一种组合土壤添加剂、制备方法及配施方法技术

本发明专利技术公开了一种由生物炭和硝化抑制剂组成组合土壤添加剂及其制备方法，并在一定条件下混合配施，解决了以下问题：1)促进小麦的地上部生物量和产量的增加，盆栽试验小麦产量分别高出生物炭单施、硝化抑制剂单施和不施添加剂对照处理80％、65％和103％；2)促进小麦对氮素的吸收利用，提高了氮肥利用效率，盆栽试验氮肥收获指数较对照不施添加剂处理提高了22％；3)降低径流和渗漏液中TN浓度和径流液中TP浓度，进而减少氮磷损失量，尽量避免了环境污染；具有良好的经济效益和社会效益，为指导农业生产提供有益的参考。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种组合土壤添加剂、其制备方法及配施方法，能够提高小麦产量并减少氮磷流失；属于土壤改良与面源污染控制领域。
技术介绍
农业面源污染是流域水体环境恶化的主要原因之一，以太湖为例，农业面源污染对入湖总氮的比例在34％-52％，总磷的比例在17％-54％。目前，农业面源污染源头控制研究主要集中在氮肥的管理模式和土地管理模式这两个方面，具体体现为：(1)、肥料减量施用、有机无机肥配施、以及缓控释肥的施用均可有效地降低氮素的损失量，达到保护环境的目的；(2)、土地的不同管理模式，如秸秆还田、免耕等也可以有效地减少养分的流失。但这些措施均有诸多不足，比如肥料的减量必须是适当的，减量必然会导致作物减产，降低经济效益；有机肥重金属含量较高，施入土壤后易引起土壤重金属的超标；秸秆覆盖则可能造成作物减产、增加土壤CO2和甲烷等温室气体的排放。综合来看，现有技术中尚缺乏合理的技术手段，既能实现较好的氮磷减排效果，又尽量避免其他的负面影响(如减产、重金属污染等)。因此，如何提搞肥料的利用率同时降低氮磷排放污染，是亟待解决的一个技术问题。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种组合土壤添加剂、制备方法及配施方法，达到增加小麦产量、减少氮磷流失的目的。为了实现上述目标，本专利技术采用如下的技术方案：本专利技术首先公开了一种组合土壤添加剂，由生物炭和硝化抑制剂组成，其中，生物炭的添加量为土壤干重的0.1％-5wt％，硝化抑制剂的添加量为土壤中施氮量的0.5％-10wt％，这里所述的施氮量为纯氮的质量。通过添加硝化抑制剂可减少土壤溶液中硝酸根的含量，再通过施加生物炭，利用其表面带负电的特性，通过吸附作用吸附滞留在土壤溶液中的铵根，从而达到减少氮磷营养盐(特别是氮素)流失的效果。总的来说，在本专利技术中，配施硝化抑制剂与生物炭，可以实现协同作用，得到更好的效果。然后，本专利技术还公开了前述的一种组合土壤添加剂的制备方法，包括如下步骤：S1、制备生物炭：将生物质材料置于300-700℃的煅烧炉或马弗炉中，在缺氧条件下进行烧制，烧制好的生物炭自然冷却后备用；此处所述的缺氧条件可通过充氮气来实现，也可以将生物质材料置于密闭容器中实现。S2、根据土壤类型，称取土壤干重0.1％-5wt％的生物炭，待用；S3、根据土壤中的施氮量，称取纯N质量0.5％-10％的硝化抑制剂，待用。具体地，前述生物质材料包括玉米、小麦、水稻、大豆、油菜、棉花、树枝中的一种或多种；但是并不限于这些，也可以是其他的秸秆类材料、木质材料或其他含炭生物质材料。烧制好的生物炭自然冷却后即可使用，对于较大颗粒的生物质炭材料，如树枝生物炭，一般还需要进一步的粉碎才可以施加到土壤中。优选地，前述硝化抑制剂为：含硫化合物、乙块、乙炔基取代物、氰胺类化合物及杂环氮化合物中的一种或多种；但是并不限于这些，其中最常使用的包括乙炔、三氯甲基吡啶Nitrapyrin、双氰胺DCD或3,4一二甲基吡唑磷酸盐DMPP。此外，本专利技术还公开了前述的一种组合土壤添加剂的配施方法，包括如下步骤：(1)、制备生物炭：将生物质材料置于300-700℃的煅烧炉或马弗炉中，在缺氧条件下进行烧制，烧制好的生物炭自然冷却后备用；(2)、根据土壤类型，称取土壤干重0.1％-5wt％的生物炭，待用；(3)、根据土壤中的施氮量，称取纯N质量0.5％-10％的硝化抑制剂，待用；(4)、将步骤(2)准备好的生物炭深施或浅施到土壤中；(5)、将步骤(3)准备好的硝化抑制剂采用溶液喷施或颗粒撒施的方式施加到土壤中。在步骤(2)中，土壤类型分为酸性土壤和碱性土壤，酸性土壤中的生物炭施加量多于碱性土壤。原因分析如下：酸性土壤(如红壤)中可以施加较多量的生物炭，缓解土壤酸化，实现更好的经济环境效益；而对于碱性土壤，施加生物炭的量不宜过多，否则会导致土壤pH失衡，氮肥氨挥发显著，进而影响氮肥利用率及作物产量。