本發明屬于農業環境科學技術，特別是涉及一種酸性土壤改良劑及其制備方法與應用。

背景技術：

隨著社會經濟和農業的發展，由于長期氮肥過量施用等原因，致使我國酸化土壤的面積和酸化程度呈逐漸增加趨勢。土壤酸化不僅使土壤中營養元素如鉀、鈣、鎂等大量流失，而且使土壤中各種金屬和重金屬化合物的溶解度增加，導致土壤中重金屬對環境的危害，此外土壤酸化還會破壞土壤的團粒結構，導致土壤通氣透水性不良，降低磷的有效性等環境問題，嚴重影響我國農業生產的能力。

從生態環境保護的角度出發，農業生產過程中會產生大量的秸稈，這些廢棄生物質資源如可以通過制備變為土壤改良劑，將其變廢為寶，在充分利用廢棄資源保護環境的同時，改善土壤結構，提高酸性土壤pH。而生物炭作為一種在缺氧條件下通過熱解生物質而得到的碳質材料，因其獨特物化的性質而受到人們關注。在傳統的生物炭制備中，會使得生物炭本身帶有少量的堿性基團，以提高酸性土壤pH，但提高土壤pH能力有限，并且生物炭添加到土壤中會隨著時間進行，pH慢慢又酸化，不能達到長期改良的效果。

技術實現要素：

發明目的：針對現有技術中存在的問題，本發明提供了一種酸性土壤改良劑，并提供了其制備方法與應用。

技術方案：本發明所述的一種酸性土壤改良劑，由生物炭、泥炭和鈣鎂磷肥組成，其中，生物炭、泥炭和鈣鎂磷肥的質量比為5～7：2～4：1～2。

優選的，所述生物炭、泥炭和鈣鎂磷肥的質量比為7：2：1。

本發明的酸性土壤改良劑組分簡單，但是配合使用能夠起到很好的改良酸性土壤作用，其中，生物炭采用了特殊的制備工藝，使得其中的的堿性基團增加，具有更強的對于土壤中pH的中和能力；泥炭中含有腐殖酸，可以進一步緩沖pH；鈣鎂磷肥能夠在改良劑調節pH的同時補充土壤的微量元素，從而達到全面改良土壤，提高農作物產量。

上述酸性土壤改良劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)生物炭的制備：取秸稈，粉碎后置300～500℃、N₂保護下裂解2～4h；將裂解所得產物升溫至600～800℃，并持續通入氨氣，活化1～3h，冷卻過篩，即得生物炭；

(2)混合：將步驟(1)制備所得生物炭與泥炭、鈣鎂磷肥混合均勻即得。

優選的，步驟(1)中，秸稈為玉米秸稈、水稻秸稈和小麥秸稈中的至少一種，秸稈粉碎到3～8mm，最好為5mm。

優選的，步驟(1)中，將裂解所得產物以5～15℃/min的速率升溫至600～800℃。

優選的，步驟(1)中，步驟(1)中，在0.1～0.3MPa壓力下通入氨氣，通入氨氣的流速為200～600ml/min。

優選的，步驟(1)中，活化溫度為750℃。

優選的，步驟(1)中，活化時間為2h。

優選的，步驟(2)中，活化冷卻后過1～5mm篩。

相比較于傳統的生物炭制備，本發明中的生物炭的制備中增加了高溫下的氨氣活化工藝，對生物炭進行改性，從而大大提高了生物炭中的堿性基團，提高了其對于土壤中pH的中和能力。

所述酸性土壤改良劑在改良酸性土壤中的應用也在本發明的保護范圍內。

使用所述酸性土壤改良劑改良酸性土壤時，是將其按比例添加到需要改良的酸性土壤中。

優選的，所述酸性土壤改良劑的使用量占待改良土壤重量的1-6％。

進一步優選的，所述酸性土壤改良劑的使用量占待改良土壤重量的3％。

有益效果：本發明的酸性土壤改良劑組分簡單，效果好，在調節酸性土壤pH的同時還能補充土壤中的有機質含量，達到全面改良土壤，提高農作物產量。本發明酸性土壤改良劑的制備方法簡單，易于操作；并且其中生物炭的制備中充分利用秸稈等廢棄資源，環保、成本低；本發明生物炭的制備中增加了氨氣活化工藝，對生物炭進行了改性，大大提高了生物炭中的堿性基團，進一步提高了其對于土壤中pH的中和能力。

