CN115466152A - 一种缓解土壤酸化的土壤改良剂及其制备方法与使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及土壤改良技术领域，尤其涉及一种缓解土壤酸化的土壤改良剂及其制备方法与使用方法。一种缓解土壤酸化的土壤改良剂，包括生物炭和肥料；所述肥料为磷矿粉或钙镁磷肥；所述生物炭和肥料的质量比为16～24：1～2。本发明所述改良剂的主要成分为秸秆生物炭，通过秸秆生物炭添加钙镁磷肥或磷矿粉、草木灰、白云石粉等组分，钙镁磷肥、磷矿粉、草木灰提供红壤缺乏的营养元素和盐基离子，白云石粉增强了改良剂的调节pH能力。生物炭不仅通过自身官能团和碱性成分中和缓解土壤酸度，同时也是其他材料的载体，通过其高孔隙吸附盐基离子等成分，提高了吸附氢离子和降低活性铝的能力，进一步增强了改良剂的缓冲性和长效性。
Description
技术领域
本发明涉及土壤改良技术领域，尤其涉及一种缓解土壤酸化的土壤改良剂及其制备方法与使用方法。
背景技术
土壤酸化是指土壤中氢离子浓度逐渐变高增加的过程，酸碱性是土壤的一项重要的化学性质，它与果树新陈代谢和营养密切相关，它通过影响微生物活性和矿质盐分的溶解度而影响养分的有效性。土壤酸化对土壤及种植的果树有较大影响；抑制根系发育，容易形成小老树，老僵苗；导致钙、镁、钼及氮、磷、钾等养分吸收受阻，使果树容易产生缺素症；还容易导致土壤锰、锌、铁、铜等微量元素溶解度增加，使果树过量吸收，产生老粗皮、果品表光粗糙、易发黄，产量、质量降低；土壤酸化还容易造成植株抗病力降低，增加施药量，污染环境。
目前，解决土壤酸化主要是通过控制酸雨，施用石灰、施用有机肥料、施用生物菌肥等方法，来调节土壤酸碱度。酸雨的生物防治方法，但施用成本高，容易造成环境二次破坏。施用石灰是常用措施，但是长期用土壤会板结，土质量会下降。施用有机肥料如：农作物的茎杆、家畜的粪肥、绿肥及草木灰等，经无害化综合处置后才不造成环境二次污染。施用生物菌肥，不能增加土壤农业循环中养分的总量，随着使用年限的增加，效果是越来越差，原因是在自然生态环境下，土壤中活在有近万种与生态环境相关的土壤微生物，这些生物与土壤生态环境构成一个共生共灭的整体，并在抑制某些群体特异繁殖过程中达到动态平衡，是微生物的活动使土壤具有消化功能和孕育生命的功能。
因此，如何提供一种缓解土壤酸化和减少温室气体排放的改良剂，以减少土壤酸化导致的温室气体排放量增加的技术问题，是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种缓解茶园土壤酸化和减少温室气体排放的改良剂及其施用技术，其适用于多年生的成年茶园，且更适于我国东南方红黄壤地区种植的茶园，能对茶园土壤进行改良并减少茶园温室气体的排放。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种缓解土壤酸化的土壤改良剂，包括生物炭和肥料；
所述肥料为磷矿粉或钙镁磷肥；所述生物炭和肥料的质量比为16～24：1～2。
优选的，所述生物炭的制备方法为：将秸秆在缺氧状态下裂解，过筛。
优选的，所述秸秆为玉米秸秆、麦秸秆、棉花秸秆、水稻秸秆和豆秸秆中的一种。
优选的，所述裂解的温度为500～700℃；所述裂解的时间为2～4h。
优选的，所述裂解后的产物过1.5～2.5mm筛，收集筛下组分即为生物炭。
本发明还提供了所述的一种缓解土壤酸化的土壤改良剂的制备方法，将生物炭和肥料混合造粒，得改良剂；所述改良剂的粒径为2～3mm。
优选的，还包括白云石粉和草木灰。
优选的，所述生物炭、白云石粉和草木灰的质量比为16～24:0～10：3～5。
本发明还提供了所述的一种缓解土壤酸化的土壤改良剂的制备方法，将生物炭、肥料、白云石粉和草木灰混合造粒，得改良剂；所述改良剂的粒径为2～3mm。
