专利名称：一种用生物炭修复温室退化土壤的方法
技术领域：
本发明方法属于农业技术领域，它适用于由于长期过量施肥导致的温室退化土壤，能够改善土壤理化性状，提高蔬菜产量，降低可食部分的重金属含量。
背景技术：
从上世纪90年代开始，随着设施蔬菜栽培面积迅速增加，设施栽培在我国蔬菜生产中的比重越来越大。但是由于温室、大棚等设施内部气温高、湿度大，且蔬菜作物生长期短，复种茬口多，需肥量高，因此为了追求当年产量，菜农普遍存在盲目过量施肥的情况。这种掠夺的经营方式导致温室菜田土壤退化，表现为土壤PH降低、土壤板结、次生盐溃化、土壤养分比例严重失调、病虫害加重等。设施菜田土壤的退化已经成为我国普遍存在的问题。设施栽培土壤的酸化和板结使土壤生产力下降，严重影响了蔬菜作物的产量和品质。通常情况下，当土壤PH值为6.5左右时，植物营养元素的土壤有效性都较高，适合植物生长。当pH下降至5.5以下时，H+可以使土壤中游离铝或交换性铝、还原态锰的浓度过高，从而影响酶的活性，降低土壤微生物活性，使植物根系生物膜透性增加，影响植物根系发育，严重时造成根尖死亡。土壤酸化不仅能溶解土壤中的营养元素如钾、钙、镁等，加快这些营养成分流失，造成土壤贫瘠化，影响作物生长，还可活化土壤中的有害重金属元素如Cd、Pb等，增加蔬菜对这些有害元素的吸收和在可食部分的累积，提高危害人体健康的风险。而土壤板结使得蔬菜根系下扎困难，或者由于土壤缺氧影响植物根的呼吸，出现怄根现象。为了改善温室退化土壤，提高温室土壤的生产力，提高蔬菜产量和品质，温室退化土壤的修复技术的研究也取得了很大进步，发展了不少修复方法，比如增施有机肥、客土改良和施用石灰。客土改良技 术可以快速彻底地改善土壤理化性状，达到修复目的，但成本很高；增施有机肥可以有效地改善土壤团粒结构，增加土壤通透性，减少土壤板结，逐渐提高土壤的PH，但所需时间较长，还可能使更多存在于有机肥中的盐分和有害金属元素随有机肥进入土壤，加重土壤盐溃化和环境负担；施用石灰可以快速提高温室酸化土壤的PH值，改善土壤结构，在一定程度上钝化土壤中的重金属元素，只是石灰的施入势必减小土壤中磷的植物可利用性，增加成本，而且会造成二次污染。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以原位修复温室退化土壤，提高温室土壤pH和蔬菜产量、降低蔬菜中有害兀素含量的方法。为实现上述目的，本发明提供的用生物炭修复温室退化土壤的方法，是将生物炭加入到温室退化土壤中，将土壤的PH调至6-7。所述的方法，其中，所述的生物炭是用稻杆、稻壳、稻糠在450_550°C的厌氧条件下烧制得到。所述的方法，其中，优选的生物炭是用稻杆在450_550°C的厌氧条件下烧制得到。所述的方法，其中，所述的生物炭粒径等于或小于2mm。
所述的方法，其中，加入生物炭后的土壤含水量保持在15-25%。本发明采用生物炭原位修复温室退化土壤，属于废物利用，成本低廉。与其他修复技术相比，具有资源回收、成本低、修复效率高等特点，是一种有效的原位修复温室退化土壤的方法。
图1是三种不同的生物炭(稻杆、稻壳、稻糠)加入露天和温室土壤后，土壤pH(图la)、油菜生物量(图lb)、根长(图lc)、根表面积(图1d)和油菜体内Cd,Pb,Cu,Ni含量(图1e-图1h)的变化。
具体实施例方式本发明是将生物炭加入到温室退化土壤中，提高土壤pH值和土壤通气状况，增加蔬菜产量，减少有害元素含量。本发明中生物炭的加入量以调节温室退化土壤的PH值调节到最适合植物生长范围内(pH至6-7，如果按照质量百分比为土壤质量的4% )生物炭是将植物生物质在完全或部分缺氧的情况下经热解炭化产生的一类高度芳香化难熔性固态物质，可以用农业废弃物如作物收割后剩下的秸杆等作为原材料加工烧制，成本低廉且将农业废弃物变废为宝，从另一方面减小了环境压力。生物炭可以迅速提高温室退化土壤的PH，改善土壤理化性状，增加作物产量，减少有毒金属元素在作物可食部分的累积，还有效减小了农业废弃物的环境压力，具有修复效率高、成本低、易于推广的特点。