CN117776814A

CN117776814A - 秸秆颗粒沙土地改良剂及其应用

Info

Publication number: CN117776814A
Application number: CN202211154904.0A
Authority: CN
Inventors: 逄焕成; 张延�; 张鹏程; 李宏旭; 任天志
Original assignee: Weifang Xucheng Agricultural Technology Development Co ltd; Institute of Agricultural Resources and Regional Planning of CAAS
Current assignee: Weifang Xucheng Agricultural Technology Development Co ltd; Institute of Agricultural Resources and Regional Planning of CAAS
Priority date: 2022-09-21
Filing date: 2022-09-21
Publication date: 2024-03-29

Abstract

本发明公开了一种秸秆颗粒沙土地改良剂及其应用。所述秸秆颗粒沙土地改良剂由下述质量百分含量的组分制成：秸秆颗粒60％～80％、腐熟牛粪10％～30％、尿素3％～5％、磷酸二铵2％～3％、氯化钾2％～4％；所述秸秆颗粒呈短棒状，直径为4～9mm，长度为4～6cm，密度为1.14～1.46g cm^‑3；秸秆颗粒中，有机质含量≥72％，pH值为8.0，水分含量＜7％。本发明秸秆颗粒沙土地改良剂的主要原料是短棒状秸秆颗粒，科尔沁沙地每年废弃农作物秸秆达13.5万吨，均作为废弃物堆在路旁、河滩；本发明通过对秸秆的资源化利用，不仅减少了其对环境的污染，而且改良了沙土地、改善了生态环境、增加了作物产量，具有明显的经济和生态效益。

Description

秸秆颗粒沙土地改良剂及其应用

技术领域

本发明涉及一种秸秆颗粒沙土地改良剂及其应用，属于土壤改良技术领域。

背景技术

科尔沁沙地区土壤沙化面积大，存在的主要问题是土壤沙化贫瘠、养分含量低、土粒分散、结构性差、漏水漏肥严重、生产力低下、种植效益不高，土地沙化造成土地生产力急剧下降，对区域内农业经济的发展和人类的生产生活造成了严重的影响。沙地开垦后的首要任务是改善沙性土壤的保水保肥性能，否则会造成灌溉施肥后水肥迅速流失而无法被作物吸收利用。而不合理的施肥与灌溉不仅加大了生产成本，还会对周围的水体乃至生态平衡造成严重的破坏。因此，沙土地改良利用和培肥增产是科尔沁沙地区亟待解决的问题。

目前沙性土壤的改良措施以工程治沙和生物治沙为主，这些方法存在耗资过大、长效性不足、土壤环境存在潜在风险未知等问题，无法从根本上改良沙性土壤结构，实现沙子向“土壤”的转换。因此需要提供一种集改良、培肥土壤和保水保肥功能于一体的秸秆颗粒改良剂。

发明内容

本发明的目的是提供一种秸秆颗粒沙土地改良剂，为一种集改良、培肥土壤和保水保肥功能于一体的以秸秆颗粒为主要原料的土壤改良剂配方，该配方是充分考虑了沙性土壤的特点和限制沙土地作物产量的主要因素，将有机物料秸秆颗粒、腐熟畜禽粪便、氮磷钾按一定比例配合而成，能够解决科尔沁沙地沙性土壤质地为砂质，结构松散，有机质含量低，养分匮乏，漏水漏肥现象严重，作物产量低等问题，以及由于不合理灌溉、施肥而引起的沙性土壤水肥利用效率低的问题。

本发明所提供的秸秆颗粒沙土地改良剂，由下述质量百分含量的组分制成：

秸秆颗粒60％～80％、腐熟牛粪10％～30％、尿素3％～5％、磷酸二铵2％～3％、氯化钾2％～4％。

相对于粉碎秸秆，所述秸秆颗粒主要影响秸秆的物理性质和化学组成。等值量秸秆制成秸秆颗粒后的其容重是粉碎秸秆的8.44倍(P<0.05)，大幅缩小体积，还田后可保证与土壤紧密接触，提高还田质量。同时，秸秆颗粒质地紧密利于吸收水分，其吸水1h后的含水量较粉碎秸秆提高了2.1％。就秸秆养分而言，秸秆颗粒可改善秸秆化学组成，降低纤维素、半纤维素和木质素含量7.78％、30.78％和10.06％；

