一种快速提升补充耕地土壤地力的改良材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及土壤改良材料技术领域，具体涉及一种快速提升补充耕地土壤地力的改良材料及其制备方法。


背景技术：

2.目前以新增耕地数量和提升耕地质量为主要目标导向的土地开发和土地复垦等土地整治工程，普遍关注了土地平整、土层厚度、道路和灌排基础设施等外在质量要求，而对补充耕地内在质量特别是影响生产力的土壤地力问题关注相对较少。特别是土地复垦等类项目，通过土壤重构形成土壤剖面性状普遍较差，表层土壤熟化程度低，基础地力薄弱，养分状况不良，土壤有益微生物数量少，障碍因素突出，作物产量低下，难以真正实现设定的耕地等级目标。现实中大量补充耕地交付后往往不能够迅速投入使用和形成产能，甚至出现部分撂荒现象，严重影响了土地整治事业的形象，且已引起了国家有关部门的高度关注。另外，特别是补充耕地等级会直接影响到新增耕地指标交易价格的高低，也最终影响到土地整治项目投资机构的效益。随着对土地整治“数量、质量、生态”三位一体中“质量”和“生态”要素的强调和关注，对整治补充耕地内在质量和生态质量的要求会越来越高。
3.目前对于补充耕地的地力提升，主要通过施用各种堆肥、普通有机肥，且按照传统耕地培肥的方式实现耕地地力逐步提升，重点关注土壤养分的提高，且施用量也较低，难以达到实现补充耕地土壤地力快速全面提升的目的。
4.因此，针对土地整治补充耕地工程项目需求，基于土壤重构补充耕地现实条件，研发可快速全面提升土壤地力，加速恢复土壤生物多样性，迅速形成产能的工程化改良应用材料，可一次性快速定向培育土壤耕层，全面提升土壤地力，后期结合秸秆还田，可维持土壤地力质量的平衡状态，进而有效提高土地利用率，快速释放补充耕地蕴藏的产能潜力，形成高质量的新增耕地指标，生态、经济和社会效益巨大。这已成为目前土地整治工程领域急需解决的重要问题之一。


技术实现要素：

5.针对上述现有技术，本发明的目的是提供一种快速提升补充耕地土壤地力的改良材料及其制备方法。
6.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.本发明的第一方面，提供一种快速提升补充耕地土壤地力的改良材料，由以下重量份的原料组成：
8.基础材料72-84份、增强材料28-16份；
9.所述基础材料是由牛粪、玉米秸秆、稻壳、蓖麻粕、酒糟、尿素经发酵腐熟制备而成；
10.所述增强材料是由苜蓿草粉、聚丙烯酰胺(pam)、钙基膨润土和蛭石按重量比(4-8)：(1-5)：(7-9)：(4-8)复配而成。
11.优选的，所述快速提升补充耕地土壤地力的改良材料，由以下重量份的原料组成：
12.基础材料76份、增强材料24份；
13.所述增强材料是由苜蓿草粉、聚丙烯酰胺(pam)、钙基膨润土和蛭石按重量比8：1：7：8复配而成。
14.优选的，所述基础材料由如下方法制备而成：
15.将牛粪、玉米秸秆、稻壳、蓖麻粕、酒糟、尿素按重量比40:40:5:5:10:0.5混合，得到混合料；向混合料中加入腐熟剂，调节混合料的含水量为50-60％，堆肥发酵30-40d；堆肥发酵结束后，自然风干至含水量≤20％，粉碎过筛，即制备得到基础材料。
16.更优选的，所述腐熟剂的加入量为混合料重量的0.15％。
17.优选的，增强材料中，所述苜蓿草粉由优质绿肥作物苜蓿地上部茎、枝、叶制得，粉碎粒度为5-10mm；
18.所述钙基膨润土，粒度为200目；所述聚丙烯酰胺(pam)，阴离子型，分子量为800万。
19.本发明的第二方面，提供上述改良材料的制备方法，包括以下步骤：
20.将基础材料和增强材料混合均匀后，晾干至水分含量为20-25％；
