專利名稱：具有退化農耕地生態修復功能的土壤調劑材料及生產方法
技術領域：
本發明涉及一種土壤調劑材料及其生產方法，具體而言，涉及一種具有退化農耕 地生態修復、固水固肥、緩釋功能，有效降低化肥流失率、降低糧食單產化肥使用量、快速提 高地力的土壤調劑材料及其生產方法。
背景技術：
近代，中國的農耕技術、農業投入品(如化肥、農藥生長激素、地膜等)的大量應 用，嚴重的破壞了農耕地良性的平衡體系，造成農耕地土壤嚴重、普遍的退化。研究數據表 明，由于農耕地土壤退化帶來的四個不容的忽視的現象1、化肥污染近年我國的化肥使用量為37^g/hm2，是美國的4倍，超出了發達國 家設置的22^g/hm2的安全上限。據聯合國糧農組織計算，世界每公頃耕地年平均化肥施 用量為104kg，我國氮肥的使用量約占全世界的30%，是上限的2倍，平均氮肥的利用率僅 為30 35%，磷肥為10% 20%，鉀肥35% 50%。西歐發達國家自1980年以來化肥用 量不斷下降，與此同期糧食總產和單產分別增加了 57%和80%，而中國1950 1985 的35年內，化肥用量增加了 8.四倍，而此間谷物僅增加1. 68倍。這些提示我們我們利用 土地的方式、技術有問題，造成的土壤退化引起的化肥大量流失，在耗費的大量高耗能的化 肥的同時，還帶來了嚴重的面源污染，對生態環境造成嚴重的破壞。并且，由于沒有能夠替 代化肥的土壤材料，為了滿足人口壓力，中國還必須不斷的加大化肥的使用量，在沒有新技 術、新的土壤生態修復材料出來之前，農耕地的土壤退化現象還會繼續。2、農藥污染由于農耕地土壤退化，不能給農作物的生長提供平衡、全面的營養成 分，農作物的生長處于亞健康狀況，容易被病蟲害侵犯，而使用的農藥帶來嚴重的農藥污染 問題。研究數據表明全國農藥噴施約有60% 70%進入環境中，僅有約30%被農作物吸 收。若噴灑液體農藥，僅有20%左右附著在植物體上， 4%接觸到目標害蟲，西方大部 分國家已經大量禁止使用高毒性農藥。3、畜禽糞便污染由于農耕地土壤退化，尤其是農耕地微生物環境的破壞無法分 解畜禽糞便，造成畜禽糞便污染。研究數據表明畜禽糞便主要污染物化學耗氧量(COD)， 生物耗氧量(BOD)的流失量逐年增加，2010年，COD的流失量將達到728. 25萬，tBOD的流 失量將達到498. 83萬t04、農膜污染由于農耕地土壤退化，農耕地保溫、保濕功能下降，而大量使用的地 膜，帶來的有嚴重后患的“白色污染”，影響農田機械耕作、作物根系的伸展，影響土壤結構， 有害物質逐年累積，有完全毒化農耕地的后患。同時，傳統農業的收獲方式，以籽式型收獲方式為主.該方法存在本質上的缺陷 人們將農田中生長出來的物質，僅僅拿走籽，而遺棄秸稈料，對土壤而言是一個能量和物質 的單向輸出。退化的農耕地缺少大量的有機質，而大量的秸稈料遺棄或者燃燒還造成嚴重 的環境污染。另外，煤炭開采過程中形成的泥炭、煤泥、柴碳、褐煤、煤矸石等廢棄物，磷化工大量的廢棄物磷石膏都是農耕地土壤退化過程中流逝的大量有機物成分的基礎材料。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種具有退化農耕地生態修復功能的土壤調 劑材料及其生產方法，本發明土壤調劑材料能夠生態全面的修復土壤，在相同生產量的同 等單位投入量的條件下有效的降低化肥使用量，提高化肥利用率；減低農藥使用量和地膜 使用量，降低化肥大量流失帶來的嚴重“面源污染”對生態環境的傷害，提高農作物的產出 物品質、量。本發明提供的技術方案是一種生產具有退化農耕地生態修復功能的土壤調劑材 料的方法，包括以下步驟(1)將秸稈料粉碎成40-60目的料后與畜禽糞按1 1.8-4重量比混合好，稱為 Al料；(2)將泥炭、煤泥、柴碳、褐煤，經過預處理粉成40-80目的粒料后，按 1 1.2-2.3 1.2-1.8 1. 0-1. 2 重量比混合后，稱為 A2 料；(3)將上述Al料和A2料按比例為1 0. 1-0. 