一种利用生物炭垫层改良沿海滩涂盐碱地土壤的方法

摘要

本发明公开了一种利用生物炭垫层改良沿海滩涂盐碱地土壤的方法，包括：规划改良单元和改良小区，开挖改良小区表层土壤至40~50 cm，铺设10~20 cm厚度的生物炭垫层，回填表土，自然降雨或淋洗排盐3~5次。本发明方法简便、改良周期短、效果稳定、无二次污染。在有效改良盐碱地土壤的同时，生物炭垫层使用还能同时有效控制农业面源污染，促进盐碱地土壤改良及农业生态的良性发展。本发明可应用于沿海滩涂盐碱地土壤的改良，改良后的土壤可用于种植水稻、小麦或盐碱资源植物等。

说明书

技术领域

本发明属于盐碱土改良技术领域，具体涉及到的是一种利用生物炭垫层改良沿海滩涂盐碱地土壤的技术方法。

技术背景

围绕滩涂盐碱地土壤改良，许多学者创新和集成了一系列颇具效果的理论和技术。例如，暗管排盐、节水控盐、灌水排盐等水利改良技术，“上覆下改”、“上农下鱼、沟灌沟排”等物理与农业改良技术，“秸秆造夹”，混施生物炭，耐盐碱植物种植，以及改良剂投加等。然而，实际改良过程中，仍然存在以下较为突出的问题：改良效果不稳定，技术预期与实际效果难以匹配；前期改良效果好，但后期返盐难以控制；技术规范繁复，或成本高；技术难以适应多样化产业需求，农户接受度低等。特别是，传统方法中对日趋严峻的淡水资源的大量消耗严重制约着盐碱土壤的持续、有效改良。

生物炭是生物质材料厌氧燃烧后产生的一种多孔隙结构的碳化物质，具有吸附性能优良和较强的抗氧化与抗生物分解能力。目前，生物炭材料广泛用于盐碱土壤改良。然而，不难发现，以往相关报道大多强调生物炭用量及其修饰或改性等对盐碱土改良的效果与影响，并且，从施用方式来看，几乎全部是与土壤混合表施；改良技术核心主要是利用生物炭吸附土壤盐基离子。需要关注的是，由于生物炭密度小，大田尺度表施生物炭，其易于随风或农业活动干扰进入空气，降低改良效率并产生负面的环境与健康影响。另一方面，由于没有从根本上解决返盐问题，可能导致生物炭在较短的时间内就达到吸附饱和，这导致尽管前期的改良效果可能较好，但改良效果难以长期维持。为了提高改良效率，如果多频次施用生物炭，不仅存在成本增加问题，而且易于出现因生物炭累积而出现土壤性状被显著改变的问题，严重制约土壤生产力。也有研究提出了将生物炭混施于盐碱土壤，待吸附饱和后再去除表层土壤以降低含盐量的方法，尽管在短期可能有较高效率，但仍未解决下层土壤蒸散返盐的根本问题。

因此，针对目前生物炭改良盐碱土技术中存在的问题，本发明提出一种利用生物炭垫层改良沿海滩涂盐碱土壤的方法。该发明对淡水资源相对不足、大风天 气频繁等地区盐碱地的改良更具有优势，不但可显著改良滩涂盐碱土壤、提升土壤生产力，而且效果稳定，同时可为滩涂面源污染削减与控制等问题的根本性改观提供新的契机。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用生物炭垫层改良沿海滩涂盐碱地土壤的方法，以快速、高效和持久地改良沿海盐碱地土壤。

为了解决以上技术问题，本发明通过规划改良单元和改良小区，开挖改良小区表层土壤至40～50cm，铺设10～20cm厚度的生物炭垫层，回填表土，自然降雨或淋洗排盐3～5次；改良后的土壤可用于种植水稻、小麦、蔬菜或盐碱资源植物等。本发明采用的具体技术方案如下：

一种利用生物炭垫层改良沿海滩涂盐碱地土壤的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，规划改良区域，平整土地；

步骤二，以每600m²为一个改良单元，每单元网格化为5m×6m改良小区，改良小区间间隔宽度为0.2～0.3m；

步骤三，开挖改良小区表层盐碱土至40～50cm深度，形成生物炭垫层坑基；

步骤四，在生物炭垫层坑基内铺设10～20cm厚度的生物炭垫层；

步骤五，回填表土，翻匀；

步骤六，排盐3～5次后得改良后的土壤。

所述生物炭垫层自上而下依次包括：生物炭垫层A和生物炭垫层B；生物炭垫层A厚度为5～15cm，由生物炭模块A组成，生物炭垫层B厚度为5～10cm，由生物炭模块B组成；生物炭模块A和生物炭模块B的规格均为：长×宽×高＝10cm×20cm×5cm；

生物炭模块A的具体组成为：外部为可降解性薄膜，内部为粒径小于1mm的混合生物炭A；木质生物炭占总体积的50～70％，其他生物质炭占总体积的30～50％；

生物炭模块B的具体组成为：外部为可降解性薄膜，内部为粒径1～2mm的混合生物炭B；木质生物炭占总体积的30～50％，其他生物质炭占总体积的50～70％。

所述规划改良区域具体为：改良区域与未改良区域以宽0.3～0.5m，深0.4～0.5m沟渠间隔。

所述排盐的具体方法包括自然降雨或人为淋洗。

所述木质生物炭由木屑、薪材、木块、椰壳木质原材料在隔绝氧气下经300～600℃燃烧后制备而成；所述其他生物质炭由稻壳、秸秆、牛粪非木质原材料在隔绝氧气下经300～600℃燃烧后制备而成。

