本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)技術(shù)，特別是涉及一種酸性土壤改良劑及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和農(nóng)業(yè)的發(fā)展，由于長(zhǎng)期氮肥過(guò)量施用等原因，致使我國(guó)酸化土壤的面積和酸化程度呈逐漸增加趨勢(shì)。土壤酸化不僅使土壤中營(yíng)養(yǎng)元素如鉀、鈣、鎂等大量流失，而且使土壤中各種金屬和重金屬化合物的溶解度增加，導(dǎo)致土壤中重金屬對(duì)環(huán)境的危害，此外土壤酸化還會(huì)破壞土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致土壤通氣透水性不良，降低磷的有效性等環(huán)境問(wèn)題，嚴(yán)重影響我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的能力。

從生態(tài)環(huán)境保護(hù)的角度出發(fā)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的秸稈，這些廢棄生物質(zhì)資源如可以通過(guò)制備變?yōu)橥寥栏牧紕?，將其變廢為寶，在充分利用廢棄資源保護(hù)環(huán)境的同時(shí)，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高酸性土壤pH。而生物炭作為一種在缺氧條件下通過(guò)熱解生物質(zhì)而得到的碳質(zhì)材料，因其獨(dú)特物化的性質(zhì)而受到人們關(guān)注。在傳統(tǒng)的生物炭制備中，會(huì)使得生物炭本身帶有少量的堿性基團(tuán)，以提高酸性土壤pH，但提高土壤pH能力有限，并且生物炭添加到土壤中會(huì)隨著時(shí)間進(jìn)行，pH慢慢又酸化，不能達(dá)到長(zhǎng)期改良的效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種酸性土壤改良劑，并提供了其制備方法與應(yīng)用。

技術(shù)方案：本發(fā)明所述的一種酸性土壤改良劑，由生物炭、泥炭和鈣鎂磷肥組成，其中，生物炭、泥炭和鈣鎂磷肥的質(zhì)量比為5～7：2～4：1～2。

優(yōu)選的，所述生物炭、泥炭和鈣鎂磷肥的質(zhì)量比為7：2：1。

本發(fā)明的酸性土壤改良劑組分簡(jiǎn)單，但是配合使用能夠起到很好的改良酸性土壤作用，其中，生物炭采用了特殊的制備工藝，使得其中的的堿性基團(tuán)增加，具有更強(qiáng)的對(duì)于土壤中pH的中和能力；泥炭中含有腐殖酸，可以進(jìn)一步緩沖pH；鈣鎂磷肥能夠在改良劑調(diào)節(jié)pH的同時(shí)補(bǔ)充土壤的微量元素，從而達(dá)到全面改良土壤，提高農(nóng)作物產(chǎn)量。

上述酸性土壤改良劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)生物炭的制備：取秸稈，粉碎后置300～500℃、N₂保護(hù)下裂解2～4h；將裂解所得產(chǎn)物升溫至600～800℃，并持續(xù)通入氨氣，活化1～3h，冷卻過(guò)篩，即得生物炭；

(2)混合：將步驟(1)制備所得生物炭與泥炭、鈣鎂磷肥混合均勻即得。

優(yōu)選的，步驟(1)中，秸稈為玉米秸稈、水稻秸稈和小麥秸稈中的至少一種，秸稈粉碎到3～8mm，最好為5mm。

優(yōu)選的，步驟(1)中，將裂解所得產(chǎn)物以5～15℃/min的速率升溫至600～800℃。

優(yōu)選的，步驟(1)中，步驟(1)中，在0.1～0.3MPa壓力下通入氨氣，通入氨氣的流速為200～600ml/min。

優(yōu)選的，步驟(1)中，活化溫度為750℃。

優(yōu)選的，步驟(1)中，活化時(shí)間為2h。

優(yōu)選的，步驟(2)中，活化冷卻后過(guò)1～5mm篩。

相比較于傳統(tǒng)的生物炭制備，本發(fā)明中的生物炭的制備中增加了高溫下的氨氣活化工藝，對(duì)生物炭進(jìn)行改性，從而大大提高了生物炭中的堿性基團(tuán)，提高了其對(duì)于土壤中pH的中和能力。

所述酸性土壤改良劑在改良酸性土壤中的應(yīng)用也在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。

使用所述酸性土壤改良劑改良酸性土壤時(shí)，是將其按比例添加到需要改良的酸性土壤中。

優(yōu)選的，所述酸性土壤改良劑的使用量占待改良土壤重量的1-6％。

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述酸性土壤改良劑的使用量占待改良土壤重量的3％。

有益效果：本發(fā)明的酸性土壤改良劑組分簡(jiǎn)單，效果好，在調(diào)節(jié)酸性土壤pH的同時(shí)還能補(bǔ)充土壤中的有機(jī)質(zhì)含量，達(dá)到全面改良土壤，提高農(nóng)作物產(chǎn)量。本發(fā)明酸性土壤改良劑的制備方法簡(jiǎn)單，易于操作；并且其中生物炭的制備中充分利用秸稈等廢棄資源，環(huán)保、成本低；本發(fā)明生物炭的制備中增加了氨氣活化工藝，對(duì)生物炭進(jìn)行了改性，大大提高了生物炭中的堿性基團(tuán)，進(jìn)一步提高了其對(duì)于土壤中pH的中和能力。

