本發(fā)明涉及土壤改良領(lǐng)域，尤其涉及一種改良新疆鹽堿地的方法。
背景技術(shù)：
新疆是中國最大的鹽堿土區(qū)，大部分重度鹽堿化土地長期無法利用，這主要是由于其特殊的氣候原因和地理原因形成的。新疆地處歐亞大陸腹地，氣候干旱少雨，蒸發(fā)強(qiáng)烈，典型的內(nèi)陸干旱氣候使得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全部依賴于灌溉，而其地理環(huán)境為四周山地環(huán)繞，天山橫貫中部、形成南北兩大封閉的內(nèi)陸盆地對鹽堿地的形成更是“雪上加霜”，盆地四周的可溶性鹽分隨農(nóng)業(yè)灌溉用水被帶到盆地，在蒸發(fā)強(qiáng)烈、降雨稀少的干旱氣候條件下，導(dǎo)致土體上部鹽分積累越來越多。
據(jù)統(tǒng)計，目前新疆鹽堿土地面積達(dá)11萬平方公里，約占全國鹽堿土地面積的1/3，現(xiàn)有耕地的32.6%已出現(xiàn)次生鹽堿化。為發(fā)展新疆農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，已有相關(guān)科研團(tuán)隊(duì)根據(jù)其技術(shù)成果在新疆做了鹽堿地改良的工作，鹽堿地的改良較多地仍以采取兩種方式為主：（1）通過淋洗土壤的方式進(jìn)行排鹽，該方法雖已將數(shù)萬畝土地改造成了良田，但由于其對水資源的依賴程度非常高，而新疆又極度缺水，因此該方法并不是長久之計；（2）種植鹽生植物，通過鹽生植物進(jìn)行吸鹽，但該種植過程較長，投入較大。
針對目前改良土壤的現(xiàn)狀，研究一種快速、經(jīng)濟(jì)的改良土壤的方法是非常有必要的。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供了一種改良新疆鹽堿地的方法，可實(shí)現(xiàn)新疆鹽堿地的快速改良，且改良成本較低，改良效果持久。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：
一種改良新疆鹽堿地的方法，包括以下步驟：
s1.將煤渣加入2~5倍重量的水浸泡1~10天后，對煤渣進(jìn)行篩分：粒徑≥10mm為大顆粒煤渣，10mm＜粒徑≥4mm為中顆粒煤渣，4mm＜粒徑≥2mm為小顆粒煤渣，余下為粉煤灰；
s2.將土壤深翻至25~40cm，在未被翻起的土壤表面鋪上小顆粒煤渣，鋪設(shè)的厚度為1.5~3cm；
s3.將翻起的土壤與脫硫石膏、生物炭和保水劑混合均勻，所述脫硫石膏中caso4·2h2o的重量含量>82%，用量為1300~1900kg/畝，生物炭的用量為8~15kg/畝，保水劑的用量為5~8kg/畝，得改良土壤；
s4.取改良土壤的體積50~70%與中顆粒煤渣和粉煤灰混合，改良土壤與中顆粒煤渣、粉煤灰的體積比為100:15~25:5~10，得中層土壤，鋪在小顆粒煤渣的上面；
s4.取余下的改良土壤與大顆粒煤渣和粉煤灰混合，改良土壤與大顆粒煤渣、粉煤灰的體積比為100:15~25:5~10，得上層土壤，鋪在中層土壤的上面。
本發(fā)明提供了生物炭的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述生物炭為稻殼、秸稈和甘蔗渣經(jīng)炭化、酸洗和熟化制成的。
進(jìn)一步的，所述生物炭的制備方法包括以下步驟：