本发明提供的修复温室退化土壤的方法中，生物炭是用稻杆在缺氧和450-550°C高温的条件下，热裂解制备而得，将制备好的生物炭过2mm筛，按照4%的比率加入到温室退化土壤中混匀，保持土壤含水量为20%，陈化两周后，测定土壤pH值并种植油菜，油菜生长4周后收获，测定油菜生物量、根长和体内重金属含量。本发明的测定方法是用浓硝酸微波消煮植物样品，ICP-MS分析检测元素浓度，土壤PH按照NY/T 1377-2007标准方法测定，根长和根表面积的测定是将根用根系扫描仪扫描后WinRhizo软件分析。实施例:用稻杆、稻壳、稻糠烧制的生物炭对温室退化土壤的修复效果供试土壤为15年棚龄的温室土壤和温室外面的露天土壤。温室和露天土壤的pH分别为4.9和7.0。将用稻杆、稻壳、稻糠烧制的生物炭分别加入到两种土壤中并充分混匀，加入比率为4%，保持土壤含水量为20 %，陈化两周后测定土壤pH并将油菜种子播入土壤，油菜生长4周后收获。用去离子水冲洗油菜地上部，洗净后用吸水纸擦干表面水分，称量记录油菜鲜重后烘干、粉碎，用浓硝酸微波消解植物样品后定容待测；漂浮法将根从土壤中小心取出洗净，用根系扫描仪扫描，WinRhizo软件分析测定根长和根表面积。ICP-MS分析测定Cd、Pb、Cu、Ni的浓度。试验共8个处理，每个处理4个重复。结果表明(图1a)，三种生物炭的加入均可以显著增加土壤的pH值，为稻杆炭>稻糠炭>稻壳炭，加入稻杆炭后，露天土和温室土的PH分别上升了 0.6和1.6个单位。三种生物炭的加入均显著增加了温室土壤上种植的油菜的生物量，稻杆炭和稻壳炭处理中油菜的生物量分别增加了 66%和70%，两者无显著差异，稻糠炭的加入使油菜的生物量增加了 27%，低于前两者。而且，由于加入生物炭后改善了土壤的通气状况，促进了油菜根的生长，露天土中油菜的根长和根表面积分别增加了 37-92%和28-87%，温室土中油菜的根长和根表面积分别增加了 55-99%和55-76%。稻杆炭的加入对温室土中油菜的根表面积、根长的增加作用最明显(图1b-图1d)。三种生物炭的加入均在不同程度上降低了温室土壤上生长的油菜体内Cd、Pb、Cu、Ni的含量(图1e-图1h)。稻杆炭处理对Cd、Pb、Cu、Ni四种重金属在油菜体内的含量都有显著的降低作用，效果好于其他两种炭，分别比不加炭处理降低了 43^^32^^24%和71%。稻壳炭对油菜体内铅含量的降低作用最明显，降低了 42%。露天土中加入生物炭后对油菜体内的Cd、Cu、Ni含量也有显著的降低作用。 以上结果表明，生物炭是修复温室退化土壤非常经济有效的方法，对增加油菜产量、改善土壤通气状况和降低油菜重金属元素含量效果显著。
权利要求
1.一种用生物炭修复温室退化土壤的方法,将生物炭加入到温室退化土壤中，将土壤的pH调至6-7。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述的生物炭是用稻杆、稻壳、稻糠在450-550°C的厌氧条件下烧制得到。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述的生物炭是用稻杆在450-550°C的厌氧条件下烧制得到。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述的生物炭的粒径等于或小于2mm。
5.根据权利要求1所述的方法， 其中，加入生物炭后的土壤含水量保持在15-25%。
全文摘要
一种用生物炭修复温室退化土壤的方法，将生物炭加入到温室退化的土壤中，调节土壤pH值为6-7。本发明采用生物炭原位修复温室退化土壤，属于废物利用，成本低廉。与其他修复技术相比，具有资源回收、成本低、修复效率高等特点，是一种有效的原位修复温室退化土壤的方法。
文档编号A01B79/00GK103081601SQ201110349148
公开日2013年5月8日 申请日期2011年11月8日 优先权日2011年11月8日
发明者朱永官, 郑瑞伦 申请人:中国科学院生态环境研究中心