本发明涉及土壤改良领域，具体涉及一种由铁矿尾矿制成的酸性土壤改良剂及其制备方法。
背景技术：
酸性土壤是低pH值土壤的总称，包括红壤、黄壤、砖红壤、赤红壤和灰化土等。酸性土壤在世界范围内分布广泛，主要存在于多雨的温带地区以及热带、亚热带地区。我国长江以南广泛分布大面积的酸性土壤，主要集中在浙江、江西、福建、广东、广西、云南和贵州等南方省份，在黄河以北地区的河南、河北、辽宁及内蒙古等地区也有分布，总面积约2亿公顷。大部分的酸性土壤pH值小于5.5，其中很大一部分小于5.0，有的甚至更低。伴随我国经济、社会的不断发展，环境压力越来越大，各地不时报道有“酸雨”的产生，这些都显示出酸性土壤的面积和酸化程度有进一步增加的趋势。在酸性土壤中，在降水较多的条件下，土壤发生强烈的淋溶作用，造成K+、Ca2+、Mg2+等矿质养分离子大量淋失，一方面造成作物因为缺乏钙、镁而限制生长；另一方面又会增加土壤的酸度，提高铝的溶解度，释放大量铝离子，形成植物可吸收形态的铝化合物。植物过量吸收铝，不仅降低植物产物的品质，而且会对植物特别是植物的根系生长产生极大影响，甚至导致植物中毒死亡。同时在酸性条件下，不但土壤中的微生物数量减少，而且微生物的生长和活动也受到抑制，从而影响了土壤有机质的分解和土壤中C、N、P、S的循环。矿产资源是人类发展和生存极为重要的物质基础之一，随着我国工业化的迅速发展，矿产资源在开发生产过程中产生的废石和尾矿也造成严重的环境污染。据统计，受到选矿技术水平、生产设备等因素的制约，我国矿业生产的尾矿已经达到100亿吨以上，并且有逐年增加的趋势，并且尾矿的利用率比较低。铁矿尾矿是铁选厂在特定的经济技术条件下，将铁矿石磨细，选取“有用组分”后排放的废弃物，目前我国累计堆存铁矿尾矿量高达十几亿吨，而且每年排出铁矿尾矿近3亿吨，综合利用率不到20%。大量铁矿尾矿一般采用堆填处置，不仅浪费资源，同时挤占土地，造成环境污染，鉴于以上的原因，铁矿尾矿的综合利用是十分有必要的。铁矿尾矿研究利用的现状主要在以下几个方面：尾矿再选由于技术条件的限制，有的矿山由于选矿回收率不高，矿产资源的利用率不足，采用改进的技术工艺，对铁矿尾矿进行再选，提取其中的贵重的矿物成分。陶瓷材料铁矿尾矿中化学成分主要有硅、铝、钙、镁的氧化物和少量钾、钠、硫的氧化物，其中硅和铝的含量较高，同陶瓷材料的主要成分类似，在陶瓷生产中加入少量铁矿尾矿，能改善陶瓷的性能，主要应用在小范围烧制陶瓷材料、尾矿陶瓷釉料和尾矿卫生洁具方面。水泥水泥的主要成分为硅铝系化合物，同铁矿尾矿的主要成分也类似，通过向水泥配料中添加铁矿尾矿，不但能通过影响水泥熟料的形成和矿物组成，制成拥有其他特性的物料，还能降低生产成本。复垦植被我国在80年代后期到90年代进行了植被的复垦工作研究，主要为铁矿尾矿的复垦技术条件和扬尘抑制等进行了探索，同时进行了植被实验，研制了“冶金矿山土地复垦专家系统”，为不同气候条件、不同地区、不同土壤和矿石特性提供相关的复垦方案。有机肥通常指的是各种动物的废弃物和动物残体，采用物理、化学、生物或三者兼有的处理技术，经过一定的加工工艺，消除其中的有害物质达到无害化标准而形成的一类肥料。有机肥在农业生产中的作用表现在改良土壤和提高肥料利用率上。改良土壤主要指有机肥施入土壤后，能有效地改善土壤的理化状况和生物特性，熟化土壤，增强土壤的保肥供肥能力，为作物的生长创造良好的土壤条件。有机肥含有养分多，但是相对含量低，释放缓慢，而化肥的养分含量高，成分少，释放快。两者结合合理配合使用，相互补充，促进土壤和化肥中矿物质养分的溶解，有机肥和化肥相互促进，有利于作物吸收，从而提高肥料的利用率。在一篇申请号为CN201310028566.0的发明专利申请中，公开了一种酸性土壤改良调理剂的制备方法，该调理剂的制备方法是以生物发电厂的下脚料碱性植物灰为原料，将该碱性植物灰与钙镁磷肥及糠醛渣混合搅拌均匀，当水分的重量份数为15-18%时即为成品。