CN113462399A - 一种粉煤灰基砂姜黑土改良剂及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种粉煤灰基砂姜黑土改良剂及其制备方法与应用。本发明的粉煤灰基砂姜黑土改良剂包括以下重量份原料：粉煤灰45‑70份，腐植酸类物料15‑25份，硅藻土5‑10份，沸石粉5‑10份，禽畜粪便10‑20份，活性有机物料10‑20份，蚯蚓粪5‑10份，微生物复合菌剂0.5‑2份。粉煤灰、硅藻土和沸石粉均具有多孔结构，可降低砂姜黑土中粘粒含量，增加土壤孔隙度，提高土壤透水性和通气性，改良土壤物理结构；粉煤灰、腐植酸类物料、禽畜粪便、蚯蚓粪和活性有机物料本身就含有N、P、K等营养元素，可增加土壤养分含量。与现有的生物炭改良剂相比，本发明的粉煤灰基砂姜黑土改良剂成本低，一次性投入，持久增效。

Description

一种粉煤灰基砂姜黑土改良剂及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于农田土壤改良与地力提升技术领域，特别是涉及一种粉煤灰基砂姜黑土改良剂及其制备方法与应用。
背景技术
砂姜黑土广泛分布于安徽、河南、山东和江苏等省，面积约6000万亩，以旱作为主，主要种植小麦、玉米、大豆等作物，但产量均较低，是黄淮海平原典型的中低产田。这是由于砂姜黑土的粘土矿物大多为2:1型蒙脱石，胀缩性较强，雨天时，土粒膨胀，毛管孔隙易堵塞，水分不能及时下渗而引起涝害；干旱时，土粒收缩，土壤开裂形成大的裂缝，水分从裂缝蒸发离开地表而导致旱灾；此外砂姜黑土有机质较低，且常有钙质结核(砂姜)，导致耕性不良，各种限制因子导致砂姜黑土区粮食产量不高，然而砂姜黑土区水热资源丰富，增产潜力巨大。
目前砂姜黑土区增加作物产量的方法主要是增施化肥，但长期单一施用化肥会引起土壤质量下降、环境污染等一系列问题。因此通过添加改良物料，改良砂姜黑土的物理结构，增加养分有效性，提高适耕性，从长远来看是砂姜黑土区土壤地力提升与作物增产的最佳方法。目前已有的砂姜黑土改良剂大多采用农作物秸秆制备的生物炭作为主材料(如中国专利文献CN107231833A(申请号：201610181840.1)、CN107698387A(申请号：201710882028.6)、CN110876287A(申请号：201911169927.7)等)，利用生物炭疏松多孔特性，实现砂姜黑土物理性状改良。然而生物炭制备工艺繁琐，且价格昂贵，因此很难实现大面积推广应用。
粉煤灰是火电厂和城市集中供热锅炉的废弃物，其结构较为复杂，主要是由结晶体、玻璃体及未燃炭组成的混合体。与生物炭类似，粉煤灰具有疏松多孔的网状结构，物理化学性质较好，且富含硅、钙、镁、磷等营养元素，可用作农业肥料。中国专利文献CN102845157A(申请号：201110176259.8)公开了一种综合利用粉煤灰的方法，指出直接在粉煤灰上种植的作物中有害元素均低于国家规定的粮食卫生标准，表明施用粉煤灰并不会对土壤造成污染。由于砂姜黑土物理结构差、养分有效性低的主要原因是土壤质地粘重，因此通过添加粉煤灰，使之与土壤粘粒充分混合，阻断粘粒之间粘结性，能有效避免形成大的土块，提高适耕性。中国专利文献CN104488393A(申请号：201711391138.9)提出通过将相当于土壤重量10-20％的粉煤灰直接添加到土壤中，与耕层土混匀以改良土壤，该方法虽对土壤物理结构在一定程度上有所改良，但并不能解决砂姜黑土养分有效性低、耕作层浅的弊端。CN109536180A(CN201910087215.4)公开了一种土壤改良剂，该改良剂由聚丙烯酰胺10～15％，聚丙烯酸钾10～15％，腐植酸钾10～15％，粉煤灰20～30％、脱硫石膏、膨润土5～20％、海泡石5～9％、微生物复合菌种0.05～0.1％组成，但该改良剂中含有大量聚丙烯酰胺和聚丙烯酸钾等絮凝剂，用于增加土壤颗粒间的凝聚力，明显不适用于质地粘重的砂姜黑土。CN104488393A(申请号：201410663021.1)提出通过增施有机肥料(有机物料70％，硫酸铵20％，硫酸钾5％，粉煤灰5％)改良砂姜黑土，但该方法以提升砂姜黑土肥力为主要目的，粉煤灰施用量较低，很难从根本上一次性解决砂姜黑土物理结构差的问题。
