一種用於砂姜黑土的土壤結構改良劑及土壤改良方法與流程
2024-04-04 16:02:05
本發明涉及農業土壤培肥技術領域，尤其涉及一種用於砂姜黑土的土壤結構改良劑，同時涉及利用該土壤結構改良劑提高砂姜黑土團聚性的方法。
背景技術：
砂姜黑土是典型的低產田，因物理性狀差導致肥力低下，具體表現有質地粘重、幹縮溼脹、易旱易澇、耕性差、土壤瘠薄等，造成這些現象的原因是耕層總孔隙偏低、毛管性能微弱、導水能力較小等。
土壤團聚性是重要的土壤物理性質，影響土壤透氣性、儲水能力、耕性和植物根系伸展能力，是土壤肥力中的重要因素。砂姜黑土很難自然形成團聚體，尤其是大於1mm的大團聚體，因此提高土壤大團聚體數量是改良砂姜黑土的重要途徑。
提高土壤大團聚體數量的方法有很多種，主要分為粘合劑法、有機肥法和農藝法，其中以粘合劑法應用最為廣泛。在粘合劑法中，以人工合成的聚丙烯醯胺為最普遍，專利和產品很多，但其高昂的成本影響了其大面積的應用。同時，這類粘合劑也不適用砂姜黑土質地土壤。有機肥法和農藝法的效果緩慢而不穩定。
現有技術中公開的涉及該領域的技術存在如下缺陷和不足：(1)工藝複雜，如「一種修復改良土壤結構的複合製劑及其製備方法(公開號CN106085459A)」中的改性廢沸石是廢催化裂化催化劑經過煅燒、粉碎，負載酸後得到的；(2)組成複雜，如「一種改良土壤團聚體的生物質有機肥料(公開號CN105967783A)」中涉及烤菸葉粉、膨潤土、聚天冬氨酸、磷酸二銨、小麥谷朊粉、硫酸亞鎳、檸檬酸鐵、農作物秸稈、伊樂藻、纖維素酶製劑、蛋白酶製劑、酸豆果、水適量等13種成分，「一種改善土壤結構的土壤調理劑及製備方法(公開號CN106085438A)」中涉及11種成分；(3)人工化學品多，如「一種改良土壤結構的有機肥料及其製備方法(公開號CN104140318A)」中使用尿素、硫酸亞鐵、磷酸氫鈣、腐殖酸鈉、明膠、硫酸錳、黃原膠等化學品；(4)對土壤組成改變大，如「利用生物質灰渣快速改良土壤團聚體的方法(公開號CN103918375A)」中每畝要施入生物質灰渣1200kg，對土壤無機物組成改變巨大。上述特點均在不同程度上導致產品或技術應用的局限性。
本發明以避免上述技術的不足為出發點，針對砂姜黑土，提出一種組分簡單、成本低、施用方便、效果迅速而持久的方法來提高土壤團聚性。
技術實現要素：
本發明以避免現有技術中的不足為出發點，針對砂姜黑土，提出一種組分簡單、成本低、製備工藝簡單的土壤結構改良劑，並同時提供使用該改良劑改良砂姜黑土土壤結構的方法，本發明的方法可實現迅速而持久地提高砂姜黑土土壤中大團聚體數量的目的。
為實現上述目的，本發明的技術方案之一是：一種用於砂姜黑土的土壤結構改良劑，由包括如下組分的原料混合而成：粒徑1-3mm的生物質炭顆粒，相當於所述生物質炭顆粒重量2-5％的腐植酸和/或腐植酸鹽粉末，相當於所述生物質炭顆粒重量2-5％的氧化鐵粉末，相當於所述生物質炭顆粒重量20-40％的水。
本發明所述的土壤結構改良劑，以1-3mm生物質炭顆粒為骨架、以腐植酸分子作為有機結合劑、以氧化鐵(三氧化二鐵)作為無機結合劑，這些組分共同作用，可促使細土粒形成大團聚體，從而起到改良砂姜黑土土質結構的作用。本發明中腐植酸和/或腐植酸鹽粉末的用量與氧化鐵粉末的相當(尤其當二者的含量均為3％時)，提供的有機膠結物和無機膠結物相當，有助於快速提高土壤顆粒的團聚性。
其中，所述生物質炭顆粒是以稻殼、花生殼、核桃殼、板慄殼、棉花杆、果樹剪枝、鋸末中的任意一種為原料製備得到的。與其他可用於製備生物質炭顆粒的原料，如水稻秸稈，玉米秸稈，小麥秸稈等相比，本發明採用的原料是含木質素豐富的植物材料，具有堅硬、緻密、易得的特點，以此製備得到的生物質炭顆粒具有堅固、質脆、孔隙豐富、易粉碎的性質，非常適用於改良砂姜黑土。
優選地，所述生物質炭顆粒是以稻殼或花生殼為原料製備得到的。
所述生物質炭顆粒的製備方法為：取所述生物質炭顆粒的原料，於500-600℃厭氧裂解1-3h，粉碎，過篩，取1-3mm粒徑顆粒，即得。
在一種具體的實施方式中，所述生物質炭顆粒的製備方法為：取所述生物質炭顆粒的原料，於550℃厭氧裂解2h，粉碎，分別過3mm和1mm篩，取1-3mm粒徑顆粒，即得。
或者，所述生物質炭顆粒也可通過市購手段購買用所述原料製成的生物質炭，經粉碎，過篩，取1-3mm顆粒而得。
