CN113692798B - 一种土壤养分优化调控技术方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土壤养分优化调控技术方法，所述方法包括以下步骤：将待处理的土壤进行翻耕，形成耕层；经过预定时间段后，再次翻耕土壤，施加土壤改良剂。其中，所述土壤改良剂包括富铁生物炭、牛粪生物炭和菌糠，所述富铁生物炭通过在红壤中栽培植物、然后将植物热解得到。本发明所提供的土壤养分优化调控技术方法，操作简单，对土壤的优化调控效果高效、环保、安全，且能促进农业废料的资源化利用。

Description

一种土壤养分优化调控技术方法

技术领域

本发明涉及土壤改良技术领域，具体涉及一种红壤地区土壤养分优化调控技术方法。

背景技术

红壤是我国南方地区重要的土壤类型之一，面积占全国土壤面积的21.8％，生产的粮食总产量约为全国的48％，其土壤质量对粮食安全起着非常重要的作用。在粮食种植过程中，施用化肥成为农业增产的主要措施，氮、磷等化学肥料的长期使用，会破坏土壤结构，造成土壤板结、耕地土壤退化、耕层变浅、保水保肥能力下降等，还会导致农田土壤酸化，进而使土壤中各种金属和重金属化合物的溶解度增加，导致土壤质量持续恶化。

现有技术中，对污染土壤多采用就地掩埋封闭处理，或者移除至异地掩埋封闭处理的办法，或者采用一些工业副产品对土壤进行改良，但上述方法投资大、耗时长、处理不彻底，甚至存在潜在污染危险。

因此，有必要提供一种安全、环保、高效地土壤养分优化调控技术方法。

发明内容

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出一种土壤养分优化调控技术方法，该方法在土壤两次翻耕后，于距离土壤表面一定深度处，添加土壤改良剂，能够安全、环保的对土壤进行优化，其中，所述土壤改良剂包括富铁生物炭、牛粪生物炭和发酵菌糠，所述富铁生物炭通过在红壤中栽培植物、然后将植物热解得到，上述方法高效、安全、环保，且能提高农业废料的资源化利用率，从而完成了本发明。

