一种基于生物炭和腐殖酸的板结土壤修复剂的制备方法与流程

1.本发明涉及土壤修复剂技术领域，具体为一种基于生物炭和腐殖酸的板结土壤修复剂的制备方法。


背景技术：

2.板结土壤是指由于土壤颗粒过细、有机质含量低、土壤结构破坏原因，导致土壤表层形成一层硬化、致密、不透水的板状结构的土壤。板结土壤严重影响了土壤的通透性、保水性、保肥性和生物活性，降低了土壤的肥力和产量，是制约农业可持续发展的重要因素之一。
3.目前，常用的板结土壤修复方法主要有物理改良法、化学改良法和生物改良法。物理改良法是通过深耕、翻松、覆盖方式，打破板结层，增加土壤孔隙度和通透性。化学改良法是通过施用石灰、石膏碱性物质，中和土壤酸性，提高土壤ph值，改善土壤化学性质。生物改良法是通过施用有机肥料、微生物菌剂、植物根系方式，增加土壤有机质含量，促进土壤微生物活动，改善土壤生物性质。
4.然而，这些方法都存在一定的局限性和缺陷。例如，物理改良法需要耗费大量的人力、物力和财力，且效果不持久；化学改良法可能造成土壤盐渍化或重金属污染，且对环境有一定的危害；生物改良法需要较长的时间才能显现效果，且受到气候、季节因素的影响。
5.因此，急需一种既能快速有效地改善板结土壤的理化性质和生物活性，又能减少对环境的不利影响的新型板结土壤修复剂及其制备方法和应用方法。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种基于生物炭和腐殖酸的板结土壤修复剂的制备方法，具备有效改善板结土壤的理化性质和生物活性以及减少对环境影响的优点，解决了背景技术中的问题。
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于生物炭和腐殖酸的板结土壤修复剂的制备方法，该修复剂由以下重量份的组分制成：
8.生物炭：10—50份；
9.腐殖酸：5—25份；
10.氮磷钾复合肥：5—15份；
11.活性微生物菌剂：1—5份；
12.辅助材料：余量；
13.碱性物质和微量元素：1—10份。
14.优选的，所述生物炭是由玉米秸秆、葵花秸秆或其他农林废弃物在厌氧条件下进行高温热解而得到的固体碳材料，其比表面积为300-600m2/g，ph值为6.5-8.5，阳离子交换容量为50-100mmol/100g。
15.优选的，所述腐殖酸是由动植物残体、粪便或其他有机废弃物经过微生物分解而
形成的一类具有复杂结构和多种功能基团的有机高分子化合物，其含碳量为40％-60％，含氮量为2％-4％，含硫量为1％-3％，含钾量为4％-6％。
16.优选的，所述氮磷钾复合肥是由尿素、过磷酸钙、硫酸钾或其他无机盐按一定比例混合而成的一种提供植物生长所需主要营养元素的化肥，其含氮量为15％-25％，含磷量为10％-20％，含钾量为10％-20％。
17.优选的，所述活性微生物菌剂是由固氮菌、溶磷菌、产酸菌或其他有益土壤微生物按一定比例混合而成的一种能够改善土壤微生态环境和促进植物生长的生物制剂，其菌数为10
8-10
10cfu/g。
18.优选的，所述辅助材料是由膨润土、沸石、珍珠岩或其他具有良好保水保肥性能的无机矿物质按一定比例混合而成的一种能够增加土壤中空隙和通透性的材料。
19.优选的，所述包括以下步骤：
20.(1)将所述板结土壤修复剂与水按1:10-20的比例混合均匀，将所述碱性物质和微量元素溶解于水中，然后与所述生物炭和腐殖酸混合均匀，制成修复液；
21.(2)将所述修复液均匀地喷洒在所需修复的板结土壤表面，每亩用量为50-100kg；
22.(3)将所需修复的板结土壤进行深耕松土处理，使其与所述修复液充分混合；
23.(4)将经过步骤(3)处理后的板结土壤覆盖一层厚度为5-10cm的有机覆盖物；
24.(5)保持所述有机覆盖物湿润，并定期检测所述板结土壤的理化性质和生物活性，直至达到预期的修复效果。
25.优选的，所述在步骤(5)中，所述预期的修复效果是指：
