CN101941854B - 一种兼顾co2施肥的设施菜地土壤改良剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种兼顾CO₂施肥的设施菜地土壤改良剂及其制备方法。本发明所形成的设施菜地土壤改良剂以农业废弃物作物秸秆为主体，粉碎后按比例添加调理剂与微生物菌剂进行静态堆制，通过优化的翻堆时间与翻堆频率确定最佳的腐熟程度，得到土壤改良剂。上述设施菜地土壤改良剂针对设施菜地土壤质量的退化特征，可显著改善土壤理化性状，降低盐分含量，提高土壤的适耕性，防治土壤连作障碍；可显著提高设施内CO₂浓度从而改善作物的光合作用，在提高设施菜地土壤可持续生产能力基础上显著提高作物产量，是一种兼顾CO₂施肥的设施菜地土壤改良剂；上述土壤改良剂原料来源广泛，制作工艺简便，适于在我国大面积推广应用。

Description

一种兼顾CO2施肥的设施菜地土壤改良剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种设施菜地土壤改良剂及其制备方法，特别是涉及兼顾设施内CO₂施肥的土壤改良剂及其制备方法，属于农业技术领域。

背景技术

自20世纪90年代中期以来，我国设施蔬菜栽培面积一直稳居世界第一，目前已达到280万hm²，占世界设施蔬菜总面积的80％以上。我国设施蔬菜用20％的菜地面积，提供了40％的蔬菜产量和60％的产值，设施蔬菜产业已经成为我国许多地区农业的支柱产业。然而，长期以来农民片面追求高产的理念广泛存在，化肥、农药等农用化学品不合理投入现象十分普遍，造成设施菜地土壤质量退化，尤其是土壤C/N比过低已经成为设施菜地土壤可持续生产能力的重要限制因素，同时受种植习惯、技术限制和市场因素等影响，农民往往在同一设施内长期种植单一作物，连作障碍问题日益突出。土壤质量退化直接导致蔬菜产品的产量和质量降低，农民更多采用加大化肥、农药等用量来弥补经济损失，使农产品质量与产地环境质量进一步下降，如此反复形成恶性循环，对我国设施蔬菜产业的健康、持续发展构成严重威胁。另一方面，设施蔬菜生产处于一种相对密闭的环境中，设施内CO₂浓度常低于200μL/L，而设施蔬菜生长适宜的CO₂浓度为800-1000μL/L，CO₂的匮乏较大程度地影响着蔬菜作物的光合作用，成为设施蔬菜生产中作物优质高产的主要限制因素之一。

我国是农业大国，作物秸秆资源丰富，而且分布广泛，全国秸秆产量在7亿吨左右，其中玉米、水稻与小麦秸秆产量最大，分别占秸秆总量的36.7％、27.5％和15.2％。但目前现代科学的秸秆利用方式和意识尚未建立，秸秆利用效率低，相当大一部分秸秆被肆意焚烧或废置，每年因秸秆焚烧造成高速公路关闭与飞机不能正常降落的事件屡见不鲜，造成严重的资源浪费与环境污染。

目前针对设施菜地土壤改良剂的报道较少，中国专利CN101531905(200910071795.4)公开了一种设施园艺土壤次生盐渍化改良剂及其制备方法，利用风化煤或褐煤、沸石和蛭石制备土壤改良剂防控土壤的次生盐渍化；中国专利CN101368103(200710012471.4)公开了一种防控设施蔬菜硝酸盐污染的土壤调理剂及其制备方法，利用DCD、DMPP、沸石等制备土壤改良剂防控硝酸盐污染；此类专利仅针对设施菜地土壤质量退化的某一方面，而且原材料来源受限，生产过程相对复杂，较大程度地影响到了其大范围推广应用。综合分析目前没有形成一种针对我国设施菜地土壤质量退化特征、原料来源广泛、生产工艺简便的土壤改良剂，特别是兼顾设施内CO₂施肥的土壤改良剂未见相关报道。

