旱地砂土改良剂、旱地砂土的改良方法与流程

1.本发明涉及土壤改良技术领域，具体而言，涉及一种旱地砂土改良剂、旱地砂土的改良方法。


背景技术：

2.土地沙化是农业和生态面临的严重问题。中国是世界上受沙化危害最严重的国家之一，沙化面积大、分布广。虽然近年来世界各国加大对退化土地的治理改良力度，并取得一定成效，但土地退化依然严重。因此，加强沙化土地治理，改良沙化土壤，防止沙化土地继续退化，保护土地环境迫在眉睫。沙化土地的土壤属于砂土类型。干旱地区砂土由于降水少，其改良难度尤其大。由于砂质土壤颗粒松散，流动性较强，颗粒间相互作用力较弱，在水力、重力、风力等外力作用下很容易使土地资源和土地生产力受到破坏，造成土地表面被侵蚀和水分流失。砂土中砂粒含量比例高，土壤孔隙度高，土壤持水保肥性能差。
3.近年来，为了改良沙化土壤，人们研究和试验了各种土壤改良剂，希望对土壤的流动性、ph值、板结现象、保水性等进行改善。例如，cn109957404a公开了一种包含钙基蒙脱石、十八烷基三甲基氯化铵、生蚝壳粉、血清蛋白、活化壳聚糖、乳化剂和甘油等的风沙土壤改良剂，但该改良剂成本较高，不适合大规模的沙土改造；cn108353563a公开了一种利用废弃物为土壤改良剂治理沙漠化土壤的方法，该方法中的土壤改良剂是由沙粒或沙土、油脂副产物油泥和油脚、酒渣、污泥、粉煤灰、风化煤按比例混合均匀制成，具有利用废弃物进行转化的优点，但仍明显受到原料来源及其地理位置的限制；cn102766467a公开了一种沙漠土壤改良剂及其沙漠土壤改良方法，其中用到的改良剂是植物胶粉，其改良方法包括用研磨机对沙土进行研磨，以及加入十分之一的改良剂铺洒以及用水将铺洒层均匀浇湿等步骤，该改良剂及其改良方法仍受到原料来源有限、工程量大的限制，难以大规模推广。因此，现有技术仍迫切需要具有经济可行性、规模应用前景的砂土改良方法及其改良剂。
4.在石油和页岩气开采钻井过程中会产生大量的水基钻屑固体废物，其主要成分是各种钻井处理剂和地层岩屑。在常规天然气开采过程中，单井产生的水基钻屑量约为800～1000m3。我国每年油气田开采产生的水基钻屑约为上千万立方。如何处理水基钻屑成为一个重大的环境问题。特别是近年来，随着我国页岩气开发的力度加大，页岩气水基钻屑产生量也随之增多。如果未经妥善处理排放到环境中，将对钻井及其周边地区的生态环境造成不良影响。以陕西延长页岩气田为例，当地共42口井，共产生约42000m3水基钻屑。如此大量水基钻屑产生以及逐年堆存，如果不加以利用，会形成对环境的潜在威胁。目前的水基钻屑处理方式中，大多将其作为一种废弃物来处置，成本较高，过程复杂，还会产生污染。与水基钻屑产生量逐年增加相对应的，对其资源化的利用却进展缓慢。水基钻屑不宜采取固化填埋处置方式，因固化填埋存在占用土地、固化体渗滤液随长期降雨可能渗出进而污染周边土壤及水体的潜在环境风险等问题。资源化利用是减少环境风险、彻底消纳水基钻屑的上策。
5.秸秆是指水稻、小麦、玉米等禾本科农作物成熟脱粒后剩余的茎叶部分。中国近二
十年来由于煤、电、天然气的普及、各种工业制品的丰富以及人力成本的提高，农村对秸秆的需求减少，大量秸秆的处理成为了一个严重的问题，虽然法律禁止，但很多地方农民仍然直接在田地里燃烧秸秆，引发空气污染、火灾、飞机无法正常起降等后果。因此如何合理处理和利用秸秆也是一个问题。
6.专利cn 114014731 a公开了一种改良水基钻屑的方法及利用水基钻屑制得的人工土壤，使用水基钻屑、腐熟秸秆和黄绵土组合物进行土壤改良。但是，其改良效果有限，砂土的营养状况和理化性质，特别是容重和饱和导水率等指标所反映的保水性能的改善仍达不到目标要求。


技术实现要素：

7.本发明的主要目的在于提供一种旱地砂土改良剂、旱地砂土的改良方法，以解决现有技术中旱地砂土的改良成本高、改良后保水性能差的问题。
