腐殖酸在土壤修复中的作用.pptx
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腐殖酸在土壤修复中的作用.pptx
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北京市农林科学院营资所研究员原副所长全国农业科技下乡专家团专家中农控股股份有限公司顾问全国新型肥料协作组副理事长肥料创新技术产业化联盟理事长电话:
13701196005,腐殖酸在土壤修复中的作用,
(1)土壤养分下降,
(2)土壤沙化,(3)养分不平衡,(4)酸化或碱化,(5)土传病害严重,(6)犁底层变浅,我国土壤面临中着严重的危机,LOGO,(7)土壤板结,全球土壤沙漠化面积扩展速度57万平方千米/年我国为3436平方千米/年,盐碱地、矿区废弃地、污染地、草原退化,矿区废弃地:
约1300万hm2,其中煤炭地下开采塌陷土地66万hm2,年增2.2万hm2;露天排土场和煤矸石占地4.5万hm2(矸石量为原煤15-20)。
现有1500多座矸石山占地约200万hm2.盐碱地:
约4000万hm2,其中耕地760万hm2。
东北华北西北内陆区及长江北沿海地带.草原加剧退化:
我国草原面积以每年30%(约130万公顷)的速度退化,环境保护部和国土资源部联合发布耗时八年的全国土壤污染状况调查公报显示,,全国实际调查面积630万km2土壤重金属超标率,16.1%,耕地土壤点位超标率19.4%。
主要污染物为镉、镍、铜、砷、汞、铅、滴滴涕和多环芳烃。
以镉大米这样的重金属污染为例,全国因重金属污染的粮食达1200万吨。
重金属污染,连作障碍,自毒作用,土壤管理,肥料管理,水分管理,种植管理,残留物的影响,影响其他植株向有机体土壤中的生长释放化化学生学物质态学现象,土传质量变化的原因,土壤生物生态破坏,生态农业,生态农业简称ECO(Ecoagriculture的缩写),是按照生态学和经济学原理,运用现代科学技术成果和现代管理手段,以及传统农业的有效经验建立起来的。
能获得较高的经济效益、生态效益和社会效益的现代化高效农业。
存在的主要问题沉重的人口压力,对自然资源的不合理利用,生态环境整体恶化,农业的面源污染、水土流失、土地退化、荒漠化、水体和大气污染、森林和草地生态功能退化等粮食安全面临考验已经成为制约生态农业持续发展的主要障碍,耕地土壤生态体系,干水分湿,热热能冷,粗粒径细,多(大)pH、团粒结构少(小),足气体稀,优土体结构劣,土壤生态系统,土壤改良的基本概念,土壤化学改良:
用化学改良剂改变土壤酸性或碱性。
常用改良剂:
石灰、石膏、磷石膏、氯化钙、硫酸亚铁、腐殖酸钙等。
土壤物理改良:
采取农业、水利、生物等措施,改善土壤性状,提高土壤肥力的过程。
具体措施有:
适时耕作,增施有机肥,改良贫瘠土壤;客土、漫沙、漫淤等;设立灌、排渠系,排水洗盐、种稻洗盐等;植树种草,营造防护林,设立沙障、固定流沙,改良风沙土等。
土壤调理剂的基本概念,土壤调理剂:
加入土壤中用于改善土壤(不良)的物理和化学性质及其生物活性的物料。
作用:
调节与理顺土壤的不良症状,维持土壤健康!
(相当于生病吃药!
)土壤改良:
全面改善土壤的不良性状,消除土壤中不利于作物生长的障碍因子特点(与土壤改良的区别):
用量小,作用大,见效快!
