一种通过配施生物炭与有机肥快速改良风沙土的方法与流程

本发明涉及一种改良风沙土的方法，具体涉及一种通过配施生物炭与有机肥快速改良风沙土的方法，属于农业技术领域。

背景技术：

风沙土颗粒较粗，缺乏有机质，并且存在土粒分散、结构不良、易风蚀、质地松散、非毛管孔隙多、毛管孔隙少等问题，导致其漏水漏肥、养分匮乏、易旱、易遭风蚀。

风沙土在干旱与半干旱地区有着广泛的分布，我国面积有27000万hm²左右，新疆已达3718.86万hm²，主要分布在塔里木盆地腹地的塔克拉玛干沙漠和准噶尔盆地腹地的古尔班通古特沙漠边缘地区，是我国重要的耕地后备资源。

研究如何改善风沙土的理化性质以及提高其保肥、保水性能，对提高其土壤生产力和改善生态环境，具有非常重要的意义。从保证国家生态和粮食安全角度，研发风沙土快速、长期有效的改良技术已迫在眉睫。

通过查询CNKI、《重庆维普全文数据库》、《中国学术期刊数据库》、《中国专利数据库》等国内数据库，共查出风沙土改良相关专利12条，文献30篇。风沙土传统的土壤改良措施是增施有机肥，但干旱区有机肥来源少，腐殖化系数低，土壤有机碳矿化率高，使得风沙土实施面积少、改良效果慢。为此，国内外学者尝试用土壤改良剂对风沙土进行改良，研究较多的有沸石、粉煤灰、污泥、绿肥、聚丙烯酰胺等单改良剂。土壤改良剂在一定程度上能够松土、保湿、改良土壤理化性状和土壤养分状况，促进植物对水分和养分的吸收，并对土壤微生物产生积极影响，从而提高退化土壤的生产力，但土壤改良剂产品成本、性能和持效性等方面，仍需要加以改进和提升。

因此，通过对风沙土的理化特性、生态环境、改良利用的探索与实践，提出合理的改良措施和可持续利用对策，保持和提高其土壤肥力，增加土地产出，具有重要的生态意义和经济意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种通过配施生物炭与有机肥快速改良风沙土的方法，该方法不仅改良速度快、成本低，而且能达到长期改良的效果。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种通过配施生物炭与有机肥快速改良风沙土的方法，其特征在于，包括以下步骤：

Step1：将农林废弃物制备成生物炭，并过40目筛；

Step2：将制备的生物炭与有机肥均匀撒施于平整的风沙土表面，并均匀翻入土壤，其中，生物炭用量为3000kg/亩-6000kg/亩，有机肥用量为1000kg/亩-1500kg/亩；

Step3：采用膜下滴灌技术种植作物；

Step4：从第二年开始，每年向风沙土地表均匀撒施有机肥1000kg/亩-1500kg/亩，并均匀翻入土壤。

前述的方法，其特征在于，在Step1中，将农林废弃物制备成生物炭的方法为：

把农林废弃物粉碎成8cm-15cm的小段，并使农林废弃物水分<30wt％，然后在缺氧的环境下使粉碎的农林废弃物进行无焰燃烧，制成生物炭。

前述的方法，其特征在于，前述农林废弃物包括作物秸秆、果树修剪枝条和花生壳。

前述的方法，其特征在于，在Step2中，前述有机肥是腐熟有机肥或商品有机肥，有机质含量≥30wt％。

本发明的有益之处在于：

(1)通过配施生物炭与有机肥，并建立“生物炭+快速熟化+滴灌”的开发利用风沙土技术体系，因为生物炭与有机肥配施既能够充分发挥生物炭的多孔保水保肥的性能，又能充分发挥有机肥料的养分丰富多样的性能，所以风沙土良性土壤结构形成加速，土壤肥力提升迅速；

(2)配套先进的滴灌技术，能明显提高水肥料利用效率，使得风沙土生产力水平在2-3年内大幅度提高，并可获得长期改良的效果。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作具体的介绍。