具体来说，本发明的目的在于提供一种土壤养分优化调控技术方法，其中，所述方法包括以下步骤：

步骤1，将待处理的土壤进行翻耕，形成耕层；

步骤2，经过预定时间段后，再次翻耕土壤，施加土壤改良剂。

其中，所述土壤为农田土壤，优选为潮土、红壤、黄土和黑土中的一种或多种。

其中，土壤改良剂由包括以下重量份的组分制备得到：

生物炭 10份

菌糠 12～20份。

其中，所述生物炭为富铁生物炭、牛粪生物炭、猪粪生物炭和鸡粪生物炭中的一种或多种。

其中，所述富铁生物炭按照包括以下步骤的方法制备得到：

步骤i，栽培富铁植物；

步骤ii，收割富铁植物并热解，得到富铁生物炭。

其中，步骤i中，在栽培富铁植物的过程中，施加促铁富集肥料。

其中，步骤ii中，所述热解按照以下子步骤进行：

步骤ii-1，去除植物表面金属元素；

步骤ii-2，分割植物，并烘干、粉碎；

步骤ii-3，高温热解。

其中，步骤ii-3中，所述热解在400～800℃下进行，热解时间为50～70min。

其中，步骤ii-3中，升温速率为60～180℃/h。

其中，所述菌糠为平菇菌糠、金针菇菌糠和杏鲍菇菌糠中的一种或多种。

本发明所具有的有益效果包括：

(1)本发明所提供的土壤养分优化调控技术方法，操作简单，能够有效增强土壤肥力，且对土壤中重金属的去除率较高；

(2)本发明所提供的土壤养分优化调控技术方法，富铁植物栽培过程中添加促铁富集肥料，促进了植物对土壤中铁的吸收，有利于提高生物炭对土壤的优化调控效果；

(3)本发明所提供的土壤养分优化调控技术方法，在富铁生物炭的制备过程中，设置适当的升温速率，显著提高了产率和应用效果；

(4)本发明所提供的土壤养分优化调控技术方法，土壤改良剂的作用效果持久，且环保、低碳，促进了对农业废料的资源化利用；

(5)本发明所提供的土壤养分优化调控技术方法，土壤改良剂中复合使用富铁生物炭、牛粪生物炭和发酵菌糠，有利于提高土壤中重金属的去除率。

具体实施方式

下面通过优选实施方式和实施例对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

本发明提供了一种土壤养分优化调控技术方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1，将待处理的土壤进行翻耕，形成耕层；

步骤2，经过预定时间段后，再次翻耕土壤，施加土壤改良剂。

在本发明中，所述土壤为农田土壤，优选为潮土、红壤、黄土和黑土中的一种或多种，如红壤。

优选地，所述土壤为有机质含量低且重金属污染的土壤，所述重金属为Cd、Cr、Zn和Pd中的一种或多种。

在进一步优选的实施方式中，步骤1中，所述翻耕的深度为距离土壤表面20～35cm。

在更进一步优选的实施方式中，步骤2中，所述预定时间段为10～15天，优选为12～15天。

优选地，所述再次翻耕的深度为距离土壤表面10～20cm。

其中，再次翻耕后将土壤改良剂加入土壤中。

根据本发明一种优选的实施方式，所述土壤改良剂由包括以下重量份的组分制备得到：

生物炭 10份

菌糠 12～20份

优选地，所述土壤改良剂由包括以下重量份的组分制备得到：

生物炭 10份

菌糠 13～17份。

在进一步优选的实施方式中，所述生物炭为富铁生物炭、牛粪生物炭、猪粪生物炭和鸡粪生物炭中的一种或多种。

优选地，所述生物炭为富铁生物炭和/或牛粪生物炭，优选为富铁生物炭和牛粪生物炭。

根据本发明一种优选的实施方式，所述富铁生物炭为由富铁植物制备的生物炭，其优选按照包括以下步骤的方法制备得到：

步骤i，栽培富铁植物；

步骤ii，收割富铁植物并热解，得到富铁生物炭。

在进一步优选的实施方式中，步骤i中，所述栽培为在红壤栽培；

所述富铁植物选自香蒲、油菜、菖蒲和鸢尾中的一种或多种，优选为油菜。

其中，油菜生产的谷草比较大，约为1.5～1.7t/t，属于一种大宗农业副产资源。油菜秸秆的木质素含量较高，将其进行资源化利用，制备成生物炭，具有较高的产率。

在更进一步优选的实施方式中，在栽培油菜的过程中施加促铁富集肥料，以促进油菜生长过程中对铁的吸收；

优选地，所述促铁富集肥料为蚯蚓粪，所述蚯蚓粪与油菜栽培土的体积比为(30～55)：100，优选为(42～55)：100。

本发明人研究发现，当蚯蚓粪与栽培土的体积比为(30～55)：100，优选为(42～55)：100时，有利于铁在油菜中的富集，制备的生物炭对土壤中重金属的去除率较高，对土壤的优化作用最佳。

