本發(fā)明涉及一種改良酸性土壤的方法。

背景技術(shù)：

據(jù)國(guó)土資源部2015年發(fā)布的《中國(guó)耕地地球化學(xué)調(diào)查報(bào)告》數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)大部分地區(qū)的耕地有機(jī)質(zhì)含量下降，并出現(xiàn)土壤酸化和堿化加劇問(wèn)題。尤其在我國(guó)的南方，隨著大量農(nóng)藥和氮素化肥的施用，土壤的酸化面積和程度逐漸趨于嚴(yán)峻。因而，尋找和施用合適的改良劑以中和土壤酸度，提高土壤肥力、恢復(fù)酸性土壤的生產(chǎn)力對(duì)農(nóng)業(yè)的持續(xù)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有雙重意義。

我國(guó)是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大國(guó)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)農(nóng)業(yè)每年可產(chǎn)生各類(lèi)作物秸稈生物量8億多噸。但目前我國(guó)農(nóng)業(yè)剩余物的利用率仍然較低，每年有高達(dá)50％的秸稈被露天焚燒，焚燒的濃煙嚴(yán)重影響大氣環(huán)境質(zhì)量，對(duì)人體健康將會(huì)產(chǎn)生不良影響。因此，如何實(shí)現(xiàn)大規(guī)模秸稈剩余物的資源化利用，成為亟待解決的問(wèn)題，也促使研究者開(kāi)始關(guān)注更為穩(wěn)固有效的廢棄物轉(zhuǎn)化利用技術(shù)。隨著近年來(lái)食用菌產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，每年食用菌產(chǎn)地有大量的食用菌廢料產(chǎn)生，若處理不當(dāng)，不僅造成資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，而且會(huì)給環(huán)境帶來(lái)極大的危害，造成病蟲(chóng)害的蔓延。國(guó)內(nèi)外有機(jī)基質(zhì)生產(chǎn)者對(duì)食用菌廢料生產(chǎn)菇渣栽培基質(zhì)進(jìn)行了大量的研究，通過(guò)研究菇渣和其它基質(zhì)混配形成復(fù)合基質(zhì)的理化性狀、及對(duì)土壤肥力和作物生長(zhǎng)效果，為菇渣廢棄物的循環(huán)利用提供理論和現(xiàn)實(shí)依據(jù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)我國(guó)南方酸性土壤肥力退化和酸度較高，以及大規(guī)模農(nóng)業(yè)剩余物的資源化利用問(wèn)題，提供一種基于秸稈炭化產(chǎn)品和食用菌剩余菇渣產(chǎn)品的、高效、環(huán)保改良酸性土壤的方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明一種改良酸性土壤的方法，所述方法包括以下步驟：

步驟1：利用農(nóng)林剩余物制備生物質(zhì)炭、制備細(xì)粒徑菇渣；

步驟2：將制備好的所述生物質(zhì)炭、菇渣與酸性土壤充分混合均勻，得到土壤混合物；

步驟3：將土壤混合物進(jìn)行生化培養(yǎng)。

進(jìn)一步地，所述利用農(nóng)林剩余物制備生物質(zhì)炭是通過(guò)下述方法實(shí)現(xiàn)的：

收集農(nóng)林剩余物，將農(nóng)林剩余物剪成0.5～3cm小段，用水和鹽酸清洗干凈，于80℃恒溫下烘干；

將經(jīng)上述處理的農(nóng)林剩余物置入炭化爐的填裝箱體中，密封絕氧并通保護(hù)氣體處理，在熱解溫度為300℃～700℃條件下熱解5～6小時(shí)；