21.或者，将基础材料和增强材料混合均匀后，调至水分含量为33-36％，低温造粒，制成直径6mm、长度1.5-2cm的棒状改良材料，晾干至水分含量为20-25％。
22.本发明的第三方面，提供上述改良材料在快速提升补充耕地土壤地力中的应用。
23.上述应用中，具体应用方法为：将改良材料均匀撒施至地表，然后旋耕，深度不低于20cm，耙平；灌水一次，灌水深度40cm，灌至田间持水量。
24.优选的，改良材料的撒施量按下述公式计算：
[0025][0026]
式中：
[0027]
w—每公顷面积中改良材料的施入量，t﹒hm-2
；
[0028]
h—为补充耕地耕作层构建土层厚度，一般为0.20m～0.25m；
[0029]
γ—为补充耕地耕作层土壤容重，kg﹒m-3
，一般为1300kg﹒m-3
～1400kg﹒m-3
；
[0030]st
—优质耕作层土壤有机质预期含量，g﹒kg-1
，可取1.2g﹒kg-1
～1.4g﹒kg-1
；
[0031]
s0—补充耕地耕作层土壤有机质初始含量，g﹒kg-1
；
[0032]
k—为改良材料中有机质含量的转换系数，数值为0.60～0.70。
[0033]
本发明的有益效果：
[0034]
本发明开发设计了一种提升补充耕地土壤地力的改良材料，通过合理用量，可一次性快速改造耕层，全面提升土壤地力，提高土地等级，对作物生长和产量提升具有优异的效果，进而实现土地占补平衡中的占优补优，可广泛应用于未利用地开发和矿山土地复垦。
具体实施方式
[0035]
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0036]
术语说明：
[0037]
补充耕地(supplementary cultivated land)：土地开发、复垦和整理的新增耕地。
[0038]
如前所述，现有补充耕地对内在质量，特别是影响生产力的土壤地力问题关注相对较少，目前对于补充耕地的地力提升，主要通过施用各种堆肥、普通有机肥，且按照传统耕地培肥的方式实现耕地地力逐步提升，重点关注土壤养分的提高，难以达到实现补充耕地土壤地力快速全面提升的目的。
[0039]
基于此，为解决补充耕地土壤地力提升缓慢及栽培作物产量低的问题，本发明开发设计了一种改良材料。本发明的改良材料是由基础材料和增强材料组成。其中：
[0040]
基础材料是由牛粪、玉米秸秆、稻壳、蓖麻粕、酒糟、尿素经发酵腐熟制备而成；其中：
[0041]
牛粪、秸秆腐熟后作为有机质主要碳源，是高碳基的农业废弃物材料；
[0042]
稻壳作为一种富硅农副产品，其他矿质元素也比较丰富，且在土壤中腐解缓慢，可作为一种补充土壤有机质和硅元素及其他矿质元素的惰性有机碳源材料，并持续改良土壤结构；
[0043]
蓖麻粕，主要成分含量为粗蛋白：34.90％、粗纤维：33.87％、粗脂肪：7.37％、粗粉：6.51％、钙：1.10％、磷：0.62％，营养价值较高，但不宜直接做动物的饲料，作为有机肥发酵后可提供缓效的氮源和矿质元素。
[0044]
酒糟，作为酒业生产的副产物，富含氨基酸、脂质、淀粉、粗蛋白、纤维素和木质素等营养成分，是一种极好的有机肥源。施用酒糟类有机肥具有增加土壤有机质含量，改善土壤结构和通气性，有效提高土壤内矿质元素与矿质营养的优点。
[0045]
本发明应用上述材料作为基础材料进行混合发酵，产物养分元素更为协调、齐全，有利于提高发酵效率，提升产物改良效果。
[0046]
增强材料是由苜蓿草粉、聚丙烯酰胺(pam)、钙基膨润土和蛭石按重量比(4-8)：(1-5)：(7-9)：(4-8)复配而成。其中：
[0047]
苜蓿草粉，由优质绿肥作物苜蓿地上部茎、枝、叶，晒干至14％左右时，采用锤式或筒式粉碎机粉碎，粉碎粒度为5-10mm；苜蓿草粉土壤中腐熟较快，可快速增加土壤有机质，并与土壤形成有机-无机复合胶体，可明显改善土壤团粒结构和土壤通透性，有效降低土壤容重，增加土壤的渗透系数和总孔隙率，促进农作物增产。改良材料掺加未经腐熟的苜蓿草粉，在土壤中可起到活性有机质以及缓释氮肥的效果，进一步增强本改良材料的效果。