因此，急需开发一种砂姜黑土改良剂，从根本上改良砂姜黑土障碍因子，实现粉煤灰废物利用与土壤资源可持续利用的双重目标。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种成本低、原材料常见易得、制备工艺简单的粉煤灰基砂姜黑土改良剂及其制备方法与应用，可一次性削减砂姜黑土物理结构差、养分含量低、适耕性差等障碍因子，全方位一次性解决砂姜黑土区作物产量不高的问题。
本发明的技术方案如下：
本发明的一个方面，提出了一种粉煤灰基砂姜黑土改良剂，原料组成如下，均为重量份：
Figure BDA0003178454380000021
根据本发明优选的，一种粉煤灰基砂姜黑土改良剂，原料组成如下，均为重量份：
Figure BDA0003178454380000022
优选的，所述粉煤灰主要是煤燃烧后的烟气中收集下来的细小颗粒，可为火电厂或城市集中供热锅炉燃煤所产生的废弃物，其比表面积不低于300m2/kg，烧失值不高于8％，重金属含量低于《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》20％以上。
优选的，所述腐植酸类物料可为木本泥炭、草本泥炭、腐植酸钠或腐殖酸钾；其干基有机质含量不低于80％，有机质中腐殖质含量不低于45％；重金属含量低于《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》20％以上。
优选的，所述硅藻土和沸石粉均为市售产品，重金属含量低于《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》20％以上。
优选的，所述禽畜粪便包括但不限于鸡粪、猪粪或牛粪中的一种或多种，有机质含量不低于45％。
优选的，所述活性有机物料是指含有天然纤维素/多糖/有机酸的有机物料，包括但不限于作物秸秆、食用菌渣或果壳。
优选的，所述蚯蚓粪是指利用养殖粪便、城市污泥等有机物料养殖蚯蚓所产生的粪便，其中蚯蚓粪中颗粒状组分占50％以上，重金属含量低于《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》20％以上。
优选的，所述微生物复合菌剂，包括枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)、娄彻氏链霉菌(Streptomyces rochei)和绿色木霉(Trichoderma viride)，混合比例为1:1:1:1，为菌种数量比；其中微生物复合菌剂的功能微生物不低于2亿/g。
本发明的另一方面，提出了一种粉煤灰基砂姜黑土改良剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将粉煤灰、腐植酸类物料、硅藻土和沸石粉在60～75℃下烘干，分别粉碎，过80目筛，按照重量比例混合均匀，得混合物a；
(2)将禽畜粪便、蚯蚓粪和活性有机物料自然风干，分别粉碎，过80目筛，按重量比例混合均匀，将微生物复合菌剂喷菌接种到混合物表面，混合均匀后得到混合物b；
(3)将混合物a和混合物b按照重量比混合均匀，经筛分后即得粉煤灰基砂姜黑土改良剂。
本发明的又一个方面，提出了上述粉煤灰基砂姜黑土改良剂在改良砂姜黑土中的应用。
本发明的又一个方面，还提出了一种粉煤灰基砂姜黑土改良剂的施用方法，具体步骤为：将粉煤灰基砂姜黑土改良剂均匀撒施在待改良砂姜黑土土壤表面，施用量为2-10吨/亩，采用深翻机将其与0～40cm土壤充分混匀，深翻2-3次。
优选的，当待改良砂姜黑土为粘土时，所述粉煤灰基砂姜黑土改良剂施用量为8-10吨/亩，进一步优选为9吨/亩；
优选的，当待改良砂姜黑土为壤粘土时，所述粉煤灰基砂姜黑土改良剂施用量为7-9吨/亩，进一步优选为8吨/亩；
优选的，当待改良砂姜黑土为粉粘土时，所述粉煤灰基砂姜黑土改良剂施用量为6-8吨/亩，进一步优选为7吨/亩；
