一种用于砂姜黑土的土壤结构改良剂及土壤改良方法与流程

本发明涉及农业土壤培肥技术领域，尤其涉及一种用于砂姜黑土的土壤结构改良剂，同时涉及利用该土壤结构改良剂提高砂姜黑土团聚性的方法。

背景技术：

砂姜黑土是典型的低产田，因物理性状差导致肥力低下，具体表现有质地粘重、干缩湿胀、易旱易涝、耕性差、土壤瘠薄等，造成这些现象的原因是耕层总孔隙偏低、毛管性能微弱、导水能力较小等。

土壤团聚性是重要的土壤物理性质，影响土壤透气性、储水能力、耕性和植物根系伸展能力，是土壤肥力中的重要因素。砂姜黑土很难自然形成团聚体，尤其是大于1mm的大团聚体，因此提高土壤大团聚体数量是改良砂姜黑土的重要途径。

提高土壤大团聚体数量的方法有很多种，主要分为粘合剂法、有机肥法和农艺法，其中以粘合剂法应用最为广泛。在粘合剂法中，以人工合成的聚丙烯酰胺为最普遍，专利和产品很多，但其高昂的成本影响了其大面积的应用。同时，这类粘合剂也不适用砂姜黑土质地土壤。有机肥法和农艺法的效果缓慢而不稳定。

现有技术中公开的涉及该领域的技术存在如下缺陷和不足：(1)工艺复杂，如“一种修复改良土壤结构的复合制剂及其制备方法(公开号CN106085459A)”中的改性废沸石是废催化裂化催化剂经过煅烧、粉碎，负载酸后得到的；(2)组成复杂，如“一种改良土壤团聚体的生物质有机肥料(公开号CN105967783A)”中涉及烤烟叶粉、膨润土、聚天冬氨酸、磷酸二铵、小麦谷朊粉、硫酸亚镍、柠檬酸铁、农作物秸秆、伊乐藻、纤维素酶制剂、蛋白酶制剂、酸豆果、水适量等13种成分，“一种改善土壤结构的土壤调理剂及制备方法(公开号CN106085438A)”中涉及11种成分；(3)人工化学品多，如“一种改良土壤结构的有机肥料及其制备方法(公开号CN104140318A)”中使用尿素、硫酸亚铁、磷酸氢钙、腐殖酸钠、明胶、硫酸锰、黄原胶等化学品；(4)对土壤组成改变大，如“利用生物质灰渣快速改良土壤团聚体的方法(公开号CN103918375A)”中每亩要施入生物质灰渣1200kg，对土壤无机物组成改变巨大。上述特点均在不同程度上导致产品或技术应用的局限性。

本发明以避免上述技术的不足为出发点，针对砂姜黑土，提出一种组分简单、成本低、施用方便、效果迅速而持久的方法来提高土壤团聚性。

技术实现要素：

本发明以避免现有技术中的不足为出发点，针对砂姜黑土，提出一种组分简单、成本低、制备工艺简单的土壤结构改良剂，并同时提供使用该改良剂改良砂姜黑土土壤结构的方法，本发明的方法可实现迅速而持久地提高砂姜黑土土壤中大团聚体数量的目的。

为实现上述目的，本发明的技术方案之一是：一种用于砂姜黑土的土壤结构改良剂，由包括如下组分的原料混合而成：粒径1-3mm的生物质炭颗粒，相当于所述生物质炭颗粒重量2-5％的腐植酸和/或腐植酸盐粉末，相当于所述生物质炭颗粒重量2-5％的氧化铁粉末，相当于所述生物质炭颗粒重量20-40％的水。

本发明所述的土壤结构改良剂，以1-3mm生物质炭颗粒为骨架、以腐植酸分子作为有机结合剂、以氧化铁(三氧化二铁)作为无机结合剂，这些组分共同作用，可促使细土粒形成大团聚体，从而起到改良砂姜黑土土质结构的作用。本发明中腐植酸和/或腐植酸盐粉末的用量与氧化铁粉末的相当(尤其当二者的含量均为3％时)，提供的有机胶结物和无机胶结物相当，有助于快速提高土壤颗粒的团聚性。

其中，所述生物质炭颗粒是以稻壳、花生壳、核桃壳、板栗壳、棉花杆、果树剪枝、锯末中的任意一种为原料制备得到的。与其他可用于制备生物质炭颗粒的原料，如水稻秸秆，玉米秸秆，小麦秸秆等相比，本发明采用的原料是含木质素丰富的植物材料，具有坚硬、致密、易得的特点，以此制备得到的生物质炭颗粒具有坚固、质脆、孔隙丰富、易粉碎的性质，非常适用于改良砂姜黑土。

