本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)土壤培肥技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于粘重土壤的土壤結(jié)構(gòu)改良劑，還涉及采用此土壤結(jié)構(gòu)改良劑改良粘重土壤結(jié)構(gòu)的方法。

背景技術(shù)：

土壤團(tuán)聚性是重要的土壤物理性質(zhì)，影響土壤透氣性、儲水能力、耕性和植物根系伸展能力，是土壤肥力中的重要因素。粘重土壤因粘粒含量高而粘結(jié)性強(qiáng)，容易形成內(nèi)部緊密的核狀和塊狀結(jié)構(gòu)，很難形成內(nèi)部疏松多孔、具多級團(tuán)聚機(jī)構(gòu)的土壤團(tuán)聚體，尤其是大于1mm的大團(tuán)聚體，這是很多質(zhì)地粘重的低產(chǎn)田的主要障礙因子。因此，促使粘重土壤形成大團(tuán)聚體，是培育這類低產(chǎn)土壤肥力的重要內(nèi)容。

提高土壤大團(tuán)聚體數(shù)量的方法有很多種，主要分為粘合劑法、有機(jī)肥法和農(nóng)藝法，其中以粘合劑法應(yīng)用最為廣泛。在粘合劑法中，以人工合成的聚丙烯酰胺為最普遍，專利和產(chǎn)品很多，但其高昂的成本影響了其大面積的應(yīng)用。同時，這類粘合劑也不適用粘質(zhì)地土壤。有機(jī)肥法和農(nóng)藝法的效果緩慢而不穩(wěn)定。現(xiàn)有技術(shù)中公開的涉及該領(lǐng)域的技術(shù)存在如下缺陷和不足：(1)工藝復(fù)雜，如“一種修復(fù)改良土壤結(jié)構(gòu)的復(fù)合制劑及其制備方法(公開號CN106085459A)”中的改性廢沸石是廢催化裂化催化劑經(jīng)過煅燒、粉碎，負(fù)載酸后得到的；(2)組成復(fù)雜，如“一種改良土壤團(tuán)聚體的生物質(zhì)有機(jī)肥料(公開號CN105967783A)”中涉及烤煙葉粉、膨潤土、聚天冬氨酸、磷酸二銨、小麥谷朊粉、硫酸亞鎳、檸檬酸鐵、農(nóng)作物秸稈、伊樂藻、纖維素酶制劑、蛋白酶制劑、酸豆果、水適量等13種成分，“一種改善土壤結(jié)構(gòu)的土壤調(diào)理劑及制備方法(公開號CN106085438A)”中涉及11種成分；(3)人工化學(xué)品多，如“一種改良土壤結(jié)構(gòu)的有機(jī)肥料及其制備方法(公開號CN104140318A)”中使用尿素、硫酸亞鐵、磷酸氫鈣、腐殖酸鈉、明膠、硫酸錳、黃原膠等化學(xué)品；(4)對土壤組成改變大，如“利用生物質(zhì)灰渣快速改良土壤團(tuán)聚體的方法(公開號CN103918375A)”中每畝要施入生物質(zhì)灰渣1200kg，對土壤無機(jī)物組成改變巨大。上述特點(diǎn)均在不同程度上導(dǎo)致產(chǎn)品或技術(shù)應(yīng)用的局限性。

因此，提出一種組分簡單、工藝簡單、成本低、效果迅速而持久的粘重土壤改良方法很有必要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明以避免現(xiàn)有技術(shù)中的不足為出發(fā)點(diǎn)，針對粘重土壤，提出一種組分簡單、成本低、制備工藝簡單的土壤結(jié)構(gòu)改良劑，并同時提供使用該改良劑改良粘重土壤結(jié)構(gòu)的方法，本發(fā)明的方法可實(shí)現(xiàn)迅速而持久地提高粘重土壤大團(tuán)聚體數(shù)量的目的。

本發(fā)明的技術(shù)方案之一是：一種用于粘重土壤的土壤結(jié)構(gòu)改良劑，由包括如下組分的原料混合而成：粒徑1-3mm的生物質(zhì)炭顆粒，相當(dāng)于所述生物質(zhì)炭顆粒重量4-6％的腐植酸和/或腐植酸鹽粉末，和相當(dāng)于所述生物質(zhì)炭顆粒重量25-35％的水。

所述土壤結(jié)構(gòu)改良劑中，生物質(zhì)炭顆粒的作用是作為團(tuán)聚體形成的初始核心和骨架，腐植酸的作用是作為土壤礦質(zhì)顆粒的膠結(jié)物，二者配合使用，可快速促進(jìn)土壤團(tuán)聚體的形成。

其中，所述生物質(zhì)炭顆粒是以稻殼、花生殼、核桃殼、板栗殼、棉花桿、果蔬剪枝、鋸末中的至少一種為原料制備得到的。與其他可用于制備生物質(zhì)炭顆粒的原料，如水稻秸稈，玉米秸稈，小麥秸稈等相比，本發(fā)明采用的原料是含木質(zhì)素豐富的植物材料，具有堅硬、致密、易得的特點(diǎn)，以此制備得到的生物質(zhì)炭顆粒具有堅固、質(zhì)脆、孔隙豐富、易粉碎的性質(zhì)，非常適用于改良粘重土壤。

