本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)土壤培肥技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于砂姜黑土的土壤結(jié)構(gòu)改良劑，同時涉及利用該土壤結(jié)構(gòu)改良劑提高砂姜黑土團(tuán)聚性的方法。

背景技術(shù)：

砂姜黑土是典型的低產(chǎn)田，因物理性狀差導(dǎo)致肥力低下，具體表現(xiàn)有質(zhì)地粘重、干縮濕脹、易旱易澇、耕性差、土壤瘠薄等，造成這些現(xiàn)象的原因是耕層總孔隙偏低、毛管性能微弱、導(dǎo)水能力較小等。

土壤團(tuán)聚性是重要的土壤物理性質(zhì)，影響土壤透氣性、儲水能力、耕性和植物根系伸展能力，是土壤肥力中的重要因素。砂姜黑土很難自然形成團(tuán)聚體，尤其是大于1mm的大團(tuán)聚體，因此提高土壤大團(tuán)聚體數(shù)量是改良砂姜黑土的重要途徑。

提高土壤大團(tuán)聚體數(shù)量的方法有很多種，主要分為粘合劑法、有機(jī)肥法和農(nóng)藝法，其中以粘合劑法應(yīng)用最為廣泛。在粘合劑法中，以人工合成的聚丙烯酰胺為最普遍，專利和產(chǎn)品很多，但其高昂的成本影響了其大面積的應(yīng)用。同時，這類粘合劑也不適用砂姜黑土質(zhì)地土壤。有機(jī)肥法和農(nóng)藝法的效果緩慢而不穩(wěn)定。

現(xiàn)有技術(shù)中公開的涉及該領(lǐng)域的技術(shù)存在如下缺陷和不足：(1)工藝復(fù)雜，如“一種修復(fù)改良土壤結(jié)構(gòu)的復(fù)合制劑及其制備方法(公開號CN106085459A)”中的改性廢沸石是廢催化裂化催化劑經(jīng)過煅燒、粉碎，負(fù)載酸后得到的；(2)組成復(fù)雜，如“一種改良土壤團(tuán)聚體的生物質(zhì)有機(jī)肥料(公開號CN105967783A)”中涉及烤煙葉粉、膨潤土、聚天冬氨酸、磷酸二銨、小麥谷朊粉、硫酸亞鎳、檸檬酸鐵、農(nóng)作物秸稈、伊樂藻、纖維素酶制劑、蛋白酶制劑、酸豆果、水適量等13種成分，“一種改善土壤結(jié)構(gòu)的土壤調(diào)理劑及制備方法(公開號CN106085438A)”中涉及11種成分；(3)人工化學(xué)品多，如“一種改良土壤結(jié)構(gòu)的有機(jī)肥料及其制備方法(公開號CN104140318A)”中使用尿素、硫酸亞鐵、磷酸氫鈣、腐殖酸鈉、明膠、硫酸錳、黃原膠等化學(xué)品；(4)對土壤組成改變大，如“利用生物質(zhì)灰渣快速改良土壤團(tuán)聚體的方法(公開號CN103918375A)”中每畝要施入生物質(zhì)灰渣1200kg，對土壤無機(jī)物組成改變巨大。上述特點均在不同程度上導(dǎo)致產(chǎn)品或技術(shù)應(yīng)用的局限性。

本發(fā)明以避免上述技術(shù)的不足為出發(fā)點，針對砂姜黑土，提出一種組分簡單、成本低、施用方便、效果迅速而持久的方法來提高土壤團(tuán)聚性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明以避免現(xiàn)有技術(shù)中的不足為出發(fā)點，針對砂姜黑土，提出一種組分簡單、成本低、制備工藝簡單的土壤結(jié)構(gòu)改良劑，并同時提供使用該改良劑改良砂姜黑土土壤結(jié)構(gòu)的方法，本發(fā)明的方法可實現(xiàn)迅速而持久地提高砂姜黑土土壤中大團(tuán)聚體數(shù)量的目的。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案之一是：一種用于砂姜黑土的土壤結(jié)構(gòu)改良劑，由包括如下組分的原料混合而成：粒徑1-3mm的生物質(zhì)炭顆粒，相當(dāng)于所述生物質(zhì)炭顆粒重量2-5％的腐植酸和/或腐植酸鹽粉末，相當(dāng)于所述生物質(zhì)炭顆粒重量2-5％的氧化鐵粉末，相當(dāng)于所述生物質(zhì)炭顆粒重量20-40％的水。

