CN111187125A - 沙化土壤改良剂及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了沙化土壤改良剂及其制备方法与应用。本发明所提供的土壤改良剂，由包括如下重量份的物质制成：风干后的秸秆80‑90份、聚天门冬氨酸1‑2份和水8‑19份。本发明的土壤改良剂不仅可以充分利用秸秆中的有机质和氮磷钾养分，提高土壤保水保肥能力，还可以活化养分元素、减少土壤氮素淋溶损失以及促进作物对铁、锌、锰等微量元素的吸收和作物生长，从而提高沙化土壤植被覆盖，达到农业废弃物高效利用和沙化土壤改良与环境治理的效果。

Description

沙化土壤改良剂及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及土壤改良技术领域，特别地涉及沙化土壤改良剂及其制备方法与应用。

背景技术

土壤沙化和荒漠化是全球最严重的环境问题之一。目前，全球有超过30％的干旱土地受荒漠化的影响，而且土地转化为沙漠的趋势正在向半干旱土地扩张。据统计，全球有近15亿人口直接受到荒漠化的威胁，每年有1200万hm²土地转变为沙漠。中国是世界上受荒漠化影响最为严重的国家之一，截止2014年，全国荒漠化和沙化土地面积占国土总面积的45.13％。土壤沙化和荒漠化不仅破坏原生植被、降低生物多样性、加剧水土流失，同时也造成生态功能失调、生态环境退化，严重威胁着人类的生存发展。因此，加强沙化土地治理，防止沙化土地继续退化迫在眉睫。

沙化土壤土粒松散无结构、肥力贫瘠、保水保肥性能差，急需改善沙化土壤的团粒结构、增加沙化土壤有机质含量、增强沙化土壤的保水保肥能力，这对防止风力水力对沙化土壤进一步侵蚀具有重要的意义。近年来，各种土壤改良剂相继问世，并为改良沙化土壤做出了很大的贡献。土壤改良剂主要分为天然改良剂、合成改良剂、天然-合成共聚物改良剂和生物改良剂四大类。其中，天然改良剂以膨润土、污泥、腐殖酸和泥炭等为代表，人工合成改良剂以聚丙烯酰胺为代表，天然-合成共聚物改良剂以腐殖酸-聚丙烯酸为代表，生物改良剂以生物控制剂为主。除天然改良剂外，其余改良剂的生产工艺相对复杂、造价较高，或属于化工产品、易导致次生环境污染，在大规模推广使用中均存在一定障碍。此外，大部分土壤改良剂的功能较为单一，只能针对单一障碍土壤进行改良，而对于像沙化土壤存在土粒松散、肥力贫瘠、漏水漏肥严重等多种问题的障碍土壤，单一土壤改良剂的改良效果较差。另外，很多土壤改良剂的施用方法不当也影响改良效果，如现有技术中有采用腐殖酸与微生物菌剂复合制得的沙化土壤修复制剂(CN101182418A)，于开春后夏季到来前开沟覆盖施用于种植甘草的沙化土壤中，采用沟施并不能均匀改善土壤的理化性质，改良见效慢，需1-2年方可见效。

发明内容

为了弥补以上领域的不足，本发明提供了一种抑制养分流失、活化养分元素、减少土壤氮素淋溶损失以及促进作物对铁、锌、锰等微量元素的吸收和促进植物生长的沙化土壤颗粒状秸秆改良剂。这种土壤改良剂原料来源丰富，无污染，成本低，易制作，见效快，是真正的绿色环保的沙化土壤改良剂。