26.所述板结土壤的ph值降低到6.0-8.0之间；
27.所述板结土壤的电导率降低到2.0ds/m以下；
28.所述板结土壤的有效磷、速效钾、碱解氮和有机质含量分别提高到15mg/kg以上、150mg/kg以上、120mg/kg以上和20g/kg以上；
29.所述板结土壤的细菌、放线菌和真菌数量分别提高到10^7cfu/g以上、10^6cfu/g以上和10^5cfu/g以上。
30.优选的，所述包括以下步骤：
31.(1)将所述生物炭和腐殖酸按1:1的比例混合均匀，然后与水按1:15的比例混合均匀，将所述碱性物质和微量元素溶解于水中，制成修复液；
32.(2)将所述修复液均匀地喷洒在所需修复的酸性板结土壤表面，每亩用量为80kg；
33.(3)将所需修复的酸性板结土壤进行深耕松土处理，使其与所述修复液充分混合；
34.(4)将经过步骤(3)处理后的酸性板结土壤覆盖一层厚度为5-10cm的有机覆盖物；
35.(5)保持所述有机覆盖物湿润，并定期检测所述酸性板结土壤的理化性质和生物活性，直至达到预期的修复效果。
36.优选的，所述包括以下步骤：
37.(1)将所述生物炭和腐殖酸按1:2.5的比例混合均匀，然后与水按1:10的比例混合均匀，将所述碱性物质和微量元素溶解于水中，制成修复液；
38.(2)将所述修复液均匀地喷洒在所需修复的碱性板结土壤表面，每亩用量为100kg；
39.(3)将所需修复的碱性板结土壤进行深耕松土处理，使其与所述修复液充分混合；
40.(4)将经过步骤(3)处理后的碱性板结土壤覆盖一层厚度为5-10cm的有机覆盖物，如稻草、秸秆；
41.(5)保持所述有机覆盖物湿润，并定期检测所述碱性板结土壤的理化性质和生物活性，直至达到预期的修复效果。
42.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
43.1、本发明的板结土壤修复剂能够有效地改善板结土壤的理化性质和生物活性，提高土壤肥力和通透性，增加土壤有机质和营养元素，降低土壤ph值和电导率，吸附土壤中的重金属和有机污染物，减少其生物有效性，促进土壤微生物的增殖和活性，增强植物的生长和抗逆性；
44.2、本发明的板结土壤修复剂的制备方法简单易行，原料来源广泛，成本低廉，无需复杂的设备和工艺，可根据不同类型和污染程度的板结土壤进行灵活调配，具有较强的适应性和可操作性；
45.3、本发明的板结土壤修复剂利用了生物炭、腐殖酸、氮磷钾复合肥、活性微生物菌剂天然或生物来源的材料，无毒无害，无二次污染，对环境友好，符合绿色农业和循环经济的理念；
46.4、本发明的板结土壤修复剂与水按一定比例混合均匀后制成修复液，喷洒在板结土壤表面，并进行深耕松土处理，使其与修复液充分混合，然后覆盖一层有机覆盖物，并保持覆盖物湿润，这样既可以保证修复剂与土壤充分接触和反应，又可以减少水分蒸发和风化作用，提高修复效率和效果；
47.5、本发明的板结土壤修复剂不仅可以对普通板结土壤进行修复，还可以对酸性板结土壤和碱性板结土壤进行修复，只需调整生物炭和腐殖酸的比例，并添加适量的碱性物质或微量元素作为辅助材料，就可以有效地调节土壤酸碱度，改善土壤质量；
48.6、本发明的板结土壤修复剂经过实验验证，具有显著的修复效果，能够在短时间内使板结土壤的ph值、电导率、有效磷、速效钾、碱解氮、有机质含量、细菌数量、放线菌数量、真菌数量指标达到理想的水平。
附图说明
49.图1为本发明基于生物炭和腐殖酸的板结土壤修复剂的制备方法；
50.图2为本发明使用板结土壤修复剂对板结土壤进行修复的方法；
51.图3为本发明实施例三中使用板结土壤修复剂对酸性板结土壤进行修复的应用方法；
52.图4为本发明实施例四中使用板结土壤修复剂对酸性板结土壤进行修复的应用方法；
53.图5为本发明制备板结土壤修复剂的流程图。
具体实施方式
54.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。
