基于土壤和材料性质的靶向控铝及酸化土壤改良材料及方法

本发明属于耕地改良，具体涉及一种基于土壤和材料性质的靶向控铝及酸化土壤改良材料及方法。

背景技术：

1、土壤在农业活动中扮演着至关重要的角色，它是最基本的生产资料。然而，由于人为因素和成土母质的影响，土壤面临许多挑战，包括土壤酸化、盐渍化和污染等。其中，土壤酸化在全国范围普遍发生，约占全国耕地面积的22.7％。近30年来，土壤酸化日趋加剧，全国土壤ph值下降约0.5个单位，酸化土壤面积持续扩大，已成为耕地的顽固障碍因子。特别是在南方闽浙苏区域，土壤弱酸性/强酸性共存，且有强酸化趋势，其中氮肥过量施用致酸贡献约占70％。土壤酸化，有助于土壤铝硅酸盐矿物中的铝活化，特别是当土壤ph降至5.5以下后，原本固持在土壤固相中的惰性铝迅速活化，大量转变成活性铝，土壤发生强烈脱硅富铝化，钙、镁、磷等营养元素随之大量流失，造成土壤铝毒害，严重抑制作物生长，威胁国家粮食安全。因此，在对酸化土壤进行改良时，迫切需要靶向降低土壤活性铝含量，提高改良技术的治酸靶向性与精准性，从而确保具有强酸化趋势的酸化土壤地区的农业稳产和增产。

2、土壤酸化过程的核心是h+驱动al3+活化，铝毒是酸化土壤导致作物减产的关键因素。al3+活化主要发生在ph<5.5的阶段，因此，如能有效抑制酸化过程中的铝活化，减缓酸化速度，在酸化土壤改良上可以起到事半功倍、四两拨千斤的效果。然而，目前尚缺乏h+/al3+转化的精准阻控方法。传统产品如石灰、白云石粉、碱性肥料、腐殖酸、木本泥炭等，往往效果单一、酸缓冲容量、养分库容的扩容效果差、复酸化现象常见，或操作复杂，成本高，难推广，存在安全性风险。特别是受区域、土壤类型、土地利用方式、调理剂性质、酸化程度、缓冲性能等因素综合影响，不同酸化驱动因子的致酸贡献率具有区域差异，通常存在控铝靶向性差、区域尺度适应性差等共性问题。目前，同时兼具高效、经济、轻简、安全的多维优势、可产业化控铝阻酸的产品及配套应用方法匮乏。

3、因此，基于全国尺度不同酸化程度土壤和多种材料性质大数据，本发明采用随机森林模型等数理统计方法，先分别构建土壤致酸性能关键指标体系和材料治酸性能关键指标体系，再通过土壤致酸性能关键指标与材料治酸性能关键指标之间的关联分析筛选确定具有控铝、阻酸、培肥三效协同的关键参数集，再进一步确定有效治理不同酸化特性土壤的普适性有机无机材料复配方案，为强酸化趋势区域的酸化土壤治理提供靶向控铝阻酸精准支撑。

技术实现思路

1、针对酸化土壤导致作物铝毒害从而影响农业稳产/增产的典型产业问题，本发明公开了一种基于土壤和材料性质的靶向控铝及酸化土壤改良材料及方法。本发明涉及耕地改良技术领域，采用随机森林模型等数理统计方法，先分别构建土壤致酸性能关键指标体系和材料治酸性能关键指标体系，再通过土壤致酸性能关键指标与材料治酸性能关键指标之间的关联分析筛选确定具有控铝、阻酸、培肥三效协同的关键参数集，再进一步确定有效治理不同酸化特性土壤的普适性有机无机材料复配方案，解决现有产品调酸作用短效，功能单一，养分缺乏，增产效果不佳等问题。本发明核心在于基于多种酸化土壤和材料性质，优选控铝/阻酸/培肥三效协同的关键参数，再确定有效治理不同酸化特性土壤的普适性有机无机材料复配方案，从而实现靶向控制土壤铝活化的同时协同培肥扩容和作物增产。本发明还公开了有机无机复配改良剂(即基于土壤和材料性质的靶向控铝及酸化土壤改良材料)用于不同酸化土壤的改良方法，操作简便。