3混合均勻；(4)將磷化工廢棄料磷石膏在80°C以上的水中溶解，溶解后的磷石膏稱為A3料， 將A3料按3-12% wt的比例快速加入Al料和A2料的混合物中，完成其重結晶過程；(5)對鈣基膨潤土進行鈉化處理，使其鈉離子含量由1. 0-1. 47% wt增加到8-12% wt，大量的鈉離子進入到鈣基膨潤土中置換出原有的鈣或其它離子，制得的改型的鈣基膨 潤土稱為A4料，將A4料加入到上述三種料的混合物中，并混合均勻；(6)在上述第(5)的混合料中添加復合菌劑，添加尿素、碳銨、磷銨微生物生長繁 育必須的能量元素，調節碳氮比為20-30 1，碳磷比為90-100 1，ρΗ值控制在7-8之間， 濕度50-65 %，先在好氧情況下發酵3-4天，然后在厭氧條件下發酵2-3天，再在好氧情況下 發酵2-3天，然后在厭氧條件下發酵3-14天即可。。上述的方法，在第( 步中，A2料中還添加有粉煤灰，添加量為1-3% wt。所述的方法，在發酵開始時，可添5-10%的煤矸石或高嶺土，為微生物提供吸附場 所。上述第(5)步中，鈉化處理的工藝條件為鈉化劑是濃度為4%的Na2CO3,礦漿濃 度3. 6-9. 8%，轉速(槳葉端點速度):1. 33m/s，鈉化時間:30min，水浴溫度:45-700C0上述第(6)步中，所述復合菌劑為固氮菌、解磷細菌、解鉀細菌、光合細菌、放線 菌、腐桿菌、木棉菌、厭氧菌的菌系體混合物，有益活菌數大于20億個/克復合菌劑，添加量 為 0. 1-0. 3% Wto上述的方法，按重量比，其中，腐桿菌木棉菌解磷菌解鉀菌厭氧菌=0. 13 -0.18 0.06-0.09 0.12-0.16 0.06-0.09 0.114-0.116。上述第(6)步中，優選地，調節碳氮比為20 1，碳磷比為100 1，并調節發酵過 程中濕度保持60-65%。本發明還提供由上述的方法得到的具有退化農耕地生態修復功能的土壤調劑材 料。本發明還提供所述土壤調劑材料的施肥方法，所述土壤調劑材料作為基肥可撒施，條施和/或穴施，畝施肥80-160公斤。本發明具有以下有益效果本發明所述的土壤調劑材料能夠生態全面的修復土 壤，快速提高地力；在相同生產量的同等單位投入量的條件下有效的降低化肥使用量40% 以上，提高化肥利用率50%以上；為農作物的健康生長過程建立良好的、全面的營養元素 的供給平衡體系，有效地減低農藥使用量和地膜使用量，減低農藥使用量50%以上，地膜使 用量下降60%，大大的降低農耕過程和農業投入品對生態環境的破壞；有效的促進農副產 品秸稈料的高效還田，向耕地快速補充有機質，快速改善、優化農耕地固水、固肥、緩釋、保 溫、保壤、優化耕作層生態環境的作用。
具體實施例方式下面通過具體實施方式
的詳細描述來進一步闡明本發明，但并不是對本發明的限 制，僅僅作示例說明。實施例1 生產具有退化農耕地生態修復功能的土壤調劑材料(1)將秸稈料粉碎成40-60目的料后與畜禽糞按1 3重量比混合好，稱為Al料。(2)將泥炭、煤泥、柴碳、褐煤，經過預處理粉成40-80目的粒料后，按 1 1.8 1.5 1. 1重量比混合后，稱為A2料。在這一步中，A2料中也可添加粉煤灰，添 加量為2% wt。(3)將上述Al料和A2料按比例為1 0. 1-0. 3 (在本實施例中為1 0. 2)混合 均勻.(4)將磷化工廢棄料磷石膏在80°C以上的水中溶解后，溶解后的磷石膏稱為A3料 (濃度控制范圍30-80% wt)，然后將A3料按8% wt的比例快速加入Al料和A2料的混合 物中，完成其重結晶過程。(4)對鈣基膨潤土進行鈉化處理，鈉化處理的工藝條件為鈉化劑是濃度為4% 的Na2CO3,礦漿濃度3. 6-9. 8% (在本實施例中為5 ，攪拌槳轉速(槳葉端點速度) 1. 33m/s，鈉化時間30min，水浴溫度45-70°C。使鈣基膨潤土的鈉離子含量由1. 47%增加 到12%，大量的鈉離子進入到鈣基膨潤土中置換出原有的鈣或其它離子，制得的改型的鈣 基膨潤土稱為A4料，將A4料加入到上述三種料的混合物中，并混合均勻。