一种高效增加旱地红壤综合肥力的生物炭粒径范围

1.本发明涉及农业种植技术领域，具体为一种高效增加旱地红壤综合肥力的生物炭粒径范围。


背景技术：

2.红壤是亚热带季风气候区域，在干湿分明、高温多雨的气候条件下经长期风化形成的一类酸性土壤。其在我国分布较广，总面积约有221.8万km2，约占全国总土地面积的23％。红壤由于其酸、粘、瘦的特点和较弱的保水能力，使得农业生产受土壤保肥和供肥及干旱的影响较大。由于红壤分布区域降水季节分明，春冬季节降雨少而影响农业生产。在壤粘重比大的红壤中，尽管土壤含水量较高，但可利用水含量低而使得土壤水分成为影响作物生长的重要因素。为了改善旱地红壤导性和保水性差的问题，施加生物炭能有效的改善土壤综合性质，降底土壤粘重比和增加土壤透水性，增加土壤田间持水量和增强土壤保水能力；同时，生物炭较强的碱性能有效增加酸性土壤ph，改善土壤环境和增强其整体肥力而提高作物产量。但生物炭的生产应用中并没有对不同粒径进行要求和说明，使得其改良土壤效果不稳定。
3.由于不同粒径生物炭土壤改良效果不同，筛选相对均一的生物炭改良旱地红壤能获得稳定的效果。因此选用合适的生物炭粒径范围是至关重要的，我们提出了一种高效增加旱地红壤综合肥力的生物炭粒径范围。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明提供了一种高效增加旱地红壤综合肥力的生物炭粒径范围，解决了上述背景技术中提出的问题。
5.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种高效增加旱地红壤综合肥力的生物炭粒径范围，
6.s1：生物炭原料制备，选用的生物炭原料为秸秆生物炭(玉米秸秆、玉米芯、棉籽壳、辣椒秸秆等)和木制类生物炭(橡胶木、树枝、果壳、竹炭等)材料，使用设备进行加工得到粗加工的生物炭；
7.s2：生物炭筛选，使用筛选机对粗加工的生物炭原料进行筛选，筛选出的生物炭粒径范围控制在4.0mm以下，获得粒径范围在2.0-4.0mm、1.0-2.0mm、0.5-1.0mm和小于0.5mm以下的生物炭；
8.s3：试验土地，供试土壤为旱地酸性红壤，土质类型为粘土，土壤ph为6.28，铵态氮含量为4.08mg/kg，硝态氮含量为14.40mg/kg，有效磷含量为7.98mg/kg，速效钾含量为0.17g/kg，有机质含量11.38g/kg；
9.s4：生物炭性质，供试生物炭为烟草秸秆生物炭(500℃碳化4h)，生物炭ph值为10.30、铵态氮含量为2.34mg/kg、硝态氮含量为7.98mg/kg、有效磷含量为743.60mg/kg，速效钾含量为8.49g/kg，灰分含量为16.20％；
10.s5：供试作物，供试作物为青菜，适宜四季种植；
11.s6：耕种预处理，将采集的土样剔除植物残渣和石子并过5mm孔筛，使用称量设备进行称重，称取6kg于25
×
25
×
20cm的圆形花盆中，生物炭以2.5％的施加量；
12.s7：生物炭混合，由于2.5％(25吨/公顷)的生物炭施用量处理能极显著提高土壤田间持水量，则将这四种粒径范围的生物炭及未筛分处理的生物炭以2.5％(25吨/公顷)的施加量(土炭重量比)与土壤混合，以不施加生物炭为对照，试验采用单因素完全随机设计试验，每个处理平行5次，生物炭施加后浇水使土壤浸透培育二周；
13.s8：供试作物移栽，培育后统一移栽长势均一的白菜秧苗，每盆种植3株，每隔15天随机交换盆栽放置的位置，避免不同的光照和通风效果对作物生长出现影响，并统一的浇水和防病虫害管理，维持土壤持水量在30％-45％间；
14.s9：供试作物管理，由于土壤和生物炭中氮素养分含量都较低，则每周施用100mg/l尿素溶液100ml；
15.s10：测试实验数据，培育结束后将白菜叶片和根洗净，120℃杀青30min后60℃烘至恒重，测量其重量，用环刀采集新鲜土样测定土壤容重和持水量，并另外采土样自然风干，研磨出20目和100目土样，用于测定土壤理化指标；
16.s11：实验数据整理，将记录的试验数据进行整理，得到不同粒径生物炭处理对土壤理化特征的影响以及对作物生长及产量的影响的数据，并将土壤各项理化指标进行主成分分析，获得综合肥力指数。
17.可选的，获得不同粒径生物炭采用不同孔径的筛子分别是：5目、10目、18目和35目的标准筛，使用5目、10目、18目和35目的标准筛依次对生物炭进行筛选。