发明内容

本发明针对现有技术的不足提供一种兼顾设施内CO₂施肥的土壤改良剂。该土壤改良剂原料来源广泛、制作工艺简单、适于在我国大范围推广应用。

本发明的兼顾设施内CO₂施肥的土壤改良剂，原料组分如下，均为重量比：

A组分：作物秸秆；所述作物秸秆为木质化程度较低的作物秸秆，优选玉米秸、麦秸、稻草、高粱秸、花生壳中的一种或几种的混合物；

B组分：调理剂；所述调理剂为尿素或消毒鸡粪中的一种或几种的混合物，尿素添加量占A组分的1％～3％，消毒鸡粪添加量占A组分的10％～25％；

C组分：微生物菌剂；所述微生物菌剂为秸秆腐熟剂与枯草芽孢杆菌菌剂的混合物，秸秆腐熟剂与枯草芽孢杆菌菌剂的重量比为1∶0.2～2.5，微生物菌剂的添加量为A组分的5％～12％。

上述秸秆腐熟剂与枯草芽孢杆菌菌剂均能够从市场上购得，例如：北京市京圃园生物工程有限公司、云南星耀生物制品有限公司、济宁三环化工有限公司等。

本发明的优选的兼顾设施内CO₂施肥的土壤改良剂，原料组分如下，均为重量比：

A组分：作物秸秆为玉米秸、麦秸、稻草中的一种或几种的混合物；

B组分：调理剂为占A组分1％～2％的尿素与占A组分10％～20％的消毒鸡粪的混合物；

C组分：微生物菌剂为秸秆腐熟剂与枯草芽孢杆菌菌剂的混合物，秸秆腐熟剂与枯草芽孢杆菌菌剂的重量比为1∶1～1.5，微生物菌剂的添加量为A组分的8％～10％。

优选的，所述调理剂为占A组分1％的尿素与占A组分20％的消毒鸡粪的混合物。

优选的，所述微生物菌剂的添加量为A组分的8％，秸秆腐熟剂与枯草芽孢杆菌菌剂的重量比为1∶1。

本发明还提供一种兼顾设施内CO₂施肥的土壤改良剂的制备方法，步骤如下：

(1)作物秸秆粉碎至5～10cm，按照重量比添加调理剂与微生物菌剂，调整含水量55％～65％，以塑料薄膜密闭静态堆制，堆制体积为长1.0-3.0m、宽1.0-2.0m、高0.8-1.0m；

(2)堆制过程中通过翻堆补充水分与氧气，第1次翻堆为堆制第4天，第2次翻堆为堆制第8天，第3次翻堆为堆制第15天；

夏季制备土壤改良剂，第3次翻堆后堆制结束，此时达到作为土壤改良剂的最佳腐熟程度，得到所需土壤改良剂；冬季制备土壤改良剂，则第3次翻堆后每7天再翻堆1次，再连续翻堆2次后堆制结束，即堆制29天，此时达到作为土壤改良剂的最佳腐熟程度，得到所需土壤改良剂。

相对于现有技术，本发明具有以下优点：

1.本发明以作物秸秆为主体制备设施菜地土壤改良剂，变废为宝，实现秸秆的资源化利用，减少其焚烧或废置造成的环境污染问题，属于农业废弃物的资源化利用。

2.秸秆等原材料资源丰富，分布广泛，土壤改良剂的制备受原料及地域限制大大降低，并且土壤改良剂的制备工艺简单、易操作，生产成本低，利于大规模、大范围推广应用。

3.本发明所形成的土壤改良剂属于全营养型土壤改良剂，施入土壤后其所含大量营养元素可不断降解释放，供作物生长发育需要。

4.本发明所形成的土壤改良剂针对设施菜地土壤质量退化特征，可显著改善设施菜地土壤的适耕性，降低土壤容重，提高土壤孔隙度与C/N比，改善土壤理化性状，进而增加作物产量，提高果实品质。

5.本发明所形成的土壤改良剂确定了利用作物秸秆制备土壤改良剂的最佳腐熟程度，施入土壤后发生较强的后熟过程，秸秆的持续降解可大量释放CO₂，可显著改善作物的光合作用，从而增加作物产量。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步阐述本发明。应理解，它们仅是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限定。