一、制备生物炭

将农林废弃物粉碎成8cm-15cm的小段，并使小段的水分<30wt％，然后在缺氧的环境下使粉碎的农林废弃物进行无焰燃烧，制成生物炭。

农林废弃物包括作物秸秆(如：玉米秸秆、棉花秸秆等)、果树修剪枝条(如：葡萄树的枝条等)和花生壳。

二、配施生物炭与有机肥

1、将制备的生物炭与有机肥均匀撒施于平整的风沙土表面，并均匀翻入土壤，其中，生物炭用量为3000kg/亩-6000kg/亩，有机肥用量为1000kg/亩-1500kg/亩。有机肥既可以是腐熟有机肥，也可以是商品有机肥，要求有机质含量≥30wt％。

2、采用膜下滴灌技术种植作物。

3、从第二年开始，每年向风沙土地表均匀撒施有机肥1000kg/亩-1500kg/亩，并均匀翻入土壤。

三、案例

1、2013年开始，新疆巴音郭楞蒙古自治州和硕县马兰基地农场

实验组：我们将花生壳制备成生物炭，并过40目筛，然后与腐熟有机肥均匀撒施于平整的风沙土表面，并均匀翻入土壤，其中，生物炭用量为4500kg/亩，腐熟有机肥用量为1500kg/亩，接下来采用膜下滴灌技术种植作物棉花，种植模式为一膜两管四行，具体为30cm+50cm+30cm+50cm。从第二年开始，每年向风沙土地表均匀撒施腐熟有机肥1500kg/亩，并均匀翻入土壤。

对照组：不施用生物炭和有机肥。

将实验组和对照组进行对比，土壤养分指标及田间持水量的对比结果见表1，籽棉产量的对比结果见图1。

表1棉花土壤养分指标及田间持水量变化

从表1和图1我们发现：

(1)与对照组相比，经过三年改良后，实验组风沙土的容重由1.54g/cm³-1.62g/cm³降低到了1.42g/cm³-1.48g/cm³；田间持水量由改良前的平均20.40wt％增加到了26.53wt％。由此可见，本发明所提供的方法有利于风沙土良性土壤结构加速形成，可增强风沙土的持水能力，从而减少深层渗漏，提高水分利用效率。

(2)经过三年改良后，实验组土壤有机质达到了11.295g/kg，而对照组仅为6.185g/kg，土壤速效氮、磷、钾含量也明显提升。由此可见，本发明所提供的方法对风沙土土壤肥力提升效果明显。

(3)与对照组相比，实验组第一年增产22.35％，第二年增产19.63％，第三年增产19.91％，籽棉产量达到307.6kg/亩。由此可见，本发明所提供的方法获得了良好的改良利用效果。

2、2012年4月开始，新疆生产建设兵团第八师炮台试验站

实验组：我们将玉米秸秆制备成生物炭，并过40目筛，然后与腐熟有机肥均匀撒施于平整的风沙土表面，并均匀翻入土壤，其中，生物炭用量为3000kg/亩，腐熟有机肥用量为1500kg/亩，接下来采用膜下滴灌技术种植作物玉米(郑单958)，从第二年开始，每年向风沙土地表均匀撒施腐熟有机肥1500kg/亩，并均匀翻入土壤。

对照组：不施用生物炭和有机肥。

将实验组和对照组进行对比，土壤养分指标的对比结果见表2，玉米产量的对比结果见图2。

表2玉米土壤养分指标变化

从表2和图2我们发现：

(1)通过2012-2015年的试验，试验组土壤的有机质、速效氮、速效磷和速效钾含量显著高于对照组。由此可见，本发明所提供的方法提升了土壤的肥力水平，特别是土壤有机质含量的增加，有利于土壤良性结构的形成，从而有效的提升了土壤的生产力水平。

(2)通过2012-2015年的试验，试验组的玉米产量水平显著高于对照组，产量提升在13.10-26.08％之间。由此可见，本发明所提供的方法获得了良好的改良利用效果。

3、2014年4月，石河子农业科学研究院

实验组：我们将葡萄修剪枝条制备成生物炭，并过40目筛，然后与商品有机肥均匀撒施于平整的风沙土表面，并均匀翻入土壤，其中，生物炭用量为4500kg/亩，商品有机肥用量为1200kg/亩，接下来采用膜下滴灌技术种植作物葡萄(弗雷)，从第二年开始，每年向风沙土地表均匀撒施商品有机肥1200kg/亩，并均匀翻入土壤。

