本發(fā)明涉及一種改良風沙土的方法，具體涉及一種通過配施生物炭與有機肥快速改良風沙土的方法，屬于農(nóng)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

風沙土顆粒較粗，缺乏有機質(zhì)，并且存在土粒分散、結(jié)構(gòu)不良、易風蝕、質(zhì)地松散、非毛管孔隙多、毛管孔隙少等問題，導致其漏水漏肥、養(yǎng)分匱乏、易旱、易遭風蝕。

風沙土在干旱與半干旱地區(qū)有著廣泛的分布，我國面積有27000萬hm²左右，新疆已達3718.86萬hm²，主要分布在塔里木盆地腹地的塔克拉瑪干沙漠和準噶爾盆地腹地的古爾班通古特沙漠邊緣地區(qū)，是我國重要的耕地后備資源。

研究如何改善風沙土的理化性質(zhì)以及提高其保肥、保水性能，對提高其土壤生產(chǎn)力和改善生態(tài)環(huán)境，具有非常重要的意義。從保證國家生態(tài)和糧食安全角度，研發(fā)風沙土快速、長期有效的改良技術(shù)已迫在眉睫。

通過查詢CNKI、《重慶維普全文數(shù)據(jù)庫》、《中國學術(shù)期刊數(shù)據(jù)庫》、《中國專利數(shù)據(jù)庫》等國內(nèi)數(shù)據(jù)庫，共查出風沙土改良相關(guān)專利12條，文獻30篇。風沙土傳統(tǒng)的土壤改良措施是增施有機肥，但干旱區(qū)有機肥來源少，腐殖化系數(shù)低，土壤有機碳礦化率高，使得風沙土實施面積少、改良效果慢。為此，國內(nèi)外學者嘗試用土壤改良劑對風沙土進行改良，研究較多的有沸石、粉煤灰、污泥、綠肥、聚丙烯酰胺等單改良劑。土壤改良劑在一定程度上能夠松土、保濕、改良土壤理化性狀和土壤養(yǎng)分狀況，促進植物對水分和養(yǎng)分的吸收，并對土壤微生物產(chǎn)生積極影響，從而提高退化土壤的生產(chǎn)力，但土壤改良劑產(chǎn)品成本、性能和持效性等方面，仍需要加以改進和提升。

因此，通過對風沙土的理化特性、生態(tài)環(huán)境、改良利用的探索與實踐，提出合理的改良措施和可持續(xù)利用對策，保持和提高其土壤肥力，增加土地產(chǎn)出，具有重要的生態(tài)意義和經(jīng)濟意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種通過配施生物炭與有機肥快速改良風沙土的方法，該方法不僅改良速度快、成本低，而且能達到長期改良的效果。

為了實現(xiàn)上述目標，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種通過配施生物炭與有機肥快速改良風沙土的方法，其特征在于，包括以下步驟：

Step1：將農(nóng)林廢棄物制備成生物炭，并過40目篩；

Step2：將制備的生物炭與有機肥均勻撒施于平整的風沙土表面，并均勻翻入土壤，其中，生物炭用量為3000kg/畝-6000kg/畝，有機肥用量為1000kg/畝-1500kg/畝；

Step3：采用膜下滴灌技術(shù)種植作物；

Step4：從第二年開始，每年向風沙土地表均勻撒施有機肥1000kg/畝-1500kg/畝，并均勻翻入土壤。

前述的方法，其特征在于，在Step1中，將農(nóng)林廢棄物制備成生物炭的方法為：

把農(nóng)林廢棄物粉碎成8cm-15cm的小段，并使農(nóng)林廢棄物水分<30wt％，然后在缺氧的環(huán)境下使粉碎的農(nóng)林廢棄物進行無焰燃燒，制成生物炭。

前述的方法，其特征在于，前述農(nóng)林廢棄物包括作物秸稈、果樹修剪枝條和花生殼。

前述的方法，其特征在于，在Step2中，前述有機肥是腐熟有機肥或商品有機肥，有機質(zhì)含量≥30wt％。

本發(fā)明的有益之處在于：

(1)通過配施生物炭與有機肥，并建立“生物炭+快速熟化+滴灌”的開發(fā)利用風沙土技術(shù)體系，因為生物炭與有機肥配施既能夠充分發(fā)揮生物炭的多孔保水保肥的性能，又能充分發(fā)揮有機肥料的養(yǎng)分豐富多樣的性能，所以風沙土良性土壤結(jié)構(gòu)形成加速，土壤肥力提升迅速；

(2)配套先進的滴灌技術(shù)，能明顯提高水肥料利用效率，使得風沙土生產(chǎn)力水平在2-3年內(nèi)大幅度提高，并可獲得長期改良的效果。

具體實施方式

以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作具體的介紹。

一、制備生物炭

將農(nóng)林廢棄物粉碎成8cm-15cm的小段，并使小段的水分<30wt％，然后在缺氧的環(huán)境下使粉碎的農(nóng)林廢棄物進行無焰燃燒，制成生物炭。

