一种人工林地土壤酸性改良及地力恢复材料及其制备方法与流程

本发明属于人工林地土壤酸性改良及地力恢复的技术领域，涉及一种人工林地土壤酸性改良及地力恢复材料及其制备方法。

背景技术：

人工林是在人为干预活动下进行快速林木生产，其在幼林抚育及成林采伐过程中，造成土壤生态系统养分收支失衡，导致土壤生产力下降，影响后续林木生产的可持续。人工林的快速生长，对土壤养分进行掠夺性吸收，在缺乏有效的肥料施用的管理情况下，土壤养分的贫瘠倾向非常明显，盐基离子大量流失后，土壤酸化趋势逐渐严重，尤其在南方丘陵红壤区，土壤酸化及地力贫瘠成为限制南方丘陵区绿水青山建设的重要因素之一，制约林地生产的可持续。

生物质炭是将农作物秸秆、木屑等生物质材料在缺氧或是无氧条件下，经过热解得到的一种固体产物，具有多孔性、大表面积、具有较大吸附力和阳离子交换量，这些特点使其具有改变土壤理化性质、保水、保肥和提升土壤ph等性能。生物质炭自身含有一定量的矿质养分，能够改善贫瘠土壤的矿质养分供应，有利于土壤养分循环和植物生长；此外还具有较高的生物学稳定性，较强的抵抗微生物分解的能力。我国秸秆年产量众多，部分被人为燃烧或丢弃，造成了资源损耗和区域性环境问题。因此，利用秸秆制备成生物质炭用于土壤酸性改良及地力恢复，具有良好的生态环境效益。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种人工林地土壤酸性改良及地力恢复材料及其制备方法，所述材料能够在人工林种植过程或采伐收获后，快速恢复改善土壤ph，恢复土壤地力，满足其他作为生长的土壤肥力及物理环境需求。

为实现上述目的，采用以下技术方案：

一种人工林地土壤酸性改良及地力恢复材料，所述材料含有生物质炭和蚓粪有机物料。所述生物质炭和蚓粪有机物料质量比为1:5。

一种人工林地土壤酸性改良及地力恢复材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）水稻秸秆裁剪至3-5cm后晾干，置于300-400℃厌氧炉进行高温热解4小时，冷却后过2mm的筛子获得生物质炭；

（2）用牛粪与水稻秸秆粉碎粒混合后，在棚架下按长条状堆肥自然发酵20天后，按物料重量比例的25%添加蚯蚓进行养殖，养殖完成后，筛出蚯蚓，获得蚓粪有机物料；

（3）将生物质炭与蚓粪有机物料按1:5混合后获得恢复材料，按每亩2-3吨量进行施用。

所述步骤（1）中水稻秸秆为水稻收割脱粒后的秸秆。

所述步骤（2）中牛粪和水稻秸秆以8:2质量比例混合，自然发酵过程的水分含量控制在50-60%；每5天翻动一次，其中水稻秸秆的粉碎粒径为2-3mm。

所述步骤（20蚯蚓养殖条件为20-30℃的室温条件，养殖基质湿度控制在60-70%，物料消耗完全后视为养殖结束。

所述步骤（3）生物质炭与蚓粪有机物料是按干物质比例在70r/min的立式干粉搅拌机混合5min而成。

所述步骤（3）混合材料按每亩2-3吨进行施用，施用过程需要与耕层土壤充分混合。

其中水稻秸秆来自普通稻田收获后的秸秆，秸秆的裁剪是为保障高温的炭化效率，秸秆晾干是为了减少秸秆水分含量对厌氧炉温度的影响，0.1ml/min氮气是为了保障高温热解过程的厌氧条件。

本发明涉及一种人工林地土壤酸性改良及地力恢复材料及其制备方法，是充分考虑人工林土壤酸化和肥力耗竭等现象，通过生物质炭保水保肥能力和酸性提升的特点，以及蚓粪有机物料的肥力供应，实现土壤环境质量的提升，克服南方丘陵红壤人工林种植过程土壤肥力耗竭和酸性下降等不利因素，实现土壤生产力的迅速恢复。同时，生物质炭和蚓粪有机物料的制备，充分利用水稻秸秆，实现废弃物资源化特点，展现出较好的环境效益。该土壤地力恢复材料具有如下优点：