酸性土壤调理剂:
发达国家以高分子复合型调理剂为主,国内废弃矿物或天然环境材料-石灰为主盐渍化土壤调理剂:
以石膏等为主要成分的盐渍化土壤调理剂较少;沙性土壤调理剂:
需具有固沙保水双重效果干旱瘠薄型水肥复合调理剂:
提供养分,保持水分和养分,土壤调理剂主要类别-按照功能分类,土壤调理剂主要类别-按照成分分类,无机(石灰质)调理剂:
含有钙镁元素的无机土壤调理剂。
通常钙和镁以氧化物、氢氧化物或碳酸盐形式存在,主要用于保持或提高土壤的pH值。
有机土壤调理剂:
来源于植物或动植物的产品,用于改善土壤的物理性质和生物活性。
有机无机土壤调理剂:
其可用物质和元素来源于有机和无机物质的产品,由有机土壤调理剂和含钙、镁、硫的土壤调理剂混合和化合制成,腐殖酸,腐植酸是动植物遗骸,主要是植物的遗骸,经过微生物的分解和转化,以及地球化学的一系列过程造成和积累起来的一类有机物质。
它的总量大得惊人,数以万亿吨计。
江河湖海,土壤煤矿,大部分地表上都有它的踪迹。
由于它的广泛存在,所以对地球的影响也很大,涉及到碳的循环、矿物迁移积累、土壤肥力、生态平衡等方面。
土壤所含的腐植酸总量最大,但在其中的含量平均不足百分之一,咸淡水中含有的总量也不小,但是浓度更低。
最有希望加以开发利用的腐植酸资源,是一些低热值的煤炭,诸如泥炭、褐煤和风化煤。
在它们之中,腐植酸含量达10-80%。
我国煤炭蕴藏量是非常丰富的,根据资料,有泥炭50亿吨,褐煤1265亿吨,风化煤尚没有统计数据。
从这个意义上说,腐植酸的生产和应用,也可以说是煤化工的一个方面。
腐植酸大分子的基本结构是芳环和脂环,环上连有羧基、羟基、羰基、醌基、甲氧基等官能团,腐殖酸的结构,什么是腐植酸,1.1腐植酸定义及存在类型定义:
腐植酸是动、植物遗骸,在微生物以及地球物理、化学作用下,经过一系列分解和转化形成的一类具有三维空间结构的复杂的高分子芳系羟基羧酸,含有羧基、酚羟基、醇羟基和醌基等活性含氧官能团。
土壤腐植酸,水体腐植酸,存在类型,湖泊,海洋,腐植酸是土壤肥力的基础土壤有机质的主要成分,腐殖质中最活跃的部分土壤有机质的60%以上,土壤,矿物源(煤炭)腐植酸存在类型,泥炭、草炭,褐煤,风化煤,一、腐植酸基础知识,褐煤,近2000亿吨,开采价值157万亿元,风化煤1000亿吨,可开采价值45万亿元,泥炭,124亿吨,可开采价值1.53万亿元,我国矿物源腐植酸资源可开采总价值大约300万亿元。
一、腐植酸基础知识,1.2腐植酸可开发利用资源土壤和水体腐植酸因含量低很难利用,而煤炭腐植酸在我国存量很大,开发容易,利用方便,效益可观,其发展前景方兴未艾。
一、腐植酸基础知识,1.3腐植酸功效,腐植酸的形态,我国腐植酸资源非常丰富,它储量大,分布广,品位好。
据有关资料统计,有泥炭1248亿吨,居世界第四位;褐煤1265亿吨,还有大量的风化煤。
在利用生物工程方面,进一步筛选优良菌种,加快开发定向菌种,这样,研制生化腐植酸或生化黄腐酸类产品的资源利用就会无穷无尽。
腐植酸的分类按照来源,腐植酸可分为天然腐植酸和人造腐植酸两大类。
在天然腐殖酸中,又按存在领域分为土壤腐植酸、煤炭煤腐植酸、水体腐植酸和霉菌腐植酸等。
按照生成方式,腐植酸可分为原生腐植酸和再生腐植酸(包括天然风化煤和人工氧化煤中的腐植酸)。
按照在溶剂中的溶解性和颜色分类,腐植酸可分为黄腐酸、棕腐酸、黑腐酸。