[0048]
聚丙烯酰胺(pam)，是一种人工合成的线性高分子聚合材料，阴离子型pam具有良好的絮凝和水合作用，在农业生产中主要用作水土保持剂和土壤结构改良剂；作为土壤改良剂可有效改善土壤结构，使土壤大团聚体数目增加，降低土壤容重，使土壤总孔隙率和毛管孔隙度上升，促使土壤颗粒和孔隙结构保持稳定，提高土壤入渗率，减少径流，增加土壤含水量。在制备棒状有机肥时，可起到粘合剂的辅助作用，有利于产品的稳定性。
[0049]
钙基膨润土，以蒙脱石为主要成分的天然粘土矿物，具有较强的吸水性、膨胀性、吸附性、粘着性等一系列优良的理化性质，对土壤有很好的改良和修复作用。与聚丙烯酰胺配施，组成复合保水材料，不但降低成本，还可增加大量微量元素。
[0050]
蛭石，具有良好的阳离子交换性和吸附性，可改善土壤的结构，储水保墒，提高土
壤的透气性和含水性；可对ph值起到一定缓冲作用，改良酸性土壤，并使肥料在作物生长介质中缓慢释放；蛭石还可向作物提供自身含有的k、mg、ca、fe以及微量的mn、cu、zn等元素。蛭石的应用，使产品的综合性能进一步提高。
[0051]
同时，为便于运输在利用制棒机造粒时，本发明应用低温挤压造粒技术，常温条件下制棒机挤压造粒时设备作业温度能控制在50℃以下，且造粒时间控制在1分钟之内，不经高温加热环节，进而有益于保留基础材料中更多的有益微生物进入土壤，提高土壤生物多样性，加速营造土壤微生物群落重建，并有利于进一步腐解土壤中的植物枯落物。
[0052]
本发明的改良材料中，基础材料和增强材料具有协同增效作用，能够全面提升补充耕地土壤地力，提高土地等级，对作物生长和产量提升具有优异的效果。本发明的改良材料应用于土地开发或复垦补充耕地土壤，当年种植作物即可接近当地平均产量，土壤有机质快速提升，土壤理化性质能够得到快速改善，如：土壤结构显著改善、土壤阳离子交换量和土壤速效性养分明显增加、土壤生物多样性丰富显著增加，进而实现耕地占补平衡项目的占优补优目的。
[0053]
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本技术的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本技术的技术方案。如果实施例中未注明的实验具体条件，通常按照常规条件，或者按照试剂公司所推荐的条件；下述实施例中所用的试剂、耗材等，如无特殊说明，均可通过商业途径获得。其中：
[0054]
蓖麻粕购自利津海利油脂有限公司；酒糟购自山东泰山啤酒有限公司；腐熟剂由山东东海生物技术有限公司提供，商品名称为“有机物料腐熟剂”。
[0055]
实施例1：快速提升补充耕地土壤地力的改良材料的制备
[0056]
1、原料组成(重量份)：
[0057]
基础材料84份，增强材料16份。
[0058]
2、制备方法：
[0059]
(1)基础材料的制备：
[0060]
1)将玉米秸秆晒干，然后切断至1-3cm，得到粉碎的玉米秸秆；将适宜水分含量(在60～65％左右)牛粪、粉碎的玉米秸秆、稻壳、蓖麻粕、酒糟和尿素按重量比40:40:5:5:10:0.5混合，得到混合料。
[0061]
2)将步骤1)中的混合料加入腐熟剂，腐熟剂的加入量为混合料重量的0.15％。调节混合原材料水分至50-60％，码成按照3-4米宽、高度为2-1.5米的规格进行制堆发酵。待料温升至50℃以上时进行第一次翻堆，每7天左右人工翻堆一次，每次翻堆补充水份至含水率为50-60％左右。连续发酵30天左右，当翻堆后物料不再快速升温时即可结束发酵，自然风干，含水量≤20％，粉碎过1-2mm筛，即可获得基础材料。