所述秸秆颗粒可为玉米秸秆颗粒、小麦秸秆颗粒、稻草秸秆颗粒等。

本发明秸秆颗粒沙土地改良剂的组成具体为下述任一种：

1)秸秆颗粒60％、腐熟牛粪30％、尿素5％、磷酸二铵3％、氯化钾2％；

2)秸秆颗粒70％、腐熟牛粪20％、尿素3％、磷酸二铵3％、氯化钾4％；

3)秸秆颗粒80％、腐熟牛粪10％、尿素4％、磷酸二铵2％、氯化钾4％；

4)秸秆颗粒60～70％、腐熟牛粪20～30％、尿素3％～5％、磷酸二铵3％、氯化钾2％～4％；

5)秸秆颗粒70～80％、腐熟牛粪10～20％、尿素3％～4％、磷酸二铵2～3％、氯化钾4％；

6)秸秆颗粒60～80％、腐熟牛粪10～30％、尿素4％～5％、磷酸二铵2～3％、氯化钾2～4％。

其中，所述秸秆颗粒呈短棒状；是由田间自走式秸秆捡拾与颗粒制作一体机生产，直径为4～9mm左右，长度为4～6cm，密度为1.14～1.46g cm^-3左右，秸秆颗粒化后还田可显著提升秸秆腐解速率，累计腐解率比常规粉碎秸秆高8.7％，碳和氮累积释放率比常规粉碎秸秆分别高11.0％和13.2％。

所述秸秆颗粒的主要成分为纤维素、半纤维素、木质素、粗蛋白、灰分、较丰富的碳及少量氮、磷和钾；

所述秸秆颗粒中，有机质含量≥72％，pH值为8.0，水分含量＜7％。

所述腐熟牛粪的主要成分为纤维素、半纤维素、木质素、蛋白质、氨基酸、有机酸、酶和各种无机盐类；

所述腐熟牛粪中，有机质含量≥30％，腐植酸含量≥20％，氮磷钾含量≥4％，水分含量＜20％。

所述尿素含N量≥46％，磷酸二铵含N量≥18％、含P₂O₅量≥46％，氯化钾含K₂O量≥60％，均为常用的化学肥料产品。

所述秸秆颗粒沙土地改良剂的制备方法包括如下步骤：

用粉碎机将所述腐熟牛粪、所述尿素、所述磷酸二铵和所述氯化钾粉碎成长度为5mm以下的粉状物料，并与所述秸秆颗粒混配，搅拌均匀即得。

本发明秸秆颗粒沙土地改良剂能够用于沙性土壤改良和培肥增产，尤其是科尔沁沙地区。

本发明提供的秸秆颗粒沙土地改良剂可根据开垦沙地开垦时间的长短和沙性土壤的沙化程度而施用不同量，新垦沙地和重度沙化土壤的施用量为5t～10t/亩，开垦2～3年的沙地和中度沙化土壤的施用量为3t～5t/亩，开垦5年以上的沙地和轻度沙化土壤的施用量为1t～3t/亩，施用的方法为撒施，施用的时间为秋后或春播前结合耕翻整地进行。

本发明具有如下有益技术效果：

(1)秸秆颗粒改良剂的施加能有效改善科尔沁沙地沙性土壤的物理结构。施用当年，秸秆颗粒改良剂能降低沙性土壤的水分渗漏量57.56％～93.83％，提高沙土田间持水量和饱和持水量47.56％～181.20％、15.69％～37.62％，降低土壤容重0.03～0.16g/cm³、增加＞0.25mm的水稳性团聚体含量5.65％～7.84％、增加毛管孔隙度和土壤总孔隙度5.96％～18.50％、30.20～107.43％；降低了沙性土壤的固相比率8.79％～20.89％，使土壤三相组成趋于合理化。沙性土壤施加秸秆颗粒改良剂后，土壤松散的情况得以改善，结构得以改良，将有利于沙性土壤保水保肥能力的提高。

