CN111587622A - 一种中粘质碱化水稻土的改良方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是为了解决现有技术中对中粘质碱化水稻土质地结构改良研究较少的问题，提供了一种中粘质碱化水稻土的改良方法，属于盐碱土改良技术领域。该方法以铁尾矿砂中的物理性砂粒为主对重壤质碱化碱水稻土进行质地改造，将其改造成卡庆斯基质地标准中的碱化、强碱化轻粘质土，降低土壤容重，增加非毛管孔隙含量，提高洗盐排盐效果。同时对铁尾矿进行酸化改性，构建酸化重介质体系，利用酸化铁尾矿控制碱化水稻土的pH，中和胶体粒子的电负性，并通过碰撞、表面吸附、范德华引力以及协同沉降等作用，使颗粒快速“脱稳”，提高碱化水稻土的浸水容重，消除碱化水稻土起浆现象。

Description

一种中粘质碱化水稻土的改良方法
技术领域
本发明属于盐碱土改良技术领域，特别涉及一种中粘质碱化水稻土的改良方法。
背景技术
盐碱土是土壤或地下水中易溶性盐分在土壤表层积累后形成的盐土、碱土以及各种盐化、碱化土壤的总称。其中，盐土是指含有大量可溶性盐类而使大多数植物不能生长的土壤，其盐含量一般达0.6％以上；碱土是指代换性钠离子阳离子代换量的百分率(ESP)超过20％的强碱性土壤。在农业生产中，土壤盐分含量过高将导致植物细胞失水，产生“生理干旱”的现象，而碱度过大可引起土体分散、水稳性团聚体数量减少，并对对植物细胞产生毒害，造成生理损害。
在近年的研究中，以工矿企业固体废物为主研制开发新型盐碱土改良材料逐渐成为热点。如利用矿山铁尾矿开发新型盐碱土改良材料对盐碱土进行改良，相关的专利有CN107969184 A一种盐碱土的改良方法及改良剂、CN 107955620 A一种防止分层的盐碱土改良剂及改良方法、CN 107926189 A一种粉质盐碱土的改良方法、CN 108076715 A一种粉壤质盐碱土的改良方法、CN 107787635 A一种粉黏壤质盐碱土的改良方法CN 107912098 A一种砂黏壤质盐碱土的改良方法。
该该类改良技术主要针对旱作盐碱土。通过调整砂粒(粒径范围为0.05mm≤砂粒＜2mm)、粉粒(粒径范围为0.002mm≤粉粒＜0.05mm)和粘粒(粒径范围为＜0.002mm)的具体含量将粘质、砂质或粉质盐碱土改变为壤质盐碱土。由于旱田盐碱土壤处于包气带，这种合理的质地结构更有利于水、气的合理分配，可以实现较好的洗盐、排盐、保水及保肥效果。
在我一些地区如吉林省西部松嫩平原腹地分布大量的碱化土(碱化度5～20％)，近年来采用种植水稻的方式对这类盐碱土进行改良，其中有些为中粘质碱化水稻土(碱化度在5～20％、物理性粘粒在50～65％的水稻土)，其本身质地较为粘重，土壤渗漏速率很低，打浆过程中水稻土中的物理性粘粒、细粉粒等物质在重力作用下下移，形成一层比旱作土更加粘重的犁底层，渗漏速率更加缓慢。稻田撤水后，盐碱土的积盐现象强烈。并且对于盐碱土尤其是碱化土或碱土而言，相同质地类型的土壤中物理性粘粒含量与中性或偏酸(碱)性土壤差别较大，土壤理化性质很差，其改造过程更加复杂。因此，有必要对有效持久的碱化水稻土质地改良方法做进一步研究。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中对中粘质碱化水稻土质地结构改良研究较少的问题，提供了一种中粘质碱化水稻土的改良方法。该方法以铁尾矿砂中的物理性砂粒为主对重壤质碱化碱水稻土进行质地改造，合理调整中粘质碱化水稻土中物理性粘粒(＜0.01mm)和物理性砂粒(0.01～1mm)中粉粒(0.01mm≤粒径＜0.05mm)、砂粒(0.05mm≤粒径＜1mm)含量，将其改造成卡庆斯基质地标准中的碱化、强碱化轻粘质土，降低土壤容重，增加非毛管孔隙含量，提高洗盐排盐效果。同时对铁尾矿进行酸化改性，构建酸化重介质体系，利用酸化铁尾矿控制碱化水稻土的pH，中和胶体粒子的电负性，并通过碰撞、表面吸附、范德华引力以及协同沉降等作用，使颗粒快速“脱稳”，提高碱化水稻土的浸水容重，消除碱化水稻土起浆现象。