8.为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种旱地砂土改良剂，按重量份数计，包括13～20份的水基钻屑、0.5～1份的腐熟秸秆和0.5～2份的黄绵土；其中，水基钻屑的ph为8.3～9.5；电导率为257～562μs/cm；有机质含量为2.09～3.75g/kg；碱解氮含量为30.14～35mg/kg；有效磷含量为12.99～17.79mg/kg；速效钾含量为1534～1967mg/kg；阳离子交换量为1.5～5.0cmol/kg；腐熟秸秆的ph为6.8～7.6；电导率为500～900μs/cm；有机质含量为150～550g/kg，碱解氮含量为150～173mg/kg，有效磷含量为220～231mg/kg，速效钾含量为135～142mg/kg；阳离子交换量为15.26～28cmol/kg；黄绵土的ph为7.5～8.5，电导率为90～112μs/cm，有机质含量为5.0～6.0g/kg，碱解氮含量为70～95mg/kg，有效磷含量为2.87～4.68g/kg，阳离子交换量为4.0～5.0cmol/kg。
9.进一步地，按重量份数计，旱地砂土改良剂包括13～18份的水基钻屑、0.5～0.8份的腐熟秸秆和0.5～2份的黄绵土。
10.进一步地，按重量份数计，旱地砂土改良剂包括13～17份的水基钻屑、0.5～0.8份的腐熟秸秆和1～2份的黄绵土。
11.进一步地，按重量份数计，旱地砂土改良剂包括13～15份的水基钻屑、0.5～0.7份的腐熟秸秆和0.5～1份的黄绵土。
12.进一步地，旱地砂土改良剂还包括0.5～1重量份的营养物质，营养物质包括聚糖多肽生物钾、γ-聚谷氨酸、腐殖酸和褐煤的一种或多种。
13.进一步地，旱地砂土改良剂还包括0.5～1重量份的辅助材料，辅助材料包括石膏和/或高岭土。
14.根据本发明的另一方面，提供了一种旱地砂土的改良方法，包括：向旱地砂土中添加本发明上述的旱地砂土改良剂，得到改良旱地砂土。
15.进一步地，按重量百分比计，旱地砂土改良剂占改良旱地砂土的2～15％。
16.进一步地，按重量百分比计，旱地砂土改良剂占改良旱地砂土的6～10％。
17.进一步地，按重量百分比计，旱地砂土改良剂占改良旱地砂土的6～8％。
18.本发明的旱地砂土改良剂与砂质土壤的结合效果较好，能够有效改善砂土的团聚效果，避免土质流失，特别是可以有效改善砂土的营养状况和理化性质，显著降低砂土的容重、饱和导水率和蒸散量，从而显著提升旱地砂土的保水性能，特别适合用作干旱半干旱地
区的砂土改良，同时还可促进水基钻屑和秸秆的资源化利用，具有可因地制宜、经济可行性高的优点，具有规模应用前景。
具体实施方式
19.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
20.术语解释：
21.容重：一定容积的土壤烘干后质量与烘干前体积的比值。
22.饱和导水率：土壤被水饱和时，单位水势梯度下、单位时间内通过单位面积的水量。
23.蒸散量：土壤蒸发的总耗水量。
24.正如本发明背景技术中所述，现有技术中存在旱地砂土的改良成本高、改良后保水性能差的问题。为了解决上述问题，在本发明一种典型的实施方式中，提供了一种旱地砂土改良剂，按重量份数计，包括13～20份的水基钻屑、0.5～1份的腐熟秸秆和0.5～2份的黄绵土；其中，水基钻屑的ph为8.3～9.5；电导率为257～562μs/cm；有机质含量为2.09～3.75g/kg；碱解氮含量为30.14～35mg/kg；有效磷含量为12.99～17.79mg/kg；速效钾含量为1534～1967mg/kg；阳离子交换量为1.5～5.0cmol/kg；腐熟秸秆的ph为6.8～7.6；电导率为500～900μs/cm；有机质含量为150～550g/kg，碱解氮含量为150～173mg/kg，有效磷含量为220～231mg/kg，速效钾含量为135～142mg/kg；阳离子交换量为15.26～28cmol/kg；黄绵土的ph为7.5～8.5，电导率为90～112μs/cm，有机质含量为5.0～6.0g/kg，碱解氮含量为70～95mg/kg，有效磷含量为2.87～4.68g/kg，阳离子交换量为4.0～5.0cmol/kg。