（1）將甘蔗渣干燥，甘蔗渣和秸稈粉碎至2~5mm，與稻殼混合，放入炭化加熱爐中進(jìn)行炭化，炭化溫度為750~850℃，時間為3~10s，炭化后從炭化加熱爐頂部進(jìn)入傳送式振動篩，篩下炭化灰后獲得炭渣；
（2）將炭渣加入到2~3倍重量份的磷酸溶液中，磷酸溶液的質(zhì)量濃度為30~45%，加熱至120~145℃，保溫3~5h，然后過濾，用水清洗干凈，烘干，得酸洗炭渣；
（3）向酸洗炭渣中加入6~10倍重量份的水，再加入螯合劑和交聯(lián)劑，螯合劑重量為酸洗炭渣的0.3~0.8%，交聯(lián)劑的重量為酸洗炭渣的0.1~0.5%，加熱至40~60℃，浸泡3~5h，過濾，烘干得生物炭。
更進(jìn)一步的，所述步驟（3）中，螯合劑為edta，交聯(lián)劑為硼砂。
更進(jìn)一步的，所述稻殼、秸稈和甘蔗渣的重量比為5~10:5~10:3~6。最優(yōu)的是，所述稻殼、秸稈和甘蔗渣的重量比為8:8:5。
更進(jìn)一步的，所述步驟s3中，保水劑由木質(zhì)素和吸水性樹脂組成，木質(zhì)素和吸水性樹脂的重量比為0.5~2:6~10。其中，所述吸水性樹脂為聚丙烯酸、聚丙烯酸酰胺、丙烯酸-丙烯酰胺共聚交聯(lián)吸水樹脂中的一種。最優(yōu)的是，木質(zhì)素和吸水性樹脂的重量比為1:8。
進(jìn)一步的，還包括步驟s5：s5.30~50日后，在土壤中施入氮肥、磷肥、鉀肥和微量元素肥料。
本發(fā)明首先從形成鹽堿土的原因出發(fā)，鹽堿土的滲透性一般很差，在犁底層以下，都有不同程度的結(jié)核或板結(jié)的夾層，因此，首先必須先打破這些夾層，將其改良至具有良好的透水性和滲透性的土壤，針對這一目的，本發(fā)明利用了新疆豐富的煤資源，選取煤然后后的煤渣，煤渣顆粒狀態(tài)呈不規(guī)則碎屑狀，由于其具有多孔型性，因此比表面積更大，具有良好的散熱和保濕性能。本發(fā)明由下至上依次設(shè)置小顆粒煤渣、中顆粒煤渣、大顆粒煤渣，大顆粒煤渣鋪在上層，有利于使改善土壤的透氣性，加快水在土壤中滲透速度，小顆粒煤渣鋪在下層，除改善下層土壤的透氣性，還可以加強(qiáng)底層的保水性能，防止水土流失。由于不同粒徑的煤渣分層設(shè)置，大大提高了土壤的滲透性，更有利于作物的生長。另外，本發(fā)明還在各層土壤中都混入了粉煤灰，還可以提高土壤內(nèi)部的流動性。
本發(fā)明采用了脫硫石膏來改變土壤的鹽堿度，脫硫石膏中的ca2+能與土壤中的na+發(fā)生代換反應(yīng)，進(jìn)而降低土壤ph值、堿化度，形成營養(yǎng)的鈣質(zhì)土，可代換性的鈉離子從土壤膠體中轉(zhuǎn)入土壤溶液，隨灌溉水進(jìn)入地下水或由排水渠排走，降低土壤的鹽分和堿性。由于在土壤中還摻混有粉煤灰，粉煤灰由于具有良好的流動性，能加快脫硫石膏在土壤中的分散速度，促進(jìn)脫硫石膏中的鈣離子迅速滲入至土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)中與鈉離子發(fā)生置換，從而進(jìn)一步提高鹽堿地的改良速度。
