本發(fā)明涉及農業(yè)環(huán)境保育與修復技術領域,具體涉及一種酸性土壤調理劑及其制備方法和應用。
背景技術:
土壤酸化是土壤退化的一種表現(xiàn)形式,土壤酸化不但是土壤肥力下降的一個重要原因,也是制約農業(yè)生產可持續(xù)發(fā)展的重要因素。據統(tǒng)計,從上世紀80年代至今,我國土壤酸化情況越來越嚴重,酸化的土地面積已經擴大到我國耕地面積的40%以上,而且經常有成片發(fā)生的情況,特別是在我國南方,由于土壤本身偏酸性,雨水多,土壤酸化現(xiàn)象更嚴重。
土壤酸化能夠引起鋁、錳、鉻、鎘等重金屬的活化,從而影響植物的生長,如出現(xiàn)鋁中毒、錳中毒等現(xiàn)象,而且活化的重金屬被作物吸收積累后,通過食物鏈危害人體和動物體的健康。
目前,酸性土壤重金屬污染治理有物理、化學、生物等多種方法,但常用的是施用土壤調理劑吸附鈍化重金屬,因其相較于其他方法具有成本低見效快的特點。施用土壤調理劑是一種既經濟又方便的方法,它可以改善土壤理化性狀、增強土壤保土保水能力、增強土壤中微量元素有效性;同時還能提高土壤中微生物和酶活性、抑制病源微生物、增強植物抗性等。但是在各種土壤改良劑中,人工合成的高分子化合物的高成本以及其存在的潛在環(huán)境污染風險而限制了它的廣泛應用;單一土壤改良劑存在改良效果不全面或有不同程度的負面影響等不足之處。專利CN201410772920.5公開了一種可用于土壤酸化調理及鎘污染修復的土壤調理劑及其制備方法,該發(fā)明生產的產品成本低、配方簡單,可提高土壤pH值,并可用于土壤酸化調理及鎘污染修復,但該產品沒有添加植物所需的養(yǎng)分,不能綜合改善土壤理化性質。專利CN201110154187.7公開了一種改良酸化或酸性土壤的有機環(huán)保型土壤調理劑,該發(fā)明生產的土壤調理劑可提高土壤pH值,增加土壤中鈣、鎂、磷、鉀等營養(yǎng)元素,增加土壤有機質含量,提高土壤保水保肥能力,改善土壤理化性質,提高作物抗逆(病、蟲、旱等) 能力,降低重金屬毒害,但產品工藝復雜,成本較高,原料來源不豐富。專利CN 200710029172.1提供了一種南方旱地酸性土壤調理劑的制備方法,采用煅燒貝殼產物、硅酸鈣鎂和磷酸銨鎂為原料制備土壤調理劑,該土壤調理劑采用無機物質,只能補充土壤中缺失的鈣、鎂、硅等元素,不能解決土壤酸化導致的土壤結構變差、微生物數(shù)量種類降低等問題。
針對上述現(xiàn)有技術描述中存在的技術問題,目前尚未提出有效的解決方案。
技術實現(xiàn)要素:
基于上述技術問題,本發(fā)明提供一種酸性土壤調理劑及其制備方法與應用,用以解決現(xiàn)有技術中存在的土壤酸化的技術問題。
本發(fā)明提出一種可調節(jié)土壤pH、吸附鈍化重金屬并具有植物所需營養(yǎng)元素,且綜合改善酸性土壤性能的酸性土壤調理劑。所述酸性土壤調理劑由生石灰、秸稈炭粉、凹凸棒土、鈣鎂磷肥、硅肥、豬糞有機肥、草炭、K2HPO4以特定比例混合而成。
具體而言,本發(fā)明所述原料均可市購,本發(fā)明提供的酸性土壤調理劑包含如下重量份的成分:生石灰24份~36份,秸稈炭粉28份~42份,凹凸棒土5份~13份,鈣鎂磷肥5份~13份,硅肥5份~13份,豬糞有機肥5份~13份,草炭5~12份,K2HPO4 1份~8份。
優(yōu)選地,所述酸性土壤調理劑優(yōu)選包含如下重量份的成分:生石灰24份~36份,秸稈炭粉28份~42份,凹凸棒土5份~13份,鈣鎂磷肥5份~13份,硅肥5份~13份,豬糞有機肥5份~13份,草炭5~12份,K2HPO4 1份~8份。