農(nóng)林廢棄物包括作物秸稈(如：玉米秸稈、棉花秸稈等)、果樹修剪枝條(如：葡萄樹的枝條等)和花生殼。

二、配施生物炭與有機肥

1、將制備的生物炭與有機肥均勻撒施于平整的風沙土表面，并均勻翻入土壤，其中，生物炭用量為3000kg/畝-6000kg/畝，有機肥用量為1000kg/畝-1500kg/畝。有機肥既可以是腐熟有機肥，也可以是商品有機肥，要求有機質(zhì)含量≥30wt％。

2、采用膜下滴灌技術(shù)種植作物。

3、從第二年開始，每年向風沙土地表均勻撒施有機肥1000kg/畝-1500kg/畝，并均勻翻入土壤。

三、案例

1、2013年開始，新疆巴音郭楞蒙古自治州和碩縣馬蘭基地農(nóng)場

實驗組：我們將花生殼制備成生物炭，并過40目篩，然后與腐熟有機肥均勻撒施于平整的風沙土表面，并均勻翻入土壤，其中，生物炭用量為4500kg/畝，腐熟有機肥用量為1500kg/畝，接下來采用膜下滴灌技術(shù)種植作物棉花，種植模式為一膜兩管四行，具體為30cm+50cm+30cm+50cm。從第二年開始，每年向風沙土地表均勻撒施腐熟有機肥1500kg/畝，并均勻翻入土壤。

對照組：不施用生物炭和有機肥。

將實驗組和對照組進行對比，土壤養(yǎng)分指標及田間持水量的對比結(jié)果見表1，籽棉產(chǎn)量的對比結(jié)果見圖1。

表1棉花土壤養(yǎng)分指標及田間持水量變化

從表1和圖1我們發(fā)現(xiàn)：

(1)與對照組相比，經(jīng)過三年改良后，實驗組風沙土的容重由1.54g/cm³-1.62g/cm³降低到了1.42g/cm³-1.48g/cm³；田間持水量由改良前的平均20.40wt％增加到了26.53wt％。由此可見，本發(fā)明所提供的方法有利于風沙土良性土壤結(jié)構(gòu)加速形成，可增強風沙土的持水能力，從而減少深層滲漏，提高水分利用效率。

(2)經(jīng)過三年改良后，實驗組土壤有機質(zhì)達到了11.295g/kg，而對照組僅為6.185g/kg，土壤速效氮、磷、鉀含量也明顯提升。由此可見，本發(fā)明所提供的方法對風沙土土壤肥力提升效果明顯。

(3)與對照組相比，實驗組第一年增產(chǎn)22.35％，第二年增產(chǎn)19.63％，第三年增產(chǎn)19.91％，籽棉產(chǎn)量達到307.6kg/畝。由此可見，本發(fā)明所提供的方法獲得了良好的改良利用效果。

2、2012年4月開始，新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團第八師炮臺試驗站

實驗組：我們將玉米秸稈制備成生物炭，并過40目篩，然后與腐熟有機肥均勻撒施于平整的風沙土表面，并均勻翻入土壤，其中，生物炭用量為3000kg/畝，腐熟有機肥用量為1500kg/畝，接下來采用膜下滴灌技術(shù)種植作物玉米(鄭單958)，從第二年開始，每年向風沙土地表均勻撒施腐熟有機肥1500kg/畝，并均勻翻入土壤。

對照組：不施用生物炭和有機肥。

將實驗組和對照組進行對比，土壤養(yǎng)分指標的對比結(jié)果見表2，玉米產(chǎn)量的對比結(jié)果見圖2。

表2玉米土壤養(yǎng)分指標變化

從表2和圖2我們發(fā)現(xiàn)：

(1)通過2012-2015年的試驗，試驗組土壤的有機質(zhì)、速效氮、速效磷和速效鉀含量顯著高于對照組。由此可見，本發(fā)明所提供的方法提升了土壤的肥力水平，特別是土壤有機質(zhì)含量的增加，有利于土壤良性結(jié)構(gòu)的形成，從而有效的提升了土壤的生產(chǎn)力水平。

(2)通過2012-2015年的試驗，試驗組的玉米產(chǎn)量水平顯著高于對照組，產(chǎn)量提升在13.10-26.08％之間。由此可見，本發(fā)明所提供的方法獲得了良好的改良利用效果。

3、2014年4月，石河子農(nóng)業(yè)科學研究院

實驗組：我們將葡萄修剪枝條制備成生物炭，并過40目篩，然后與商品有機肥均勻撒施于平整的風沙土表面，并均勻翻入土壤，其中，生物炭用量為4500kg/畝，商品有機肥用量為1200kg/畝，接下來采用膜下滴灌技術(shù)種植作物葡萄(弗雷)，從第二年開始，每年向風沙土地表均勻撒施商品有機肥1200kg/畝，并均勻翻入土壤。

