專利名稱：一種用生物炭修復溫室退化土壤的方法
技術領域：
本發明方法屬于農業技術領域，它適用于由于長期過量施肥導致的溫室退化土壤，能夠改善土壤理化性狀，提高蔬菜產量，降低可食部分的重金屬含量。
背景技術：
從上世紀90年代開始，隨著設施蔬菜栽培面積迅速增加，設施栽培在我國蔬菜生產中的比重越來越大。但是由于溫室、大棚等設施內部氣溫高、濕度大，且蔬菜作物生長期短，復種茬口多，需肥量高，因此為了追求當年產量，菜農普遍存在盲目過量施肥的情況。這種掠奪的經營方式導致溫室菜田土壤退化，表現為土壤PH降低、土壤板結、次生鹽潰化、土壤養分比例嚴重失調、病蟲害加重等。設施菜田土壤的退化已經成為我國普遍存在的問題。設施栽培土壤的酸化和板結使土壤生產力下降，嚴重影響了蔬菜作物的產量和品質。通常情況下，當土壤PH值為6.5左右時，植物營養元素的土壤有效性都較高，適合植物生長。當pH下降至5.5以下時，H+可以使土壤中游離鋁或交換性鋁、還原態錳的濃度過高，從而影響酶的活性，降低土壤微生物活性，使植物根系生物膜透性增加，影響植物根系發育，嚴重時造成根尖死亡。土壤酸化不僅能溶解土壤中的營養元素如鉀、鈣、鎂等，加快這些營養成分流失，造成土壤貧瘠化，影響作物生長，還可活化土壤中的有害重金屬元素如Cd、Pb等，增加蔬菜對這些有害元素的吸收和在可食部分的累積，提高危害人體健康的風險。而土壤板結使得蔬菜根系下扎困難，或者由于土壤缺氧影響植物根的呼吸，出現慪根現象。為了改善溫室退化土壤，提高溫室土壤的生產力，提高蔬菜產量和品質，溫室退化土壤的修復技術的研究也取得了很大進步，發展了不少修復方法，比如增施有機肥、客土改良和施用石灰。客土改良技 術可以快速徹底地改善土壤理化性狀，達到修復目的，但成本很高；增施有機肥可以有效地改善土壤團粒結構，增加土壤通透性，減少土壤板結，逐漸提高土壤的PH，但所需時間較長，還可能使更多存在于有機肥中的鹽分和有害金屬元素隨有機肥進入土壤，加重土壤鹽潰化和環境負擔；施用石灰可以快速提高溫室酸化土壤的PH值，改善土壤結構，在一定程度上鈍化土壤中的重金屬元素，只是石灰的施入勢必減小土壤中磷的植物可利用性，增加成本，而且會造成二次污染。
發明內容
本發明的目的是提供一種可以原位修復溫室退化土壤，提高溫室土壤pH和蔬菜產量、降低蔬菜中有害兀素含量的方法。為實現上述目的，本發明提供的用生物炭修復溫室退化土壤的方法，是將生物炭加入到溫室退化土壤中，將土壤的PH調至6-7。所述的方法，其中，所述的生物炭是用稻桿、稻殼、稻糠在450_550°C的厭氧條件下燒制得到。所述的方法，其中，優選的生物炭是用稻桿在450_550°C的厭氧條件下燒制得到。所述的方法，其中，所述的生物炭粒徑等于或小于2mm。
所述的方法，其中，加入生物炭后的土壤含水量保持在15-25%。本發明采用生物炭原位修復溫室退化土壤，屬于廢物利用，成本低廉。與其他修復技術相比，具有資源回收、成本低、修復效率高等特點，是一種有效的原位修復溫室退化土壤的方法。
圖1是三種不同的生物炭(稻桿、稻殼、稻糠)加入露天和溫室土壤后，土壤pH(圖la)、油菜生物量(圖lb)、根長(圖lc)、根表面積(圖1d)和油菜體內Cd,Pb,Cu,Ni含量(圖1e-圖1h)的變化。
具體實施例方式本發明是將生物炭加入到溫室退化土壤中，提高土壤pH值和土壤通氣狀況，增加蔬菜產量，減少有害元素含量。本發明中生物炭的加入量以調節溫室退化土壤的PH值調節到最適合植物生長范圍內(pH至6-7，如果按照質量百分比為土壤質量的4% )生物炭是將植物生物質在完全或部分缺氧的情況下經熱解炭化產生的一類高度芳香化難熔性固態物質，可以用農業廢棄物如作物收割后剩下的秸桿等作為原材料加工燒制，成本低廉且將農業廢棄物變廢為寶，從另一方面減小了環境壓力。生物炭可以迅速提高溫室退化土壤的PH，改善土壤理化性狀，增加作物產量，減少有毒金屬元素在作物可食部分的累積，還有效減小了農業廢棄物的環境壓力，具有修復效率高、成本低、易于推廣的特點。