优选的，当待改良砂姜黑土为砂粘土或粘壤土时，所述粉煤灰基砂姜黑土改良剂施用量为4-6吨/亩，进一步优选为5吨/亩；
优选的，当待改良砂姜黑土为粉壤土时，所述粉煤灰基砂姜黑土改良剂施用量为2-4吨/亩，进一步优选为3吨/亩。
本发明中所述的粘土、壤粘土、粉粘土、砂粘土、粘壤土和粉壤土参照中国土壤质地分类标准中的定义。
其中，所述粘土是指粘粒(粒径<0.001mm)含量高于40％的土壤；所述壤粘土是指粘粒含量35％～40％的土壤；所述粉粘土是指粘粒含量30～35％的土壤；所述砂粘土是指砂粒(粒径1mm～0.05mm)含量高于50％，粘粒含量高于30％的土壤；所述粘壤土是指砂粒含量低于20％，粗粉粒(粒径0.05mm～0.01mm)含量低于40％，粘粒含量低于30％的土壤；所述粉壤土是指砂粒含量高于20％，粗粉粒含量低于40％，粘粒含量低于30％的土壤。
本发明的技术原理：
砂姜黑土低产的主要原因是土壤物理结构差，养分含量低且有效性不高，耕作性能较低。本发明针对这些问题所制备的粉煤灰基砂姜黑土改良剂，主要成分粉煤灰呈空间网状，微孔结构，与土壤颗粒充分混合后，可避免砂姜黑土由于粘粒含量高形成大而硬的土块，从而改善物理结构，提高适耕性；腐植酸类物料含有大量有机碳，且与土壤腐殖质结构类似，可以快速提高砂姜黑土中有机质含量；硅藻土和沸石粉均具有多孔结构，可以通过离子交换将附着在砂姜黑土粘粒的养分吸附出来，并在作物生长需要时释放；禽畜粪便和蚯蚓粪富含氮、磷、钾养分，可补充砂姜黑土中的有效养分，利于植物吸收，同时促进土壤团聚体结构的形成；活性有机物料为改良剂中添加的有益微生物提供充足的养分，促进有益微生物快速增殖，加速砂姜黑土中养分的释放。在施用改良剂的同时，采用深翻处理，既可以保证改良剂与土粒充分接触，还可以增加土壤耕层厚度，利于作物根系生长。
本发明的有益效果：
1.成本低，一次性投入，持久增效。与现有的生物炭改良剂相比，本发明以粉煤灰为主材料，解决了粉煤灰的废弃物利用问题，且成本较低，简单易行。与长期大量施用化肥或有机肥相比，本发明可一次削减砂姜黑土耕层障碍因子，改良剂中含有大量腐植酸类物料、沸石粉和硅藻土，可在土壤中贮存10～20年，实现一次投入，持久增效，避免耗时费工的多年度连续施用模式，同时避免了过量施肥带来的土壤退化和生态污染问题。
2.改良土壤物理结构。粉煤灰、硅藻土和沸石粉均具有多孔结构，可降低砂姜黑土中粘粒含量，增加土壤孔隙度，提高土壤透水性和通气性，同时降低土壤容重。由于粉煤灰呈灰黑色，施用后可增加地表温度；粉煤灰颗粒与土壤颗粒接触，降低砂姜黑土涨缩性；沸石粉具有海绵状骨架结构，可有效吸附水分，有效提高土壤保水性。
3.增加土壤养分含量和养分有效性。施入的粉煤灰、腐植酸类物料、禽畜粪便、蚯蚓粪和活性有机物料本身就含有N、P、K等营养元素，可增加土壤养分含量。同时施入粉煤灰能有效降低土壤中粘粒含量，活化被粘粒吸附的土壤养分，增加养分有效性；腐植酸类物料、禽畜粪便和蚯蚓粪的添加一方面将大量有机质带入土壤，同时带入大量有益微生物，配合加入的微生物菌剂可显著增加土壤中养分有效性。
4.提高土壤耕性和耕层厚度。采用深耕将改良剂与土粒充分混匀，避免出现大而坚硬的土块，疏松土壤耕层和亚层，便于耕作机械作业，利于作物根系生长，提高土壤耕层厚度。
5.多重效应。砂姜黑土区作物产量不高是多方面因素造成的，本发明所涉及改良剂从改良土壤结构，增加养分含量及有效性，提高耕作性等多方面协同综合治理砂姜黑土区作物增产障碍因子。
具体实施方式：
通过以下实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围不限于以下实施例。实施例中涉及的材料，若无特殊说明，均为普通市售产品；涉及的实验方法，若无特殊说明，均为本领域常规技术操作。
材料来源：
实施例中粉煤灰购自待改良砂姜黑土农田周边火电厂，其养分含量如下：pH8.37，有机质16.63g/kg，全氮0.04g/kg，速效磷15.33g/kg，全钾6.99g/kg，水溶性盐3.59g/kg；其比表面积不低于300m2/kg，烧失值不高于8％，重金属含量低于《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》20％以上；