对照组：不施用生物炭和有机肥。

将实验组和对照组进行对比，土壤养分指标的对比结果见表3，葡萄产量的对比结果见图3。

表3葡萄土壤养分指标变化

从表3和图3我们发现：

(1)通过2014-2015二年的试验，试验组土壤的阳离子交换量(CEC)、有机质、速效氮、速效磷和速效钾含量显著高于对照组。由此可见，本发明所提供的方法提升了土壤的肥力水平，特别土壤阳离子交换量和有机质含量的增加，有利于土壤良性结构的形成，从而有效的提升土壤的生产力水平。

(2)通过2014-2015两年的试验，试验组的葡萄产量水平显著高于对照组，产量提升在21.94-22.75％之间。由此可见，本发明所提供的方法获得了良好的改良利用效果。

4、2013年4月，新疆生产建设兵团第八师炮台试验站

实验组：我们将棉花秸秆制备成生物炭，并过40目筛，然后与商品有机肥均匀撒施于平整的风沙土表面，并均匀翻入土壤，其中，生物炭用量为6000kg/亩，商品有机肥用量为1000kg/亩，接下来采用膜下滴灌技术种植作物为棉花(新陆早41号)，从第二年开始，每年向风沙土地表均匀撒施商品有机肥1000kg/亩，并均匀翻入土壤。

对照组：不施用生物炭和有机肥。

将实验组和对照组进行对比，土壤养分指标的对比结果见表4，棉花籽棉产量的对比结果见图4。

表4棉花土壤养分指标变化

从表4和图4我们发现：

(1)通过2013-2015三年的试验，试验组土壤的阳离子交换量(CEC)、有机质、速效氮、速效磷和速效钾含量显著高于对照组。由此可见，本发明所提供的方法提升了土壤的肥力水平，特别土壤阳离子交换量和有机质含量的增加，有利于土壤良性结构的形成，从而有效的提升土壤的生产力水平。

(2)通过2013-2015三年的试验，试验组的棉花籽棉产量水平显著高于对照组，产量提升在12.40-21.39％之间。由此可见，本发明所提供的方法获得了良好的改良利用效果。

通过上述各实验可知：本发明的方法不仅能够加速风沙土形成良性土壤结构，迅速提升土壤肥力，而且能够提高土壤阳离子交换量和土壤有机质含量，增加了土壤胶体含量，有利于土壤良性结构的形成，同时可获得长期改良的效果，生产力水平在2-3年内大幅度提高。

四、其他

秸秆等农业废弃物生物质炭化技术的出现为改良灌耕风沙土提供了新思路。

生物炭(又称生物焦、生物黑炭，Bio-char)是由植物生物质在完全或部分缺氧下热解产生的一类高度芳香化固态物质。生物炭具有含碳率高、孔隙结构丰富、比表面积大、容重小、吸附水分养分能力强、理化性质稳定等特性，使得施用生物炭有利于土壤聚集水分、增强土壤持水保肥能力和有效水量，从而促进植物更充分的吸收水分和养分，增加作物产量，近年来成为土壤学等领域的研究热点。

我们于2010年开始研究生物炭改良风沙土定位试验，研究的结果表明：

(1)生物炭固有的结构特征与理化特性，使其施入土壤后对土壤容重、含水量、孔隙度、阳离子交换量、养分含量等产生一定影响，从而直接或间接的改善土壤理化特性，对沙质土壤效果尤为明显；

(2)生物炭本身含碳率高、性质稳定，长期与土壤互作可能会促进灌耕风沙土团聚体的形成，加速其形成良性土壤结构；

(3)单独施用生物炭对风沙土改良效果并不明显，而如果结合先进的滴灌技术，采用生物炭与有机肥配施能快速改良风沙土理化特性，增强保水保肥能力，提高作物产量，具有见效快、可持续和成本低等优点，是一种快速长期改良风沙土的较优方法。

与已有的同类技术相比，本发明是一种针对干旱与半干旱区风沙土无法在短期内实现改良、利用的问题，采取生物炭与有机肥配施的手段，快速改善土壤结构，增强其保水保肥能力，提高其生产力的技术方案。

需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。