根据本发明一种优选的实施方式，步骤ii中，所述热解按照以下子步骤进行：

步骤ii-1，去除植物表面金属元素；

步骤ii-2，分割植物，并烘干、粉碎；

步骤ii-3，高温热解。

优选地，步骤ii-1中：采用去离子水清洗植物，然后于稀盐酸中浸泡；

步骤ii-2中：将植物分割为根、茎、叶三部分，然后烘干、粉碎；

步骤ii-3中：所述热解在400～800℃下进行，优选在550～750℃下进行。

优选热解时间为50～70min，更优选为60min。

其中，所述高温热解在管式马弗炉中进行。

在进一步优选的实施方式中，步骤ii-3中，由150℃升温至热解温度时，升温速率为60～180℃/h，优选为80～120℃/h。

本发明人发现，当升温速率为60～180℃/h，优选为80～120℃/h时，制备得到的富铁生物炭的产率较高，同时富铁生物炭对土壤的优化效果也较好。

在本发明中，优选将制备的富铁生物炭粉碎成粉末后施用，所述粉末的粒径小于2.5mm。

根据本发明一种优选的实施方式，所述牛粪生物炭按照包括以下步骤的方法制备：

首先，将牛粪干燥并粉碎，过20目筛；

然后，于氮气氛围中，450～550℃炭化3～4h，得到所述牛粪生物炭。

本发明人发现，在450～550℃范围内炭化牛粪，制备的牛粪生物炭既有较高的产率，又不会导致施加土壤的pH值升高较大。

在进一步优选的实施方式中，所述富铁生物炭与牛粪生物炭的质量比为(1～3):1。

在本发明中，将牛粪生物炭与富铁生物炭按照上述比例复合使用，有利于高效去除土壤中的重金属。

根据本发明一种优选的实施方式，所述菌糠为平菇菌糠、金针菇菌糠或杏鲍菇菌糠，

优选按照包括以下步骤的方法制备：

步骤a，种植食用菌；

步骤b，采收后，将食用菌栽培废料粉碎；

步骤c，将食用菌栽培废料发酵。

在进一步优选的实施方式中，步骤b中，食用菌的栽培料包括50份玉米芯、5～8份水稻秸秆和10～15份麦麸，优选包括50份玉米芯、6～7份水稻秸秆和12～14份麦麸。

其中，所述食用菌在上述栽培料中种植3茬以上，采收后的栽培料即为栽培废料。

在更进一步优选的实施方式中，步骤c中，所述发酵在24～45℃下进行，发酵时间为12～16天。

本发明人研究发现，发酵后的菌糠中包含有益菌和酶，有利于改良肥力差及重金属污染的土壤。

根据本发明一种优选的实施方式，步骤2中，所述添加的土壤改良剂与土壤的质量比为(1～8)：100，优选为(1～4)：100。

本发明人研究发现，在进行土壤养分优化时，当添加的土壤改良剂与土壤的质量比为(1～8)：100，优选为(1～4)：100时，对土壤中污染物(重金属)的去除能力最佳。

实施例

以下通过具体实例进一步描述本发明，不过这些实例仅仅是范例性的，并不对本发明的保护范围构成任何限制。

实施例1

(1)

制备富铁生物炭：

在红壤中种植油菜，栽培过程中施加的肥料为蚯蚓粪，添加的体积与栽培土体积的比为48:100；油菜成熟后整株拔出，使用去离子水洗净，在0.01M稀盐酸中浸泡1小时，在70.0℃下烘干粉碎；

在管式马弗炉中，升温至150℃后，在升温速率为80℃/h下加热至710℃，保持60min，随后冷却至室温，得到富铁生物炭；将富铁生物炭粉碎成粒径小于2.5mm的粉末。

制备牛粪生物炭：

将牛粪干燥并粉碎，过20目筛；于氮气氛围中，在500℃炭化3.5h，得到所述牛粪生物炭，粉碎备用。

制备发酵菌糠：

将玉米芯、水稻秸秆、麦麸按照重量比为50:6:12混合，采用其种植平菇，种植4茬后，将栽培废料粉碎过20目筛，在35℃下发酵16天，风干备用。

制备土壤改良剂：将上述制备的富铁生物炭、牛粪生物炭和发酵菌糠按重量比为2.5:2.5:15混合，得到土壤改良剂。

(2)将待处理的土壤进行翻耕，形成耕层，其中，翻耕的深度为距离土壤表面25cm，所述土壤的容重为0.9897g/cm³，有机质含量为13.524g/kg；

经过12天后，再次翻耕，翻耕深度距离土壤表面15cm；

按照土壤改良剂与土壤的重量比为2:100的比例添加步骤(1)中制备的土壤改良剂。

经过45天后，对土壤进行检测，结果发现：土壤的容重降低为0.6154g/cm³，有机质含量提高至23.356g/kg，土壤的品质得到有效改善。

实施例2

(1)

