CN102352254B

CN102352254B - 一种红壤改良剂

Info

Publication number: CN102352254B
Application number: CN201110240926.4A
Authority: CN
Inventors: 曾希柏; 李莲芳; 白玲玉; 段然; 王亚男; 高菊生; 孙楠
Original assignee: Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculturem of CAAS
Current assignee: Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculturem of CAAS
Priority date: 2011-08-22
Filing date: 2011-08-22
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2031-08-22
Also published as: CN102352254A

Abstract

本发明披露了一种红壤改良剂，按重量百分比计算包括：30％～40％的赤泥、15％～25％的海泡石、20％～30％的秸秆生物质焦、10％～15％的氢氧化钙以及10％～15％的氧化镁。本发明提供的红壤改良剂及其制备方法经充分的试验结果证明，能够有效地解决我国红壤地区土壤酸化、钙镁等中量元素供应严重不足等所导致的作物生长差、产量低问题，在南方红壤地区具有广泛的应用前景。

Description

一种红壤改良剂

技术领域

本发明涉及土壤改良剂，尤其涉及能够中和土壤酸度及调节土壤化学性质的改良剂。

背景技术

受高温、多雨的环境条件等因素的影响，我国南方地区的土壤(简称红壤)中钾、钙、镁等阳离子很容易通过淋溶等途径损失，铁铝氧化物含量高，所形成的粘土矿物主要为高岭石类，因此，土壤养分缺乏、酸性强、结构差以及保水保肥能力弱等，已成为该地区农作物产量低、品质差的重要原因，也是制约该区域农业持续发展和综合生产力提升的重要因素。近年来，受施肥、管理等多种因素的影响，南方地区土壤酸化的现象出现加剧的趋势。因此，最大限度地遏制土壤酸化，改良土壤酸性，是促进该地区农业进一步发展及进一步提升综合生产能力的重要保障。

多年来，关于红壤酸性的改良等研究已受到广泛关注，如国家“十五”、“十一五”科技计划中均有涉及红壤酸化改良的课题；并且，在相关课题的支持下研制的酸性土壤改良剂也较多，如有利用工业废弃物碱渣等材料并结合改性、生物质焦等使用的报道。但从整体看，大多数改良剂的成本较高，制备过程较复杂，缺乏对土壤中养分(特别是盐基养分)的补充。因此，这些改良剂即使在土壤酸性改良上具有一定的效果，但其对作物增产及土壤其它方面的改良等作用较为有限，限制了其在实际生产中的应用。故开发能够集中和土壤酸性、提供中量营养元素养分、改良土壤性状以及提高土壤生产力等功能于一体的专用改良剂，对南方地区作物优质高产、土壤培肥和农业综合生产能力提升等，均具有十分重要的意义。

目前，国内还未见有利用农作物秸秆制备生物质焦并加入赤泥等工业废弃物、与钙镁等中量元素混合使用而具中和土壤酸度、调节中量元素养分供应、增加作物产量以及改良土壤理化性质等功能且生产成本较低的土壤改良剂的技术记载。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种红壤改良剂，能够使得红壤地区农作物增产的同时抑制土壤酸性。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种红壤改良剂，按重量百分比计算由以下物质组成：30％～40％的赤泥、15％～25％的海泡石、20％～30％的秸秆生物质焦、10％～15％的氢氧化钙以及10％～15％的氧化镁。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种如前所述的红壤改良剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

按制备总重量共为100千克的改良剂计算，将含有30～40千克自然风干并过1.5～2.0mm筛的工业废弃物赤泥、15～25千克海泡石、40～50千克粉碎并过1.5～2.0mm筛的水稻或玉米秸秆的物料均匀混合，加入适量的水至用手抓时能出水为止；

将加水的物料置于水泥池内并覆盖，堆置3～5天后，从水泥池内移入碳化炉中，缓慢加热至500～550℃并保持100分钟～2.5小时，自然冷却至室温；

从碳化炉中取出冷却至室温的物料，加入10～15千克氢氧化钙及10～15千克氧化镁，并均匀混合，磨细过0.20～0.30mm筛，制成红壤改良剂。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种如前所述的红壤改良剂在增加红壤区的农作物产量上的应用。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种如前所述的红壤改良剂在抑制红壤酸化方面的应用。

