一種控制土壤磷素有效性的方法
2023-06-02 13:38:46
專利名稱：一種控制土壤磷素有效性的方法
技術領域：
本發明涉及土壤改良方法，具體地說是一種控制土壤磷素有效性的方法。
背景技術：
我國明礬石礦資源豐富，開採歷史悠久，目前仍用傳統的「水浸法」生產明礬，即將 明礬石礦通過焙燒、風化、水浸等方式得到原初液，再通過結晶的方式形成明鉀礬成品，結 晶池中形成的沉澱即為礬漿。據估計，每生產1噸明礬，最少也要伴隨產出礬漿0.5噸。據 了解，一些設備簡單落後的小礬廠，每燒一爐礬，就會有4、5噸廢渣，每結晶一池礬，就會有 半池的漿水。而這些廢渣廢漿，大部分並沒有進行綜合利用，而是直接排到附近的河水當 中，給礦場周圍的生態環境造成了嚴重的破壞。例如，溫州蒼南礬礦是全國重點的明礬石礦 山之一，總儲量1. 67億噸，所在的礬山鎮被稱為「世界礬都」。而每年由於煉礬而產出礬渣、 礬漿就有數百萬噸，每逢暴雨，附近河道沿岸、提坎、港口、碼頭盡被淹沒，整條溪流淌著乳 白色的礬漿，酸性汙染和礦渣的淤積極大地破壞了原來的生態環境，兩岸一萬多群眾受害。 曾經是魚米之鄉的前岐鎮，數千畝良田無法耕作，淺海灘涂和海域汙染在萬畝以上。解決礬漿汙染的根本出路就是礬漿的綜合利用問題。礬漿乾燥後即為白色塊狀固 體，又稱礬土。經測定，礬土富含Al、Si、K等活性離子和植物有益、必需元素，化學性質基本 穩定，磨碎後具有粒度細、分散性好、比表面積大等特點。但是，目前還未見將礬土開發為土 壤磷素吸附固定劑的報導。磷是植物生長發育必需的營養元素之一，施用磷肥是維持農作物高產的一項重要 措施。但盲目過量施用磷肥，致使作物對肥料吸收利用率低，土壤磷素積累嚴重，磷素向水 中釋放的潛力大大增加。當水中的磷素水平很高時，藻類會大量生長，並浮於水體表面，阻 礙空氣中的氧與水體接觸，使水中溶解氧減低，致使魚類等需氧生物缺氧死亡，並使有毒微 生物增加，水體惡臭，即造成富營養化，對周圍的生態環境構成極大威脅。有資料顯示，我國 幾乎所有的大湖都存在富營養化問題，引起湖泊、水庫等水體富營養化的磷有50%以上的 負荷來自農業面源汙染。如在我國太湖流域，在當地常規土地管理方式下，全磷向水體遷移 的年負荷為4. 05kg/ha,約佔年施肥量的4. 1 % ；而在滇池流域，51%的土壤釋磷環境風險較 高，土壤釋放的磷素已成為滇池水體富營養化主要汙染來源之一。土壤磷素流失主要是降 雨或人工排水形成的地表徑流、土壤侵蝕造成的，其形態主要可分為溶解態磷和顆粒態磷。 而溶解態磷與顆粒態磷與土壤有效磷(Olsen-P)密切相關。因此，土壤Olsen-P可作為土 壤磷素流失進入水體風險和水環境影響程度的評估依據。目前控制土壤磷素的主要以減控磷肥投入為主，而對已經形成的富磷土壤的阻控 技術還較為缺乏。已見利用赤泥固定土壤磷素的報導，效果顯著，但是，赤泥只是在旱地土 壤上做了磷素的吸附試驗，而對長期處於淹水狀態的水稻土控磷效果還不清楚。赤泥是氧 化鋁廠在煉鋁過程中將鋁礦石鹼融後的副產物，其附著的鹼液使其PH可達10 12左右， 施入赤泥後對土壤質量和作物生長及產量究竟有何影響還不清楚，因此在實際應用上還存 在著不確定性。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是克服上述現在技術存在的缺陷，提供一種利用礬土 對富磷水稻土中的有效磷進行固定的方法。