酸化土壤炭基改良劑及其制備方法與應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種土壤改良劑，特別是涉及一種用于酸性土壤改良的碳基改良劑及其制備方法和應用，屬于土壤改良劑技術領域。主要用在東北酸化土壤、大豆連作酸化土壤和結構調整中種植玉米的酸化土壤改良。
【背景技術】
[0002]黑龍江省近些年由于不合理施肥和作物的單一種植，特別是大豆連作，使土壤的理化指標和微生物多樣性發生變化，土壤表現出酸化現象。土壤PHS 6，67%種植大豆連作土壤表現缺鋅(面積> 60% )，主要集中表現在黑龍江省東部和東北部地區的草甸黑土和白漿化黑土地區。土壤酸化是指土壤中鹽基離子被淋失而氫離子增加、酸度增高的過程。根據土壤中H+的存在形態，可將土壤的酸度分為兩大類型:一是活性酸，是土壤溶液中H +濃度的直接反應；二是潛性酸，是由呈交換態的H+、Al3+等離子所決定。當這些離子處于吸附態時，潛性酸不顯示出來。當它們被交換入土壤溶液后，增加其H+的濃度，這才顯示出酸性來。土壤中潛性酸的主要來源是由于交換性Al3+的存在，交換性Al3+的出現或增加，不是土壤酸化的原因，而是土壤酸化的結果。土壤的潛性酸度和活性酸度可以相互轉化，而前者要比后者大得多。然而，只有鹽基不飽和的土壤才有潛性酸。土壤酸化可引起:①土壤肥力減弱，因為土壤中的N、P、K、Ca、Mg、S、S1、B、Mo等大量和微量元素在土壤PH6.0?7.0時有效性最高，在強酸性時，其有效性銳減。②土壤中微生物群落發生變化，土壤中的細菌、放線菌較適宜在中性和微堿性環境，在強酸性土壤中，硝化細菌、固氮菌、娃酸鹽菌、磷細菌等的活性受抑制，不利于N、P、K、S、Si等的轉化。③土壤中鋁離子含量增加，因為鋁離子在強酸性條件下活性增加，而過多的鋁離子會對植物造成毒害。④強酸性土壤膠體上吸附的正離子，以H+、Al3+為主，鹽基離子淋失，粘土礦物被蝕變，團粒結構解體，土壤物理性狀惡化，土壤緩沖能力下降。
[0003]黑龍江土壤出現酸化的原因和南方有所不同，南方地區降雨量大，淋溶強烈，并且大氣的氮沉降、酸雨等是土壤酸化的主要原因，而黑龍江降雨量偏少，淋溶量低，出現酸化現象主要是人為活動造成的，利用1979年在哈爾濱設立的“黑土肥力與肥效長期定位試驗”的試驗處理，分析了長期施肥條件下，黑土 PH值變化規律。結果表明，氮肥(尿素)的長期施用能夠使耕層(O?20cm)黑土 pH值下降，施二倍量氮肥(尿素)使耕層黑土的pH值下降最明顯，由1979年的7.22，下降到2006年的5.70，是導致黑土酸化的主要原因。然而施用化肥的同時配合施用有機肥料，黑土 PH值下降緩慢，比單獨施用化肥對黑土 pH值造成的影響要小的多。這說明有機肥料可以降低土壤酸化的速度，避免土壤酸化現象的加重。對黑龍江4277個點次大豆土壤樣本分析，平均PH為5.8，為了更好的保護好黑土這塊寶貴的資源，采用一套適合于黑龍江省的土壤酸化的有效調控機制，針對黑土酸化成因，采用在缺氧條件下低溫炭化生產的生物碳為載體，用具有“抗生、營養和抑菌”作用的根圈促生菌以及調控酸性土壤的石灰等為主要成分，配合具有調控和緩釋作用的沸石等改土材料，形成具有調節土壤酸度，調控酸化土壤微生物區系，含有鋅等微量營養元素的土壤改良制劑，可有效的治理酸化土壤。對提高作物產量，保護黑土資源，具有重要意義。