其中，各原料的重量份数为：碱性植物灰60-80%、钙镁磷肥20-30%、糠醛渣10-20%。该发明公开的酸性土壤改良调理剂中使用的糠醛渣为酸性，并且盐分含量高，在改良酸性土壤时效果不明显，并且大量使用导致土地盐分含量高，不利于土壤中农作物的生长。在一篇申请号为CN201210277844.1的发明专利申请中，公开了一种土壤改良剂及其制备方法，该改良剂包括以下重量配比的组分：煤矸石6-12份，秸秆8-16份，磷矿粉0.2-3份。该发明公开的土壤改良剂比较适合磷缺乏的土壤，但是该改良剂对农作物有益的微量元素含量比较低，难以改良酸性土壤。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种由铁矿尾矿制成的酸性土壤改良剂，以改善酸性土壤，防止其不断恶化导致的粮食减产、土壤退化等问题。本发明还提供了上述酸性土壤改良剂的制备方法。为了实现上述目的，本发明提供了一种由铁矿尾矿制成的酸性土壤改良剂，其包含以下重量配比的组分：铁矿尾矿：15-70份，有机肥：1-30份，粗砂：1-40份，石料：1-20份；其中所述的有机肥包括秸秆和粪便。优选地，所述的铁矿尾矿包含以下重量百分比的组分：SiO2：30-70%，Al2O3：5-30%，Fe2O3：1-20%，CaO：1-10%，MgO：1-10%，K2O：0-5%，Na2O：0-5%，P：0-1%，MnO2：0-0.5%，而且在所述的铁矿尾矿中还含有植物生长所需的各种微量元素，例如B、Cu、Zn、Mo等。同时所述的铁矿尾矿经过检测，其中的镉含量≤0.06mg/kg，汞含量≤0.015mg/kg，砷含量≤1.1mg/kg，铜含量≤67mg/kg，铅含量≤9mg/kg，铬含量≤41mg/kg，锌含量≤67mg/kg，镍含量≤37mg/kg，除了铜含量稍高于50mg/kg的国家二级标准以外，其余含量都在国家一级土壤环境质量标准以内，即所述的铁矿尾矿是对环境和土壤没有危害的。优选地，所述的铁矿尾矿粒度及其重量百分比为：0.3-0.6mm：0-50%，0.15-0.3mm：5-70%，0.075-0.15mm：10-70%，0-0.075mm：5-40%；所述的粗砂的粒度及其重量百分比为：1mm-4mm：0-5%，0.6-1mm：1-40%，0.1-0.6mm：5-80%，0-0.1mm：0-10%；所述的石料的粒度及其重量百分比：1mm-4mm：0-10%，0.6-1mm：1-50%，0.1-0.6mm：5-70%，0-0.1mm：0-10%。优选地，所述的有机肥为植物的秸秆及动物的粪便，所述秸秆和粪便的重量比优选为0.2-1:1。其中，所述的秸秆包括但不限于玉米、谷子、小麦、高粱、棉花和水稻等植物的秸秆；所述的粪便包括但不限于猪、牛、羊、马、鸡、鸭和鹅等动物的粪便。进一步地，所述的有机肥还包括饼肥、堆肥、沤肥、厩肥、沼肥和绿肥。优选地，所述的石料是石灰石和白云石中的一种或两种。进一步优选地，所述的石料为石灰石和白云石，其重量比可以为0.2-2:1。进一步优选地，由于在熟化及使用过程中，所述的秸秆会逐渐被微生物分解，而向植物提供营养物质，因此可以将所述的秸秆粉碎到2-150mm。进一步优选地，所述的酸性土壤改良剂的pH为7-14。另一方面，本发明还提供了上述酸性土壤改良剂的制备方法，该制备方法包括以下步骤：(1)将所述的秸秆粉碎到2-150mm；(2)按照重量配比混合所述的铁矿尾矿、秸秆、粪便、粗砂和石料，在混合过程中分3-8次添加水，然后进行物料熟化；(3)熟化后的物料通过晾晒，使得含水量至10-20%，得到所述的酸性土壤改良剂。优选地，步骤(2)中，制备所述的酸性土壤改良剂时，所述的物料熟化的条件为：温度15-50℃，时间10-40天，含水量：15-40%。