為達到上述目的，本發明採用的技術方案如下一種控制土壤磷素有效性的方法， 其特徵在於將煉礬過程中生成的副產物礬土，與富磷水稻土充分混勻，淹水培養，在水稻種 植期內，能固定> 25%的水稻土有效磷，且不影響作物的產量；其包括以下步驟1)將塊狀礬土磨碎，並過60目篩；2)將1)步得到的礬土用NaOH調節至pH為6. 5-7. 5 (最佳為6. 8)，風乾，並在陰 涼通風處保存；3)將土壤表面0-20cm的富磷水稻土翻耕，風乾、磨碎、過60目篩，備用，富磷水稻 土中的有效磷>30mg/kg，此富磷水稻土被認為極有可能引起磷素流失，本發明特別適用於 該富磷水稻，體現出來的效果明顯；4)將2)步得到的礬土，撒於3)步處理過的水稻土，礬土施用量為水稻土質量的 0. 05-0.2% (最佳為0. 1%)，翻耕，使其與水稻土充分混勻，並種植水稻，相應的農事操作、 管理措施與常規水稻大田種植保持一致。水稻播種至水稻收穫，即為本發明的一個施用周 期(約4-5個月)。本發明為農業富磷土壤提供一個有效控磷的方法，可固定25%以上的土壤有效 磷，同時也增加了土壤有效矽及速效鉀等植物必需和有益元素的含量，並能達到增加作物 產量的效果。下面結合說明書附圖和具體實施方式
對本發明作進一步說明。
圖1為不同粒徑礬土的磷素吸附試驗所得的吸附情況圖。圖2為礬土放大1000倍的掃描電鏡圖片。圖3為礬土放大10000倍的掃描電鏡圖片。圖4添加不同pH的礬土(1 % )對水稻土有效磷含量的影響。
具體實施例方式一種控制土壤磷素有效性的方法，將煉礬過程中生成的副產物礬土磨碎，用3mol/ LNaOH調節至pH中性，風乾，並在陰涼通風處保存；將土壤表面0-20cm的富磷水稻土 翻耕，風乾、磨碎、過篩，備用；礬土與富磷水稻土充分混勻，礬土施用量為水稻土質量的 0. 05-0. 2%。在進行水稻種植時，預先使水稻土處於淹水狀態1-2天，然後種植水稻，相應 的農事操作、管理措施與常規水稻大田種植保持一致。水稻播種至水稻收穫，即為本發明的 一個施用周期(約4-5個月)。下面是本發明在磷素吸附試驗並結合水稻盆栽試驗的基礎上，研究不同粒徑、不 同PH以及不同施用量下礬土對水稻土中有效磷的吸附及固定效果，以及對水稻產量的影 響。
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實施例1 不同粒徑礬土的磷素吸附試驗。1、材料礬土 採自溫州礬礦，主要利用水浸法生產明鉀礬，即將明礬石通過焙燒、風化、水 浸等方式得到原初液，再通過結晶的方式形成明鉀礬成品，結晶池中的礬漿經壓榨和乾燥， 形成礬土。乾燥的礬土呈結塊狀，將礬土磨碎、分別過5mm、2mm、60目和100目的網篩後，在 陰涼處存放，備用。2、試驗方案將上述不同粒徑的礬土 5. Og於250ml三角瓶中，分別準確加入含磷為0、200、 400、600、800、1000、1200、1400、1600mg P Γ1 的溶液 125mL (介質為 pH 7. 0 的 0. 01mol/L KCl)，每管加氯仿2滴，以抑制微生物活性。密封后於25°C恆溫振蕩器，振蕩24小時，振速 200rpm,平衡後過濾，用鉬藍比色法測上清液磷濃度，根據平衡前後溶液磷濃度之差，計算 土壤對磷的吸附量。從圖1中可以看出，不同粒徑礬土對溶液中的磷素的吸附情況並不相同。溶液中 P濃度為0-200mg P Γ1時，各粒徑礬土對磷的吸附量差異不大，而當溶液中P濃度為600mg PL"1時，過5mm、2mm和60目粒徑的礬土磷吸附量出現明顯差異，其磷的吸附量由大到小為 60目> 2mm > 5mm，但60目和100目之間差異不大。