在步骤(4)中，所述深施为：将生物炭施加到土壤中，翻耕20-50cm；浅施为：将生物炭撒施到土壤表层，翻耕厚度10-20cm。在步骤(5)中，所述溶液喷施为：首先将肥料颗粒撒入土壤中，然后将硝化抑制剂溶解到水中，使用喷壶将含有硝化抑制剂的水溶液喷洒到肥料颗粒表面，翻耕或覆土；所述颗粒撒施为：将硝化抑制剂颗粒与肥料颗粒充分混匀，直接将混合物施入土壤中，覆土。进一步地，施加时间可以分为以下两种方式：A、生物炭与硝化抑制剂全部一次性施入：在种植小麦前施加生物炭，在施加基肥时配施全部用量的硝化抑制剂，然后翻耕，种植小麦，后期追肥时不再施加硝化抑制剂；B、生物炭一次性施入，硝化抑制剂随肥料分次施入：在种植小麦前施加生物炭，在施加基肥时只施入与基肥相应比例的硝化抑制剂，然后翻耕，种植小麦，后期施加追肥时再按追肥的相应比例施加硝化抑制剂。生物炭(biochar)是一种新型物质，其表面多孔性特征显著，具有大量的孔洞，孔隙大小不一，这种孔洞结构有利于土壤微生物的生长；而且，生物炭具有容重小，吸水、气能力强，且带有大量的表面负电荷以及高电荷密度的特性，能形成电磁场，构成了生物炭良好的吸附特性，能吸附水、土壤或沉积物中的无机离子、极性或非极性有机化合物。因此，在土壤中施加生物炭，能够增大土壤阳离子的交换量，实现对某些营养盐的“滞留”，减少营养物质的流失，增加植物对这些营养盐的利用效率，同时降低农业面源污染。然而，生物炭表面往往呈现电负性，对同为电负性的离子如硝酸根的吸附性能往往不理想。为了解决这一问题，本专利技术从尽量减少硝酸根的角度寻求解决方案。土壤中大部分硝酸根是由于硝化作用而产生的，所谓“硝化作用”，是指土壤中的铵态氮在微生物的作用下氧化为硝态氮的过程，分为自养硝化和异养硝化两种类型。异养硝化是指有机氮或NH3被一些异养微生物(细菌、真菌和放线菌)氧化的过程，可以通过酸化土壤来防止异养硝化作用的进行。但是，土壤中的硝化过程以自养硝化作用为主，通常所说的硝化作用都是自养硝化作用。从原理上来说，硝化作用分两个步骤进行，即亚硝化过程和硝化过程，只要其中的一个反应被抑制，就能抑制整个硝化过程。铵态氮的硝化作用不仅可以产生N2O，其氧化形成的硝态氮也易于通过淋洗和反硝化作用损失。因此，对铵态氮肥或能形成铵的肥料来说，延缓或抑制硝化过程的进行是减少氮素损失、提高氮肥利用率的重要途径之一。硝化抑制剂是一类能通过抑制土壤亚硝化细菌本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种组合土壤添加剂，其特征在于，由生物炭和硝化抑制剂组成，所述生物炭的添加量为土壤干重的0.1％‑5wt％，所述硝化抑制剂的添加量为土壤中施氮量的0.5％‑10wt％，所述施氮量为纯氮的质量。

【技术特征摘要】
1.一种组合土壤添加剂，其特征在于，由生物炭和硝化抑制剂组成，所述生物
炭的添加量为土壤干重的0.1％-5wt％，所述硝化抑制剂的添加量为土壤中施
氮量的0.5％-10wt％，所述施氮量为纯氮的质量。
2.如权利要求1所述的一种组合土壤添加剂的制备方法，其特征在于，包括如
下步骤：
S1、制备生物炭：将生物质材料置于300-700℃的煅烧炉或马弗炉中，在缺
氧条件下进行烧制，烧制好的生物炭自然冷却后备用；
S2、根据土壤类型，称取土壤干重0.1％-5wt％的生物炭，待用；
S3、根据土壤中的施氮量，称取纯N质量0.5％-10％的硝化抑制剂，待用。
3.根据权利要求2所述的一种组合土壤添加剂的制备方法，其特征在于，所述
生物质材料包括玉米、小麦、水稻、大豆、油菜、棉花、树枝中的一种或多
种。
4.根据权利要求2所述的一种组合土壤添加剂的制备方法，其特征在于，所述
硝化抑制剂为：含硫化合物、乙块、乙炔基取代物、氰胺类化合物及杂环氮
化合物中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的一种组合土壤添加剂的制备方法，其特征在于，所述
硝化抑制剂为：乙炔、三氯甲基吡啶Nitrapyrin、双氰胺DCD或3,4一二甲
基吡唑磷酸盐DMPP。
6.如权利要求1所述的一种组合土壤添加剂的配施方法，其特征在于，包括如
下步骤：
(1)、制备生物炭：将生物质材料置于300-700℃的煅烧炉或马弗炉中，在缺
氧条件下进行烧制，烧制好的生物炭自然冷却后备用；
(2)、根据土壤类型，称取土壤干重0.1％-5wt％的生物炭，待用；
(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛利红，潘复燕，冯彦房，俞映倞，杨林章，
申请(专利权)人：江苏省农业科学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32