本发明提供的红壤改良剂及其制备方法经充分的试验结果证明，能够有效地解决我国红壤地区土壤酸化、钙镁等中量元素供应严重不足等所导致的作物生长差、产量低问题，在南方红壤地区具有广泛的应用前景。

具体实施方式

下面结合优选实施例对本发明的技术方案进行详细地说明。应当理解，以下描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明的技术方案。

实施例1

本发明提供的红壤改良剂，按重量百分比计算，包括：30％～40％的赤泥、15％～25％的海泡石、20％～30％的秸秆生物质焦、10％～15％的氢氧化钙(熟石灰)以及10％～15％的氧化镁(轻烧粉)。

在上述实施例中，20％～30％的生物质焦是将40～50％农作物秸秆(譬如水稻、谷子或玉米秸秆)通过碳化生成。

实施例2

制备上述红壤改良剂的方法实施例包括如下步骤：

按制备总重量共为100千克的改良剂计算，将含有30千克自然风干并过1.5mm筛的工业废弃物赤泥、20千克海泡石、50千克粉碎并过1.5mm筛的水稻或玉米秸秆的物料均匀混合，加入适量的水至用手抓时能出水为止；

将加水的物料置于水泥池内并覆盖(使其处于相对密闭的环境)，堆置3～5天后，从水泥池内移入碳化炉中，缓慢加热至500～550℃并保持100分钟(使农作物秸秆碳化并与混合的赤泥、海泡石等物质充分反应)，自然冷却至室温；

从碳化炉中取出冷却至室温的物料，加入15千克氢氧化钙(熟石灰)及10千克氧化镁(轻烧粉)，并均匀混合，磨细过0.20mm筛，制成本发明的红壤改良剂。

实施例3

制备上述红壤改良剂的方法实施例包括如下步骤：

按制备总重量共为100千克的改良剂计算，将含有40千克自然风干并过2.0mm筛的工业废弃物赤泥、15千克海泡石、45千克粉碎并过2.0mm筛的水稻或玉米秸秆的物料均匀混合，加入适量的水至用手抓时能出水为止；

将加水的物料置于水泥池内并覆盖(使其处于相对密闭的环境)，堆置3～5天后，从水泥池内移入碳化炉中，缓慢加热至500～550℃并保持2小时(使农作物秸秆碳化并与混合的赤泥、海泡石等物质充分反应)，自然冷却至室温；

从碳化炉中取出冷却至室温的物料，加入10千克氢氧化钙(熟石灰)及15千克氧化镁(轻烧粉)，并均匀混合，磨细过0.25mm筛，制成本发明的红壤改良剂。

实施例4

制备上述红壤改良剂的方法实施例包括如下步骤：

按制备总重量共为100千克的改良剂计算，将含有35千克自然风干并过2.0mm筛的工业废弃物赤泥、25千克海泡石、40千克粉碎并过2.0mm筛的水稻或玉米秸秆的物料均匀混合，加入适量的水至用手抓时能出水为止；

将加水的物料置于水泥池内并覆盖(使其处于相对密闭的环境)，堆置3～5天后，从水泥池内移入碳化炉中，缓慢加热至500～550℃并保持2.5小时(使农作物秸秆碳化并与混合的赤泥、海泡石等物质充分反应)，自然冷却至室温；

从碳化炉中取出冷却至室温的物料，加入12千克氢氧化钙(熟石灰)及13千克氧化镁(轻烧粉)，并均匀混合，磨细过0.30mm筛，制成本发明的红壤改良剂。

试验1

在湖南祁阳县中国农业科学院红壤实验站附近选择一块地势平坦、形状方正、由第四纪红土母质发育而成的旱地，其面积在1亩左右、肥力瘠薄且酸性较强，在该旱地上开展田间小区试验。

试验设置5种处理类型，分别为：(1)不施肥(CK)；(2)单施化肥(NPK)；(3)单施有机肥(M)；(4)有机-无机肥配合施用(NPK-M)；(5)在单施化肥基础上增施实施例2的本发明红壤改良剂15公斤/667m²(NPK-R)。试验小区面积6.8m×4.5m＝30.6m²，重复3次，随机区组排列；供试作物为花生。

花生播种后，观察其出苗期、开花期、成熟期等生长时期。成熟后，按小区收割、分别晒干，测定花生茎叶和籽粒产量。

在花生播种前和收获后，分别采集每小区耕作层(0～20cm)土壤，经均匀混合后，留下1kg左右带回室内自然晾干，粉碎过20目，留存备用。从过20目筛的样品中取出50～100克样，继续粉碎并全部过100目筛，留存备用。所有土壤样品在试验结束后，一同进行pH值、交换性酸、交换性盐基组成、氮磷钾和有机质含量等理化指标的测定。

