本发明涉及农业技术领域，具体涉及土壤降盐剂的制备，特别是涉及一种秸秆生物炭基设施土壤降盐调理剂及其制备方法。
背景技术：
设施农业是现代农业重要的生产方式。随着设施栽培年限的增加，逐渐出现了一系列问题，其中土壤盐渍化问题已成为制约该产业可持续发展的重要因素。设施栽培条件下，由于作物生长环境密闭，棚室内部的温度和湿度均明显高于露地。高温高湿环境促进了土壤盐分的积累与表聚、土壤固相物质的快速分解以及盐基离子的释放，加重土壤的盐渍化。
设施农业土壤的盐分主要来自于施肥。肥料施用量过大，氮、磷、钾养分比例极不协调，有机、无机肥配比不当，都会使大量盐分离子不能被作物有效吸收而残留于土壤，导致土壤发生盐渍化。此外，灌水频繁，造成土壤湿度加大，通透性变差，使地下水位升高，增加地下水通过土壤毛细管向上运行的速度和蒸发量，从而加剧下层土壤盐分向表土积累。
土壤盐渍化的改良和修复技术主要包括物理修复、化学修复和生物修复，并取得了一定的成果。物理修复包括水利措施和农艺措施。水利措施有揭膜淋雨、人工洗盐、暗管排水等。水利措施在短期内治理盐渍化土壤效果显著，但对设计和管理的要求较高，而且建设投资大、维护成本高，在干旱和半干旱地区的可行性不高。农艺措施有秸秆还田、合理施肥、合理轮作等。农艺措施的优点在于土壤盐分积累量低、速度慢，且作物产量高，但见效慢，且受人为因素影响较大。在盐渍化土壤中施入化学改良剂，可降低土壤中的盐分，达到修复盐渍土的目的。化学改良剂通常包括三类，一类是含钙物质，如石膏和磷石膏等；另一类是含酸物质，如腐殖酸和糠醛渣等，还有一类是高分子聚合物。在土壤中投加化学改良剂，可能对土壤环境构成潜在威胁，如与土壤中的物质发生化学反应，造成二次污染，限制了化学改良剂的实际应用。生物修复方法包括植物修复和微生物修复。植物修复是指通过种植耐盐作物，利用其对盐分的吸收，达到改良盐渍化土壤的目的。但是，这些耐盐植物大多只能降低盐渍土中的某种或某类主导盐分离子，且修复效率较低、周期长、收效慢，具有一定的局限性。
近年来，以生物炭为核心的土壤改良技术广泛兴起。但是生物炭普遍偏碱性，用作基质时易造成养分损失、钝化和变性；同时由于炭化工艺不同，不同温度、氧气和停留时间等对生物炭吸附性能影响差异较大，过高或过低都不利于对土壤中盐基离子的交换吸附。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种秸秆生物炭基设施土壤降盐调理剂及其制备方法，以解决上述现有技术存在的问题，达到设施土壤降盐效果。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种秸秆生物炭基设施土壤降盐调理剂，以重量份计，包括以下组分：改性秸秆生物炭40-60份、螯合剂10-15份、复合降盐菌剂5-10份、酸化剂10-15份、填充剂10-15份。
进一步地，所述改性秸秆生物炭的制备方法包括以下步骤：
(1)取农作物秸秆，风干后粉碎至3-5cm小段；
(2)将粉碎的农作物秸秆置于炭化炉中，通入氮气控制氧分压≤7.5×10-14Pa，进行亚高温厌氧炭化；
(3)炭化结束后，取出，冷却至室温，纯水洗涤，然后置于磷酸-乙酸-硼酸混合溶液中震荡，浸渍充分后，过滤并烘干，即得改性秸秆生物炭。
优选的，所述农作物秸秆包括但不限于玉米秸秆、水稻秸秆、小麦秸秆以及花生秸秆。
进一步地，所述亚高温厌氧炭化，其炭化温度为450-600℃，升温速率为10℃/min，炭化时间为60-90min。
进一步地，所述磷酸-乙酸-硼酸混合溶液中磷酸、乙酸和硼酸的体积比为1:1:1。
进一步地，所述螯合剂选自EDTA、EDTA-2Na、羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺中的一种或几种。
进一步地，所述复合降盐菌剂由硫细菌、硝化细菌、胶冻样芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌按质量比1:1:2:5混合而成。
进一步地，所述复合降盐菌剂的制备方法为：将硫细菌、硝化细菌、胶冻样芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌的微生物培养物，分别以4000r/min的转速离心5min，在35℃的环境下干燥3h，使含水量降至15％以下，在室温下破碎，过80目筛，混合即得。
进一步地，所述酸化剂由黄腐酸和木醋液按质量比8:2混合而成。
进一步地，所述填充剂为膨润土或滑石粉。