(5)在上述第的混合料中添加復合菌劑由固氮菌、解磷細菌、解鉀細菌、光合 細菌、放線菌以及酵母菌、芽孢桿菌等有益微生物組成，有益活菌數大于20億個/克的微生 物菌劑)復合菌劑為固氮菌、解磷細菌、解鉀細菌、光合細菌、放線菌、腐桿菌、木棉菌、厭氧 菌的菌系體混合物(例如神農采禾生物科技有限公司生產微生物肥料菌)，有益活菌數大 于20億個/克復合菌劑，添加量為0.2wt%。按重量比，其中，腐桿菌木棉菌解磷菌 解鉀菌厭氧菌=0. 13-0. 18 0. 06-0. 09 0. 12-0. 16 0. 06-0. 09 0. 114-0. 116，添 加尿素、碳銨、磷銨、鈣鎂磷肥(P205-12-H20< )、七水硫酸鋅、氯化鉀等微生物生長繁育 必須的能量元素，調節碳氮比(C/N)為20 1，碳磷(C/P)比為100 1，碳鉀(C/K)比為 12-20 1(在本實施例中為15 1)，pH值控制在7-8之間，濕度控制在60-65%，進行厭 氧、好氧兼氧循環發酵20天即可，即在好氧情況下發酵3天，溫度控制在65°C左右，然后 在厭氧條件下發酵3天，溫度控制在60-65°C，再在好氧情況下發酵3天，溫度控制在30°C 左右，然后在厭氧條件下發酵11天，溫度控制在30-65°C。
秸稈快腐過程中，有機物分解為好氧性發酵，因此可借機械翻堆及送風供給氧氣， 除可促進堆肥腐熟外，并可除去部分發酵熱，發酵過程中以溫度指標作為通氣補氧的判據， 當溫度達到62°C 4-8小時，開啟通風裝置或者啟動翻料準備降溫供氧，其通氣量每公噸基 質每分鐘200公升為宜。實施例2 具有退化農耕地生態修復功能的土壤調劑材料的使用方法本發明具有退化農耕地生態修復功能的土壤調劑材料可以做基肥也可以做追肥 使用。根據土地肥力一般畝施肥80-160公斤。作基肥可撒施，條(溝)施和穴施。1、撒施撒施是將肥料均勻撒布于土壤中。撒施可以深施，也可表施(淺施)。深 施的技術是撒后用犁翻入土壤下層(深度不超過20厘米為佳)，表施只用耙耙過即可。撒 施適用于密植的作物如小麥、大麥、草類。撒施的優點是簡便，土壤各部位都有養分被作物 吸收；缺點是肥料利用率不高。生態土壤材料一般不主張撒施。2、條施(溝施)條施又稱為溝施，適宜于點播、條播及需定植的作物。開溝深 15-20厘米，均勻施入肥料并與等量土壤混合，覆土 1-2厘米厚播種，再覆土。這種施肥方法 的優點是肥料近根，容易被吸收利用，因而肥料利用率較高，也有利于抗旱。肥料可施在種 子的底下，也可施在種子的一側或兩側。注意不要讓未經和土壤混合的肥料直接接觸種子， 移栽的時候也不要讓移栽苗直接與肥料接觸。3、穴施穴施是在作物種子周圍或定植作物幼苗根部，挖穴施入肥料并覆土。挖穴 施肥的方法適用于點播或移栽作物，如玉米、油菜、棉花、蓖麻、西紅柿等。一般比條施更能 使肥料集中施用，也比較節肥。一般穴施深度根據作物可10-20厘米，施肥后覆土，為了避 免穴內濃度較高的肥料傷害作物根系，施肥入穴后應與等量土壤混合，覆1-2厘米土后播 種，再覆土。蓖麻可直接播種在與土壤混合后的肥料上。施肥后覆土前最好結合灌水，可加速養分吸收利用。本發明的土壤調劑材料作追肥使用也可采取條施和穴施。開溝挖穴應在離作物莖 部10厘米以上。4、使用本發明的土壤調劑材料，可以參考一般復合化肥作基肥的使用方法，最好 與農家肥(一般農家肥用量每畝2-3噸)配合使用，并根據不同作物生長的需要采取追肥 措施，(比如追施尿素等)，以確保更高的產量。5、本發明的土壤調劑材料有節水抗旱的功能，但遇大的旱情，也應適當澆水。6、各類農作物使用本發明的土壤調劑材料，施肥量見下表1 表1各類農作物建改田間推薦施肥量(kg/667m2)
作物推薦施肥量施肥方法馬鈴薯140-160與常規肥料混合溝施向日葵100-120與常規肥料混合溝施燕麥120-140與常規肥料混合溝施谷子100-120與常規肥料混合溝施
權利要求
