆、大豆或花生。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述调节C/N比的方法为通过添加尿素增加N含量，通过添加葡萄糖或蔗糖增加C含量。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：以豆科农作物的秸秆为原料，不添加任何外源碱性物质，对豌豆秸秆采用25+120天腐解时间；对大豆秸秆采用35+150天腐解时间。
5.权利要求1-4任一所述制备方法制得富含碳酸盐和有机阴离子的复合酸性土壤改良剂。
6.权利要求5所述富含碳酸盐和有机阴离子的复合酸性土壤改良剂在降低土壤铝毒中的应用。
7.权利要求5所述富含碳酸盐和有机阴离子的复合酸性土壤改良剂在提高酸性土壤pH和pH缓冲容量中的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于按土重的1~2%施用复合酸性土壤改良剂，混匀后一周种植作物。
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| CN201911163831.XA Pending CN111040770A (zh) | 2020-03-03 | 2020-03-03 | 一种富含碳酸盐和有机阴离子的复合酸性土壤改良剂及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111040770A (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101691489A (zh) * | 2009-10-10 | 2010-04-07 | 中国科学院南京土壤研究所 | 一种高效酸性土壤有机改良剂 |
| RU2011147923A (ru) * | 2011-11-24 | 2013-05-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение Высшего профессионального образования КАБАРДИНО-БАЛКАРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ИМЕНИ В.М. КОКОВА | Способ повышения плодородия почв |
| CN106431568A (zh) * | 2016-09-27 | 2017-02-22 | 中国农业大学 | 一种有机无机生物炭复合配方肥料及其制备方法 |
-
2020
- 2020-03-03 CN CN201911163831.XA patent/CN111040770A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101691489A (zh) * | 2009-10-10 | 2010-04-07 | 中国科学院南京土壤研究所 | 一种高效酸性土壤有机改良剂 |
| RU2011147923A (ru) * | 2011-11-24 | 2013-05-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение Высшего профессионального образования КАБАРДИНО-БАЛКАРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ИМЕНИ В.М. КОКОВА | Способ повышения плодородия почв |
| CN106431568A (zh) * | 2016-09-27 | 2017-02-22 | 中国农业大学 | 一种有机无机生物炭复合配方肥料及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 潘晓莹等: "《2019年中国土壤学会土壤环境专业委员会、土壤化学专业委员会联合学术研讨会》", 31 July 2019 * |
| 王宁等: "土壤酸化及酸性土壤的改良和管理", 《安徽农学通报》 * |
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