一種組合土壤添加劑、制備方法及配施方法技術

本發明專利技術公開了一種由生物炭和硝化抑制劑組成組合土壤添加劑及其制備方法，并在一定條件下混合配施，解決了以下問題：1)促進小麥的地上部生物量和產量的增加，盆栽試驗小麥產量分別高出生物炭單施、硝化抑制劑單施和不施添加劑對照處理80％、65％和103％；2)促進小麥對氮素的吸收利用，提高了氮肥利用效率，盆栽試驗氮肥收獲指數較對照不施添加劑處理提高了22％；3)降低徑流和滲漏液中TN濃度和徑流液中TP濃度，進而減少氮磷損失量，盡量避免了環境污染；具有良好的經濟效益和社會效益，為指導農業生產提供有益的參考。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種組合土壤添加劑、其制備方法及配施方法，能夠提高小麥產量并減少氮磷流失；屬于土壤改良與面源污染控制領域。
技術介紹
農業面源污染是流域水體環境惡化的主要原因之一，以太湖為例，農業面源污染對入湖總氮的比例在34％-52％，總磷的比例在17％-54％。目前，農業面源污染源頭控制研究主要集中在氮肥的管理模式和土地管理模式這兩個方面，具體體現為：(1)、肥料減量施用、有機無機肥配施、以及緩控釋肥的施用均可有效地降低氮素的損失量，達到保護環境的目的；(2)、土地的不同管理模式，如秸稈還田、免耕等也可以有效地減少養分的流失。但這些措施均有諸多不足，比如肥料的減量必須是適當的，減量必然會導致作物減產，降低經濟效益；有機肥重金屬含量較高，施入土壤后易引起土壤重金屬的超標；秸稈覆蓋則可能造成作物減產、增加土壤CO2和甲烷等溫室氣體的排放。綜合來看，現有技術中尚缺乏合理的技術手段，既能實現較好的氮磷減排效果，又盡量避免其他的負面影響(如減產、重金屬污染等)。因此，如何提搞肥料的利用率同時降低氮磷排放污染，是亟待解決的一個技術問題。
技術實現思路
為解決現有技術的不足，本專利技術的目的在于提供一種組合土壤添加劑、制備方法及配施方法，達到增加小麥產量、減少氮磷流失的目的。為了實現上述目標，本專利技術采用如下的技術方案：本專利技術首先公開了一種組合土壤添加劑，由生物炭和硝化抑制劑組成，其中，生物炭的添加量為土壤干重的0.1％-5wt％，硝化抑制劑的添加量為土壤中施氮量的0.5％-10wt％，這里所述的施氮量為純氮的質量。通過添加硝化抑制劑可減少土壤溶液中硝酸根的含量，再通過施加生物炭，利用其表面帶負電的特性，通過吸附作用吸附滯留在土壤溶液中的銨根，從而達到減少氮磷營養鹽(特別是氮素)流失的效果。總的來說，在本專利技術中，配施硝化抑制劑與生物炭，可以實現協同作用，得到更好的效果。然后，本專利技術還公開了前述的一種組合土壤添加劑的制備方法，包括如下步驟：S1、制備生物炭：將生物質材料置于300-700℃的煅燒爐或馬弗爐中，在缺氧條件下進行燒制，燒制好的生物炭自然冷卻后備用；此處所述的缺氧條件可通過充氮氣來實現，也可以將生物質材料置于密閉容器中實現。S2、根據土壤類型，稱取土壤干重0.1％-5wt％的生物炭，待用；S3、根據土壤中的施氮量，稱取純N質量0.5％-10％的硝化抑制劑，待用。具體地，前述生物質材料包括玉米、小麥、水稻、大豆、油菜、棉花、樹枝中的一種或多種；但是并不限于這些，也可以是其他的秸稈類材料、木質材料或其他含炭生物質材料。燒制好的生物炭自然冷卻后即可使用，對于較大顆粒的生物質炭材料，如樹枝生物炭，一般還需要進一步的粉碎才可以施加到土壤中。優選地，前述硝化抑制劑為：含硫化合物、乙塊、乙炔基取代物、氰胺類化合物及雜環氮化合物中的一種或多種；但是并不限于這些，其中最常使用的包括乙炔、三氯甲基吡啶Nitrapyrin、雙氰胺DCD或3,4一二甲基吡唑磷酸鹽DMPP。此外，本專利技術還公開了前述的一種組合土壤添加劑的配施方法，包括如下步驟：(1)、制備生物炭：將生物質材料置于300-700℃的煅燒爐或馬弗爐中，在缺氧條件下進行燒制，燒制好的生物炭自然冷卻后備用；(2)、根據土壤類型，稱取土壤干重0.1％-5wt％的生物炭，待用；(3)、根據土壤中的施氮量，稱取純N質量0.5％-10％的硝化抑制劑，待用；(4)、將步驟(2)準備好的生物炭深施或淺施到土壤中；(5)、將步驟(3)準備好的硝化抑制劑采用溶液噴施或顆粒撒施的方式施加到土壤中。在步驟(2)中，土壤類型分為酸性土壤和堿性土壤，酸性土壤中的生物炭施加量多于堿性土壤。原因分析如下：酸性土壤(如紅壤)中可以施加較多量的生物炭，緩解土壤酸化，實現更好的經濟環境效益；而對于堿性土壤，施加生物炭的量不宜過多，否則會導致土壤pH失衡，氮肥氨揮發顯著，進而影響氮肥利用率及作物產量。在步驟(4)中，所述深施為：將生物炭施加到土壤中，翻耕20-50cm；淺施為：將生物炭撒施到土壤表層，翻耕厚度10-20cm。在步驟(5)中，所述溶液噴施為：首先將肥料顆粒撒入土壤中，然后將硝化抑制劑溶解到水中，使用噴壺將含有硝化抑制劑的水溶液噴灑到肥料顆粒表面，翻耕或覆土；所述顆粒撒施為：將硝化抑制劑顆粒與肥料顆粒充分混勻，直接將混合物施入土壤中，覆土。進一步地，施加時間可以分為以下兩種方式：A、生物炭與硝化抑制劑全部一次性施入：在種植小麥前施加生物炭，在施加基肥時配施全部用量的硝化抑制劑，然后翻耕，種植小麥，后期追肥時不再施加硝化抑制劑；B、生物炭一次性施入，硝化抑制劑隨肥料分次施入：在種植小麥前施加生物炭，在施加基肥時只施入與基肥相應比例的硝化抑制劑，然后翻耕，種植小麥，后期施加追肥時再按追肥的相應比例施加硝化抑制劑。生物炭(biochar)是一種新型物質，其表面多孔性特征顯著，具有大量的孔洞，孔隙大小不一，這種孔洞結構有利于土壤微生物的生長；而且，生物炭具有容重小，吸水、氣能力強，且帶有大量的表面負電荷以及高電荷密度的特性，能形成電磁場，構成了生物炭良好的吸附特性，能吸附水、土壤或沉積物中的無機離子、極性或非極性有機化合物。因此，在土壤中施加生物炭，能夠增大土壤陽離子的交換量，實現對某些營養鹽的“滯留”，減少營養物質的流失，增加植物對這些營養鹽的利用效率，同時降低農業面源污染。然而，生物炭表面往往呈現電負性，對同為電負性的離子如硝酸根的吸附性能往往不理想。為了解決這一問題，本專利技術從盡量減少硝酸根的角度尋求解決方案。土壤中大部分硝酸根是由于硝化作用而產生的，所謂“硝化作用”，是指土壤中的銨態氮在微生物的作用下氧化為硝態氮的過程，分為自養硝化和異養硝化兩種類型。異養硝化是指有機氮或NH3被一些異養微生物(細菌、真菌和放線菌)氧化的過程，可以通過酸化土壤來防止異養硝化作用的進行。但是，土壤中的硝化過程以自養硝化作用為主，通常所說的硝化作用都是自養硝化作用。從原理上來說，硝化作用分兩個步驟進行，即亞硝化過程和硝化過程，只要其中的一個反應被抑制，就能抑制整個硝化過程。銨態氮的硝化作用不僅可以產生N2O，其氧化形成的硝態氮也易于通過淋洗和反硝化作用損失。因此，對銨態氮肥或能形成銨的肥料來說，延緩或抑制硝化過程的進行是減少氮素損失、提高氮肥利用率的重要途徑之一。硝化抑制劑是一類能通過抑制土壤亞硝化細菌本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種組合土壤添加劑，其特征在于，由生物炭和硝化抑制劑組成，所述生物炭的添加量為土壤干重的0.1％?5wt％，所述硝化抑制劑的添加量為土壤中施氮量的0.5％?10wt％，所述施氮量為純氮的質量。

