CN104059671B - 设施次生no3-盐化土壤改良剂、制备方法及改良方法 - Google Patents

设施次生no3-盐化土壤改良剂、制备方法及改良方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种设施次生NO3 -盐化土壤的改良剂及改良方法。本发明包括A和B两种生物土壤改良剂的制备工艺及其施用方法，具体为：(1)土壤改良剂A：固态，以秸秆粉和米糠等物质为原料经微生物发酵而成，C/N介于30-50，用法为将其按1~1.4‰的质量比例同设施耕层土壤混匀后于35~50℃共培养5~7天后还田使用；(2)土壤改良剂B：液态，经耐盐性驯化后的有效微生物菌群，用于作物生育期。本发明基于微生物技术，可改善土壤结构性、增强土壤微生物活性，提高对土壤无机氮的生物固定，进而降低土壤中可溶性硝态氮的含量，且可显著提高设施栽培作物产量、改善品质。

Description

设施次生NO3-盐化土壤改良剂、制备方法及改良方法
技术领域
本发明涉及设施次生NO3 -盐化土壤改良剂、制备方法及改良方法，属于土壤改良技术领域。
背景技术
在我国，肥料投入是设施农业生产的重要环节，其普遍特点是施肥量过大、施用生的有机肥、氮磷钾比例不协调等。由于短时间内肥料的投入对于产量的提升效果显著，为追求高产出，通常投入过量的肥料，大大超过了作物的实际吸收量，残留在土壤中的肥料成了盐分离子的主要来源，导致设施土壤的次生盐化程度逐年加深、土壤微生物区系失调、土壤板结等问题，造成设施菜地土壤环境质量状况不断恶化，对土壤可持续生产能力与设施蔬菜产业可持续发展构成威胁。
设施次生盐化土壤的盐分离子由K+、Ca2+、Na+、Mg2+四种阳离子和NO3 -、SO4 2-、Cl-、HCO3 -四种阴离子组成。研究表明，设施土壤中NO3 -的含量最高，其他离子的含量比例则随化学肥料和有机肥施用种类不同而有所变化。
设施土壤中盐分离子比例的失调影响了作物体内的离子平衡，阻碍作物对养分的吸收而影响生长，降低产量；高浓度盐分抑制土壤微生物的活动，影晌土壤养分的有效化过程，从而间接影响土壤对作物的养分供应；土壤中NO3 -含量高进一步影响到作物中硝酸盐和亚硝酸盐的含量，降低产品品质；部分硝态氮渗入深耕作层或流到地下水位，造成水污染，危害人类自身的健康。
土壤微生物生长繁殖需要较好的土壤肥力状况和环境质量状况，所需的最适温度、湿度和养分与植物相似，因此，微生物量与土壤肥力和植物生长之间联系密切，可以敏感地反映出不同土壤生态系统间的差异，可以作为土壤肥力质量的重要指标。设施次生盐渍化土壤中微生物的数量显著降低，且优势种群的种类和数量降低，腐霉菌等病原菌大量富集，病虫害等严重增加，表明土壤肥力和质量均变差。
综上所述，设施土壤的盐分累积、微生物区系失调等问题已严重影响了设施栽培的可持续发展。
传统方法如施用石膏、有机肥等改良剂可用于调节土壤性质，而栽培耐盐作物及灌排等措施可将盐分排出土壤。
石膏(CaSO4)由于其见效快、成本低和施用简便等，是设施土壤改良最常用的方法。传统做法是将石膏施用于土壤表面，常规栽培。最终石膏会被溶解于土壤，通过灌溉或降雨带进土壤的水量。通过离子交换作用，钙离子可以替代土壤中的盐基离子，最终随水排出土壤。然而石膏(CaSO4)具有诸多缺点，例如石膏本身为微溶性物质，因此溶解于土壤中的那部分离子可能不能有效对深层土壤进行离子交换作用。此外，被石膏(CaSO4)置换出的那部分盐基离子需要借助灌溉或降雨才可自作物根区被淋洗到土壤下层，还需要具备良好的排水条件才可有效排出土体。此外，(CaSO4)本身也是一种盐分，如果多次重复使用的话，会在改良土壤的同时增加土壤盐分。