上述的秸秆生物炭基设施土壤降盐调理剂的制备方法，将改性秸秆生物炭40-60份、螯合剂10-15份、复合降盐菌剂5-10份、酸化剂10-15份、填充剂10-15份充分混合，即得。
本发明公开了以下技术效果：
(1)农林作物秸秆炭化利用有利于实现资源循环利用，使秸秆更为高效地返还农田；采用磷酸-乙酸-硼酸混合溶液进行改性可以有效降低生物炭的碱性，在混以酸化剂进一步中和生物炭的碱性，从而有效避免生物炭用作基质时易造成养分损失、钝化和变性的缺陷；
(2)改进了炭化工艺，明确了最优炭化工艺，温度、炭化停留时间、升温速率以及氧气等参数耦合效应达到理想效果，提高了生物炭得率与品质，且改性秸秆生物炭比一般生物炭孔隙结构发达，灰分少，吸附性更高，且表面官能团增加，有利于络合盐离子；
本发明制备的秸秆生物炭是由有机物在亚高温缺氧条件下裂解产生的一类富碳有机物。生物炭较高的比表面积、发达的微孔结构、丰富的可变电荷使其可能增加土壤持水能力，阳离子交换量(CEC)，表面吸附能力和盐基饱和度，降低土壤容重；该技术可以改善土壤理化性质、增加土壤有机质含量、缓解土壤养分流失，从而减少肥料的施用，因此具有成本低、效率高、不会对环境造成二次污染等优点；
(3)采用本发明所述降盐调理剂，可降低土壤含盐量20-40％，提高设施土壤pH值10％以上，降低土壤容重0.05-0.10g/cm3，提高土壤保水能力30-50％。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种秸秆生物炭基设施土壤降盐调理剂，以重量份计，包括以下组分：改性秸秆生物炭50份、螯合剂13份、复合降盐菌剂8份、酸化剂13份、填充剂12份；其中，螯合剂为质量比1:1:1的EDTA-2Na、羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺；复合降盐菌剂由硫细菌、硝化细菌、胶冻样芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌按质量比1:1:2:5混合而成；酸化剂由黄腐酸和木醋液按质量比8:2混合而成；填充剂为膨润土。
其中，改性秸秆生物炭的制备方法包括以下步骤：
(1)取等质量的玉米秸秆、水稻秸秆、小麦秸秆以及花生秸秆，风干后粉碎至3-5cm小段；
(2)将粉碎的农作物秸秆置于炭化炉中，通入氮气控制氧分压≤7.5×10-14Pa，进行亚高温厌氧炭化，炭化温度为550℃，升温速率为10℃/min，炭化时间为80min；
(3)炭化结束后，取出，冷却至室温，纯水洗涤，然后置于磷酸-乙酸-硼酸体积比为1:1:1的混合溶液中震荡，浸渍充分后，过滤并烘干，即得改性秸秆生物炭。
复合降盐菌剂的制备方法为：
将硫细菌、硝化细菌、胶冻样芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌菌种分别接种于液体培养基中,在30℃下以400r/min的速度搅拌5min,然后进行厌氧发酵5天,抽样检测菌体生长情况和测定,当显微镜下活菌总浓度数超过10亿/ml时,停止发酵；
将其微生物培养物，分别以4000r/min的转速离心5min，在35℃的环境下干燥3h，使含水量降至15％以下，在室温下破碎，过80目筛，混合即得。
将上述改性秸秆生物炭50份、螯合剂13份、复合降盐菌剂8份、酸化剂13份、填充剂12份，充分混合，即得秸秆生物炭基设施土壤降盐调理剂。
实施例2
一种秸秆生物炭基设施土壤降盐调理剂，以重量份计，包括以下组分：改性秸秆生物炭40份、螯合剂15份、复合降盐菌剂5份、酸化剂15份、填充剂10份；其中，螯合剂为质量比1:1:1的EDTA、羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺；复合降盐菌剂由硫细菌、硝化细菌、胶冻样芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌按质量比1:1:2:5混合而成；酸化剂由黄腐酸和木醋液按质量比8:2混合而成；填充剂为膨润土。
其中，改性秸秆生物炭的制备方法包括以下步骤：
(1)取等质量的玉米秸秆和花生秸秆，风干后粉碎至3-5cm小段；
(2)将粉碎的农作物秸秆置于炭化炉中，通入氮气控制氧分压≤7.5×10-14Pa，进行亚高温厌氧炭化，炭化温度为600℃，升温速率为10℃/min，炭化时间为60min；
(3)炭化结束后，取出，冷却至室温，纯水洗涤，然后置于磷酸-乙酸-硼酸体积比为1:1:1的混合溶液中震荡，浸渍充分后，过滤并烘干，即得改性秸秆生物炭。
