本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)化工領(lǐng)域，特別涉及一種竹炭土壤調(diào)理劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，礦產(chǎn)資源的不合理開采及其冶煉排放、長期對土壤進(jìn)行污水灌溉和污泥施用，人為活動引起的大氣沉降、化肥和農(nóng)藥的施用等原因，造成了土壤嚴(yán)重污染。
2015年的土壤污染調(diào)查顯示，我國嚴(yán)重土壤污染區(qū)就達(dá)320個，約548萬公頃。此外，我國至少還有近3000萬公頃的污染土地，包括接近2000萬公頃耕地受重金屬污染，500萬公頃土地受石油污染，200萬公頃土地受礦區(qū)污染，5萬公頃土地受固體廢棄堆放污染。日益退化的土壤問題，不但損害土壤自身的理化性質(zhì)，而且影響作物的產(chǎn)量與品質(zhì)，并通過食物鏈進(jìn)入人體，危害人類健康。如何解決土壤污染已迫在眉睫。
為了解決土壤板結(jié)、酸化、鹽堿化、提高土壤透氣性、增強(qiáng)土壤肥水滲透力，具有改良土壤，治理荒漠，保水抗早，恢復(fù)農(nóng)作物原生態(tài)等功能的土壤調(diào)理劑備受關(guān)注，使用土壤調(diào)理劑改善土壤狀況日漸被人們接受。但是我國，土壤調(diào)理劑的發(fā)展尚處于起步階段，市面上已登記的土壤調(diào)理劑共有40家，遠(yuǎn)遠(yuǎn)未能滿足市場需求。另外，已有的土壤調(diào)理劑的質(zhì)量也是參差不齊。主要存在以下問題：1）功能單一：登記的土壤調(diào)理劑中有75%是解決酸性土壤，余下是解決鹽漬土壤和保護(hù)地障礙土壤，沒有一個是解決重金屬污染的土壤調(diào)理劑。 2）改良效果不明顯。單一的土壤改良劑存在改良效果不佳或不全面的問題，人工合成的高分子化合物土壤調(diào)理劑具有成本高和潛在的二次環(huán)境污染風(fēng)險，而天然原材料改良效果有限，并存在持續(xù)時間短、用量大的問題。
因無改良重金屬污染土壤的商品土壤調(diào)理劑，常規(guī)的解決土壤重金屬的方法有兩種：一是客土和深耕翻土；另一種是植物修復(fù)技術(shù)。前者修復(fù)成本巨大且容易造成污染轉(zhuǎn)移；后者修復(fù)時間慢長、且影響土地生產(chǎn)。
針對以上問題，我們研發(fā)了一款既能改良酸性土壤、又能吸附鈍化重金屬的多功能新型竹炭土壤調(diào)理劑。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于針對市面上的土壤調(diào)理劑改良效果不佳或不全面、持續(xù)時間短、用量大的問題，開發(fā)一種富含穩(wěn)定態(tài)有機(jī)碳，有效增加土壤有機(jī)質(zhì)，降低溫室氣體排放，吸附和鈍化土壤重金屬，改良土壤結(jié)構(gòu)，增加有益微生物數(shù)量提供土壤微生物量和多樣性；調(diào)節(jié)土壤酸度，提高土壤透氣性、保水性，活化土壤中的磷鉀元素的高效、安全、生態(tài)的土壤調(diào)理劑，同時本發(fā)明還提供一種該土壤調(diào)理劑的制備方法。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：
一種竹炭土壤調(diào)理劑及其制備方法，其特征在于，由以下含有以下重量百分比的成分組成：
竹炭粉：40-60%；
有機(jī)酸：10-30%；
生石灰粉：10-20%；
硅藻土：5-10%；
尿素：5-10%；
EDTA鐵：0.5-2%。
優(yōu)選地，其含有以下重量百分比的成分：
竹炭粉：45-50%；
有機(jī)酸：15-20%；
生石灰粉：10-15%；
硅藻土：5-8%；
尿素：5-8%；
EDTA鐵：1-2%。
所述有機(jī)酸為腐植酸、黃腐酸、脫氧核糖核酸、核糖核酸、賴氨酸、精氨酸中的至少一種。