本发明所提供的土壤改良剂，由包括如下重量份的物质制成：风干后的秸秆80-90份、聚天门冬氨酸1-2份和水8-19份。

所述秸秆为玉米秸秆和/或小麦秸秆和/或水稻秸秆。

所述秸秆被粉碎成≤1-2mm的细小粉末。

所述秸秆中的有机质含量以干基计，其质量百分比≥40％，氮磷钾养分含量≥2％。

所述聚天门冬氨酸(PASP)为液体，是一种水溶性仿生聚合物，可有效促进植物对秸秆中养分和营养元素的吸收，减少土壤氮素淋溶损失。

本发明还提供了制备土壤改良剂的方法，包括如下步骤：

(1)将风干后的秸秆粉碎至≤1-2mm的细小粉末，得到秸秆粉末；

(2)将80-90份秸秆粉末与1-2份聚天门冬氨酸和8-19份水混合搅拌均匀，得到混合物；

(3)将所述步骤(2)得到的混合物通过造粒机械压缩成颗粒，即得到所述土壤改良剂。

所述秸秆为玉米秸秆和/或小麦秸秆和/或水稻秸秆。

所述秸秆中的有机质含量以干基计，其质量百分比≥40％，氮磷钾养分含量≥2％。

所述颗粒的直径为3-5mm。

所述的土壤改良剂在土壤改良和修复中的应用也属于本发明的保护范围。

本发明还提供了一种改良沙化土壤的方法，包括如下步骤：在平整好的沙地上，将所述土壤改良剂与沙地5-15cm层次土壤均匀混合，所述土壤改良剂按每亩1-1.5吨施用，最后沟播种植牧草，种植深度3-5cm。

秸秆、聚天门冬氨酸和水配制成的颗粒状秸秆改良剂，不仅可以充分利用秸秆中的有机质和氮磷钾养分，提高土壤保水保肥能力，还可以活化养分元素、减少土壤氮素淋溶损失以及促进作物对铁、锌、锰等微量元素的吸收和作物生长，从而提高沙化土壤植被覆盖，达到农业废弃物高效利用和沙化土壤改良与环境治理的效果。

本发明的沙化土壤颗粒状秸秆改良剂的作用机理和优点是：

(1)聚天门冬氨酸是一种水溶性仿生聚合物，由于其具有特殊的分子链结构，可以通过不同的合成及其改性方法使其产品类型不断丰富，性能提升，再加上由于其具有无磷、无毒、无公害、可完全降解的特性以及极强的鳌合、分散、吸附等作用，所以可作为肥料增效剂用于改善土壤理化性质、防止水土流失和减少土壤氮素淋溶，还可富集土壤周围的N、P、K及微量元素供给植物，有助于植物对秸秆改良剂养分的吸收，促进农作物生长。

(2)秸秆是农业生产过程中产生的废弃物，还残留着丰富的有机质和氮磷钾养分，将聚天门冬氨酸添加到秸秆粉末中加工成沙化土壤改良剂施入土壤，可有效解决沙化土壤土粒松散、肥力贫瘠、漏水漏肥严重等问题，达到增加土壤团粒结构、改善沙土理化性质、培肥沙化土壤和恢复沙化植被的效果。

(3)将土壤改良剂加工成≤1-2mm秸秆颗粒，可有效增加土壤消纳秸秆和聚天门冬氨酸的能力，灵活增加沙化土壤改良剂的施用量，同时颗粒化的秸秆改良剂便于封装降低运输成本此外，沙化区域植被覆盖率低，对风力的阻挡能力弱，而颗粒状的秸秆改良剂可有效增加施入沙土后的稳定性。

(4)本发明颗粒状秸秆改良剂加工环节少，操作简单易行，生产加工成本低，适合大面积推广。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明做进一步详细描述，需要理解的是，下述实施例仅作为对本发明的解释和说明，不限制本发明的保护范围。

聚天门冬氨酸购自河北协同环保科技股份有限公司。

实施例1、制备土壤改良剂

一、土壤改良剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将风干后的秸秆粉碎至≤1-2mm的细小粉末，得到秸秆粉末；秸秆中的有机质含量以干基计，其质量百分比≥40％，氮磷钾养分含量≥2％。