本發明以生物質炭顆粒作為土壤改良劑的主要成分，可實現稻殼、花生殼、核桃殼、板慄殼、棉花杆、果樹剪枝、鋸末等農林廢棄物的循環使用，並且該類物質來源廣泛，價格低廉，以此為原料製備生物質炭顆粒的方法簡單，易於操作。
優選地，所述腐植酸鹽為腐植酸鈉和/或腐植酸鉀。
本發明的土壤結構改良劑中含有20-40％的水，一方面，水的存在能夠增加改良劑中腐殖酸和/或腐殖酸鹽、氧化鐵粉末兩種材料的融合，另一方面可降低施用時的灰塵飛揚，可進一步提高土壤改良效果，確保使用的便捷性和安全性。
作為本發明較佳的技術方案，所述土壤結構改良劑中，所述腐植酸和/或腐植酸鹽粉末的重量相當於所述生物質炭顆粒重量的2-4％，所述氧化鐵粉末的重量相當於所述生物質炭顆粒重量的2-4％，所述水的重量相當於所述生物質炭顆粒重量的20-40％。
進一步優選地，所述土壤結構改良劑中，腐植酸鈉粉末與氧化鐵粉末的重量均為3％。
作為本發明最佳的技術方案，所述土壤結構改良劑中，所述腐植酸鈉粉末的重量相當於所述生物質炭顆粒重量的3.2％，所述氧化鐵粉末的重量相當於所述生物質炭顆粒重量的3.2％，所述水的重量相當於所述生物質炭顆粒重量的30％。
本發明的技術方案之二是：一種利用上述任意一種土壤結構改良劑提高砂姜黑土團聚性的方法，所述方法具體為：將所述土壤結構改良劑均勻撒在待改良砂姜黑土的表面，採用農用機具將其翻入0-20cm表層土壤即可。
優選地，所述土壤結構改良劑的畝用量為2-10噸。採用上述用量，生物質炭顆粒用量為土壤重量的2-3％，考慮生物質炭顆粒的比重為0.3g/cm3，所以施用量中的顆粒比例可達土壤顆粒的10％左右，按2-3倍比例形成土壤團聚體，最終可形成土壤大團聚體的比例可達20-30％，這個比例對於提高砂姜黑土肥力而言比較適合，同時經濟性又好。
進一步優選地，針對砂姜黑土的不同程度，調整土壤結構改良劑的用量可以最經濟的用量取得最佳的改良效果，具體而言：
當待改良砂姜黑土≤20cm土層土壤質地為重黏土時，所述土壤結構改良劑的畝用量為7-9噸(最優為8噸)；
當待改良砂姜黑土≤20cm土層土壤質地為輕或中黏土時，所述土壤結構改良劑的畝用量為4-6噸(最優為5噸)；
當待改良砂姜黑土土壤≤20cm土層土壤質地為中或重壤土時，所述土壤結構改良劑的畝用量為2-4噸(最優為3噸)。
其中，本發明所述的重黏土、中或輕黏土、中或重壤土的定義參照鄧時琴編著的《中國土壤質地分類》(1996年)中的定義，即：
所述重黏土的定義為：中細粘粒(<0.001mm)含量40-60％的土壤；所述輕或中黏土的定義為：中細粘粒(<0.001mm)含量30-40％的土壤；所述中或重壤土的定義為：中細粘粒(<0.001mm)含量1mm土壤團聚體數量，結果見圖4。
從圖4可以看出，按照最適量加入製劑，>1mm團聚體比例可超過土壤總量1/4，達到26％，是不加製劑(對照處理)的2.3倍，效果顯著。而減量(0.5最適量)加入後，>1mm團聚體比例只有14.9％，是對照的1.3倍，效果不顯著。超量(1.5最適量)加入則無進一步提升效果。
效果實驗例2
實驗方法：
(1)在安徽北部一種砂姜黑土上進行效果驗證。
(2)該土壤表層20cm土壤質地為重壤土，將地塊劃分為12個小區，每個小區100m2，分別為對照(用量為0)、0.5最適量(用量為2.25kg/m2)、最適量(用量為4.5kg/m2)和1.5最適量(用量為6.75kg/m2)。最適量為3.0噸/畝。每個處理三個重複，共計用量4.05噸。
(3)驗證從2015年6月份夏玉米播種開始，2016年10月初夏玉米收穫結束。期間共進行1季冬小麥、2季夏玉米生產。生產方式按當地常規操作法進行。
實驗結果：
2016年10月取0-20cm土壤測試土壤大團聚體數量，結果見圖5。
從圖5可以看出，按照最適量加入製劑，>1mm團聚體比例可達到土壤總量的27％，是不加製劑(對照處理)的1.8倍，效果顯著。而減量(0.5最適量)加入後，>1mm團聚體比例只有18％，是對照的1.2倍，效果不顯著。超量(1.5最適量)加入增加量很小。
雖然，上文中已經用一般性說明、具體實施方式及試驗，對本發明作了詳盡的描述，但在本發明基礎上，可以對之作一些修改或改進，這對本領域技術人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發明精神的基礎上所做的這些修改或改進，均屬於本發明要求保護的範圍。