優(yōu)選地，所述生物質(zhì)炭顆粒是以稻殼或花生殼為原料制備得到的。

所述生物質(zhì)炭顆粒的制備方法具體為：取所述生物質(zhì)炭顆粒的原料，于500-600℃厭氧裂解1-3h，粉碎，過篩，取1-3mm粒徑顆粒，即得。

或者，所述生物質(zhì)炭顆粒也可通過市購手段購買用所述原料制成的生物質(zhì)炭，經(jīng)粉碎，過篩，取1-3mm顆粒而得。

本發(fā)明以生物質(zhì)炭顆粒作為土壤改良劑的主要成分，可實(shí)現(xiàn)稻殼、花生殼、核桃殼、板栗殼、棉花桿、果蔬剪枝、鋸末等農(nóng)林廢棄物的循環(huán)使用，并且該類物質(zhì)來源廣泛，價格低廉，以此為原料制備生物質(zhì)炭顆粒的方法簡單，易于操作。

優(yōu)選地，所述腐植酸鹽為腐植酸鈉和/或腐植酸鉀。

本發(fā)明的土壤結(jié)構(gòu)改良劑中含有25-35％的水，一方面，水的存在能夠增加改良劑中腐殖酸和/或腐殖酸鹽的融合，另一方面可降低施用時的灰塵飛揚(yáng)，可進(jìn)一步提高土壤改良效果，確保使用的便捷性和安全性。

進(jìn)一步優(yōu)選地，當(dāng)所述腐植酸和/或腐植酸鹽粉末的重量相當(dāng)于所述生物質(zhì)炭顆粒重量的5.3％，所述水的重量相當(dāng)于所述生物質(zhì)炭顆粒重量的30％時，此種土壤結(jié)構(gòu)改良劑具有最佳的提高粘重土壤中大團(tuán)聚體數(shù)量的效果。

本發(fā)明的技術(shù)方案之二是：上述任意一種土壤結(jié)構(gòu)改良劑在改良粘重土壤結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。

本發(fā)明的技術(shù)方案之三是：一種利用上述任意一種土壤結(jié)構(gòu)改良劑改良土壤結(jié)構(gòu)的方法，所述方法具體為：將所述土壤結(jié)構(gòu)改良劑均勻撒在待改良的粘重土壤表面，采用農(nóng)用機(jī)具將其翻入0-20cm表層土壤即可。

優(yōu)選地，所述土壤結(jié)構(gòu)改良劑的畝用量為2-5噸。

進(jìn)一步優(yōu)選地，針對土壤粘重的不同程度，調(diào)整土壤結(jié)構(gòu)改良劑的用量可以最經(jīng)濟(jì)的用量取得最佳的改良效果，具體而言：

當(dāng)待改良粘重土壤≤20cm土層土壤質(zhì)地為極粘土?xí)r，所述土壤結(jié)構(gòu)改良劑的畝用量為4.5～5噸；

當(dāng)待改良粘重土壤≤20cm土層土壤質(zhì)地為重粘土?xí)r，所述土壤結(jié)構(gòu)改良劑的畝用量為2.5～3.5噸；

當(dāng)待改良粘重土壤≤20cm土層土壤質(zhì)地為中或輕粘土?xí)r，所述土壤結(jié)構(gòu)改良劑的畝用量為2～3噸；

當(dāng)待改良粘重土壤≤20cm土層土壤質(zhì)地為中或重壤土的，所述土壤結(jié)構(gòu)改良劑的畝用量為1.5～2.5噸。

其中，本發(fā)明所述的極粘土、重黏土、中或輕黏土、中或重壤土的定義參照鄧時琴編著的《中國土壤質(zhì)地分類》(1996年)中的定義，即：所述極粘土的定義為：中細(xì)粘粒(<0.001mm)含量>60％的土壤；所述重粘土的定義為：中細(xì)粘粒(<0.001mm)含量在40-60％范圍內(nèi)的土壤；所述中或輕粘土的定義為：中細(xì)粘粒(<0.001mm)含量在30-40％的土壤；所述中或重壤土的定義為：中細(xì)粘粒(<0.001mm)含量<30％、粗粉粒(0.05-0.01mm)含量≥40％的土壤。

采用本發(fā)明的土壤結(jié)構(gòu)改良方法，可提高土壤大團(tuán)聚體數(shù)量，增加土壤通透性、降低土壤粘性、降低耕作阻力、延長宜耕期、增加土壤持水率，提高土壤肥力，增加作物產(chǎn)量，還可增加土壤固碳數(shù)量。同時，本發(fā)明的方法簡單易行，成本低，效果明顯持久，易于大面積推廣使用。

