本发明利用河道底泥堆肥生产土壤改良剂，涉及城乡有机固体废弃物的资源化利用、以及土壤质量保护等技术，属于节能减排和环保领域。
背景技术：
土壤质量关系着整个农业生态系统的发展，健康的土壤是土地生产力和农作物产量的保证。然而，随着我国人口的增长，对农作物的需求越来越大，而农业耕地却在不断缩减。集约化农业的迅速扩大以及大量农药化肥的使用，使土壤板结、盐渍化、土地承载力差，重金属含量较高、酸性土壤范围广等土壤质量问题日益突出，进而直接影响农产品的质量与安全，这让人们认识到土壤生态系统本身的健康程度对可持续生产力的重要性。
近年来，农业工作者采取各种措施改善土壤质量。适当添加土壤改良剂就是一种常用方法。土壤改良剂是指用于改善土壤的物理和化学性质及其生物活性的材料，由农用保水剂及富含有机质、腐殖酸的天然泥浆、纯天然矿石或其他有机物为主要材料，辅以生物活性成分及营养元素组成。一般包括：(1)矿物类，主要有泥炭、褐煤、风化煤、石灰、石膏、蛭石、膨润土、沸石、珍珠岩和海泡石等；(2)天然和半合成水溶性高分子类，主要有秸秆类、多糖类物料、纤维素物料、木质素物料和树脂胶物质；(3)人工合成高分子化合物，主要有聚丙烯酸类、醋酸乙烯马来酸类和聚乙烯醇类；(4)有益微生物制剂类等。这些大部分是化工产品，从土壤生态健康的长久维持来看，过量使用会出现副作用，且添加改良剂的同时，经常需要适量添加有机肥来调节。而依托有机固体废弃资源循环利用基础，研制具有改善土壤性状、降低土壤污染、产品成本适中和效果稳定的改良剂，在农业领域中应用将具有广阔前景。
底泥中营养物含量介于传统有机肥(主要以畜禽粪便制成)和土壤之间，ec值低、重金属含量低于猪粪，性质温和、环境友好，不会给土壤添加负担。经过堆肥后，其理化性质更稳定、且比畜禽粪便或污泥堆肥更接近于土壤背景值。在底泥堆肥过程中添加生物炭、粉煤灰、或海藻粉等改良剂，能够使这些改良剂与底泥及其它堆肥辅料发生生化反应、络合反应、吸附作用等，使其进入土壤后，性质更加稳定、温和，对环境更友好，且不改变其对土壤的改良效果。这比将改良剂直接施用到土壤中，更有利于植物根际与有益微生物形成共生作用，进而改善土壤质量问题，增强土壤抵抗力，且维持时间更长久，是一种环境友好型土壤改良剂。
技术实现要素：
本发明针对现有背景技术中存在的问题，提供一种基于河道底泥堆肥生产土壤改良剂的制作方法，从而获得可钝化土壤重金属、或调节土壤ph值、或增强土壤对外界干扰缓冲能力的环境友好型土壤改良剂。这不仅解决了大量河道底泥的处理处置问题，还可以保护、维护、以及改善反复耕作土壤的健康程度，具有重要的现实意义。
本发明方法的具体步骤是：
步骤(1).采集河道底泥，并将底泥脱水预处理；
步骤(2).用称重法检测河道底泥的含水量，用重铬酸钾容量法-外加热法测定其有机碳含量，用开氏定氮法测定其总氮含量；
步骤(3).将中药渣、菇渣等调理剂切割至长度小于等于8mm，待用；
步骤(4).采集生物质炭、粉煤灰、或海藻粉等作为添加剂，待用；
步骤(5).用(2)中方法分别检测调理剂、添加剂的含水量、有机碳和总氮的含量；
步骤(6).在底泥中添加调理剂配置成堆肥原料，使堆肥物料中碳氮含量比为20～30:1，含水率为60～70wt％；
步骤(7).在(6)的基础上加入1～2种添加剂，添加比例为1～3％(质量比)；
步骤(8).采用条垛式或强制通风式堆肥将堆肥原料进行好氧堆置，堆置后每间隔24小时检测一次堆体的温度，条垛式堆肥升温期和高温期每间隔24～48小时翻堆一次，进入降温期后每间隔7～14天翻堆一次；强制通风式堆肥平均通气量为3l/min(堆体温度小于30℃)、6l/min(堆体温度大于30℃)，并在堆肥反应器运行的第3、7、14、28天进行翻堆处理；