將炭化產(chǎn)品冷卻至室溫，球磨機(jī)研磨1-2min，過(guò)2～0.1mm不銹鋼篩，得生物質(zhì)炭。

進(jìn)一步地，所述制備細(xì)粒徑菇渣是通過(guò)下述方法實(shí)現(xiàn)的：

將粗菇渣風(fēng)干后，磨細(xì)，過(guò)1～0.25mm不銹鋼篩處理，得到細(xì)粒徑菇渣樣品。

進(jìn)一步地，所述酸性土壤是將土壤預(yù)先過(guò)2mm不銹鋼篩處理獲得，所述生物質(zhì)炭以質(zhì)量比0.5～2份，菇渣以質(zhì)量比1～3份添加到酸性土壤中充分混合均勻得到土壤混合物。

進(jìn)一步地，所述土壤混合物進(jìn)行生化培養(yǎng)是通過(guò)下述方法實(shí)現(xiàn)的：

將混合均勻后的生物質(zhì)炭和土壤在25℃～28℃下恒溫培養(yǎng)4～5個(gè)月，定期攪動(dòng)生物質(zhì)炭和土壤混合物以使生物質(zhì)炭和土壤混合物之間氧氣充足，并為土壤混合物補(bǔ)充去離子水以維持土壤混合物的飽和含水量為40％～70％。

進(jìn)一步地，所述的保護(hù)氣體為氮?dú)?，通氣時(shí)間為30min；

所述熱解溫度為300℃、400℃或450℃；

所述的熱解溫度通過(guò)升溫速率5～10℃/min的條件下加熱而達(dá)到。

進(jìn)一步地，所述步驟2中土壤混合物中還添加有微生物菌，所述微生物菌的質(zhì)量百分比為0.01～0.05，所述微生物菌為光合細(xì)菌、康寧木霉菌、枯草芽孢菌的混合物，所述光合細(xì)菌、康寧木霉菌、枯草芽孢菌的質(zhì)量比為1：1：2。

進(jìn)一步地，所述利用農(nóng)林剩余物制備生物質(zhì)炭還包括將獲得的生物質(zhì)炭表面吸附偏硅酸鈉的步驟：

將獲得生物質(zhì)炭加入到水中充分拌勻，然后加入粉狀偏硅酸鈉再次充分?jǐn)嚢?，將混勻后的混合物晾曬至含水量?0％，得最終用于土壤中的生物質(zhì)炭。

進(jìn)一步地，所述利用農(nóng)林剩余物制備生物質(zhì)炭還包括將獲得的生物質(zhì)炭進(jìn)行活化處理的步驟：

將獲得的生物質(zhì)炭與活化劑混合，在惰性氣氛中升溫至活化溫度進(jìn)行活化處理，然后冷卻至室溫，對(duì)產(chǎn)物采用稀鹽酸清洗，再用水洗至中性后干燥，獲得最終用于土壤中的生物質(zhì)炭；

其中，所述活化劑為碳酸鉀、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀、醋酸鉀、磷酸氫二銨、磷酸二氫銨、醋酸銨中的至少一種。

進(jìn)一步地，所述農(nóng)林剩余物為作物秸稈和/或林業(yè)剩余物，所述作物秸稈包括水稻秸稈、玉米秸稈和/或花生秸稈，所述林業(yè)剩余物包括馬尾松枝和/或竹片。

農(nóng)業(yè)廢棄生物質(zhì)熱解炭化后以穩(wěn)定固態(tài)物質(zhì)的形式存在，產(chǎn)生的生物炭材料具有比表面大，孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、高度穩(wěn)定和較強(qiáng)吸附能力等特性。生物炭加入土壤后，其含有的堿性物質(zhì)可中和部分土壤酸度，使土壤pH值升高；提高土壤對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的固持能力、改善土壤團(tuán)聚結(jié)構(gòu)、為土壤微生物提供易分解物質(zhì)和適宜棲息場(chǎng)所，從而促進(jìn)土壤生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和作物生長(zhǎng)。同時(shí)，菇渣的施用能改變土壤有機(jī)質(zhì)含量、腐殖質(zhì)含量，改善土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，提高土壤的肥力。在柑桔、蘋(píng)果、梨、葡萄等水果園內(nèi)將菌渣深施后掩埋，可起到改良果園土壤，提高水果品質(zhì)的作用，而且肥效持久，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。同時(shí)也可作為蔬菜基肥。