25.发明人在长期研究中出乎意料地发现，对于砂土，尤其是旱地砂土，可以利用水基钻屑作为基本原料，结合腐熟秸秆和黄绵土制成有效的砂土改良剂，一方面可以实现砂土的改良，另一方面可有效实现将本来作为环境污染物和生态废弃物的水基钻屑进行转化利用的目的。其中，水基钻屑因含有较高的粘性物质，可以改善砂土的渗透性能，提高砂土的保水性和保肥性，腐熟秸秆可以为砂土提供养分，提高有机质、氮素和磷素水平，同时有利于土壤微生物获取更多营养物质而促进微生物活性的提高，进一步改善砂土的土壤微观结构，黄绵土作为一种旱地常见的土壤可以为砂土提供基本的土壤条件，改善砂土基质的物理结构，为微生物生长提供基本的生存环境，通过上述三种原料的物理、化学和生物的协同实现砂土改良。
26.如果单纯采用水基钻屑处理或采用水基钻屑和黄绵土作为改良剂时，容易导致所处理的砂土局部发生黏结现象，后续会影响植物的养分吸收和利用。但当向由水基钻屑和黄绵土组成的改良剂中加入腐熟秸秆时，此问题得以有效解决。此外，采用腐熟秸秆，可以有效降低或者避免交联剂的使用，有助于提高保水性能，还能避免因高分子交联剂的加入而增加积累污染的风险；同时，腐熟秸秆的加入还有助于本发明改良剂与旱地砂土的混合。此外，随着腐熟秸秆的加入，碱解氮与有效磷含量显著提高。
27.将上述各原料按照一定的重量份数混合即得本发明旱地砂土改良剂。本发明利用水基钻屑的理化特性，结合腐熟秸秆和黄绵土的加入，并利用砂土的特性，可以制成有效的砂土改良剂，其与砂质土壤的结合效果较好，能够有效改善砂土的团聚效果，避免土质流
失，改善其水力特性，尤其是降低土壤容重、蒸散量和饱和导水率，从而显著提升旱地砂土的保水性能。在此发现的基础上，发明人制备得到了本发明的砂土改良剂，特别适合用于旱地砂土，尤其是我国西北地区旱地砂土的改良。
28.本发明所使用的腐熟秸秆采用常规方法进行腐熟即可。例如，采用生物熟化方法如秸秆腐熟剂，其中常含有可分解纤维的复合菌剂，可有效促进秸秆内纤维素、半纤维素和木质素的分解；或者采用化学熟化的方法，例如采用诸如碳铵、碱木素和木素磺酸钠等化学熟化剂等。或者，也可以通过在秸秆润湿状下保持25℃密闭条件放置一周的方法使之腐熟。在将腐熟秸秆与水基钻屑混合之前，可以先使其均过2mm筛，成为粒度接近的颗粒体便于混匀。为使其过筛，可以任选地将腐熟秸秆和水基钻屑进行粉碎处理，方法不限，可以采用任何机械处理的方式进行。在干旱地区尤其是西北地区黄绵土分布广泛、易得，采用其作为上述旱地砂土改良剂原料之一，可以使得旱地砂土改良剂具有就地取材、经济方便的优点。
29.上述旱地砂土改良剂中，本发明限定水基钻屑的重量份为13～20份，是因为当水基钻屑的重量份低于13份时，用于旱地砂土改良时会导致砂土的物理结构尤其是渗透性不能得到有效改善；高于20份时又会导致砂土渗透性变差，同时盐分含量增高。本发明限定腐熟秸秆的重量份为0.5～1份，是因为当腐熟秸秆的重量份低于0.5份时，会导致砂土的养分含量过低；高于1份时又会导致秸秆用量过大而经济成本偏高。本发明限定黄绵土的重量份为0.5～2份，是因为当黄绵土的重量份低于0.5份时，会导致砂土的土壤基本成分过少而造成砂土改良以及后续作物种植效果不理想；高于2份时又会由于大量使用周边土壤而造成成本偏高。
30.上述旱地砂土改良剂中，当水基钻屑的各项性质参数超出本发明的范围时，将无法进行良好的协同作用实现旱地砂土的改良；尤其是，当水基钻屑有机质含量高于3.75g/kg时，表明水基钻屑在开采过程中沾染了部分油泥，会导致砂土油污染严重，不利于砂土改良和后续作物种植。上述旱地砂土改良剂中，当腐熟秸秆的各项性质参数超出本发明的范围时，会导致改良剂的养分含量过高或过低；尤其是，当腐熟秸秆有机质含量低于150g/kg时，会导致改良剂的养分含量偏低而造成用于砂土改良后种植时作物长势不良。上述旱地砂土改良剂中，当黄绵土的各项性质参数超出本发明的范围时，会导致砂土的土壤性质变差。因此本发明限定水基钻屑、腐熟秸秆和黄绵土的各项性质需严格限制在本发明的特定范围内，才能发挥比较好的协同提高保水性能、改良旱地砂土的效果。
31.本发明的旱地砂土改良剂与砂质土壤的结合效果较好，能够有效改善砂土的团聚效果，避免土质流失，特别是可以有效改善砂土的营养状况和理化性质，尤其是容重、饱和导水率和蒸散量等指标所反映的保水性能可以得到显著改善。本发明的旱地砂土改良剂可以通过显著降低砂土的容重、饱和导水率和蒸散量，从而显著提升旱地砂土的保水性能，特别适合用作干旱半干旱地区的砂土改良，对于减少水力风力对砂质土壤的侵蚀具有重要的意义。同时还可促进水基钻屑、秸秆和黄绵土的资源化利用，极大地降低了成本，还具有可因地制宜、经济可行性高的优点，具有规模应用前景。
