CN1294234C - 一种能促进土壤氧化甲烷能力的调节剂及制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及土壤改良技术，具体地说是一种能促进土壤氧化甲烷能力的调节剂及制备方法和应用。将PAM制备成溶液在PAM溶液中加入铵态氮肥，按重量份数计，其组成为500～2500份的0.1%阴离子型分子量300～400万的聚丙烯酰铵溶液及10～100份铵态氮肥；在播种后按用量350～700克/亩施用。采用本发明能促进土壤氧化甲烷能力，处理后的土壤甲烷氧化能力增加50～210%。

Description

一种能促进土壤氧化甲烷能力的调节剂及制备方法和应用

技术领域

本发明涉及土壤改良技术，具体地说是一种能促进土壤氧化甲烷能力的调节剂及制备方法和应用。

背景技术

甲烷是一种重要的温室气体，甲烷的相对增温潜势(GWP)是CO₂的23倍，在全球变暖的过程中占有很大的份额。甲烷在大气中的浓度近年来有上升的趋势。土壤甲烷氧化是土壤中甲烷氧化微生物作用的结果，即土壤通过其中的甲烷氧化微生物对甲烷的氧化而消耗大气中的甲烷，这是一种非常重要的甲烷的汇。因农业措施如施肥制度、耕作制度、土壤保水剂和结构改良剂的使用等都会对土壤甲烷氧化微生物的活性产生影响，从而影响到甲烷的微生物氧化。尤其是各种种类的氮肥的使用，由于铵离子和甲烷竞争甲烷氧化酶的底物结合部位而导致甲烷氧化菌氧化甲烷活性大大降低，从而使用氮肥会严重削弱土壤作为甲烷汇的能力。然而减少施肥量又不利于农业生产，影响到作物的产量。改进肥料使用方法，使其在不改变施肥量的前提下，土壤甲烷氧化能力大大提高，极大的减少使用化肥对土壤氧化甲烷能力的破坏是一种迫切需求。

发明内容

为了克服上述土壤中甲烷微生物氧化的不足，本发明的目的在于提供一种可以极大地提高土壤氧化甲烷能力的调节剂及制备方法和应用本发明的技术方案是：按重量份数计，其组成为500～2500份0.1％阴离子型分子量300～400万的聚丙烯酰胺溶液及10～100份铵态氮肥；所述铵态氮肥可以为碳酸氢铵、NH₄Cl、(NH₄)₂SO₄或NH₄NO₃。

其制备方法按如下步骤操作：

1)制备0.1％聚丙烯酰胺溶液：

按比例取聚丙烯酰胺，在不加热的情况下倒入水中，至完全溶解后待用；

2)制备铵态氮肥—聚丙烯酰胺混合溶液：

按所述重量份数将铵态氮肥加到上述聚丙烯酰胺溶液中，加入并搅动至完全溶解，然后装瓶封口待用即可。

本发明能促进土壤氧化甲烷能力调节剂的应用在于：将调节剂在播种后按用量350-700克/亩施用。

本发明优点在于：

1.原料易得，氮肥为一般的农业用肥，聚丙烯酰胺(PAM)为辽宁省抚顺市化工六厂生产的阴离子型PAM，其分子量300～400万。

2.无污染，无残留，PAM其在阳光下分解产物为二氧化碳、水和硝酸铵，与植物无害，也不会污染土壤，

3.具有多种功效。因为PAM作为一种土壤保水剂和土壤改良剂可以改善土壤结构和提高土壤的保水性能，所以本方法在提高甲烷氧化能力的同时也起到了改善土壤结构和土壤抗旱性能的功效。

4.本发明方法技术简单易掌握，方便制备，成本低，耗材少，方法的实施占地面积少，不需任何额外设备，另外可以配合农业灌溉措施一起实施。

5.提高土壤甲烷氧化特性的效果显著。根据本设计方案所得出的结果，处理后的土壤甲烷氧化能力增加50～210％。

6.本发明应用范围广泛，适用于各种旱田土壤，本方法对水田土壤氧化甲烷能力没有作用。

具体实施方式

实施例1

PAM和铵态氮肥联合使用作为调节剂，使其可以极大的提高土壤氧化甲烷能力。具体是：0.1％阴离子型分子量300～400万的PAM溶液配合碳酸氢铵氮肥，喷施或深施于土壤中。以下为其在实验室中的制备和实施过程：

1)制备0.1％PAM溶液

用PAM粉剂(辽宁省抚顺市化工六厂生产。阴离子型，分子量300～400万)10克，不加热的情况下慢慢倒入10kg水中，边倒边搅动加速PAM固体的溶解。待其完全溶解后，装入棕色玻璃试剂瓶中封口待用；

2)制备NH₄HCO₃-PAM混合溶液

将10克碳酸氢铵加到1000毫升上述PAM溶液，缓慢加入并搅动加速其溶解，待碳酸氢铵完全溶解后装入棕色玻璃试剂瓶封口待用。

因为碳酸氢铵是目前最为常用的铵态氮肥，所以本实施例采用碳酸氢铵作为氮肥的代表。

取东北草甸棕壤，去除土壤中的草根等大的有机残留物质和大的石块，在自然通风条件下小心风干或者加入自来水使土壤水分含量达到20％。风干过程中要小心翻动。

3)称取20％含水量的土壤10kg，平摊在塑料薄膜上，将1000毫升碳酸氢铵-PAM混合溶液装入塑料喷壶中，小心喷动分5次将溶液全部喷撒到土壤中，并在喷动的同时小心搅拌翻动土壤，使溶液在土壤中均匀分散(将上述配置好的碳酸氢铵-PAM混合溶液1000毫升均匀分散到上述10公斤土壤中)。

