一種生物碳與有機肥組配改良鹽堿地的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種改良鹽堿地的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 生物炭的土壤改良劑功能源于南美亞馬遜盆地黑土（TerraPreta)的發(fā)現(xiàn)及研 究，早在1500年前南美印第安人習(xí)慣性地用木炭、廄肥及動物骨頭改良了當(dāng)?shù)赝寥?，形?至今仍很肥沃的南美亞馬遜盆地土壤，于是，生物炭在土壤中長達數(shù)百、數(shù)千年的固碳作用 引起了人們的重視。20世紀(jì)90年代以來，以熱裂解生物質(zhì)生產(chǎn)生物炭，并將其用作土壤改 良劑及固碳劑的研究日益增多。國外在生物炭的性質(zhì)和特征及其對土壤物理、化學(xué)性質(zhì)、微 生物的作用及土壤固碳等方面展開了研究工作，而中國則剛剛起步。
[0003] 從歷史角度看，木炭或竹炭的生產(chǎn)及使用超前于研究，生物炭的現(xiàn)代科學(xué)研究始 于20世紀(jì)90年代，基礎(chǔ)研究相對較弱。關(guān)于生物炭的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)研究時間很短，生物質(zhì)轉(zhuǎn) 化、生物炭的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)研究雖有一些研究報道但是很零散，不同種類生物質(zhì)及不同工藝 轉(zhuǎn)化生物炭也缺乏系統(tǒng)研究，生物炭的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)尚沒有確切的定義和標(biāo)準(zhǔn)。生物炭的性 質(zhì)或特征如化學(xué)結(jié)構(gòu)、組成、揮發(fā)物、水溶出物特征、酸堿性、物理結(jié)構(gòu)及孔隙度、吸附作用、 陽離子交換量、降解性等缺乏系統(tǒng)研究。土壤培肥及環(huán)境影響等問題亟待全面系統(tǒng)地研究， 為生物炭利用戰(zhàn)略提出科學(xué)決策的依據(jù)。
[0004] 土壤有機質(zhì)是土壤肥力的重要指標(biāo)之一，也是陸地生態(tài)系統(tǒng)中重要的碳匯。生物 炭含碳量高，且碳結(jié)構(gòu)呈芳香環(huán)狀，與土壤中腐殖質(zhì)結(jié)構(gòu)相似，國內(nèi)外研究表明，生物炭可 以提高土壤有機碳含量水平，具有改良培肥土壤效果。然而，生物炭對土壤有機質(zhì)含量的影 響也有沖突的報道。Wardle和Contina分別報道生物炭引起土壤有機質(zhì)損失，但前者土壤 埋袋培養(yǎng)試驗方法受到質(zhì)疑，而Bruun等采用C14標(biāo)記生物炭及作物秸桿的兩年土壤培養(yǎng) 試驗發(fā)現(xiàn)，生物炭（低溫和高溫碳損失分別為9. 3%、3. 1% )遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于秸桿（56% )的碳損 失。Kimetu等也報道，生物炭的碳損失遠(yuǎn)低于綠肥，生物炭的穩(wěn)定性及穩(wěn)定化作用大于綠 肥類易解有機物。秸桿、綠肥、堆肥及廄肥施入土壤且在免耕條件下，一般5-10年后所剩不 過20%，僅有極少量被轉(zhuǎn)化為腐殖質(zhì)，英國洛桑實驗站施用廄肥150多年的土壤有機碳量 也僅提高了 1倍。而亞馬遜盆地黑土（TerraPreta) 土壤質(zhì)量研究表明，生物炭是遠(yuǎn)比傳 統(tǒng)有機材料更穩(wěn)定、更易提高土壤有機碳的有機材料，故聯(lián)合國防治沙漠化公約及一些政 府呼吁將生物炭作為土壤改良及應(yīng)對氣候變化的重要技術(shù)產(chǎn)品。