施用有机肥可以提高土壤微生物总量，增加优势种群个数，丰富群落多样性，稳定群落结构。当施肥结构中有机肥含量低时,增加有机肥的比例可显著抑制土壤盐分积累。然而，有机肥使用不当的话其本身也会产生多种盐基离子，大量施用有机肥也会造成土壤盐分积累。如施用菜籽饼肥等C/N比较低的有机肥会显著增加0～20cm土层的全盐量。
研究表明，设施栽培连作3年以上就会发生土壤次生盐化问题，导致作物产量降低，严重的甚至造成作物致死，土壤彻底丧失耕作能力。为有效解决土壤次生盐化问题，可通过引入微生物技术来实现。生物土壤改良剂可以增加土壤有益微生物的数量，改善土壤结构、降低土壤容重、改变土壤理化学性质，调节土壤水、肥、气、热状况，最终达到提高土壤质量的效果。
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据研究，设施次生盐渍化土壤中的盐分累积会造成土壤渗透压过高，进而导致微生物细胞因脱水过多而无法进行正常的代谢活动。因此，上述专利中的微生物菌剂在进入土壤后，可能会出现无法正常活动或者是致死的现象。
发明内容
本发明的目的在于提供一种设施次生NO3 -盐化土壤改良剂以及土壤改良方法。
设施次生NO3 -盐化土壤改良剂，包括土壤改良剂A和土壤改良剂B；土壤改良剂A，包括有按照重量份的如下原料：秸秆粉30～50份、米糠10～40份、菜籽饼5～20份，还包括有EM原液和红糖，所述的EM原液和红糖的重量都是秸秆粉、米糠和菜籽饼总重量的1.2～4.5‰；生物土壤改良剂B，是将EM原液通过逐步提高盐溶液浓度驯化得到，菌种数量在107cfu/ml以上。
上述设施次生NO3 -盐化土壤改良剂的制备方法，其中，土壤改良剂A的制备方法，包括如下步骤：第一步、将秆粉、米糠、菜籽饼混合均匀，在混合物中加入EM原液和红糖，再加入水使含水量(质量比)约为35％；第二步、密闭发酵，发酵温度22℃以上，发酵时间10～26天，即可；生物改良剂B的制备方法，包括如下步骤：将Ca(NO3)2、KNO3、NaCl和KCl按照5：3：1：1的质量比例混合，作为无机盐混物，配制0.5wt％的无机盐溶液，以葡萄糖为碳源，通过逐步提高浓度对菌种进行驯化。
进一步地，上述的第二步之后，使用秸秆粉调节生物土壤改良剂A的C/N比为30～50。
进一步地，秸秆粉C/N为65～85:1、米糠C/N为18～22:1、菜籽饼C/N为9～13:1。
本发明还公开一种设施次生NO3 -盐化土壤改良方法，所述的土壤改良剂A的施用方法为，将待种植的设施耕层土壤加入上述生物改良剂A，充分混匀后于35～50℃进行共培养5～7天，于作物种植前1天覆盖于土壤表层，厚度是0-10cm；土壤改良剂B的施用方法为稀释500～1000倍后，于作物生育期喷洒于根表。
进一步地，土壤改良剂A的用量(重量)为土壤重量的1～1.4‰。
进一步地，稀释后的土壤改良剂B用量为3000～4500kg/ha。
有益效果
本发明以C/N比较高的生物有机肥与设施土壤共培养后覆盖于土壤表层，并将复合微生物菌群进行耐盐性驯化后追施入土壤。由于微生物的新陈代谢需要碳源和氮源，有机肥中C源含量比较丰富，因此微生物的活动可以充分吸收利用土壤中多余的氮，通过同化作用将氮源转化到微生物内暂时固定，而有机肥也可以改善土壤结构性较差的问题。同时，由于设施土壤中含盐量较高，抑制微生物的生长，而通过培养驯化，提高微生物对盐度的适应能力和抗冲击性能，是含盐土壤处理的重要前提。本发明特别提供了复合微生物菌群耐盐性的驯化方法，使改良剂能在设施次生盐碱化土壤中具有良好的作用。此外，土壤的微生物在活动中或死亡后可产生谷酰氨酸、脯氨酸等多种氨基酸，多种维生素，还有细胞分裂素、植物生长素、赤霉素等植物激素，可有效促进作物的生长发育。
