专利名称：一种控制土壤磷素有效性的方法
技术领域：
本发明涉及土壤改良方法，具体地说是一种控制土壤磷素有效性的方法。
背景技术：
我国明矾石矿资源丰富，开采历史悠久，目前仍用传统的“水浸法”生产明矾，即将 明矾石矿通过焙烧、风化、水浸等方式得到原初液，再通过结晶的方式形成明钾矾成品，结 晶池中形成的沉淀即为矾浆。据估计，每生产1吨明矾，最少也要伴随产出矾浆0.5吨。据 了解，一些设备简单落后的小矾厂，每烧一炉矾，就会有4、5吨废渣，每结晶一池矾，就会有 半池的浆水。而这些废渣废浆，大部分并没有进行综合利用，而是直接排到附近的河水当 中，给矿场周围的生态环境造成了严重的破坏。例如，温州苍南矾矿是全国重点的明矾石矿 山之一，总储量1. 67亿吨，所在的矾山镇被称为“世界矾都”。而每年由于炼矾而产出矾渣、 矾浆就有数百万吨，每逢暴雨，附近河道沿岸、提坎、港口、码头尽被淹没，整条溪流淌着乳 白色的矾浆，酸性污染和矿渣的淤积极大地破坏了原来的生态环境，两岸一万多群众受害。 曾经是鱼米之乡的前岐镇，数千亩良田无法耕作，浅海滩涂和海域污染在万亩以上。解决矾浆污染的根本出路就是矾浆的综合利用问题。矾浆干燥后即为白色块状固 体，又称矾土。经测定，矾土富含Al、Si、K等活性离子和植物有益、必需元素，化学性质基本 稳定，磨碎后具有粒度细、分散性好、比表面积大等特点。但是，目前还未见将矾土开发为土 壤磷素吸附固定剂的报道。磷是植物生长发育必需的营养元素之一，施用磷肥是维持农作物高产的一项重要 措施。但盲目过量施用磷肥，致使作物对肥料吸收利用率低，土壤磷素积累严重，磷素向水 中释放的潜力大大增加。当水中的磷素水平很高时，藻类会大量生长，并浮于水体表面，阻 碍空气中的氧与水体接触，使水中溶解氧减低，致使鱼类等需氧生物缺氧死亡，并使有毒微 生物增加，水体恶臭，即造成富营养化，对周围的生态环境构成极大威胁。有资料显示，我国 几乎所有的大湖都存在富营养化问题，引起湖泊、水库等水体富营养化的磷有50%以上的 负荷来自农业面源污染。如在我国太湖流域，在当地常规土地管理方式下，全磷向水体迁移 的年负荷为4. 05kg/ha,约占年施肥量的4. 1 % ；而在滇池流域，51%的土壤释磷环境风险较 高，土壤释放的磷素已成为滇池水体富营养化主要污染来源之一。土壤磷素流失主要是降 雨或人工排水形成的地表径流、土壤侵蚀造成的，其形态主要可分为溶解态磷和颗粒态磷。 而溶解态磷与颗粒态磷与土壤有效磷(Olsen-P)密切相关。因此，土壤Olsen-P可作为土 壤磷素流失进入水体风险和水环境影响程度的评估依据。目前控制土壤磷素的主要以减控磷肥投入为主，而对已经形成的富磷土壤的阻控 技术还较为缺乏。已见利用赤泥固定土壤磷素的报道，效果显著，但是，赤泥只是在旱地土 壤上做了磷素的吸附试验，而对长期处于淹水状态的水稻土控磷效果还不清楚。赤泥是氧 化铝厂在炼铝过程中将铝矿石碱融后的副产物，其附着的碱液使其PH可达10 12左右， 施入赤泥后对土壤质量和作物生长及产量究竟有何影响还不清楚，因此在实际应用上还存 在着不确定性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现在技术存在的缺陷，提供一种利用矾土 对富磷水稻土中的有效磷进行固定的方法。