55.实施例一，
56.本发明提供一种技术方案：一种基于生物炭和腐殖酸的板结土壤修复剂的制备方法；
57.本实施例提供了一种基于生物炭和腐殖酸的板结土壤修复剂的制备方法，其流程如图1所示，包括以下步骤：
58.(1)将玉米秸秆作为原料，在厌氧条件下进行高温热解，得到生物炭，其比表面积为400m2/g，ph值为7.5，阳离子交换容量为80mmol/100g；
59.(2)将动植物残体、粪便有机废弃物经过微生物分解，得到腐殖酸，其含碳量为50％，含氮量为3％，含硫量为2％，含钾量为5％；
60.(3)将尿素、过磷酸钙、硫酸钾无机盐按15:15:15的比例混合，得到氮磷钾复合肥，其含氮量为20％，含磷量为15％，含钾量为15％；
61.(4)将固氮菌、溶磷菌、产酸菌有益土壤微生物按1:1:1的比例混合，得到活性微生物菌剂，其菌数为109cfu/g；
62.(5)将生物炭、腐殖酸、氮磷钾复合肥、活性微生物菌剂按30:10:10:3的重量份比例混合均匀，得到本发明的板结土壤修复剂；
63.(6)将碱性物质(如石灰)和微量元素(如铁、锰、锌)按5:5的重量份比例混合均匀，作为辅助材料；
64.实施例二：
65.本实施例提供了一种使用本发明的板结土壤修复剂对板结土壤进行修复的方法，其流程如图2所示，包括以下步骤：
66.(1)将本发明的板结土壤修复剂与水按1:15的比例混合均匀，将辅助材料溶解于水中，然后与生物炭和腐殖酸混合均匀，制成修复液；
67.(2)将修复液均匀地喷洒在所需修复的板结土壤表面，每亩用量为80kg；
68.(3)将所需修复的板结土壤进行深耕松土处理，使其与修复液充分混合；
69.(4)将经过步骤(3)处理后的板结土壤覆盖一层厚度为8cm的稻草覆盖物；
70.(5)保持覆盖物湿润，并定期检测板结土壤的理化性质和生物活性，直至达到预期的修复效果。
71.经过本实施例方法处理后，所述板结土壤的ph值降低到7.0，电导率降低到1.5ds/m，有效磷、速效钾、碱解氮和有机质含量分别提高到20mg/kg、180mg/kg、150mg/kg和25g/kg；细菌、放线菌和真菌数量分别提高到108cfu/g、107cfu/g和106cfu/g；
72.实施例三：
73.本实施例提供了一种使用本发明的板结土壤修复剂对酸性板结土壤进行修复的方法，其流程如图3所示，包括以下步骤：
74.(1)将生物炭和腐殖酸按1:1的比例混合均匀，然后与水按1:10的比例混合均匀，将辅助材料溶解于水中，制成修复液；
75.(2)将修复液均匀地喷洒在所需修复的酸性板结土壤表面，每亩用量为100kg；
76.(3)将所需修复的酸性板结土壤进行深耕松土处理，使其与修复液充分混合；
77.(4)将经过步骤(3)处理后的酸性板结土壤覆盖一层厚度为10cm的秸秆覆盖物；
78.(5)保持覆盖物湿润，并定期检测酸性板结土壤的理化性质和生物活性，直至达到预期的修复效果。
79.经过本实施例方法处理后，所述酸性板结土壤的ph值升高到6.5，电导率降低到1.8ds/m，有效磷、速效钾、碱解氮和有机质含量分别提高到18mg/kg、170mg/kg、140mg/kg和23g/kg；细菌、放线菌和真菌数量分别提高到107cfu/g、106cfu/g和105cfu/g；
80.实施例四：本实施例提供了一种使用本发明的板结土壤修复剂对酸性板结土壤进行修复的方法，其流程如图4所示，包括以下步骤：
81.(1)将所述生物炭和腐殖酸按1:2.5的比例混合均匀，然后与水按1:10的比例混合均匀，将所述碱性物质和微量元素溶解于水中，制成修复液；
82.(2)将所述修复液均匀地喷洒在所需修复的碱性板结土壤表面，每亩用量为100kg；
83.(3)将所需修复的碱性板结土壤进行深耕松土处理，使其与所述修复液充分混合；
84.(4)将经过步骤(3)处理后的碱性板结土壤覆盖一层厚度为5-10cm的有机覆盖物，如稻草、秸秆；