[0004]現有專利文獻公開了一些針對酸性土壤的改良劑，如公開號CN103396809A，公開了“一種應用農業廢棄物生產酸性土壤改良劑的方法”，將農業廢棄物粉碎并將其中一部分在隔絕空氣的條件下加熱得到生物質炭粉；將生物質炭粉、另一部分粉碎物料和石灰石粉末混合，攪拌均勻即得。CN101935532A公開了 “一種酸性土壤改良劑及其用途”，以海藻酸鈉生產過程中產生的固體海帶渣為原料，經干燥、粉碎，制成海帶渣粉即為酸性土壤改良劑。CN102765998A公開了“利用生物質發電廢棄物制成的酸性土壤改良劑及其制備方法”，成分包括:生物質發電廢棄物、生物黑炭、粘合劑、水，制備方法是將生物黑炭、生物質發電廢棄物按比例混合后，再加入粘合劑、水，采用圓盤式造粒機造粒。CN1263079A公開了一種“營養型酸性土壤改良劑”，是一種含鈣、鎂、硫、硼、鋅等中、微量元素礦物混合肥料，具有改良酸性土壤，并向作物提供中、微量營養元素雙重功能，解決土壤過酸或營養不平衡所造成的農作物生長障礙。
[0005]可見，現有的土壤改良劑專利和其他技術一般采用生石灰改良或原料難得、成本較高，不易推廣，對土壤化學、物理及生物性狀綜合效果不佳，且不能對東北酸化的土壤起到有效的改良作用。本研宄的炭基土壤改良制劑具有對酸化土壤多向調節的作用，對東北酸化土壤更具有針對性。
【發明內容】
[0006]本發明要解決的技術問題是提供一種效果顯著、原料易得、生產成本低、還能顯著提高土壤肥力的酸性土壤炭基改良劑。
[0007]為達上述目的，本發明一種酸化土壤炭基改良劑，包括A、B兩組原料，A組原料含有草炭、生物炭和微生物菌劑，所述草炭與生物炭重量比2:(1?4)，所述微生物菌劑與草炭和生物炭總重量的比為1: (8?30);所述B組原料含有生石灰和沸石，重量比2: (0.5?4);所述A、B兩組原料的重量比為1: (0.5?20)。
[0008]以上原料優選如下:
[0009]草炭，過60目篩，水含量10%以下普通草炭；
[0010]生物炭，秸桿在缺氧和相對溫度“較低”(< 700°C )條件下熱解而形成的產物，可溶性極低，具有高度羧酸酯化和芳香化結構、較大的孔隙度和比表面積。具有多微孔結構，具有較強的吸附力、抗氧化力和抗生物分解能力。過80目篩，水含量10%以下普通接秸桿生產生物炭；
[0011 ] 生石灰，過60目篩普通生石灰；
[0012]沸石，沸石礦石粉碎40目，水分含量10%以下。
[0013]進一步地，本發明的改良劑，所述B組分還含有微量元素肥料或中量元素肥料，微量元素或中量元素與生石灰和沸石總重量的比為1: (8?15)，所述微量元素肥料優選為硫酸鋅粉末，所述中量元素肥料優選硫肥。
[0014]本發明的改良劑，其中所述微生物菌劑是根圈促生菌單獨發酵原液，有效活菌數在多2億個/毫升。
[0015]本發明的改良劑，優選為40?80目的粉狀顆粒。
[0016]本發明一種酸化土壤炭基改良劑的制備方法，包括以下步驟:
[0017](I)A組原料的制備:將草炭和生物炭進行滅菌處理，將滅菌的草炭和生物碳按2: (I?4)重量比加入混合器，初混后加入根圈促生菌(PGPR)，微生物菌劑與草炭和生物炭混合物的重量比為1: (8?30)，微生物菌劑與草炭、生物炭混合均勻后備用；
[0018](2)B組原料的制備:生石灰與沸石按2: (0.5?4)重量比混合均勻；