(2)秸秆颗粒改良剂的施加明显提高了沙性土壤团聚体的平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)，提高幅度分别为30.27～46.38％和29.63％～48.06％，降低了沙性土壤的团聚体破坏率37.54～59.26％，降低土壤全盐含量30.54～65.32％，提高了阳离子交换量2.8～3.6cmol/kg，作物出苗率提高25.56％～46.64％，保苗率提高20.52％～30.76％，玉米、大麦、谷子等作物增产25.93％～57.20％，平均增产30％以上。

(3)迅速提高沙性土壤养分的含量：本发明提供的秸秆颗粒改良剂有机质含量≥72％，氮磷钾总养分含量≥5％，pH值7.0～8.0，特别是新垦沙性土壤中极度缺乏的有机质、全氮、全磷、全钾的含量，施用当年提高了沙性土壤有机质含量，增加土壤活性有机碳储备，为土壤微生物提供丰富碳源，对沙性土壤有机碳库扩容及提高沙性土壤的缓冲能力具有积极作用。

(4)制备工艺简单、原料来源丰富、成本低：本发明是将秸秆颗粒与粉碎后的各种原料按一定比例混合后即可，制备工艺非常简单，在加工过程中无污染排放；主要原料是短棒状秸秆颗粒，科尔沁沙地每年废弃农作物秸秆达13.5万吨，均作为废弃物堆在路旁、河滩；本发明通过对秸秆的资源化利用，不仅减少了其对环境的污染，而且改良了沙土地、改善了生态环境、增加了作物产量，具有明显的经济和生态效益。

附图说明

图1为粉碎秸秆还田(左图)和秸秆颗粒还田(右图)后的图片。

图2为施加本发明实施例1的秸秆颗粒改良剂后沙土有机质的变化。

图3为施加本发明实施例2的秸秆颗粒改良剂后沙土全氮的含量变化。

图4为施加本发明实施例2的秸秆颗粒改良剂后青贮玉米产量变化。

图5为施加本发明实施例3的秸秆颗粒改良剂后青贮玉米产量变化。

图6为施加本发明实施例1的秸秆颗粒改良剂后沙性土壤蓄水保墒性能的变化。

图7为施加本发明实施例3秸秆颗粒改良剂后沙土的变化状况。

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

下述实施例中所用的腐熟牛粪中，有机质含量≥30％，腐植酸含量≥20％，氮磷钾含量≥4％，水分含量＜20％。

下述实施例中所用的尿素含N量≥46％，磷酸二铵含N量≥18％、含P₂O₅量≥46％，氯化钾含K₂O量≥60％，均为常用的化学肥料产品。

下述实施例中所用的秸秆颗粒呈短棒状，为玉米秸秆颗粒；是由田间自走式秸秆捡拾与颗粒制作一体机生产，直径为4～9mm左右，长度为4～6cm，密度为1.14～1.46g cm^-3左右，其中，有机质含量≥72％，pH值为8.0，水分含量＜7％。

本发明将秸秆颗粒化后还田可显著提升秸秆腐解速率，累计腐解率比常规粉碎秸秆高8.7％，碳和氮累积释放率比常规粉碎秸秆分别高11.0％和13.2％。测定方法为尼龙网袋法，试验设粉碎秸秆和秸秆颗粒2个处理，首先，称取过筛的风干土14kg放于高45cm、直径25cm的塑料盆中，其次，将已制备的粉碎秸秆、秸秆颗粒在75℃烘至恒重，分别称取10g，装入尼龙网袋内，随后封口。最后，将网袋埋入15cm土层处，每盆埋网袋16个，加水1.2kg。在培养后第30、60、100、140、180、220、260、300d进行破坏性取样，每次随机从每盆选取一个网袋，用水冲洗网袋周围的泥土，在烘干至衡重，计算秸秆腐解速率和腐解率，并研磨过100目筛，用于测定秸秆中碳氮磷钾含量，计算养分释放率。