說(shuō)明書(shū)附圖

圖1是本發(fā)明制備所得生物炭的掃描電鏡圖；

圖2是施用本發(fā)明的酸性土壤改良劑之后土壤PH值隨時(shí)間變化曲線；

圖3是施用本發(fā)明的酸性土壤改良劑之后土壤有機(jī)質(zhì)含量隨時(shí)間變化曲線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作出詳細(xì)說(shuō)明。

原料來(lái)源：

泥炭購(gòu)自碧源泥炭開(kāi)發(fā)有限公司(特優(yōu)泥炭)；

鈣鎂磷肥購(gòu)自云南明誠(chéng)化肥有限公司(麥鄉(xiāng)寶)。

實(shí)施例1

本實(shí)施例的酸性土壤改良劑的制備方法包括以下步驟：

(1)生物炭的制備：取水稻秸稈，粉碎至5mm后，置400℃、N₂保護(hù)下裂解3h；將溫度提高至700℃，升溫速度為10℃/min，并在0.1～0.3MPa壓力下以200ml/min的流速持續(xù)通入氨氣，活化2h后，冷卻過(guò)5mm篩，即得生物炭；

(2)混合：將步驟(1)制備所得生物炭與購(gòu)買的泥炭、鈣鎂磷肥按質(zhì)量比為5:4:1混合均勻即得酸性土壤改良劑。

對(duì)比例1

本對(duì)比例的酸性土壤改良劑的制備中，經(jīng)過(guò)步驟(1)裂解后直接冷卻過(guò)5mm篩得生物炭，不經(jīng)過(guò)氨氣活化；其余均同實(shí)施例1。

實(shí)施例2

本實(shí)施例的酸性土壤改良劑的制備方法包括以下步驟：

(1)生物炭的制備：取玉米秸稈，粉碎至3mm后，置300℃、N₂保護(hù)下裂解2h；將溫度提高至600℃，升溫速度為5℃/min，并在0.1～0.3MPa壓力下以500ml/min的流速持續(xù)通入氨氣，活化1h，冷卻過(guò)2mm篩，即得生物炭；

(2)混合：將步驟(1)制備所得生物炭與購(gòu)買的泥炭、鈣鎂磷肥按質(zhì)量比為6:2:2混合均勻即得酸性土壤改良劑。

對(duì)比例2

本對(duì)比例的酸性土壤改良劑的制備中，經(jīng)過(guò)步驟(1)裂解后直接冷卻過(guò)2mm篩得生物炭，不經(jīng)過(guò)氨氣活化；其余均同實(shí)施例2。

實(shí)施例3

本實(shí)施例的酸性土壤改良劑的制備方法包括以下步驟：

(1)生物炭的制備：取小麥秸稈，粉碎至8mm后，置500℃、N₂保護(hù)下裂解4h；將溫度提高至800℃，升溫速度為15℃/min，并在0.1～0.3MPa壓力下以600ml/min的流速持續(xù)通入氨氣，活化3h，冷卻過(guò)1mm篩，即得生物炭；

(2)混合：將步驟(1)制備所得生物炭與泥炭、鈣鎂磷肥按質(zhì)量比為5:3:2混合均勻即得酸性土壤改良劑。

對(duì)比例3

本對(duì)比例的酸性土壤改良劑的制備中，經(jīng)過(guò)步驟(1)裂解后直接冷卻過(guò)1mm篩得生物炭，不經(jīng)過(guò)氨氣活化；其余均同實(shí)施例3。

實(shí)施例4

本實(shí)施例的酸性土壤改良劑制備方法包括以下步驟：

(1)生物炭的制備：取玉米秸稈，粉碎至5mm后，置500℃、N₂保護(hù)下裂解2h；將溫度提高至750℃，升溫速度為10℃/min，并在0.1～0.3MPa壓力下以400ml/min的流速持續(xù)通入氨氣，活化2h，冷卻過(guò)4mm篩，即得生物炭；

(2)混合：將步驟(1)制備所得生物炭與泥炭、鈣鎂磷肥按質(zhì)量比為7:2:1混合均勻即得酸性土壤改良劑。

對(duì)比例4

本對(duì)比例的酸性土壤改良劑的制備中，經(jīng)過(guò)步驟(1)裂解后直接冷卻過(guò)4mm篩得生物炭，不經(jīng)過(guò)氨氣活化；其余均同實(shí)施例4。

實(shí)施例1-4和對(duì)比例1-4制備所得生物炭的性能測(cè)定：

實(shí)施例1制備所得生物炭的掃描電鏡圖如圖1所示，根據(jù)其表觀形貌，可以看出制備所得生物炭有著很好的多孔結(jié)構(gòu)。

其中，實(shí)施例1-4中步驟(1)均是采用本發(fā)明所述制備方法制備得到修飾后的生物炭；而對(duì)比例1-4中步驟(1)則是常規(guī)經(jīng)過(guò)高溫?zé)o氧制備得到生物炭，沒(méi)有進(jìn)行活化處理。