本发明采用上述技术方案，相比现有技术具有以下优点：
1、本发明的土壤生物改良剂经过耐盐性驯化，其进入土壤后可以迅速形成优势菌群，改善土壤的微生物区系，提高土壤微生物氮的含量。
2、本发明以高C/N比的生物有机肥同设施土壤进行共培养后覆盖于土壤表层，可以改善土壤结构性，提高土壤渗透性，有助于盐分淋洗，并且促使微生物有效利用土壤中多余的氮素。
3、本发明的应用可以降低设施次生盐渍化土壤盐分、提高作物产量和品质；此外，复合微生物菌剂的施入还可以提高作物叶片的硝酸还原酶基因。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步阐述本发明。它们仅是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限定。
本发明涉及一种设施次生盐渍化土壤改良方法，发明点中包括了A和B两种土壤改良剂，还包括有改良剂的使用方法。土壤改良剂A，包括有按照重量份的如下原料：秸秆粉30～50份、米糠10～40份、菜籽饼5～20份，还包括有EM原液和红糖，所述的EM原液和红糖的重量都是秸秆粉、米糠和菜籽饼总重量的1.2～4.5‰。
土壤改良剂A的制备方法，包括如下步骤：
第一步、将秆粉、米糠、菜籽饼混合均匀，在混合物中加入EM原液和红糖，再加入水使含水量约为35％；
第二步、密闭发酵，发酵温度22℃以上，发酵时间10～26天，即可。
在制备完成后，最好对改良剂的C/N比进行调节，最好是使用秸秆粉调节C/N比是30～50，N+P2O5+K2O≧5％。
本实施例中，秸秆粉(C/N为65～85:1)、米糠(C/N为18～22:1)、菜籽饼(C/N为9～13:1)均为市场上购得。其中，本实施例优选制备C/N比介于30～50之间的产物。C/N的选择依据具体如下：微生物维持生命活动与繁殖要消耗必要的养分和能量，一般微生物每吸收25～30份碳时，需要消耗1份氮，因此当施入土壤中的有机物质的C/N<25：1时，微生物不再利用土壤中的有效氮，相反，由于有机质较完全的分解而释放矿质态氮，会出现无法减小土壤中硝态氮的作用；当C/N比过大时，缺乏微生物细胞繁殖所需的N素，也不利于微生物活动。因此本发明选用C/N为30～50的物质同设施土壤进行共培养后，耕层土壤可为改良剂B提供充足的易利用的碳源。
土壤改良剂B，制备方法是：第一步、将Ca(NO3)2、KNO3、NaCl和KCl按照5：3：1：1的质量比例混合，作为无机盐混物，配制0.5wt％的无机盐溶液，以葡萄糖为碳源，将1～2mLEM原液接种至含100mL无机盐混合物的250mL三角瓶中，30℃、170r/min振荡富集培养(通常情况下，培养在5～12天完成)，每隔2d检查培养物中NO3 -的浓度，当NO3 -的削减速率≧30％、菌种数量达到107～108cfu/ml时进行下一步培养；第二步、取上一步培养得到的溶液1～2mL，加入1.0wt％的无机盐溶液100mL(浓度提高了0.5％梯度)，同上述条件进行富集培养；接下来再以0.5％为一个浓度梯度，依次增加所述的无机盐溶液的浓度到4％，即可。
以上土壤改良剂A为固态，于作物种植前同耕层土壤共培养后使用；土壤改良剂B为液态，主要成分为经过耐盐性驯化后的有效微生物菌群，于作物生育期喷洒于根表。
