CN113519230B - 一种利用秸秆有机肥进行土壤改良的方法 - Google Patents

一种利用秸秆有机肥进行土壤改良的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种利用秸秆有机肥进行土壤改良的方法，包括以下步骤：S1、制备土壤改良肥料S1.1、将粉碎秸秆I与农家肥、发酵菌剂混合后进行堆肥发酵得到秸秆有机肥；S1.2、将粉碎秸秆II进行炭化处理形成秸秆颗粒炭；S1.3、将保水剂、表面活性剂与水混合，再加入秸秆颗粒炭和壳聚糖改性凹凸棒土，进行高速混合形成包覆材料；S1.4将秸秆有机肥与包覆材料进行混合制粒得到土壤改良肥料；S2、在地表修筑隔离防渗层；将土壤改良肥料和耕层土壤混合后，平铺在隔离防渗层之上形成肥土层；在肥土层的表面平铺耕层土壤形成种植层；S3、在种植层上间作种植绿肥作物并粉碎后深埋在肥土层内。该方法通过有效的秸秆还田方式改善盐碱土壤结构，增强土壤肥力。

Description

一种利用秸秆有机肥进行土壤改良的方法
技术领域
本发明涉及土壤改良技术领域，具体涉及一种利用秸秆有机肥进行土壤改良的方法。
背景技术
盐碱土，另称为盐渍土，其土壤中还有过量的可溶性盐，如硫酸根离子，氯离子、硝酸根离子等。由于过量的可溶性盐存在，使得土壤pH呈碱性，部分土地pH达到8.5，甚至更高，使得土壤养分遭到淋失，土壤结构破坏，不利于作物的生长。因此，有必要对盐渍土进行改良。
目前，我国作物秸秆资源丰富，秸秆中含有丰富的有机无机养分，将秸秆还田能够达到资源有效利用的目的，避免焚烧带来的环境污染问题。但是如何有效还田是目前解决秸秆资源利用的关键。而依照传统的还田方式，不仅影响还田效果，肥料的利用率，还会影响作物的产量。因此，如何找到一种有效的秸秆还田方式来改善盐碱土壤结构，增强土壤肥力的改良方式，是当前人们探索的一个难题。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种利用秸秆有机肥进行土壤改良的方法，通过有效的秸秆还田方式改善盐碱土壤结构，增强土壤肥力。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下。
一种利用秸秆有机肥进行土壤改良的方法，包括以下步骤：
S1、制备土壤改良肥料
S1.1、将粉碎秸秆I与农家肥、发酵菌剂混合后进行堆肥发酵，发酵完成后，干燥，粉碎，得到秸秆有机肥；
S1.2、将粉碎秸秆II进行炭化处理，形成秸秆颗粒炭；
S1.3、将保水剂、表面活性剂与水混合，形成基础溶液，再加入秸秆颗粒炭和壳聚糖改性凹凸棒土，然后在30～60℃下进行高速混合，形成包覆材料；
S1.4将S1.1的秸秆有机肥与S1.3的包覆材料在60～90℃下进行混合制粒，得到土壤改良肥料；
S2、在地表修筑隔离防渗层；将土壤改良肥料和耕层土壤混合后，平铺在隔离防渗层之上，形成肥土层；并在肥土层的表面平铺一层耕层土壤，形成种植层；
S3、在种植层上间作种植绿肥作物，并将收获的绿肥秸秆粉碎后深埋在肥土层内。
进一步，S1.1中，粉碎秸秆I与农家肥、发酵菌剂的质量比为10～35：5～15：0.1～0.5。
进一步，S1.3中，保水剂、表面活性剂、秸秆颗粒炭和壳聚糖改性凹凸棒土的质量比为1：1：10～30：5～15。
进一步，所述保水剂为聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素、改性淀粉、淀粉接枝丙烯酸盐中的任意一种。
进一步，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基苯磺酸中的任意一种。
进一步，所述壳聚糖改性凹凸棒土是由以下方法制备：
将凹凸棒土置于300～400℃下焙烧活化1h，然后浸泡于盐酸溶液中；酸活化结束后，用水洗涤至中性，干燥，得到酸活化凹凸棒土；
将酸活化凹凸棒土分散到水中，再加入壳聚糖的盐酸溶液，搅拌形成糊状物，然后调节pH至中性，过滤，水洗，烘干，得到壳聚糖改性凹凸棒土。
更进一步，盐酸溶液的体积浓度为1～5％。
更进一步，壳聚糖与酸活化凹凸棒土的质量比为0.4～1：20。
进一步，S2中，土壤改良肥料和耕层土壤的质量比为1：2～5。