此外，本發(fā)明另一方案中還含有重量百分比為3-6%的粘結(jié)劑；所述粘結(jié)劑包括粘土或膨潤土中的至少一種。
上述竹炭土壤調(diào)理劑的生產(chǎn)方法，包括以下步驟：
（1）將高山毛竹或毛竹加工廢料破碎切斷，自然或人工干燥備用；
（2）將步驟（1）所得的物料經(jīng)中溫?zé)o氧熱解炭化，冷卻后再經(jīng)粉碎機(jī)粉碎過篩，干燥；
（3）將有機(jī)酸過篩，干燥；
（4）將生石灰粉碎，過篩，干燥；
（5）硅藻土過篩，干燥；
（6）尿素粉碎、過篩，干燥；
（7）EDTA鐵過篩，干燥；
（8）將上述竹炭粉、生石灰粉、硅藻土、有機(jī)酸、尿素、EDTA鐵按生產(chǎn)配比進(jìn)行計量，采用攪拌機(jī)充分混合后，制備得到粉狀土壤調(diào)理劑；或者將上述竹炭粉、生石灰粉、有機(jī)酸、硅藻土、尿素、EDTA鐵和粘結(jié)劑按照生產(chǎn)配比進(jìn)行計量，采用攪拌機(jī)充分混合后，經(jīng)造粒機(jī)造粒，得到顆粒狀土壤調(diào)理劑。
優(yōu)選地，步驟（1）所述高山毛竹為三年生。
優(yōu)選地，步驟（2）所述熱解炭化采用無氧中溫?zé)峤?，溫度保持?50℃，時間保持為2小時。
優(yōu)選地，步驟（2）、（3）、（4）、（5）、（6）、（7）所述過篩為過粉碎的細(xì)度為80-100目篩，所述干燥后的粉狀各原材料物質(zhì)含水量小于等于8wt%。
本發(fā)明的土壤調(diào)理劑能有效改良土壤酸度，促進(jìn)有益微生物生長、鈍化重金屬、提高土壤透氣性和保水性、提高植物營養(yǎng)的有效性。
本發(fā)明的作用機(jī)理為：竹炭具有由洋蔥狀富勒烯(C60)和展開的碳納米管組成的特殊孔隙以及大量的表面含氧基團(tuán)等特征，這一特殊結(jié)構(gòu)使其具有良好的吸附性能。竹炭的表面積是木炭的2.5-3倍，吸附能力是木炭的10倍以上。
竹炭大多呈堿性，因其灰分中含有很多的鹽基離子，比如鈣、鎂、鉀等，這些鹽基離子可以降低土壤中氫離子及交換性鋁離子的含量，提高酸性土壤pH值。
竹炭具有多孔結(jié)構(gòu)、比表面積大等特性，可改善土壤持水能力。竹炭具有的吸附性、表面富含堿性基團(tuán)，可以改變土壤中重金屬（鎘、砷、鉻等）的形態(tài)，使離子形態(tài)的重金屬形成難溶的鹽類。因此具有鈍化重金屬的功能。
竹炭的孔隙結(jié)構(gòu)及貯存水分和養(yǎng)分的作用，使其成為土壤微生物的良好棲息環(huán)境，為土壤有益微生物提供保護(hù)，特別是菌根真菌，促進(jìn)有益微生物繁殖及活性。竹炭可作為微生物肥料接種菌的載體，增加接種菌在土壤中存活率。
本發(fā)明制備的竹炭土壤調(diào)理劑具有以下優(yōu)點：
1）安全、環(huán)保
該土壤調(diào)理劑的原料取自三年生長的高山竹，經(jīng)中溫?zé)峤馓炕に嚿a(chǎn)，該產(chǎn)品無重金屬，安全環(huán)保；
2）效果明顯
本發(fā)明的土壤調(diào)理劑可以調(diào)節(jié)酸性土壤、吸附重金屬、增加土壤中有益微生物數(shù)量，提高土壤透氣性、保水性，增加土壤有機(jī)質(zhì)和提高土壤中磷和鉀的有效性；
3）使用方便
產(chǎn)品可制成粉劑，每畝地用量為300kg，種植前全范圍內(nèi)噴撒即可，使用方法簡單。
附圖說明
圖1 為本發(fā)明中所使用的竹炭的微觀結(jié)構(gòu)圖，在2000倍電子顯微鏡下觀察其中a為竹炭橫剖面微觀結(jié)構(gòu)圖；b為竹炭縱剖面微觀結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式