设施次生NO3 -盐化土壤改良方法，所述的土壤改良剂A的施用方法为将待种植的设施耕层土壤，约为表层的0～10cm，堆成35～40cm高，按照1～1.4‰的质量比例加入上述生物改良剂A，充分混匀后于35～50℃进行共培养5～7天，于作物种植前1天覆盖于土壤表层0～10cm；土壤改良剂B的施用方法为稀释500～1000倍后，按照3000～4500kg/ha的用量于作物生育期视生长情况喷洒于根表；所应用的土壤具有良好的排水性，或者是埋设有地下排水系统；合理的灌溉制度，以设施番茄为例，灌溉方式为滴灌或普通灌溉，灌溉上限为田间持水量，灌溉下限为45％(幼苗期)～65％(开花坐果期)～60％(结果期)，计划湿润层为0.2m(苗期)～0.4m(开花坐果期和结果期)。
本实施中采用的EM原液为自爱睦乐环保生物技术(南京)有限公司购置，其含有光合细菌、乳酸菌、酵母菌等80多种有效活性微生物，活菌数≥1亿个/毫升，pH≥3.8，颜色为黄褐色，半透明液体，气味为较浓醇酸味或酸味。
设施农业为旱作，耕层土壤尤其是0～10cm土壤硝态氮的大量积累是导致土壤次生盐化发生的主要原因。本专利可降低土壤NO3 -含量的作用机理具体如下：由于高浓度的硝酸盐会对微生物本身产生强烈的抑制作用，进而影响到微生物的新陈代谢，本方法通过对微生物菌剂进行耐硝酸盐驯化，其施入作物根系后可迅速形成有益微生物菌群，加速对土壤硝酸盐的同化作用，通过将氮素变成微生物氮，减少了土壤中可溶性氮素的含量；同时，反硝化微生物的存在加速了反硝化作用，NO3 -被还原，释放出分子态氮(N2)或一氧化二氮(N2O)，离开土壤。
实施例1～4土壤改良剂的制备
本发明的土壤改良剂A，将不同比例的原料混合后，调节含水量约为35％(w/w)，装入有盖塑料桶中密闭发酵，发酵温度22℃以上，发酵时间10～26天，待有香味散发即表明发酵完成，并用秸秆粉调节C/N比到30～50。原料组分如下：
土壤改良剂B，按下述步骤制备：
第一步、将Ca(NO3)2、KNO3、NaCl和KCl按照5：3：1：1的质量比例混合，作为无机盐混物，配制0.5wt％的无机盐溶液，以葡萄糖为碳源，将1～2mLEM原液接种至含100mL无机盐混合物的250mL三角瓶中，30℃、170r/min振荡富集培养，每隔2d检查培养物中NO3 -的浓度，当NO3 -的削减速率≧30％、菌种数量达到107～108cfu/ml时进行下一步培养；第二步、取上一步培养得到的溶液1～2mL，加入1.0wt％的无机盐溶液100mL，同上述条件进行富集培养，以0.5％为一个浓度梯度，依次增加所述的无机盐溶液的浓度到4％，即可。
实施例1-4都与同一批的土壤改良剂B进行配伍，进行下述的土壤种植和改良试验。
实施例5：
选用实施例1中所得的土壤改良剂，在不同类型的土壤上进行番茄种植。
其中，土壤1是正常设施土壤，未发生土壤次生盐渍化。
土壤2是中轻度设施次生盐渍化土壤，全盐量2.10g/kg，土壤硝态氮0.44g/kg，pH6.1。
土壤3是在土壤2的基础上采用实施例1的土壤改良剂进行土壤改良，具体的做法是：将待种植的设施耕层土壤(0～10cm)，堆成35～40cm高，按照1‰的质量比例加入改良剂A，充分混匀后于35～50℃进行共培养5～7天，于作物种植前1天覆盖于土壤表层0～10cm，移栽番茄幼苗，于7天后，在作物根际喷洒稀释500倍的改良剂B(用量3000kg/ha)；之后，分别于开花期、果实膨大期各喷洒一次改良剂B。
