[发明专利]一种生物碳与有机肥组配改良盐碱地的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种改良盐碱地的方法。

背景技术

生物炭的土壤改良剂功能源于南美亚马逊盆地黑土(TerraPreta)的发现及研究，早在1500年前南美印第安人习惯性地用木炭、厩肥及动物骨头改良了当地土壤，形成至今仍很肥沃的南美亚马逊盆地土壤，于是，生物炭在土壤中长达数百、数千年的固碳作用引起了人们的重视。20世纪90年代以来，以热裂解生物质生产生物炭，并将其用作土壤改良剂及固碳剂的研究日益增多。国外在生物炭的性质和特征及其对土壤物理、化学性质、微生物的作用及土壤固碳等方面展开了研究工作，而中国则刚刚起步。

从历史角度看，木炭或竹炭的生产及使用超前于研究，生物炭的现代科学研究始于20世纪90年代，基础研究相对较弱。关于生物炭的结构和性质研究时间很短，生物质转化、生物炭的结构和性质研究虽有一些研究报道但是很零散，不同种类生物质及不同工艺转化生物炭也缺乏系统研究，生物炭的结构和性质尚没有确切的定义和标准。生物炭的性质或特征如化学结构、组成、挥发物、水溶出物特征、酸碱性、物理结构及孔隙度、吸附作用、阳离子交换量、降解性等缺乏系统研究。土壤培肥及环境影响等问题亟待全面系统地研究，为生物炭利用战略提出科学决策的依据。

土壤有机质是土壤肥力的重要指标之一，也是陆地生态系统中重要的碳汇。生物炭含碳量高，且碳结构呈芳香环状，与土壤中腐殖质结构相似，国内外研究表明，生物炭可以提高土壤有机碳含量水平，具有改良培肥土壤效果。然而，生物炭对土壤有机质含量的影响也有冲突的报道。Wardle和Contina分别报道生物炭引起土壤有机质损失，但前者土壤埋袋培养试验方法受到质疑，而Bruun等采用C14标记生物炭及作物秸秆的两年土壤培养试验发现，生物炭(低温和高温碳损失分别为9.3％、3.1％)远远低于秸秆(56％)的碳损失。Kimetu等也报道，生物炭的碳损失远低于绿肥，生物炭的稳定性及稳定化作用大于绿肥类易解有机物。秸秆、绿肥、堆肥及厩肥施入土壤且在免耕条件下，一般5-10年后所剩不过20％，仅有极少量被转化为腐殖质，英国洛桑实验站施用厩肥150多年的土壤有机碳量也仅提高了1倍。而亚马逊盆地黑土(TerraPreta)土壤质量研究表明，生物炭是远比传统有机材料更稳定、更易提高土壤有机碳的有机材料，故联合国防治沙漠化公约及一些政府呼吁将生物炭作为土壤改良及应对气候变化的重要技术产品。

澳大利亚伍伦巴农业研究所的最新研究成果也证实了“农业炭”技术的巨大潜力。研究人员按每公顷农田施加10吨“农业炭”的量进行了试验，结果表明，“农业炭”可以使小麦的产量增加3倍，使大豆的产量增加2倍多。同时，他们还单独使用氮肥以及“农业炭”和氮肥并用来进行对比试验，发现产量基本相同，结果表明，单独使用“农业炭”就可以起到和使用氮肥一样的增产效果。同时，该所资深科学家范兹威屯认为，“农业炭”提高土壤pH值的速度仅为石灰的1/3，它还可以提高红铁土壤的钙质，减少红铁土壤中铝的毒性。因此，“农业炭”运用可使土壤的生物学性能得到改善，减少对肥料的需求，提高保持水分的能力。

“农业炭”利用技术还可以大大减少温室气体的排放。澳大利亚著名科学家提姆富兰纳瑞指出，在全球范围内土壤释放的温室气体量是化石燃烧产生的温室气体的10倍多。通过对土壤中释放出的气体进行测量和对比，发现“农业炭”可以显著减少二氧化碳和一氧化二氮的释放，而一氧化二氮是另一种更严重的温室气体，其制造温室效应的效力是二氧化碳的300倍，在空气中可持续150年之久。

生物炭的酸碱性取决于生物炭原料及生产工艺，但是大部分生物炭显碱性，因此，生物炭施入土壤通常可提高酸性土壤pH值，这主要是生物炭中灰分含有更多的盐基离子(如钙、镁、钾、钠)，但对碱性土壤pH值影响不显著。高温热裂解的生物炭比低温热裂解的生物炭中具有更少的酸性挥发物及更多的灰分，pH更高。因此，高温生物炭提高土壤pH作用比低温生物炭相对明显，因此，而低温条件下的秸秆生物炭应更适用于盐碱地改良。

生物炭的孔隙具有很大变异性，小到小于1纳米，大到几十纳米，甚至数十微米。生物炭孔隙中能够贮存水分和养分，因而生物炭的孔隙和表面成为微生物可栖息生活的微环境，进而增加微生物数量及活性，特别是丛枝状菌根真菌(AMF)或泡囊丛枝状菌根真菌(VAM)。

生物炭作为土壤改良剂及肥料缓释载体应用研究基本都是短期研究结果，有些仅是实验室土柱淋洗、土壤培养及土壤水分特征曲线测定评价的结果，而在实际田间情况下生物炭对土壤物理、化学及生物的长期影响如何，对土壤及肥料养分的淋洗影响如何，尤其是生物炭在土壤中的稳定性都需要长期的试验研究。