本发明的技术方案为一种中粘质碱化水稻土的改良方法，包括如下步骤：
1)对待改良中粘质碱化水稻土进行机械组成分析，确定土壤质地中物理性粘粒(粒径＜0.01mm)、物理性砂粒(0.01mm≤粒径＜1mm)的具体质量含量，然后对土壤物理性砂粒部分进行机械组成分析，确定其中粉粒(0.01mm≤粒径＜0.05mm)和砂粒(0.05mm≤粒径＜1mm)的具体质量含量，设定土壤物理性粘粒和物理性砂粒中粉粒、砂粒质量含量分别为x，y和z，并且x+y+z＝1，同时测定土壤容重，设为A，单位：g/cm3；
2)对铁尾矿进行筛分，保留其中的物理性砂粒(0.01mm≤粒径＜1mm)，将物理性砂粒与一定比例硫酸或水解聚马来酸酐溶液混合均匀，静置培养，风干后得到酸化铁尾矿物理性砂粒；然后对酸化铁尾矿物理性砂粒进行机械组成分析，确定酸化铁尾矿物理性砂粒中粉粒(0.01mm≤粒径＜0.05mm)和砂粒(0.05mm≤粒径＜1mm)的具体质量含量，设定其质量含量分别为a，b，并且a+b＝1；
向厚度为h cm的待改良中粘质碱化水稻土耕层中添加酸化铁尾矿物理性砂粒，其添加量为m，添加量单位：t/hm2；
则上述参数之间的关系为：
Figure BDA0002542880970000031
添加量m同时满足以下条件，即控制碱化水稻土中物理性粘粒(粒径＜0.01mm)质量含量40～50％，物理性砂粒中粉粒(0.01mm≤粒径＜0.05mm)质量含量25～45％，物理性砂粒中砂粒(0.05mm≤粒径＜1mm)质量含量15～25％，物理性砂粒质量含量50～60％：
Figure BDA0002542880970000032
Figure BDA0002542880970000033
Figure BDA0002542880970000034
Figure BDA0002542880970000035
3)将符合步骤2)条件的铁尾矿物理性砂粒与厚度为h cm的待改良中粘质碱化水稻土混合均匀，然后平整，再灌水泡田洗盐，即可在改良后的土壤耕层进行常规的水稻种植作业。
进一步的，上述的改良方法，所述步骤2)中，静置培养时间为36～48h。
进一步的，上述的改良方法，所述步骤2)中，控制酸化铁尾矿的pH在2～3之间。
进一步的，上述的改良方法，h的范围为：0＜h≤20。
进一步的，上述的改良方法，所述步骤3)中，控制改良后土壤耕层浸水容重在0.45-0.55g/cm3之间。
进一步的，上述的改良方法，所述铁尾矿的重金属成分符合农业部大量元素肥的有毒元素限量标准。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1.本发明工艺简单，易于实施，无污染，原料来源广泛，价格低廉，生产成本低。
2.对质地类型为中粘质碱化水稻土的改良效果明显。中粘质碱化水稻土中物理性粘粒通常在50～65％之间(质地标准参照卡庆斯基质地标准)，物理性粘粒在重力作用下下移，由于其具有较强的膨胀性和可塑性，会形成一层比旱作土壤更加粘重的沉淀层，导致碱化水稻土渗漏速率降低，洗盐排盐困难，影响溶解氧渗透，使水稻根部土壤氧化还原电位降低，并导致盐分累积，使水稻盐害加重，同时上部土层起浆现象严重，出现漂秧现象。该发明以铁尾矿砂中的物理性砂粒为主对重壤质碱化碱水稻土进行质地改造，将其改造成卡庆斯基质地标准中的碱化、强碱化轻粘质土，降低土壤容重，增加非毛管孔隙含量，提高洗盐排盐效果。同时对铁尾矿进行酸化改性，构建酸化重介质体系，利用酸化铁尾矿控制碱化水稻土的pH，中和胶体粒子的电负性，并通过碰撞、表面吸附、范德华引力以及协同沉降等作用，使颗粒快速“脱稳”，提高碱化水稻土的浸水容重，消除碱化水稻土起浆现象。
