改良酸性土壤的方法与流程

本发明涉及一种改良酸性土壤的方法。

背景技术：

据国土资源部2015年发布的《中国耕地地球化学调查报告》数据显示，我国大部分地区的耕地有机质含量下降，并出现土壤酸化和碱化加剧问题。尤其在我国的南方，随着大量农药和氮素化肥的施用，土壤的酸化面积和程度逐渐趋于严峻。因而，寻找和施用合适的改良剂以中和土壤酸度，提高土壤肥力、恢复酸性土壤的生产力对农业的持续发展和生态环境保护具有双重意义。

我国是传统农业大国，据统计，中国农业每年可产生各类作物秸秆生物量8亿多吨。但目前我国农业剩余物的利用率仍然较低，每年有高达50％的秸秆被露天焚烧，焚烧的浓烟严重影响大气环境质量，对人体健康将会产生不良影响。因此，如何实现大规模秸秆剩余物的资源化利用，成为亟待解决的问题，也促使研究者开始关注更为稳固有效的废弃物转化利用技术。随着近年来食用菌产业的发展，每年食用菌产地有大量的食用菌废料产生，若处理不当，不仅造成资源的严重浪费，而且会给环境带来极大的危害，造成病虫害的蔓延。国内外有机基质生产者对食用菌废料生产菇渣栽培基质进行了大量的研究，通过研究菇渣和其它基质混配形成复合基质的理化性状、及对土壤肥力和作物生长效果，为菇渣废弃物的循环利用提供理论和现实依据。

技术实现要素：

本发明针对我国南方酸性土壤肥力退化和酸度较高，以及大规模农业剩余物的资源化利用问题，提供一种基于秸秆炭化产品和食用菌剩余菇渣产品的、高效、环保改良酸性土壤的方法。

为达到上述目的，本发明一种改良酸性土壤的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：利用农林剩余物制备生物质炭、制备细粒径菇渣；

步骤2：将制备好的所述生物质炭、菇渣与酸性土壤充分混合均匀，得到土壤混合物；

步骤3：将土壤混合物进行生化培养。

进一步地，所述利用农林剩余物制备生物质炭是通过下述方法实现的：

收集农林剩余物，将农林剩余物剪成0.5～3cm小段，用水和盐酸清洗干净，于80℃恒温下烘干；

将经上述处理的农林剩余物置入炭化炉的填装箱体中，密封绝氧并通保护气体处理，在热解温度为300℃～700℃条件下热解5～6小时；

将炭化产品冷却至室温，球磨机研磨1-2min，过2～0.1mm不锈钢筛，得生物质炭。

进一步地，所述制备细粒径菇渣是通过下述方法实现的：

将粗菇渣风干后，磨细，过1～0.25mm不锈钢筛处理，得到细粒径菇渣样品。

进一步地，所述酸性土壤是将土壤预先过2mm不锈钢筛处理获得，所述生物质炭以质量比0.5～2份，菇渣以质量比1～3份添加到酸性土壤中充分混合均匀得到土壤混合物。

进一步地，所述土壤混合物进行生化培养是通过下述方法实现的：

将混合均匀后的生物质炭和土壤在25℃～28℃下恒温培养4～5个月，定期搅动生物质炭和土壤混合物以使生物质炭和土壤混合物之间氧气充足，并为土壤混合物补充去离子水以维持土壤混合物的饱和含水量为40％～70％。

进一步地，所述的保护气体为氮气，通气时间为30min；

所述热解温度为300℃、400℃或450℃；

所述的热解温度通过升温速率5～10℃/min的条件下加热而达到。

进一步地，所述步骤2中土壤混合物中还添加有微生物菌，所述微生物菌的质量百分比为0.01～0.05，所述微生物菌为光合细菌、康宁木霉菌、枯草芽孢菌的混合物，所述光合细菌、康宁木霉菌、枯草芽孢菌的质量比为1：1：2。

进一步地，所述利用农林剩余物制备生物质炭还包括将获得的生物质炭表面吸附偏硅酸钠的步骤：

将获得生物质炭加入到水中充分拌匀，然后加入粉状偏硅酸钠再次充分搅拌，将混匀后的混合物晾晒至含水量为20％，得最终用于土壤中的生物质炭。

进一步地，所述利用农林剩余物制备生物质炭还包括将获得的生物质炭进行活化处理的步骤：

将获得的生物质炭与活化剂混合，在惰性气氛中升温至活化温度进行活化处理，然后冷却至室温，对产物采用稀盐酸清洗，再用水洗至中性后干燥，获得最终用于土壤中的生物质炭；

其中，所述活化剂为碳酸钾、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、醋酸钾、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、醋酸铵中的至少一种。