18.可选的，所述供试白菜秧苗根据试验进度提前进行育植，且同批次供试白菜秧苗的培育环境相同。
19.可选的，所述供试土壤使用泥土筛选机进行筛选，且筛网规格为5mm孔筛。
20.本发明提供了一种高效增加旱地红壤综合肥力的生物炭粒径范围，具备以下有益效果：
21.1、该高效增加旱地红壤综合肥力的生物炭粒径范围，通过采用不同粒径生物炭与土壤进行混合，并采用青菜作为供试作物，通过一系列的试验操作，可以准确得出不同粒径生物炭处理对土壤理化特征的影响、不同粒径生物炭处理对作物生长及产量的影响，进而可以得出适合使用的生物炭粒径范围，并通过试验出的合适粒径的生物炭使其在改良土壤过程中更加稳定，可以改良土壤结构，降低土壤容重，提高田间持水量、ph和速效钾，进而提升土壤综合肥力。
附图说明
22.图1为本发明中不同粒径生物炭对土壤理化特征影响的分析示意图；
23.图2为本发明中不同粒径处理对作物生长和产量的单因素方差分析示意图；
24.图3为本发明中不同粒径处理下对作物根冠比的影响的示意图；
25.图4为本发明中试验流程的示意图；
26.图5为本发明中不同粒径生物炭对土壤综合肥力的影响的示意图。
具体实施方式
27.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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
28.请参阅图1至图5，本发明提供一种技术方案：一种高效增加旱地红壤综合肥力的生物炭粒径范围，
29.s1：生物炭原料制备，选用的生物炭原料为秸秆生物炭(玉米秸秆、玉米芯、棉籽壳、辣椒秸秆等)和木制类生物炭(橡胶木、树枝、果壳、竹炭等)材料，使用设备进行加工得到粗加工的生物炭；
30.s2：生物炭筛选，使用筛选机对粗加工的生物炭原料进行筛选，筛选出的生物炭粒径范围控制在小于4.0mm，其对应的筛分方法为：分别用5目、10目、18目和35目的标准筛将烟秸秆生物炭筛分，获得粒径范围在2.0-4.0mm、1.0-2.0mm、0.5-1.0mm和小于0.5mm的生物炭；
31.s3：试验土地，供试土壤为旱地酸性红壤，土质类型为粘土，土壤ph为6.28，铵态氮含量为4.08mg/kg，硝态氮含量为14.40mg/kg，有效磷含量为7.98mg/kg，速效钾含量为0.17g/kg，有机质含量11.38g/kg；
32.s4：生物炭性质，供试生物炭为烟草秸秆生物炭(500℃碳化4h)，生物炭ph值为10.30、铵态氮含量为2.34mg/kg、硝态氮含量为7.98mg/kg、有效磷含量为743.60mg/kg，速效钾含量为8.49g/kg，灰分含量为16.20％；
33.s5：供试作物，供试作物为青菜，适宜四季种植；
34.s6：耕种预处理，将采集的土样剔除植物残渣和石子并过2mm孔筛，使用称量设备进行称重，称取6kg于25
×
25
×
20cm的圆形花盆中，生物炭以2.5％(25吨/公顷)的施加量；
35.s7：生物炭混合，由于2.5％(25吨/公顷)的生物炭施用量处理能极显著提高土壤田间持水量，则将这四种粒径范围的生物炭及未筛分处理的生物炭以2.5％(25吨/公顷)的施加量(土炭重量比)与土壤混合，以不施加生物炭为对照，试验采用单因素完全随机设计试验，每个处理平行5次，生物炭施加后浇水使土壤浸透培育二周；
36.s8：供试作物移栽，培育后统一移栽长势均一的白菜秧苗，每盆种植3株，每隔15天随机交换盆栽放置的位置，避免不同的光照和通风效果对作物生长出现影响，并统一的浇水和防病虫害管理，维持土壤持水量在30％-45％间；
37.s9：供试作物管理，由于土壤和生物炭中氮素养分含量都较低，则每周施用100mg/l尿素溶液100ml；
38.s10：测试实验数据，培育结束后将白菜叶片和根洗净，120℃杀青30min后60℃烘至恒重，测量其重量，用环刀采集新鲜土样测定土壤容重和持水量，并另外采土样自然风干，研磨出20目和100目土样，用于测定土壤理化指标；
39.s11：实验数据整理，将记录的试验数据进行整理，得到不同粒径生物炭处理对土壤理化特征的影响以及对作物生长及产量的影响的数据，并将土壤各项理化指标进行主成分分析，获得综合肥力指数，单因素方差分析表明：不同粒径生物炭处理对土壤容重、田间持水量、ph和速效钾有显著影响(p《0.05)，对水解氮和有效磷含量无显著影响(p》0.05)。