为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下一种控制土壤磷素有效性的方法， 其特征在于将炼矾过程中生成的副产物矾土，与富磷水稻土充分混勻，淹水培养，在水稻种 植期内，能固定> 25%的水稻土有效磷，且不影响作物的产量；其包括以下步骤1)将块状矾土磨碎，并过60目筛；2)将1)步得到的矾土用NaOH调节至pH为6. 5-7. 5 (最佳为6. 8)，风干，并在阴 凉通风处保存；3)将土壤表面0-20cm的富磷水稻土翻耕，风干、磨碎、过60目筛，备用，富磷水稻 土中的有效磷>30mg/kg，此富磷水稻土被认为极有可能引起磷素流失，本发明特别适用于 该富磷水稻，体现出来的效果明显；4)将2)步得到的矾土，撒于3)步处理过的水稻土，矾土施用量为水稻土质量的 0. 05-0.2% (最佳为0. 1%)，翻耕，使其与水稻土充分混勻，并种植水稻，相应的农事操作、 管理措施与常规水稻大田种植保持一致。水稻播种至水稻收获，即为本发明的一个施用周 期(约4-5个月)。本发明为农业富磷土壤提供一个有效控磷的方法，可固定25%以上的土壤有效 磷，同时也增加了土壤有效硅及速效钾等植物必需和有益元素的含量，并能达到增加作物 产量的效果。下面结合说明书附图和具体实施方式
对本发明作进一步说明。
图1为不同粒径矾土的磷素吸附试验所得的吸附情况图。图2为矾土放大1000倍的扫描电镜图片。图3为矾土放大10000倍的扫描电镜图片。图4添加不同pH的矾土(1 % )对水稻土有效磷含量的影响。
具体实施例方式一种控制土壤磷素有效性的方法，将炼矾过程中生成的副产物矾土磨碎，用3mol/ LNaOH调节至pH中性，风干，并在阴凉通风处保存；将土壤表面0-20cm的富磷水稻土 翻耕，风干、磨碎、过筛，备用；矾土与富磷水稻土充分混勻，矾土施用量为水稻土质量的 0. 05-0. 2%。在进行水稻种植时，预先使水稻土处于淹水状态1-2天，然后种植水稻，相应 的农事操作、管理措施与常规水稻大田种植保持一致。水稻播种至水稻收获，即为本发明的 一个施用周期(约4-5个月)。下面是本发明在磷素吸附试验并结合水稻盆栽试验的基础上，研究不同粒径、不 同PH以及不同施用量下矾土对水稻土中有效磷的吸附及固定效果，以及对水稻产量的影 响。
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实施例1 不同粒径矾土的磷素吸附试验。1、材料矾土 采自温州矾矿，主要利用水浸法生产明钾矾，即将明矾石通过焙烧、风化、水 浸等方式得到原初液，再通过结晶的方式形成明钾矾成品，结晶池中的矾浆经压榨和干燥， 形成矾土。干燥的矾土呈结块状，将矾土磨碎、分别过5mm、2mm、60目和100目的网筛后，在 阴凉处存放，备用。2、试验方案将上述不同粒径的矾土 5. Og于250ml三角瓶中，分别准确加入含磷为0、200、 400、600、800、1000、1200、1400、1600mg P Γ1 的溶液 125mL (介质为 pH 7. 0 的 0. 01mol/L KCl)，每管加氯仿2滴，以抑制微生物活性。密封后于25°C恒温振荡器，振荡24小时，振速 200rpm,平衡后过滤，用钼蓝比色法测上清液磷浓度，根据平衡前后溶液磷浓度之差，计算 土壤对磷的吸附量。从图1中可以看出，不同粒径矾土对溶液中的磷素的吸附情况并不相同。溶液中 P浓度为0-200mg P Γ1时，各粒径矾土对磷的吸附量差异不大，而当溶液中P浓度为600mg PL"1时，过5mm、2mm和60目粒径的矾土磷吸附量出现明显差异，其磷的吸附量由大到小为 60目> 2mm > 5mm，但60目和100目之间差异不大。