1）快速缓解人工林土壤酸化问题，减轻土壤酸化对周边环境及后续作物生长的不利影响；

2）生物质炭配合蚓粪有机物料作为土壤养分供应，有效缓解土壤肥力消耗程度并改善土壤恶化的物理环境；

3）为水稻秸秆的资源化利用提供一种途径，实现高效的环境效益；

4）该方法所需的物料如禽畜粪便和水稻秸秆，均是简单易获取材料，有利于生产和推广。

附图说明

图1为不同比例的材料对人工林地土壤ph值的影响。

图2为不同比例的材料对人工林地土壤速效氮的影响。

图3为不同比例的材料对人工林地土壤速效磷的影响。

图4为不同比例的材料对人工林地土壤速效钾的影响。

图5为不同比例的材料对紫花苜蓿草生长的影响。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步解释说明，但本发明的范围不受限于此。

实施例1：

制备蚓粪材料：水稻秸秆粉碎为2-3mm粒径，与牛粪按2:8质量比例均匀混合，调节含水量至60%，在棚架下按长条状进行自然发酵20天，其中每5天翻动一次，获得蚯蚓养殖基质。按物料的25%（重量比例）添加蚯蚓，在25℃的室温条件进行养殖，养殖基质湿度控制在65%。待养殖基质消耗完全后，筛出蚯蚓，余下物质为蚓粪有机物料。

制备生物质炭：水稻秸秆裁剪至3-5cm进行晾干，置于400℃厌氧高温环境进行炭化4小时，冷却过2mm筛后获得生物质炭；

生物质炭和蚯蚓粪有机物料在70r/min的立式干粉搅拌机混合5min，作为人工林地土壤酸性改良及地力恢复材料。其中生物质炭与蚯蚓粪是按干物质分别设置了1：5、1：1的比例设置。

实施例2

实验步骤如下：

（1）供试土壤选择：采自泉州某人工林采伐后的土壤，土壤为酸性赤红壤，ph为5.11±0.05；速效氮为4.05±0.33mg/kg、速效磷为4.39±0.59mg/kg、速效钾5.86±0.98mg/kg，黏粒含量37.7±0.17（%）。

（2）供试植物：紫花苜蓿草种

（3）实验设计：风干后的土壤过10目的筛，称取10.00kg的土壤，土壤地力恢复材料按照生物质炭与蚓粪有机物料为1:5和1:1比例混合，施用量为原土质量的5%；施用土壤地力恢复材料；以无添加任何材料的土壤作为对照组，每组设置5个重复。

（3）实验步骤：选取健康紫花苜蓿种子，浸泡在温度为50℃的水中30min。在温水浸泡之后，种子放在铺有无纺布的托盘中，使用喷壶将水均匀地喷洒在种子上，用保鲜膜包好，放入25℃、80%湿度的恒温恒湿箱培养58h后，选取芽长均等（芽长约2mm），粗细一致的种子进行播种。供试土壤用水浇透，接着用小铁耙将土壤表层翻开，把挑选好的种子均匀撒在土壤中，耙平土壤并进行适当的适当镇压，使种子与土壤紧密接触，每个盆栽播种种子数15-20粒，播种深度为1-2cm。在紫花苜蓿生长期间，根据土壤的干湿程度，适量浇水，及时除草、松土，同时，观察紫花苜蓿的长势。紫花苜蓿草是喜水植物，但是不耐涝，在其叶片变深时表示缺水，应及时灌溉。

（4）结果：与对照组相比，通过本方法改良后，土壤的ph有显著的升高（附图1所示），生物质炭施用量的增加，土壤ph升高越明显，表明了生物质炭的ph提升能力。与对照相比，通过本方法后，土壤速效氮、速效磷及速效钾等土壤肥力升高显著，但随作物生长的吸收，速效氮增效作用略有下降；增加生物质炭比例，显著提升土壤速效钾的含量，附图2-4所示。从紫花苜蓿草生长效果看，通过本方法改良后，原来酸化严重和地力贫瘠的土壤，地力得到有效恢复，可满足作物正常生长需求，但过高的生物质炭施用比例，抑制了作物的正常生长，与所选用生物质炭性质有关，因此，本方法最终确定生物质炭与蚓粪有机物料的比例为1:5，土壤施用量控制在每亩2-3吨的水平，即可有效改良土壤酸性，恢复土地生产力，又可避免生物质炭过量带来的不利影响，复合经济效益的要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

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