32.为了进一步提高旱地砂土改良剂与砂土的结合和改良效果，同时进一步降低成本，在一种优选的实施方式中，按重量份数计，旱地砂土改良剂包括13～18份的水基钻屑、0.5～0.8份的腐熟秸秆和0.5～2份的黄绵土。
33.基于相似的理由进一步优选，按重量份数计，旱地砂土改良剂包括13～17份的水
基钻屑、0.5～0.8份的腐熟秸秆和1～2份的黄绵土。
34.基于相似的理由进一步优选，按重量份数计，旱地砂土改良剂包括13～15份的水基钻屑、0.5～0.7份的腐熟秸秆和0.5～1份的黄绵土。
35.基于相似的理由进一步优选，按重量份数计，旱地砂土改良剂包括15份水基钻屑、1份腐熟秸秆和2份黄绵土，对旱地砂土的改良效果最佳。
36.出于进一步提高改良剂对于旱地砂土营养状况的改善效果，从而进一步改善砂土保水性能的目的，在一种优选的实施方式中，旱地砂土改良剂还包括0.5～1重量份的营养物质，营养物质包括聚糖多肽生物钾、γ-聚谷氨酸、腐殖酸和褐煤的一种或多种，上述成分可以为旱地砂土提供更加全面的营养，有利于其土质的更快速改良。
37.相应地，在一种优选的实施方式中，旱地砂土改良剂还包括0.5～1重量份的辅助材料，辅助材料包括石膏和/或高岭土，可以进一步改善改良剂与旱地砂土的团聚性能，更有利于改良剂的效果发挥。
38.在本发明又一种典型的实施方式中，还提供了一种旱地砂土的改良方法，包括：向旱地砂土中添加本发明的旱地砂土改良剂，得到改良旱地砂土。
39.具体地，将待改良的旱地砂土翻耕15～25cm，然后添加上述旱地砂土改良剂，稳定一段时间即可。本发明的旱地砂土改良剂能够与砂质土壤有效结合，改善砂土的团聚效果，改善砂土的营养状况和理化性质，显著降低砂土的容重、饱和导水率和蒸散量，从而显著提升旱地砂土的保水性能。
40.在一种优选的实施方式中，按重量百分比计，旱地砂土改良剂占改良旱地砂土的2～15％。改良剂的用量低于2％时，对旱地砂土营养状况和理化性质的改良效果不足，进而保水性能的改善也不足；随着改良剂添加量的增加，改良效果不断增加，但是高于15％时改良效果也不会再有显著地提高，因此出于更好地兼顾改良剂的改良效果和改良成本的目的，本发明优选旱地砂土改良剂占改良旱地砂土的2～15％。
41.基于相似的理由进一步优选，在一种优选的实施方式中，按重量百分比计，旱地砂土改良剂占改良旱地砂土的6～10％，可以在保证改良效果的同时进一步降低成本。
42.基于相似的理由进一步优选，在一种优选的实施方式中，按重量百分比计，旱地砂土改良剂占改良旱地砂土的6～8％。
43.典型的但非限定性的，上述旱地砂土改良剂中，水基钻屑的重量份可以为13份、14份、15份、16份、17份、18份、19份、20份或其任意两个数值组成的范围值；腐熟秸秆的重量份可以为0.5份、0.6份、0.7份、0.8份、0.9份、1份或其任意两个数值组成的范围值；黄绵土的重量份可以为0.5份、0.6份、0.7份、0.8份、0.9份、1份、1.1份、1.2份、1.3份、1.4份、1.5份、1.6份、1.7份、1.8份、1.9份、2份或其任意两个数值组成的范围值。
44.典型的但非限定性的，水基钻屑的ph为8.3、8.4、8.5、8.6、8.7、8.8、8.9、9.0、9.1、9.2、9.3、9.4、9.5或其任意两个数值组成的范围值；电导率为257μs/cm、275μs/cm、300μs/cm、325μs/cm、350μs/cm、375μs/cm、400μs/cm、425μs/cm、450μs/cm、475μs/cm、500μs/cm、525μs/cm、550μs/cm、562μs/cm或其任意两个数值组成的范围值；有机质含量为2.09g/kg、2.20g/kg、2.30g/kg、2.40g/kg、2.50g/kg、2.60g/kg、2.70g/kg、2.80g/kg、2.90g/kg、3.00g/kg、3.10g/kg、3.20g/kg、3.30g/kg、3.40g/kg、3.50g/kg、3.60g/kg、3.70g/kg、3.75g/kg或其任意两个数值组成的范围值；碱解氮含量为30.14mg/kg、30.50mg/kg、
