CN108329915A - 一种基于玉米秸秆的酸化红壤改良剂及其制备和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于玉米秸秆的酸化红壤改良剂及其制备和使用方法，该酸化红壤改良剂为玉米秸秆生物炭和石灰组成的混合物，其中，所述玉米秸秆生物炭的质量百分比为70%‑90%。在农作物种植前耕地时，将所述酸化红壤改良剂条施或者全面撒施入耕种土壤中，所述酸化红壤改良剂的使用量为每亩农田施用270‑540公斤。本发明充分发挥了秸秆生物炭的用途，一方面提供了农业固体废弃物资源化的经济选择，另一方面本材料配方及其使用方法能有效改良酸化红壤农田，更独特的优势是作为复合改良剂，弥补石灰等单一施用的不足，有长效性调节土壤酸度、固定有害重金属、增强土壤肥力，提高农作物产量、改善农产品品质、保障食品安全等多重功能效果。

Description

一种基于玉米秸秆的酸化红壤改良剂及其制备和使用方法

技术领域

本发明涉及农业环保技术领域，具体说是一种基于玉米秸秆的酸化红壤改良剂及其制备和使用方法。

背景技术

作为广泛存在的农业固体废弃物，玉米等农作物秸秆每年产量巨大，但田间焚烧等处理方式导致空气污染等环境危害较大，因而将这些农业固体废弃物资源化利用备受关注，将其制备成功能多样的生物炭（Biochar）是一种新近的环保应用方式。

另一方面，当前我国红壤地区农田酸化现象普遍，而且通常还伴随着重金属如镉污染，对农业生产和生态环境都造成巨大损害且威胁食品安全。因此，采取有效措施对严重酸化红壤进行改良和修复，对保护农业生态环境以及保障农产品安全生产和农业可持续发展具有重要环境意义和经济效益。传统上国内外主要采用单施石灰等碱性物质进行土壤酸化改良，以及最近将水稻秸秆等生物炭用于土壤重金属固定，但单一石灰的副作用过大容易造成土壤板结及复酸化现象，单一生物炭则对土壤酸度调节效果欠佳，因而无法兼顾改善土壤pH、固定污染物、提升肥力等多种现实农业和环境需求。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术中的不足，提供一种基于玉米秸秆的酸化红壤改良剂及其制备和使用方法。

本发明的另一目的是提供一种基于玉米秸秆的酸化红壤改良剂的制备方法。

本发明的第三个目的是提供一种基于玉米秸秆的酸化红壤改良剂的使用方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于玉米秸秆的酸化红壤改良剂，其特征在于，该酸化红壤改良剂为玉米秸秆生物炭和石灰组成的混合物，其中，所述玉米秸秆生物炭的质量百分比为70%-90%。生物炭通常是由作物秸秆、木屑等生物质原料在完全或部分缺氧以及<700℃相对低温的条件下经热解炭化形成的一种富炭、细颗粒、性质稳定的高稳定性多孔产物，最初为减少大气CO₂浓度缓解温室效应即作为固碳载体而被提出，同时由于它的大表面积、多孔结构和特殊的表面组成，最近也开始在土壤保水、吸附固定污染物等领域表现出潜力。

本发明进一步的设计方案中，上述玉米秸秆生物炭颗粒的质量百分比为83%。

基于玉米秸秆的酸化红壤改良剂的制备方法，其步骤为：

步骤一，将晒干玉米秸秆切成小于10 cm的小段，在300～500℃裂解温度下厌氧闷烧4～12小时，得到玉米秸秆生物炭，碾碎成颗粒；

步骤二，将玉米秸秆生物炭颗粒和石灰粉末按上述质量百分比要求进行配比后进行充分混合均匀，得到基于玉米秸秆的酸化红壤改良剂。

本发明进一步的设计方案中，步骤1中粉碎后得到的玉米秸秆生物炭颗粒和石灰粉末粒度要求至少需过5目筛-10目筛。

基于玉米秸秆的酸化红壤改良剂的使用方法，具体方法为：在农作物种植前耕地时，将所述酸化红壤改良剂条施或者全面撒施入耕种土壤中，所述酸化红壤改良剂的使用量为每亩农田施用270-540公斤。

本发明具有以下突出的有益效果：

本发明充分发挥了秸秆生物炭的用途，一方面提供了农业固体废弃物资源化的经济选择，另一方面本材料配方及其使用方法能有效改良酸化红壤农田，更独特的优势是作为复合改良剂，弥补石灰等单一施用的不足，有长效性调节土壤酸度、固定有害重金属、增强土壤肥力，提高农作物产量、改善农产品品质、保障食品安全等多重功能效果，在农业生态环境保护领域具有广泛的应用前景，而且本材料价格低廉，农村来源广泛，农民操作简便，便于普遍实施和农技推广。

附图说明

图1是实施例2中作物生物量试验结果对照图；

图2是实施例2中土壤pH值试验结果对照图；

图3是实施例2中作物Cd含量试验结果对照图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

实施例 1

基于玉米秸秆的酸化红壤改良剂的制备：玉米秸秆生物炭为取自江苏的天然玉米秸秆烧制得到（先将玉米秸秆切成<5 cm小段，在300℃裂解温度下厌氧闷烧12h，得到玉米秸秆生物炭，碾碎成颗粒过5目筛），具体生物炭制备设备及工艺可参见专利文献CN201506767U。然后将玉米秸秆生物炭颗粒和过10目筛的石灰粉末按质量百分比5:1进行配比后进行充分混合均匀，得到基于玉米秸秆的酸化红壤改良剂。