(2)将80份秸秆粉末与1份聚天门冬氨酸和19份水混合搅拌均匀，得到混合物；

(3)将步骤(2)得到的混合物通过造粒机械压缩成颗粒，即得到土壤改良剂A，颗粒直径为3-5mm，长度为1.5-2cm。

二、本实施例的土壤改良剂的应用效果实验

本实验安排在四川省阿坝州红原县瓦切乡，地理坐标N 31°50'～33°22'，E 101°51'～103°23'，供试土壤为高寒草地沙化土壤，0～20cm土壤养分含量为全氮0.13g/kg、硝态氮4.24mg/kg、速效钾33.47mg/kg、有机质1.23g/kg。试验地为大陆性高原寒温带季风气候，海拔3210－4857m，年平均气温为1.4℃，多年平均降水量749.1mm，80％集中在5－9月。

应用方法如下：在平整好的沙地上，将所述土壤改良剂A与5-15cm层次土壤均匀混合，所述土壤改良剂A按每亩1-1.5吨施用，最后沟播种植牧草，种植深度3-5cm。

实验共设置2个处理：采用随机区组试验设计对照和本发明方法两种处理，每个处理重复3次，小区间用PVC板隔断，小区面积6m²(长3m、宽2m)。小区内沟播种植黑麦草，行距20cm，用种量75kg/hm²。于每年5月中旬播种，采用沟播方式，同年9月收割。

对照方法如下：以当地施入牦牛粪处理为对照，施入量与本发明改良剂施用量相同，均为1-1.5t/亩。

效果如下：

1.本发明可以有效降低土壤养分的淋溶

表1施用改良剂对降低土壤养分淋溶的影响

由表1可知，本发明可显著增加0-30cm土层的全氮、氮储量以及硝态氮含量，2017年0-30cm土层的全氮、氮储量以及硝态氮含量分别较对照显著提高了90％、90.90％、433.33％；2018年0-30cm土层的全氮、氮储量以及硝态氮含量分别较对照显著提高了110％、60％、300％；本发明对土壤深层30-60cm土层的养分含量没有显著提升作用；同时本发明可显著提高土壤外源养分的保持情况，2017和2018年本发明的养分保持情况较CK提高16.92％、6.67％。

全氮储量：[土壤容重(g/cm³)×土层厚度(cm)×全氮含量(g/kg)×面积(m²)]/100

外源养分淋溶率(％)＝[(T_下层-CK_下层)/(T_上层-CK_上层)]×100％

式中：T为本发明处理的硝态氮含量，CK为当地牦牛粪处理的硝态氮含量，以0-30cm为土壤上层，30-60cm为土壤下层。

2.本发明可以有效增加土壤速效养分和有机质含量，提高土壤保水能力

表2施用改良剂对0-20cm土层沙化土壤理化性质的影响

由表2可知，施用本发明沙化土壤改良剂可显著增加0-20cm土层土壤速效养分、有机质和水分含量。本发明改良剂处理的硝态氮、有效磷、速效钾、有机质和土壤含水量在2017年较当地施牦牛粪处理分别显著增加了146.78％、85.14％、60.75％、55.26％和10.12％；在2018年较对照处理分别增加了153.67％、99.74％、53.75％、44.18％和17.13％。可见施用本发明所制作的沙化土壤改良剂可有效改良土壤理化性质，增加土壤速效养分和土壤含水量，改良效果优于当地牦牛粪改良。土壤硝态氮、有效磷、速效钾、有机质养分指标的测定方法参照鲍士旦主编《土壤农化分析》进行测定，土壤含水量采用烘干法进行测定(鲍士旦.土壤农化分析[M].北京:中国农业出版社,2000:46-48.)。