本试验中，各处理肥料施用量为：

对于单施化肥处理(NPK)，按氮肥5.2kgN/667m²(折尿素11.3kg/667m²，尿素含N量按46％计算)、磷肥3.75kgP₂O₅/667m²(折过磷酸钙31.3kg/667m²，过磷酸钙含P₂O₅量按12％计算)、钾肥4.5kgK₂O/667m²(折硫酸钾8.7kg/667m²，硫酸钾含K₂O量按52％计算)。

对于单施有机肥处理(M)，按施用牛粪1625.0公斤/667m²，根据施用前测定结果，牛粪的氮磷钾含量分别为N0.32％、P₂O₅0.25％、K₂O0.15％，折5.2kg N/667m²，4.06kg P₂O₅/667m²，2.43kg K₂O/667m²；单施有机肥处理中氮磷钾养分施用量不足的部分用化肥补充，即在施用牛粪1625.0公斤/667m²的基础上，按照养分施用量相等的原则，增施K₂O2.07kg/667m²，折合硫酸钾4.0kg/667m²。

对于有机-无机肥配施处理(NPK-M)，按有机氮与无机氮之比为4：6施用，磷钾肥在扣除有机肥中的相应养分后，用化肥补足，即施用牛粪650.0公斤/667m²，氮素3.1kg/667m²(合尿素6.8kg/667m²)；P₂O₅2.1kg(合过磷酸钙17.7kg/667m²)；K₂O3.5kg/667m²(合硫酸钾6.8kg/667m²)。

试验中所施用的磷肥、有机肥全部于栽种前作基肥施用，氮肥、钾肥分作基肥和追肥施用，基追肥比例按总量计算为6：4。

各处理花生收割后籽粒产量如表1所示。

表1不同处理产量比较

从表1的结果可以看出，在第四纪红土母质发育的酸性土壤中，不同处理下花生的产量差异明显，在单施化肥的基础上增施本发明的红壤改良剂(NPK-R)处理后，花生产量的提高幅度较大，即使是与在常规施肥下效果最好的有机-无机肥配合施用(NPK-M)处理相比较，其增产效果亦十分明显。

施用本发明的红壤改良剂处理的产量与其它处理比较，较对照(CK)增产119.2kg/667m²、提高94.3％；比单施化肥(NPK)处理增加34.2kg/667m²、提高16.2％；比单施有机肥(M)处理增加45.1kg/667m²、提高22.5％；比有机无机肥配合施用(NPK-M)处理增产18.9kg/667m²、提高8.3％，其增产效果较明显。

试验2

在中国农业科学院岳阳农业环境实验站选择pH值较低的红壤旱地进行对比试验，大田面积2亩左右且地势平坦、形状方正，将供试验用大田划分成7.5×5＝37.5平方米的16个小区(每4个小区分为一组，共4组，分别为：I、II、III、IV)。

试验设置4个类型的处理，分别为：(1)不施肥(CK)；(2)单施化肥(NPK)；(3)单施有机肥(M)；(4)在单施化肥基础上增施实施例3的本发明红壤改良剂15公斤/667m²(NPK-R)。试验各处理均按照随机区组排列方式，每个处理重复4次；用玉米作为供试作物。

本试验中，除CK处理外，其余各处理氮磷钾养分的施用量保持相对一致，其中化肥处理种植玉米时氮肥的施用量为18kg N/667m²(折尿素39.1kg/667m²，尿素按含N量46％计算)、磷肥的施用量为6kg P₂O₅/667m²施用(折过磷酸钙50kg/667m²，过磷酸钙中P₂O₅含量按12％计算)、钾肥的施用量为12kgK₂O/667m²(折硫酸钾23.1kg/667m²，硫酸钾按含K₂O52％计算)。单施有机肥为施用猪粪，根据施用时取样分析结果，猪粪中氮磷钾含量分别为含N0.53％、P₂O₅0.84％、K₂O0.71％，因此，猪粪施用量按氮肥用量计算为3400.0公斤/667m²，其中磷钾养分的施用量已超过化肥处理，因此不需补充。

