一種生物碳與有機肥組配改良鹽堿地的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種改良鹽堿地的方法。
【背景技術】
[0002] 生物炭的土壤改良劑功能源于南美亞馬遜盆地黑土（TerraPreta)的發現及研 究，早在1500年前南美印第安人習慣性地用木炭、廄肥及動物骨頭改良了當地土壤，形成 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百、數千年的固碳作用 引起了人們的重視。20世紀90年代以來，以熱裂解生物質生產生物炭，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和特征及其對土壤物理、化學性質、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，木炭或竹炭的生產及使用超前于研究，生物炭的現代科學研究始 于20世紀90年代，基礎研究相對較弱。關于生物炭的結構和性質研究時間很短，生物質轉 化、生物炭的結構和性質研究雖有一些研究報道但是很零散，不同種類生物質及不同工藝 轉化生物炭也缺乏系統研究，生物炭的結構和性質尚沒有確切的定義和標準。生物炭的性 質或特征如化學結構、組成、揮發物、水溶出物特征、酸堿性、物理結構及孔隙度、吸附作用、 陽離子交換量、降解性等缺乏系統研究。土壤培肥及環境影響等問題亟待全面系統地研究， 為生物炭利用戰略提出科學決策的依據。
[0004] 土壤有機質是土壤肥力的重要指標之一，也是陸地生態系統中重要的碳匯。生物 炭含碳量高，且碳結構呈芳香環狀，與土壤中腐殖質結構相似，國內外研究表明，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損失，但前者土壤 埋袋培養試驗方法受到質疑，而Bruun等采用C14標記生物炭及作物秸桿的兩年土壤培養 試驗發現，生物炭（低溫和高溫碳損失分別為9. 3%、3. 1% )遠遠低于秸桿（56% )的碳損 失。Kimetu等也報道，生物炭的碳損失遠低于綠肥，生物炭的穩定性及穩定化作用大于綠 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%，僅有極少量被轉化為腐殖質，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) 土壤質量研究表明，生物炭是遠比傳 統有機材料更穩定、更易提高土壤有機碳的有機材料，故聯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對氣候變化的重要技術產品。
[0005] 澳大利亞伍倫巴農業研究所的最新研究成果也證實了"農業炭"技術的巨大潛力。 研究人員按每公頃農田施加10噸"農業炭"的量進行了試驗，結果表明，"農業炭"可以使 小麥的產量增加3倍，使大豆的產量增加2倍多。同時，他們還單獨使用氮肥以及"農業炭" 和氮肥并用來進行對比試驗，發現產量基本相同，結果表明，單獨使用"農業炭"就可以起到 和使用氮肥一樣的增產效果。同時，該所資深科學家范茲威屯認為，"農業炭"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，減少紅鐵土壤中鋁的毒性。因此， "農業炭"運用可使土壤的生物學性能得到改善，減少對肥料的需求，提高保持水分的能力。
[0006] "農業炭"利用技術還可以大大減少溫室氣體的排放。澳大利亞著名科學家提姆富 蘭納瑞指出，在全球范圍內土壤釋放的溫室氣體量是化石燃燒產生的溫室氣體的10倍多。 通過對土壤中釋放出的氣體進行測量和對比，發現"農業炭"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重的溫室氣體，其制造溫室效應的效力是二氧 化碳的300倍，在空氣中可持續150年之久。
[0007] 生物炭的酸堿性取決于生物炭原料及生產工藝，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。高溫熱裂解的生物炭比低溫熱裂解的 生物炭中具有更少的酸性揮發物及更多的灰分，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，甚至數十微米。 生物炭孔隙中能夠貯存水分和養分，因而生物炭的孔隙和表面成為微生物可棲息生活的微 環境，進而增加微生物數量及活性，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用研究基本都是短期研究結果，有些僅 是實驗室土柱淋洗、土壤培養及土壤水分特征曲線測定評價的結果，而在實際田間情況下 生物炭對土壤物理、化學及生物的長期影響如何，對土壤及肥料養分的淋洗影響如何，尤其 是生物炭在土壤中的穩定性都需要長期的試驗研究。
[0010] 目前尚未有生物炭農用的標準，這將影響生物炭的農業應用，也影響生物炭對土 壤、環境及生物長期作用的科學評價。因此，研究制定生物炭農用標準是今后亟待解決問 題。
[0011] 生物炭的用量是生物炭在土壤是否產生作用或效果的重要因素。現有研究報道表 明：作物對生物炭施用量反應存在差異，有的在低用量下就產生效果，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] 中國是一個農業大國，長期以來化肥、農藥的大量使用，已造成了大量的土壤板結 和環境污染等問題。我國政府在2010哥本哈根會議做出的減排承諾使我國的農業也面臨 著節能減排的巨大壓力，在此大背景下，我國農業和農村在節能減排中應有所作為。生物炭 可以有效降低農業生產過程中能源的消耗，利用生物炭發展低碳農業勢已在必行。
【發明內容】
[0013] 本發明是為了解決鹽堿地不能種植作物或作物產量低的技術問題，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，旋耕后立即鎮壓，之后即可 播種。
[0018] 撒施--旋耕--鎮壓--播種盡可能連續作業，盡量避免露天爆曬，以保持大 量有益微生物活性，減少養分流失、揮發。
[0019] 本發明的機理：
[0020] 生物炭含碳量高，且碳結構呈芳香環狀，與土壤中腐殖質結構相似，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 了養分的淋失，提高植物的養分利用率，同時增加土壤有益菌數量、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，結合有機肥肥料利用率低，養分分解釋放緩慢的特點，發 明人萌生了將生物碳與有機肥混合堆腐、發酵，組合用于改良土壤的思路。生物碳與有機肥 混合堆腐、發酵15-30天的目的在于使生物碳充分吸附有機肥養分，利于有益微生物大量 滋生、繁殖，促進有機肥養分釋放，并減少有機肥養分流失與揮發。
[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環境，有利于有機肥料養分的分解 釋放，進而提高有機肥料利用率，并降低養分流失。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增加，鹽堿度降低；同時大量有益微生物在繁殖過 程中產生的多糖、粘膠和有機酸是形成土壤團粒的粘結劑，大量的團粒結構和比重較輕的 生物炭增加了土壤非毛細管孔隙，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] 本發明的有益效果：
[0024] 1、本發明方法簡便，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、有機肥等農業廢棄物資源，進行鹽堿地改良、中低產田改造，更有利于推進循環農 業發展，增加陸地生態系統固碳，減少農區碳排放，減輕農區環境污染，做到了農業廢棄物 的無害化處理和資源化利用。生態效益、經濟效益、社會效益顯著，發展前景可觀。
[0025] 2、本發明方法改良鹽堿地效果極顯著。2013-2015年發明人帶領學科組在寧夏平 羅縣西大灘典型鹽堿地一銀北白僵土上進行了試驗示