在符合本領(lǐng)域常識的基礎(chǔ)上，上述各優(yōu)選條件，可以相互組合，即得本發(fā)明各較佳實(shí)例。

本發(fā)明涉及到的原料和試劑均可市購獲得。

附圖說明

圖1為效果實(shí)驗例1的結(jié)果圖；

圖2為效果實(shí)驗例2的結(jié)果圖；

圖3為效果實(shí)驗例1中改良后的土壤；

圖4為效果實(shí)驗例2中改良后的土壤。

具體實(shí)施方式

以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例中涉及的操作如無特殊說明，均為本領(lǐng)域常規(guī)技術(shù)操作；

實(shí)施例1

一種土壤結(jié)構(gòu)改良劑，由如下重量的組分混合而成：

生物質(zhì)炭(以花生殼為原料制備而成) 2000g

腐植酸鈉 106g

自來水 600g

該實(shí)施例同時提供了上述土壤改良劑的制備方法，包括如下步驟：

1)取10kg干花生殼置于炭化爐中，于550℃下無氧碳化處理2h，，得到3.2kg生物質(zhì)炭；

2)將上述生物質(zhì)炭用粉碎機(jī)粉碎，分別過3mm和1mm篩，留取1-3mm顆粒備用；

3)將106g商品腐植酸鈉粉末倒入600mL自來水中，混合均勻，制成腐植酸懸液；

4)取2000g 1-3mm生物質(zhì)炭顆粒，加入腐植酸懸液600mL，混合均勻，即得。

實(shí)施例2

一種土壤結(jié)構(gòu)改良劑，由如下重量的組分混合而成：

生物質(zhì)炭(以稻殼為原料制備而成) 5t

腐植酸鈉 212kg

自來水 1200kg

該實(shí)施例同時提供了上述土壤改良劑的制備方法，包括如下步驟：

1)購買5噸稻殼生物質(zhì)碳，用粉碎機(jī)粉碎，分別過3mm和1mm篩，留取1-3mm顆粒備用；

2)將212kg商品腐植酸鈉粉末倒入1200L自來水中，混合均勻，制成腐植酸懸液；

3)取4t 1-3mm生物質(zhì)炭顆粒，加入腐植酸懸液1200L，混合均勻，即得。

效果實(shí)驗例1

實(shí)驗方法：

(1)取經(jīng)過風(fēng)干的中粘土，過1mm篩，稱取4份，每份500克；

(2)4份土樣中，分別加入0、3.36、6.72、10.08克實(shí)施例1的生物質(zhì)炭腐植酸制劑(即土壤結(jié)構(gòu)改良劑)，用量分別為對照、50％最適量、最適量、150％最適量。最適量相當(dāng)于2.5噸/畝。

(3)將上述4份土樣分別攤開，各噴灑150毫升自來水，混合均勻，分別放入4只1000毫升燒杯中，壓縮體積至360毫升(容重約為1.4g/cm3)。

(4)對上述土樣，進(jìn)行干濕交替5次。

實(shí)驗結(jié)果：

培養(yǎng)結(jié)束后，測定>1mm土壤團(tuán)聚體數(shù)量，結(jié)果見圖1和圖3。

從圖1可以看出，按照最適量加入改良劑，>1mm團(tuán)聚體比例可超過土壤總量1/3，達(dá)到36％，是不加改良劑(對照處理)的1.73倍，效果顯著。而減量(0.5最適量)加入后，>1mm團(tuán)聚體比例只有27.8％，是對照的1.3倍，效果不顯著。超量(1.5最適量)加入則無進(jìn)一步提升效果，圖3為改良后的土壤形態(tài)。

效果實(shí)驗例2

在安徽北部一種砂姜黑土上進(jìn)行效果驗證，經(jīng)檢測，該土壤表層20cm土壤為重壤土。

實(shí)驗方法：

(1)將實(shí)驗地塊劃分為12個小區(qū)，每個小區(qū)100m²，分別為對照(用量為0)、0.5最適量(用量為1.5kg/m2)、最適量(用量為3.0kg/m²)和1.5最適量(用量為4.5kg/m2)。最適量為2.0噸/畝。每個處理三個重復(fù)，共計用改良劑量2.7噸。

(2)驗證從2015年6月份夏玉米播種開始，2016年10月初夏玉米收獲結(jié)束。期間共進(jìn)行1季冬小麥、2季夏玉米生產(chǎn)。生產(chǎn)方式按當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)操作法進(jìn)行。

實(shí)驗結(jié)果：2016年10月取0-20cm土壤測試土壤大團(tuán)聚體數(shù)量，結(jié)果見圖2和圖4。

從圖2可以看出：按照最適量加入制劑，>1mm團(tuán)聚體比例可達(dá)到土壤總量的32％，是不加制劑(對照處理)的2.13倍，效果顯著。而減量(0.5最適量)加入后，>1mm團(tuán)聚體比例只有21.6％，是對照的1.4倍，效果不顯著。超量(1.5最適量)加入反而有降低的趨勢，圖4為改良后的土壤形態(tài)。

雖然，上文中已經(jīng)用一般性說明、具體實(shí)施方式及試驗，對本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎(chǔ)上，可以對之作一些修改或改進(jìn)，這對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎(chǔ)上所做的這些修改或改進(jìn)，均屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。