CN113621378A - 一种旱地酸性红壤改良方法、改良红壤及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种旱地酸性红壤改良方法、改良红壤及其应用，旱地酸性红壤改良方法，包括以下步骤：将河道底泥脱水处理后的泥饼与生物质炭混合后，施用于酸性红壤；将所述酸性红壤进行人工或机械翻耕，得到混合均匀的混合土壤；或者，包括以下步骤：将河道底泥脱水处理后的泥饼与生物质炭分别施用于酸性红壤；将所述酸性红壤进行人工或机械翻耕，得到混合均匀的混合土壤。本发明提供的改良方法利用固体废弃物中的可资源化成分，绿色环保、工艺简单、成本较低，适宜大面积应用，而且，能够提高旱地酸性红壤中全氮和有效磷含量，提升土壤pH值，有效改善旱地酸性红壤的理化性质和作物的生长状况，对多种作物都具有生长促进作用。
Description
技术领域
本发明涉及土壤改良技术领域，具体涉及一种旱地酸性红壤改良方法、改良红壤及其应用。
背景技术
旱地红壤是我国南方重要的土地资源，约占全国土地面积的22.7％，是农业开发与经济发展的重要基地。但是，由于长期不合理的开发与利用，自然植被大面积受到破坏，林果业及饲养、养殖业发展受到了极大限制，水土流失加剧、土壤质量退化、季节性干旱频繁，最终引起生态***退化，影响农业可持续发展。因此，开发和集成旱地红壤酸化阻控和肥力及生态功能定向培育，是提高旱地红壤生产力、增强生态功能、实现粮食安全、改善环境和促进“三农”发展的核心内容之一。
红壤旱地在生产过程中主要存在两个亟待解决的问题：(1)红壤酸化问题。旱地红壤pH值一般小于5.5，且酸化面积仍在持续扩大，酸化程度仍在升高，严重酸化的土壤pH值甚至低于4.5。酸化将导致土壤中营养元素，如P、Mo、Ca、Mg的缺乏，并对植物产生毒害，土壤中养分的供应失调，严重影响了理化性质，导致土壤对化肥的依赖性亦愈来愈强，而且也将使作物的生长受到严重的阻碍。(2)旱地红壤的肥力水平普遍低下。不同母质发育的红壤旱地土壤有机质含量大多低于20g/kg，且缺乏N、P、K等养分，部分土壤有效磷含量仅为0-3mg/kg，全磷为0.2-1.1g/kg。以土壤酸化阻控和肥力功能恢复重建为主体的生态农业综合治理，改良酸性红壤，充分发挥其潜在生产力，已成为一项刻不容缓的任务。
而河道疏浚是现代河道综合整治中不可或缺的手段，而疏浚过程不可避免产生大量底泥。传统的处置方法不仅占地大，易发生二次污染，且造成底泥中大量可利用成分(如氮磷营养盐、有机质、矿物成分、微量元素等)的资源浪费。底泥的资源化利用，已然成为社会发展的必然要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种旱地酸性红壤改良方法、改良红壤及其应用，通过利用处理河道底泥得到的泥饼富含氮磷营养盐、有机质、水分，以及呈现碱性的特点，与旱地酸性红壤形成互补机制，改善旱地酸性红壤的理化性质和肥力水平。本发明提供的改良方法绿色环保、工艺简单、成本较低、无需复杂的设备，而且改良方法中所用的泥饼和生物质炭均来自固体废弃物，通过废物资源化利用，可实现良好的环境效益。
本发明提供了一种旱地酸性红壤改良方法，包括以下步骤：
将河道底泥脱水处理后的泥饼与生物质炭混合后，施用于旱地酸性红壤，或者，将河道底泥脱水处理后的泥饼与生物质炭分别施用于旱地酸性红壤；
将所述旱地酸性红壤进行人工或机械翻耕，混合均匀，老化后得到改良旱地酸性红壤。
本发明泥饼原料主要来源于淡水水域底泥，包括但不限于河道、湖泊、水库底泥等。
优选的，所述泥饼为河道底泥经筛分、絮凝、沉淀、脱水处理后形成的块状底泥，详细处理流程和工艺如下：
筛分：通过不同孔径的振动筛对河道底泥筛分，将垃圾、砾石、沙子分离，剩余泥浆进入泥浆沉淀池；
絮凝：在进入泥浆沉淀池的泥浆中添加聚合氯化铝(PAC)、聚合氯化铁(PFC)或聚丙烯酰胺(PAM)等化学絮凝剂，进行混合；
沉淀：泥浆在絮凝剂的作用下形成团聚体，逐渐沉淀；
脱水：将沉淀的泥浆采用板框压滤等物理工艺进行脱水处理，形成泥饼。