进一步地，所述农林剩余物为作物秸秆和/或林业剩余物，所述作物秸秆包括水稻秸秆、玉米秸秆和/或花生秸秆，所述林业剩余物包括马尾松枝和/或竹片。

农业废弃生物质热解炭化后以稳定固态物质的形式存在，产生的生物炭材料具有比表面大，孔隙结构发达、高度稳定和较强吸附能力等特性。生物炭加入土壤后，其含有的碱性物质可中和部分土壤酸度，使土壤pH值升高；提高土壤对营养元素的固持能力、改善土壤团聚结构、为土壤微生物提供易分解物质和适宜栖息场所，从而促进土壤生态系统物质循环和作物生长。同时，菇渣的施用能改变土壤有机质含量、腐殖质含量，改善土壤结构，促进土壤团粒结构的形成，提高土壤的肥力。在柑桔、苹果、梨、葡萄等水果园内将菌渣深施后掩埋，可起到改良果园土壤，提高水果品质的作用，而且肥效持久，经济实惠。同时也可作为蔬菜基肥。

本发明改良酸性土壤的方法通过对农业废弃的作物秸秆热解炭化，将其制备成土壤改良物质，配合食用菌生产剩余菇渣产品，用于改善酸性土壤的肥力质量。该土壤改良方法制备工艺和使用简单，生产成本低且效果明显，具有环保、低碳、资源循环利用等优点，为改良酸性土壤提供了新途径，还具有良好的社会经济效益和推广应用价值。

附图说明

图1是实施例1改良酸性土壤的方法的流程示意图；

图2是实施例4和5供试酸性土壤的基本化学性质列表；

图3是实施例4和5供试秸秆生物炭和菇渣的化学性质；

图4是实施例4生物质炭0.8份、菇渣1份添加量下，对酸性土壤特性的影响对比图；A为土壤pH值变化对比图、B为土壤有机碳变化对比图、C为土壤全氮变化对比图、D为土壤速效磷变化对比图、E为土壤速效钾变化对比图，F为土壤微生物生物量碳变化对比图；实验处理包括对照、添加水稻炭和添加玉米炭三种处理；

图5是实施例5生物质炭1.5份、菇渣2份添加量下，对酸性土壤肥力特性的影响，A为土壤pH值变化对比图、B为土壤有机碳变化对比图、C为土壤全氮变化对比图、D为土壤速效磷变化对比图、E为土壤速效钾变化对比图，F为土壤微生物生物量碳变化对比图；实验处理包括对照、添加水稻炭和添加玉米炭三种处理。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明做进一步的描述。

本发明所述农林剩余物为作物秸秆和/或林业剩余物，所述作物秸秆包括水稻秸秆、玉米秸秆和/或花生秸秆等，所述林业剩余物包括马尾松枝和/或竹片等。

实施例1

如图1所示，本实施例改良酸性土壤的方法包括如下步骤：

步骤1：利用农林剩余物制备生物质炭、制备细粒径菇渣。

其中，利用农林剩余物制备生物质炭通过下述方法实现：

收集不同来源的农林剩余物，将农林剩余物剪成0.5～3cm小段，用水和盐酸清洗干净，于80℃恒温下烘干，；

将经上述处理的农林剩余物置入炭化炉的填装箱体中，密封绝氧并通氮气30min达到绝氧，在升温速率5℃～10℃/min的条件下，加热至300℃～700℃条件下，保持恒定温度热解5～6小时；

将炭化产品冷却至室温，球磨机研磨1-2min，过2～0.1mm不锈钢筛，得到供试的不同粒径生物炭样品。

所述制备细粒径菇渣是通过下述方法实现的：

将生产剩余粗菇渣适量风干后，磨细，过1～0.25mm不锈钢筛，得到细粒径菇渣。

步骤2：将制备好的所述生物质炭、菇渣与酸性土壤充分混合均匀，得到土壤混合物。

预先将土壤过2mm不锈钢筛处理获得待试酸性土壤，所述生物质炭以质量比0.5～2份，菇渣以质量比1～3份添加到酸性土壤中充分混合均匀得到土壤混合物。

步骤3：将土壤混合物进行生化培养。

将混合均匀后的生物质炭和土壤在25℃～28℃下恒温培养4～5个月，定期搅动生物质炭和土壤混合物以使生物质炭和土壤混合物之间氧气充足，并为土壤混合物补充去离子水以维持土壤混合物的饱和含水量为40％～70％。

实施例2

本实施例改良酸性土壤的方法是在实施例1的基础上将步骤1中获得的生物质炭进行进一步处理后再加入到酸性土壤中。

步骤1中获得的生物质炭还包括进行活化处理的步骤：

将获得的生物质炭与活化剂混合，在惰性气氛中升温至活化温度进行活化处理，然后冷却至室温，对产物采用稀盐酸清洗，再用水洗至中性后干燥，获得用于土壤中的生物质炭；

其中，所述活化剂为碳酸钾、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、醋酸钾、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、醋酸铵中的至少一种。