进一步，S3中，绿肥作物为苕子、草木樨、紫花苜蓿、绿豆、油菜中的任意一种或多种。
本发明的有益效果：
1、本发明将土壤改良肥料与耕层土壤混合后再回填入耕层土壤之下，这样不仅有助于提高土壤的养分和生物活性，改善土壤理化性质，还能对盐碱起到一定的隔离和缓冲作用，避免土壤中的盐碱对作物生长的影响。在耕层土壤上间作种植绿肥作物，并将绿肥秸秆粉碎后深埋在肥土层内，使其在腐解的过程中增加土壤有机质和腐殖质，在提高土壤肥力的同时，还能进一步改善土壤的通气状况以及保水、保温特性。绿肥秸秆在腐熟的过程中还会吸收部分的盐分，降低土壤的盐渍化现象。
2、本发明的土壤改良肥料主要是利用秸秆颗粒碳、保水剂、表面活性剂和壳聚糖改性凹凸棒土形成的包覆材料，将秸秆有机肥包裹在内层中，结构稳定。该土壤改良肥料由于外层包裹骨架具有一定的硬度，能够随着内层肥料的缓慢释放，起到改善土壤肥力，提高土壤结构稳定性的作用。
其中，凹凸棒土经过酸活化和壳聚糖改性之后，一方面能够提高凹凸棒土的孔隙率，另一方面还能使凹凸棒土的一维层链状结构的表面负载上壳聚糖，提高其吸湿性以及对重金属和有机污染物的吸附能力。壳聚糖改性凹凸棒土，一方面能够与保水剂发挥协同作用，提高该土壤改良肥料的保水性能，另一方面能够与表面活性剂发挥协同作用，提高对重金属和有机污染物的吸附能力。而秸秆颗粒炭与壳聚糖改性凹凸棒土形成的外层包覆层具有丰富的孔隙结构。为了解决土壤的盐渍化问题，通过水流的浸渗作用，能够稀释并带走盐离子。土壤改良肥料遇水后吸湿，位于孔隙结构内的粘结剂与凹凸棒土一起吸湿，并将水分逐渐扩散至内层肥料，内层肥料逐渐熔化，并随孔隙结构渗透至土壤中。通过深耕土壤(20～30cm)，保持土壤的良好透气性，并能够起到缓慢调节土壤肥力的作用。
3、本发明修筑的隔离防渗层主要是起到隔离作用，避免盐离子渗透进入肥土层内，且能够使肥土层内的盐离子随着水流的浸渗作用而沿隔离防渗层排走。
附图说明
图1为本发明实施例的方法建立的土层结构示意图。其中，1-种植层；2-肥土层；3-隔离防渗层；4-排水沟渠。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下述各实施例中所述方法如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可在市场上购买得到。
请参阅图1，为本发明实施例的方法建立的土层结构示意图，其中，1-种植层；2-肥土层；3-隔离防渗层；4-排水沟渠。隔离防渗层3主要是起到隔离作用，避免盐离子渗透进入肥土层内。隔离防渗层具有一定的倾斜度，能够使肥土层内的盐离子随着水流的浸渗作用而沿隔离防渗层排走，且隔离防渗层的表面不平整，防止顶部土层流失。本实施例中，隔离防渗层主要是将秸秆颗粒炭、煤灰渣、碎石、粘合剂以质量比3：2：60：28混合，再加水混合后，摊铺在格栅板上形成的。其中粘合剂可以为水泥，也可以采用其它胶粘固化材料。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，具体见实施例1～3。
实施例1
一种利用秸秆有机肥进行土壤改良的方法，包括以下步骤：
S1、制备土壤改良肥料
S1.1、将粉碎秸秆I与农家肥、发酵菌剂以质量比25：10：0.3混合后进行堆肥发酵，发酵完成后，干燥，粉碎，得到秸秆有机肥；其中，发酵菌剂为市售的EM菌剂，有效活菌数≥10亿/g。
S1.2、将粉碎秸秆II进行炭化处理，形成秸秆颗粒炭；其中炭化处理是在300℃下限氧热解1h。
S1.3、将20g凹凸棒土置于300～400℃下焙烧活化1h，然后浸泡于100mL体积浓度3％的盐酸溶液中；酸活化结束后，用水洗涤至中性，干燥，得到酸活化凹凸棒土；
将5g酸活化凹凸棒土分散到50mL水中，再加入壳聚糖的盐酸溶液，其中，盐酸溶液的体积浓度为1％，壳聚糖与酸活化凹凸棒土的质量比为1.0：20，搅拌形成糊状物，然后调节pH至中性，离心过滤，用水洗涤3～5次，并于80～105℃下烘干，得到壳聚糖改性凹凸棒土；
S1.4、将保水剂、表面活性剂与水混合，形成基础溶液，再加入秸秆颗粒炭和壳聚糖改性凹凸棒土，然后在30～60℃下进行高速混合，形成包覆材料；其中，保水剂、表面活性剂、秸秆颗粒炭和壳聚糖改性凹凸棒土的质量比为1：1：25：15，保水剂为聚丙烯酰胺，表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。