本發(fā)明結(jié)合采用生物炭來降低土壤的鹽堿度、改變土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，生物炭本身具有的微孔結(jié)構(gòu)以及極強(qiáng)的吸附力，使其可以吸附更多的養(yǎng)分離子，生物質(zhì)炭化還田以后，其具有的大量微孔結(jié)構(gòu)，能為微生物棲息和繁殖提供了一個良好的“避難”場所，減少了鹽堿地中鹽分過高對他們帶來的生存威脅，并為它們提供了不同的碳源、能量和礦物質(zhì)營養(yǎng)，從而使微生物有益菌群能快速的生長和繁衍，激活土壤中的有機(jī)質(zhì)，提高作物的產(chǎn)量。生物炭的微孔特性也使其具備了類似“海綿”一樣的作用，可較好地保持水分與空氣的融通性，同時吸附住更多的養(yǎng)分離子，防止肥料隨水流失而得不到有效利用，從而更有利于作物的生長。
本發(fā)明還結(jié)合了保水劑來改善土壤水分蒸發(fā)強(qiáng)烈的情況，保水劑可以減少降雨或灌溉時水分的下滲流失或蒸發(fā)，使植物達(dá)萎蔫點(diǎn)時間延長，減少灌水次數(shù)，提高水分利用效率。隨著植物生長與蒸散耗水，干旱時保水劑保蓄的水分慢慢釋放以供作物利用。本發(fā)明的保水劑進(jìn)一步選用了木質(zhì)素和吸水性樹脂的組成，木質(zhì)素是一種天然有機(jī)高分子化合物，具有良好的分散性和保水性，并具有一定的硬度，與吸水性樹脂樹脂結(jié)合能形成穩(wěn)定的團(tuán)粒狀結(jié)構(gòu)而不容易被水流沖散，改善土壤板結(jié)的情況，從而大大增加土壤的透水、透氣和保水性。
在本發(fā)明中，改良鹽堿地采用的物質(zhì)包括煤渣、脫硫石膏、生物炭和保水劑，其中煤渣和脫硫石膏在新疆都是無需購置成本的廢物，將其應(yīng)用于鹽堿地的改良是廢物再利用，有效的降低了鹽堿地改良的成本。本發(fā)明通過輔以生物炭和保水劑，加快了土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，改善了土壤的微生物環(huán)境，進(jìn)而提高了鹽堿地的改良速度、增加了土壤中的營養(yǎng)成分，對于新疆地區(qū)農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有良好的促進(jìn)作用。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合具體實(shí)施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于以下實(shí)施例。
實(shí)施例1
一種改良新疆鹽堿地的方法，包括以下步驟：
s1.將煤渣加入5倍重量的水浸泡7天后，對煤渣進(jìn)行篩分：粒徑≥10mm為大顆粒煤渣，10mm＜粒徑≥4mm為中顆粒煤渣，4mm＜粒徑≥2mm為小顆粒煤渣，余下為粉煤灰；
s2.將土壤深翻至27cm，在未被翻起的土壤表面鋪上小顆粒煤渣，鋪設(shè)的厚度為2.5cm；
s3.將翻起的土壤與脫硫石膏、生物炭和保水劑混合均勻，所述脫硫石膏中caso4·2h2o的重量含量>82%，用量為1800kg/畝，生物炭的用量為13kg/畝，保水劑的用量為6kg/畝，得改良土壤；
s4.取改良土壤的體積60%與中顆粒煤渣和粉煤灰混合，改良土壤與中顆粒煤渣、粉煤灰的體積比為100:20:8，得中層土壤，鋪在小顆粒煤渣的上面；
s4.取余下的改良土壤與大顆粒煤渣和粉煤灰混合，改良土壤與大顆粒煤渣、粉煤灰的體積比為100:20:8，得上層土壤，鋪在中層土壤的上面；
s5.50日后，在土壤中施入氮肥、磷肥、鉀肥和微量元素肥料。
其中，生物炭的制備方法包括以下步驟：