【技術特征摘要】
1.一種組合土壤添加劑，其特征在于，由生物炭和硝化抑制劑組成，所述生物
炭的添加量為土壤干重的0.1％-5wt％，所述硝化抑制劑的添加量為土壤中施
氮量的0.5％-10wt％，所述施氮量為純氮的質量。
2.如權利要求1所述的一種組合土壤添加劑的制備方法，其特征在于，包括如
下步驟：
S1、制備生物炭：將生物質材料置于300-700℃的煅燒爐或馬弗爐中，在缺
氧條件下進行燒制，燒制好的生物炭自然冷卻后備用；
S2、根據土壤類型，稱取土壤干重0.1％-5wt％的生物炭，待用；
S3、根據土壤中的施氮量，稱取純N質量0.5％-10％的硝化抑制劑，待用。
3.根據權利要求2所述的一種組合土壤添加劑的制備方法，其特征在于，所述
生物質材料包括玉米、小麥、水稻、大豆、油菜、棉花、樹枝中的一種或多
種。
4.根據權利要求2所述的一種組合土壤添加劑的制備方法，其特征在于，所述
硝化抑制劑為：含硫化合物、乙塊、乙炔基取代物、氰胺類化合物及雜環氮
化合物中的一種或多種。
5.根據權利要求4所述的一種組合土壤添加劑的制備方法，其特征在于，所述
硝化抑制劑為：乙炔、三氯甲基吡啶Nitrapyrin、雙氰胺DCD或3,4一二甲
基吡唑磷酸鹽DMPP。
6.如權利要求1所述的一種組合土壤添加劑的配施方法，其特征在于，包括如
下步驟：
(1)、制備生物炭：將生物質材料置于300-700℃的煅燒爐或馬弗爐中，在缺
氧條件下進行燒制，燒制好的生物炭自然冷卻后備用；
(2)、根據土壤類型，稱取土壤干重0.1％-5wt％的生物炭，待用；
(3...

【專利技術屬性】
技術研發人員：薛利紅，潘復燕，馮彥房，俞映倞，楊林章，
申請(專利權)人：江蘇省農業科學院，
類型：發明
國別省市：江蘇;32