实施例中腐植酸类物料为木本泥炭，其干基有机质含量为82％，腐殖质含量为48％，全氮10.77g/kg，全磷0.77g/kg，全钾2.72g/kg；重金属含量低于《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》20％以上；
实施例中硅藻土和沸石粉均为市售产品；重金属含量低于《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》20％以上；
实施例中禽畜粪便为高腐熟鸡粪有机肥，其养分含量如下：有机质≥45％，氮(N)19.74g/kg，磷(P2O5)13.08g/kg，钾(K2O)17.59g/kg；
实施例中活性有机物料为小麦秸秆粉末，其养分含量如下：全碳48.3％、全氮0.5％，全磷0.1％，全钾1.1％；
实施例中蚯蚓粪有机质含量为0.31g/kg，全氮10.6g/kg，全磷11.5g/kg，碱解氮957mg/kg，速效磷4039mg/kg；速效钾3897mg/kg，pH值7.05；其中蚯蚓粪中颗粒状组分占50％以上，重金属含量低于《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》20％以上；
实施例中微生物复合菌剂为枯草芽孢杆菌(中国农业微生物菌种保藏管理中心菌种保藏号为ACCC19374)，地衣芽孢杆菌(中国农业微生物菌种保藏管理中心菌种保藏号为ACCC01959)，娄彻氏链霉菌(中国农业微生物菌种保藏管理中心菌种保藏号为ACCC19748)和绿色木霉(中国农业微生物菌种保藏管理中心菌种保藏号为ACCC30794)按照菌种数量比1:1:1:1比例混合而成，其中微生物复合菌剂的功能微生物≥2亿/g，上述菌种均购自中国农业微生物菌种保藏管理中心，不涉及微生物保藏。其他同种现有菌株也可应用于本专利。
实施例1：
一种粉煤灰基砂姜黑土改良剂，其原料重量份组成如下：粉煤灰45份，木本泥炭25份，硅藻土6份，沸石粉6份，高腐熟鸡粪有机肥18份，小麦秸秆18份，蚯蚓粪6份，微生物复合菌剂1份；
其制备方法如下：
(1)将粉煤灰、木本泥炭、硅藻土和沸石粉在70℃下烘干，分别粉碎，过80目筛；按照重量比例混合均匀，得混合物a；
(2)将高腐熟鸡粪有机肥、蚯蚓粪和小麦秸秆自然风干，分别粉碎，过80目筛，按重量比例混合均匀，将微生物复合菌剂喷菌接种到混合物中，得到混合物b；
(3)将混合物a和混合物b按照重量比混合均匀，经筛分后即得粉煤灰基砂姜黑土改良剂。
实施例2：
一种粉煤灰基砂姜黑土改良剂，其原料重量份组成如下：粉煤灰50份，木本泥炭25份，硅藻土8份，沸石粉8份，高腐熟鸡粪有机肥15份，小麦秸秆15份，蚯蚓粪10份，微生物复合菌剂1.5份；
其制备方法如下：
(1)将粉煤灰、木本泥炭、硅藻土和沸石粉在60℃下烘干，分别粉碎，过80目筛；按照重量比例混合均匀，得混合物a；
(2)将高腐熟鸡粪有机肥、蚯蚓粪和小麦秸秆自然风干，分别粉碎，过80目筛，按重量比例混合均匀，将微生物复合菌剂喷菌接种到混合物中，得到混合物b；
(3)将混合物a和混合物b按照重量比混合均匀，经筛分后即得粉煤灰基砂姜黑土改良剂。
实施例3：
一种粉煤灰基砂姜黑土改良剂，其原料重量份组成如下：粉煤灰55份，木本泥炭25份，硅藻土8份，沸石粉8份，高腐熟鸡粪有机肥18份，小麦秸秆18份，蚯蚓粪8份，微生物复合菌剂2份；
其制备方法如下：
(1)将粉煤灰、木本泥炭、硅藻土和沸石粉在75℃下烘干，分别粉碎，过80目筛；按照重量比例混合均匀，得混合物a；
(2)将高腐熟鸡粪有机肥、蚯蚓粪和小麦秸秆自然风干，分别粉碎，过80目筛，按重量比例混合均匀，将微生物复合菌剂喷菌接种到混合物中，得到混合物b；
(3)将混合物a和混合物b按照重量比混合均匀，经筛分后即得粉煤灰基砂姜黑土改良剂。
实施例4：
一种粉煤灰基砂姜黑土改良剂，其原料重量份组成如下：粉煤灰60份，木本泥炭20份，硅藻土8份，沸石粉8份，高腐熟鸡粪有机肥15份，小麦秸秆18份，蚯蚓粪8份，微生物复合菌剂2份；