[0062]
(2)增强材料的制备：
[0063]
将苜蓿草粉、聚丙烯酰胺(pam)、钙基膨润土和蛭石按重量比4：1：7：4混合均匀，制备得到增强材料。
[0064]
(3)低温造粒：
[0065]
将基础材料和增强材料按原料组成搅拌混合均匀，调节混合后物料的水分含量至30-36％，然后利用制棒机进行压制，制成直径6mm、长度1.5-2cm的棒状改良材料，晾干至水分含量为25％左右，装袋备用。
[0066]
实施例2：快速提升补充耕地土壤地力的改良材料的制备
[0067]
1、原料组成(重量份)：
[0068]
基础材料79份，增强材料21份。
[0069]
2、制备方法：
[0070]
(1)基础材料的制备：制备方法同实施例1。
[0071]
(2)增强材料的制备：
[0072]
将苜蓿草粉、聚丙烯酰胺(pam)、钙基膨润土和蛭石按重量比4：3：8：6混合均匀，制备得到增强材料。
[0073]
(3)低温造粒：制备方法同实施例1。
[0074]
实施例3：快速提升补充耕地土壤地力的改良材料的制备
[0075]
1、原料组成(重量份)：
[0076]
基础材料74份，增强材料26份。
[0077]
2、制备方法：
[0078]
(1)基础材料的制备：制备方法同实施例1。
[0079]
(2)增强材料的制备：
[0080]
将苜蓿草粉、聚丙烯酰胺(pam)、钙基膨润土和蛭石按重量比4：5：9：8混合均匀，制备得到增强材料。
[0081]
(3)低温造粒：制备方法同实施例1。
[0082]
实施例4：快速提升补充耕地土壤地力的改良材料的制备
[0083]
1、原料组成(重量份)：
[0084]
基础材料80份，增强材料20份。
[0085]
2、制备方法：
[0086]
(1)基础材料的制备：制备方法同实施例1。
[0087]
(2)增强材料的制备：
[0088]
将苜蓿草粉、聚丙烯酰胺(pam)、钙基膨润土和蛭石按重量比6：1：7：6混合均匀，制备得到增强材料。
[0089]
(3)低温造粒：制备方法同实施例1。
[0090]
实施例5：快速提升补充耕地土壤地力的改良材料的制备
[0091]
1、原料组成(重量份)：
[0092]
基础材料75份，增强材料25份。
[0093]
2、制备方法：
[0094]
(1)基础材料的制备：制备方法同实施例1。
[0095]
(2)增强材料的制备：
[0096]
将苜蓿草粉、聚丙烯酰胺(pam)、钙基膨润土和蛭石按重量比6：3：8：8混合均匀，制备得到增强材料。
[0097]
(3)低温造粒：制备方法同实施例1。
[0098]
实施例6：快速提升补充耕地土壤地力的改良材料的制备
[0099]
1、原料组成(重量份)：
[0100]
基础材料76份，增强材料24份。
[0101]
2、制备方法：
[0102]
(1)基础材料的制备：制备方法同实施例1。
[0103]
(2)增强材料的制备：
[0104]
将苜蓿草粉、聚丙烯酰胺(pam)、钙基膨润土和蛭石按重量比6：5：9：4混合均匀，制备得到增强材料。
[0105]
(3)低温造粒：制备方法同实施例1。
[0106]
实施例7：快速提升补充耕地土壤地力的改良材料的制备
[0107]
1、原料组成(重量份)：
[0108]
基础材料76份，增强材料24份。
[0109]
2、制备方法：
[0110]
(1)基础材料的制备：制备方法同实施例1。
[0111]
(2)增强材料的制备：
[0112]
将苜蓿草粉、聚丙烯酰胺(pam)、钙基膨润土和蛭石按重量比8：1：7：8混合均匀，制备得到增强材料。
[0113]
(3)低温造粒：制备方法同实施例1。
[0114]
实施例8：快速提升补充耕地土壤地力的改良材料的制备
[0115]
1、原料组成(重量份)：