3.本发明对2018年黑麦草生长的影响

表3施用改良剂对田间黑麦草生长的影响

由表3可知，施用本发明改良剂可显著提高黑麦草出苗率，促进黑麦草生长，有效增加黑麦草株高、主根系长、单株干物质重，显著降低黑麦草根冠比。本发明处理的株高、主根系长、地上部干物质和地下部干物质分别较对照显著增加了37.30％、30.41％、108.81％和61.20％。黑麦草生长指标的具体测定方法为：每年9月上旬在每个小区中间部位选取整齐均匀、有代表性的50cm样点，在样点内选取20株黑麦草，用铁铲将黑麦草连根带泥铲出，带回室内测定株高、根系形态和单株干重。将黑麦草洗净后用米尺测量株高，用Win RHIZO根系数据分析软件，分析黑麦草根系总根长、总表面积、平均直径和根体积。测定完毕后将黑麦草按地上地下部分开装入牛皮纸袋中，于105℃下杀青30min，后于70℃下烘干至恒重，称取干重。

总的来说，施用本发明改良剂可有效降低不同形态氮素的淋溶量，增加土壤的保水保肥能力，显著促进黑麦草根系和植株生长，对沙化土壤的改良效果好于当地常规牦牛粪改良。

实施例2、制备土壤改良剂

一、土壤改良剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将风干后的秸秆粉碎至≤1-2mm的细小粉末，得到秸秆粉末；秸秆中的有机质含量以干基计，其质量百分比≥40％，氮磷钾养分含量≥2％。

(2)将90份秸秆粉末与2份聚天门冬氨酸和8份水混合搅拌均匀，得到混合物；

(3)将步骤(2)得到的混合物通过造粒机械压缩成颗粒，即得到土壤改良剂B，颗粒直径为3-5mm，长度为1.5-2cm。

二、本实施例的土壤改良剂的应用效果实验

本实验安排与实施例1相同。

在平整好的沙地上，将所述土壤改良剂B与5-15cm层次土壤均匀混合，所述土壤改良剂B按每亩1-1.5吨施用，最后沟播种植牧草，种植深度3-5cm。

实验共设置2个处理：与上述实施例1中相同。

对照方法与实施例1中相同。

效果与实施例1无显著差异。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.土壤改良剂，由包括如下重量份的物质制成：风干后的秸秆80-90份、聚天门冬氨酸1-2份和水8-19份。

2.根据权利要求1所述的土壤改良剂，其特征在于：所述秸秆为玉米秸秆和/或小麦秸秆和/或水稻秸秆。

3.根据权利要求1所述的土壤改良剂，其特征在于：所述秸秆被粉碎成≤1-2mm的细小粉末。

4.根据权利要求1所述的土壤改良剂，其特征在于：所述秸秆中的有机质含量以干基计，其质量百分比≥40％，氮磷钾养分含量≥2％。

5.制备土壤改良剂的方法，包括如下步骤：

(1)将风干后的秸秆粉碎至≤1-2mm的细小粉末，得到秸秆粉末；

(2)将80-90份秸秆粉末与1-2份聚天门冬氨酸和8-19份水混合搅拌均匀，得到混合物；

(3)将所述步骤(2)得到的混合物通过造粒机械压缩成颗粒，即得到所述土壤改良剂。

6.根据权利要求5所述的制备土壤改良剂的方法，其特征在于：所述秸秆为玉米秸秆和/或小麦秸秆和/或水稻秸秆。

7.根据权利要求5所述的制备土壤改良剂的方法，其特征在于：所述秸秆中的有机质含量以干基计，其质量百分比≥40％，氮磷钾养分含量≥2％。

8.根据权利要求5所述的制备土壤改良剂的方法，其特征在于：所述颗粒的直径为3-5mm。

9.权利要求1-4中任一所述的土壤改良剂在土壤改良和修复中的应用。

10.一种改良沙化土壤的方法，包括如下步骤：在平整好的沙地上，将权利要求1-4中任一所述的土壤改良剂与5-15cm层次土壤均匀混合，所述土壤改良剂按每亩1-1.5吨施用，最后沟播种植牧草，种植深度3-5cm。