[0005] 澳大利亞伍倫巴農(nóng)業(yè)研究所的最新研究成果也證實了"農(nóng)業(yè)炭"技術(shù)的巨大潛力。 研究人員按每公頃農(nóng)田施加10噸"農(nóng)業(yè)炭"的量進行了試驗，結(jié)果表明，"農(nóng)業(yè)炭"可以使 小麥的產(chǎn)量增加3倍，使大豆的產(chǎn)量增加2倍多。同時，他們還單獨使用氮肥以及"農(nóng)業(yè)炭" 和氮肥并用來進行對比試驗，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)量基本相同，結(jié)果表明，單獨使用"農(nóng)業(yè)炭"就可以起到 和使用氮肥一樣的增產(chǎn)效果。同時，該所資深科學(xué)家范茲威屯認(rèn)為，"農(nóng)業(yè)炭"提高土壤PH 值的速度僅為石灰的1/3,它還可以提高紅鐵土壤的鈣質(zhì)，減少紅鐵土壤中鋁的毒性。因此， "農(nóng)業(yè)炭"運用可使土壤的生物學(xué)性能得到改善，減少對肥料的需求，提高保持水分的能力。
[0006] "農(nóng)業(yè)炭"利用技術(shù)還可以大大減少溫室氣體的排放。澳大利亞著名科學(xué)家提姆富 蘭納瑞指出，在全球范圍內(nèi)土壤釋放的溫室氣體量是化石燃燒產(chǎn)生的溫室氣體的10倍多。 通過對土壤中釋放出的氣體進行測量和對比，發(fā)現(xiàn)"農(nóng)業(yè)炭"可以顯著減少二氧化碳和一氧 化二氮的釋放，而一氧化二氮是另一種更嚴(yán)重的溫室氣體，其制造溫室效應(yīng)的效力是二氧 化碳的300倍，在空氣中可持續(xù)150年之久。
[0007] 生物炭的酸堿性取決于生物炭原料及生產(chǎn)工藝，但是大部分生物炭顯堿性，因此， 生物炭施入土壤通常可提高酸性土壤PH值，這主要是生物炭中灰分含有更多的鹽基離子 (如鈣、鎂、鉀、鈉），但對堿性土壤pH值影響不顯著。高溫?zé)崃呀獾纳锾勘鹊蜏責(zé)崃呀獾?生物炭中具有更少的酸性揮發(fā)物及更多的灰分，PH更高。因此，高溫生物炭提高土壤pH作 用比低溫生物炭相對明顯，因此，而低溫條件下的秸桿生物炭應(yīng)更適用于鹽堿地改良。
[0008] 生物炭的孔隙具有很大變異性，小到小于1納米，大到幾十納米，甚至數(shù)十微米。 生物炭孔隙中能夠貯存水分和養(yǎng)分，因而生物炭的孔隙和表面成為微生物可棲息生活的微 環(huán)境，進而增加微生物數(shù)量及活性，特別是叢枝狀菌根真菌（AMF)或泡囊叢枝狀菌根真菌 (VAM)〇
[0009] 生物炭作為土壤改良劑及肥料緩釋載體應(yīng)用研究基本都是短期研究結(jié)果，有些僅 是實驗室土柱淋洗、土壤培養(yǎng)及土壤水分特征曲線測定評價的結(jié)果，而在實際田間情況下 生物炭對土壤物理、化學(xué)及生物的長期影響如何，對土壤及肥料養(yǎng)分的淋洗影響如何，尤其 是生物炭在土壤中的穩(wěn)定性都需要長期的試驗研究。
[0010] 目前尚未有生物炭農(nóng)用的標(biāo)準(zhǔn)，這將影響生物炭的農(nóng)業(yè)應(yīng)用，也影響生物炭對土 壤、環(huán)境及生物長期作用的科學(xué)評價。因此，研究制定生物炭農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)是今后亟待解決問 題。
[0011] 生物炭的用量是生物炭在土壤是否產(chǎn)生作用或效果的重要因素?，F(xiàn)有研究報道表 明：作物對生物炭施用量反應(yīng)存在差異，有的在低用量下就產(chǎn)生效果，但在高用量時則有抑 制作物生長的作用，有的實驗在高用量時也有很好效果。