本發(fā)明所述的土壤結(jié)構(gòu)改良劑，以1-3mm生物質(zhì)炭顆粒為骨架、以腐植酸分子作為有機(jī)結(jié)合劑、以氧化鐵(三氧化二鐵)作為無機(jī)結(jié)合劑，這些組分共同作用，可促使細(xì)土粒形成大團(tuán)聚體，從而起到改良砂姜黑土土質(zhì)結(jié)構(gòu)的作用。本發(fā)明中腐植酸和/或腐植酸鹽粉末的用量與氧化鐵粉末的相當(dāng)(尤其當(dāng)二者的含量均為3％時)，提供的有機(jī)膠結(jié)物和無機(jī)膠結(jié)物相當(dāng)，有助于快速提高土壤顆粒的團(tuán)聚性。

其中，所述生物質(zhì)炭顆粒是以稻殼、花生殼、核桃殼、板栗殼、棉花桿、果樹剪枝、鋸末中的任意一種為原料制備得到的。與其他可用于制備生物質(zhì)炭顆粒的原料，如水稻秸稈，玉米秸稈，小麥秸稈等相比，本發(fā)明采用的原料是含木質(zhì)素豐富的植物材料，具有堅硬、致密、易得的特點，以此制備得到的生物質(zhì)炭顆粒具有堅固、質(zhì)脆、孔隙豐富、易粉碎的性質(zhì)，非常適用于改良砂姜黑土。

優(yōu)選地，所述生物質(zhì)炭顆粒是以稻殼或花生殼為原料制備得到的。

所述生物質(zhì)炭顆粒的制備方法為：取所述生物質(zhì)炭顆粒的原料，于500-600℃厭氧裂解1-3h，粉碎，過篩，取1-3mm粒徑顆粒，即得。

在一種具體的實施方式中，所述生物質(zhì)炭顆粒的制備方法為：取所述生物質(zhì)炭顆粒的原料，于550℃厭氧裂解2h，粉碎，分別過3mm和1mm篩，取1-3mm粒徑顆粒，即得。

或者，所述生物質(zhì)炭顆粒也可通過市購手段購買用所述原料制成的生物質(zhì)炭，經(jīng)粉碎，過篩，取1-3mm顆粒而得。

本發(fā)明以生物質(zhì)炭顆粒作為土壤改良劑的主要成分，可實現(xiàn)稻殼、花生殼、核桃殼、板栗殼、棉花桿、果樹剪枝、鋸末等農(nóng)林廢棄物的循環(huán)使用，并且該類物質(zhì)來源廣泛，價格低廉，以此為原料制備生物質(zhì)炭顆粒的方法簡單，易于操作。

優(yōu)選地，所述腐植酸鹽為腐植酸鈉和/或腐植酸鉀。

本發(fā)明的土壤結(jié)構(gòu)改良劑中含有20-40％的水，一方面，水的存在能夠增加改良劑中腐殖酸和/或腐殖酸鹽、氧化鐵粉末兩種材料的融合，另一方面可降低施用時的灰塵飛揚(yáng)，可進(jìn)一步提高土壤改良效果，確保使用的便捷性和安全性。

作為本發(fā)明較佳的技術(shù)方案，所述土壤結(jié)構(gòu)改良劑中，所述腐植酸和/或腐植酸鹽粉末的重量相當(dāng)于所述生物質(zhì)炭顆粒重量的2-4％，所述氧化鐵粉末的重量相當(dāng)于所述生物質(zhì)炭顆粒重量的2-4％，所述水的重量相當(dāng)于所述生物質(zhì)炭顆粒重量的20-40％。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述土壤結(jié)構(gòu)改良劑中，腐植酸鈉粉末與氧化鐵粉末的重量均為3％。

作為本發(fā)明最佳的技術(shù)方案，所述土壤結(jié)構(gòu)改良劑中，所述腐植酸鈉粉末的重量相當(dāng)于所述生物質(zhì)炭顆粒重量的3.2％，所述氧化鐵粉末的重量相當(dāng)于所述生物質(zhì)炭顆粒重量的3.2％，所述水的重量相當(dāng)于所述生物質(zhì)炭顆粒重量的30％。