3.由于铁尾矿砂为铁矿山生产废弃物，改良采用铁尾矿砂即实现了对其再利用，又降低改良成本。
具体实施方式
以下实施例中中粘质碱化水稻土试验田位于吉林省白城市镇赉县。
实施例1
在改良中粘质碱化水稻土区域取耕层(0～20cm)土壤样品，风干后分析机械组成(见表1)，土壤容重1.38g/cm3。对铁尾矿进行筛分，保留物理性砂粒(0.01mm≤粒径＜1mm)。将物理性砂粒与质量浓度30％的硫酸溶液以1∶5的土水质量比混合均匀，静置培养48h，风干后备用，此时测得酸化铁尾矿物理性砂粒pH为2.31。分别对酸化前后铁尾矿物理性砂粒进行机械组成分析，确定物理性砂粒中粉粒(0.01mm≤粒径＜0.05mm)和砂粒(0.05mm≤粒径＜1mm)的具体含量，具体结果见表2和表3。
表1中粘质碱化水稻土机械组成
粒径分级 ＜0.01mm 0.01≤～＜0.05mm 0.05≤～＜1mm
含量(％) 50.4 30.3 19.3
表2铁尾矿物理性砂粒机械组成
粒径分级 0.01≤～＜0.05mm ≥0.05mm
含量(％) 53.6 46.4
表3酸化铁尾矿物理性砂粒机械组成
粒径分级 0.01≤～＜0.05mm ≥0.05mm
含量(％) 53.8 46.2
在中粘质碱化水稻土区域取耕层(0～20cm)土壤，面积为1m2。根据公式(1)、(2)、(3)和(4)计算，加入酸化铁尾矿物理性砂粒30kg，与耕层土壤搅拌均匀，放到长×宽×高＝100×100×40cm的木质方箱中(方向底部及四周衬塑料膜防渗)，同时设置对照1(1m2，未添加铁尾矿)和对照2(1m2，加入未酸化铁尾矿物理性砂粒30kg)，然后灌水洗盐，洗盐时间48h，每个方箱洗盐两次。然后灌水静置24h，开始平整和插秧，具体种植作业及管理同大田。
改良后结果见表4和表5。
表4种植后的土壤机械组成
Figure BDA0002542880970000051
表5种植后土壤理化性质及产量
Figure BDA0002542880970000052
实施例2
在待改良中粘质碱化水稻土区域取耕层(0～20cm)土壤样品，机械组成见表6，土壤容重1.38g/cm3。对铁尾矿进行筛分，保留物理性砂粒(0.01mm≤粒径＜1mm)。将铁尾矿的物理性砂粒与质量浓度30％的硫酸溶液按照1∶5的质量土水比混合均匀，静置培养48h，风干后备用，此时测得酸化铁尾矿物理性砂粒pH为2.24。酸化前后铁尾矿物理性砂粒机械组成见表2和表7。
表6中粘质碱化水稻土机械组成
粒径分级 ＜0.01mm 0.01≤～＜0.05mm 0.05≤～＜1mm
含量(％) 50.5 30.2 19.3
表7酸化铁尾矿物理性砂粒机械组成
粒径分级 0.01≤～＜0.05mm ≥0.05mm
含量(％) 53.8 46.2
在中粘质碱化水稻土区域取耕层(0～20cm)土壤，面积为1m2。根据公式(1)、(2)、(3)和(4)计算，加入酸化铁尾矿物理性砂粒40kg，与耕层土壤搅拌均匀，放到长×宽×高＝100×100×40cm的木质方箱中(方向底部及四周衬塑料膜防渗)，同时设置对照1(1m2，未添加铁尾矿)和对照2(1m2，加入未酸化铁尾矿物理性砂粒40kg)，然后灌水洗盐，洗盐时间48h，每个方箱洗盐两次。然后灌水静置24h，开始平整和插秧，具体种植作业及管理同大田。
改良后结果见表8和表9。
表8种植后的土壤机械组成
Figure BDA0002542880970000061
表9种植后土壤理化性质及产量
Figure BDA0002542880970000062
实施例3