其制备方法如下：
(1)将粉煤灰、木本泥炭、硅藻土和沸石粉在70℃下烘干，分别粉碎，过80目筛；按照重量比例混合均匀，得混合物a；
(2)将高腐熟鸡粪有机肥、蚯蚓粪和小麦秸秆自然风干，分别粉碎，过80目筛，按重量比例混合均匀，将微生物复合菌剂喷菌接种到混合物中，得到混合物b；
(3)将混合物a和混合物b按照重量比混合均匀，经筛分后即得粉煤灰基砂姜黑土改良剂。
实施例5：
一种粉煤灰基砂姜黑土改良剂，其原料重量份组成如下：粉煤灰70份，木本泥炭15份，硅藻土10份，沸石粉10份，高腐熟鸡粪有机肥15份，小麦秸秆15份，蚯蚓粪10份，微生物复合菌剂2份；
其制备方法如下：
(1)将粉煤灰、木本泥炭、硅藻土和沸石粉在70℃下烘干，分别粉碎，过80目筛；按照重量比例混合均匀，得混合物a；
(2)将高腐熟鸡粪有机肥、蚯蚓粪和小麦秸秆自然风干，分别粉碎，过80目筛，按重量比例混合均匀，将微生物复合菌剂喷菌接种到混合物中，得到混合物b；
(3)将混合物a和混合物b按照重量比混合均匀，经筛分后即得粉煤灰基砂姜黑土改良剂。
对比例1：
一种粉煤灰基砂姜黑土改良剂，其原料重量份组成如下：粉煤灰40份，木本泥炭25份，硅藻土3份，沸石粉3份，高腐熟鸡粪有机肥18份，小麦秸秆18份，蚯蚓粪8份，微生物复合菌剂2份；
其制备方法与实施例3相同。
对比例2：
一种粉煤灰基砂姜黑土改良剂，其原料重量份组成如下：粉煤灰80份，木本泥炭25份，硅藻土15份，沸石粉15份，高腐熟鸡粪有机肥18份，小麦秸秆18份，蚯蚓粪8份，微生物复合菌剂2份；
其制备方法与实施例3形同。
对比例3：
按照专利文献CN104488393A(申请号：201410663021.1)制备砂姜黑土改良剂，其原料质量百分比组成如下：有机物料(小麦秸秆)70％，硫酸铵20％，硫酸钾5％，粉煤灰5％；
由于该专利文献中没有给出具体的制备方法，因此本发明按照如下方法制备：将粉煤灰在70℃下烘干，粉碎，过80目筛；将小麦秸秆自然风干，粉碎，过80目筛；将粉碎过筛后的粉煤灰、小麦秸秆和硫酸铵、硫酸钾按照质量比混合均匀，即得砂姜黑土改良剂。
应用例1：
于2018年冬小麦收获后，玉米播种前开展砂姜黑土改良试验。试验开始前测得待改良砂姜黑土为壤粘土，试验包括不施用改良剂的对照组、施用对比例1改良剂、对比例2改良剂、对比例3改良剂和实施例3改良剂共五个处理组。所有处理组深翻2次后开始玉米播种，具体步骤为：将对比例1、对比例2和实施例3所制砂姜黑土改良剂分别均匀撒施在待改良砂姜黑土土壤表面，施用量为8吨/亩，采用深翻机将其与40cm土壤充分混匀，深翻2次后开始播种；对照组采用深翻机深翻40cm土壤，深翻2次后开始播种；施用对比例3改良剂处理组按照专利文献CN104488393A(申请号：201410663021.1)所述砂姜黑土改良方法进行。分别在玉米灌浆期测得土壤速效养分和土壤紧实度，成熟期测定土壤速效养分和产量，结果如表1和表2所示。
结果表明，在玉米季施用砂姜黑土改良剂可增加土壤中养分有效性(表1)：在玉米灌浆期，与对照组相比，施用实施例3改良剂处理组硝态氮含量增加480.04％，施用对比例1、2、3改良剂处理组硝态氮含量分别增加388.24％、434.33％、222.95％；施用实施例3改良剂处理组铵态氮含量增加54.41％，施用对比例1、2、3改良剂处理组铵态氮含量分别增加18.24％、50.29％、10.88％；施用实施例3改良剂处理组速效磷含量增加41.44％，施用对比例1、2、3改良剂处理组速效磷含量分别增加16.18％、21.25％、2.76％；施用实施例3改良剂处理组速效钾含量增加9.83％，施用对比例1、2、3改良剂处理组速效钾含量分别增加2.44％、6.10％、0.47％。在玉米成熟期，与对照组相比，施用实施例3改良剂处理组硝态氮含量增加34.70％，施用对比例1、2、3改良剂处理组硝态氮含量分别增加14.14％、18.17％、5.64％；施用实施例3改良剂处理组铵态氮含量增加123.59％，施用对比例1、2、3改良剂处理组铵态氮含量分别增加65.14％、83.45％、15.49％；施用实施例3改良剂处理组速效磷含量增加23.78％，施用对比例1、2、3改良剂处理组速效磷含量分别增加6.19％、13.90％、3.13％；施用实施例3改良剂处理组速效钾含量增加6.77％，施用对比例1、2、3改良剂处理组速效钾含量分别增加1.03％、3.23％、-10.89％。