更優(yōu)選地,所述酸性土壤調理劑包含如下重量份的成分:生石灰30份,秸稈炭粉28份,凹凸棒土8份,鈣鎂磷肥8份,硅肥6份,豬糞有機肥6份,草炭12份,K2HPO4 2份。
本發(fā)明所述各成分,作為優(yōu)選,所述生石灰中CaO的質量百分含量≥80%。
作為優(yōu)選,所述秸稈炭粉粒徑為0.2mm~0.4mm,生產溫度為300℃~400℃。
作為優(yōu)選,以質量百分比計,所述凹凸棒土中SiO2的含量≥55%,粒徑≤0.08mm。
作為優(yōu)選,以質量百分比計,所述鈣鎂磷肥為農業(yè)級,其中P205的含量≥15%。
作為優(yōu)選,以質量百分比計,所述硅肥中有效硅(以SiO2計)的含量≥20%。
作為優(yōu)選,以質量百分比計,所述豬糞有機肥中有機質的含量≥45%,總養(yǎng)分的含量≥5%,Cd、Pb、As、Hg、Cr的總含量分別不超過3 mg/kg、50 mg/kg、15mg/kg、2 mg/kg、50mg/kg。
作為優(yōu)選,以質量百分比計,所述草炭中腐植酸的含量≥20%。
作為優(yōu)選,以質量百分比計,所述K2HPO4為工業(yè)級,純度≥98%。
進一步優(yōu)選,本發(fā)明所述的酸性土壤調理劑的劑型為粉狀劑型。
本發(fā)明還提供了一種上述酸性土壤調理劑的制備方法,包括如下步驟:
(1)將豬糞有機肥、草炭粉碎后過40~80目篩,以去除較大顆粒,備用;
(2)將鈣鎂磷肥、過篩豬糞有機肥與K2HPO4混合均勻,備用;
(3)將過篩草炭、硅肥、凹凸棒土、秸稈炭粉與生石灰混合均勻得混合料,添加生石灰用量的20%~50%的水,反復攪拌混勻,使混合料溫度達到100℃以上,以激活礦物硅的活性,增強草炭機械強度,待溫度降至常溫,制得常溫混合物以備用;
(4)將步驟(2)所得混合物加至步驟(3)所得常溫混合物中,混勻即得粉狀產品。
本發(fā)明進一步保護所述酸性土壤調理劑的應用。
所述應用方法具體為:將所述酸性土壤調理劑添加到酸性土壤中。所述酸性土壤的參數(shù)優(yōu)選為:pH值小于6,鎘含量為0-1mg/kg;進一步優(yōu)選為pH值小于5.5,鎘含量為0.4-1mg/kg。
在實際應用時,每畝酸性土壤中添加100~200kg所述酸性土壤調理劑;優(yōu)選地,每畝酸性土壤中添加150kg所述酸性土壤調理劑。添加所述調理劑的酸性土壤可以用于種植農作物。本發(fā)明通過大量實踐發(fā)現(xiàn),在添加了所述調理劑的酸性土壤中種植水稻,可以有效降低大米中的鎘含量,從而實現(xiàn)鎘污染區(qū)水稻的正常生產。
本發(fā)明提供的酸性土壤調理劑,由多種原料按特定比例制成,可以實現(xiàn)如下優(yōu)異的效果:
(1)提高土壤pH值
本發(fā)明中的生石灰、鈣鎂磷肥、硅肥等均為堿性物質且含有多種營養(yǎng)元素,如鈣、鎂、硅等,可以提高堿置換容量,從而使土壤 pH 值升高。
(2)吸附鈍化重金屬
本發(fā)明中的堿性物質通過堿性礦物質(如石灰)可中和土壤中的游離酸,置換出鋁硅酸上的氫離子,并通過補充活性硅增加土壤對陽離子的吸附;再通過提高土壤pH值促進陰離子與重金屬的共沉淀,降低重金屬的生物有效性。另外秸稈炭與凹凸棒土具有較大的離子交換能力,能吸附土壤中的重金屬如 Pb、Ni、As、Sb、Cd 等,降低其生物有效性。豬糞有機肥與草炭中的有機質、腐植酸等有機化合物對 Cd、As 等金屬離子的吸附能力遠遠超過任何其它礦質膠體。
(3)增加土壤有機質,改善土壤結構,促進植物生長。