这表明矾土粒径越细，对磷的吸附程 度也越大，但当矾土粒径达到一定级别时(过60目)，对磷的吸附能力不再增加。实施例2 矾土物化性状1、材料矾土同实施例1，为过60目粒径矾土。表1矾土物象分析 表2矾土的物理及化学性状 矾土为细粉白色颗粒状物体，颗粒直径0. 5-1 μ m(图3)，比表面积达8. TSm2g-1 (见 表2)。物象分析表明(见表1)，矾土主要成分为SiO2和明矾(KAl2(SO4)2(OH)6)，两者占总 成分的89. 7%,其次为Al2O3和Fe2O3，占总成分的9. 7%, TiO2 ^J 0.46%,其余占0. 14%。 由于矾土中含有大量的Al、Si和K元素，其交换态Al、有效Si以及速效K含量也较高，分 别达到8. 5%,3. 8%和7300mg kg—1 (见表2)。可见矾土具有较大的比表面积并富含活性成 分(Al3+、Fe3+)，这是矾土对磷具有较强吸附性的原因。实施例3 不同碱化处理后的矾土对水稻土 Olsen-P(有效磷)含量的影响。1、试验材料A 土壤采自浙江省平湖市，为潜育型青粉泥田水稻土，风干，磨碎，过60目后阴凉处通风保存。B 矾土 同实施例2。矾土 pH为3. 8(液土比5 1测定)，用3mol L—1 NaOH溶液 将矾土 pH调节至6. 8和10. 2。2、试验方案试验采用一次性塑料杯(250mL)装土淹水培养，每个塑料杯装土 160g，水层保持 2cm。试验设4个处理，见图4，分别为(1)纯水稻土，图中表示为“不加矾土”，(2)pH3.8的 矾土 +水稻土，图中表示为“pH 3.8矾土”，(3)pH 6. 8的矾土 +水稻土，图中表示为“pH 6.8 矾土”，和(4)pH 10.2的矾土 +水稻土，图中表示为“pH 10. 2矾土”，其中上述处理中的矾 土均按1 %质量比例与水稻土充分混合，每个处理3个重复，在淹水7天后破坏性取样，测定 土壤Olsen-P含量。由图4可以看出，不加矾土的水稻土 Olsen-P含量为33. 43mg kg—1，加入酸性矾土 后(pH3. 8)，土壤Olsen-P含量有所下降，下降幅度为26%。而当加入中性矾土(pH 6.8) 降磷效果更为明显，Olsen-P含量下降幅度达到40%。但加入碱性矾土后，降磷效果最差， 下降幅度仅为16%。实施例4 矾土不同施用量对土壤Olsen-P、速钾、有效硅及水稻产量的影响。1、试验材料A、矾土及土壤同实施例3，其中矾土过60目，pH调节为6. 8。2、试验方案盆栽试验，试验用盆盆高30cm，底直径20cm，盆装土壤和矾土总重8kg。试验设6 个处理，矾土浓度分别为0%、0. 01%、0. 1%、1%、5%和10%。每个处理5次重复，共计30 盆。每盆施纯N 2. 0g，氮肥以尿素形式分四次施入，各次施用比例为基肥分蘖肥幼穗分 化肥穗肥=3. 5 2 3 1.5。水稻种植过程中一直保持淹水状态，水稻收获后测定土 壤Olsen-P、交换态Al、有效Si、速效K含量及水稻产量。表3不同矾土处理对土壤Olsen-P、交换态Al、有效Si、速效K及水稻产量影响