所述的升温期为堆体温度由环境温度升到50℃，持续时间为1～3天；所述的高温期为堆体温度在50～70℃，持续时间为5～10天；所述的降温期为堆体温度从50℃下降到环境温度，且稳定在环境温度大于等于30天；
步骤(9).堆肥期满后形成腐熟的堆肥产品，将腐熟的堆肥产品破碎成长度小于等于1cm的原料；
步骤(10).在酸性土壤改良方面的应用方法：粉煤灰-河道底泥堆肥土壤改良剂施用量为0.6～4t/hm2；在重金属污染土壤改良方面的应用方法：生物质炭-河道底泥堆肥土壤改良剂施用量为0.3～3t/hm2；在反复耕作导致土壤板结改良方面的应用方法：海藻粉 生物质炭-河道底泥堆肥土壤改良剂施用量为1.5～5t/hm2。以上改良剂均匀施用在浅层土中，可在3-6个月时间间隔后再次使用。
本发明获得的各种土壤改良剂，以底泥堆肥为基础，理化性质比直接利用底泥改良土壤更稳定；相比有机质含量高的畜禽粪便堆肥，会减小对土壤的额外负担；相比直接加入生物质炭、粉煤灰、海藻粉等改良效果更显著，有利于改善土壤质量健康，且维持时间更长久，是一种环境友好型土壤改良剂。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的分析。
实施例1：酸性土壤改良实例
采集河道底泥，并进行脱水预处理。添加菇渣、中药渣、粉煤灰后，采用条垛式堆肥方式进行好氧堆制(质量比为底泥：菇渣：中药渣：粉煤灰＝10：5：2.5：0.35)，添加前将菇渣、中药渣切割至长度小于等于8mm后备用。
堆置后每间隔24小时检测一次堆体的温度，升温期和高温期每间隔24～48小时翻堆一次，进入降温期后每间隔7～14天翻堆一次，翻堆的同时进行新鲜样品的采集。堆肥新鲜样品用于种子发芽指数(gi)、以及堆肥含水率的测定；干样用于ph、电导率、碳素、氮素、有机质含量等指标的测定。
经49天堆肥后获得腐熟的粉煤灰-河道底泥堆肥，其性质见表1。将腐熟的堆肥产品破碎成长度小于等于1cm的原料，用作酸性土壤改良剂，均匀施用在ph＝5.58的蔬菜种植地0-20cm土层中，施用量为0.9t/hm2。经改良1个月后，土壤ph值稳定在7.04左右，且土壤有机碳含量显著增加，且具体见表2。
表1粉煤灰-底泥堆肥理化性质
注：括号内为标准差
表2粉煤灰-底泥堆肥改良前后土壤性质的变化
注：括号内为标准差
实施例2：重金属污染土壤改良实例
采集河道底泥，并进行脱水预处理。添加菇渣、中药渣、生物质炭(竹炭)后，采用条垛式堆肥方式进行好氧堆肥(质量比为底泥：菇渣：中药渣：生物质炭＝10：5：2：0.4)，添加前将菇渣、中药渣切割至长度小于等于8mm后备用。
堆置后每间隔24小时检测一次堆体的温度，升温期和高温期每间隔24～48小时翻堆一次，进入降温期后每间隔7～14天翻堆一次，翻堆的同时进行新鲜样品的采集。堆肥新鲜样品用于种子发芽指数(gi)、以及堆肥含水率的测定；干样用于ph、电导率、碳素、氮素、有机质含量等指标的测定。
经45天堆肥后获得腐熟的生物质炭-河道底泥堆肥(表3)。将腐熟的堆肥产品破碎成长度小于等于1cm的原料，用作重金属污染土壤改良剂，均匀施用在重金属cd、pb含量超标的蔬菜种植地0-20cm土层中，施用量为1.5t/hm2。经1个月改良后，土壤重金属cd的有效态总含量比例(交换态 碳酸盐结合态 铁锰氧化态 有机结合态)从77％降低到59％(表4)；重金属pb的有效态总含量比例从30％降低到22％(表4)，同时土壤有机碳含量也显著提高(表5)。
表3生物质炭-底泥堆肥理化性质
注：括号内为标准差
表4生物质炭-底泥堆肥改良前后土壤重金属形态的变化(单位：mg/kg)