對照組：不施用生物炭和有機肥。

將實驗組和對照組進行對比，土壤養(yǎng)分指標的對比結(jié)果見表3，葡萄產(chǎn)量的對比結(jié)果見圖3。

表3葡萄土壤養(yǎng)分指標變化

從表3和圖3我們發(fā)現(xiàn)：

(1)通過2014-2015二年的試驗，試驗組土壤的陽離子交換量(CEC)、有機質(zhì)、速效氮、速效磷和速效鉀含量顯著高于對照組。由此可見，本發(fā)明所提供的方法提升了土壤的肥力水平，特別土壤陽離子交換量和有機質(zhì)含量的增加，有利于土壤良性結(jié)構(gòu)的形成，從而有效的提升土壤的生產(chǎn)力水平。

(2)通過2014-2015兩年的試驗，試驗組的葡萄產(chǎn)量水平顯著高于對照組，產(chǎn)量提升在21.94-22.75％之間。由此可見，本發(fā)明所提供的方法獲得了良好的改良利用效果。

4、2013年4月，新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團第八師炮臺試驗站

實驗組：我們將棉花秸稈制備成生物炭，并過40目篩，然后與商品有機肥均勻撒施于平整的風沙土表面，并均勻翻入土壤，其中，生物炭用量為6000kg/畝，商品有機肥用量為1000kg/畝，接下來采用膜下滴灌技術(shù)種植作物為棉花(新陸早41號)，從第二年開始，每年向風沙土地表均勻撒施商品有機肥1000kg/畝，并均勻翻入土壤。

對照組：不施用生物炭和有機肥。

將實驗組和對照組進行對比，土壤養(yǎng)分指標的對比結(jié)果見表4，棉花籽棉產(chǎn)量的對比結(jié)果見圖4。

表4棉花土壤養(yǎng)分指標變化

從表4和圖4我們發(fā)現(xiàn)：

(1)通過2013-2015三年的試驗，試驗組土壤的陽離子交換量(CEC)、有機質(zhì)、速效氮、速效磷和速效鉀含量顯著高于對照組。由此可見，本發(fā)明所提供的方法提升了土壤的肥力水平，特別土壤陽離子交換量和有機質(zhì)含量的增加，有利于土壤良性結(jié)構(gòu)的形成，從而有效的提升土壤的生產(chǎn)力水平。

(2)通過2013-2015三年的試驗，試驗組的棉花籽棉產(chǎn)量水平顯著高于對照組，產(chǎn)量提升在12.40-21.39％之間。由此可見，本發(fā)明所提供的方法獲得了良好的改良利用效果。

通過上述各實驗可知：本發(fā)明的方法不僅能夠加速風沙土形成良性土壤結(jié)構(gòu)，迅速提升土壤肥力，而且能夠提高土壤陽離子交換量和土壤有機質(zhì)含量，增加了土壤膠體含量，有利于土壤良性結(jié)構(gòu)的形成，同時可獲得長期改良的效果，生產(chǎn)力水平在2-3年內(nèi)大幅度提高。

四、其他

秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物生物質(zhì)炭化技術(shù)的出現(xiàn)為改良灌耕風沙土提供了新思路。

生物炭(又稱生物焦、生物黑炭，Bio-char)是由植物生物質(zhì)在完全或部分缺氧下熱解產(chǎn)生的一類高度芳香化固態(tài)物質(zhì)。生物炭具有含碳率高、孔隙結(jié)構(gòu)豐富、比表面積大、容重小、吸附水分養(yǎng)分能力強、理化性質(zhì)穩(wěn)定等特性，使得施用生物炭有利于土壤聚集水分、增強土壤持水保肥能力和有效水量，從而促進植物更充分的吸收水分和養(yǎng)分，增加作物產(chǎn)量，近年來成為土壤學等領(lǐng)域的研究熱點。

我們于2010年開始研究生物炭改良風沙土定位試驗，研究的結(jié)果表明：

(1)生物炭固有的結(jié)構(gòu)特征與理化特性，使其施入土壤后對土壤容重、含水量、孔隙度、陽離子交換量、養(yǎng)分含量等產(chǎn)生一定影響，從而直接或間接的改善土壤理化特性，對沙質(zhì)土壤效果尤為明顯；

(2)生物炭本身含碳率高、性質(zhì)穩(wěn)定，長期與土壤互作可能會促進灌耕風沙土團聚體的形成，加速其形成良性土壤結(jié)構(gòu)；

(3)單獨施用生物炭對風沙土改良效果并不明顯，而如果結(jié)合先進的滴灌技術(shù)，采用生物炭與有機肥配施能快速改良風沙土理化特性，增強保水保肥能力，提高作物產(chǎn)量，具有見效快、可持續(xù)和成本低等優(yōu)點，是一種快速長期改良風沙土的較優(yōu)方法。

與已有的同類技術(shù)相比，本發(fā)明是一種針對干旱與半干旱區(qū)風沙土無法在短期內(nèi)實現(xiàn)改良、利用的問題，采取生物炭與有機肥配施的手段，快速改善土壤結(jié)構(gòu)，增強其保水保肥能力，提高其生產(chǎn)力的技術(shù)方案。

需要說明的是，上述實施例不以任何形式限制本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。