矾土处理土壤 Olsen-P (mg kg"1)土壤交换态Al (gkg')土壤有效Si (mg kg"1)土壤速效K (mg kg')产量 (g株―丨)0%38.0±2.96 a0.05±0.03 e118±25e62±4f65.8 士5.4 b0.01%33.7±1.68b0.10±0.04e123士31 e105±17e71.4+4.8 ab0.1%27.6±1.85 c0.32+0.08 d209±43 d134±4d80.4 ±6.3 a1%23.0±1.90d1.01±0.21c418±39c231±5c63.5 ±6.9 b5%20.1±3.67de3.29+0.41 b818177b385±14b40.3 ±3.3 c10%19.3±0.91 e4.28±0.49 a1251+98 a789±77a35.1 士 3.5d 0. 1 10%矾土处理显著地降低了土壤Olsen-P含量，并且提高了土壤速效K、交 换态Al和有效Si含量，且随着施加量的增加，幅度加大(表3)。可见矾土高吸附能力及 富含K、Si、Al等元素特性对土壤的性状产生了直接的影响。同时还可以看出，0. 矾土 处理显著提高了水稻的产量，与对照相比产量增幅达23%。这是由于K和Si均为水稻的 必需营养元素，土壤速效K和有效Si含量的增加有利于水稻的生长，并最终促使产量增加。 但5%和10%矾土处理使水稻产量显著降低，可见向富磷土壤中施用矾土时还应注意施用 量，过量施用会造成土壤中活性铝含量上升(表3)，造成铝的毒害，并影响其产量。本发明
6中施用0.1%矾土量可达到最佳的控磷和增产的效果。 综上所述，向富磷水稻土壤(Olsen-P > 30mg kg—1)施用0. 矾土量(pH 6. 8、过 60目)矾土具有明显的控磷效果，可使土壤Olsen-P降低25%以上(即可固定25%的土壤 有效磷)，同时矾土中富含的K和Si均有利于水稻的生长，并促进了水稻的产量。
权利要求
一种控制土壤磷素有效性的方法，其特征在于将炼矾过程中生成的副产物矾土，与富磷水稻土充分混匀，淹水培养，在水稻种植期内，能固定≥25％的水稻土有效磷，且不影响作物的产量；其包括以下步骤1)将块状矾土磨碎，并过60目筛；2)将1)步得到的矾土用NaOH调节至pH为6.5 7.5，风干，并在阴凉通风处保存；3)将土壤表面0 20cm的富磷水稻土翻耕，风干、磨碎、过60目筛，备用，富磷水稻土中的有效磷＞30mg/kg；4)将2)步得到的矾土，撒于3)步处理过的水稻土，矾土施用量为水稻土质量的0.05 0.2％，翻耕，使矾土与水稻土充分混匀。
2.根据权利要求1所述的控制土壤磷素有效性的方法，其特征在于4)步中，矾土施用 量为水稻土质量的0. 1%。
3.根据权利要求1或2所述的控制土壤磷素有效性的方法，其特征在于2)步中矾土用 NaOH 调节 pH 为 6. 8。
全文摘要
目前控制土壤磷素的主要以减控磷肥投入为主，而对已经形成的富磷土壤的阻控技术还较为缺乏。本发明提供了一种控制土壤磷素有效性的方法，其包括以下步骤1)将块状矾土磨碎，并过60目筛；2)将1)步得到的矾土用NaOH调节至pH为6.5-7.5，风干，并在阴凉通风处保存；3)将土壤表面0-20cm的富磷水稻土翻耕，风干、磨碎、过60目筛，备用，富磷水稻土中的有效磷＞30mg/kg，4)将2)步得到的矾土，撒于3)步处理过的水稻土，矾土施用量为水稻土质量的0.05-0.2％，翻耕，使其与水稻土充分混匀。本发明可固定25％以上的土壤有效磷，并能达到增加作物产量的效果。
文档编号A01B79/00GK101911868SQ20101023236
公开日2010年12月15日 申请日期2010年7月21日 优先权日2010年7月21日
发明者丁能飞, 傅庆林, 刘琛, 张敏, 李华, 林义成, 郭彬 申请人:浙江省农业科学院