优选的，所述泥饼含水率为40％～60％，pH值为8.0～9.5，全氮含量为20～40g/kg，有效磷含量为400～800mg/kg，有机质含量为10wt％～30wt％。pH值更优选为9.0～9.5，全氮含量更优选为35～40g/kg；有效磷含量更优选为600～800mg/kg；有机质含量更优选为25％～30％。
优选的，所述生物质炭的原料为动物粪便、木屑、秸秆、菌棒。生物质炭是将生物质材料在无氧条件下进行热解，最终形成的固体物质为生物质炭。热解温度一般为300℃以上。在本发明中，所述生物质炭的原料来源主要为纤维素类废弃生物质，包括但不限于上述。
优选的，所述生物质炭的粒度<5mm。更优选为<1mm。
优选的，所述翻耕深度为10～40cm，翻耕时间为15～60min。在本发明中，翻耕深度更优选为20～30cm，翻耕时间更优选为30～60min。本发明对于所述翻耕的方式没有特殊限定，采用本领域熟知的人力、蓄力或机械方式均可。
优选的，翻耕后进行喷淋作业，喷淋的土壤湿度为30％～70％，更优选为50％～60％。本发明在翻耕后进行喷淋作业，能够加速泥饼和红壤之间的物质交换速率，缩短改良时间，从而改善红壤的理化性质，提高作物生长状况。在本发明中，所述喷淋作业的方式没有特殊限定，采用本领域熟知的操作方式即可；优选人工喷淋。
本发明提供了上述技术方案所述改良方法改良的旱地酸性红壤，所述改良的旱地酸性红壤中全氮含量>10g/kg，有效磷含量>200mg/kg，pH值>6.0。
本发明还提供了上述技术方案所述改良的旱地酸性红壤栽培油菜的应用。
在本发明中，所述改良旱地酸性红壤优选用于作物的大棚盆栽试验。在本发明中，所述作物优选包括油菜、玉米和草莓中的一种或几种。
在本发明中，所述改良旱地酸性红壤作为油菜大棚盆栽栽培的应用条件包括：所用改良旱地酸性红壤的泥饼含量优选为10％～60％；生物质炭含量优选为1％～5％；湿度优选为30％～50％；室内温度优选为20～30℃。
本发明的有益效果：
本发明一方面通过利用固体废弃物河道底泥中的氮磷元素和有机质，提升土壤肥力；另一方面利用泥饼碱性且含水率较高的特征，中和旱地酸性红壤的酸性，提高旱地酸性红壤pH值和含水率，减缓营养元素的流失、避免作物根系毒害作用和土壤重金属元素的溶出。同时，由于生物质炭本身是一种多孔材料，水分可以保存在生物质炭的空隙结构中，因此本发明通过生物质炭的加入，一方面提升旱地酸性红壤的保水能力；另一方面避免因加入泥饼而导致的旱地酸性红壤孔隙率下降。本发明提供的改良方法，绿色环保、工艺简单、成本较低，且通过废物利用，避免资源浪费，实现了良好的环境效益，适宜大面积应用。
而且，本发明提供的改良方法，能够提高旱地酸性红壤中全氮和有效磷含量，能够有效提升土壤pH值得和营养成分，以及作物的生长状况，对多种作物都具有生长促进作用，例如油菜、玉米、草莓等。如本发明实施例结果所示，本发明中改良的旱地酸性红壤的全氮含量最高达17.2g/kg，有效磷含量最高达271.7mg/kg，pH最高达6.48。
附图说明
图1为泥饼含量对红壤理化性质和作物生物量影响图。
图2为生物质炭含量对红壤理化性质和作物生物量影响图。
图3为改良红壤对不同作物生物量的影响图。
具体实施方式
下面对本发明涉及的结构或这些所使用的技术术语做进一步的说明。这些说明仅仅是采用举例的方式进行说明本发明的方式是如何实现的，并不能对本发明构成任何的限制。
在本发明中，若无特殊说明，所有的原料组分均为本领域技术人员熟知的固体废弃物或市售商品。
实施例1
将600g泥饼、400g旱地酸性红壤和50g生物质炭充分混合后，置于种植盆内，洒入500g水，放置在自然状态下老化7天；将种植盆移入25℃大棚内，种植盆中种入油菜籽10粒；每3天浇水1次，每次200mL。
实施例2～4
按照实施例1的方法准备改良旱地酸性红壤，并种植油菜籽，实施例1～4的改良条件、所得改良旱地酸性红壤理化性质检测结果及油菜生物量测试结果如表1所示。
对比例1～4
按照实施例1的方法准备改良旱地酸性红壤，对比例1～4的改良条件、所得改良旱地酸性红壤理化性质检测结果及油菜生物量测试结果如表1所示。