31.00mg/kg、31.50mg/kg、32.00mg/kg、32.50mg/kg、33.00mg/kg、33.50mg/kg、34.00mg/kg、34.50mg/kg、35.00mg/kg或其任意两个数值组成的范围值；有效磷含量为12.99mg/kg、13.50mg/kg、14.00mg/kg、14.50mg/kg、15.00mg/kg、15.50mg/kg、16.00mg/kg、16.50mg/kg、17.00mg/kg、17.50mg/kg、17.79mg/kg或其任意两个数值组成的范围值；速效钾含量为1534mg/kg、1550mg/kg、1600mg/kg、1650mg/kg、1700mg/kg、1750mg/kg、1800mg/kg、1850mg/kg、1900mg/kg、1950mg/kg、1967mg/kg或其任意两个数值组成的范围值；阳离子交换量为1.5cmol/kg、2.0cmol/kg、2.5cmol/kg、3.0cmol/kg、3.5cmol/kg、4.0cmol/kg、4.5cmol/kg、5.0cmol/kg或其任意两个数值组成的范围值。
45.典型的但非限定性的，腐熟秸秆的ph为6.8、6.9、7.0、7.1、7.2、7.3、7.4、7.5、7.6或其任意两个数值组成的范围值；电导率为500μs/cm、550μs/cm、600μs/cm、650μs/cm、700μs/cm、750μs/cm、800μs/cm、850μs/cm、900μs/cm或其任意两个数值组成的范围值；有机质含量为150g/kg、200g/kg、250g/kg、300g/kg、350g/kg、400g/kg、450g/kg、500g/kg、550g/kg或其任意两个数值组成的范围值；碱解氮含量为150mg/kg、155mg/kg、160mg/kg、165mg/kg、170mg/kg、173mg/kg或其任意两个数值组成的范围值；有效磷含量为220mg/kg、221mg/kg、222mg/kg、223mg/kg、224mg/kg、225mg/kg、226mg/kg、227mg/kg、228mg/kg、229mg/kg、230mg/kg、231mg/kg或其任意两个数值组成的范围值；速效钾含量为135mg/kg、136mg/kg、137mg/kg、138mg/kg、139mg/kg、140mg/kg、141mg/kg、142mg/kg或其任意两个数值组成的范围值；阳离子交换量为15.26cmol/kg、16cmol/kg、17cmol/kg、18cmol/kg、19cmol/kg、20cmol/kg、21cmol/kg、22cmol/kg、23cmol/kg、24cmol/kg、25cmol/kg、26cmol/kg、27cmol/kg、28cmol/kg或其任意两个数值组成的范围值。
46.典型的但非限定性的，黄绵土的ph为7.5、7.6、7.7、7.8、7.9、8.0、8.1、8.2、8.3、8.4、8.5或其任意两个数值组成的范围值；电导率为90μs/cm、92μs/cm、94μs/cm、96μs/cm、98μs/cm、100μs/cm、102μs/cm、104μs/cm、106μs/cm、108μs/cm、110μs/cm、112μs/cm或其任意两个数值组成的范围值；有机质含量为5.0g/kg、5.1g/kg、5.2g/kg、5.3g/kg、5.4g/kg、5.5g/kg、5.6g/kg、5.7g/kg、5.8g/kg、5.9g/kg、6.0g/kg或其任意两个数值组成的范围值；碱解氮含量为70mg/kg、75mg/kg、80mg/kg、85mg/kg、90mg/kg、95mg/kg或其任意两个数值组成的范围值；有效磷含量为2.87g/kg、2.90g/kg、3.00g/kg、3.10g/kg、3.20g/kg、3.30g/kg、3.40g/kg、3.50g/kg、3.60g/kg、3.70g/kg、3.80g/kg、3.90g/kg、4.00g/kg、4.10g/kg、4.20g/kg、4.30g/kg、4.40g/kg、4.50g/kg、4.60g/kg、4.68g/kg或其任意两个数值组成的范围值；阳离子交换量为4.0cmol/kg、4.1cmol/kg、4.2cmol/kg、4.3cmol/kg、4.4cmol/kg、4.5cmol/kg、4.6cmol/kg、4.7cmol/kg、4.8cmol/kg、4.9cmol/kg、5.0cmol/kg或其任意两个数值组成的范围值。