制备富铁生物炭：

在红壤中种植油菜，栽培过程中施加的肥料为蚯蚓粪，添加的体积与栽培土体积的比为45:100；油菜成熟后整株拔出，使用去离子水洗净，在0.01M稀盐酸中浸泡1小时，在70.0℃下烘干粉碎；

在管式马弗炉中，升温至150℃后，在升温速率为100℃/h下加热至700℃，保持60min，随后冷却至室温，得到富铁生物炭；将富铁生物炭粉碎成粒径小于2.5mm的粉末。

制备牛粪生物炭：

将牛粪干燥并粉碎，过20目筛；于氮气氛围中，在450℃炭化4h，得到所述牛粪生物炭，粉碎备用。

制备发酵菌糠：

将玉米芯、水稻秸秆、麦麸按照重量比为50:7:14混合，采用其种植平菇，种植3茬后，将栽培废料粉碎过20目筛，在40℃下发酵15天，风干备用。

制备土壤改良剂：将上述制备的富铁生物炭、牛粪生物炭和发酵菌糠按重量比为3:2:15混合，得到土壤改良剂。

(2)将待处理的土壤进行翻耕，形成耕层，其中，翻耕的深度为距离土壤表面22cm；

经过15天后，再次翻耕，翻耕深度距离土壤表面16cm；

按照土壤改良剂与土壤的重量比为3:100的比例添加步骤(1)中制备的土壤改良剂。

取0.5g和1.0g采用上述方法优化后的土壤分别吸附25mL浓度为2mmol/L和8mmol/L的铅离子溶液，置于摇床中，于25℃下、125r/min下振荡50min后，静置12h，过滤后，采用FAAS(火焰原子吸收光谱法)测定溶液中剩余的铅离子浓度，可知：对2mmol/L铅离子溶液中铅离子的去除率为97.95％；对8mmol/L铅离子溶液中铅离子的去除率为94.27％

以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。

Claims (6)

1.一种土壤养分优化调控技术方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1，将待处理的土壤进行翻耕，形成耕层，所述土壤为农田土壤；

步骤2，经过预定时间段后，再次翻耕土壤，施加土壤改良剂；

土壤改良剂由包括以下重量份的组分制备得到：

生物炭10份

菌糠12～20份；

所述生物炭包括富铁生物炭和牛粪生物炭，所述富铁生物炭与牛粪生物炭的质量比为(1～3):1；

所述富铁生物炭按照包括以下步骤的方法制备得到：

步骤i，栽培富铁植物；

步骤ii，收割富铁植物并热解，得到富铁生物炭，

步骤i中，在栽培富铁植物的过程中，施加促铁富集肥料，所述促铁富集肥料为蚯蚓粪，蚯蚓粪与栽培土的体积比为(30～55)：100；

所述牛粪生物炭按照包括以下步骤的方法制备：

首先，将牛粪干燥并粉碎，过20目筛；

然后，于氮气氛围中，450～550℃炭化3～4h，得到所述牛粪生物炭；

所述菌糠按照包括以下步骤的方法制备：

步骤a，种植食用菌；

步骤b，采收后，将食用菌栽培废料粉碎；

步骤c，将食用菌栽培废料发酵，

步骤b中，食用菌的栽培料包括50份玉米芯、5～8份水稻秸秆和10～15份麦麸；将所述食用菌在上述栽培料中种植3茬以上，采收后的栽培料即为栽培废料；

步骤c中，所述发酵在24～45℃下进行，发酵时间为12～16天。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述土壤为潮土、红壤、黄土和黑土中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤ii中，所述热解按照以下子步骤进行：

步骤ii-1，去除植物表面金属元素；

步骤ii-2，分割植物，并烘干、粉碎；

步骤ii-3，高温热解。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤ii-3中，所述热解在400～800℃下进行，热解时间为50～70min。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤ii-3中，升温速率为60～180℃/h。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述菌糠为平菇菌糠、金针菇菌糠和杏鲍菇菌糠中的一种或多种。