制备出上述酸性土壤改良剂以后，使用的时候将所述酸性土壤改良剂和酸性土壤按照1-4:1的重量比混合，使用翻转犁深翻5-30cm，再用旋耕机搅拌耙压。由于所述的铁矿尾矿的粒度非常细，在天气干燥或有风的时候容易四处飘散，加入所述的粗砂及石料后，能够调节最终的产品(即所述的酸性土壤改良剂)的粒度分布，使其粒度能够接近当地土壤的粒度分布；同时加入所述的有机肥后，所述的铁矿尾矿、粗砂和石料能够附着在所述的熟化后的秸秆及粪便上以减少流失。所述的粗砂可以选用建筑用河沙和沙地挖沙。所述的石料可以选用石灰石、白云石或两者混合，所述的石灰石的主要成分是CaO，能中和土壤中的酸性成分，逐步提高土壤的pH值并提供Ca2+，使其适合农作物的生长；所述的白云石的主要成分是CaO和MgO，它除了能中和土壤中的酸性成分和Ca2+，还能提供农作物生长所需的Mg2+。所述的有机肥包括但不仅限于秸秆和粪便，上述的有机肥能够提供所需的N、P、K等营养成分，改善土壤的理化状况，增强土壤的供肥能力。由于所述的由铁矿尾矿制成的酸性土壤改良剂的pH值大于7，该改良剂能够中和酸性土壤中的H+，提高土壤的pH值，同时添加所述的石料，该石料主要含有MgO和CaO，在土壤中微生物的作用下，能够电离出Mg2+、Ca2+和OH-，OH-能够中和酸性土壤中的H+，Mg2+和Ca2+能够被农作物吸收利用，能显著改善酸性土壤环境，并提供营养物质。进一步地，通过添加所述的粗砂来调整所述的酸性土壤改良剂的粒度，能增加土壤的空隙率，提高土壤的保水和营养成分的输送能力；所述有机肥的使用能够改善土壤的理化状况，增强土壤的保肥供肥能力和缓冲能力，同时通过和化肥的配合使用，相互补充，相互促进，有利于农作物的吸收，并显著提高肥料的利用率。具体实施方式实施例1所述的由铁矿尾矿制成的酸性土壤改良剂包含以下重量的组分：铁矿尾矿：15t，有机肥：30t，粗砂：40t，石料：15t。其中，上述的有机肥为玉米的秸秆和猪的粪便，其秸秆和粪便的重量比为0.2:1，即上述的秸秆的重量为5t，上述的粪便的重量为25t。所述的石料为石灰石和白云石，其石灰石和白云石的重量比为0.2:1，即上述石灰石的重量为2.5t，上述白云石的用量为12.5t。所述的秸秆粉碎到2mm，所述的铁矿尾矿粒度及其重量百分比为：0.3-0.6mm：1%，0.15-0.3mm：70%，0.075-0.15mm：10%，0-0.075mm：19%；所述的粗砂的粒度及其重量百分比为：1mm-4mm：1%，0.6-1mm：40%，0.1-0.6mm：49%，0-0.1mm：10%；所述的石灰石和白云石的粒度及其重量百分比为：1mm-4mm：1%，0.6-1mm：50%，0.1-0.6mm：39%，0-0.1mm：10%。所述的铁矿尾矿包含以下重量百分比的组分为：SiO2：70%，Al2O3：20.2%，Fe2O3：2%，CaO：1%，MgO：1%，K2O：0.3%，Na2O：0.2%，P：0.2%，MnO2：0.1%。所述的酸性土壤改良剂的制备方法包括以下步骤：(1)将所述的秸秆粉碎到2mm；(2)按照上述的重量比例混合所述的铁矿尾矿、秸秆、粪便、粗砂、石灰石和白云石，在混合过程中分3次添加水，然后进行物料熟化，即在温度15℃、含水量15%的条件下，熟化40天；(3)熟化后的物料通过晾晒，使得含水量至10%，得到所述的酸性土壤改良剂，该酸性土壤改良剂的pH为8.7；制备出上述酸性土壤改良剂以后，使用的时候将所述酸性土壤改良剂和酸性土壤按照1:1的重量比混合，使用翻转犁深翻5cm，再用旋耕机搅拌耙压。