CN105814997B - 一种利用蚯蚓菌剂增强土壤固碳能力的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种利用蚯蚓菌剂增强土壤固碳能力的方法。该方法是在速生林地围绕每株林木1m²的范围内，土壤0～60cm的深度范围内，分季节施用猪粪、沼液、复合菌剂和混合蚯蚓。本发明首次采用蚯蚓和菌剂提高土壤固碳能力。研究表明，一方面，蚯蚓能够促进猪粪的降解转化并加速其腐殖化过程，菌剂和蚯蚓的联合施用对有机质在土壤中的积累具有显著且迅速的协同增效作用。另一方面，积累的有机质有一半是稳定化有机碳。综上所述，猪粪、沼液、蚯蚓、菌剂联合施用不仅可以快速提高土壤固碳的数量和质量，而且可以提升土壤肥力、促进速生林木生长、消纳大量粪便废弃物，实现生态效益、环境效益、经济效益共赢。

Description

一种利用蚯蚓菌剂增强土壤固碳能力的方法

技术领域

本发明属于农业生态技术领域，特别涉及一种利用蚯蚓菌剂增强土壤固碳能力的方法。

背景技术

温室效应引起的全球变暖已成为人类关注的焦点，而陆地生态系统碳循环是研究全球气候变化的关键。土壤碳库是大气碳库的3.3倍，生物碳库的4.5倍，因而成为陆地生态系统最大的碳库。土壤有机碳库占到土壤碳库的一半以上，与大气成分进行活性交换的土壤有机碳大约占到陆地生态系统碳的2/3，所以土壤有机碳的微小变化将会极大的缓和或加速大气CO₂浓度的提高，进而改变全球碳循环。因此，提高土壤固碳能力对控制土壤温室气体排放、减缓温室效应具有重要意义，不仅如此，也有利于土壤肥力的提高。

CN 103125164 A公开了一种有机肥增加土壤固碳能力的方法，通过施用有机肥来改善土壤结构，能增加土壤团聚体，增大土壤团聚体表面积，增强固碳能力。针对草地、林地、耕地、坡地等土地利用类型，有机肥在合适的施用季节、温度以适当的施用方式和施用量施入土壤中，结合深翻或打孔等农耕措施，增强土壤固碳能力。

CN 104557252 A公开了一种可提高土壤有机质的有机肥，所述有机肥按照质量百分比由以下组分组成：牛粪3～8％、螺蛳1～3％、蛋壳1～2％、青鸡冠草1～2％、芝麻饼3～6％、鱼骨头1～3％、桔子橙子皮2～4％、黄连根0.2～0.5％、细辛草0.1～0.5％、桔梗1～5％、草木灰1～3％、掉落的松针叶5～10％、葱皮0.005～0.008％、河淤泥10～15％、栗子壳1～5％、花生壳2～4％、蒸馏水1～2％，剩余为养金鱼水，采用两次密封加热发酵，能有效提高肥料养分的利用率，通过添加不易分解的有机质，提高土壤有机质含量。当采用该方法有机肥使用量75kg/亩时，种出的农作物增产5％，一年后土壤有机质还可以达到6％。

CN 1164714C发明了一种快速提高旱作耕地土壤有机质的方法，在作为秋收后上冻前用旋耕机械将站立在垄上的根茬及地下10～12cm以内的根系直接粉碎还田；以作物秸秆为原料，接种微生物复合菌剂，采用室外半坑式发酵堆制，将翻堆后的作物秸秆进行腐熟保肥，春季起垄前撒施于耕地中。该方法施用两年，土壤有机质含量增加0.42％。

目前，国内外的技术多集中在研发有机肥(畜禽粪便、秸秆、饼肥等)农用提高土壤固碳能力的方法，而猪粪结合工程生物蚯蚓、菌剂等提高土壤有机碳及其不同碳组分含量的方法几乎没有。且现有技术普遍存在见效慢、增汇效果一般、农耕措施繁琐、配方复杂等缺点。

发明内容

为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种利用蚯蚓菌剂增强土壤固碳能力的方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种利用蚯蚓菌剂增强土壤固碳能力的方法，在速生林地围绕每株林木1m²的范围内，土壤0～60cm的深度范围内，分季节施用猪粪、沼液、复合菌剂和混合蚯蚓，包括如下步骤：

(1)秋季和冬季施猪粪，秋季施入土壤5～20质量份，冬季施入量减半；

(2)每月滴灌施用沼液，雨季每月施入土壤30～120质量份，旱季每月施入土壤75～300质量份；

(3)秋季、冬季、春季和夏季各施用复合菌剂一次，每次施用量达到有效活菌数≥6.25×10¹⁰cfu；

(4)秋季、冬季、春季和夏季各施用混合蚯蚓一次，每次施入90～360条；即能增强土壤固碳能力。

步骤(1)中所述的猪粪为未腐熟但已堆放10～40天的猪粪；

步骤(3)中所述的复合菌剂含枯草芽孢杆菌(bacillus subtilis)HL-1和蜡状芽孢杆菌NC-1(bacillus cereus)，有效活菌数≥1.0×10⁹cfu/g。