[0019](3)將B組原料先裝入包裝袋，然后再裝入A組原料，A組與B組原料的重量比1:(0.5 ?20) ο
[0020]包裝后的酸化土壤炭基改良劑，使用前在田間再進行混合均勻即可。
[0021]其中所述微生物菌劑的制備，由菌種保藏中心購得根圈促生菌后，采用常規方法發酵制得，發酵原液有效活菌數應保持在多2個億/毫升。
[0022]進一步地，本發明的方法，優選所述B組原料還含有微量元素或中量元素肥料，生石灰與沸石混合均勻后再加入微量元素或中量元素肥料，混合均勻備用，微量元素或中量元素與生石灰和沸石總重量的比為1: (8?15)，可根據種植作物的不同添加不同的微量元素或中量元素肥料，優選為硫酸鋅粉末和硫肥。黑土由于長期單一種植，土壤養分偏耗，調查中67%的土壤缺鋅，特別是結構調整后種植玉米，玉米對鋅敏感，增施鋅肥可有效提高玉米產量10%，所以本發明改良劑具有解決障礙土壤酸化和作物缺素的作用。
[0023]本發明上述改良劑的應用，用于大豆連作酸化土壤改良，優選黑龍江省東部和北部酸化土壤，有秋施和春施兩種施加方法。
[0024]所述秋施，在秋收后整地時田間將土壤改良劑混合均勻，撒施在地表，耕翻，施用量750kg?2250kg/ha。所述春施，在田間將土壤改良劑與肥料混合均勻，在播種時，隨著施肥一起施入土壤，使用量300kg?450kg/ha，側深施肥離種子7?15厘米，播深10厘米。
[0025]本發明針對黑龍江省種植結構單一、大豆連作土壤養分狀況和長期不合理施肥導致，發生酸化、土壤養分偏耗的問題的機制，針對目前東北糧食主產區種植結構的調整，玉米種植北移的現狀，采用秸桿炭化的生物炭、生石灰、沸石、微量元素鋅、草炭和微生物菌劑，為主要成份進行復配，采用合適的原料及重量配比，得到能夠具有一定營養、抑菌、促生、調酸效果的土壤改良劑，主要起到調理連作土壤酸度、和提供結構調整中玉米所需的鋅營養的作用、改善土壤微生物活性和多樣性的作用。
[0026]大量田間試驗表明，本發明酸化土壤炭基生物改良劑效果明顯，具有使作物顯著增產、改善品質、減少病蟲害和改良土壤的效果。在大豆連作酸化土壤上進行的多個試臉表明，與沒有施用改良劑的對照組相比，使用本發明的土壤生物改良劑能夠使大豆增產15% -30%，使玉米增產10% -15%。秋施，而且大尺度改善土壤的理化性質，降低土壤容重，增加土壤孔，提高土壤有機質含量。春施，改良劑和肥料及種子同步施用，可在種子周圍微域尺度創造良好的生長環境，提高出苗率，增強種子活力。土壤PH提高，促進酸堿平衡，增強土壤的緩沖能力，增強土壤養分庫容。可有效提高肥料利用效率8-10%，在結構調整中，能減緩大豆長效除草劑的危害。
【具體實施方式】
[0027]以下結合實施例和試驗數據，對本發明上述的和另外的技術特征和優點作更詳細的說明。
[0028]實施例1
[0029](I)A組原料的制備:將草炭和生物炭進行滅菌處理(高壓菌鍋，壓力I?1.5kg/cm2，滅菌2h)，將滅菌的草炭和生物碳按2:1重量比加入混合器，初混后加入根圈促生菌(PGPR)，微生物菌劑與草炭和生物炭混合物的重量比為1:8，微生物菌劑與草炭、生物炭混合均勻后備用；
[0030](2)B組原料的制備:生石灰與沸石按4:1重量比混合均勻；
[0031](3)將B組原料先裝入包裝袋，然后再裝入A組原料，A組與B組原料的重量比2:1o