相对于粉碎秸秆，本发明将秸秆颗粒化，能够影响秸秆的物理性质和化学组成。经测试，等值量秸秆制成秸秆颗粒后的容重是粉碎秸秆的8.44倍(P<0.05)，大幅缩小了体积，还田后可保证与土壤紧密接触，提高还田质量，如图1所示，左图为粉碎秸秆还田一年后的图片，右图为本发明秸秆颗粒还田一年后的图片。

同时，通过室内培养实验，测定秸秆颗粒和粉碎秸秆的物理性质和化学组成，发现秸秆颗粒质地紧密利于吸收水分，其吸水1h后的含水量较粉碎秸秆提高了2.1％。就秸秆养分而言，秸秆颗粒和粉碎秸秆的碳、氮、磷、钾养分含量无显著的差异，但秸秆颗粒可改善秸秆化学组成，降低纤维素、半纤维素和木质素含量7.78％、30.78％和10.06％，且差异达到显著水平，但秸秆颗粒和粉碎秸秆的粗蛋白、粗灰分的含量无显著差异。

实施例1：将30％的腐熟牛粪、5％的尿素、3％的磷酸二铵、2％的氯化钾预混合后用粉碎机粉碎与60％的秸秆颗粒混合均匀后，充分搅拌后装袋封包即可。

实施例2：将20％的腐熟牛粪、3％的尿素、3％的磷酸二铵、4％的氯化钾预混合后用粉碎机粉碎与70％的秸秆颗粒混合均匀后，充分搅拌后装袋封包即可。

实施例3：将10％的腐熟牛粪、4％的尿素、2％的磷酸二铵、4％的氯化钾预混合后用粉碎机粉碎与80％的秸秆颗粒混合均匀后，充分搅拌后装袋封包即可。

本发明提供的秸秆颗粒沙土地改良剂可根据开垦沙地开垦时间的长短和沙性土壤的沙化程度而施用不同量，随着沙化程度的增加，秸秆颗粒的用量增加，重度沙化土壤的施用量为5t～10t/亩，中度沙化土壤的施用量为3t～5t/亩，轻度沙化土壤的施用量为1t～3t/亩，施用的方法为撒施，施用的时间为秋后或春播前结合耕翻整地进行。

下述实验施用地点为内蒙古赤峰市阿鲁科尔沁旗巴拉其如德苏木科尔沁沙地耕地储备库项目区(43°35′46″N，120°6′37″E)，施用本发明实施例1的秸秆颗粒改良剂后沙土有机质的变化如图2所示，其中，CK处理表示当地农民常规施肥处理组(施用硫酸脲复合肥30公斤/亩)，PS75表示农民常规施肥+施用本发明秸秆颗粒改良剂(秸秆颗粒还田量75t/hm²)后的处理组，PS150表示农民常规施肥+施用本发明秸秆颗粒改良剂(秸秆颗粒还田量150t/hm²)后的处理组。秸秆颗粒实验处理是将秸秆颗粒改良剂旋耕前撒于地表，在大田内铺撒均匀后旋耕至0～40cm以内，本实施例施秸秆颗粒肥处理于当年前茬玉米收割后进行，常规施肥处理于第二年春季跟随当地农民施用复合肥。田间其他栽培管理措施与当地传统管理习惯一致。

由图2可以看出，秸秆颗粒改良剂施用一年后，腐熟牛粪、尿素和秸秆颗粒混合促进了秸秆颗粒碳转化为土壤有机质，随着秸秆颗粒还田量的提升，形成的有机质数量越多。

施用本发明实施例2的秸秆颗粒改良剂施用一年后后沙土全氮的含量变化如图3所示，由图3可以看出，秸秆颗粒改良剂中各组分腐解后提高了沙性土壤的全氮含量，满足后茬作物对养分的吸收。

施用本发明实施例2和3的秸秆颗粒改良剂后青贮玉米产量变化如图4和图5所示，由图4和图5可以看出，秸秆颗粒和粪肥、尿素混合后调节了土壤的碳氮比，可在短期内快速形成有机质，最终提升产量。