表5生物质炭-底泥堆肥改良前后土壤性质的变化
注：括号内为标准差
实施例3：板结土壤改良实例
采集河道底泥，并进行脱水预处理。添加菇渣、中药渣、生物质炭、海藻粉后，采用强制通风式堆肥方式进行好氧堆肥(质量比为底泥：菇渣：中药渣：生物质炭：海藻粉＝10：5：1.5：0.2：0.3)，添加前将菇渣、中药渣切割至长度小于等于8mm后备用。
堆置后每间隔24小时检测一次堆体的温度，用间歇式的通风方式(每间隔50min通气10min)对堆体强制性通风供氧，强制通风式堆肥平均通气量为3l/min(堆体温度小于30℃)、6l/min(堆体温度大于30℃)，并在堆肥反应器运行的第3、7、14、28天进行翻堆处理。翻堆的同时进行新鲜样品的采集，堆肥新鲜样品用于种子发芽指数(gi)、以及堆肥含水率的测定；干样用于ph、电导率、碳素、氮素、有机质含量等理化指标的测定。
经49天堆肥后获得腐熟的海藻粉-河道底泥堆肥，其性质见表6，将腐熟的堆肥产品破碎成长度小于等于1cm的原料，用作反复耕作导致蔬菜种植地土壤板结的改良剂。均匀施用在滨海盐碱地0-30cm土层中，施用量为2.5t/hm2。经6个月的两次施用后，该蔬菜地盐分含量、ph值、有机碳含量、孔隙度、阳离子交换量都有了改善(表7)。
表6海藻粉-底泥堆肥理化性质
注：括号内为标准差
表7海藻粉-底泥堆肥改良前后土壤性质的变化
注：括号内为标准差
实施例4
将实施例2中生物质炭-河道底泥堆肥用作重金属污染土壤改良剂，均匀施用在重金属cd、pb含量超标的蔬菜种植地0-20cm土层中，施用量为1.5t/hm2。同时，设置施用相同用量的生物质炭改良剂作对照。一年内定期检测土壤ph值、以及有效态cd、pb含量(交换态 碳酸盐结合态 铁锰氧化态 有机结合态)。
表8生物质炭-底泥堆肥改良后土壤有效态重金属含量的变化
注：1、有效态重金属含量包括：交换态 碳酸盐结合态 铁锰氧化态 有机结合态；
2、括号内为标准差
由于生物质炭的老化作用，使其在4个月后的改良效果显著反弹，而添加生物质炭-底泥堆肥改良剂仍能保持作用。从土壤生态健康的长久维持及长期改良来看，生物质炭-河道底泥堆肥维持时间更长久，是一种环境友好型土壤改良剂。
上述实施例并非是对于本发明的限制，本发明并非仅限于上述实施例，只要符合本发明要求，均属于本发明的保护范围。
1.一种基于河道底泥堆肥生产酸性土壤改良剂的制作方法，土壤改良剂施用量为0.6～4t/hm2，施用在浅层土中，可在3-6个月时间间隔后再次使用；其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤(1).采集河道底泥，并将底泥脱水预处理；
步骤(2).在底泥中添加调理剂配制成堆肥原料，使堆肥物料中碳氮含量比为20～30:1，含水率为60～70wt％；
所述的调理剂包括中药渣、菇渣等的一种或多种；
步骤(3).在步骤(2)堆肥原料中加入添加剂混匀，添加剂的添加量为步骤(2)堆肥原料的1～3％；
所述的添加剂为粉煤灰；
步骤(4).采用条垛式或强制通风式堆肥将步骤(3)堆肥原料进行好氧堆置，堆置后每间隔24小时检测一次堆体的温度；
条垛式堆肥条件：升温期和高温期每间隔24～48小时翻堆一次，进入降温期后每间隔7～14天翻堆一次；所述的升温期为堆体温度由环境温度升到50℃，持续时间为1～3天；所述的高温期为堆体温度在50～70℃，持续时间为5～10天；所述的降温期为堆体温度从50℃下降到环境温度，且稳定在环境温度大于等于30天；
强制通风式堆肥条件：堆体温度小于30℃时平均通气量为3l/min、堆体温度大于30℃时平均通气量为6l/min，并在堆肥反应器运行的第3、7、14、28天进行翻堆处理；