以下實施例所涉及的生產(chǎn)設(shè)備包括：自熱式全自動炭化爐、粉碎機(jī)、攪拌機(jī)、篩子、造粒機(jī)；所涉及的原料及來源：竹子（浙江安吉三年生高山毛竹）；有機(jī)酸（礦源腐植酸，遼寧阜新鼎旺腐植酸科技有限公司；黃腐酸（山東青州東陽化工有限公司）；生石灰粉（ 安徽省青陽縣金元鈣業(yè)有限責(zé)任公司）； 硅藻土（吉林遠(yuǎn)通礦業(yè)有限公司）；農(nóng)用尿素（山東魯西化工有限公司）；EDTA鐵（蘇州連勝化學(xué)有限公司）。
下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步說明：
實施例1
本實施例的配方：
竹炭粉：50%
腐植酸：15%
生石灰粉：20%
硅藻土：5%
尿素：8%
EDTA鐵：2%
工藝過程：
（1）將500kg高山毛竹或竹廢料破碎切斷，自然或人工干燥備用。
（2）將步驟（1）所得碎料在無氧條件下450℃熱解炭化2小時，冷卻后再經(jīng)粉碎機(jī)粉碎過100目篩，干燥，所得竹炭粉的微觀結(jié)構(gòu)如圖1所示，可以看出，竹炭具有由洋蔥狀富勒烯(C60)和展開的碳納米管組成的特殊孔隙；
（3）將腐植酸過100目篩，干燥；
（4）將生石灰粉碎，過100目篩，干燥；
（5）硅藻土過100目篩，干燥；
（6）尿素粉碎、過100目篩，干燥；
（7）EDTA鐵過100目篩，干燥；
（8）將上述竹炭粉、生石灰粉、腐植酸、尿素按生產(chǎn)配比進(jìn)行計量，采用攪拌機(jī)充分混合后，制備得到粉狀土壤調(diào)理劑。
實施例2
竹炭粉：45%
黃腐酸：16%
生石灰粉：17%
硅藻土：8%
尿素：7%
粘土：5.5%
EDTA鐵：1.5%
工藝過程：
（1）將500kg高山毛竹或竹廢料破碎切斷，自然或人工干燥備用；
（2）將步驟（1）所得碎料在無氧條件下450℃熱解炭化2小時，冷卻后再經(jīng)粉碎機(jī)粉碎過80目篩，干燥；
（3）將黃腐酸過80目篩，干燥；
（4）將生石灰粉碎，過80目篩，干燥；
（5）硅藻土過80目篩，干燥；
（6）尿素粉碎、過80目篩，干燥；
（7）EDTA鐵過80目篩，干燥；
（8）將上述竹炭粉、生石灰粉、硅藻土、黃腐酸、尿素、EDTA鐵和粘結(jié)劑按照生產(chǎn)配比進(jìn)行計量，采用攪拌機(jī)充分混合后，經(jīng)造粒機(jī)造粒，得到顆粒狀土壤調(diào)理劑。
實施例3：
將實施例1研發(fā)的樣品在福建省龍巖市連城縣廟前鎮(zhèn)呂坊村做了大田示范試驗。結(jié)果見下：
1.試驗地點
福建省龍巖市連城縣廟前鎮(zhèn)呂坊村（N25°21.392′、E116°42.469′）
2.試驗時間： 2015年4月~2015年10月
3.供試土壤：
供試水稻田Cd含量為4.0mg/kg，Pb含量為625mg/kg，土壤pH為6.32
4.供試作物：中稻（豐優(yōu)559）
5.試驗處理：
對照：常規(guī)施肥
處理：竹炭土壤調(diào)理劑300kg/畝
6.試驗過程：
將竹炭土壤調(diào)理劑在灌水前撒施于土壤表層，旋耕15cm耙地混勻。然后進(jìn)行插秧，施碳酸氫銨45千克/畝，尿素8.9千克/畝，過磷酸鈣15千克/畝，氯化鉀15千克/畝。水稻種植期間田間管理與當(dāng)?shù)厣a(chǎn)相同。水稻在成熟期收獲，測產(chǎn)量，同時隨機(jī)采集代表性作物樣本，帶回實驗室洗凈、烘干、脫殼、粉碎、消煮、測定重金屬含量。水稻收獲后，每個小區(qū)使用不銹鋼采樣器隨機(jī)采集多個表土（0-15cm）,混勻組成一個樣品，風(fēng)干磨碎后過篩，測定土壤重金屬有效態(tài)含量。2015年4月上旬施竹炭土壤調(diào)理劑，4月下旬插秧，期間按常規(guī)田間管理；2015年9月由上旬收獲，采樣；2015年9月中下旬~2015年10月中旬完成室內(nèi)分析。分析儀器為石墨爐原子吸收（SpectrAA 220Z，美國瓦里安）。
7.試驗結(jié)果：
（1）竹炭土壤調(diào)理劑對水稻Cd吸收的抑制效果