施用实施例3砂姜黑土改良剂后玉米的平均产量为650.96kg/亩，相对于对照组增产26.51％，而施用对比例1、2、3改良剂处理组相对于对照组分别增产10.28％、18.82％、5.57％。综上，无论是在灌浆期还是在成熟期，施用实施例3改良剂处理组可以显著增强土壤养分的有效性，增强效果均优于施用对比例1、对比例2、对比例3改良剂处理组，且施用对比例3改良剂处理组的效果最差；对于玉米产量的影响也表现出相同的规律。
此外在玉米季施用砂姜黑土改良剂后砂姜黑土耕层(0-20cm)紧实度较对照均有不同程度降低(表2)，其中，施用对比例2改良剂处理组的土壤紧实度改善效果最佳，其次是施用实施例3改良剂处理组，但是两者差异不大，施用对比例1和对比例3改良剂处理组对土壤紧实度的改善效果不佳，尤其是施用对比例3改良剂处理组的改善效果最差。
表1.施用砂姜黑土改良剂对玉米土壤速效养分及产量的影响
Figure BDA0003178454380000091
表2.玉米季施用砂姜黑土改良剂对土壤紧实度的影响(压强kPa)
Figure BDA0003178454380000092
以上结果表明在玉米季施用本发明所述砂姜黑土改良剂可以活化土壤养分、改善土壤物理结构和降低土壤紧实度，同时可促进玉米增产。
应用例2
于2019年夏玉米收获后，冬小麦播种前开展砂姜黑土改良试验。试验开始前测得待改良砂姜黑土为粉粘土，试验包括不施用改良剂的对照组、施用对比剂1改良剂、对比剂2改良剂、对比剂3改良剂和实施例3改良剂共五个处理组。所有处理组深翻2次后开始小麦播种，具体步骤为：将对比例1、对比例2和实施例3所制砂姜黑土改良剂均匀撒施在待改良砂姜黑土土壤表面，施用量为7吨/亩，采用深翻机将其与40cm土壤充分混匀，深翻2次后开始播种；对照组采用深翻机深翻40cm土壤，深翻2次后开始播种；施用对比例3改良剂处理组按照专利文献CN104488393A(申请号：201410663021.1)所述砂姜黑土改良方法进行。分别在小麦拔节期测土壤速效养分和土壤紧实度，成熟期测定土壤速效养分和产量，结果如表3和表4所示。
结果表明，在小麦季施用砂姜黑土改良剂同样可增加土壤中养分有效性(表3)：在小麦拔节期，与对照组相比，施用实施例3改良剂处理组硝态氮含量增加11.76％，施用对比例1、2、3改良剂处理组硝态氮含量分别增加3.91％、9.44％、1.83％；施用实施例3改良剂处理组铵态氮含量增加72.38％，施用对比例1、2、3改良剂处理组铵态氮含量分别增加36.43％、65.93％、12.79％；施用实施例3改良剂处理组速效磷含量增加14.13％，施用对比例1、2、3改良剂处理组速效磷含量分别增加1.64％、21.20％、1.86％；施用实施例3改良剂处理组速效钾含量增加13.45％，施用对比例1、2、3改良剂处理组速效钾含量分别增加11.08％、11.50％、1.47％。在小麦成熟期，与对照组相比，施用实施例3改良剂处理组硝态氮含量增加16.75％，施用对比例1、2、3改良剂处理组硝态氮含量分别增加12.61％、13.12％、5.48％；施用实施例3改良剂处理组铵态氮含量增加43.88％，施用对比例1、2、3改良剂处理组铵态氮含量分别增加7.18％、38.03％、1.60％；施用实施例3改良剂处理组速效磷含量增加34.00％，施用对比例1、2、3改良剂处理组速效磷含量分别增加5.43％、27.36％、17.55％；施用实施例3改良剂处理组速效钾含量增加8.17％，施用对比例1、2、3改良剂处理组速效钾含量分别增加3.42％、5.48％、2.90％。施用实施例3砂姜黑土改良剂后小麦的平均产量为541.77kg/亩，相对于对照组增产23.69％，而施用对比例1、2、3改良剂处理组相对于对照组分别增产8.97％、14.23％、4.11％。综上，无论是在拔节期还是在成熟期，施用实施例3改良剂处理组可以显著增强土壤养分的有效性，增强效果均优于施用对比例1、对比例2、对比例3改良剂处理组，且施用对比例3改良剂处理组的效果最差；对于小麦产量的影响也表现出相同的规律。