上述土壤埋设有地下排水系统(暗管埋深0.7m，间距8m)，设施番茄灌溉方式为滴灌，灌溉上限为田间持水量，灌溉下限为45％(幼苗期)～65％(开花坐果期)～60％(结果期)，计划湿润层为0.2m(苗期)～0.4m(开花坐果期和结果期)。
结果表明，一季番茄，采用本改良方法可以降低土壤(0～15cm)全盐量37％，提高番茄产量33％。
详细土壤类型以及试验结果见表1：
表1
从表中可以看出，在经过土壤改良后，土壤3上番茄产量明显优于未改良的土壤2，并且优于正常的土壤。
实施例6：
类似于实施例5，选用实施例1中所得的土壤改良剂，在不同类型的土壤上进行番茄种植。
其中，土壤1是正常设施土壤，未发生土壤次生盐渍化。
土壤2是重度设施次生盐渍化土壤，全盐量3.90g/kg，土壤硝态氮1.35g/kg，pH5.7。
土壤3是在土壤2的基础上采用实施例1的土壤改良剂进行土壤改良，具体的做法是：将待种植的设施耕层土壤(0～10cm)，堆成35～40cm高，按照1.4‰的质量比例加入改良剂A，充分混匀后于35～50℃进行共培养5～7天，于作物种植前1天覆盖于土壤表层0～10cm，移栽番茄幼苗，于7天后，在作物根际喷洒稀释1000倍的生物改良剂B(用量4500kg/ha)。之后，分别每隔10天喷洒一次生物改良剂B。
上述土壤埋设有地下排水系统(暗管埋深0.7m，间距8m)，设施番茄灌溉方式为滴灌，灌溉上限为田间持水量，灌溉下限为45％(幼苗期)～65％(开花坐果期)～60％(结果期)，计划湿润层为0.2m(苗期)～0.4m(开花坐果期和结果期)。
结果表明，一季番茄，采用本改良方法可以降低土壤(0～15cm)全盐量45％，提高番茄产量73％。
详细土壤类型以及试验结果见表2：
表2
从表中可以看出，在经过土壤改良后，土壤3上番茄产量明显优于未改良的土壤2。
对照试验例1：
选用实施例1中所得的土壤改良剂，在不同类型的土壤上进行番茄种植。与实施例5不同的是：在土壤改良过程中，均未使用生物改良剂B。
土壤1是正常设施土壤，未发生土壤次生盐渍化。
土壤2是中轻度设施次生盐渍化土壤，全盐量2.10g/kg，土壤硝态氮0.44g/kg，pH6.1。
土壤3是在土壤2的基础上采用实施例1的土壤改良剂进行土壤改良，具体的做法是：将待种植的设施耕层土壤(0～10cm)，堆成35～40cm高，按照1‰的质量比例加入生物改良剂A，充分混匀后于35～50℃进行共培养5～7天，于作物种植前1天覆盖于土壤表层0～10cm，移栽番茄幼苗。
土壤4是在土壤2的基础上选择生物改良剂A(在制备过程中，将C/N调为80)进行土壤改良，用法同土壤3。
土壤5是在土壤2的基础上选择生物改良剂A(在制备过程中，将C/N调为12)进行土壤改良，用法同土壤3。
上述土壤埋设有地下排水系统(暗管埋深0.7m，间距8m)，设施番茄灌溉方式为滴灌，灌溉上限为田间持水量，灌溉下限为45％(幼苗期)～65％(开花坐果期)～60％(结果期)，计划湿润层为0.2m(苗期)～0.4m(开花坐果期和结果期)。
结果表明，一季番茄，采用生物改良剂A、高C/N的改良剂和低C/N的改良剂可以分别降低土壤(0～15cm)全盐量12％、16％和-9％，提高番茄产量13％，5％和-6％。
详细土壤类型以及试验结果见表3：
表3
从表中可以看出，在经过土壤改良后，土壤3上番茄产量优于未改良的土壤2，但是由于没有与未使用生物改良剂B协同作用，使改良效果略逊于实施例5；土壤4上虽然土壤改良效果略优于土壤3，但番茄增产幅度相对低；土壤5则进一步加重了设施土壤的次生盐渍化程度。