所述改良单元与改良小区的面积和间隔宽度可以根据具体情况进行调整。所述改良后的土壤适用于稻/麦轮作、蔬菜、以及盐碱资源植物种植多种土地利用类型。

本发明具有有益效果。

(1)本发明通过采用生物炭模块，操作简单，只需将适量的生物炭模块排列成生物炭垫层。生物炭垫层不仅可以迅速、大量吸附盐碱离子，阻隔盐碱离子传输通道，防止返盐，并且对土壤理化性状具有一定的改善作用。

(2)本发明以各种生物质废弃物为原材料，成本低，来源丰富且环保。

(3)本发明适用于地下水开采受限，海风大且频繁的沿海区域盐碱地的改良，有助于缓解沿海滩涂盐碱区由于淡水资源不足带来的盐碱土壤改良困境。

(4)生物炭不仅吸附性能好，而且抗氧化、抗分解，可以在土壤中可留存几十年甚至上百年时间，改良效果持久。

(5)本发明不仅不会产生二次污染，而且能同时显著控制农业面源污染。

(6)本发明对生物炭的大量需求有望带动附近地区秸秆处理与处置产业的快速发展，形成种植业-废弃物炭化-盐碱地改良的循环农业模式。

附图说明

图1为本发明的改良小区平面图；

图2为本发明的改良单元示意图；

图3为本发明的生物炭模块A示意图；

图4为本发明的生物炭模块B示意图。

图中：1-改良单元，2-改良小区，21-作物或植物，22-盐碱土，23-生物炭垫层A，24-生物炭垫层B，3-改良小区间间隔，4-沟渠。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案做进一步详细说明。

先规划改良区域，平整土地，再进行如下步骤：

(1)以每600m²为一个改良单元1，然后再网格化为改良小区2，规格为5m×6m，改良小区2间间隔3宽度为0.2～0.3m；

(2)开挖改良小区2盐碱土22至40～50cm深度，形成生物炭垫层坑基；

(3)在生物炭垫层坑基内铺设10～20cm厚度的生物炭垫层，自下而上依次包括：生物炭垫层B24，由生物炭模块B组成，厚度为5～10cm；生物炭垫层A23，由生物炭模块A组成，厚度为5～15cm。生物炭模块B和生物炭模块A的规格均为：长×宽×高＝10cm×20cm×5cm。生物炭模块B的组成具体为：外部为可降解性薄膜，内部为粒径1～2mm的混合生物炭B，木质生物炭占总体积的30～50％，其他生物质炭占总体积的50～70％；生物炭模块A的组成具体为：外部为可降解性薄膜，内部为粒径小于1mm的混合生物炭A，木质生物炭占总体积的50～70％，其他生物质炭占总体积的30～50％。

(4)回填表土，翻匀；

(5)自然降雨或淋洗排盐3～5次，即得改良后的土壤。

改良后的土壤可用于种植水稻、小麦、蔬菜、以及盐碱资源植物。

改良区域四周开挖宽0.3～0.5m、深0.4～0.5m的沟渠4与未改良区域隔开。

实施例一

规划改良区域，平整土地后划分改良单元，然后再网格化为5m×6m的改良小区，改良小区间间隔宽度为0.2m；开挖改良小区盐碱土至40cm深度，形成生物炭垫层坑基；在坑基内自下而上先铺设由生物炭模块B组成的生物炭垫层B，厚度为5cm，再铺设由生物炭模块A组成的生物炭垫层A，厚度为5cm。生物炭模块A的外部为可降解性薄膜，内部为粒径小于1mm的混合生物炭A，木质生物炭占总体积的70％，其他生物质炭占总体积的30％；生物炭模块B的外部为可降解性薄膜，内部为粒径1～2mm的混合生物炭B，木质生物炭占总体积的30％，其他生物质炭占总体积的70％。

回填表土，翻匀；排盐5次，得改良后的土壤，可用于水稻种植。

改良区域四周开挖宽0.3m、深0.5m的沟渠与未改良区域隔开。

实施例二

规划改良区域，平整土地后划分改良单元，然后再网格化为5m×6m的改良小区，改良小区间间隔宽度为0.3m；开挖改良小区表层盐碱土至50cm，形成生物炭垫层坑基；在坑基内自下而上先铺设由生物炭模块B组成的生物炭垫层B，厚度为10cm，再铺设由生物炭模块A组成的生物炭垫层A，厚度为10cm。生物炭模块A的外部为可降解性薄膜，内部为粒径小于1mm的混合生物炭A，木质生物炭占总体积的60％，其他生物质炭占总体积的40％；生物炭模块B的外部为可降解性薄膜，内部为粒径1～2mm的混合生物炭B，木质生物炭占总体积的40％，其他生物质炭占总体积的60％。

回填表土，翻匀；排盐4次，得改良后的土壤，可种植蔬菜。

改良区域四周开挖宽0.5m、深0.4m的沟渠与未改良区域隔开。

实施例三

规划改良区域，平整土地后划分改良单元，然后再网格化为5m×6m的改良小区，改良小区间间隔宽度为0.2m；开挖改良小区表层盐碱土至45cm，形成生物炭垫层坑基；在坑基内自下而上先铺设由生物炭模块B组成的生物炭垫层B，厚度为5cm，再铺设由生物炭模块A组成的生物炭垫层A，厚度为15cm。生物炭模块A的外部为可降解性薄膜，内部为粒径小于1mm的混合生物炭A，木质生物炭占总体积的50％，其他生物质炭占总体积的50％；生物炭模块B的外部为可降解性薄膜，内部为粒径1～2mm的混合生物炭B，木质生物炭占总体积的50％，其他生物质炭占总体积的50％。

回填表土，翻匀；排盐3次，得改良后的土壤，可种植小麦。

改良区域四周开挖宽0.4m、深0.5m的沟渠与未改良区域隔开。