一种硝态氮吸附的土壤改良剂及与植物的联用施用方法 |
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| 申请号 | CN202311769335.5 | 申请日 | 2023-12-21 | 公开(公告)号 | CN117844486A | 公开(公告)日 | 2024-04-09 |
| 申请人 | 重庆大学; | 发明人 | 梁嘉良; 赵志伟; 宋世超; 向平; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种硝态氮 吸附 的 土壤 改良剂 及与 植物 的联用施用方法，属于 土壤改良 技术领域，改良剂包括 生物 炭 、珊瑚砂改良基质；生物炭占珊瑚砂改良基质总 质量 的4％。本发明中，不同 水 力 冲击负荷下基质层对再生水中硝态氮截留率均高于85％；较纯珊瑚砂组及未改性生物炭组，改性生物炭混合珊瑚砂基质可以有效促进植物生长发育及光合作用；面向珊瑚砂培育及氮素截留，针对珊瑚砂高渗透性，有机质低、pH高及植物难以生长的场景，创新性的提出改性生物炭联合固沙植物厚藤的方法提高珊瑚 砂土 氮素截留能力，同时提高珊瑚砂土物质循环；采用FeCl3改性后，秸秆生物炭的吸附能力、保水性增加，同时 铁 元素为植物生长及 微生物 代谢所需，促进了植物生长及物质循环。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种硝态氮吸附的土壤改良剂，其特征在于：所述改良剂包括生物炭、珊瑚砂改良基质；所述生物炭占珊瑚砂改良基质总质量的4％。 |
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| 说明书全文 | 一种硝态氮吸附的土壤改良剂及与植物的联用施用方法技术领域背景技术[0002] 我国南海诸岛主要为珊瑚岛礁，其表层土壤为珊瑚砂，具有粗质多孔、易碎的结构特征。珊瑚砂渗透性能高，缺乏天然有机物，易造成海岛生态系统结构性缺水、土地贫瘠、生态脆弱，不利于地表植被健康生长及土壤的正常发育。此外，海岛再生水来源稳定，营养物质含量高，多用作绿化灌溉及杂用。但由于珊瑚砂渗透系数较大，且对于氮素吸附较弱，再生水中的大部分氮素随水流失而难以被植物和微生物利用，造成资源的浪费。而且再生水中的氮素下渗也会造成淡水透镜体污染，从而威胁战备水源安全。 [0003] 为了对珊瑚砂进行适当的改造，培育健康的珊瑚砂生态系统，一般的方式是采取控制措施增强珊瑚砂土对氮素的截留效果，提高珊瑚砂土中的氮素等营养物质含量，在控制地下水氮素污染风险的同时，也可促进再生水中氮素的高效循环利用，培育健康的珊瑚砂生态系统。 [0004] 目前，常见的土壤氮素截留方法包括物理保氮和生化保氮两大类，但是单独应用两种技术均不适用于珊瑚砂土壤。具体而言，物理保氮通过添加材料或工程措施改变土壤的物理性质，从而有效地减少氮素的损失，这些添加材料常具有多孔、比表面积大和吸附性强的特点。如秸秆、生物炭、保水剂等，然而，物理保氮材吸附饱和之后即无法继续有效，长期有效性不足。生化保氮，主要通过影响氮循环过程减少氮素淋失，如硝化抑制剂，主要抑制土壤中亚硝化细菌微生物活性，脲酶抑制剂，主要抑制土壤脲酶活性，但此类生化技术需要特定的功能菌，而珊瑚砂贫氮的原因并不是硝化和反硝化功能问题，由于土壤总氮量不足，微生物活动贫弱，加入生化抑制剂不能解决土壤对氮素截留不足问题。 发明内容[0005] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种硝态氮吸附的土壤改良剂及与植物的联用施用方法，通过物理和生化手段相结合，选择在适宜在珊瑚砂土壤中生长的厚藤为氮素的吸收途径，选择合适的土壤改良剂对氮素进行吸附，同时促进厚藤生长，从而通过物理和生化结合的方法提高珊瑚砂土壤对氮素的利用率。 [0006] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案： [0007] 一种硝态氮吸附的土壤改良剂，其特征在于：所述改良剂包括生物炭、珊瑚砂改良基质；所述生物炭占珊瑚砂改良基质总质量的4％。 [0011] S3、将烘干的生物炭于管式炉中以380‑420℃的条件煅烧100‑140分钟后，冷却至室温，采用超纯水淋洗去除生物炭表面灰分，过滤至滤液澄清且pH值恒定； [0012] S4、在55‑65摄氏度条件下烘干至恒重后备用，得改性生物炭，记为Fe‑C。 [0013] 进一步地，所述生物炭与FeCl3的质量比为1：10(g：ml)，所述FeCl3为1mol/L。 [0014] 进一步地，还包括土壤改良剂与植物的联用施用方法，包括以下步骤，[0015] P1、将改性生物炭、珊瑚砂混合，得基质； [0016] P2、将基质铺设于珊瑚砂表面，厚度为10‑15cm； [0017] P3、将根部洗净后的植物幼苗种植于基质中。 [0018] 进一步地，所述步骤P1中植物幼苗根部无营养土残留，幼苗株高20‑30cm，根部长度为4‑6cm。 [0019] 进一步地，所述步骤P3中植物幼苗以100cm2/棵幼苗的密度种植于基质中。 [0020] 进一步地，所述幼苗种植后采用清水灌溉珊瑚砂。 [0021] 本发明实现珊瑚砂培育及氮素高效循环利用的原理如下： [0022] 1、生物炭具有一定的硝态氮吸附性能，本发明所用改性生物炭以玉米秸秆生物炭基底，具有较高的孔隙率，可以储藏更多的水分。并且，铁改性后增加了材料中的Fe、C、O等元素含量，增加了材料的比表面积和酚羟基含量，进而大大增强了硝态氮的吸附能力。植物为厚藤，广布于全球热带及亚热带沿海地区，研究表明，厚藤拥有大量不定根且匍匐茎延伸可长达10m，耐旱、耐盐，多生长在沙滩上及路边向阳处，可以作海滩固沙或覆盖植物，具有较高的园艺价值，同时也兼具一定的药用价值。 [0023] 2、基质中的铁改性生物炭通过物理化学作用吸附硝态氮，提高了土壤中氮素含量。植物通过根系的吸水吸盐作用吸收硝酸盐，将其作为营养物质摄入，满足自身生长发育需要。基质较未掺混生物炭的珊瑚砂，有机质含量高、持水性能好、pH低，有利于促进植株根茎生长及植物根部土壤微生态的发育。植物根系的生长提高了基质层持水/吸水能力，进而进一步增强了土壤的氮素截留效果。 [0024] 3、改性生物炭的掺入改变了珊瑚砂土持水性、pH及有机质含量；改性生物炭联合多根系的厚藤植物加强了珊瑚砂土对氮素等营养物质及水分的截留能力；二者联合使用不仅有利于促进氮素的高效循环利用、降低地下水氮素污染风险，同时也有利于促进植物生长、改善微生物群落结构及提高微生物多样性，使珊瑚砂生态系统朝着健康的方向发展。 [0025] 本发明的有益效果在于： [0026] (1)采用本发明中的方法后，不同水力冲击负荷下基质层对再生水中硝态氮截留率均高于85％；并且，较纯珊瑚砂组及未改性生物炭组，改性生物炭混合珊瑚砂基质可以有效促进植物生长发育及光合作用。 [0027] (2)本发明中的方法面向珊瑚砂培育及氮素截留，针对珊瑚砂高渗透性，有机质低、pH高及植物难以生长的场景，创新性的提出改性生物炭联合固沙植物厚藤的方法提高珊瑚砂土氮素截留能力，同时提高珊瑚砂土物质循环。 [0028] (3)采用FeCl3改性后，秸秆生物炭的吸附能力、保水性增加，同时铁元素为植物生长及微生物代谢所需，促进了植物生长及物质循环。 [0030] 本发明的其他优点、目标和特征将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上对本领域技术人员而言是显而易见的，或者本领域技术人员可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。