本发明还进一步提供了所述的一种缓解土壤酸化的土壤改良剂，所述的一种缓解土壤酸化的土壤改良剂的制备方法制备得到的缓解土壤酸化的土壤改良剂的使用方法，将所述改良剂与基肥混合后撒施或沟施；所述改良剂每公顷的用量为4～20t；所述基肥与所述改良剂的质量比为1:8～12。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明所添加的秸秆生物炭是作物秸秆在缺氧环境中经高温热裂解后形成的多孔隙、高比表面积的富碳产物，本身呈碱性，富含盐基离子，同时碳结构上富含化学官能团，如羧基和羟基等，可以吸附土壤氢离子和交换性铝。
2、钙镁磷肥(主要成分Ca3(PO4)2、CaSiO3、MgSiO3)和磷矿粉(主要为Ca5[PO4]3(F，Cl，OH))属于生理碱性肥料，茶园土壤一般磷含量较低，施用这两种磷肥可以补充土壤磷素，同时茶树在吸收磷酸根的过程中会释放出OH-离子，可以使改良剂缓解土壤酸化具有长效性。
3、草木灰(主要成分K2CO3)碱性，主要作用是调节土壤pH和提供养分钾。白云石粉(分子式：C2CaMgO6)碱性，主要作用是调节土壤pH。
4、本发明所述改良剂的主要成分为秸秆生物炭，通过秸秆生物炭添加钙镁磷肥或磷矿粉、草木灰、白云石粉等组分，钙镁磷肥或磷矿粉和草木灰提供红壤缺乏的营养元素和盐基离子，白云石粉增强了改良剂的调节pH能力；生物炭不仅通过自身官能团和碱性成分中和缓解土壤酸度，同时也是其他材料的载体，通过其高孔隙吸附盐基离子等成分，提高了吸附氢离子和降低活性铝的能力，进一步增强了改良剂的缓冲性和长效性。
具体实施方式
本发明提供了一种缓解土壤酸化的土壤改良剂，包括生物炭和肥料；
所述肥料为磷矿粉或钙镁磷肥；所述生物炭和肥料的质量比为16～24：1～2；优选为17～23：1～2；进一步优选为18～22：1～2；更优选为20：1.5。
在本发明中，所述生物炭的制备方法为：将秸秆在缺氧状态下裂解，过筛。
在本发明中，所述秸秆为玉米秸秆、麦秸秆、棉花秸秆、水稻秸秆和豆秸秆中的一种；优选为玉米秸秆。
在本发明中，所述裂解的温度为500～700℃；优选为540～660℃；进一步优选为580～620℃；更优选为600℃。
在本发明中，所述裂解的时间为2～4h；优选为3h。
在本发明中，所述裂解后的产物过1.5～2.5mm筛，收集筛下组分即为生物炭；优选为1.7～2.3mm；进一步优选为1.8～2.1mm；更优选为2mm。
本发明还提供了所述的一种缓解土壤酸化的土壤改良剂的制备方法，将生物炭和肥料混合造粒，得改良剂；所述改良剂的粒径为2～3mm；优选为2.5mm。
在本发明中，还包括白云石粉和草木灰。
在本发明中，所述生物炭、白云石粉和草木灰的质量比为16～24:0～10：3～5；优选为18～22:2～8：4；进一步优选为20:4～6：4；更优选为20:5：4。
本发明还提供了所述的一种缓解土壤酸化的土壤改良剂的制备方法，将生物炭、肥料、白云石粉和草木灰混合造粒，得改良剂；所述改良剂的粒径为2～3mm；优选为2.5mm。
在本发明中，所述基肥与所述改良剂的质量比为1:8～12；优选为1:9～11；进一步优选为1:10。
本发明还进一步提供了所述的一种缓解土壤酸化的土壤改良剂，所述的一种缓解土壤酸化的土壤改良剂的制备方法制备得到的缓解土壤酸化的土壤改良剂的使用方法，将所述改良剂与基肥混合后撒施或沟施；所述改良剂每公顷的用量为4～20t；优选为8～16t；进一步优选为10～14t；更优选为12t。
在本发明中，所述基肥为有机肥。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
在以下实施例中，所述基肥为有机肥。
实施例1
一种缓解土壤酸化的土壤改良剂的制备方法，将生物炭和磷矿粉混合造粒，得改良剂；所述改良剂的粒径为2mm；
所述生物炭和磷矿粉的质量比为16：1；
所述生物炭的制备方法为：将豆秸秆在缺氧状态下500℃裂解2h，过1.5mm筛，收集筛下组分即为生物炭。
所述土壤改良剂的使用方法，将所述改良剂与基肥混合后沟施；所述改良剂每公顷的用量为4t，所述基肥与所述改良剂的质量比为1:8。
实施例2
一种缓解土壤酸化的土壤改良剂的制备方法，将生物炭和钙镁磷肥混合造粒，得改良剂；所述改良剂的粒径为3mm；