在早先的文献中,还有灰腐酸、褐腐酸和绿色腐植酸的称呼,其实都是不同溶剂分离出来的。
按照天然结合状态,又分为游离腐植酸和(钙、镁)结合腐植酸。
按照腐植酸的腐植化程度(吸光系数等指标),分为A型、B型(真正的腐植酸),和RP型和P型(不成熟的腐植酸)等。
煤炭腐植酸结构式,图2.1煤炭腐植酸结构模型(之一)以芳系核为主体,含有多种官能团结构、组成、性质的酸性物质聚合体,为黑色或棕色的无定型的胶体物质。
褐煤棕黑色、无光泽的低级煤。
质地疏松,含碳量与发热量较低,挥发分40%左右,烟煤煤化程度高于褐煤低于无烟煤(长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、煤、贫煤等),挥发分10%-40%。
无烟煤煤化程度最大的煤;质地硬,碳量90%以上,挥发物10%以下,风化煤(腐植酸)被风化了的煤(风化褐煤、风化烟煤、风化无烟煤),2煤炭腐植酸的组成,结构单元组成,活性基团,连接核的单原子或原子基团,桥键:
单桥键,双桥键,羧基(-COOH)酚羟基(-OH)醌基,或,最普遍:
-O-、-CH2-(桥氧基、次甲基),元素组成:
C、H、O、N、S、和少量P(Cu、Zn、Fe、Mn、Na、K)分子组成:
几个相似的结构单元组成的大复合体核:
由单环或23个以上的环状或杂环化合物组成,离子交换性能离子交换量,比土壤胶体大1020倍。
表2.2各种腐植酸盐的盐基交换量(日本),螯合性能,络合物由中心离子、内配位层、外配位层组成螯合物又称内络合物,是中心离子和配位体单键配合而成的具有环状结构的络合物。
腐植酸为配位体形成的络离子与Fe、Cu、Ca、Mg、Al、Zn等金属离子形成络离子活化中微量元素与固磷物质等形成络合物,减少对磷的固定(6.644.9%)增磷迁移(34cm),活化磷素,腐植酸类肥料施入土壤之后,改良土壤作用表现在促进土壤团粒结构的形成,增加土壤的代换容量,提高土壤缓冲性能,加强土壤微生物活性等方面。
改良土壤作用化肥增效作用作物刺激作用增强作物抗逆性能作用改善农产品品质作用,1、增加土壤团粒结构,水、空气“小水库”,微生物“小养分库温度恒定根系易生长,2、对酸性土壤和盐碱土壤的缓冲作用3、活化土壤中的养分,腐植酸可生物降解,无二次污染;在土壤改良方面:
改善土壤的团粒结构和肥力提高,改良盐碱土壤。
促进土壤微生物活性。
土壤自生固氮菌显著增多,丰富土壤氮营养。
土壤安定剂土壤胶结剂土壤增温剂去除土壤中污染物。
可络合、螯合、吸附重金属离子(汞、铅、镉、铜、锌等离子吸附量80%以上,资料),其吸附性比活性炭高1倍以上。
重金属土壤改良剂,腐植酸土壤调理剂,有机堆肥。
利用传统的堆肥方法,堆积污染土壤,将污染物与有机物,稻草、麦秸、碎木片和树皮等、粪便等混合起来,依靠堆肥过程中的微生物作用来降解土壤中难降解的有机污染物;腐殖酸肥料。
可以增加土壤中腐殖质含量,使土壤对重金属的吸附能力增加,从而减少植物的吸收。
同时,腐殖酸是重金属的螯合剂,在一定条件下能与重金属结合,从而降低土壤中重金属元素的毒害。
重金属有机改良剂,腐殖酸的分类,28,生物腐植酸:
以工农业有机废弃物生物质为原料,在人工控制条件下,采用生物发酵技术制取的既含腐植酸又含有效微生物的产品。
我国在20世纪80年代首次提出!
目前应用最广的是天然腐植酸中的煤类(矿物)腐植酸和人工腐植酸中的生物腐植酸。
生物、矿物腐植酸特性比较表,生物腐植酸的特性?