85.(5)保持所述有机覆盖物湿润，并定期检测所述碱性板结土壤的理化性质和生物活性，直至达到预期的修复效果；
86.实验一：制备不同重量份比例下的板结土壤修复剂
87.本实验采用了三种不同重量份比例下的生物炭、腐殖酸、氮磷钾复合肥、活性微生物菌剂和辅助材料，分别为10:5:5:1:79、20:10:10:2:58和30:15:15:3:37，按照本发明的制备方法进行混合，得到三种不同的板结土壤修复剂。然后对其理化性质和生物活性进行了测定，结果如表1所示：
88.[0089][0090]
表1
[0091]
实验二：使用不同用量下的板结土壤修复剂对板结土壤进行修复
[0092]
本实验选取了三块相同面积、相同类型、相同污染程度的板结土壤作为试验地块，分别用50kg/亩、80kg/亩和100kg/亩的用量，将本发明的板结土壤修复剂与水按1:15的比例混合均匀，制成修复液，并将辅助材料溶解于水中，然后与生物炭和腐殖酸混合均匀。将修复液均匀地喷洒在试验地块上，并进行深耕松土处理，使其与修复液充分混合。然后将经过处理后的板结土壤覆盖一层厚度为8cm的稻草覆盖物，并保持覆盖物湿润。定期检测板结土壤的理化性质和生物活性，结果如表2所示；
[0093][0094][0095]
表2
[0096]
实验三：使用不同用量下的板结土壤修复剂对酸性板结土壤进行修复
[0097]
本实验选取了三块相同面积、相同类型、相同污染程度的酸性板结土壤作为试验地块，分别用50kg/亩、80kg/亩和100kg/亩的用量，将本发明的板结土壤修复剂与水按1:10的比例混合均匀，制成修复液，并将辅助材料溶解于水中，然后与生物炭和腐殖酸混合均匀。将修复液均匀地喷洒在试验地块上，并进行深耕松土处理，使其与修复液充分混合。然后将经过处理后的酸性板结土壤覆盖一层厚度为10cm的秸秆覆盖物，并保持覆盖物湿润；定期检测酸性板结土壤的理化性质和生物活性，结果如表3所示
[0098][0099]
表3
[0100]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其同物限定。

技术特征：
1.一种基于生物炭和腐殖酸的板结土壤修复剂的制备方法，其特征在于：该修复剂由以下重量份的组分制成：生物炭：10—50份；腐殖酸：5—25份；氮磷钾复合肥：5—15份；活性微生物菌剂：1—5份；辅助材料：余量；碱性物质和微量元素：1—10份。2.根据权利要求1所述的一种基于生物炭和腐殖酸的板结土壤修复剂的制备方法，其特征在于：所述生物炭是由玉米秸秆、葵花秸秆或其他农林废弃物在厌氧条件下进行高温热解而得到的固体碳材料，其比表面积为300-600 m2/g，ph值为6.5-8.5，阳离子交换容量为50-100 mmol/100 g。3.根据权利要求1所述的一种基于生物炭和腐殖酸的板结土壤修复剂的制备方法，其特征在于：所述腐殖酸是由动植物残体、粪便或其他有机废弃物经过微生物分解而形成的一类具有复杂结构和多种功能基团的有机高分子化合物，其含碳量为40%-60%，含氮量为2%-4%，含硫量为1%-3%，含钾量为4%-6%。4.根据权利要求1所述的一种基于生物炭和腐殖酸的板结土壤修复剂的制备方法，其特征在于：所述氮磷钾复合肥是由尿素、过磷酸钙、硫酸钾或其他无机盐按一定比例混合而成的一种提供植物生长所需主要营养元素的化肥，其含氮量为15%-25%，含磷量为10%-20%，含钾量为10%-20%。5.根据权利要求1所述的一种基于生物炭和腐殖酸的板结土壤修复剂的制备方法，其特征在于：所述活性微生物菌剂是由固氮菌、溶磷菌、产酸菌或其他有益土壤微生物按一定比例混合而成的一种能够改善土壤微生态环境和促进植物生长的生物制剂，其菌数为10
8-10