本發(fā)明改良酸性土壤的方法通過(guò)對(duì)農(nóng)業(yè)廢棄的作物秸稈熱解炭化，將其制備成土壤改良物質(zhì)，配合食用菌生產(chǎn)剩余菇渣產(chǎn)品，用于改善酸性土壤的肥力質(zhì)量。該土壤改良方法制備工藝和使用簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低且效果明顯，具有環(huán)保、低碳、資源循環(huán)利用等優(yōu)點(diǎn)，為改良酸性土壤提供了新途徑，還具有良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和推廣應(yīng)用價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1是實(shí)施例1改良酸性土壤的方法的流程示意圖；

圖2是實(shí)施例4和5供試酸性土壤的基本化學(xué)性質(zhì)列表；

圖3是實(shí)施例4和5供試秸稈生物炭和菇渣的化學(xué)性質(zhì)；

圖4是實(shí)施例4生物質(zhì)炭0.8份、菇渣1份添加量下，對(duì)酸性土壤特性的影響對(duì)比圖；A為土壤pH值變化對(duì)比圖、B為土壤有機(jī)碳變化對(duì)比圖、C為土壤全氮變化對(duì)比圖、D為土壤速效磷變化對(duì)比圖、E為土壤速效鉀變化對(duì)比圖，F(xiàn)為土壤微生物生物量碳變化對(duì)比圖；實(shí)驗(yàn)處理包括對(duì)照、添加水稻炭和添加玉米炭三種處理；

圖5是實(shí)施例5生物質(zhì)炭1.5份、菇渣2份添加量下，對(duì)酸性土壤肥力特性的影響，A為土壤pH值變化對(duì)比圖、B為土壤有機(jī)碳變化對(duì)比圖、C為土壤全氮變化對(duì)比圖、D為土壤速效磷變化對(duì)比圖、E為土壤速效鉀變化對(duì)比圖，F(xiàn)為土壤微生物生物量碳變化對(duì)比圖；實(shí)驗(yàn)處理包括對(duì)照、添加水稻炭和添加玉米炭三種處理。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。

本發(fā)明所述農(nóng)林剩余物為作物秸稈和/或林業(yè)剩余物，所述作物秸稈包括水稻秸稈、玉米秸稈和/或花生秸稈等，所述林業(yè)剩余物包括馬尾松枝和/或竹片等。

實(shí)施例1

如圖1所示，本實(shí)施例改良酸性土壤的方法包括如下步驟：

步驟1：利用農(nóng)林剩余物制備生物質(zhì)炭、制備細(xì)粒徑菇渣。

其中，利用農(nóng)林剩余物制備生物質(zhì)炭通過(guò)下述方法實(shí)現(xiàn)：

收集不同來(lái)源的農(nóng)林剩余物，將農(nóng)林剩余物剪成0.5～3cm小段，用水和鹽酸清洗干凈，于80℃恒溫下烘干，；

將經(jīng)上述處理的農(nóng)林剩余物置入炭化爐的填裝箱體中，密封絕氧并通氮?dú)?0min達(dá)到絕氧，在升溫速率5℃～10℃/min的條件下，加熱至300℃～700℃條件下，保持恒定溫度熱解5～6小時(shí)；

將炭化產(chǎn)品冷卻至室溫，球磨機(jī)研磨1-2min，過(guò)2～0.1mm不銹鋼篩，得到供試的不同粒徑生物炭樣品。

所述制備細(xì)粒徑菇渣是通過(guò)下述方法實(shí)現(xiàn)的：

將生產(chǎn)剩余粗菇渣適量風(fēng)干后，磨細(xì)，過(guò)1～0.25mm不銹鋼篩，得到細(xì)粒徑菇渣。

步驟2：將制備好的所述生物質(zhì)炭、菇渣與酸性土壤充分混合均勻，得到土壤混合物。

預(yù)先將土壤過(guò)2mm不銹鋼篩處理獲得待試酸性土壤，所述生物質(zhì)炭以質(zhì)量比0.5～2份，菇渣以質(zhì)量比1～3份添加到酸性土壤中充分混合均勻得到土壤混合物。