1.一種生產具有退化農耕地生態修復功能的土壤調劑材料的方法，其特征在于包括以 下步驟(1)將秸稈料粉碎成40-60目的料后與畜禽糞按1 1.8-4重量比混合好，稱為Al料；(2)將泥炭、煤泥、柴碳、褐煤，經過粉成40-80目的粒料后，按 1 1.2-2.3 1.2-1.8 1. 0-1. 2 重量比混合后，稱為 A2 料；(3)將上述Al料和A2料按比例為1 0. 1-0. 3混合均勻；(4)將磷化工廢棄料磷石膏在80°C以上的水中溶解，溶解后的磷石膏稱為A3料，將A3 料按3-12% wt的比例快速加入Al料和A2料的混合物中，完成其重結晶過程；(5)對鈣基膨潤土進行鈉化處理，使其鈉離子含量由1.0-1. 47% wt增加到8-12% wt, 大量的鈉離子進入到鈣基膨潤土中置換出原有的鈣或其它離子，制得的改型的鈣基膨潤土 稱為A4料，將A4料加入到上述三種料的混合物中，并混合均勻；(6)在上述第(5)的混合料中添加復合菌劑，添加尿素、碳銨、磷銨微生物生長繁育必 須的能量元素，調節碳氮比為20-30 1，碳磷比為90-100 1，pH值控制在7-8之間，濕 度50-65 %，先在好氧情況下發酵3-4天，然后在厭氧條件下發酵2-3天，再在好氧情況下發 酵2-3天，然后在厭氧條件下發酵3-14天即可。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于在第( 步中，A2料中還添加有粉煤灰， 添加量為1-3% wt。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于在第(6)步中，發酵開始時，添5-10%的 煤矸石或高嶺土，為微生物提供吸附場所。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于第( 步中，鈉化處理的工藝條件為鈉 化劑是濃度為4%的Na2CO3，礦漿濃度3. 6-9. 8%，轉速1. 33m/s，鈉化時間30min，水浴溫度 45-70 0C ο
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于第(6)步中，所述復合菌劑為固氮菌、解 磷細菌、解鉀細菌、光合細菌、放線菌、腐桿菌、木棉菌、厭氧菌的菌系體混合物，有益活菌數 大于20億個/克復合菌劑，添加量為0. 1-0. 3wt%。
6.根據權利要求4所述的方法，其特征在于按重量比，其中，腐桿菌木棉菌解磷 菌解鉀菌厭氧菌=0. 13-0. 18 0. 06-0. 09 0. 12-0. 16 0. 06-0. 09 0. 114-0. 116ο
7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于第(6)步中，調節碳氮比為20 1，碳磷 比為100 1，并調節發酵過程中濕度保持60-65%。
8.一種根據權利要求1所述的方法得到的具有退化農耕地生態修復功能的土壤調劑 材料。
9.一種權利要求8所述土壤調劑材料的施肥方法，其特征在于所述土壤調劑材料作 為基肥撒施，條施和/或穴施，畝施肥80-160公斤。
全文摘要
本發明公開了一種生產具有退化農耕地生態修復功能的土壤調劑材料的方法，該方法包括(1)將秸稈料粉碎后與畜禽糞混合好，稱為A1料；(2)將泥炭、煤泥、柴碳、褐煤，經過預處理成粒料后，按一定比混合后，稱為A2料；(3)將A1料和A2料按比例混合均勻；(4)將磷化工廢棄料磷石膏在80℃以上的水中溶解后，按3-12％wt的比例快速加入A1料和A2料的混合物中；(5)對鈣基膨潤土進行鈉化處理后加入到上述混合物中；(6)在混合料中添加微生物生長繁育必須的能量元素，調節合適的碳氮比，碳磷比，調節好pH值和濕度，進行發酵即可。本發明方法生產的土壤調劑材料能夠全面修復土壤，降低化肥使用量，減低農藥和地膜使用量，提高農作物的產出物品質、量。
文檔編號C09K17/40GK102127452SQ20111000486
公開日2011年7月20日 申請日期2011年1月12日 優先權日2011年1月12日
發明者喬羽, 肖勤, 范宇, 馬毅 申請人:北京恒源嘉達科技有限公司