步骤(5).步骤(4)堆肥期满后形成腐熟的堆肥产品，破碎。
2.一种基于河道底泥堆肥生产重金属污染土壤改良剂的制作方法，土壤改良剂施用量为0.3～3t/hm2，施用在浅层土中，可在3-6个月时间间隔后再次使用；其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤(1).采集河道底泥，并将底泥脱水预处理；
步骤(2).在底泥中添加调理剂配制成堆肥原料，使堆肥物料中碳氮含量比为20～30:1，含水率为60～70wt％；
所述的调理剂包括中药渣、菇渣等的一种或多种；
步骤(3).在步骤(2)堆肥原料中加入添加剂混匀，添加剂的添加量为步骤(2)堆肥原料的1～3％；
所述的添加剂为生物质炭；
步骤(4).采用条垛式或强制通风式堆肥将步骤(3)堆肥原料进行好氧堆置，堆置后每间隔24小时检测一次堆体的温度；
条垛式堆肥条件：升温期和高温期每间隔24～48小时翻堆一次，进入降温期后每间隔7～14天翻堆一次；所述的升温期为堆体温度由环境温度升到50℃，持续时间为1～3天；所述的高温期为堆体温度在50～70℃，持续时间为5～10天；所述的降温期为堆体温度从50℃下降到环境温度，且稳定在环境温度大于等于30天；
强制通风式堆肥条件：堆体温度小于30℃时平均通气量为3l/min、堆体温度大于30℃时平均通气量为6l/min，并在堆肥反应器运行的第3、7、14、28天进行翻堆处理；
步骤(5).步骤(4)堆肥期满后形成腐熟的堆肥产品，破碎。
3.一种基于河道底泥堆肥生产板结土壤改良剂的制作方法，土壤改良剂施用量为1.5～5t/hm2，施用在浅层土中，可在3-6个月时间间隔后再次使用；其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤(1).采集河道底泥，并将底泥脱水预处理；
步骤(2).在底泥中添加调理剂配制成堆肥原料，使堆肥物料中碳氮含量比为20～30:1，含水率为60～70wt％；
所述的调理剂包括中药渣、菇渣等的一种或多种；
步骤(3).在步骤(2)堆肥原料中加入添加剂混匀，添加剂的添加量为步骤(2)堆肥原料的1～3％；
所述的添加剂为海藻粉、生物质炭；
步骤(4).采用条垛式或强制通风式堆肥将步骤(3)堆肥原料进行好氧堆置，堆置后每间隔24小时检测一次堆体的温度；
条垛式堆肥条件：升温期和高温期每间隔24～48小时翻堆一次，进入降温期后每间隔7～14天翻堆一次；所述的升温期为堆体温度由环境温度升到50℃，持续时间为1～3天；所述的高温期为堆体温度在50～70℃，持续时间为5～10天；所述的降温期为堆体温度从50℃下降到环境温度，且稳定在环境温度大于等于30天；
强制通风式堆肥条件：堆体温度小于30℃时平均通气量为3l/min、堆体温度大于30℃时平均通气量为6l/min，并在堆肥反应器运行的第3、7、14、28天进行翻堆处理；
步骤(5).步骤(4)堆肥期满后形成腐熟的堆肥产品，破碎。
4.如权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于用称重法检测含水量，用重铬酸钾容量法-外加热法测定有机碳含量，用开氏定氮法测定总氮含量。
5.如权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于调理剂长度小于等于8mm。
6.如权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于步骤(5)将腐熟的堆肥产品破碎成长度小于等于1cm。
技术总结