2、本发明所采用的具体技术方案如下：

3、第一方面，本发明提供了一种基于土壤和材料性质的靶向控铝及酸化土壤改良材料，包括以质量百分比计的碱性调理剂40％-60％、有机物料20％-40％和改性生物炭30％-40％。

4、作为优选，所述碱性调理剂的基本理化性质为：ph为9.0-13.0，氧化钙质量含量25％-70％，氧化镁质量含量5％-25％，二氧化硅质量含量5％-25％。

5、作为优选，所述碱性调理剂的制备方法如下：

6、将钙盐碱渣:石灰石:钾长石:硅藻土＝3:2:1:1的质量比进行混合搅拌，制得混合料；将所述混合料破碎至20-30mm，随后在800-1200℃下煅烧0.5-1.5h，制得煅烧料；将所述煅烧料冷却至40-60℃，经研磨后过100目筛，制得碱性调理剂。

7、作为优选，所述有机物料的基本理化性质为：有机质质量含量≥10.0％，营养元素质量含量≥4.0％。

8、进一步的，所述营养元素包括氮、磷和钾。

9、作为优选，所述有机物料的制备方法如下：

10、将以质量百分比计的畜禽粪便30％-50％、秸秆20％-40％、山核桃蒲壳10％-20％、贝壳粉5％-10％进行混合，将混合物堆积并定期翻动堆体，以促进好氧微生物发酵，经堆肥发酵后最终得到腐殖化程度达到要求的有机物料。

11、进一步的，所述堆肥发酵过程如下：

12、1-2天后温度达到30-40℃；3-5天后温度达到50℃以上，并保持温度50-65℃10天；此后15天中，控制温度缓慢下降到室温；所得产物含水率低于40％。

13、作为优选，所述改性生物炭的制备方法如下：

14、将农业废弃的稻壳与秸秆混合破碎至2-5cm，随后将混合物在缺氧和400-600℃下炭化2小时，冷却后将炭化物研磨过筛，制得混合的生物炭粗品；将所述混合的生物炭粗品与质量分数2％的壳聚糖水溶液在60℃恒温下搅拌直至水溶液蒸干，得到壳聚糖包覆的生物炭，即改性生物炭。

15、第二方面，本发明提供了一种利用第一方面任一所述基于土壤和材料性质的靶向控铝及酸化土壤改良材料的酸化土壤改良方法，具体如下：

16、将基于土壤和材料性质的靶向控铝及酸化土壤改良材料撒施于酸化土壤表层，随后翻耕整地使其混合均匀，施用7-10天。

17、作为优选，所述基于土壤和材料性质的靶向控铝及酸化土壤改良材料的亩用量100-200kg。

18、本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：

19、本发明基于全国尺度不同酸化程度土壤和多种材料性质大数据，采用随机森林模型等数理统计方法，先分别构建土壤致酸性能关键指标体系和材料治酸性能关键指标体系，再通过土壤致酸性能关键指标与材料治酸性能关键指标之间的关联分析筛选确定具有控铝、阻酸、培肥三效协同的关键参数集，再进一步确定有效治理不同酸化特性土壤的普适性有机无机材料复配方案；在此基础上，通过碱性调理剂、有机物料及改性生物炭的配合使用，制备成有机无机复配改良剂，既避免了农田单施有机肥治酸能力弱、控铝效果差等问题，又避免了单施碱性调理剂成分单一、营养不全面、且容易复酸化的问题。其中，碱性调理剂和有机物料通过提高土壤ph及补充植物所需的各种营养元素，扩容培肥，减缓土壤中铝硅酸盐矿物铝的活化，降低铝对植物的毒害作用，其中的硅藻土还可以对土壤中的铝产生较强的吸附作用。在此基础上加入改性生物炭，通过静电相互作用、化学键合配位作用以及壳聚糖吸附作用对土壤中的铝产生吸附，亦明显降低土壤活性铝的含量，同时，改性生物质炭还可以增加土壤的田间持水量，降低土壤容重，又能中和土壤中的氢离子，长效缓解土壤酸化问题。