实施例1：

本发明的兼顾设施内CO₂施肥的土壤改良剂，原料组分如下：

A组分：风干后的玉米秆与小麦秸秆各50kg；

B组分：1kg尿素与20kg消毒鸡粪的混合物；

C组分：4kg秸秆腐熟剂(“圃园”牌秸秆腐熟剂，购自北京市京圃园生物工程有限公司)与4kg枯草芽孢杆菌菌剂(商品名：百抗，购自云南星耀生物制品有限公司)。

本发明的兼顾设施内CO₂施肥的土壤改良剂的制备方法如下：玉米秆与小麦秸秆分别粉碎至5～10cm后混合，添加1kg尿素与20kg消毒鸡粪；再加入4kg秸秆腐熟剂与4kg枯草芽孢杆菌菌剂，混匀后调整含水量65％，以塑料薄膜密闭静态堆制，堆制体积为长2.0m、宽1.0m、高1.0m。堆制第3天最高温度出现，堆制第4天进行第1次翻堆，并补充水分，第2次翻堆为堆制第8天，第3次翻堆为堆制第15天，堆制结束，得到所需设施菜地土壤改良剂，测定其主要性状(见表1)。

本发明的兼顾设施内CO₂施肥的土壤改良剂的应用：在山东省寿光市古城镇一日光温室秋冬茬番茄种植前，在温室一半面积施入土壤改良剂，施入方法为与基肥一同施入土壤，并进行旋耕；日光温室面积667m²，供试番茄品种为百利，土壤改良剂施用量为750kg。

对比例1：

在相同日光温室另外一半面积种植番茄作为对照区，除不施入土壤改良剂外，其他一切栽培管理措施与实施例1相同。

实施效果评价：

与对比例1相比较，对实施例1所形成的土壤改良剂在日光温室番茄栽培中的应用效果进行评价。本发明所形成的土壤改良剂施入土壤后显著地改善了设施菜地土壤的理化性状(表2)，降低了耕层土壤容重，增加了土壤孔隙度，尤其是增加了土壤的通气孔隙，改善了作物的根际环境；土壤盐分积累分别较对照区降低了33.7％，从而降低了土壤次生盐渍化发生的威胁；提高了土壤中有机碳含量，从而可提高土壤C/N比，为设施菜地土壤可持续生产能力的提升奠定了良好基础。同时，土壤改良剂施入土壤后发生较强的后熟作用，作物秸秆的持续降解不断释放出CO₂，使设施内土壤地表CO₂浓度较对照区增加了29.3％，从而改善了番茄的光合作用，番茄叶片净光合速率分别较对照增加了22.2％；综合土壤改良剂的各种优良性能，土壤改良剂施用后，番茄产量分别较对照区提高了27.1％(表3)。

             表1 土壤改良剂主要营养元素含量分析

          表2 土壤改良剂对土壤理化性状的改良效果

     表3 土壤改良剂对地表CO₂浓度、番茄光合作用与产量的影响

实施例2：

本发明的兼顾设施内CO₂施肥的土壤改良剂，原料组分如下：

A组分：风干后的玉米秆与稻草秸秆各100kg；

B组分：4kg尿素与20kg消毒鸡粪的混合物；

C组分：8kg秸秆腐熟剂(“三一”牌秸秆腐熟剂，购自济宁三环化工有限公司)与12kg枯草芽孢杆菌菌剂(商品名：威绿达制剂，购自浙江大学生物技术研究所)。

本发明的土壤改良剂的制备方法，步骤同实施例1，所不同的是：各原料的用量不同，第3次翻堆结束后，每7天再翻堆1次，再连续翻堆2次后堆制结束，即堆制29天。得到所需设施菜地土壤改良剂，测定其主要性状(见表1)。

本发明的兼顾设施内CO₂施肥的土壤改良剂的应用：在山东省寿光市稻田镇一日光温室冬春茬黄瓜种植前，在温室一半面积施入土壤改良剂，施入方法为与基肥一同施入土壤，并进行旋耕；日光温室面积800m²，供试黄瓜品种为世纪星，土壤改良剂施用量为900kg。