优选地，所述生物质炭颗粒是以稻壳或花生壳为原料制备得到的。

所述生物质炭颗粒的制备方法为：取所述生物质炭颗粒的原料，于500-600℃厌氧裂解1-3h，粉碎，过筛，取1-3mm粒径颗粒，即得。

在一种具体的实施方式中，所述生物质炭颗粒的制备方法为：取所述生物质炭颗粒的原料，于550℃厌氧裂解2h，粉碎，分别过3mm和1mm筛，取1-3mm粒径颗粒，即得。

或者，所述生物质炭颗粒也可通过市购手段购买用所述原料制成的生物质炭，经粉碎，过筛，取1-3mm颗粒而得。

本发明以生物质炭颗粒作为土壤改良剂的主要成分，可实现稻壳、花生壳、核桃壳、板栗壳、棉花杆、果树剪枝、锯末等农林废弃物的循环使用，并且该类物质来源广泛，价格低廉，以此为原料制备生物质炭颗粒的方法简单，易于操作。

优选地，所述腐植酸盐为腐植酸钠和/或腐植酸钾。

本发明的土壤结构改良剂中含有20-40％的水，一方面，水的存在能够增加改良剂中腐殖酸和/或腐殖酸盐、氧化铁粉末两种材料的融合，另一方面可降低施用时的灰尘飞扬，可进一步提高土壤改良效果，确保使用的便捷性和安全性。

作为本发明较佳的技术方案，所述土壤结构改良剂中，所述腐植酸和/或腐植酸盐粉末的重量相当于所述生物质炭颗粒重量的2-4％，所述氧化铁粉末的重量相当于所述生物质炭颗粒重量的2-4％，所述水的重量相当于所述生物质炭颗粒重量的20-40％。

进一步优选地，所述土壤结构改良剂中，腐植酸钠粉末与氧化铁粉末的重量均为3％。

作为本发明最佳的技术方案，所述土壤结构改良剂中，所述腐植酸钠粉末的重量相当于所述生物质炭颗粒重量的3.2％，所述氧化铁粉末的重量相当于所述生物质炭颗粒重量的3.2％，所述水的重量相当于所述生物质炭颗粒重量的30％。

本发明的技术方案之二是：一种利用上述任意一种土壤结构改良剂提高砂姜黑土团聚性的方法，所述方法具体为：将所述土壤结构改良剂均匀撒在待改良砂姜黑土的表面，采用农用机具将其翻入0-20cm表层土壤即可。

优选地，所述土壤结构改良剂的亩用量为2-10吨。采用上述用量，生物质炭颗粒用量为土壤重量的2-3％，考虑生物质炭颗粒的比重为0.3g/cm³，所以施用量中的颗粒比例可达土壤颗粒的10％左右，按2-3倍比例形成土壤团聚体，最终可形成土壤大团聚体的比例可达20-30％，这个比例对于提高砂姜黑土肥力而言比较适合，同时经济性又好。

进一步优选地，针对砂姜黑土的不同程度，调整土壤结构改良剂的用量可以最经济的用量取得最佳的改良效果，具体而言：

当待改良砂姜黑土≤20cm土层土壤质地为重黏土时，所述土壤结构改良剂的亩用量为7-9吨(最优为8吨)；

当待改良砂姜黑土≤20cm土层土壤质地为轻或中黏土时，所述土壤结构改良剂的亩用量为4-6吨(最优为5吨)；

当待改良砂姜黑土土壤≤20cm土层土壤质地为中或重壤土时，所述土壤结构改良剂的亩用量为2-4吨(最优为3吨)。

其中，本发明所述的重黏土、中或轻黏土、中或重壤土的定义参照邓时琴编著的《中国土壤质地分类》(1996年)中的定义，即：

所述重黏土的定义为：中细粘粒(<0.001mm)含量40-60％的土壤；所述轻或中黏土的定义为：中细粘粒(<0.001mm)含量30-40％的土壤；所述中或重壤土的定义为：中细粘粒(<0.001mm)含量<30％、粗粉粒(0.05-0.01mm)含量≥40％的土壤。

采用本发明的土壤结构改良方法，可提高提高土壤大团聚体数量，增加土壤通透性、降低土壤粘性、降低耕作阻力、延长宜耕期、增加土壤持水率，提高土壤肥力，增加作物产量；还可增加土壤固碳数量。同时，本发明的方法简单易行、成本低、效果明显而持久、易于大面积应用。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可以相互组合，即得本发明各较佳实例。