施用竹炭土壤調(diào)理劑顯著降低稻米對鎘、鉛的富集。由表1可以看出，施用竹炭土壤調(diào)理劑可以極顯著地降低水稻籽粒中Cd、Pb的含量，與對照相比，施竹炭土壤調(diào)理劑300kg/畝，水稻籽粒中Cd含量降低了92.2%，籽粒中Cd的含量降低到國家食品污染物限量標(biāo)準(zhǔn)（0.2mg/kg）。
表1施用竹炭土壤調(diào)理劑對水稻籽粒重金屬含量的影響
注：不同大寫字母表示用LSD法單因素方差分析差異極顯著（P<0.01），下同。
（2）施加竹炭土壤調(diào)理劑對從污染稻田水稻產(chǎn)量的影響
由表2可知，施加竹炭土壤調(diào)理劑300kg/畝處理水稻產(chǎn)量與對照相比無顯著差異，可見施加竹炭土壤調(diào)理劑可以在保持水稻產(chǎn)量的前提下改良重金屬污染土壤。
表2 施加竹炭土壤調(diào)理劑對水稻產(chǎn)量的影響
注：不同大寫字母表示用LSD法單因素方差分析差異極顯著（P<0.05），下同。
（3）竹炭土壤調(diào)理劑對水稻土鎘和鉛的鈍化效果
從表3可以看出施加竹炭土壤調(diào)理劑極顯著地降低了土壤中有效態(tài)Cd、Pb的濃度，施加300kg/畝竹炭土壤調(diào)理劑，土壤中有效態(tài)Cd含量從1.87 mg/kg降低到1.53mg/kg，降低了18.1%；Pb含量由 243.0mg/kg降低到221.4mg/kg，降低了8.9%。
表3施加秸稈炭有機(jī)肥對土壤DTPA浸提態(tài)Cd、Pb含量的影響
注：0.005mol/L DTPA浸提劑，液土比2:1
實施例4：
將實施例2研發(fā)的產(chǎn)品在上海市嘉定工業(yè)區(qū)竹橋村安排了小區(qū)試驗，試驗結(jié)果如下：
1.試驗地點
上海市嘉定工業(yè)區(qū)竹橋村（上海嘉定維高蔬果專業(yè)合作社）。
2.試驗時間：
2015年2月2日~ 2015年12月10日
3.供試土壤：
供試土壤類型為潮土，其理化性狀見表4。
表4供試土壤理化性狀
4 供試材料：
供試土壤調(diào)理劑為時科生物科技（上海）有限公司研發(fā)。使用說明：土壤調(diào)理劑的使用方法為撒施、穴施或溝施。施用量為300kg/畝。
5 試驗設(shè)計和方法：
本試驗設(shè)兩個處理，即
處理1：常規(guī)施肥；
處理2：常規(guī)施肥+施用土壤調(diào)理劑。試驗采用隨機(jī)區(qū)組排列。小區(qū)面積28m2。
6 試驗結(jié)果與分析
不同處理對土壤理化性狀的影響見表5。試驗結(jié)果表明，常規(guī)施肥加施土壤調(diào)理劑均能夠不同程度的改善土壤理化性狀。與處理1噴施清水相比，該土壤調(diào)理劑處理的有機(jī)質(zhì)增加3.5g/kg，全氮含量增加1.39g/kg,有效磷含量增加3.5mg/kg,速效鉀含量增加10mg/kg,pH值升高0.3，趨于中性，EC25降低2.23ms/cm，土壤全鹽量下降0.99g/kg，脫鹽率提高43.8%，微生物總量增加16.58E+07，細(xì)菌總量增加6.32E+07。2012年6月試驗：與處理1相比，該土壤調(diào)理劑處理的有機(jī)質(zhì)增加2g/kg，全氮含量增加1.28g/kg,有效磷含量增加5.7mg/kg,速效鉀含量增加15mg/kg,pH值升高0.3，趨于中性，EC25降低2.2ms/cm，土壤全鹽量下降1.0g/kg，脫鹽率提高47.8%，微生物總量增加17.5E+07，細(xì)菌總量增加6.22E+07?？梢姡瑖娛┰撏寥勒{(diào)理劑后，較常規(guī)對照可有效的改良土壤理化性狀。
表5 不同處理對土壤理化性狀的影響
7 結(jié)論
常規(guī)施肥加噴施竹炭土壤調(diào)理劑都能夠降低土壤全鹽量，緩沖pH值，脫鹽率高達(dá)45%以上，同時可迅速增加土壤中微生物總量，特別是細(xì)菌總量，該土壤調(diào)理劑改良酸性土壤效果明顯。
以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。