经本发明的施加实验证明，本发明秸秆颗粒改良剂的施加能够有效改善科尔沁沙地沙性土壤的物理结构。施用当年，秸秆颗粒改良剂能降低沙性土壤的水分渗漏量由30mL～42mL降至12.73mL～25.64mL，提高沙土田间持水量由4.18～7.42％提升至15.69％～37.62％，降低土壤容重由1.67～1.75g/cm³至1.55～1.62g/cm³，增加＞0.25mm的水稳性团聚体含量由41.88～47.57％至53.44％～56.96％、增加毛管孔隙度由7.35％～12.33％提升至18.71～24.50％；降低了沙性土壤的固相比率由62.90％～66.08％至58.41％～60.28％，使土壤三相组成趋于合理化。沙性土壤施加秸秆颗粒改良剂后，土壤松散的情况得以改善，结构得以改良，将有利于沙性土壤保水保肥能力的提高。

秸秆颗粒腐解后形成土壤有机质，土壤有机质具有较强的粘着性，提高了土壤颗粒间的胶结作用，能够将沙质土中的微团粒聚集形成大团粒，改变了沙土土壤结构。且秸秆颗粒还田量越高，形成的有机质数量越多(图2)。

经本发明的施加实验证明，本发明秸秆颗粒改良剂施用一年后明显提高了沙性土壤团聚体的平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)，分别由0.16～0.20mm、0.14～0.15mm提高至0.34～0.98mm和0.17～0.88mm，提高了沙性土壤有机碳含量由1.66～3.38g/kg至4.62～9.89g/kg，提高土壤碳库管理指数由100.0～152.5至197.4～358.5，作物苗高由7.25～7.94提高至9.43～9.85cm，保苗率提高20.52％～30.76％，玉米、大麦、谷子等作物由500～600kg/亩提升至756kg/亩～948kg/亩，平均增产30％以上。这说明秸秆颗粒改良剂施用后土壤松散的情况得以改善，结构得以改良，将有利于沙性土壤保水保肥能力的提高。

施用本发明实施例1的秸秆颗粒改良剂一年后沙性土壤蓄水保墒性能的变化如图6所示。

施用本发明实例1的秸秆颗粒改良剂后沙土的变化状况如图7所示，可以看出，施用秸秆颗粒后，沙土的蓄水保墒性能明显提升，沙土由离散状态转化为流变状态(像湿土一样)，由于秸秆颗粒腐解形成的有机质具有粘性，施用后使得沙子的团粒结构越来越接近自然土壤，土壤结构越来越稳定(该沙土是秸秆颗粒改良剂施用半年后的情况)。

Claims

1.一种秸秆颗粒沙土地改良剂，由下述质量百分含量的组分制成：

2.根据权利要求1所述的秸秆颗粒沙土地改良剂，其特征在于：所述秸秆颗粒呈短棒状，直径为4～9mm，长度为4～6cm，密度为1.14～1.46g cm^-3；

3.根据权利要求1或2所述的秸秆颗粒沙土地改良剂，其特征在于：所述腐熟牛粪中，有机质含量≥30％，腐植酸含量≥20％，氮磷钾含量≥4％，水分含量＜20％。

4.权利要求1-3中任一项所述秸秆颗粒沙土地改良剂的制备方法，包括如下步骤：

采用粉碎机将所述腐熟牛粪、所述尿素、所述磷酸二铵和所述氯化钾粉碎成长度为5mm以下的粉状物料，并与所述秸秆颗粒混配，搅拌均匀即得。

5.权利要求1-3中任一项所述秸秆颗粒沙土地改良剂在沙性土壤改良和培肥增产中的应用。

6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于：所述秸秆颗粒沙土地改良剂能够降低沙性土壤的水分渗漏量、提高沙土田间持水量和饱和持水量、降低土壤容重、增加＞0.25mm的水稳性团聚体含量、增加毛管孔隙度和土壤总孔隙度、降低沙性土壤的固相比率。

7.根据权利要求5所述的应用，其特征在于：所述秸秆颗粒沙土地改良剂能够提高沙性土壤团聚体的平均重量直径和几何平均直径、降低沙性土壤的团聚体破坏率、降低土壤全盐含量、提高阳离子交换量、提高作物出苗率、提高保苗率、提高作为产量。