表1实施例2-5中的酸性土壤改良剂按照下表不同重量配比的原料制成实施例2所述的秸秆粉碎到4mm，所述的铁矿尾矿粒度及其重量百分比为：0.15-0.3mm：50.7%，0.075-0.15mm：20.7%，0-0.075mm：28.6%；所述的粗砂的粒度及其重量百分比为：0.6-1mm：30.5%，0.1-0.6mm：52.6%，0-0.1mm：16.9%；所述的石灰石和白云石的粒度及其重量百分比为：1mm-4mm：0.8%，0.6-1mm：48.2%，0.1-0.6mm：42.1%，0-0.1mm：8.9%。所述的铁矿尾矿包含以下重量百分比的组分为：SiO2：65.3%，Al2O3：15.5%，Fe2O3：10.1%，CaO：2.1%，MgO：0.8%，K2O：0.5%，Na2O：0.5%，P：0.1%，MnO2：0.1%。所述的酸性土壤改良剂的制备方法包括以下步骤：(1)将所述的秸秆粉碎到4mm；(2)按照上述的重量比例混合所述的铁矿尾矿、秸秆、粪便、粗砂、石灰石和白云石，在混合过程中分8次添加水，然后进行物料熟化，即在温度25℃、含水量30%的条件下，熟化30天；(3)熟化后的物料通过晾晒，使得含水量至15%，得到所述的酸性土壤改良剂，该酸性土壤改良剂的pH为12；制备出上述酸性土壤改良剂以后，使用的时候将所述酸性土壤改良剂和酸性土壤按照1:1的重量比混合，使用翻转犁深翻20cm，再用旋耕机搅拌耙压。实施例3所述的秸秆粉碎到50mm，所述的铁矿尾矿粒度及其重量百分比为：0.3-0.6mm：2.1%，0.15-0.3mm：30.2%，0.075-0.15mm：50.8%，0-0.075mm：16.9%；所述的粗砂的粒度及其重量百分比为：0.6-1mm：20.1%，0.1-0.6mm：65.1%，0-0.1mm：14.8%；所述的石灰石和白云石的粒度及其重量百分比为：0.6-1mm：50.5%，0.1-0.6mm：30.7%，0-0.1mm：18.8%。所述的铁矿尾矿包含以下重量百分比的组分为：SiO2：67.8%，Al2O3：10.6%，Fe2O3：8.4%，CaO：4.4%，MgO：3.2%，K2O：0.8%，Na2O：0.8%，P：0.1%，MnO2：0.1%。所述的酸性土壤改良剂的制备方法包括以下步骤：(1)将所述的秸秆粉碎到50mm；(2)按照上述的重量比例混合所述的铁矿尾矿、秸秆、粪便、粗砂、石灰石和白云石，在混合过程中分5次添加水，然后进行物料熟化，即在温度50℃、含水量40%的条件下，熟化25天；(3)熟化后的物料通过晾晒，使得含水量至15%，得到所述的酸性土壤改良剂，该酸性土壤改良剂的pH为10；制备出上述酸性土壤改良剂以后，使用的时候将所述酸性土壤改良剂和酸性土壤按照3:1的重量比混合，使用翻转犁深翻15cm，再用旋耕机搅拌耙压。实施例4所述的秸秆粉碎到100mm，所述的铁矿尾矿粒度及其重量百分比为：0.3-0.6mm：50.5%，0.15-0.3mm：28.2%，0.075-0.15mm：15.8%，0-0.075mm：5.5%；所述的粗砂的粒度及其重量百分比为：1mm-4mm：5%，0.6-1mm：30.2%，0.1-0.6mm：41.8%，0-0.1mm：13%；所述的石灰石和白云石的粒度及其重量百分比为：1mm-4mm：10%，0.6-1mm：29.1%，0.1-0.6mm：40.5%，0-0.1mm：20.4%。所述的铁矿尾矿包含以下重量百分比的组分：SiO2：50.2%，Al2O3：35.3%，Fe2O3：3.1%，CaO：2.1%，MgO：1.2%，K2O：0.5%，Na2O：0.2%，P：0.2%，MnO2：0.1%。所述的酸性土壤改良剂的制备方法包括以下步骤：(1)将所述的秸秆粉碎到100mm；(2)按照上述的重量比例混合所述的铁矿尾矿、秸秆、粪便、粗砂、石灰石和白云石，在混合过程中分4次添加水，然后进行物料熟化，即在温度40℃、含水量25%的条件下，熟化10天；(3)熟化后的物料通过晾晒，使得含水量至10%，得到所述的酸性土壤改良剂，该酸性土壤改良剂的pH为9.1。