47.典型的但非限定性的，按重量百分比计，旱地砂土改良剂占改良旱地砂土的2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％或其任意两个数值组成的范围值。
48.以下结合具体实施例对本技术作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本技术所要求保护的范围。
49.实施例1
50.1.旱地砂土改良剂的制备
51.将水基钻屑、黄绵土和腐熟秸秆分别过2mm筛，按照水基钻屑：腐熟秸秆：黄绵土＝15:1:2的重量份数进行混合，所得混合物即为旱地砂土改良剂。其中，水基钻屑采集自陕西省延安市延长县页岩气田2号井；腐熟秸秆为玉米秸秆经过磨碎后，置于灭菌的塑料盒内，加入适量去离子水保持湿润，搅拌均匀后压实，密封25℃下保存20天使之腐熟得到；黄绵土采集自陕西省延安市延长县。上述各原料性质见表1。
52.表1
53.原料水基钻屑腐熟秸秆黄绵土ph9.17.28.42电导率(μs/cm)305756112有机质(g/kg)3.7205.685.53碱解氮(mg/kg)3115689有效磷(mg/kg)13.792273.89速效钾(mg/kg)1534138/cec(cmol/kg)2.6528.744.56
54.2.旱地砂土的改良
55.待改良的旱地砂土取自内蒙古鄂尔多斯神东煤矿塌陷地风积沙区。将上述旱地砂土改良剂与旱地砂土混合，将其放于直径为11.5cm的圆柱形土盆内，保持砂土总重500g，见干见湿浇水，稳定一周后，得到改良旱地砂土，其中改良剂占改良旱地砂土的8％(重量百分比)，试验用盆高11cm，上直径11.5cm，下直径8cm，每盆土重500g。花盆底部平均分布有三个小孔(孔径为1.5cm)，以保证透气性。为了防止土壤沿小孔漏出，在盆内底部铺四层纱布，并在底部配以托盘。采用了同样处理但未添加旱地砂土改良剂的旱地砂土作为对照组。对处理后砂土各项指标进行测定，包括有机质、容重、饱和导水率、ph值和蒸散量。
56.3.旱地砂土改良的效果验证
57.采用改良后的旱地砂土进行植物生长试验，以大花萱草作为示例性植物验证旱地砂土改良的效果。选取宿根饱满、表面无明显破损、长10cm的大花萱草宿根，植入试验用盆中，每日定期浇水，浇水量控制在田间最大持水量的70％，40天后选取长势均匀的植株收获，测定株高和生物量。(可以以穴栽方式种植大花萱草，穴间距为13～15cm，从而以较少的改良剂用量实现砂土改良及植物栽培。)
58.测定方法
59.本发明涉及各指标的测定均采用本领域公知的方法进行，具体的测定方法可以使用如下几种：ph测定采用电位法；电导率(ec)测定采用电导率法(水土比5:1)；有机质采用重铬酸钾氧化
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外加热法测定；碱解氮采用碱解-扩散法测定；有效磷采用碳酸氢钠浸提
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钼锑抗比色法测定；速效钾采用乙酸铵浸提
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火焰光度法测定；阳离子交换量(cec)采用三氯化六氨合钴浸提-分光光度法测定。
60.砂土的容重、总孔隙度采用环刀法测定；饱和导水率采用环刀法依据达西定律测定。蒸散量定义为第一天某个时间点称重量减去第二天同一时间点称重量，即为24小时蒸散量，采用微型蒸渗仪在室外、温度12～28℃测定。
61.植物株高定义为从植物基部至整个植株最高处的高度；生物量定义为地上植株干重，即收获后用烘箱105℃杀青30分钟后再以75℃烘干至恒重后测得的重量。