实施例3

本实施例改良酸性土壤的方法是在实施例1或实施例2的基础上将步骤1中获得的生物质炭进行进一步处理后再加入到酸性土壤中。

步骤1中获得的生物质炭在加入土壤中之前还包括将获得的生物质炭表面吸附偏硅酸钠的步骤：

将获得生物质炭加入到水中充分拌匀，然后加入粉状偏硅酸钠再次充分搅拌，将混匀后的混合物晾晒至含水量为20％，得最终用于土壤中的生物质炭。

以上各实施例中所述步骤2中土壤混合物中还添加有微生物菌，所述微生物菌的质量百分比为0.01～0.05，所述微生物菌为光合细菌、康宁木霉菌、枯草芽孢菌的混合物，所述光合细菌、康宁木霉菌、枯草芽孢菌的质量比为1：1：2。

实施例4

本实施例改良酸性土壤的方法是在实施例1的基础上给出一种操作实例。

本实施例改良酸性土壤的方法中具体为：

将收集到的农业剩余物(水稻秸秆和玉米秸秆)剪碎成1-3cm的小段，用水和盐酸清洗干净，于80℃恒温下干燥后，放入炭化炉填装箱体中，绝氧条件下，以5℃/min的升温速率，加热至350℃，保持热解6小时；随后冷却至室温，得到生物炭材料。将生物炭经不锈钢套筛，过2～0.1mm筛，得到粒径>0.1mm生物炭样品，备用。将菇渣磨细，过1mm筛，得到细粒级菇渣样品。按照生物炭：菇渣：土壤＝0.8:1:100的质量比施入到酸性土壤中，调节土壤含水量至60％饱和含水量，于25℃恒温培养箱中进行培育实验。

其中，水稻炭和玉米炭分别进行实验培养、并作对比实验，且每个实验3个重复。实验完成后采用电位计法测定土壤pH值(土水比1:5)，分别采用丘林法、半微量凯氏定氮法、钼锑抗比色法和火焰光度法分析土壤有机碳、全氮、速效磷和速效钾的含量，采用氯仿熏蒸-浸提法测定土壤微生物生物量碳含量。

如图4所示，将粗粒径生物炭和菇渣配合施入酸性土壤135天后，土壤pH值平均提高了0.20个单位，其中玉米秸秆炭配施菇渣的效果更为显著；土壤有机碳含量由8.85g/kg显著提高到13.87g/kg；玉米秸秆炭和菇渣的施加显著提高了土壤全氮含量；两种秸秆炭和菌菇的配合施加，使土壤的速效磷含量平均由11.87mg/kg显著提高到17.64mg/kg；土壤速效钾的含量平均显著增加226.0％，且水稻秸秆炭施加下，效果更为显著。与对照相比，水稻秸秆炭和玉米秸秆炭处理下，土壤微生物生物量碳的含量分别平均增加了81.0％和40.3％。

实施例5

本实施例改良酸性土壤的方法是在实施例1的基础上给出一种操作实例。

本实施例改良酸性土壤的方法具体为：

将收集到的农业剩余物(水稻秸秆和玉米秸秆)剪碎成1-3cm的小段，，用水和盐酸清洗干净，于80℃恒温下干燥后，放入炭化炉填装箱体中，绝氧条件下，以8℃/min的升温速率，加热至350℃，保持热解5小时；随后冷却至室温，得到生物炭材料。将生物炭经不锈钢套筛，过2～0.1mm筛，得到粒径<0.1mm生物炭样品，备用。将菇渣磨细，过0.25mm筛，得到细粒级菇渣样品。按照生物炭：菇渣：土壤＝1.5:2:100的质量比施入到酸性土壤中，调节土壤含水量至60％饱和含水量，于25℃恒温培养箱中进行培育实验。

其中，水稻炭和玉米炭分别进行实验培养、并作对比实验，且每个实验3个重复。试验完成后采用电位计法测定土壤pH值(土水比1:5)，分别采用丘林法、半微量凯氏定氮法、钼锑抗比色法和火焰光度法分析土壤有机碳、全氮、速效磷和速效钾的含量，采用氯仿熏蒸-浸提法测定土壤微生物生物量碳含量。

如图5所示，将细粒径生物炭和菇渣配合施入酸性土壤135天后，土壤pH值平均提高了0.22个单位；土壤有机碳含量由8.85g/kg显著提高到14.07g/kg；细粒径玉米秸秆炭配合菇渣的施加显著提高了土壤全氮含量；两种秸秆炭和菌菇的配合施加，使土壤的速效磷含量平均由11.87mg/kg显著提高到20.31mg/kg；土壤速效钾的含量平均显著增加235.2％，且水稻秸秆炭施加下，效果更为显著。与对照相比，两种秸秆炭和菌菇的配合施用，可土壤微生物生物量碳的含量分别平均增加了41.4％和57.9％。

实施例4和实施例5结果表明，利用废弃农作物秸秆热解制备的不同粒径生物炭，配合食用菌生产剩余的菇渣产品，均可作改良酸性土壤的有效方法，对土壤酸度的降低、有机碳库的提高、速效养分以及微生物生物量的提高均具有明显促进效果。

以上，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。