說明書附圖

圖1是本發明制備所得生物炭的掃描電鏡圖；

圖2是施用本發明的酸性土壤改良劑之后土壤PH值隨時間變化曲線；

圖3是施用本發明的酸性土壤改良劑之后土壤有機質含量隨時間變化曲線。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明作出詳細說明。

原料來源：

泥炭購自碧源泥炭開發有限公司(特優泥炭)；

鈣鎂磷肥購自云南明誠化肥有限公司(麥鄉寶)。

實施例1

本實施例的酸性土壤改良劑的制備方法包括以下步驟：

(1)生物炭的制備：取水稻秸稈，粉碎至5mm后，置400℃、N₂保護下裂解3h；將溫度提高至700℃，升溫速度為10℃/min，并在0.1～0.3MPa壓力下以200ml/min的流速持續通入氨氣，活化2h后，冷卻過5mm篩，即得生物炭；

(2)混合：將步驟(1)制備所得生物炭與購買的泥炭、鈣鎂磷肥按質量比為5:4:1混合均勻即得酸性土壤改良劑。

對比例1

本對比例的酸性土壤改良劑的制備中，經過步驟(1)裂解后直接冷卻過5mm篩得生物炭，不經過氨氣活化；其余均同實施例1。

實施例2

本實施例的酸性土壤改良劑的制備方法包括以下步驟：

(1)生物炭的制備：取玉米秸稈，粉碎至3mm后，置300℃、N₂保護下裂解2h；將溫度提高至600℃，升溫速度為5℃/min，并在0.1～0.3MPa壓力下以500ml/min的流速持續通入氨氣，活化1h，冷卻過2mm篩，即得生物炭；

(2)混合：將步驟(1)制備所得生物炭與購買的泥炭、鈣鎂磷肥按質量比為6:2:2混合均勻即得酸性土壤改良劑。

對比例2

本對比例的酸性土壤改良劑的制備中，經過步驟(1)裂解后直接冷卻過2mm篩得生物炭，不經過氨氣活化；其余均同實施例2。

實施例3

本實施例的酸性土壤改良劑的制備方法包括以下步驟：

(1)生物炭的制備：取小麥秸稈，粉碎至8mm后，置500℃、N₂保護下裂解4h；將溫度提高至800℃，升溫速度為15℃/min，并在0.1～0.3MPa壓力下以600ml/min的流速持續通入氨氣，活化3h，冷卻過1mm篩，即得生物炭；

(2)混合：將步驟(1)制備所得生物炭與泥炭、鈣鎂磷肥按質量比為5:3:2混合均勻即得酸性土壤改良劑。

對比例3

本對比例的酸性土壤改良劑的制備中，經過步驟(1)裂解后直接冷卻過1mm篩得生物炭，不經過氨氣活化；其余均同實施例3。

實施例4

本實施例的酸性土壤改良劑制備方法包括以下步驟：

(1)生物炭的制備：取玉米秸稈，粉碎至5mm后，置500℃、N₂保護下裂解2h；將溫度提高至750℃，升溫速度為10℃/min，并在0.1～0.3MPa壓力下以400ml/min的流速持續通入氨氣，活化2h，冷卻過4mm篩，即得生物炭；