62.实施例2至5
63.实施例2至5与实施例1的区别在于，改良剂的原料性质不同，详见表2。
64.表2
[0065][0066][0067]
实施例6至13
[0068]
实施例6至13与实施例1的区别在于，改良剂的组分不同，详见表3。
[0069]
表3
[0070]
重量份数水基钻屑腐熟秸秆黄绵土实施例11512实施例6100.51
实施例71011实施例8130.52实施例9130.51实施例10150.70.5实施例11170.82实施例12180.80.5实施例132010.5
[0071]
实施例14至19
[0072]
实施例14至19与实施例1的区别在于，改良过程中，改良剂占改良旱地砂土的重量百分比不同，详见表4。
[0073]
表4
[0074] 改良剂占改良旱地砂土的重量百分比实施例18％实施例141％实施例152％实施例164％实施例176％实施例1815％实施例1920％
[0075]
实施例20
[0076]
实施例20与实施例1的区别在于，改良剂中还加入了1重量份的聚糖多肽生物钾。
[0077]
实施例21
[0078]
实施例21与实施例1的区别在于，改良剂中还加入了0.5重量份的聚糖多肽生物钾和0.5重量份的石膏。
[0079]
对比例1
[0080]
对比例1与实施例1的区别在于，改良剂中仅包括：水基钻屑：黄绵土＝10:1。
[0081]
对比例2
[0082]
对比例2与实施例1的区别在于，改良剂中仅包括：水基钻屑：黄绵土＝15:2。
[0083]
对比例3
[0084]
对比例3与实施例1的区别在于，改良剂中仅包括：水基钻屑：黄绵土＝10:1。
[0085]
对比例4
[0086]
对比例4与实施例1的区别在于，改良剂中原料性质不同。其中水基钻屑采集自陕西省延安市延长县页岩气田，加入适量纯水淋洗使全盐量低于1.5g/kg。腐熟秸秆为玉米秸秆经过磨碎后，置于灭菌的塑料盒内，加入适量去离子水保持湿润搅拌均匀后压实，密封25℃下保存20天使之腐熟。黄绵土采集自陕西省延安市延长县。淋洗后水基钻屑，以及腐熟秸秆和黄绵土的各项性质见表5。
[0087]
表5
[0088][0089]
上述各实施例和对比例的参数测定结果见表6。
[0090]
表6
[0091]
[0092][0093]
由上可知，相对于未加入改良剂的对照组砂土和对比例1至4，添加了本发明特定性质和重量份的改良剂的各实施例有机质含量显著提高，且在一定范围内提高程度随改良剂的添加比例而增加。改良剂中腐熟秸秆和水基钻屑的存在，显著改善了砂土的养分含量。秸秆经过腐熟后，秸秆中不易被吸收的生物大分子转变成为易被吸收的小分子，这也有助提高有机质养分含量。此外，还发现腐熟秸秆的加入对改善砂土的物理性质和增加土壤团聚发挥着作用。
[0094]
由上可知，相对于未加入改良剂的对照组砂土和对比例1至4，添加了本发明特定性质和重量份的改良剂的各实施例砂土的容重明显降低，且在一定范围内随着改良剂添加量的增加，容重降低更多。容重的降低表明土壤质地从砂质向壤质方向的有利转变，代表着砂土的良好改善趋势。同时，饱和导水率也显著降低，饱和导水率可能受到容重、质地等因素的影响，饱和导水率的降低对于干旱地区砂土的治理具有非常重要的意义，代表着土壤持水保水性能的增强。此外，蒸散量也显著降低，这对于干旱地区的土壤保水具有十分重要的价值。
[0095]
由上可知，水基钻屑本身的ph明显偏高，直接施加会带来土壤盐碱化的风险。在与黄绵土、腐熟秸秆组合后，处理后砂土的ph值已有显著降低，处在相对可接受的水平，克服了水基钻屑的利用障碍，避免其带来的盐碱化不利影响。
[0096]
由上可知，相对于未加入改良剂的对照组砂土和对比例1至4，添加了本发明特定性质和重量份的改良剂的各实施例的砂土栽植的大花萱草在株高和生物量方面显著更优，可见本发明的改良剂能够显著改善砂土的性质，植物在其中的存活状况大大改善。
[0097]
由上可知，对比例4虽然也使用了水基钻屑与黄绵土、腐熟秸秆的组合，但由于其特征性数据未进行优化，因此与实施例相比改良效果有限，对于砂土的保水性能提升并不明显。
[0098]