本發(fā)明的技術(shù)方案之二是：一種利用上述任意一種土壤結(jié)構(gòu)改良劑提高砂姜黑土團(tuán)聚性的方法，所述方法具體為：將所述土壤結(jié)構(gòu)改良劑均勻撒在待改良砂姜黑土的表面，采用農(nóng)用機(jī)具將其翻入0-20cm表層土壤即可。

優(yōu)選地，所述土壤結(jié)構(gòu)改良劑的畝用量為2-10噸。采用上述用量，生物質(zhì)炭顆粒用量為土壤重量的2-3％，考慮生物質(zhì)炭顆粒的比重為0.3g/cm³，所以施用量中的顆粒比例可達(dá)土壤顆粒的10％左右，按2-3倍比例形成土壤團(tuán)聚體，最終可形成土壤大團(tuán)聚體的比例可達(dá)20-30％，這個比例對于提高砂姜黑土肥力而言比較適合，同時經(jīng)濟(jì)性又好。

進(jìn)一步優(yōu)選地，針對砂姜黑土的不同程度，調(diào)整土壤結(jié)構(gòu)改良劑的用量可以最經(jīng)濟(jì)的用量取得最佳的改良效果，具體而言：

當(dāng)待改良砂姜黑土≤20cm土層土壤質(zhì)地為重黏土?xí)r，所述土壤結(jié)構(gòu)改良劑的畝用量為7-9噸(最優(yōu)為8噸)；

當(dāng)待改良砂姜黑土≤20cm土層土壤質(zhì)地為輕或中黏土?xí)r，所述土壤結(jié)構(gòu)改良劑的畝用量為4-6噸(最優(yōu)為5噸)；

當(dāng)待改良砂姜黑土土壤≤20cm土層土壤質(zhì)地為中或重壤土?xí)r，所述土壤結(jié)構(gòu)改良劑的畝用量為2-4噸(最優(yōu)為3噸)。

其中，本發(fā)明所述的重黏土、中或輕黏土、中或重壤土的定義參照鄧時琴編著的《中國土壤質(zhì)地分類》(1996年)中的定義，即：

所述重黏土的定義為：中細(xì)粘粒(<0.001mm)含量40-60％的土壤；所述輕或中黏土的定義為：中細(xì)粘粒(<0.001mm)含量30-40％的土壤；所述中或重壤土的定義為：中細(xì)粘粒(<0.001mm)含量<30％、粗粉粒(0.05-0.01mm)含量≥40％的土壤。

采用本發(fā)明的土壤結(jié)構(gòu)改良方法，可提高提高土壤大團(tuán)聚體數(shù)量，增加土壤通透性、降低土壤粘性、降低耕作阻力、延長宜耕期、增加土壤持水率，提高土壤肥力，增加作物產(chǎn)量；還可增加土壤固碳數(shù)量。同時，本發(fā)明的方法簡單易行、成本低、效果明顯而持久、易于大面積應(yīng)用。

在符合本領(lǐng)域常識的基礎(chǔ)上，上述各優(yōu)選條件，可以相互組合，即得本發(fā)明各較佳實例。

本發(fā)明涉及到的原料和試劑均可市購獲得。

附圖說明

圖1為粒徑1-3mm生物質(zhì)炭顆粒的形態(tài)圖；

圖2為腐殖酸鈉(左側(cè)圖)和氧化鐵粉末(右側(cè)圖)的形態(tài)圖；

圖3為實施例1土壤結(jié)構(gòu)改良劑的形態(tài)圖；

圖4為效果實驗例1的結(jié)果圖；

圖5為效果實驗例2的結(jié)果圖。

具體實施方式

以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。實施例中涉及的操作如無特殊說明，均為本領(lǐng)域常規(guī)技術(shù)操作；

實施例1

一種土壤結(jié)構(gòu)改良劑，由如下重量的組分混合而成：

該實施例同時提供了上述土壤改良劑的制備方法，包括如下步驟：

1)取10kg干花生殼置于炭化爐中，于550℃下無氧碳化處理2h，得到3.2kg生物質(zhì)炭；(形態(tài)如圖1所示)