[0012] 中國是一個農(nóng)業(yè)大國，長期以來化肥、農(nóng)藥的大量使用，已造成了大量的土壤板結(jié) 和環(huán)境污染等問題。我國政府在2010哥本哈根會議做出的減排承諾使我國的農(nóng)業(yè)也面臨 著節(jié)能減排的巨大壓力，在此大背景下，我國農(nóng)業(yè)和農(nóng)村在節(jié)能減排中應(yīng)有所作為。生物炭 可以有效降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中能源的消耗，利用生物炭發(fā)展低碳農(nóng)業(yè)勢已在必行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明是為了解決鹽堿地不能種植作物或作物產(chǎn)量低的技術(shù)問題，而提供一種生 物碳與有機肥組配改良鹽堿地的方法。
[0014] 本發(fā)明生物碳與有機肥組配改良鹽堿地的方法，按以下步驟進行：
[0015] -、整地前將秸桿生物炭與有機肥按照重量比1 :1~1. 5混合均勻，在20~60°C 溫度下進行堆腐發(fā)酵，得腐熟的肥料；
[0016] 二、整地前0~2天將腐熟的肥料均勻撒施在鹽堿地土壤表面，施用量為2000~ 2500kg/ 畝；
[0017] 三、撒施后交叉旋耕1~2遍，旋耕深度為12~15cm，旋耕后立即鎮(zhèn)壓，之后即可 播種。
[0018] 撒施--旋耕--鎮(zhèn)壓--播種盡可能連續(xù)作業(yè)，盡量避免露天爆曬，以保持大 量有益微生物活性，減少養(yǎng)分流失、揮發(fā)。
[0019] 本發(fā)明的機理：
[0020] 生物炭含碳量高，且碳結(jié)構(gòu)呈芳香環(huán)狀，與土壤中腐殖質(zhì)結(jié)構(gòu)相似，施入土壤中很 難被微生物分解利用，向土壤中添加生物炭被認(rèn)為是碳封存的一種有效辦法。生物炭具有 較大的比表面積，施用生物炭的土壤陽離子交換量高，土壤有較高的緩沖能力，有效地降低 了養(yǎng)分的淋失，提高植物的養(yǎng)分利用率，同時增加土壤有益菌數(shù)量、降低土壤容重，可有效 改善土壤理化性狀，改良鹽堿地。
[0021] 基于生物炭的上述特性，結(jié)合有機肥肥料利用率低，養(yǎng)分分解釋放緩慢的特點，發(fā) 明人萌生了將生物碳與有機肥混合堆腐、發(fā)酵，組合用于改良土壤的思路。生物碳與有機肥 混合堆腐、發(fā)酵15-30天的目的在于使生物碳充分吸附有機肥養(yǎng)分，利于有益微生物大量 滋生、繁殖，促進有機肥養(yǎng)分釋放，并減少有機肥養(yǎng)分流失與揮發(fā)。
[0022] -方面，比表面積大、吸附性和緩沖能力強的生物炭有助于發(fā)揮有機肥的功效。施 入的生物炭為所吸附的各種微生物提供了良好的微生態(tài)環(huán)境，有利于有機肥料養(yǎng)分的分解 釋放，進而提高有機肥料利用率，并降低養(yǎng)分流失。另一方面，大量微生物分泌的有機物、死 亡菌體的分解等使鹽堿土壤的有機物質(zhì)增加，鹽堿度降低；同時大量有益微生物在繁殖過 程中產(chǎn)生的多糖、粘膠和有機酸是形成土壤團粒的粘結(jié)劑，大量的團粒結(jié)構(gòu)和比重較輕的 生物炭增加了土壤非毛細(xì)管孔隙，使土壤疏松透氣，容重降低，使得鹽堿土淋鹽作用加速， 抑制返鹽，有效降低土壤表層鹽分，同時有機酸可中和土壤堿性，有效提供鹽堿地改良效 果。從而獲得生物炭與有機肥組合改良鹽堿地1+1 > 2的顯著改良效果。
[0023] 本發(fā)明的有益效果：
[0024] 1、本發(fā)明方法簡便，所用改良劑僅為秸桿生物炭和糞肥，原料易得，成本低廉；利 用秸桿、有機肥等農(nóng)業(yè)廢棄物資源，進行鹽堿地改良、中低產(chǎn)田改造，更有利于推進循環(huán)農(nóng) 業(yè)發(fā)展，增加陸地生態(tài)系統(tǒng)固碳，減少農(nóng)區(qū)碳排放，減輕農(nóng)區(qū)環(huán)境污染，做到了農(nóng)業(yè)廢棄物 的無害化處理和資源化利用。生態(tài)效益、經(jīng)濟效益、社會效益顯著，發(fā)展前景可觀。
[0025] 2、本發(fā)明方法改良鹽堿地效果極顯著。2013-2015年發(fā)明人帶領(lǐng)學(xué)科組在寧夏平 羅縣西大灘典型鹽堿地一銀北白僵土上進行了試驗示