制备出上述酸性土壤改良剂以后，使用的时候将所述的酸性土壤及酸性土壤改良剂按照2:1的重量比混合，将所述的酸性土壤改良剂撒到酸性土壤上，使用翻转犁深翻10cm，再用旋耕机搅拌耙压。实施例5将所述的秸秆粉碎到150mm，所述的铁矿尾矿粒度及其重量百分比为：0.15-0.3mm：50.2%，0.075-0.15mm：32.7%，0-0.075mm：17.1%；所述的粗砂的粒度及其重量百分比为：0.6-1mm：20.1%，0.1-0.6mm：55.1%，0-0.1mm：24.8%；所述的石灰石和白云石的粒度其重量百分比为：0.6-1mm：52.8%，0.1-0.6mm：34.1%，0-0.1mm：13.1%。所述的铁矿尾矿包含以下重量百分比的组分为：SiO2：40.1%，Al2O3：38.2%，Fe2O3：7.6%，CaO：3.2%，MgO：2.5%，K2O：0.5%，Na2O：0.3%，P：0.3%，MnO2：0.1%。所述的酸性土壤改良剂的制备方法包括以下步骤：(1)将所述的秸秆粉碎到150mm；(2)按照上述的重量比例混合所述的铁矿尾矿、秸秆、粪便、粗砂、石灰石和白云石，在混合过程中分4次添加水，然后进行物料熟化，即在温度20℃、含水量20%的条件下，熟化20天；(3)熟化后的物料通过晾晒，使得含水量至10%，得到所述的酸性土壤改良剂，该酸性土壤改良剂的pH为8.1。制备出上述酸性土壤改良剂以后，使用的时候将所述酸性土壤改良剂和酸性土壤按照1:1的重量比混合，使用翻转犁深翻15cm，再用旋耕机搅拌耙压。试验例11、选用上述实施例1-5中配比并混合耙压好的酸性土壤及酸性土壤改良剂混合土壤各10kg，空白选用所述的酸性土壤10kg进行盆栽试验如下：(1)准备6个同样的花盆，分别编号1、2、3、4、5、6(空白)。(2)将上述的实施例1-5中的混合土壤及空白的酸性土壤按顺序分别装入上述的花盆中。(3)调整上述1-6号花盆中的土壤含水量都为25%，将同一品种、大小及饱满程度基本类似的谷子（辽谷四）种子各10颗一次同时种到上述6个花盆中，种植深度为1.5cm。(4)提供相同的外界环境，例如光照的时间和强度、温度等，同时浇水和施肥的时间及用量也相同，在试验过程中记录谷子出苗时间和高度等参数。试验结果如下：表2盆栽试验结果记录(出苗时间)表3盆栽试验结果记录(高度：cm)由上表2可知，所述编号为3和4的花盆中的种子出苗时间较早，所述编号为2和5的花盆中的种子稍晚，而编号为6的花盆中的种子(空白试验)出苗时间最晚，达到9天。由上表3可知，在大概35天的时候，上述编号为1-5的花盆中的谷苗高度基本都在9cm左右，空白试验即酸性土壤中的谷苗的高度在6cm左右，明显生长的比较矮。最终，在灌浆期，上述编号为1-5的花盆中的谷苗高度都在70cm左右，而空白试验即酸性土壤中的谷苗高度在50cm。并且在生长过程中，上述编号为1-5的花盆中的谷苗颜色都为翠绿色，长势良好，而空白试验即酸性土壤中的谷苗表现为黄绿色，长势较差。2、田间示范试验(1)平整出12亩酸性土壤田，平均分成6份，记为1号田、2号田、3号田、4号田、5号田和6号田。(2)分别依次按照前述的实施例1-5中配比向前述的1-5号田中加入酸性土壤改良剂，6号田为空白试验田。(3)种植同品种经过筛选的谷子（辽谷四），并按照相同的方式进行田间管理，例如施肥、浇水除草等工作。(4)收获并称重记录如下表。表4称重记录表(kg)由上表4可知，空白试验田的产量只有385kg，而通过使用所述的酸性土壤改良剂，采用上述实施例1-5配比进行试验，结果上述1-5号田的产量都有了显著的提高，尤其是3号田产量达到了620kg，增产十分明显；相对于空白试验，产量增加了235kg，增产幅度达到37.9%，是十分显著的。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。