土壤耕层紧实度(0-20cm)在采用本发明方法改良后也有大幅降低(表4)，其中，施用对比例2改良剂处理组的土壤紧实度改善效果最佳，其次是施用实施例3改良剂处理组，但是两者差异不大，施用对比例1和对比例3改良剂处理组对土壤紧实度的改善效果不佳，尤其是施用对比例3改良剂处理组的改善效果最差。
表3施用砂姜黑土改良剂对小麦土壤速效养分及产量的影响
Figure BDA0003178454380000101
表4小麦季施用砂姜黑土改良剂对砂姜黑土紧实度的影响(压强kPa)
Figure BDA0003178454380000111
由以上结果可见在小麦季施用本发明所述砂姜黑土改良剂可以活化土壤养分、改善土壤物理结构和降低土壤紧实度，同时可促进小麦增产，砂姜黑土改良剂的施用对砂姜黑土障碍因子具有较好的削减作用。
由应用例1和2可以看出，粉煤灰基砂姜黑土改良剂联合深翻改良砂姜黑土不仅可以增加土壤养分有效性，还可以改良土壤物理结构，降低土壤紧实度，同时可促进作物增产，无论是玉米还是小麦产量均有大幅度增产。虽然施用本发明改良剂土壤紧实度较施用对比例2改良剂略高，但玉米和小麦产量却分别增加了6.47％和8.29％，土壤养分含量相比对比例2也有明显升高，同时减少了粉煤灰、硅藻土和沸石粉的使用量。说明本发明改良剂具有更加优良的组分配比。与已有的简单施用粉煤灰技术相比，无论在土壤性质改良还是促进作物生长上都具有较高的效益。与现有的生物炭改良剂相比，本发明的改良剂可一次性投入，持久增效。
应用例3
为了验证本发明改良剂在不同类型土壤中的改良效果，于2020年小麦收获后，玉米播种前开展土壤改良试验。试验包括不施用改良剂对照和施用实施例3改良剂两个处理组，待改良土壤分别为砂姜黑土和潮土，砂姜黑土和潮土的土壤物理结构均较差，耕作性能低，试验开始前两处土壤养分含量相似：砂姜黑土有机质7.73g/kg，全氮0.53g/kg，全磷0.18g/kg；潮土有机质7.66g/kg，全氮0.55g/kg，全磷0.19g/kg。为了使试验结果具有可比较性，两种类型土壤耕作措施完全一致：将实施例3所制改良剂均匀撒施在待改良土壤表面，施用量为7吨/亩，采用深翻机将其与40cm土壤充分混匀，深翻2次后开始播种；对照组采用深翻机深翻40cm土壤，深翻2次后开始播种；小麦-玉米轮作。于2020年玉米收获后，测定作物产量和养分含量，结果如表5所示。
结果表明，在砂姜黑土施用本发明改良剂可显著提升土壤地力和作物产量，其中施用实施例3改良剂处理组有机质含量较对照组增加19.87％，全氮增加23.08％，速效磷增加26.62％，速效钾增加5.68％，团聚度增加16.31％，产量增加23.57％；而在潮土中本改良剂地力提升效果明显下降：其中施用实施例3改良剂处理组有机质含量较对照组增加9.90％，全氮增加12.28％，速效磷增加11.26％，速效钾增加3.65％，产量仅增加6.45％，而土壤团聚度则下降10.13％。
表5施用改良剂对砂姜黑土和潮土理化性质及作物产量的影响
Figure BDA0003178454380000121
以上结果说明本发明改良剂针对砂姜黑土障碍因子具有专性改良效果，而对其它土壤类型中低产田改良效果并不显著。

Claims (10)

1.一种粉煤灰基砂姜黑土改良剂，其特征在于，原料组成如下，均为重量份：
Figure FDA0003178454370000011
2.如权利要求1所述的粉煤灰基砂姜黑土改良剂，其特征在于，原料组成如下，均为重量份：
Figure FDA0003178454370000012
3.如权利要求1或2所述的粉煤灰基砂姜黑土改良剂，其特征在于，满足以下条件之一项或多项：
i.所述粉煤灰主要是煤燃烧后的烟气中收集下来的细小颗粒，主要为火电厂或城市集中供热锅炉燃煤所产生的废弃物，其比表面积不低于300m2/kg，烧失值不高于8％，重金属含量低于《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》20％以上；