（1）稱取稻殼、秸稈和甘蔗渣，稻殼、秸稈和甘蔗渣的重量比為8:8:5，將甘蔗渣干燥，甘蔗渣和秸稈粉碎至2~5mm，與稻殼混合，放入炭化加熱爐中進(jìn)行炭化，炭化溫度為800℃，時間為5s，炭化后從炭化加熱爐頂部進(jìn)入傳送式振動篩，篩下炭化灰后獲得炭渣；
（2）將炭渣加入到3倍重量份的磷酸溶液中，磷酸溶液的質(zhì)量濃度為40%，加熱至130℃，保溫4h，然后過濾，用水清洗干凈，烘干，得酸洗炭渣；
（3）向酸洗炭渣中加入9倍重量份的水，再加入edta和硼砂，edta重量為酸洗炭渣的0.5%，硼砂重量為酸洗炭渣的0.2%，加熱至50℃，浸泡4.5h，過濾，烘干得生物炭。
采用的稻殼、秸稈和甘蔗渣混合物作為原料，能復(fù)配形成不同孔隙結(jié)構(gòu)的生物炭，以為微生物生長提供不同的碳源、能量和礦物質(zhì)營養(yǎng)，以及對不同的養(yǎng)分離子形成吸附。
其中保水劑由木質(zhì)素和丙烯酸-丙烯酰胺共聚交聯(lián)吸水樹脂組成，木質(zhì)素和聚丙烯酸酰胺的重量比為1:8。
實(shí)施例2
一種改良新疆鹽堿地的方法，包括以下步驟：
s1.將煤渣加入3倍重量的水浸泡1天后，對煤渣進(jìn)行篩分：粒徑≥10mm為大顆粒煤渣，10mm＜粒徑≥4mm為中顆粒煤渣，4mm＜粒徑≥2mm為小顆粒煤渣，余下為粉煤灰；
s2.將土壤深翻至40cm，在未被翻起的土壤表面鋪上小顆粒煤渣，鋪設(shè)的厚度為3cm；
s3.將翻起的土壤與脫硫石膏、生物炭和保水劑混合均勻，所述脫硫石膏中caso4·2h2o的重量含量>82%，用量為1300kg/畝，生物炭的用量為15kg/畝，保水劑的用量為8kg/畝，得改良土壤；
s4.取改良土壤的體積50%與中顆粒煤渣和粉煤灰混合，改良土壤與中顆粒煤渣、粉煤灰的體積比為100:25:10，得中層土壤，鋪在小顆粒煤渣的上面；
s4.取余下的改良土壤與大顆粒煤渣和粉煤灰混合，改良土壤與大顆粒煤渣、粉煤灰的體積比為100:25:10，得上層土壤，鋪在中層土壤的上面；
s5.50日后，在土壤中施入氮肥、磷肥、鉀肥和微量元素肥料。
其中，生物炭的制備方法包括以下步驟：
（1）稱取稻殼、秸稈和甘蔗渣，稻殼、秸稈和甘蔗渣的重量比為10:10:3，將甘蔗渣干燥，甘蔗渣和秸稈粉碎至2~5mm，與稻殼混合，放入炭化加熱爐中進(jìn)行炭化，炭化溫度為750℃，時間為3s，炭化后從炭化加熱爐頂部進(jìn)入傳送式振動篩，篩下炭化灰后獲得炭渣；
（2）將炭渣加入到2倍重量份的磷酸溶液中，磷酸溶液的質(zhì)量濃度為30%，加熱至120℃，保溫3h，然后過濾，用水清洗干凈，烘干，得酸洗炭渣；
（3）向酸洗炭渣中加入9倍重量份的水，再加入edta和硼砂，edta重量為酸洗炭渣的0.3%，硼砂重量為酸洗炭渣的0.1%，加熱至40℃，浸泡3h，過濾，烘干得生物炭。
其中保水劑由木質(zhì)素和聚丙烯酸酰胺組成，木質(zhì)素和聚丙烯酸酰胺的重量比為0.5:6。
實(shí)施例3
一種改良新疆鹽堿地的方法，包括以下步驟：
s1.將煤渣加入5倍重量的水浸泡10天后，對煤渣進(jìn)行篩分：粒徑≥10mm為大顆粒煤渣，10mm＜粒徑≥4mm為中顆粒煤渣，4mm＜粒徑≥2mm為小顆粒煤渣，余下為粉煤灰；
s2.將土壤深翻至30cm，在未被翻起的土壤表面鋪上小顆粒煤渣，鋪設(shè)的厚度為1.5cm；