对照试验例2
对照例2与实施例5的区别在于：使用的改良剂B是EM原液，其未经过耐盐度的驯化，在不同类型的土壤上进行番茄种植。
其中，土壤1是正常设施土壤，未发生土壤次生盐渍化。
土壤2是中轻度设施次生盐渍化土壤，全盐量2.10g/kg，土壤硝态氮0.44g/kg，pH6.1。
土壤3是在土壤2的基础上采用实施例1的土壤改良剂进行土壤改良，具体的做法是：将待种植的设施耕层土壤(0～10cm)，堆成35～40cm高，按照1‰的质量比例加入改良剂A，充分混匀后于35～50℃进行共培养5～7天，于作物种植前1天覆盖于土壤表层0～10cm，移栽番茄幼苗，于7天后，在作物根际喷洒稀释500倍的改良剂B(用量3000kg/ha)；之后，分别于开花期、果实膨大期各喷洒一次改良剂B。
上述土壤埋设有地下排水系统(暗管埋深0.7m，间距8m)，设施番茄灌溉方式为滴灌，灌溉上限为田间持水量，灌溉下限为45％(幼苗期)～65％(开花坐果期)～60％(结果期)，计划湿润层为0.2m(苗期)～0.4m(开花坐果期和结果期)。
结果表明，一季番茄，采用本改良方法可以降低土壤(0～15cm)全盐量20％，提高番茄产量12％。
详细土壤类型以及试验结果见表4：
表4
从表中可以看出，当EM原液未进行驯化时，其对于土壤中全盐量的消除量以及对于番茄的产量提高程度劣于实施例5中采用的土壤改良剂。

Claims (6)

1.一种设施次生NO3 -盐化土壤改良剂，其特征在于：包括土壤改良剂A和土壤改良剂B；土壤改良剂A，包括有按照重量份的如下原料：秸秆粉30~50份、米糠10~40份、菜籽饼5~20份，还包括有EM原液和红糖，所述的EM原液和红糖的重量都是秸秆粉、米糠和菜籽饼总重量的1.2~4.5‰；土壤改良剂B，是将EM原液通过逐步提高盐溶液浓度驯化得到，菌种数量在107cfu/ml以上；土壤改良剂A的制备方法，包括如下步骤：第一步、将秸秆粉、米糠、菜籽饼混合均匀，在混合物中加入EM原液和红糖，再加入水使含水量为质量比35%；第二步、密闭发酵，发酵温度22℃以上，发酵时间10~26天，即可；土壤改良剂B的制备方法，包括如下步骤：将Ca(NO3)2、KNO3、NaCl和KCl按照5：3：1：1的质量比例混合，作为无机盐混物，配制0.5wt%的无机盐溶液，以葡萄糖为碳源，通过逐步提高浓度对菌种进行驯化。
2.根据权利要求1所述的设施次生NO3 -盐化土壤改良剂，其特征在于：秸秆粉C/N为65~85:1、米糠C/N为18~22:1、菜籽饼C/N为9~13:1。
3.根据权利要求2所述的设施次生NO3 -盐化土壤改良剂，其特征在于，所述的第二步之后，使用秸秆粉调节土壤改良剂A的C/N比为30~50。
4.基于权利要求1所述的设施次生NO3 -盐化土壤改良剂的土壤改良方法，其特征在于：所述的土壤改良剂A的施用方法为，将待种植的设施耕层土壤加入上述土壤改良剂A，充分混匀后于35~50℃进行共培养5~7天，于作物种植前1天覆盖于土壤表层，厚度是0~10cm；土壤改良剂B的施用方法为稀释500~1000倍后，于作物生育期喷洒于根表。
5.根据权利要求4所述的设施次生NO3 -盐化土壤改良剂的土壤改良方法，其特征在于：土壤改良剂A的用量为土壤重量的1~1.4‰。
6.根据权利要求4所述的设施次生NO3 -盐化土壤改良剂的土壤改良方法，其特征在于：稀释后的土壤改良剂B用量为3000~4500kg/ha。
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