步驟3：將土壤混合物進(jìn)行生化培養(yǎng)。

將混合均勻后的生物質(zhì)炭和土壤在25℃～28℃下恒溫培養(yǎng)4～5個(gè)月，定期攪動(dòng)生物質(zhì)炭和土壤混合物以使生物質(zhì)炭和土壤混合物之間氧氣充足，并為土壤混合物補(bǔ)充去離子水以維持土壤混合物的飽和含水量為40％～70％。

實(shí)施例2

本實(shí)施例改良酸性土壤的方法是在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上將步驟1中獲得的生物質(zhì)炭進(jìn)行進(jìn)一步處理后再加入到酸性土壤中。

步驟1中獲得的生物質(zhì)炭還包括進(jìn)行活化處理的步驟：

將獲得的生物質(zhì)炭與活化劑混合，在惰性氣氛中升溫至活化溫度進(jìn)行活化處理，然后冷卻至室溫，對(duì)產(chǎn)物采用稀鹽酸清洗，再用水洗至中性后干燥，獲得用于土壤中的生物質(zhì)炭；

其中，所述活化劑為碳酸鉀、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀、醋酸鉀、磷酸氫二銨、磷酸二氫銨、醋酸銨中的至少一種。

實(shí)施例3

本實(shí)施例改良酸性土壤的方法是在實(shí)施例1或?qū)嵤├?的基礎(chǔ)上將步驟1中獲得的生物質(zhì)炭進(jìn)行進(jìn)一步處理后再加入到酸性土壤中。

步驟1中獲得的生物質(zhì)炭在加入土壤中之前還包括將獲得的生物質(zhì)炭表面吸附偏硅酸鈉的步驟：

將獲得生物質(zhì)炭加入到水中充分拌勻，然后加入粉狀偏硅酸鈉再次充分?jǐn)嚢瑁瑢⒒靹蚝蟮幕旌衔锪罆裰梁繛?0％，得最終用于土壤中的生物質(zhì)炭。

以上各實(shí)施例中所述步驟2中土壤混合物中還添加有微生物菌，所述微生物菌的質(zhì)量百分比為0.01～0.05，所述微生物菌為光合細(xì)菌、康寧木霉菌、枯草芽孢菌的混合物，所述光合細(xì)菌、康寧木霉菌、枯草芽孢菌的質(zhì)量比為1：1：2。

實(shí)施例4

本實(shí)施例改良酸性土壤的方法是在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上給出一種操作實(shí)例。

本實(shí)施例改良酸性土壤的方法中具體為：

將收集到的農(nóng)業(yè)剩余物(水稻秸稈和玉米秸稈)剪碎成1-3cm的小段，用水和鹽酸清洗干凈，于80℃恒溫下干燥后，放入炭化爐填裝箱體中，絕氧條件下，以5℃/min的升溫速率，加熱至350℃，保持熱解6小時(shí)；隨后冷卻至室溫，得到生物炭材料。將生物炭經(jīng)不銹鋼套篩，過(guò)2～0.1mm篩，得到粒徑>0.1mm生物炭樣品，備用。將菇渣磨細(xì)，過(guò)1mm篩，得到細(xì)粒級(jí)菇渣樣品。按照生物炭：菇渣：土壤＝0.8:1:100的質(zhì)量比施入到酸性土壤中，調(diào)節(jié)土壤含水量至60％飽和含水量，于25℃恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行培育實(shí)驗(yàn)。

其中，水稻炭和玉米炭分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)、并作對(duì)比實(shí)驗(yàn)，且每個(gè)實(shí)驗(yàn)3個(gè)重復(fù)。實(shí)驗(yàn)完成后采用電位計(jì)法測(cè)定土壤pH值(土水比1:5)，分別采用丘林法、半微量凱氏定氮法、鉬銻抗比色法和火焰光度法分析土壤有機(jī)碳、全氮、速效磷和速效鉀的含量，采用氯仿熏蒸-浸提法測(cè)定土壤微生物生物量碳含量。