复合降盐菌剂的制备方法为：
将硫细菌、硝化细菌、胶冻样芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌菌种分别接种于液体培养基中,在30℃下以400r/min的速度搅拌5min,然后进行厌氧发酵4天,抽样检测菌体生长情况和测定,当显微镜下活菌总浓度数超过10亿/ml时,停止发酵；
将其微生物培养物，分别以4000r/min的转速离心5min，在35℃的环境下干燥3h，使含水量降至15％以下，在室温下破碎，过80目筛，混合即得。
将上述改性秸秆生物炭40份、螯合剂15份、复合降盐菌剂5份、酸化剂15份、填充剂10份，充分混合，即得秸秆生物炭基设施土壤降盐调理剂。
实施例3
一种秸秆生物炭基设施土壤降盐调理剂，以重量份计，包括以下组分：改性秸秆生物炭60份、螯合剂10份、复合降盐菌剂10份、酸化剂10份、填充剂15份；其中，螯合剂为羧甲基纤维素；复合降盐菌剂由硫细菌、硝化细菌、胶冻样芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌按质量比1:1:2:5混合而成；酸化剂由黄腐酸和木醋液按质量比8:2混合而成；填充剂为滑石粉。
其中，改性秸秆生物炭的制备方法包括以下步骤：
(1)取等质量的水稻秸秆和小麦秸秆，风干后粉碎至3-5cm小段；
(2)将粉碎的农作物秸秆置于炭化炉中，通入氮气控制氧分压≤7.5×10-14Pa，进行亚高温厌氧炭化，炭化温度为450℃，升温速率为10℃/min，炭化时间为90min；
(3)炭化结束后，取出，冷却至室温，纯水洗涤，然后置于磷酸-乙酸-硼酸体积比为1:1:1的混合溶液中震荡，浸渍充分后，过滤并烘干，即得改性秸秆生物炭。
复合降盐菌剂的制备方法为：
将硫细菌、硝化细菌、胶冻样芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌菌种分别接种于液体培养基中,在30℃下以400r/min的速度搅拌5min,然后进行厌氧发酵3天,抽样检测菌体生长情况和测定,当显微镜下活菌总浓度数超过10亿/ml时,停止发酵；
将其微生物培养物，分别以4000r/min的转速离心5min，在35℃的环境下干燥3h，使含水量降至15％以下，在室温下破碎，过80目筛，混合即得。
将上述改性秸秆生物炭60份、螯合剂10份、复合降盐菌剂10份、酸化剂10份、填充剂15份，充分混合，即得秸秆生物炭基设施土壤降盐调理剂。
在以上实施例中所涉及的仪器设备如无特别说明，均为常规仪器设备；所涉及的工业原料如无特别说明，均为市售常规工业原料。
试验：以大田试验的方式将作物种植于选定的土壤盐渍化的土壤上，分别测定采用常规施肥的土壤和施用秸秆生物炭基设施土壤降盐调理剂的土壤理化性质及种植的作物根系形态。通过数据对比分析，得到秸秆生物炭基设施土壤降盐调理剂对盐渍化土壤的作用。
试验地点：辽宁省盘锦市盘山县古城子镇古城子村，属辽河三角洲远海岸带发育而成的盐化草甸土，试验选用的日光温室棚龄17年。
供试作物：黄瓜(Cusumissativus L)，品种为津优35。
试验时间：2016年10月至2017年6月。
试验实施：在3个试验田进行对比试验，设3个处理，分别为：不施改良剂(CK)，低量改良剂(BC1：3000kg·hm-2)和高量改良剂(BC2：4500kg·hm-2)。黄瓜于10月盆钵育苗，11月2叶1心时定植，定植前10天(10月30日)将生物炭基设施土壤降盐调理剂过1mm筛后均匀施入表层土壤(0～20cm)，同时施入基肥(腐熟有机肥7.5t·hm-2，磷酸二铵750kg·hm-2，硫酸钾600kg·hm-2)。试验采用随机区组设计，重复3次，小区面积为4m×4m，小区间隔0.5m。
分别于定植缓苗后的第10d，20d，30d，采用抖落法收集根区土壤，并保存于4℃冰箱，用于测定土壤酶活性和土壤理化性质。于黄瓜结果期(12月10日)采集植株样本，用于测定黄瓜植株根系数、根冠比、根系活力、总根长和总表面积。
结果如下表1和表2所示：
表1 30d不同处理对土壤理化性质的影响
表2不同处理对黄瓜根系形态及根系活力的影响
实施效果：采用本发明所述的降盐调理剂，可降低土壤含盐量20-40％，提高设施土壤pH值10％以上，降低土壤容重0.05-0.10g/cm3，提高0-100cm土壤保水能力30-50％。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。