本發明提供的修復溫室退化土壤的方法中，生物炭是用稻桿在缺氧和450-550°C高溫的條件下，熱裂解制備而得，將制備好的生物炭過2mm篩，按照4%的比率加入到溫室退化土壤中混勻，保持土壤含水量為20%，陳化兩周后，測定土壤pH值并種植油菜，油菜生長4周后收獲，測定油菜生物量、根長和體內重金屬含量。本發明的測定方法是用濃硝酸微波消煮植物樣品，ICP-MS分析檢測元素濃度，土壤PH按照NY/T 1377-2007標準方法測定，根長和根表面積的測定是將根用根系掃描儀掃描后WinRhizo軟件分析。實施例:用稻桿、稻殼、稻糠燒制的生物炭對溫室退化土壤的修復效果供試土壤為15年棚齡的溫室土壤和溫室外面的露天土壤。溫室和露天土壤的pH分別為4.9和7.0。將用稻桿、稻殼、稻糠燒制的生物炭分別加入到兩種土壤中并充分混勻，加入比率為4%，保持土壤含水量為20 %，陳化兩周后測定土壤pH并將油菜種子播入土壤，油菜生長4周后收獲。用去離子水沖洗油菜地上部，洗凈后用吸水紙擦干表面水分，稱量記錄油菜鮮重后烘干、粉碎，用濃硝酸微波消解植物樣品后定容待測；漂浮法將根從土壤中小心取出洗凈，用根系掃描儀掃描，WinRhizo軟件分析測定根長和根表面積。ICP-MS分析測定Cd、Pb、Cu、Ni的濃度。試驗共8個處理，每個處理4個重復。結果表明(圖1a)，三種生物炭的加入均可以顯著增加土壤的pH值，為稻桿炭>稻糠炭>稻殼炭，加入稻桿炭后，露天土和溫室土的PH分別上升了 0.6和1.6個單位。三種生物炭的加入均顯著增加了溫室土壤上種植的油菜的生物量，稻桿炭和稻殼炭處理中油菜的生物量分別增加了 66%和70%，兩者無顯著差異，稻糠炭的加入使油菜的生物量增加了 27%，低于前兩者。而且，由于加入生物炭后改善了土壤的通氣狀況，促進了油菜根的生長，露天土中油菜的根長和根表面積分別增加了 37-92%和28-87%，溫室土中油菜的根長和根表面積分別增加了 55-99%和55-76%。稻桿炭的加入對溫室土中油菜的根表面積、根長的增加作用最明顯(圖1b-圖1d)。三種生物炭的加入均在不同程度上降低了溫室土壤上生長的油菜體內Cd、Pb、Cu、Ni的含量(圖1e-圖1h)。稻桿炭處理對Cd、Pb、Cu、Ni四種重金屬在油菜體內的含量都有顯著的降低作用，效果好于其他兩種炭，分別比不加炭處理降低了 43^^32^^24%和71%。稻殼炭對油菜體內鉛含量的降低作用最明顯，降低了 42%。露天土中加入生物炭后對油菜體內的Cd、Cu、Ni含量也有顯著的降低作用。 以上結果表明，生物炭是修復溫室退化土壤非常經濟有效的方法，對增加油菜產量、改善土壤通氣狀況和降低油菜重金屬元素含量效果顯著。
權利要求
1.一種用生物炭修復溫室退化土壤的方法,將生物炭加入到溫室退化土壤中，將土壤的pH調至6-7。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述的生物炭是用稻桿、稻殼、稻糠在450-550°C的厭氧條件下燒制得到。
3.根據權利要求1所述的方法，其中，所述的生物炭是用稻桿在450-550°C的厭氧條件下燒制得到。
4.根據權利要求1所述的方法，其中，所述的生物炭的粒徑等于或小于2mm。
5.根據權利要求1所述的方法， 其中，加入生物炭后的土壤含水量保持在15-25%。
全文摘要
一種用生物炭修復溫室退化土壤的方法，將生物炭加入到溫室退化的土壤中，調節土壤pH值為6-7。本發明采用生物炭原位修復溫室退化土壤，屬于廢物利用，成本低廉。與其他修復技術相比，具有資源回收、成本低、修復效率高等特點，是一種有效的原位修復溫室退化土壤的方法。
文檔編號A01B79/00GK103081601SQ201110349148
公開日2013年5月8日 申請日期2011年11月8日 優先權日2011年11月8日
發明者朱永官, 鄭瑞倫 申請人:中國科學院生態環境研究中心