所述生物炭和钙镁磷肥的质量比为24：2；
所述生物炭的制备方法为：将水稻秸秆在缺氧状态下700℃裂解4h，过2.5mm筛，收集筛下组分即为生物炭。
所述土壤改良剂的使用方法，将所述改良剂与基肥混合后撒施；所述改良剂每公顷的用量为12t，所述基肥与所述改良剂的质量比为1:12。
实施例3
一种缓解土壤酸化的土壤改良剂的制备方法，将生物炭和磷矿粉混合造粒，得改良剂；所述改良剂的粒径为2.5mm；
所述生物炭和磷矿粉的质量比为20：1.5；
所述生物炭的制备方法为：将玉米秸秆在缺氧状态下600℃裂解3h，过2mm筛，收集筛下组分即为生物炭。
所述土壤改良剂的使用方法，将所述改良剂与基肥混合后沟施；所述改良剂每公顷的用量为12t，所述基肥与所述改良剂的质量比为1:10。
实施例4
一种缓解土壤酸化的土壤改良剂的制备方法，将生物炭、磷矿粉和草木灰混合造粒，得改良剂；所述改良剂的粒径为2mm；
所述生物炭和磷矿粉的质量比为16：1；所述生物炭和草木灰的质量比为16:3；
所述生物炭的制备方法为：将豆秸秆在缺氧状态下500℃裂解2h，过1.5mm筛，收集筛下组分即为生物炭。
所述土壤改良剂的使用方法，将所述改良剂与基肥混合后沟施；所述改良剂每公顷的用量为4t，所述基肥与所述改良剂的质量比为1:8。
实施例5
一种缓解土壤酸化的土壤改良剂的制备方法，将生物炭、磷矿粉、白云石粉和草木灰混合造粒，得改良剂；所述改良剂的粒径为3mm；
所述生物炭和磷矿粉的质量比为24：2；所述生物炭、白云石粉和草木灰的质量比为24:10：5；
所述生物炭的制备方法为：将水稻秸秆在缺氧状态下700℃裂解4h，过2.5mm筛，收集筛下组分即为生物炭。
所述土壤改良剂的使用方法，将所述改良剂与基肥混合后撒施；所述改良剂每公顷的用量为20t，所述基肥与所述改良剂的质量比为1:12。
实施例6
一种缓解土壤酸化的土壤改良剂的制备方法，将生物炭、钙镁磷肥、白云石粉和草木灰混合造粒，得改良剂；所述改良剂的粒径为2.5mm；
所述生物炭和钙镁磷肥的质量比为20：1.5；所述生物炭、白云石粉和草木灰的质量比为20：5：4；
所述生物炭的制备方法为：将玉米秸秆在缺氧状态下600℃裂解3h，过2mm筛，收集筛下组分即为生物炭。
所述土壤改良剂的使用方法，将所述改良剂与基肥混合后沟施；所述改良剂每公顷的用量为4t，所述基肥与所述改良剂的质量比为1:10。
实施例7
一种缓解土壤酸化的土壤改良剂的制备方法，将9000kg生物炭、225kg钙镁磷肥和1500kg草木灰混合造粒，得改良剂；所述改良剂的粒径为2.5mm；
所述生物炭的制备方法为：将玉米秸秆在缺氧状态下600℃裂解3h，过2mm筛，收集筛下组分即为生物炭。
所述土壤改良剂的使用方法为，将所述改良剂与基肥混合后撒施；所述改良剂每公顷的用量为10725kg，所述基肥与所述改良剂的质量比为1:10。
实施例8
一种缓解土壤酸化的土壤改良剂的制备方法，将9000kg生物炭、2250kg钙镁磷肥和1500kg草木灰混合造粒，得改良剂；所述改良剂的粒径为2.5mm；
所述生物炭的制备方法为：将玉米秸秆在缺氧状态下600℃裂解3h，过2mm筛，收集筛下组分即为生物炭。
所述土壤改良剂的使用方法为，将所述改良剂与基肥混合后撒施；所述改良剂每公顷的用量为12725kg，所述基肥与所述改良剂的质量比为1:10。
实施例9
一种缓解土壤酸化的土壤改良剂的制备方法，将6000kg生物炭、300kg钙镁磷肥、3000kg白云石粉和1000kg草木灰混合造粒，得改良剂；所述改良剂的粒径为2.5mm；
所述生物炭的制备方法为：将玉米秸秆在缺氧状态下600℃裂解3h，过2mm筛，收集筛下组分即为生物炭。
所述土壤改良剂的使用方法为，将所述改良剂与基肥混合后沟施；所述改良剂每公顷的用量为10300kg，所述基肥与所述改良剂的质量比为1:10。
实施例10
一种缓解土壤酸化的土壤改良剂的制备方法，将15000kg生物炭、225kg钙镁磷肥、2250kg白云石粉和1000kg草木灰混合造粒，得改良剂；所述改良剂的粒径为2.5mm；