s3.將翻起的土壤與脫硫石膏、生物炭和保水劑混合均勻，所述脫硫石膏中caso4·2h2o的重量含量>82%，用量為1900kg/畝，生物炭的用量為8kg/畝，保水劑的用量為5kg/畝，得改良土壤；
s4.取改良土壤的體積70%與中顆粒煤渣和粉煤灰混合，改良土壤與中顆粒煤渣、粉煤灰的體積比為100:15:5，得中層土壤，鋪在小顆粒煤渣的上面；
s4.取余下的改良土壤與大顆粒煤渣和粉煤灰混合，改良土壤與大顆粒煤渣、粉煤灰的體積比為100:15:5，得上層土壤，鋪在中層土壤的上面；
s5.50日后，在土壤中施入氮肥、磷肥、鉀肥和微量元素肥料。
其中，生物炭的制備方法包括以下步驟：
（1）稱取稻殼、秸稈和甘蔗渣，稻殼、秸稈和甘蔗渣的重量比為5:5:6，將甘蔗渣干燥，甘蔗渣和秸稈粉碎至2~5mm，與稻殼混合，放入炭化加熱爐中進(jìn)行炭化，炭化溫度為850℃，時間為10s，炭化后從炭化加熱爐頂部進(jìn)入傳送式振動篩，篩下炭化灰后獲得炭渣；
（2）將炭渣加入到3倍重量份的磷酸溶液中，磷酸溶液的質(zhì)量濃度為45%，加熱至145℃，保溫5h，然后過濾，用水清洗干凈，烘干，得酸洗炭渣；
（3）向酸洗炭渣中加入10倍重量份的水，再加入edta和硼砂，edta重量為酸洗炭渣的0.8%，硼砂重量為酸洗炭渣的0.5%，加熱至60℃，浸泡5h，過濾，烘干得生物炭。
其中保水劑由木質(zhì)素和聚丙烯酸酰胺組成，木質(zhì)素和聚丙烯酸酰胺的重量比為1:5。
實(shí)施例4
一種改良新疆鹽堿地的方法，包括以下步驟：
s1.將煤渣加入5倍重量的水浸泡7天后，對煤渣進(jìn)行篩分：粒徑≥10mm為大顆粒煤渣，10mm＜粒徑≥4mm為中顆粒煤渣，4mm＜粒徑≥2mm為小顆粒煤渣，余下為粉煤灰；
s2.將土壤深翻至27cm，在未被翻起的土壤表面鋪上小顆粒煤渣，鋪設(shè)的厚度為2.5cm；
s3.將翻起的土壤與脫硫石膏、生物炭和保水劑混合均勻，所述脫硫石膏中caso4·2h2o的重量含量>82%，用量為1800kg/畝，生物炭的用量為13kg/畝，保水劑的用量為6kg/畝，得改良土壤；
s4.取改良土壤的體積60%與中顆粒煤渣和粉煤灰混合，改良土壤與中顆粒煤渣、粉煤灰的體積比為100:20:8，得中層土壤，鋪在小顆粒煤渣的上面；
s4.取余下的改良土壤與大顆粒煤渣和粉煤灰混合，改良土壤與大顆粒煤渣、粉煤灰的體積比為100:20:8，得上層土壤，鋪在中層土壤的上面；
s5.50日后，在土壤中施入氮肥、磷肥、鉀肥和微量元素肥料。
其中，生物炭為市面上購買的稻殼炭，保水劑為聚丙烯酸酸。
效果驗(yàn)證實(shí)施例
上述實(shí)施例1~4改良的土壤試驗(yàn)地位于新疆，30日后，在改良的土壤中施入含氮肥、磷肥、鉀肥和微量元素肥料的復(fù)混肥25kg/畝作為基肥，4月中旬，在上述實(shí)施例1~4分別改良的土壤上播種油葵，每個實(shí)施例改良土壤的種植面積均為9畝地，播種深度為4cm，每畝保留苗為5500株/畝，開花期葉面追施硼肥；9月中旬收獲油葵。
收獲后，每畝地采集表層土壤樣品，自然風(fēng)干后過2mm土壤篩進(jìn)行理化性質(zhì)測定：全鹽采用質(zhì)量法測定；有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法；有效磷采用olsen法；速效鉀通過乙酸銨提取采用火焰光度計法測定；速效氮采用堿解擴(kuò)散法測定。測定結(jié)果見表1。
表1.土壤性狀對比表
收獲的油葵產(chǎn)量情況見表2。
表2油葵產(chǎn)量情況表