這表明礬土粒徑越細，對磷的吸附程 度也越大，但當礬土粒徑達到一定級別時(過60目)，對磷的吸附能力不再增加。實施例2 礬土物化性狀1、材料礬土同實施例1，為過60目粒徑礬土。表1礬土物象分析 表2礬土的物理及化學性狀 礬土為細粉白色顆粒狀物體，顆粒直徑0. 5-1 μ m(圖3)，比表面積達8. TSm2g-1 (見 表2)。物象分析表明(見表1)，礬土主要成分為SiO2和明礬(KAl2(SO4)2(OH)6)，兩者佔總 成分的89. 7%,其次為Al2O3和Fe2O3，佔總成分的9. 7%, TiO2 ^J 0.46%,其餘佔0. 14%。 由於礬土中含有大量的Al、Si和K元素，其交換態Al、有效Si以及速效K含量也較高，分 別達到8. 5%,3. 8%和7300mg kg—1 (見表2)。可見礬土具有較大的比表面積並富含活性成 分(Al3+、Fe3+)，這是礬土對磷具有較強吸附性的原因。實施例3 不同鹼化處理後的礬土對水稻土 Olsen-P(有效磷)含量的影響。1、試驗材料A 土壤採自浙江省平湖市，為潛育型青粉泥田水稻土，風乾，磨碎，過60目後陰涼處通風保存。B 礬土 同實施例2。礬土 pH為3. 8(液土比5 1測定)，用3mol L—1 NaOH溶液 將礬土 pH調節至6. 8和10. 2。2、試驗方案試驗採用一次性塑料杯(250mL)裝土淹水培養，每個塑料杯裝土 160g，水層保持 2cm。試驗設4個處理，見圖4，分別為(1)純水稻土，圖中表示為「不加礬土」，(2)pH3.8的 礬土 +水稻土，圖中表示為「pH 3.8礬土」，(3)pH 6. 8的礬土 +水稻土，圖中表示為「pH 6.8 礬土」，和(4)pH 10.2的礬土 +水稻土，圖中表示為「pH 10. 2礬土」，其中上述處理中的礬 土均按1 %質量比例與水稻土充分混合，每個處理3個重複，在淹水7天後破壞性取樣，測定 土壤Olsen-P含量。由圖4可以看出，不加礬土的水稻土 Olsen-P含量為33. 43mg kg—1，加入酸性礬土 後(pH3. 8)，土壤Olsen-P含量有所下降，下降幅度為26%。而當加入中性礬土(pH 6.8) 降磷效果更為明顯，Olsen-P含量下降幅度達到40%。但加入鹼性礬土後，降磷效果最差， 下降幅度僅為16%。實施例4 礬土不同施用量對土壤Olsen-P、速鉀、有效矽及水稻產量的影響。1、試驗材料A、礬土及土壤同實施例3，其中礬土過60目，pH調節為6. 8。2、試驗方案盆栽試驗，試驗用盆盆高30cm，底直徑20cm，盆裝土壤和礬土總重8kg。試驗設6 個處理，礬土濃度分別為0%、0. 01%、0. 1%、1%、5%和10%。每個處理5次重複，共計30 盆。每盆施純N 2. 0g，氮肥以尿素形式分四次施入，各次施用比例為基肥分櫱肥幼穗分 化肥穗肥=3. 5 2 3 1.5。水稻種植過程中一直保持淹水狀態，水稻收穫後測定土 壤Olsen-P、交換態Al、有效Si、速效K含量及水稻產量。表3不同礬土處理對土壤Olsen-P、交換態Al、有效Si、速效K及水稻產量影響