10 cfu/g。6.根据权利要求1所述的一种基于生物炭和腐殖酸的板结土壤修复剂的制备方法，其特征在于：所述辅助材料是由膨润土、沸石、珍珠岩或其他具有良好保水保肥性能的无机矿物质按一定比例混合而成的一种能够增加土壤中空隙和通透性的材料。7.一种使用权利要求1所述的板结土壤修复剂对板结土壤进行修复的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1) 将所述板结土壤修复剂与水按1:10-20的比例混合均匀，将所述碱性物质和微量元素溶解于水中，然后与所述生物炭和腐殖酸混合均匀，制成修复液；(2) 将所述修复液均匀地喷洒在所需修复的板结土壤表面，每亩用量为50-100 kg；(3) 将所需修复的板结土壤进行深耕松土处理，使其与所述修复液充分混合；(4) 将经过步骤(3)处理后的板结土壤覆盖一层厚度为5-10 cm的有机覆盖物；(5) 保持所述有机覆盖物湿润，并定期检测所述板结土壤的理化性质和生物活性，直至达到预期的修复效果。8.根据权利要求7所述的一种基于生物炭和腐殖酸的板结土壤修复剂的制备方法，其特征在于：在步骤(5)中，所述预期的修复效果是指：所述板结土壤的ph值降低到6.0-8.0之间；
所述板结土壤的电导率降低到2.0 ds/m以下；所述板结土壤的有效磷、速效钾、碱解氮和有机质含量分别提高到15 mg/kg以上、150 mg/kg以上、120 mg/kg以上和20 g/kg以上；所述板结土壤的细菌、放线菌和真菌数量分别提高到10^7 cfu/g以上、10^6 cfu/g以上和10^5 cfu/g以上。9.一种使用权利要求1所述的板结土壤修复剂对酸性板结土壤进行修复的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：(1) 将所述生物炭和腐殖酸按1:1的比例混合均匀，然后与水按1:15的比例混合均匀，将所述碱性物质和微量元素溶解于水中，制成修复液；(2) 将所述修复液均匀地喷洒在所需修复的酸性板结土壤表面，每亩用量为80 kg；(3) 将所需修复的酸性板结土壤进行深耕松土处理，使其与所述修复液充分混合；(4) 将经过步骤(3)处理后的酸性板结土壤覆盖一层厚度为5-10 cm的有机覆盖物；(5) 保持所述有机覆盖物湿润，并定期检测所述酸性板结土壤的理化性质和生物活性，直至达到预期的修复效果。10.一种使用权利要求1所述的板结土壤修复剂对碱性板结土壤进行修复的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：(1) 将所述生物炭和腐殖酸按1:2.5的比例混合均匀，然后与水按1:10的比例混合均匀，将所述碱性物质和微量元素溶解于水中，制成修复液；(2) 将所述修复液均匀地喷洒在所需修复的碱性板结土壤表面，每亩用量为100 kg；(3) 将所需修复的碱性板结土壤进行深耕松土处理，使其与所述修复液充分混合；(4) 将经过步骤(3)处理后的碱性板结土壤覆盖一层厚度为5-10 cm的有机覆盖物，如稻草、秸秆；(5) 保持所述有机覆盖物湿润，并定期检测所述碱性板结土壤的理化性质和生物活性，直至达到预期的修复效果。

技术总结
本发明涉及一种基于生物炭和腐殖酸的板结土壤修复剂的制备方法及其应用。该方法包括将玉米秸秆进行高温热解得到生物炭，将有机废弃物经过微生物分解得到腐殖酸，将无机盐混合得到氮磷钾复合肥，将有益土壤微生物混合得到活性微生物菌剂，然后将这些成分按一定比例混合均匀得到板结土壤修复剂。该方法还包括将碱性物质和微量元素混合作为辅助材料，并将修复剂与水按一定比例混合制成修复液，喷洒在板结土壤表面，并进行深耕松土处理，覆盖有机覆盖物，并保持湿润。该方法可以有效地改善板结土壤的理化性质和生物活性，提高其肥力和产量。提高其肥力和产量。提高其肥力和产量。


技术研发人员：罗小波 刘俊 陈小桃
受保护的技术使用者：贵州省山地资源研究所有限公司
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/9/5