所述的枯草芽孢杆菌(bacillus subtilis)HL-1已经在专利“201110282657.8、枯草芽孢杆菌HL-1及其在土壤解磷方面的应用”中公开，其保藏信息为：于2011年8月24日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号CGMCC No.5175。

所述的蜡状芽孢杆菌(bacillus cereus)NC-1已经在专利“201210573809.4、一株活化土壤养分的蜡状芽孢杆菌及其应用”中公开，该菌株于2012年5月21日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(CGMCC)，保藏编号CGMCC No.6127。

步骤(3)中所述的每次施用量达到有效活菌数优选为6.25×10¹⁰～2.50×10¹¹cfu；

步骤(4)中所述的混合蚯蚓为表层种赤子爱胜蚓(Eisenia foetida)和内层种壮伟环毛蚓(Amynthas robustus)，购自广东沃土生物科技有限公司，两种蚯蚓的混合数量比例为3:1～7:1。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

(1)见效快。实验表明，实施本技术后，一年内土壤有机碳的含量能够显著提升。而传统方法通常需要数年，甚至十几年的时间。

(2)固碳能力提升幅度大。使用本发明后土壤的有机碳含量相对不处理对照组提高了32.8％，相对只施猪粪和沼液的处理组提高了46.2％。菌剂和蚯蚓的联合施用对有机质在土壤中的积累具有显著的协同增效作用。

(3)固碳质量高。从积累的有机碳成分上看，难降解有机碳的含量显著提高，土壤有机质有一半是稳定化有机碳。

(4)一举多得。猪粪、沼液联合蚯蚓、菌剂施用不仅可以快速提高土壤固碳的数量和质量，而且可以促进林木生长、提升土壤肥力、消纳大量粪便废弃物，实现生态效益、环境效益、经济效益共赢。

附图说明

图1是不同处理土壤有机碳(SOC)的含量变化图。

图2是不同处理土壤难降解有机碳(RPC)的含量变化图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

一种利用蚯蚓菌剂增强土壤固碳能力的方法，在速生林地围绕每株林木1m²的范围内，土壤0～60cm的深度范围内，分季节施用猪粪、沼液、复合菌剂和混合蚯蚓，由以下步骤组成：2013年8月和2013年11月分别施入猪粪(未腐熟但已堆放30天)10质量份、5质量份；4～9月每月施入沼液60质量份，其余月质量份每月施入150质量份；2013年8月、11月和2014年2月、5月、8月每次施加有效活菌数1.25×10¹¹cfu的复合菌剂(该复合菌剂含枯草芽孢杆菌(bacillus subtilis)HL-1和蜡状芽孢杆菌(bacillus cereus)NC-1)；2013年8月、11月和2014年2月、5月、8月每次施加混合蚯蚓(表层种赤子爱胜蚓(Eisenia foetida)和内层种壮伟环毛蚓(Amynthas robustus)，两种蚯蚓的混合数量比例为5:1)180条。

实施例2

一种利用蚯蚓菌剂增强土壤固碳能力的方法，在速生林地围绕每株林木1m²的范围内，土壤0～60cm的深度范围内，分季节施用猪粪、沼液、复合菌剂和混合蚯蚓，由以下步骤组成：2013年8月和2013年11月分别施入猪粪(未腐熟但已堆放30天)20质量份、10质量份；4～9月每月施入沼液120质量份，其余月质量份每月施入300质量份；2013年8月、11月和2014年2月、5月、8月每次施加有效活菌数2.50×10¹¹cfu的复合菌剂(该复合菌剂含枯草芽孢杆菌(bacillus subtilis)HL-1和蜡状芽孢杆菌(bacillus cereus)NC-1)；2013年8月、11月和2014年2月、5月、8月每次施加混合蚯蚓(表层种赤子爱胜蚓(Eisenia foetida)和内层种壮伟环毛蚓(Amynthas robustus)，两种蚯蚓的混合数量比例为7:1)360条。

实施例3

一种利用蚯蚓菌剂增强土壤固碳能力的方法，在速生林地围绕每株林木1m²的范围内，土壤0～60cm的深度范围内，分季节施用猪粪、沼液、复合菌剂和混合蚯蚓，由以下步骤组成：2013年8月和2013年11月分别施入猪粪(未腐熟但已堆放15天)5质量份、2.5质量份；4～9月每月施入沼液30质量份，其余月质量份每月施入75质量份；2013年8月、11月和2014年2月、5月、8月每次施加有效活菌数6.25×10¹⁰cfu的复合菌剂(该复合菌剂含枯草芽孢杆菌(bacillus subtilis)HL-1和蜡状芽孢杆菌(bacillus cereus)NC-1)；2013年8月、11月和2014年2月、5月、8月每次施加混合蚯蚓(表层种赤子爱胜蚓(Eisenia foetida)和内层种壮伟环毛蚓(Amynthas robustus)，两种蚯蚓的混合数量比例为3:1)90条。

