一种用于粘重土壤的土壤结构改良剂及土壤改良方法与流程

本发明属于农业土壤培肥技术领域，尤其涉及一种用于粘重土壤的土壤结构改良剂，还涉及采用此土壤结构改良剂改良粘重土壤结构的方法。

背景技术：

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。粘重土壤因粘粒含量高而粘结性强，容易形成内部紧密的核状和块状结构，很难形成内部疏松多孔、具多级团聚机构的土壤团聚体，尤其是大于1mm的大团聚体，这是很多质地粘重的低产田的主要障碍因子。因此，促使粘重土壤形成大团聚体，是培育这类低产土壤肥力的重要内容。

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粘质地土壤。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。

因此，提出一种组分简单、工艺简单、成本低、效果迅速而持久的粘重土壤改良方法很有必要。

技术实现要素：

本发明以避免现有技术中的不足为出发点，针对粘重土壤，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粘重土壤结构的方法，本发明的方法可实现迅速而持久地提高粘重土壤大团聚体数量的目的。

本发明的技术方案之一是：一种用于粘重土壤的土壤结构改良剂，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4-6％的腐植酸和/或腐植酸盐粉末，和相当于所述生物质炭颗粒重量25-35％的水。

所述土壤结构改良剂中，生物质炭颗粒的作用是作为团聚体形成的初始核心和骨架，腐植酸的作用是作为土壤矿质颗粒的胶结物，二者配合使用，可快速促进土壤团聚体的形成。

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、果蔬剪枝、锯末中的至少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，非常适用于改良粘重土壤。

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具体为：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。

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、果蔬剪枝、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25-35％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。

进一步优选地，当所述腐植酸和/或腐植酸盐粉末的重量相当于所述生物质炭颗粒重量的5.3％，所述水的重量相当于所述生物质炭颗粒重量的30％时，此种土壤结构改良剂具有最佳的提高粘重土壤中大团聚体数量的效果。

本发明的技术方案之二是：上述任意一种土壤结构改良剂在改良粘重土壤结构中的应用。

本发明的技术方案之三是：一种利用上述任意一种土壤结构改良剂改良土壤结构的方法，所述方法具体为：将所述土壤结构改良剂均匀撒在待改良的粘重土壤表面，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2-5吨。

进一步优选地，针对土壤粘重的不同程度，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：

当待改良粘重土壤≤20cm土层土壤质地为极粘土时，所述土壤结构改良剂的亩用量为4.5～5吨；

当待改良粘重土壤≤20cm土层土壤质地为重粘土时，所述土壤结构改良剂的亩用量为2.5～3.5吨；

当待改良粘重土壤≤20cm土层土壤质地为中或轻粘土时，所述土壤结构改良剂的亩用量为2～3吨；

当待改良粘重土壤≤20cm土层土壤质地为中或重壤土的，所述土壤结构改良剂的亩用量为1.5～2.5吨。

其中，本发明所述的极粘土、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：所述极粘土的定义为：中细粘粒(<0.001mm)含量>60％的土壤；所述重粘土的定义为：中细粘粒(<0.001mm)含量在40-60％范围内的土壤；所述中或轻粘土的定义为：中细粘粒(<0.001mm)含量在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，效果明显持久，易于大面积推广使用。

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为效果实验例1的结果图；

图2为效果实验例2的结果图；

图3为效果实验例1中改良后的土壤；

图4为效果实验例2中改良后的土壤。

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：

生物质炭(以花生壳为原料制备而成) 2000g

腐植酸钠 106g

自来水 600g

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；

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106g商品腐植酸钠粉末倒入600mL自来水中，混合均匀，制成腐植酸悬液；

4)取2000g 1-3mm生物质炭颗粒，加入腐植酸悬液600mL，混合均匀，即得。

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：

生物质炭(以稻壳为原料制备而成) 5t

腐植酸钠 212kg

自来水 1200kg

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)购买5吨稻壳生物质碳，用粉碎机粉碎，分别过3mm和1mm筛，留取1-3mm颗粒备用；

2)将212kg商品腐植酸钠粉末倒入1200L自来水中，混合均匀，制成腐植酸悬液；

3)取4t 1-3mm生物质炭颗粒，加入腐植酸悬液1200L，混合均匀，即得。

效果实验例1

实验方法：

(1)取经过风干的中粘土，过1mm筛，称取4份，每份500克；

(2)4份土样中，分别加入0、3.36、6.72、10.08克实施例1的生物质炭腐植酸制剂(即土壤结构改良剂)，用量分别为对照、50％最适量、最适量、150％最适量。最适量相当于2.5吨/亩。

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

(4)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1和图3。

从图1可以看出，按照最适量加入改良剂，>1mm团聚体比例可超过土壤总量1/3，达到36％，是不加改良剂(对照处理)的1.73倍，效果显著。而减量(0.5最适量)加入后，>1mm团聚体比例只有27.8％，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，图3为改良后的土壤形态。

效果实验例2

在安徽北部一种砂姜黑土上进行效果验证，经检测，该土壤表层20cm土壤为重壤土。

实验方法：

(1)将实验地块划分为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1.5kg/m2)、最适量(用量为3.0kg/m²)和1.5最适量(用量为4.5kg/m2)。最适量为2.0吨/亩。每个处理三个重复，共计用改良剂量2.7吨。

(2)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2和图4。

从图2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32％，是不加制剂(对照处理)的2.13倍，效果显著。而减量(0.5最适量)加入后，>1mm团聚体比例只有21.6％，是对照的1.4倍，效果不显著。超量(1.5最适量)加入反而有降低的趋势，图4为改良后的土壤形态。

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。