ii.所述腐植酸类物料主要为木本泥炭、草本泥炭、腐植酸钠或腐殖酸钾；其干基有机质含量不低于80％，有机质中腐殖质含量不低于45％；重金属含量低于《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》20％以上；
iii.所述硅藻土和沸石粉均为市售产品，重金属含量低于《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》20％以上；
iv.所述禽畜粪便包括鸡粪、猪粪或牛粪中的一种或多种，有机质含量不低于45％；
v.所述活性有机物料是指含有天然纤维素/多糖/有机酸的有机物料，包括作物秸秆、食用菌渣或果壳；
vi.所述蚯蚓粪是指利用养殖粪便、城市污泥养殖蚯蚓所产生的粪便，其中蚯蚓粪中颗粒状组分占50％以上，重金属含量低于《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》20％以上；
vii.所述微生物复合菌剂，包括枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)、娄彻氏链霉菌(Streptomyces rochei)和绿色木霉(Trichoderma viride)，混合比例为1:1:1:1，为菌种数量比；其中微生物复合菌剂的功能微生物不低于2亿/g。
4.权利要求1或2所述的粉煤灰基砂姜黑土改良剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将粉煤灰、腐植酸类物料、硅藻土和沸石粉在60～75℃下烘干，分别粉碎，过80目筛，按照重量比例混合均匀，得混合物a；
(2)将禽畜粪便、蚯蚓粪和活性有机物料自然风干，分别粉碎，过80目筛，按重量比例混合均匀，将微生物复合菌剂喷菌接种到混合物表面，混合均匀后得到混合物b；
(3)将混合物a和混合物b按照重量比混合均匀，经筛分后即得粉煤灰基砂姜黑土改良剂。
5.权利要求1或2所述的粉煤灰基砂姜黑土改良剂在改良砂姜黑土中的应用。
6.权利要求1或2所述的粉煤灰基砂姜黑土改良剂的施用方法，其特征在于，具体步骤为：将粉煤灰基砂姜黑土改良剂均匀撒施在待改良砂姜黑土土壤表面，施用量为2-10吨/亩，采用深翻机将其与0～40cm土壤充分混匀，深翻2-3次。
7.如权利要求6所述的施用方法，其特征在于，当待改良砂姜黑土为粘土时，所述粉煤灰基砂姜黑土改良剂施用量为8-10吨/亩；进一步优选为9吨/亩。
8.如权利要求6所述的施用方法，其特征在于，当待改良砂姜黑土为壤粘土时，所述粉煤灰基砂姜黑土改良剂施用量为7-9吨/亩；进一步优选为8吨/亩。
9.如权利要求6所述的施用方法，其特征在于，当待改良砂姜黑土为粉粘土时，所述粉煤灰基砂姜黑土改良剂施用量为6-8吨/亩；进一步优选为7吨/亩；
优选的，当待改良砂姜黑土为砂粘土或粘壤土时，所述粉煤灰基砂姜黑土改良剂施用量为4-6吨/亩；进一步优选为5吨/亩；
优选的，当待改良砂姜黑土为粉壤土时，所述粉煤灰基砂姜黑土改良剂施用量为2-4吨/亩；进一步优选为3吨/亩。
10.如权利要求7-9任一项所述的施用方法，其特征在于，所述的粘土、壤粘土、粉粘土、砂粘土、粘壤土和粉壤土参照中国土壤质地分类标准中的定义；
其中，所述粘土是指粘粒含量高于40％的土壤；所述壤粘土是指粘粒含量35％～40％的土壤；所述粉粘土是指粘粒含量30～35％的土壤；所述砂粘土是指砂粒含量高于50％，粘粒含量高于30％的土壤；所述粘壤土是指砂粒含量低于20％，粗粉粒含量低于40％，粘粒含量低于30％的土壤；所述粉壤土是指砂粒含量高于20％，粗粉粒含量低于40％，粘粒含量低于30％的土壤；所述粘粒粒径<0.001mm，所述砂粒粒径1mm～0.05mm，所述粗粉粒粒径0.05mm～0.01mm。
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