S1.4将S1.1的秸秆有机肥与S1.3的包覆材料在60～90℃下进行混合制粒，得到土壤改良肥料；
S2、在地表修筑隔离防渗层；将土壤改良肥料和耕层土壤以质量比1：3混合后，平铺在隔离防渗层之上，形成肥土层；并在肥土层的表面平铺一层耕层土壤，形成种植层；如图1所示。
S3、在种植层上间作种植绿豆和油菜，并将收获的绿肥秸秆粉碎后深埋在肥土层内。
实施例2
一种利用秸秆有机肥进行土壤改良的方法，包括以下步骤：
S1、制备土壤改良肥料
S1.1、将粉碎秸秆I与农家肥、发酵菌剂以质量比10：15：0.1混合后进行堆肥发酵，发酵完成后，干燥，粉碎，得到秸秆有机肥；
S1.2、将粉碎秸秆II进行炭化处理，形成秸秆颗粒炭；其中炭化处理是在300℃下限氧热解1h。
S1.3、将20g凹凸棒土置于300～400℃下焙烧活化1h，然后浸泡于100mL体积浓度5％的盐酸溶液中；酸活化结束后，用水洗涤至中性，干燥，得到酸活化凹凸棒土；
将5g酸活化凹凸棒土分散到50mL水中，再加入壳聚糖的盐酸溶液，其中，盐酸溶液的体积浓度为1％，壳聚糖与酸活化凹凸棒土的质量比为0.4：20，搅拌形成糊状物，然后调节pH至中性，离心过滤，用水洗涤3～5次，并于60～95℃下烘干，得到壳聚糖改性凹凸棒土；
S1.4、将保水剂、表面活性剂与水混合，形成基础溶液，再加入秸秆颗粒炭和壳聚糖改性凹凸棒土，然后在30～60℃下进行高速混合，形成包覆材料；其中，保水剂、表面活性剂、秸秆颗粒炭和壳聚糖改性凹凸棒土的质量比为1：1：10：5，保水剂为聚丙烯酰胺，表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。
S1.4将S1.1的秸秆有机肥与S1.3的包覆材料在60～90℃下进行混合制粒，得到土壤改良肥料；
S2、在地表修筑隔离防渗层；将土壤改良肥料和耕层土壤以质量比1：2混合后，平铺在隔离防渗层之上，形成肥土层；并在肥土层的表面平铺一层耕层土壤，形成种植层；
S3、在种植层上间作紫花苜蓿和油菜，并将收获的绿肥秸秆粉碎后深埋在肥土层内。
实施例3
一种利用秸秆有机肥进行土壤改良的方法，包括以下步骤：
S1、制备土壤改良肥料
S1.1、将粉碎秸秆I与农家肥、发酵菌剂以质量比35：15：0.5混合后进行堆肥发酵，发酵完成后，干燥，粉碎，得到秸秆有机肥；
S1.2、将粉碎秸秆II进行炭化处理，形成秸秆颗粒炭；其中炭化处理是在300℃下限氧热解1h。
S1.3、将20g凹凸棒土置于300～400℃下焙烧活化1h，然后浸泡于100mL体积浓度3％的盐酸溶液中；酸活化结束后，用水洗涤至中性，干燥，得到酸活化凹凸棒土；
将5g酸活化凹凸棒土分散到50mL水中，再加入壳聚糖的盐酸溶液，其中，盐酸溶液的体积浓度为1％，壳聚糖与酸活化凹凸棒土的质量比为0.8：20，搅拌形成糊状物，然后调节pH至中性，离心过滤，用水洗涤3～5次，并于100～105℃下烘干，得到壳聚糖改性凹凸棒土；
S1.4、将保水剂、表面活性剂与水混合，形成基础溶液，再加入秸秆颗粒炭和壳聚糖改性凹凸棒土，然后在30～60℃下进行高速混合，形成包覆材料；其中，保水剂、表面活性剂、秸秆颗粒炭和壳聚糖改性凹凸棒土的质量比为1：1：30：10，保水剂为聚丙烯酰胺，表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。
S1.4将S1.1的秸秆有机肥与S1.3的包覆材料在60～90℃下进行混合制粒，得到土壤改良肥料；
S2、在地表修筑隔离防渗层；将土壤改良肥料和耕层土壤以质量比1：5混合后，平铺在隔离防渗层之上，形成肥土层；并在肥土层的表面平铺一层耕层土壤，形成种植层；
S3、在种植层上间作种植绿豆和油菜，并将收获的绿肥秸秆粉碎后深埋在肥土层内。
下面利用实施例1～3的方法对盐碱土壤进行改进，其中盐碱地土壤理化性质如下：
土壤容重1.50～1.61g/cm2，土壤的pH为8.5，土壤含盐量为3.2～3.5％，土壤镉含量为0.27ppm。
采用本发明实施例1～3的方法对盐碱土壤进行改良8个月，结果如表1所示。