如圖4所示，將粗粒徑生物炭和菇渣配合施入酸性土壤135天后，土壤pH值平均提高了0.20個(gè)單位，其中玉米秸稈炭配施菇渣的效果更為顯著；土壤有機(jī)碳含量由8.85g/kg顯著提高到13.87g/kg；玉米秸稈炭和菇渣的施加顯著提高了土壤全氮含量；兩種秸稈炭和菌菇的配合施加，使土壤的速效磷含量平均由11.87mg/kg顯著提高到17.64mg/kg；土壤速效鉀的含量平均顯著增加226.0％，且水稻秸稈炭施加下，效果更為顯著。與對(duì)照相比，水稻秸稈炭和玉米秸稈炭處理下，土壤微生物生物量碳的含量分別平均增加了81.0％和40.3％。

實(shí)施例5

本實(shí)施例改良酸性土壤的方法是在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上給出一種操作實(shí)例。

本實(shí)施例改良酸性土壤的方法具體為：

將收集到的農(nóng)業(yè)剩余物(水稻秸稈和玉米秸稈)剪碎成1-3cm的小段，，用水和鹽酸清洗干凈，于80℃恒溫下干燥后，放入炭化爐填裝箱體中，絕氧條件下，以8℃/min的升溫速率，加熱至350℃，保持熱解5小時(shí)；隨后冷卻至室溫，得到生物炭材料。將生物炭經(jīng)不銹鋼套篩，過(guò)2～0.1mm篩，得到粒徑<0.1mm生物炭樣品，備用。將菇渣磨細(xì)，過(guò)0.25mm篩，得到細(xì)粒級(jí)菇渣樣品。按照生物炭：菇渣：土壤＝1.5:2:100的質(zhì)量比施入到酸性土壤中，調(diào)節(jié)土壤含水量至60％飽和含水量，于25℃恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行培育實(shí)驗(yàn)。

其中，水稻炭和玉米炭分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)、并作對(duì)比實(shí)驗(yàn)，且每個(gè)實(shí)驗(yàn)3個(gè)重復(fù)。試驗(yàn)完成后采用電位計(jì)法測(cè)定土壤pH值(土水比1:5)，分別采用丘林法、半微量凱氏定氮法、鉬銻抗比色法和火焰光度法分析土壤有機(jī)碳、全氮、速效磷和速效鉀的含量，采用氯仿熏蒸-浸提法測(cè)定土壤微生物生物量碳含量。

如圖5所示，將細(xì)粒徑生物炭和菇渣配合施入酸性土壤135天后，土壤pH值平均提高了0.22個(gè)單位；土壤有機(jī)碳含量由8.85g/kg顯著提高到14.07g/kg；細(xì)粒徑玉米秸稈炭配合菇渣的施加顯著提高了土壤全氮含量；兩種秸稈炭和菌菇的配合施加，使土壤的速效磷含量平均由11.87mg/kg顯著提高到20.31mg/kg；土壤速效鉀的含量平均顯著增加235.2％，且水稻秸稈炭施加下，效果更為顯著。與對(duì)照相比，兩種秸稈炭和菌菇的配合施用，可土壤微生物生物量碳的含量分別平均增加了41.4％和57.9％。

實(shí)施例4和實(shí)施例5結(jié)果表明，利用廢棄農(nóng)作物秸稈熱解制備的不同粒徑生物炭，配合食用菌生產(chǎn)剩余的菇渣產(chǎn)品，均可作改良酸性土壤的有效方法，對(duì)土壤酸度的降低、有機(jī)碳庫(kù)的提高、速效養(yǎng)分以及微生物生物量的提高均具有明顯促進(jìn)效果。

以上，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求所界定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。