由上可知，与对比例相比，本发明各实施例的旱地砂土改良剂与砂质土壤的结合
效果较好，能够有效改善砂土的团聚效果，避免土质流失，特别是可以有效改善砂土的营养状况和理化性质，显著降低砂土的容重、饱和导水率和蒸散量，从而显著提升旱地砂土的保水性能，特别适合用作干旱半干旱地区的砂土改良，同时还可促进水基钻屑和秸秆的资源化利用，具有可因地制宜、经济可行性高的优点，具有规模应用前景。此外可以看出，当各参数均在本发明优选范围之内时，改良效果更佳。
[0099]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种旱地砂土改良剂，其特征在于，按重量份数计，包括13～20份的水基钻屑、0.5～1份的腐熟秸秆和0.5～2份的黄绵土；其中，所述水基钻屑的ph为8.3～9.5；电导率为257～562μs/cm；有机质含量为2.09～3.75g/kg；碱解氮含量为30.14～35mg/kg；有效磷含量为12.99～17.79mg/kg；速效钾含量为1534～1967mg/kg；阳离子交换量为1.5～5.0cmol/kg；所述腐熟秸秆的ph为6.8～7.6；电导率为500～900μs/cm；有机质含量为150～550g/kg，碱解氮含量为150～173mg/kg，有效磷含量为220～231mg/kg，速效钾含量为135～142mg/kg；阳离子交换量为15.26～28cmol/kg；所述黄绵土的ph为7.5～8.5，电导率为90～112μs/cm，有机质含量为5.0～6.0g/kg，碱解氮含量为70～95mg/kg，有效磷含量为2.87～4.68g/kg，阳离子交换量为4.0～5.0cmol/kg。2.根据权利要求1所述的旱地砂土改良剂，其特征在于，按重量份数计，所述旱地砂土改良剂包括13～18份的所述水基钻屑、0.5～0.8份的所述腐熟秸秆和0.5～2份的所述黄绵土。3.根据权利要求1或2所述的旱地砂土改良剂，其特征在于，按重量份数计，所述旱地砂土改良剂包括13～17份的所述水基钻屑、0.5～0.8份的所述腐熟秸秆和1～2份的所述黄绵土。4.根据权利要求1或2所述的旱地砂土改良剂，其特征在于，按重量份数计，所述旱地砂土改良剂包括13～15份的所述水基钻屑、0.5～0.7份的所述腐熟秸秆和0.5～1份的所述黄绵土。5.根据权利要求1至4中任一项所述的旱地砂土改良剂，其特征在于，所述旱地砂土改良剂还包括0.5～1重量份的营养物质，所述营养物质包括聚糖多肽生物钾、γ-聚谷氨酸、腐殖酸和褐煤的一种或多种。6.根据权利要求1至5中任一项所述的旱地砂土改良剂，其特征在于，所述旱地砂土改良剂还包括0.5～1重量份的辅助材料，所述辅助材料包括石膏和/或高岭土。7.一种旱地砂土的改良方法，其特征在于，包括：向旱地砂土中添加权利要求1至6中任一项所述的旱地砂土改良剂，得到改良旱地砂土。8.根据权利要求7所述的改良方法，其特征在于，按重量百分比计，所述旱地砂土改良剂占所述改良旱地砂土的2～15％。9.根据权利要求7或8所述的改良方法，其特征在于，按重量百分比计，所述旱地砂土改良剂占所述改良旱地砂土的6～10％。10.根据权利要求7至9中任一项所述的改良方法，其特征在于，按重量百分比计，所述旱地砂土改良剂占所述改良旱地砂土的6～8％。

技术总结
本发明提供了一种旱地砂土改良剂、旱地砂土的改良方法。按重量份数计，旱地砂土改良剂包括13～20份的水基钻屑、0.5～1份的腐熟秸秆和0.5～2份的黄绵土；并限定各组分具有特定的pH、电导率、有机质含量、碱解氮含量、有效磷含量、速效钾含量、阳离子交换量。本发明的旱地砂土改良剂与砂质土壤的结合效果较好，能够有效改善砂土的团聚效果，避免土质流失，特别是可以有效改善砂土的营养状况和理化性质，显著降低砂土的容重、饱和导水率和蒸散量，从而显著提升旱地砂土的保水性能，特别适合用作干旱半干旱地区的砂土改良，同时还可促进水基钻屑和秸秆的资源化利用，具有可因地制宜、经济可行性高的优点，具有规模应用前景。具有规模应用前景。


技术研发人员：高云飞 王义 郭洋楠 杨利平 潘金 常建鸿
受保护的技术使用者：中国神华能源股份有限公司神东煤炭分公司
技术研发日：2023.06.08
技术公布日：2023/9/9