表1实施例1～3的方法改良后的土壤理化性质
实施例1 实施例2 实施例3
土壤容重/g.cm<sup>-2</sup> 0.68 0.73 0.66
土壤pH 7.08 7.21 7.10
盐分/％ 0.18 0.25 0.14
镉含量/ppm 0.11 0.10 0.12
土壤吸水速率提高/％ 12.0 11.3 10.7
有机质含量/g.kg<sup>-1</sup> 23.71 23.06 23.59
全氮/g.kg<sup>-1</sup> 1.18 1.12 1.17
有效磷/mg.kg<sup>-1</sup> 14.1 13.8 14.4
有效钾/mg.kg<sup>-1</sup> 98.5 99.1 98.2
种植玉米增产/％ 14.1 12.8 13.2
根据表1结果可知，本发明实施例1～3的方法能够使土壤盐离子随水流的浸渗作用而沿隔离防渗层排走，从而使种植层土壤的盐分大幅度降低，并且腐熟的绿肥秸秆还能吸收部分盐分，进一步降低土壤盐渍化现象，恢复成可耕种土壤。并且土壤疏松透气，改善了土壤肥力，能够有效提高作物的产量。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种利用秸秆有机肥进行土壤改良的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、制备土壤改良肥料
S1.1、将粉碎秸秆I与农家肥、发酵菌剂混合后进行堆肥发酵，发酵完成后，干燥，粉碎，得到秸秆有机肥；
S1.2、将粉碎秸秆II进行炭化处理，形成秸秆颗粒炭；
S1.3、将保水剂、表面活性剂与水混合，形成基础溶液，再加入秸秆颗粒炭和壳聚糖改性凹凸棒土，然后在30～60℃下进行高速混合，形成包覆材料；所述壳聚糖改性凹凸棒土是由以下方法制备：
将凹凸棒土置于300～400℃下焙烧活化1h，然后浸泡于盐酸溶液中；酸活化结束后，用水洗涤至中性，干燥，得到酸活化凹凸棒土；
将酸活化凹凸棒土分散到水中，再加入壳聚糖的盐酸溶液，搅拌形成糊状物，然后调节pH至中性，过滤，水洗，烘干，得到壳聚糖改性凹凸棒土；
S1.4将S1.1的秸秆有机肥与S1.3的包覆材料在60～90℃下进行混合制粒，得到土壤改良肥料；
S2、在地表修筑隔离防渗层；将土壤改良肥料和耕层土壤混合后，平铺在隔离防渗层之上，形成肥土层；并在肥土层的表面平铺一层耕层土壤，形成种植层；
S3、在种植层上间作种植绿肥作物，并将收获的绿肥秸秆粉碎后深埋在肥土层内。
2.根据权利要求1所述的利用秸秆有机肥进行土壤改良的方法，其特征在于，S1.1中，粉碎秸秆I与农家肥、发酵菌剂的质量比为10～35：5～15：0.1～0.5。
3.根据权利要求1所述的利用秸秆有机肥进行土壤改良的方法，其特征在于，S1.3中，保水剂、表面活性剂、秸秆颗粒炭和壳聚糖改性凹凸棒土的质量比为1：1：10～30：5～15。
4.根据权利要求1所述的利用秸秆有机肥进行土壤改良的方法，其特征在于，所述保水剂为聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素、改性淀粉、淀粉接枝丙烯酸盐中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的利用秸秆有机肥进行土壤改良的方法，其特征在于，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基苯磺酸中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的利用秸秆有机肥进行土壤改良的方法，其特征在于，盐酸溶液的体积浓度为1～5％。
7.根据权利要求1所述的利用秸秆有机肥进行土壤改良的方法，其特征在于，壳聚糖与酸活化凹凸棒土的质量比为0.4～1：20。
8.根据权利要求1所述的利用秸秆有机肥进行土壤改良的方法，其特征在于，S2中，土壤改良肥料和耕层土壤的质量比为1：2～5。
9.根据权利要求1所述的利用秸秆有机肥进行土壤改良的方法，其特征在于，S3中，绿肥作物为苕子、草木樨、紫花苜蓿、绿豆、油菜中的任意一种或多种。
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