本發(fā)明中豬糞有機肥的有機質含量達到45%,草炭中也含有較多的有機質,施入本發(fā)明土壤調理劑能夠明顯提高土壤有機質含量; 凹凸棒土及秸稈炭粉在干旱條件下使耕層土壤田間持水量增加,提高土壤的保水能力,且其為多孔的物質,施入該物質后土壤的通氣性、 透水性、保肥性較好;秸稈炭粉容重小,施入后土壤容重降低,孔隙率增大,土壤疏松,通氣性好。另外,本發(fā)明中含有植物所需的N、P、K、Ca、Mg等多種營養(yǎng)元素,可促進植物生長。
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。實施例中未注明具體技術或條件者,按照本領域內的文獻所描述的技術或條件,或者按照產品說明書進行。所用試劑或儀器未注明生產廠商者,均為可通過正規(guī)渠道商購買得到的常規(guī)產品。
本發(fā)明所述重量份可以是μg、mg、g、kg 等本領域公知的重量單位,也可以是其倍數(shù),如1/10、1/100、10倍、100倍等。
實施例中制備酸性土壤調理劑的各原料均為市售的常規(guī)產品,其性質為:以質量百分比計,生石灰中CaO的含量≥80%;秸稈炭粉粒徑為0.2mm~0.4mm,生產溫度為300℃~400℃;凹凸棒土中SiO2的含量≥55%,粒徑≤0.08mm;鈣鎂磷肥為農業(yè)級,其中P205的含量≥15%;所述硅肥中SiO2的含量≥20%;豬糞有機肥中有機質的含量≥45%,總養(yǎng)分的含量≥5%,Cd、Pb、As、Hg、Cr的總含量分別不超過3 mg/kg、50 mg/kg、15mg/kg、2 mg/kg、50mg/kg;草炭中腐植酸的含量≥20%;所述K2HPO4為工業(yè)級,純度≥98%。
實施例1:酸性土壤調理劑的制備酸性土壤調理劑的各成分的含量為:生石灰24kg,稻殼炭粉 42kg,凹凸棒土6kg,鈣鎂磷肥6Kg,硅肥6kg,豬糞有機肥7kg,草炭6kg,K2HPO4 3kg。
酸性土壤調理劑的制備步驟如下:
(1)將豬糞有機肥、草炭粉碎后過40~80目篩,以去除較大顆粒,備用;
(2)將鈣鎂磷肥、過篩豬糞有機肥與K2HPO4混合均勻,備用;
(3)將過篩草炭、硅肥、凹凸棒土、秸稈炭粉與生石灰混合均勻得混合料,添加20%~50%的水,反復攪拌混勻,使混合料溫度達到100℃以上,以激活礦物硅的活性,增強草炭機械強度,待溫度降至常溫,制得常溫混合物以備用;
(4)將步驟(2)所得混合物加至步驟(3)所得常溫混合物中,混勻即得粉狀產品。
實施例2 酸性土壤調理劑的制備
酸性土壤調理劑的各成分的含量為:生石灰36kg,稻殼炭粉 25kg,凹凸棒土10kg,鈣鎂磷肥8Kg,硅肥7kg,豬糞有機肥7kg,草炭5kg,K2HPO4 2kg。
其余同實施例1。
實施例3酸性土壤調理劑的制備
酸性土壤調理劑的各成分的含量為:生石灰20kg,稻殼炭粉 25kg,凹凸棒土13kg,鈣鎂磷肥10Kg,硅肥10kg,豬糞有機肥8kg,草炭9kg,K2HPO4 5kg。
其余同實施例1。
實施例4酸性土壤調理劑的制備
酸性土壤調理劑的各成分的含量為:生石灰30kg,稻殼炭粉 28kg,凹凸棒土8kg,鈣鎂磷肥8Kg,硅肥6kg,豬糞有機肥6kg,草炭12kg,K2HPO4 2kg。
其余同實施例1。
實施例5酸性土壤調理劑的制備
酸性土壤調理劑的各成分的含量為:生石灰40kg,稻殼炭粉 34kg,凹凸棒土5kg,鈣鎂磷肥5Kg,硅肥5kg,豬糞有機肥5kg,草炭5kg,K2HPO4 1kg。
其余同實施例1。
實施例6酸性土壤調理劑的制備