将实施例1～4和对比例1～4的改良旱地酸性红壤用于油菜盆栽试验：将种植盆转移至25℃大棚内，每3天浇水1次，每次200mL，种植60天后，将油菜拔出，洗净根部土壤，风干表面水分后，立刻进行称重，测试生物量。同时，每个种植盆内取改良旱地酸性红壤样品50g，在避光条件下自然风干、研磨、过0.5mm筛后，进行理化性质的分析。实施例1～4与对比例1～4的理化性质的分析结果和油菜生物量测试结果列于表1。
表1实施例1～4和对比例1～4的改良条件、理化性质和生物量
由表1可知，本发明实施例的改良旱地酸性红壤的全氮含量、有效磷含量和有机质含量全面提高，最高分别达到17.2g/kg、271.7mg/kg和9.33wt％；同时，pH值也相应升高，对油菜产量具有良好的提升效果。
将实施例1～4和对比例1的改良旱地酸性红壤理化性质和油菜生物量如图1所示。由表1和图1可知，当泥饼含量增加，改良旱地酸性红壤中的全氮、有效磷和有机质含量增加；同时，pH值升高，相应的油菜生物量越高。
将实施例1和对比例2～4的改良旱地酸性红壤理化性质和油菜生物量如图2所示。由表1和图2可知，当生物质炭含量增加，改良旱地酸性红壤中的全氮、有效磷和有机质含量有小幅度增加，相应的油菜生物量也有一定提升；另外，由于生物质炭呈现碱性，生物质炭对红壤pH的提升也具有一定的效果。
实施例5～6
按照实施例1的方法准备改良旱地酸性红壤，与实施例1的区别在于所栽培作物为玉米和草莓，所得改良旱地酸性红壤的理化性质分析结果和油菜生物量测试结果如表2所示。
对比例6～7
按照实施例1的方法准备改良旱地酸性红壤，与实施例1的区别在于泥饼含量和生物质炭含量均为0％，所栽培作物为玉米和草莓，所得改良旱地酸性红壤的理化性质分析结果和油菜生物量测试结果如表2所示。
表2实施例5～6的改良条件、理化性质和生物量
由表2和图3可知，本发明实施例的改良旱地酸性红壤对油菜、玉米和草莓的生长都具有良好的促进效果，对比改良前后，三种作物的生物量均有较大幅度的提升，最大提升幅度达到71.4％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种旱地酸性红壤改良方法，其特征在于，包括以下步骤：
将河道底泥脱水处理后的泥饼与生物质炭混合后，施用于旱地酸性红壤；或者，将河道底泥脱水处理后的泥饼与生物质炭分别施用于旱地酸性红壤；
将所述旱地酸性红壤进行人工或机械翻耕，混合均匀，老化，得到改良旱地酸性红壤。
2.如权利要求1所述的一种旱地酸性红壤改良方法，其特征在于，所述泥饼为河道底泥经过筛分、絮凝、沉淀、脱水后形成的块状底泥，具体方法如下：
筛分：通过不同孔径的振动筛对河道底泥，将垃圾、砾石、沙子分离，剩余泥浆进入泥浆沉淀池；
絮凝：在进入泥浆沉淀池的泥浆中添加聚合氯化铝、聚合氯化铁或聚丙烯酰胺化学絮凝剂，进行混合；
沉淀：泥浆在絮凝剂的作用下形成团聚体，逐渐沉淀；
脱水：将沉淀的泥浆采用板框压滤等物理工艺进行脱水处理，形成泥饼。
3.如权利要求2所述的一种旱地酸性红壤改良方法，其特征在于，所述泥饼含水率为40％～60％，pH值为8.0～9.5，全氮含量为20～40g/kg，有效磷含量为400～800mg/kg，有机质含量为10wt％～30wt％。
4.如权利要求1所述的一种旱地酸性红壤改良方法，其特征在于，所述生物质炭的制备原材料为动物粪便、木材、秸秆、菌棒。
5.如权利要求5所述的一种旱地酸性红壤改良方法，其特征在于，所述生物质炭的粒度<5mm。
6.如权利要求1所述的一种旱地酸性红壤改良方法，其特征在于，所述翻耕深度为10～40cm，翻耕时间为15～60min。
7.如权利要求6所述的一种旱地酸性红壤改良方法，其特征在于，翻耕后进行喷淋作业，喷淋的土壤湿度为30％～70％。
8.权利要求1～7任一项所述改良方法改良的旱地酸性红壤，其特征在于，所述改良旱地酸性红壤中的全氮含量>10g/kg，有效磷含量>200mg/kg，pH值>6.0。
9.权利要求8所述的改良旱地酸性红壤应用于油菜栽培。
10.如权利要求9所述的油菜大棚盆栽栽培的应用条件包括：所用改良旱地酸性红壤的泥饼含量为10％～60％；生物质炭含量为1％～5％；湿度为30％～50％；室内温度为20～30℃。
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