本试验中，磷肥、有机肥全部于播种前作基肥施用，改良剂则在土壤翻耕后、施用基肥3～5天前施用；氮肥和钾肥均按60％作基肥、40％作追肥施用。作为基肥施用的肥料均在玉米播种的同时采取穴施的方式施入，但应避免与玉米种子直接接触。

玉米播种后，观察其出苗期、拔节期、抽雄期、开花期、吐丝期、成熟期等生长阶段。玉米成熟后，按小区收割、分别晒干，测定茎叶和籽粒产量。

试验在玉米播种前和收获后均按相关方法采集0～20cm土层土壤，经均匀混合后，留下1kg左右带回室内自然风干，磨细并过20目筛，留存备用。从过20目筛的样品中取出50～100克样，继续磨细并全部过100目筛，留存备用。所有土壤样品在试验结束后，一同进行pH值、交换性酸、交换性盐基组成、氮磷钾和有机质含量等理化指标的测定。

该试验中，收获后玉米籽粒产量如表2所示。

表2不同处理玉米籽粒产量(公斤/37.5m²)

由表2不同处理玉米籽粒产量的比较可以看出，施用本发明的红壤改良剂处理(NPK-R)玉米籽粒产量，较单施氮磷钾化肥处理(NPK)增加20.4％，较单施有机肥处理(M)增加12.4％，而比不施肥处理(CK)增加36.6％，其对玉米的增产效果显著。

试验3

在湖南祁阳县中国农业科学院红壤实验站周边选择一块第四纪红土母质发育的旱地，该旱地肥力瘠薄、pH值5.6，面积约750m²。

在该旱地中开展田间试验小区，面积为8m×5m＝40m²。设立四种处理类型：(1)不施肥(CK)；(2)单施化肥(NPK)；(3)单施有机肥(M)；(4)单施化肥+施用实施例4的本发明红壤改良剂15公斤/667m²(NPK-R)。试验重复3次，小区按随机区组排列，供试作物为黄花莱。按照实施例1方法制备的本发明改良剂在春季黄花菜移栽前3～5天穴施，并避开与氮磷钾化肥同时施用。

各处理的施肥量分别为：CK处理不施用任何肥料。单施化肥处理氮肥按每季12.0kgN/667m²施用(折尿素26.1kg/667m²，尿素按含N46％计算)；磷肥按每季8kgP₂O₅/667m²施用(折过磷酸钙66.7kg/667m²，过磷酸钙按含P₂O₅12％计算)；钾肥按每季10.0kgK₂O/667m²施用(折硫酸钾19.2kg/667m²，硫酸钾按含K₂O52％计算)。有机肥处理施用猪粪，按施用前采样测定结果含N0.40％、P₂O₅0.36％、K₂O0.52％计算，以与单施化肥处理等氮量折算施用量为3000.0kg/667m²，有机肥处理中磷钾养分已超过单施化肥处理的量，因此不需要再补充磷钾化肥。

单施化肥+施用实施例4的本发明红壤改良剂的处理的氮磷钾养分施用量与单施化肥处理相同，但在基肥施用前3～5天按穴施方法施入实施例4的本发明红壤改良剂15kg/667m²。

所施用的各种肥料中，有机肥和磷肥、钾肥全部作为基肥，在黄花菜移栽前一次按穴施方法施入土壤中；氮肥按照一次基肥、两次追肥的方式施用，其比例为5：3：2，即基肥50％、苗期追肥30％、蕾期追肥20％，其中基肥与磷钾肥一同施用，追肥分别在苗期、现蕾期按穴施方法施用。上述各处理的田间管理与普通大田相同。

黄花菜移栽后，观察记载其生长阶段。每次采收黄花后，按处理分别称重，计算黄花菜产量(鲜重)。

试验开始前和结束后，均按相关方法采集0～20cm土层土壤，经均匀混合后，留下1kg左右带回室内自然风干，磨细并过20目筛，留存备用。从过20目筛的样品中取出50～100克样，继续磨细并全部过100目筛，留存备用。所有土壤样品在试验结束后，一同进行pH值、交换性酸、交换性盐基组成、氮磷钾和有机质含量等理化指标的测定。