酸性土壤調理劑的各成分的含量為:生石灰22kg,稻殼炭粉 28kg,凹凸棒土9kg,鈣鎂磷肥10Kg,硅肥15kg,豬糞有機肥5kg,草炭5kg,K2HPO4 6kg。
其余同實施例1。
實施例7酸性土壤調理劑的制備
酸性土壤調理劑的各成分的含量為:生石灰30kg,稻殼炭粉 42kg,凹凸棒土5kg,鈣鎂磷肥6Kg,硅肥5kg,豬糞有機肥5kg,草炭5kg,K2HPO4 2kg。
其余同實施例1。
實施例8酸性土壤調理劑的制備
酸性土壤調理劑的各成分的含量為:生石灰30kg,稻殼炭粉 30kg,凹凸棒土5kg,鈣鎂磷肥6Kg,硅肥10kg,豬糞有機肥12kg,草炭5kg,K2HPO4 2kg。
其余同實施例1。
實施例9酸性土壤調理劑的制備
酸性土壤調理劑的各成分的含量為:生石灰24kg,稻殼炭粉 28kg,凹凸棒土13kg,鈣鎂磷肥8Kg,硅肥7kg,豬糞有機肥10kg,草炭7kg,K2HPO4 3kg。
其余同實施例1。
實施例10酸性土壤調理劑的制備
酸性土壤調理劑的各成分的含量為:生石灰30kg,稻殼炭粉 28kg,凹凸棒土8kg,鈣鎂磷肥7Kg,硅肥6kg,豬糞有機肥7kg,草炭6kg,K2HPO4 8kg。
其余同實施例1。
實施例11酸性土壤調理劑的制備
酸性土壤調理劑的各成分的含量為:生石灰30kg,稻殼炭粉 28kg,凹凸棒土8kg,鈣鎂磷肥6Kg,硅肥6kg,豬糞有機肥6kg,草炭6kg,K2HPO4 10kg。
其余同實施例1。
實施例12酸性土壤調理劑的制備
酸性土壤調理劑的各成分的含量為:生石灰28kg,稻殼炭粉 33kg,凹凸棒土5kg,鈣鎂磷肥6Kg,硅肥6kg,豬糞有機肥5kg,草炭15kg,K2HPO4 2kg。
其余同實施例1。
實驗例 本發(fā)明所述的酸性土壤調理劑的應用效果
取實施例1、4提供的酸性土壤調理劑進行試驗。
1、試驗地點:湖南省瀏陽市鎮(zhèn)頭鎮(zhèn)。
2、試驗時間:2015年6月~2015年10月。
3、田間試驗設計:選取大小相近,水系互不影響的田塊進行試驗。試驗設6個處理,分別為:(1)對照處理1:未污染稻田;(2)對照處理2:污染稻田,不作處理措施;(3)試驗處理1:于水稻插秧前10天施用土壤調理劑50kg/畝;(4)試驗處理2:于水稻插秧前10天施用土壤調理劑100kg/畝;(5)試驗處理3:于水稻插秧前10天施用土壤調理劑150kg/畝。(6)試驗處理4:于水稻插秧前10天施用土壤調理劑200kg/畝。各處理按當?shù)厮痉N植正常耕作管理。水稻收獲后,測定水稻產量、土壤pH、土壤有效鎘含量、大米鎘含量。
4、試驗結果:
取實施例1、4提供的酸性土壤調理劑進行試驗,結果分別見表1、表2。
表1實施例1酸性土壤調理劑對土壤及水稻的改良效果
表2實施例4酸性土壤調理劑對土壤及水稻的改良效果
由表1、表2所示的實驗結果可知,本發(fā)明提供的酸性土壤調理劑可以有效地提高土壤pH值,同時降低土壤中有效鎘含量與收獲的作物大米中的鎘含量,并有效地提高了種植的作物水稻的畝產量。另外,通過本實驗還可知,以每畝酸性土壤中添加100~200kg本發(fā)明所述的酸性調理劑為宜;優(yōu)選地,每畝酸性土壤中添加150kg所述酸性土壤調理劑。
采用其他實施例制備的酸性土壤調理劑同法進行上述實驗,取得了與實施例1或實施例4相似的作用效果。
雖然,上文中已經用一般性說明、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)明基礎上,可以對之作一些修改或改進,這對本領域技術人員而言是顯而易見的。因此,在不偏離本發(fā)明精神的基礎上所做的這些修改或改進,均屬于本發(fā)明要求保護的范圍。