附图说明 [0031] 为了使发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明： [0032] 图1为本发明的种植结构示意图； [0033] 图2为本发明四组不同处理植株株高伸长量、叶绿素含量、植株重量示意图； [0034] 图3为本发明四组采用不同方式的植物根系生长状况示意图； [0035] 图4为本发明不同处理组基质土壤有机质、硝态氮、速效磷、速效钾含量增加量示意图。 [0036] 附图中标记如下：1、基质；2、幼苗；3、珊瑚砂。 具体实施方式[0037] 一种硝态氮吸附的土壤改良剂及与植物的联用施用方法。 [0038] 实施例1 [0039] 制备改性生物炭(FeC‑P(c))： [0040] S1、将玉米秸秆在氮气环境下以500℃的条件碳化120分钟，制得生物炭； [0041] S2、将生物炭用粉碎机破碎过2mm筛后，加入FeCl3溶液中，振荡120分钟后过滤转入烧杯中，并以60℃烘干24小时； [0042] S3、将烘干的生物炭于管式炉中以400℃的条件煅烧120分钟后，冷却至室温，采用超纯水淋洗去除生物炭表面灰分，过滤至滤液澄清且pH值恒定； [0043] S4、在60℃条件下烘干至恒重后备用，得改性生物炭材料，记为Fe‑C。 [0044] 改良剂与植物的联用施用方法： [0045] P1、将改性生物炭、珊瑚砂混合，得基质1； [0046] P2、将基质1铺设于珊瑚砂3表面，厚度为12cm； [0047] P3、将根部洗净后的植物幼苗2种植于基质1中。 [0048] 为了证明本发明的优越性，在此设置对比例1‑对比例3： [0049] 对比例1 [0050] 植物种植于纯珊瑚砂中(P(a))： [0051] P1、将根部洗净后的植物幼苗2种植于纯珊瑚砂中。 [0052] 对比例2 [0053] 制备未改性生物炭(C‑P(b))： [0054] S1、将玉米秸秆在氮气环境下以10℃·min‑1的速度升温至500℃，碳化120分钟； [0055] S2、而后将上述生物炭用粉碎机破碎过2mm筛后，用水淋洗后烘干，得未改性生物炭。 [0056] 未改性生物炭与植物的联用施用方法： [0057] P1、将未改性生物炭、珊瑚砂混合，得基质1； [0058] P2、将基质1铺设于珊瑚砂3表面，厚度为12cm； [0059] P3、将根部洗净后的植物幼苗2种植于基质1中。 [0060] 对比例3 [0061] 制备改性生物炭(镁改性生物炭MgC‑P(d))： [0062] S1、将玉米秸秆在氮气环境下以500℃的条件碳化120分钟，制得生物炭； [0063] S2、将生物炭用粉碎机破碎过2mm筛后，加入FeCl3溶液中，振荡120分钟后过滤转入烧杯中，并以60℃烘干24小时； [0064] S3、将烘干的生物炭于管式炉中以400℃的条件煅烧120分钟后，冷却至室温，采用超纯水淋洗去除生物炭表面灰分，过滤至滤液澄清且pH值恒定； [0065] S4、在60℃条件下烘干至恒重后备用，得改性生物炭材料，记为Fe‑C。 [0066] 改良剂(MgC‑P(d))与植物的联用施用方法： [0067] P1、将改性生物炭、珊瑚砂混合，得基质1； [0068] P2、将基质1铺设于珊瑚砂3表面，厚度为12cm； [0069] P3、将根部洗净后的植物幼苗2种植于基质1中。 [0070] 最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。 |
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