4)将10kg处理过的土壤放入陶瓷盆中自然条件下放到室外进行盆栽培养，室外温度为20～30℃，以不加本发明混合溶液的经过同样处理的土壤作为对照。

5)直径为15厘米，高度为15厘米的圆柱形PVC气体采集箱放到土壤表面，用力压使采集箱底进入土壤深度为2厘米左右，在放置后0min，40min，60min时采集箱内气体，测定其中甲烷气体的浓度浓度。结果证明0，40，60min时甲烷浓度分别为1.7ppm，0.8ppm，0.5ppm，而同样条件下不加本发明混合溶液的土壤培养0min，40min，60min时甲烷浓度为1.7ppm，1.5ppm，1.4ppm。不加PAM土壤其甲烷浓度的下降明显比加过PAM的土壤下降缓慢，而采集箱中甲烷浓度的下降是采集箱所罩土壤对甲烷氧化的结果，说明本发明混合溶液明显降低了氮肥对土壤氧化甲烷能力的影响，处理后的土壤甲烷氧化能力增加120％。

本发明通过PAM和氮肥的联合使用得到环境保护和提高作物产量的双重效果，改善土壤结构，增加氧气和甲烷在土壤中的扩散，增加甲烷氧化菌结合甲烷的机会，抵消由于铵离子对甲烷氧化菌的底物抑制作用，使土壤一方面能满足作物生长所需的氮素，同时又有一定的甲烷氧化能力，减少土壤中甲烷的产生。

在现有技术中PAM曾作为土壤保水措施被应用，但本发明采用PAM用于减少土壤中甲烷的产生之目的。这是因为PAM制剂为阴离子型，其生物稳定性强，在土壤中不易被微生物降解，可以以任何比例溶解于水中而不分层，是一种新型高效的土壤结构改良剂，且本身不会燃烧、爆炸，也无毒性和腐蚀性，其在阳光下分解产物为二氧化碳、水和硝酸铵，与植物无害，也不会污染土壤。更重要的是PAM具有改变土壤和水组分之间的电结合力的能力，土壤氧活性增加，导致黏土颗粒和土壤硬盘的破碎，消除由于使用矿物化肥所形成的地表板结。本发明混合溶液处理后，土壤会发生结构上的变化，使土壤水的入渗深度增加，它能去除围绕黏土颗粒或土壤颗粒周围的负电荷雾的电解质，使得土壤颗粒可以键合，产生更大的土壤团聚体和优化了的土壤空隙。适宜的土壤空隙会促进土壤通气并能使土壤的持水能力保持在最佳，促进土壤微生物的活动。前人并无将PAM用于此目的的报道。

实施例2

与实施例1不同之处在于：

用PAM粉剂10克，不加热的情况下慢慢倒入10kg水中，边倒边搅动加速PAM固体的溶解。待其完全溶解后，装入棕色玻璃试剂瓶中封口待用；再将35克NH₄Cl加到2500毫升上述PAM溶液，缓慢加入并搅动加速其溶解，待碳酸氢铵完全溶解后装入棕色玻璃试剂瓶封口待用。下面以大田实施为例：

在播种后与肥料混匀深施于土壤中，用量不随肥料品种而异，350～700克/亩(本实施例350克/亩)；

对田间甲烷通量的观测结果显示，使用本发明混合溶液的土壤其甲烷排放通量较没有处理的土壤减少30～80％。

实施例3

与实施例1不同之处在于：

用PAM粉剂50克，不加热的情况下慢慢倒入50kg水中，边倒边搅动加速PAM固体的溶解。待其完全溶解后，装入棕色玻璃试剂瓶中封口待用；再将80克(NH₄)₂SO₄加到1800毫升上述PAM溶液中，在播种后与肥料混匀深施于土壤中，用量为700克/亩。其效果：处理后的土壤甲烷氧化能力增如80％。

本发明试验结果表明，PAM亦可和NH₄NO₃混合使用，同样可以达到减少甲烷排放的效果。

Claims (3)

1.一种能促进土壤氧化甲烷能力的调节剂，其特征在于：按重量份数计，其组成为500～2500份0.1％阴离子型分子量300～400万的聚丙烯酰胺溶液及10～100份铵态氮肥；所述铵态氮肥为碳酸氢铵、NH₄Cl、(NH₄)₂SO₄或NH₄NO₃。

2.一种能促进土壤氧化甲烷能力的调节剂的制备方法，其特征在于按如下步骤操作：

1)制备0.1％聚丙烯酰胺溶液：

按比例取聚丙烯酰胺，在不加热的情况下倒入水中，至完全溶解后待用；

2)制备铵态氮肥—聚丙烯酰胺混合溶液：

按权利要求1所述的重量份数将铵态氮肥加到上述聚丙烯酰胺溶液中，加入并搅动至完全溶解，然后装瓶封口待用即可。

3.一种按权利要求1所述的能促进土壤氧化甲烷能力调节剂的应用，其特征在于：将调节剂在播种后按用量350～700克/亩施用。