可以生产生物腐殖酸的原料,味精生产的副产品烟草的茎秆的利用糠醛生产的副产品甜菜、甘蔗加工的副产品餐厨的废弃物氨基酸产品酵母生产的渣料奶业加工厂的渣料银杏加工的副产品,以有机废弃物为原料,采用生物发酵工艺生产生物腐植酸多功能产品,是一个朝阳产业!
提高农产品产量改良土壤抗病、抗旱、抗逆,粮食安全,实现土壤固碳节约能源减少N、P等污染物排放,节能减排,环境保护,实现废弃物资源化减少水、土、气污染降低资源消耗,发展生物腐植酸产业的意义?
生态功效,生物腐植酸是净化生物圈、改善生态环境的宝贵资源。
由于生物腐殖酸的内表面积大,分子结构中含有醌基、半醌基、羧基和酚羟基等官能团,因此,在改善生态环境的应用中,有以下作用:
提高了农药使用的安全性在中低产田改良中有很大潜力促进资源循环利用,减少废弃物的污染改良或修复污染土壤,净化土质,低碳功效,34,生物腐植酸在维护大气碳循环,减少温室气体排放的地位日益凸显,其低碳特质,在大环境、大农业中发挥着“绿叶”作用。
具体途径包括:
直接固碳间接减排,矿物腐殖酸的分类,黄腐酸;黄腐酸;酸性较强,对金属离子有很好的络合作用,在植物体内移运较快,刺激作用较强;黄腐酸有黄腐酸的产品主要有黄腐酸钠、黄腐酸钾、黄腐酸铵黄腐酸是一种高效大分子有机化合物,是腐植酸中分子量最小,活性基团含量最高的水溶性部分,其功能基团相互作用,反映出多种特定的物理化学特性,进入动植物机体后,能发挥出多种多样的生理功能,通过抑制或激活酶而作用于动、植物机体的新陈代谢,反映出明显的刺激作用,通过内分泌激素的调节及提高机体免疫功能而发挥治疗作用。
黑腐酸;在植物体内移运较慢,刺激作用较慢,易被植物表面吸附,促进根系生长有较好作用;棕腐酸:
含有氧活性基团含量中等,在植物体内移运较慢、刺激中等。
腐植酸广泛存在于土壤、泥炭、褐煤、风化煤中,海洋、湖泊及沼泽,天然水中也含有少量腐植酸。
二、腐植酸的功能,1、提高土壤结构的胶体性能2、调节土壤的PH3、增强土壤的缓冲性能4、提高土壤养分的利用率5、减少土壤的土传病害5、降低重金属离子的活性减少作物对重金属离子的吸收,腐殖酸在农业中起着重要作用,调节土壤PH,除草作用,增加阳离子代还量,疏松土壤,作物生长调理剂,土壤调理剂,促进和增加土壤有机质,2.1胶体性能,腐植酸是一种亲水性可逆胶体,在水溶液中显示疏松的结构,在水中的最小分散颗粒的直径大约是6nm-10nm,加入电解质(特别是含多价金属阳离子)会破坏HA胶体溶液的稳定,使HA颗粒凝聚起来,产生絮凝作用。
腐植酸的胶体性能多用于石油降滤失剂、水煤浆添加剂和废水的重金属处理。
2.2离子交换性能:
腐植酸是营养元素的交换机盐基交换:
CEC“阳离子交换容量”的代号,反应的是与金属离子交换的能力,一般用mmol/g(毫摩尔/克)表示。
腐植酸盐基交换容量是土壤肥力的一个重要标志,决定着土壤保持养分的能力。
腐植酸促进和制约着土壤钾、钙、镁、铁、锌、锰等有益元素的迁移、固定和淋溶。
土壤表层腐植酸类物质占土壤总重的2%-10%,但腐植酸类物质CEC却占总CEC的35%-65%。
2.2离子交换性能:
腐植酸盐基交换能力是由其所含的官能团羧基、羟基等的多少决定的,官能团含量越高,交换能力越强。