2)將上述生物質(zhì)炭用粉碎機(jī)粉碎，分別過3mm和1mm篩，留取1-3mm顆粒備用；

3)將64g商品腐植酸鈉粉末(粒徑100目)，64g氧化鐵粉末(粒徑200目)倒入600mL自來水中，混合均勻，制成腐植酸/氧化鐵混合懸液；(腐植酸鈉粉末和氧化鐵粉末的形態(tài)如圖2所示)

4)取2000g粒徑1-3mm生物質(zhì)炭顆粒，加入腐植酸/氧化鐵混合懸液600mL，混合均勻，即得所述土壤結(jié)構(gòu)改良劑。(形態(tài)如圖3所示)

實施例2

一種土壤結(jié)構(gòu)改良劑，由如下重量的組分混合而成：

該實施例同時提供了上述土壤改良劑的制備方法，包括如下步驟：

1)取5t稻殼生物質(zhì)炭，將上述生物質(zhì)炭用粉碎機(jī)粉碎，分別過3mm和1mm篩，留取1-3mm顆粒備用；

2)將128kg商品腐植酸鈉粉末(粒徑100目)，128kg氧化鐵粉末(粒徑200目)倒入1200L自來水中，混合均勻，制成腐植酸/氧化鐵混合懸液；

3)取4t粒徑1-3mm生物質(zhì)炭顆粒，加入腐植酸/氧化鐵混合懸液1200L，混合均勻，即得。

效果實驗例1

實驗方法：

(1)取一種經(jīng)過風(fēng)干的、質(zhì)地為中黏土的砂姜黑土6000克，過1mm篩，分別稱取12份，每份500克；

(2)取4份土樣中，分別加入0、6.72、13.44、20.16克生物質(zhì)炭/腐植酸/氧化鐵混合制劑(即實施例1的土壤結(jié)構(gòu)改良劑)，用量分別為對照、50％最適量、最適量、150％最適量。最適量相當(dāng)于5.0噸/畝。

(3)同步驟(2)的處理，另做2個重復(fù)，合計每個處理3個重復(fù)。

(4)將上述12份土樣分別攤開，各噴灑150毫升自來水，混合均勻，分別放入12只1000毫升燒杯中，壓縮體積至360毫升(容重約為1.4g/cm³)。

(5)對上述土樣，進(jìn)行干濕交替5次。

實驗結(jié)果：

培養(yǎng)結(jié)束后，測定>1mm土壤團(tuán)聚體數(shù)量，結(jié)果見圖4。

從圖4可以看出，按照最適量加入制劑，>1mm團(tuán)聚體比例可超過土壤總量1/4，達(dá)到26％，是不加制劑(對照處理)的2.3倍，效果顯著。而減量(0.5最適量)加入后，>1mm團(tuán)聚體比例只有14.9％，是對照的1.3倍，效果不顯著。超量(1.5最適量)加入則無進(jìn)一步提升效果。

效果實驗例2

實驗方法：

(1)在安徽北部一種砂姜黑土上進(jìn)行效果驗證。

(2)該土壤表層20cm土壤質(zhì)地為重壤土，將地塊劃分為12個小區(qū)，每個小區(qū)100m²，分別為對照(用量為0)、0.5最適量(用量為2.25kg/m²)、最適量(用量為4.5kg/m²)和1.5最適量(用量為6.75kg/m²)。最適量為3.0噸/畝。每個處理三個重復(fù)，共計用量4.05噸。

(3)驗證從2015年6月份夏玉米播種開始，2016年10月初夏玉米收獲結(jié)束。期間共進(jìn)行1季冬小麥、2季夏玉米生產(chǎn)。生產(chǎn)方式按當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)操作法進(jìn)行。

實驗結(jié)果：

2016年10月取0-20cm土壤測試土壤大團(tuán)聚體數(shù)量，結(jié)果見圖5。

從圖5可以看出，按照最適量加入制劑，>1mm團(tuán)聚體比例可達(dá)到土壤總量的27％，是不加制劑(對照處理)的1.8倍，效果顯著。而減量(0.5最適量)加入后，>1mm團(tuán)聚體比例只有18％，是對照的1.2倍，效果不顯著。超量(1.5最適量)加入增加量很小。

雖然，上文中已經(jīng)用一般性說明、具體實施方式及試驗，對本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎(chǔ)上，可以對之作一些修改或改進(jìn)，這對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎(chǔ)上所做的這些修改或改進(jìn)，均屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。