在待改良中粘质碱化水稻土区域取耕层(0～20cm)土壤样品，机械组成同表10，土壤容重1.38g/cm3。对铁尾矿进行筛分，保留物理性砂粒(0.01mm≤粒径＜1mm)。将铁尾矿的物理性砂粒与固含量48％的水解聚马来酸酐溶液以1∶5土水质量比混合均匀，静置培养48h，风干后备用，此时测得酸化铁尾矿矿物理性砂粒pH为2.21。酸化前后铁尾矿物理性砂粒机械组成同表2和表11。
表10中粘质碱化水稻土机械组成
粒径分级 ＜0.01mm 0.01≤～＜0.05mm 0.05≤～＜1mm
含量(％) 50.4 30.2 19.4
表11酸化铁尾矿物理性砂粒机械组成
粒径分级 0.01≤～＜0.05mm ≥0.05mm
含量(％) 53.7 46.3
在中粘质碱化水稻土区域取耕层(0～20cm)土壤，面积为1m2。根据公式(1)、(2)和(3)计算，加入酸化铁尾矿物理性砂粒50kg，与耕层土壤搅拌均匀，放到长×宽×高＝100×100×40cm的木质方箱中(方向底部及四周衬塑料膜防渗)，同时设置对照1(1m2，未添加铁尾矿)和对照2(1m2，加入未酸化铁尾矿物理性砂粒50kg)，然后灌水洗盐，洗盐时间48h，每个方箱洗盐两次。然后灌水静置24h，开始平整和插秧，具体种植作业及管理同大田。
改良后结果见表8和表9。
表8种植后的土壤机械组成
Figure BDA0002542880970000071
表9种植后土壤理化性质及产量
Figure BDA0002542880970000072

Claims (6)

1.一种中粘质碱化水稻土的改良方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)对待改良中粘质碱化水稻土进行机械组成分析，确定土壤质地中物理性粘粒、物理性砂粒的具体质量含量，然后对土壤物理性砂粒部分进行机械组成分析，确定其中粉粒和砂粒的具体质量含量，设定土壤物理性粘粒和物理性砂粒中粉粒、砂粒质量含量分别为x，y和z，并且x+y+z＝1，同时测定土壤容重，设为A，单位：g/cm3；
2)对铁尾矿进行筛分，保留其中的物理性砂粒，将物理性砂粒与一定比例硫酸或水解聚马来酸酐溶液混合均匀，静置培养，风干后得到酸化铁尾矿物理性砂粒；然后对酸化铁尾矿物理性砂粒进行机械组成分析，确定酸化铁尾矿物理性砂粒中粉粒和砂粒的具体质量含量，设定其质量含量分别为a，b，并且a+b＝1；
向厚度为h cm的待改良中粘质碱化水稻土耕层中添加酸化铁尾矿物理性砂粒，其添加量为m，添加量单位：t/hm2；
添加量m同时满足以下条件：
Figure FDA0002542880960000011
Figure FDA0002542880960000012
Figure FDA0002542880960000013
Figure FDA0002542880960000014
3)将符合步骤2)条件的铁尾矿物理性砂粒与厚度为h cm的待改良中粘质碱化水稻土混合均匀，然后平整，再灌水泡田洗盐，即可在改良后的土壤耕层进行常规的水稻种植作业。
2.根据权利要求1所述的中粘质碱化水稻土的改良方法，其特征在于，所述步骤2)中，静置培养时间为36～48h。
3.根据权利要求1所述的中粘质碱化水稻土的改良方法，其特征在于，所述步骤2)中，控制酸化铁尾矿物理性砂粒的pH在2～3之间。
4.根据权利要求1所述的中粘质碱化水稻土的改良方法，其特征在于，h的范围为：0＜h≤20。
5.根据权利要求1所述的中粘质碱化水稻土的改良方法，其特征在于，所述步骤3)中，控制改良后土壤耕层浸水容重在0.45-0.55g/cm3之间。
6.根据权利要求1所述的中粘质碱化水稻土的改良方法，其特征在于，所述铁尾矿的重金属成分符合农业部大量元素肥的有毒元素限量标准。
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