土壤有机质低,养分流失严重,在这些地带使用腐植酸肥料,提高阳离子代换量,增加土壤保肥,减少养分损失具有重要意义,养分激放作用更加显著。
2.3腐植酸提高肥料利用率,任何一种肥料施入土壤后都不能全部被作物吸收利用,其中一部分由于淋失、挥发或被土壤固定而成为作物不可利用的形态。
影响肥料利用率的因素有很多,如肥料的品种、作物的种类、土壤状况、栽培管理措施、环境条件、施肥数量、施肥方法及施肥时期等。
2.3腐植酸提高肥料利用率,腐植酸提氮、促磷、解钾随着化肥工业的发展,化肥使用量不断提高,对促进农业生产持续增长起了重要作用,但化肥利用率低,投肥成本增加,目前我国氮肥利用率30%-50%,磷肥利用率10%-20%,钾肥利用率50%-70%。
如在氮磷钾和微量元素的化肥中添加适量的腐植酸产品可以不同程度提高化肥的利用率。
氮肥是植物生长不可缺少的肥料,是农业的主肥。
腐植酸与氮肥相结合,一方面可将氨态氮(NH3-N)吸收、固定,转化为有效,4,的铵态氮(NH+-N),将一氧化二氮,3,(N2O)还原转化为硝酸根离子(NO-),,通过生成稳定的化学键,有效减少氮肥损失,。
2.3.1腐植酸提氮,腐殖酸是氮肥的稳定剂另一方面,通过保护和抑制土壤脲酶活性,降低氮释放速度,减缓氮肥(主要是尿素和碳铵)的分解和挥发,从而提高氮肥利用率。
。
磷是植物重要的必须营养元素之一,对农作物早熟、高产、优质品质的形成具有重要作用腐植酸与磷肥结合,具有很强的增效磷肥作用。
具体表现在:
1、抑制土壤对水溶性磷的固定,减缓速效磷向迟效、无效态磷的转化过程。
2、增加磷在土壤中的移动距离,有助与作物根系吸收。
3、提高土壤磷的有效性,提高肥效。
2.3.2腐植酸促磷,。
钾是作物成长发育必须的大量元素之一,能增强作物抗逆的能力,对作物良好品质形成有促进作用,因此被看做“品质元素”腐植酸与钾肥有机结合,具有速效与缓释兼具的效果。
一方面,腐植酸本身具有生物活性,可以促进根系生长发育,提高植物对营养元素的吸收能力。
另一方面,腐植酸分子活性功能团通过吸附作用形成腐植酸钾使钾肥料成为具有一定的缓释性能的钾。
2.3.3腐植酸活钾,腐殖酸,2.4腐植酸土壤稳定剂,腐植酸是增加土壤团粒结构的工具在黑钙土中腐植酸通过不溶性的腐植酸钙络合物形成原生团聚体,这种形态的结合体对土壤的结构稳定性贡献最大,在灰化土和红壤土中,三氧化二铁与腐植酸结合成具有胶粘特征的化合物,无论哪种土壤富含腐植酸的土壤比贫瘠土壤的团聚体高5-7倍,总孔隙度高0.3-1倍,空气含氧和渗水速度明显偏高。
土壤团粒结构,2.5腐植酸的持水性,腐植酸是高效实惠的保水剂由于腐植酸能降低水的表面张力,从而减低水与土粒表面的接触角,增加水的铺展面积,使得土壤保水能力提高;同时其具有疏松的“海绵状”结构,比表面积为330m2/g340m2/g,能吸水而膨胀,防止水分流失。
富含腐植酸的土壤比贫瘠无机土壤持水能力提高5-10倍。
腐植酸类似海绵切面结构放大图片,2.6改善农产品品质,腐植酸农作物的优化者腐植酸类物质和有机质对农产品的品质改善有一定作用,这种效果取得的经济效益和社会效益都是很大的。
农产品品质包括营养水平和污染物含量两个方面:
一是提高营养物质(如蛋白质、氨基酸、糖类、维生素、有益元素等)的含量,二是降低有害物质(如某些重金属、硝酸盐、亚硝酸盐、残留农药等)的含量。
在这两方面腐植酸担当着重要角色。
2.7腐植酸刺激作物长腐植酸是天然的植物生长调节剂,植物体内新陈代谢,物质的分解与合成都靠各种酶来完成的,酶是与生命现象相关的物质,腐植酸的酚羟基和醌基等活性官能团对多酚氧化酶、过氧化氢氧化酶、抗坏血酸氧化酶、转化酶等多种酶都有促进作用。
一定浓度的黄腐植酸和腐植酸钾、钠、铵溶液通过浸种、蘸根、喷洒和根施等方式在作物不同生育阶段都产生刺激作用,促进植物生长发育提高产量提升品质。
腐植酸对改善植物生长环境有利,即在不良的生长环境中(如:
旱、涝、寒、热、酸、碱、肥料过多或过少)腐植酸作用更明显。
这种效应称为“腐殖质效应”。
腐植酸加快秸秆的腐熟,秸秆还田确实是秸秆利用的一种方式,前提是技术足够纯熟。
以泉林“一草两业”模式为代表的腐植酸秸秆利用模式更安全、环保。
该模式用“秸秆废液精制有机肥技术”,将铵法制浆黑液全部转化为富含有机质、腐植酸/黄腐酸、氮磷钾及多种中微量元素的腐植酸有机肥产品,使秸秆中的有机质经过工业生产过程重新返回到农田,提高了土壤有机质、土壤肥力和化肥利用率,实现了制浆造纸-农业的巧妙链接,构建了农业和造纸业的良性循环。
腐植酸可降解地膜减残留,2005年,第一代腐植酸可降解地膜研制成功,成为农业应用领域里一项革命性的新技术。
至今,经过12年的技术更新和完善,腐植酸多功能可降解地膜的保温、保水、养土、肥田、保苗等方面的性能越来越好,适用范围也越来越广,完全可以满足东北黑土地“地膜零增长”行动要求。
腐植酸水污染防治与修复水污染最常见的现象就是富营养化和重金属污染。
大量投入化肥淋溶是水体富集营养化的主要来源,而腐植酸与化肥的有机结合,通过提高化肥利用率可以减少化肥使用量30%50%以上,大大减少化肥尤其是氮肥的淋溶,从而有效解决水体富养化,腐植酸转化畜禽粪便资源化利用,利用腐植酸及其菌剂,无害化转化畜禽粪便成生物腐植酸及其有机肥,可以实现废弃物“减量化”“无害化”“资源化”“低碳化”,从根本上解决畜禽养殖环境污染和资源循环利用问题。
腐植酸增加土壤有机质含量有机质不一定是腐植酸,是腐植酸一定是最好的有机质。
腐植酸与化肥结合具有天然的优越条件,既能养好土,又培好肥,且与作物和环境好。
从这个意义上讲,让安全的有机质,特别是工业提取的腐植酸有机质优化化肥,提高土壤肥力,保障果菜茶源头安全生产具有积极作用和现实意义。
生物腐植酸农业中的应用,提高土壤肥力,提高肥料利用率,土壤固碳,土壤修复,土壤改良,水体净化,微生物肥料,养殖,提高肉蛋产量,提高饲料利用率,提高免疫力,消炎、止痛,种植,增加作物产量,提高产品品质,增加土壤微生物,生物腐植酸,生态环保,抗旱、抗逆,提高肥料利用率,腐殖酸的主要功能,腐殖酸,固氮促磷促钾,活化土壤,生物活化剂,水的调理剂,活化中微量元素,酶增效剂,电话:
13701196005,腐植酸是最好的土壤调理剂,谢谢倾听!
多提意见和建议,腐殖酸是土壤修复最好的调理剂,电话:
13701196005邮箱:
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