40.与对照相比，施加生物炭有降低土壤容重和增加土壤田间持水量、ph、速效钾的趋势。未经筛分和大于0.5mm粒径的生物炭处理都显著降低土壤容重(p《0.05)，2.0-4.0mm粒
径范围处理土壤容重最低，为0.99g/cm3；粒径小于0.5mm的生物炭处理影响不显著(p》0.05)，不同粒径和未筛分的生物炭处理的显著增加了土壤持水量，ph和速效钾含量(p《0.05)。
41.不同粒径范围与未筛分处理对土壤田间持水量的影响没有显著差异；土壤ph随生物炭粒径减小而增加，未经筛分处理和0.5mm以上的生物炭处理下土壤ph最高；随着生物炭粒径的减小，土壤速效钾增加越明显。不同粒径生物炭处理对小青菜45天以前的生长无显著影响，在60天以后有显著影响(p《0.05)，且不同粒径生物炭处理对植株叶重、根重和根冠比都有显著影响(p《0.05)。
42.均值比较分析表明，作物在培育60天后，施加较粗(2.0-4.0mm)和较小粒径(小于0.5mm)生物炭处理的株高和叶宽相比对照组无显著差异；0.5-1.0mm粒径范围生物炭处理增加作物株高和叶宽效果显著；0.5-1.0mm粒径范围的生物炭处理显著增加作物叶片产量，而未筛分处理增加作物根的生长；1.0-2.0mm和0.5-1.0mm两个粒径范围的生物炭处理显著降低作物根冠比；
43.实验表明不同粒径生物炭影响土壤容重、田间持水量、ph和速效钾不同，大粒径生物炭有利于增加土壤容重和田间持水量；小粒径生物炭更有利于增加土壤ph和速效钾；不同粒径生物炭处理后，青菜在培养60天，作物株高叶宽较对照组都有显著增加。且0.5-1.0mm粒径范围生物炭显著增加了青菜叶片重量，提高作物产量；1.0-2.0mm和0.5-1.0mm粒径范围生物炭能显著降低作物根冠比，这两个粒径范围生物炭能显著增强土壤养分供应能力；0.5-1.0mm粒径范围生物炭处理下土壤综合肥力最高，最有利于改良旱地红壤。
44.其中，获得不同粒径生物炭采用不同孔径的筛子分别是：5目、10目、18目和35目的标准筛，使用5目、10目、18目和35目的标准筛依次对生物炭进行筛选，生物炭多孔性和表面积可以改变土壤容重，孔隙度和持水能力，生物炭固有元素改善土壤的化学特性，其活性表面将长期持续的影响土壤理化性质。
45.其中，所述供试白菜秧苗根据试验进度提前进行育植，且同批次供试白菜秧苗的培育环境相同。
46.其中，所述供试土壤使用泥土筛选机进行筛选，且筛网规格为5mm孔筛，筛选后的供试土壤规格相同，避免供试土壤直径不同与生物炭的作用产生影响。
47.综上所述，该高效增加旱地红壤综合肥力的生物炭粒径范围，使用时，首先选用的生物炭原料为秸秆的生物炭，然后使用筛选机对粗加工的生物炭原料进行筛选，分别用5目、10目、18目和35目的标准筛将烟秸秆生物炭筛分，获得粒径范围在2.0-4.0mm、1.0-2.0mm、0.5-1.0mm、小于0.5mm的生物炭，选取试验土地以及供试作物，将采集的土样剔除植物残渣和石子并过5mm孔筛，使用称量设备进行称重，称取6kg于25
×
25
×
20cm的圆形花盆中，生物炭以2.5％的施加量，将粒径范围在2.0-4.0mm、1.0-2.0mm、0.5-1.0mm、小于0.5mm的四种粒径范围的生物炭及未筛分处理的生物炭以2.5％(25吨/公顷)的施加量(土炭重量比)与土壤混合，以不施加生物炭为对照，试验采用单因素完全随机设计试验，每个处理平行5次，生物炭施加后浇水使土壤浸透培育二周，培育后统一移栽长势均一的白菜秧苗，每盆种植3株，每隔15天随机交换盆栽放置的位置，避免不同的光照和通风效果对作物生长出现影响，并统一的浇水和防病虫害管理，维持土壤持水量在30％-45％间，每周施用100mg/l尿素溶液100ml；
48.培育结束后将白菜叶片和根洗净，120℃杀青30min后60℃烘至恒重，测量其重量，用环刀采集新鲜土样测定土壤容重和持水量，并另外采土样自然风干，研磨出过20目和100目土样，用于测定土壤理化指标，将记录的试验数据进行整理，得到不同粒径生物炭处理对土壤理化特征的影响以及对作物生长、产量和土壤综合肥力的影响的数据，即可。
49.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。