试验用的酸化红壤采集于湖南长沙，pH 4.43酸化严重，重金属轻微污染，用该土壤在温室连续进行了２茬青菜盆栽验证，实验包括不添加任何改良材料的对照一组、添加1%玉米秸秆生物炭的对照二组、添加0.2%石灰的对照三组和施用本实施例中配制的酸化红壤改良剂的土壤改良组共4组。改良组的土壤只在第一茬青菜种植前按风干的土壤质量的1.2%拌施入（相当于500公斤/亩的施用量）试验中的拌施与生产中的条施或者全面撒施效果相同，每组各设３个重复。

青菜收获后，对对照组和土壤改良组的青菜分别进行生物量、重金属含量分析，并采集土壤溶液进行pH测定和重金属浓度分析。所得到的结果取平均数据，结果见表1。由表1可见，原始农田红壤质量退化严重，酸化程度较高（pH<4.5），青菜长势欠佳；在经过酸化红壤改良剂改良后，各种指标都远优于原土的对照一组并且比分别施用了玉米炭的对照二组和施用了石灰的对照三组的单一效果都更强：土壤pH增高超2.4个单位，得到显著提升，青菜生长状况良好而且生物量大幅提高，青菜中的典型有害重金属污染物也都大幅减少，土壤中重金属的活性降低，青菜品质安全得到保障。

表1. 青菜种植试验结果（平均值，n=3）。

实施例2

基于玉米秸秆的酸化红壤改良剂的制备：将过5目筛的玉米秸秆生物炭颗粒和过10目筛的石灰粉末按质量百分比5:1进行配比后进行充分混合均匀，得到基于玉米秸秆的酸化红壤改良剂。

试验用的酸化红壤采集于湖南，pH 4.43酸化严重，重金属轻微污染，用该土壤在温室连续进行了２茬生菜盆栽验证，实验包括不添加任何改良材料的对照一组、添加1%玉米秸秆生物炭的对照二组、添加0.2%石灰的对照三组和施用本实施例中配制的酸化红壤改良剂的土壤改良组共4组。改良组的土壤只在第一茬生菜种植前按风干的土壤质量的1.2%拌施入，每组各设３个重复。

生菜收获后，对对照组和土壤改良组的生菜分别进行生物量、重金属含量分析，同时采集土壤溶液进行pH测定和重金属浓度分析。所得到的结果取平均数据，结果见附图1-3。由附图1-3可见，原始农田红壤质量退化严重，酸化程度较高使得生菜难以生长；在经过酸化红壤改良剂改良后，各种指标都远优于原土的对照一组并且比分别施用了玉米炭的对照二组和施用了石灰的对照三组的单一效果都更高：土壤溶液pH增高超2个单位，得到显著提升，生菜生长状况良好而且生物量大幅提高，比施用了玉米炭的对照二组和施用了石灰的对照三组单一效果都显著提高，生菜中的典型有害重金属污染物也都大幅减少，土壤中重金属的活性降低，生菜品质安全得到保障。

本发明不仅适用于青菜、生菜之类的旱作物，同样适用于水稻之类的水田调节修复土壤酸度的效果。

本发明充分发挥了玉米秸秆生物炭的农业用途，综合其污染物吸附性能、调节养分等与石灰强碱性的优缺点，有潜力开发出一种价格低廉、来源广泛、操作简便、便于推广的能有效、持久改良酸化红壤的复合改良剂。一方面能实现大量玉米秸秆的废弃物资源化经济利用，另一方面能弥补生物炭、石灰等单一农业施用的不足而通过同时调节土壤pH、固定有害重金属、提升肥力等作用，达到提高农作物产量、改善农产品品质、保障食品安全等目的。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于玉米秸秆的酸化红壤改良剂，其特征在于，该酸化红壤改良剂为玉米秸秆生物炭和石灰组成的混合物，其中，所述玉米秸秆生物炭的质量百分比为70%-90%。

2.根据权利要求1所述的基于玉米秸秆的酸化红壤改良剂，其特征在于，所述玉米秸秆生物炭的质量百分比为83%。

3.权利要求1或2所述的基于玉米秸秆的酸化红壤改良剂的制备方法，其步骤为：

步骤一，将晒干玉米秸秆切成小于10 cm的小段，在300～500℃裂解温度下厌氧闷烧4～12小时，得到玉米秸秆生物炭，碾碎成颗粒；

步骤二，将玉米秸秆生物炭颗粒和石灰粉末按权利要求1或权利要求2中质量百分比要求进行配比后进行充分混合均匀，得到基于玉米秸秆的酸化红壤改良剂。

4.根据权利要求3所述的基于玉米秸秆的酸化红壤改良剂的制备方法，其特征在于，步骤1中粉碎后得到的玉米秸秆生物炭颗粒和石灰粉末粒度要求至少需过5目筛-10目筛。

5.权利要求1或2所述的基于玉米秸秆的酸化红壤改良剂的使用方法，其特征在于，在农作物种植前耕地时，将所述酸化红壤改良剂条施或者全面撒施入耕种土壤中，所述酸化红壤改良剂的使用量为每亩农田施用270-540公斤酸化红壤改良剂。