礬土處理土壤 Olsen-P (mg kg"1)土壤交換態Al (gkg')土壤有效Si (mg kg"1)土壤速效K (mg kg')產量 (g株―丨)0%38.0±2.96 a0.05±0.03 e118±25e62±4f65.8 士5.4 b0.01%33.7±1.68b0.10±0.04e123士31 e105±17e71.4+4.8 ab0.1%27.6±1.85 c0.32+0.08 d209±43 d134±4d80.4 ±6.3 a1%23.0±1.90d1.01±0.21c418±39c231±5c63.5 ±6.9 b5%20.1±3.67de3.29+0.41 b818177b385±14b40.3 ±3.3 c10%19.3±0.91 e4.28±0.49 a1251+98 a789±77a35.1 士 3.5d 0. 1 10%礬土處理顯著地降低了土壤Olsen-P含量，並且提高了土壤速效K、交 換態Al和有效Si含量，且隨著施加量的增加，幅度加大(表3)。可見礬土高吸附能力及 富含K、Si、Al等元素特性對土壤的性狀產生了直接的影響。同時還可以看出，0. 礬土 處理顯著提高了水稻的產量，與對照相比產量增幅達23%。這是由於K和Si均為水稻的 必需營養元素，土壤速效K和有效Si含量的增加有利於水稻的生長，並最終促使產量增加。 但5%和10%礬土處理使水稻產量顯著降低，可見向富磷土壤中施用礬土時還應注意施用 量，過量施用會造成土壤中活性鋁含量上升(表3)，造成鋁的毒害，並影響其產量。本發明
6中施用0.1%礬土量可達到最佳的控磷和增產的效果。 綜上所述，向富磷水稻土壤(Olsen-P > 30mg kg—1)施用0. 礬土量(pH 6. 8、過 60目)礬土具有明顯的控磷效果，可使土壤Olsen-P降低25%以上(即可固定25%的土壤 有效磷)，同時礬土中富含的K和Si均有利於水稻的生長，並促進了水稻的產量。
權利要求
一種控制土壤磷素有效性的方法，其特徵在於將煉礬過程中生成的副產物礬土，與富磷水稻土充分混勻，淹水培養，在水稻種植期內，能固定≥25％的水稻土有效磷，且不影響作物的產量；其包括以下步驟1)將塊狀礬土磨碎，並過60目篩；2)將1)步得到的礬土用NaOH調節至pH為6.5 7.5，風乾，並在陰涼通風處保存；3)將土壤表面0 20cm的富磷水稻土翻耕，風乾、磨碎、過60目篩，備用，富磷水稻土中的有效磷＞30mg/kg；4)將2)步得到的礬土，撒於3)步處理過的水稻土，礬土施用量為水稻土質量的0.05 0.2％，翻耕，使礬土與水稻土充分混勻。
2.根據權利要求1所述的控制土壤磷素有效性的方法，其特徵在於4)步中，礬土施用 量為水稻土質量的0. 1%。
3.根據權利要求1或2所述的控制土壤磷素有效性的方法，其特徵在於2)步中礬土用 NaOH 調節 pH 為 6. 8。
全文摘要
目前控制土壤磷素的主要以減控磷肥投入為主，而對已經形成的富磷土壤的阻控技術還較為缺乏。本發明提供了一種控制土壤磷素有效性的方法，其包括以下步驟1)將塊狀礬土磨碎，並過60目篩；2)將1)步得到的礬土用NaOH調節至pH為6.5-7.5，風乾，並在陰涼通風處保存；3)將土壤表面0-20cm的富磷水稻土翻耕，風乾、磨碎、過60目篩，備用，富磷水稻土中的有效磷＞30mg/kg，4)將2)步得到的礬土，撒於3)步處理過的水稻土，礬土施用量為水稻土質量的0.05-0.2％，翻耕，使其與水稻土充分混勻。本發明可固定25％以上的土壤有效磷，並能達到增加作物產量的效果。
文檔編號A01B79/00GK101911868SQ20101023236
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月21日 優先權日2010年7月21日
發明者丁能飛, 傅慶林, 劉琛, 張敏, 李華, 林義成, 郭彬 申請人:浙江省農業科學院