本发明涉及到的原料和试剂均可市购获得。

附图说明

图1为粒径1-3mm生物质炭颗粒的形态图；

图2为腐殖酸钠(左侧图)和氧化铁粉末(右侧图)的形态图；

图3为实施例1土壤结构改良剂的形态图；

图4为效果实验例1的结果图；

图5为效果实验例2的结果图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例中涉及的操作如无特殊说明，均为本领域常规技术操作；

实施例1

一种土壤结构改良剂，由如下重量的组分混合而成：

该实施例同时提供了上述土壤改良剂的制备方法，包括如下步骤：

1)取10kg干花生壳置于炭化炉中，于550℃下无氧碳化处理2h，得到3.2kg生物质炭；(形态如图1所示)

2)将上述生物质炭用粉碎机粉碎，分别过3mm和1mm筛，留取1-3mm颗粒备用；

3)将64g商品腐植酸钠粉末(粒径100目)，64g氧化铁粉末(粒径200目)倒入600mL自来水中，混合均匀，制成腐植酸/氧化铁混合悬液；(腐植酸钠粉末和氧化铁粉末的形态如图2所示)

4)取2000g粒径1-3mm生物质炭颗粒，加入腐植酸/氧化铁混合悬液600mL，混合均匀，即得所述土壤结构改良剂。(形态如图3所示)

实施例2

一种土壤结构改良剂，由如下重量的组分混合而成：

该实施例同时提供了上述土壤改良剂的制备方法，包括如下步骤：

1)取5t稻壳生物质炭，将上述生物质炭用粉碎机粉碎，分别过3mm和1mm筛，留取1-3mm颗粒备用；

2)将128kg商品腐植酸钠粉末(粒径100目)，128kg氧化铁粉末(粒径200目)倒入1200L自来水中，混合均匀，制成腐植酸/氧化铁混合悬液；

3)取4t粒径1-3mm生物质炭颗粒，加入腐植酸/氧化铁混合悬液1200L，混合均匀，即得。

效果实验例1

实验方法：

(1)取一种经过风干的、质地为中黏土的砂姜黑土6000克，过1mm筛，分别称取12份，每份500克；

(2)取4份土样中，分别加入0、6.72、13.44、20.16克生物质炭/腐植酸/氧化铁混合制剂(即实施例1的土壤结构改良剂)，用量分别为对照、50％最适量、最适量、150％最适量。最适量相当于5.0吨/亩。

(3)同步骤(2)的处理，另做2个重复，合计每个处理3个重复。

(4)将上述12份土样分别摊开，各喷洒150毫升自来水，混合均匀，分别放入12只1000毫升烧杯中，压缩体积至360毫升(容重约为1.4g/cm³)。

(5)对上述土样，进行干湿交替5次。

实验结果：

培养结束后，测定>1mm土壤团聚体数量，结果见图4。

从图4可以看出，按照最适量加入制剂，>1mm团聚体比例可超过土壤总量1/4，达到26％，是不加制剂(对照处理)的2.3倍，效果显著。而减量(0.5最适量)加入后，>1mm团聚体比例只有14.9％，是对照的1.3倍，效果不显著。超量(1.5最适量)加入则无进一步提升效果。

效果实验例2

实验方法：

(1)在安徽北部一种砂姜黑土上进行效果验证。

(2)该土壤表层20cm土壤质地为重壤土，将地块划分为12个小区，每个小区100m²，分别为对照(用量为0)、0.5最适量(用量为2.25kg/m²)、最适量(用量为4.5kg/m²)和1.5最适量(用量为6.75kg/m²)。最适量为3.0吨/亩。每个处理三个重复，共计用量4.05吨。

(3)验证从2015年6月份夏玉米播种开始，2016年10月初夏玉米收获结束。期间共进行1季冬小麦、2季夏玉米生产。生产方式按当地常规操作法进行。

实验结果：

2016年10月取0-20cm土壤测试土壤大团聚体数量，结果见图5。

从图5可以看出，按照最适量加入制剂，>1mm团聚体比例可达到土壤总量的27％，是不加制剂(对照处理)的1.8倍，效果显著。而减量(0.5最适量)加入后，>1mm团聚体比例只有18％，是对照的1.2倍，效果不显著。超量(1.5最适量)加入增加量很小。

虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。