實(shí)施例1-4和對(duì)比例1-4中步驟(1)制備所得生物炭中堿性基團(tuán)含量測(cè)定結(jié)果如下：

由上表可見(jiàn)，實(shí)施例1-4中步驟(1)經(jīng)過(guò)氨氣修飾后制備得到的生物炭所含堿性基團(tuán)含量明顯增加，更有利用其作為酸性土壤改良劑的有益成分。

制備所得酸性土壤改良劑的應(yīng)用以及效果測(cè)定：

土壤改良效果主要采用土壤pH值以及土壤中有機(jī)質(zhì)含量進(jìn)行表征，其中土壤中有機(jī)質(zhì)含量均采用重鉻酸鉀氧化法進(jìn)行測(cè)定。

將實(shí)施例4制備所得酸性土壤改良劑按3％的重量比施入到待改良的酸化土壤中，分別于5天、10天、20天、30天、40天、60天定期測(cè)定土壤pH值，并同時(shí)采用重鉻酸鉀氧化法測(cè)定其中的有機(jī)質(zhì)含量。施入前，待改良的酸性土壤的pH值為4.6，有機(jī)質(zhì)含量為13.2g/kg。數(shù)據(jù)結(jié)果記錄如下：

根據(jù)上述記錄的數(shù)據(jù)繪制的曲線圖如圖2和圖3所示，分別表示了施用該酸性土壤改良劑之后土壤pH的變化曲線以及土壤有機(jī)質(zhì)含量的變化情況，由數(shù)據(jù)結(jié)果以及數(shù)據(jù)曲線可見(jiàn)，本發(fā)明的酸性土壤改良劑對(duì)酸性土壤的改良效果優(yōu)異，并且產(chǎn)生效果快，在30天左右的時(shí)間就可使土壤pH穩(wěn)定中和，并且隨時(shí)間增加pH變化不大；有機(jī)質(zhì)含量也得到較大提高，并且施入10天就開(kāi)始趨于穩(wěn)定。

將實(shí)施例1-4制備所得酸性土壤改良劑按3％的重量比施入到待修復(fù)的酸化土壤中，施入30天后測(cè)定土壤pH，同時(shí)采用重鉻酸鉀氧化法測(cè)定有機(jī)質(zhì)含量，記錄如下：

由上表可見(jiàn)，施用本發(fā)明的酸性土壤改良劑后，實(shí)施例1中土壤pH提高到5.8，實(shí)施例2中土壤pH提高到6.0，實(shí)施例3中土壤pH提高到5.6，實(shí)施例4中土壤pH提高到6.5。相對(duì)于初始pH為4.6的酸性土壤，修復(fù)后的土壤pH均得到明顯提升；土壤中的有機(jī)質(zhì)含量也明顯增加，土壤品質(zhì)明顯提升。

將對(duì)比例1-4制備所得酸性土壤改良劑按3％的重量比施入到待修復(fù)的酸化土壤中，施入30天后測(cè)定土壤pH，同時(shí)采用重鉻酸鉀氧化法測(cè)定有機(jī)質(zhì)含量，記錄如下：

對(duì)比上表以及實(shí)施例的試驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，由對(duì)比例沒(méi)有經(jīng)過(guò)活化的生物炭制備所得酸性土壤改良劑達(dá)不到改良酸性土壤的效果。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證本發(fā)明酸性土壤改良劑中各個(gè)組分共同的配合作用，特在實(shí)施例4的基礎(chǔ)上，設(shè)置了對(duì)比例5-7，其中，對(duì)比例5不添加生物炭；對(duì)比例6不添加泥炭；對(duì)比例7不添加鈣鎂磷肥；其余均同實(shí)施例4。將上述配制所得酸性土壤改良劑按3％的重量比施入到待修復(fù)的酸化土壤中，施入30天后測(cè)定土壤pH值以及有機(jī)質(zhì)含量，記錄如下：

由上表可見(jiàn)，本發(fā)明酸性土壤改良劑中各個(gè)組分缺一不可，共同按一定配比配合施用才能達(dá)到較好的改良土壤并提高土壤品質(zhì)的作用。

使用本發(fā)明所得酸性土壤改良劑時(shí)，酸性土壤改良劑的使用量占待改良土壤重量的1-6％，最好為3％。因?yàn)樵谑┯帽景l(fā)明的酸性土壤改良劑的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)酸性土壤改良劑的使用量占待改良土壤重量不到1％時(shí)，改良效果微乎其微；而當(dāng)酸性土壤改良劑的使用量占待改良土壤重量超過(guò)6％時(shí)，土壤的pH值和有機(jī)質(zhì)含量不再有較大變化，基于環(huán)境友好以及節(jié)約成本考慮，酸性土壤改良劑的使用量占待改良土壤重量的1-6％為最佳施用量。