[0116]
基础材料77份，增强材料23份。
[0117]
2、制备方法：
[0118]
(1)基础材料的制备：制备方法同实施例1。
[0119]
(2)增强材料的制备：
[0120]
将苜蓿草粉、聚丙烯酰胺(pam)、钙基膨润土和蛭石按重量比8：3：8：4混合均匀，制备得到增强材料。
[0121]
(3)低温造粒：制备方法同实施例1。
[0122]
实施例9：快速提升补充耕地土壤地力的改良材料的制备
[0123]
1、原料组成(重量份)：
[0124]
基础材料72份，增强材料28份。
[0125]
2、制备方法：
[0126]
(1)基础材料的制备：制备方法同实施例1。
[0127]
(2)增强材料的制备：
[0128]
将苜蓿草粉、聚丙烯酰胺(pam)、钙基膨润土和蛭石按重量比8：5：9：6混合均匀，制备得到增强材料。
[0129]
(3)低温造粒：制备方法同实施例1。
[0130]
对比例1：
[0131]
单独以实施例1中制备的基础材料作为改良材料。
[0132]
对比例2：
[0133]
将苜蓿草粉、聚丙烯酰胺(pam)、钙基膨润土和蛭石按重量比8：1：7：8混合均匀制备的增强材料，作为改良材料。
[0134]
试验例：
[0135]
试验在山东农业大学南校区资环学院试验站进行。各试验小区采用生土回填，土壤类型为褐土，深度为80cm，模拟土地整治补充耕地土壤情景(供试土壤基本理化性状见表1)。
[0136]
表1：供试土壤基本理化性状
[0137][0138]
共设计13个处理，其中，设两个对照：(1)ck1：只施用化肥，氮肥(n)用量为540kg/公顷，磷肥(p2o5)用量为180kg/公顷，钾肥(k2o)用量为360kg/公顷；磷肥和钾肥用做基肥，60％氮肥用做基肥，剩余40％氮肥在大喇叭口期用作追肥。基肥施肥方式为撒施后翻耕，追肥施肥方式为撒施。(2)ck2：在施用化肥基础上增施市售商品有机肥。市售商品有机肥为农大有机肥，有机质含量45％，产自山东农大肥业公司。
[0139]
其余11个处理均同样施用化肥基础上，分别施入实施例1-9和对比例1-2制备的改良材料。市售商品有机肥和自制改良材料施用量均为15t
·
hm-2
，播种前一次性施入，均匀撒施地表后，再人工用钉耙翻耕入土20cm，来回2次，并击碎土块，确保与表层土壤混合均匀。
[0140]
每小区面积为1平方米，栽植6棵玉米，玉米品种为郑丹958。6月15日播种，10月9日收获。期间除草、病虫害、灌溉排水管理参当地习惯管理，各处理的种植管理保持一致。
[0141]
在玉米大喇叭口期进行测量spad值(采用叶绿素仪测定)，结果见下表2。
[0142]
表2：不同处理对玉米上下部spad值的影响
[0143][0144]
10月9日收获后测定土壤容重、土壤理化性状，进行玉米产量测定，结果见表3。
[0145]
表3：不同处理对土壤理化性状和玉米产量的影响
[0146][0147][0148]
根据上述研究结果，本改良材料均能提高作物的spad值，即对作物叶绿素含量提升具有积极作用，有利于作物进行光合作用进而增产增收。
[0149]
本改良材料明显降低了土壤容重，大幅提高了土壤田间持水量指标，改善了土壤的通透性和持水性；按照《全国第二次土壤普查养分分级标准》，使用本改良材料后，有机质含量、土壤全氮含量均提升1级(由6级提到5级)，其他养分指标也显著改善。因此，综合来看，使用本产品后，土壤地力提升效果显著。
[0150]
从作物产量提高来看，实施例7、实施例8、实施例9效果好，比使用市售有机肥(ck2)，增产效果均在15％以上；其中实施例7产量最高，增产达21.70％，显著提升了耕地产能。
[0151]
以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。