试验各处理黄花菜产量如表3所示。

表3不同处理黄花莱产量比较

从表3结果可以看出，在试验所处地区红壤旱地中种植黄花菜，施肥处理均表现出较好的增产效果，其中单施化肥(NPK)处理的增产效果较单施有机肥(M)处理效果好，这可能在很大程度上与化肥肥效较有机肥快、对当季作物养分供给较充足等有关。而在单施化肥的基础上增施本发明实施例4的红壤改良剂后，黄花菜的产量较不施肥(CK)处理增加了1.15倍，较单施化肥(NPK)处理产量增加43.3kg/667m²、提高了21.3％，较单施有机肥(M)处理产量增加82.8kg/667m²、提高了50.7％，其增产效果是十分明显的。

试验1～试验3前后土壤相关理化性质变化

将前述试验1～试验3的试验前、试验结束作物收获后分别采集并留存的过20目、100目筛的土壤样品，按照相关方法测定交换性酸、交换性H⁺、交换性Al³⁺、pH值及有机质和氮磷钾等养分的含量，将不同试验前后的分析结果进行比较。其中，试验1的土壤分析结果如表4所示。

表4不同处理下试验前后土壤相关理化性质变化

从表4中的结果可以看出，在本试验中种植花生条件下，除对照外，不同处理土壤有机质、碱解氮、速效磷、速效钾含量均有一定幅度增加，即在本研究施肥水平下养分相对有所盈余并在土壤中累积，这对提高土壤养分的供应能力具有较好效果。而不同处理下土壤pH值、交换性酸、交换性H⁺、交换性Al³⁺含量比较，则土壤pH值的升高幅度、土壤中交换性酸、交换性H⁺、交换性Al³⁺含量的降低幅度均以单施化肥+施用本发明红壤改良剂后的效果更好，pH值较其它处理增加约0.1个单位、交换性酸含量减少0.2cmol(+)/kg、交换性H⁺含量减少0.1cmol(+)/kg、交换性Al³⁺含量亦有一定幅度减少，即与其它处理比较，施用本发明的红壤改良剂对抑制土壤酸化、改良土壤酸性效果显著。

结合前述不同处理花生产量比较，施用本发明的改良剂后，花生产量提高、土壤酸性得到改良、酸化得到有效控制，其效果是十分显著的。

试验2中土壤分析结果如表5所示。

表5不同处理下试验前后土壤相关理化性质变化

从表5的结果可以看出，在红壤旱地中种植玉米时，施用本发明的红壤改良剂后，不仅对玉米具有较好的增产效果，而且土壤养分含量也有一定幅度增加，土壤pH值呈上升趋势、交换性酸含量则有一定下降，交换性H⁺、交换性Al³⁺的含量亦与其它处理比较有一定幅度减少，该结果与前述种植花生条件下的变化趋势是一致的，说明施用该改良剂对改良土壤酸性确实具有良好的效果。

试验3中土壤分析结果如表6所示。

表6不同处理下试验前后土壤相关理化性质变化

从表6的结果可以看出，在红壤旱地种植黄花菜时施用本发明的红壤改良剂，不仅其对黄花菜具有较好的增产效果，而且也在很大程度上改善了土壤的理化性质。本试验所测定的相关指标中，施用本发明的红壤改良剂后，土壤养分等性质与前述种植花生、玉米的结果大致相同，即有机质和养分含量有一定幅度增加，土壤pH值有一定幅度提高，交换性酸、交换性H⁺、交换性Al³⁺的含量均有一定程度下降。该结果同样说明，施用本发明的改良剂后，不仅对作物具有良好的增产效果，而且同时具有良好的酸性改良作用。

对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，能够在不背离本发明的原理和范围的情况下，根据本发明的方法进行形式和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本发明的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims

1.一种红壤改良剂，其特征在于，按重量百分比计算由以下物质组成：30％～40％的赤泥、15％～25％的海泡石、20％～30％的秸秆生物质焦、10％～15％的氢氧化钙以及10％～15％的氧化镁。

2.一种如权利要求1所述的红壤改良剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将加水的物料置于水泥池内并覆盖，堆置3～5天后，从所述水泥池内移入碳化炉中，缓慢加热至500～550℃并保持100分钟～2.5小时，自然冷却至室温；

从所述碳化炉中取出冷却至室温的物料，加入10～15千克氢氧化钙及10～15千克氧化镁，并均匀混合，磨细过0.20～0.30mm筛，制成所述红壤改良剂。

3.一种如权利要求1所述的红壤改良剂在增加红壤区的农作物产量上的应用。

4.一种如权利要求1所述的红壤改良剂在抑制红壤酸化方面的应用。