所述生物炭的制备方法为：将玉米秸秆在缺氧状态下600℃裂解3h，过2mm筛，收集筛下组分即为生物炭。
所述土壤改良剂的使用方法为，将所述改良剂与基肥混合后沟施；所述改良剂每公顷的用量为18475kg，所述基肥与所述改良剂的质量比为1:10。
实验例1
实验在湖北省咸宁市某茶园进行，茶园种植年限35年，土壤pH值为4.25，试验设置不施用改良剂，仅施用基肥处理、施用9t/hm2秸秆生物炭+0.9t/hm2基肥处理、施用复配的改良剂A(实施例7得到的所述改良剂及使用方法)，施用复配的改良剂B(实施例8得到的所述改良剂及使用方法)，各试验组在10月下旬改良剂与基肥混合后撒施在茶树两行之间。然后测定土壤pH和N2O温室气体排放通量。数据结果见表1～3。
表1施用土壤改良剂21天后不同处理土壤pH的差异
| 实验处理 | 土壤pH值 |
| 不施用改良剂 | 4.25 |
| 秸秆生物炭 | 4.63 |
| 土壤改良剂A | 5.45 |
| 土壤改良剂B | 5.68 |
表2施用土壤改良剂21天后不同处理土壤交换性铝含量的差异
| 实验处理 | 土壤交换性铝cmol/kg |
| 不施用改良剂 | 5.81 |
| 秸秆生物炭 | 4.96 |
| 土壤改良剂A | 3.31 |
| 土壤改良剂B | 3.24 |
表3施用土壤改良剂21天后不同处理温室气体累积排放量的差异
| 实验处理 | N<sub>2</sub>O累积排放量mg/m<sup>2</sup> |
| 不施用改良剂 | 4157 |
| 秸秆生物炭 | 2812 |
| 土壤改良剂A | 1263 |
| 土壤改良剂B | 938 |
由表1记载的内容可知，本发明所提供的改良剂可显著提高土壤pH值，使用效果明显优于传统的秸秆生物炭组，说明本发明所添加的各组分起到了协同增效的作用。而通过表2和表3的数据可以看出，本发明所述改良剂可显著降低土壤交换性铝的含量和N2O累积排放量，也就是说，本发明所述改良剂可大幅度减少温室气体的排放，对茶园土壤起到了优异的改良作用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种缓解土壤酸化的土壤改良剂，其特征在于，包括生物炭和肥料；
所述肥料为磷矿粉或钙镁磷肥；所述生物炭和肥料的质量比为16～24：1～2。
2.根据权利要求1所述的一种缓解土壤酸化的土壤改良剂，其特征在于，所述生物炭的制备方法为：将秸秆在缺氧状态下裂解，过筛。
3.根据权利要求1所述的一种缓解土壤酸化的土壤改良剂，其特征在于，所述秸秆为玉米秸秆、麦秸秆、棉花秸秆、水稻秸秆和豆秸秆中的一种。
4.根据权利要求2所述的一种缓解土壤酸化的土壤改良剂，其特征在于，所述裂解的温度为500～700℃；所述裂解的时间为2～4h。
5.根据权利要求2或4所述的一种缓解土壤酸化的土壤改良剂，其特征在于，所述裂解后的产物过1.5～2.5mm筛，收集筛下组分即为生物炭。
6.权利要求1～5任一项所述的一种缓解土壤酸化的土壤改良剂的制备方法，其特征在于，将生物炭和肥料混合造粒，得改良剂；所述改良剂的粒径为2～3mm。
7.根据权利要求1所述的一种缓解土壤酸化的土壤改良剂，其特征在于，还包括白云石粉和草木灰。
8.根据权利要求7所述的一种缓解土壤酸化的土壤改良剂，其特征在于，所述生物炭、白云石粉和草木灰的质量比为16～24:0～10：3～5。
9.权利要求7或8所述的一种缓解土壤酸化的土壤改良剂的制备方法，其特征在于，将生物炭、肥料、白云石粉和草木灰混合造粒，得改良剂；所述改良剂的粒径为2～3mm。
10.权利要求1～5、7或8任一项所述的一种缓解土壤酸化的土壤改良剂，权利要求6或9所述的一种缓解土壤酸化的土壤改良剂的制备方法制备得到的缓解土壤酸化的土壤改良剂的使用方法，其特征在于，将所述改良剂与基肥混合后撒施或沟施；所述改良剂每公顷的用量为4～20t；所述基肥与所述改良剂的质量比为1:8～12。
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