对比例2：

在相同日光温室另外一半面积种植黄瓜作为对照区，除不施入土壤改良剂外，其他一切栽培管理措施与实施例2相同。

实施效果评价：

与对比例2相比较，对实施例2所形成的土壤改良剂在日光温室黄瓜上的应用效果进行评价。本发明所形成的土壤改良剂施入土壤后同样显著地改善了设施菜地土壤的理化性状(表4)，降低了耕层土壤容重，增加了土壤孔隙度，尤其是增加了土壤的通气孔隙，改善了作物的根际环境；土壤盐分积累分别较对照区降低了17.2％，土壤有机碳含量较对照区提高了10.3％(表4)，为设施菜地土壤可持续生产能力的提升奠定了良好基础。同时，土壤改良剂施入土壤后发生较强的后熟作用，作物秸秆的持续降解不断释放出CO₂，实施例区土壤地表CO₂浓度较对照区增加了31.8％，从而改善了黄瓜的光合作用，黄瓜叶片净光合速率较对照增加了23.9％；综合土壤改良剂的各种优良性能，土壤改良剂施用后，黄瓜产量较对照区提高了20.7％(表5)。

                表4 土壤改良剂对土壤理化性状的改良效果

       表5 土壤改良剂对地表CO₂浓度、黄瓜光合作用与产量的影响

Claims (5)

1.一种兼顾设施内CO₂施肥的土壤改良剂，原料组分如下，均为重量比：

A组分：作物秸秆；所述作物秸秆为木质化程度较低的作物秸秆；所述木质化程度较低的作物秸秆为玉米秸、麦秸、稻草、高粱秸、花生壳中的一种或几种的混合物；

B组分：调理剂；所述调理剂为尿素或消毒鸡粪中的一种或几种的混合物，尿素添加量占A组分的1％～3％，消毒鸡粪添加量占A组分的10％～25％；

C组分：微生物菌剂；所述微生物菌剂为秸秆腐熟剂与枯草芽孢杆菌菌剂的混合物，秸秆腐熟剂与枯草芽孢杆菌菌剂的重量比为1∶0.2～2.5，微生物菌剂的添加量占A组分的5％～12％。

2.如权利要求1所述的一种兼顾设施内CO₂施肥的土壤改良剂，其特征在于，原料组分如下，均为重量比：

A组分：作物秸秆为玉米秸、麦秸、稻草中的一种或几种的混合物；

B组分：调理剂为占A组分1％～2％的尿素与占A组分10％～20％的消毒鸡粪的混合物；

C组分：微生物菌剂为秸秆腐熟剂与枯草芽孢杆菌菌剂的混合物，秸秆腐熟剂与枯草芽孢杆菌菌剂的重量比为1∶1～1.5，微生物菌剂的添加量为A组分重量的8％～10％。

3.如权利要求1或2所述的一种兼顾设施内CO₂施肥的土壤改良剂，其特征在于，所述调理剂为占A组分1％的尿素与占A组分20％的消毒鸡粪的混合物。

4.如权利要求1或2所述的一种兼顾设施内CO₂施肥的土壤改良剂，其特征在于，所述微生物菌剂的添加量为A组分重量的8％，秸秆腐熟剂与枯草芽孢杆菌菌剂的重量比为1∶1。

5.权利要求1的一种兼顾设施内CO₂施肥的土壤改良剂的制备方法，步骤如下：

(1)作物秸秆粉碎至5～10cm，按照重量比添加调理剂与微生物菌剂，调整含水量55％～65％，以塑料薄膜密闭静态堆制，堆制体积为长1.0-3.0m、宽1.0-2.0m、高0.8-1.0m；

(2)堆制过程中通过翻堆补充水分与氧气，第1次翻堆为堆制第4天，第2次翻堆为堆制第8天，第3次翻堆为堆制第15天；

夏季制备土壤改良剂，第3次翻堆后堆制结束，此时达到作为土壤改良剂的最佳腐熟程度，得到所需土壤改良剂；冬季制备土壤改良剂，则第3次翻堆后每7天再翻堆1次，再连续翻堆2次后堆制结束，即堆制29天，此时达到作为土壤改良剂的最佳腐熟程度，得到所需土壤改良剂。