(2)混合：將步驟(1)制備所得生物炭與泥炭、鈣鎂磷肥按質量比為7:2:1混合均勻即得酸性土壤改良劑。

對比例4

本對比例的酸性土壤改良劑的制備中，經過步驟(1)裂解后直接冷卻過4mm篩得生物炭，不經過氨氣活化；其余均同實施例4。

實施例1-4和對比例1-4制備所得生物炭的性能測定：

實施例1制備所得生物炭的掃描電鏡圖如圖1所示，根據其表觀形貌，可以看出制備所得生物炭有著很好的多孔結構。

其中，實施例1-4中步驟(1)均是采用本發明所述制備方法制備得到修飾后的生物炭；而對比例1-4中步驟(1)則是常規經過高溫無氧制備得到生物炭，沒有進行活化處理。

實施例1-4和對比例1-4中步驟(1)制備所得生物炭中堿性基團含量測定結果如下：

由上表可見，實施例1-4中步驟(1)經過氨氣修飾后制備得到的生物炭所含堿性基團含量明顯增加，更有利用其作為酸性土壤改良劑的有益成分。

制備所得酸性土壤改良劑的應用以及效果測定：

土壤改良效果主要采用土壤pH值以及土壤中有機質含量進行表征，其中土壤中有機質含量均采用重鉻酸鉀氧化法進行測定。

將實施例4制備所得酸性土壤改良劑按3％的重量比施入到待改良的酸化土壤中，分別于5天、10天、20天、30天、40天、60天定期測定土壤pH值，并同時采用重鉻酸鉀氧化法測定其中的有機質含量。施入前，待改良的酸性土壤的pH值為4.6，有機質含量為13.2g/kg。數據結果記錄如下：

根據上述記錄的數據繪制的曲線圖如圖2和圖3所示，分別表示了施用該酸性土壤改良劑之后土壤pH的變化曲線以及土壤有機質含量的變化情況，由數據結果以及數據曲線可見，本發明的酸性土壤改良劑對酸性土壤的改良效果優異，并且產生效果快，在30天左右的時間就可使土壤pH穩定中和，并且隨時間增加pH變化不大；有機質含量也得到較大提高，并且施入10天就開始趨于穩定。

將實施例1-4制備所得酸性土壤改良劑按3％的重量比施入到待修復的酸化土壤中，施入30天后測定土壤pH，同時采用重鉻酸鉀氧化法測定有機質含量，記錄如下：

由上表可見，施用本發明的酸性土壤改良劑后，實施例1中土壤pH提高到5.8，實施例2中土壤pH提高到6.0，實施例3中土壤pH提高到5.6，實施例4中土壤pH提高到6.5。相對于初始pH為4.6的酸性土壤，修復后的土壤pH均得到明顯提升；土壤中的有機質含量也明顯增加，土壤品質明顯提升。

將對比例1-4制備所得酸性土壤改良劑按3％的重量比施入到待修復的酸化土壤中，施入30天后測定土壤pH，同時采用重鉻酸鉀氧化法測定有機質含量，記錄如下：

對比上表以及實施例的試驗結果可見，由對比例沒有經過活化的生物炭制備所得酸性土壤改良劑達不到改良酸性土壤的效果。

為了進一步驗證本發明酸性土壤改良劑中各個組分共同的配合作用，特在實施例4的基礎上，設置了對比例5-7，其中，對比例5不添加生物炭；對比例6不添加泥炭；對比例7不添加鈣鎂磷肥；其余均同實施例4。將上述配制所得酸性土壤改良劑按3％的重量比施入到待修復的酸化土壤中，施入30天后測定土壤pH值以及有機質含量，記錄如下：

由上表可見，本發明酸性土壤改良劑中各個組分缺一不可，共同按一定配比配合施用才能達到較好的改良土壤并提高土壤品質的作用。

使用本發明所得酸性土壤改良劑時，酸性土壤改良劑的使用量占待改良土壤重量的1-6％，最好為3％。因為在施用本發明的酸性土壤改良劑的試驗中發現，當酸性土壤改良劑的使用量占待改良土壤重量不到1％時，改良效果微乎其微；而當酸性土壤改良劑的使用量占待改良土壤重量超過6％時，土壤的pH值和有機質含量不再有較大變化，基于環境友好以及節約成本考慮，酸性土壤改良劑的使用量占待改良土壤重量的1-6％為最佳施用量。