效果实施例1

实施结果：采用实施例1的方法(T(e+b))，以只施用灌溉水(CK)、施入猪粪和沼液(T)作为对照；施入猪粪、沼液和复合菌剂(Tb)，施入猪粪、沼液和混合蚯蚓(Te)，施用方法参照实施例1。于2013年8月、11月和2014年2月、5月、8月施肥前取土样测定有机碳(SOC)、酸解活性有机碳(LPI、LPII)和难降解有机碳(RPC)含量。LPI是由2.5mol/L H₂SO₄水解得到的有机碳，而LPII是由13mol/L H₂SO₄水解得到的有机碳，不被H₂SO₄水解的部分则是RPC。

表1土壤SOC、LPI、LPII及RPC含量(单位：g·kg^-1)

结果如表1和图1所示，实验布置前，各处理间土壤有机碳(SOC)含量无明显差异；实验布置3个月，T(e+b)的土壤SOC含量相对CK处理提高了20.1％，相对T处理提高了25.7％，相对Te和Tb处理差异不明显；实验布置6个月，T(e+b)的土壤SOC含量相对CK处理提高了129％，呈现显著性差异(P＜0.05)，相对T、Te和Tb处理均明显提高；实验布置9个月，T(e+b)的土壤SOC含量明显高于其他处理，相对CK处理提高了56.7％，相对T处理提高了46.6％，都呈现显著性差异(P＜0.05)；实验布置12个月，T(e+b)的土壤SOC含量明显高于其他处理，相对CK处理提高了32.8％，相对T处理提高了46.2％。结果表明，提高土壤固碳能力的效果强弱顺序为：T(e+b)＞Te＞Tb＞T＞CK。综上所述，本发明的处理使土壤有机碳含量在一年内先快速提高后稳定提升，明显提高土壤固碳能力。

结果如表1所示，随着处理时间的增长，T(e+b)处理酸解活性有机碳LPI含量相对其他处理增加不明显，但明显增加LPII含量。实验布置9个月，T(e+b)处理LPII的含量显著高于其他处理，相对CK处理提高了67.0％，相对T处理提高了31.2％；实验布置12个月，相对CK处理提高了45.9％，相对T处理提高了57.5％。结合图2，随着处理时间的增长，T(e+b)处理对难降解有机碳(RPC)的影响同样表现为在一年内先快速提高后稳定提升。这说明，本发明的处理对土壤有机碳含量的增加主要是由于难降解有机碳的积累造成，固碳质量较高。

利用实施例2和3的施用方法，结果与实施例1的相似，均能明显提高土壤固碳能力。

结果的分析：猪粪、沼液配施处理使有机碳含量有所增加。蚯蚓施用于猪粪农用土壤中可以增加土壤有机碳含量，而菌肥则无明显的增加效果，但是当二者同时施用时对有机碳的提升效果显著。原因可能是蚯蚓和菌剂中的微生物能有效利用土壤中的粪肥有机物，加速猪粪的降解和腐殖化。同时，蚯蚓活动可以将碳结合到稳定性更高的微团聚体中，有利于碳的保存，且随着团聚体的老化，稳定性进一步增加，土壤有机碳受到长期保护而不易分解。因此，基于蚯蚓菌剂的猪粪、沼液配施方法，能明显提高土壤固碳能力。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种利用蚯蚓菌剂增强土壤固碳能力的方法，其特征在于：在速生林地围绕每株林木1m²的范围内，土壤0～60cm的深度范围内，分季节施用猪粪、沼液、复合菌剂和混合蚯蚓，包括如下步骤：

(1)秋季和冬季施猪粪，秋季施入土壤5～20质量份，冬季施入量减半；

(2)每月滴灌施用沼液，雨季每月施入土壤30～120质量份，旱季每月施入土壤75～300质量份；

(3)秋季、冬季、春季和夏季各施用复合菌剂一次，每次施用量达到有效活菌数≥6.25×10¹⁰cfu；

(4)秋季、冬季、春季和夏季各施用混合蚯蚓一次，每次施入90～360条；即能增强土壤固碳能力；

步骤(3)中所述的复合菌剂含枯草芽孢杆菌(bacillus subtilis)HL-1和蜡状芽孢杆菌(bacillus cereus)NC-1；

步骤(4)中所述的混合蚯蚓为表层种赤子爱胜蚓(Eisenia foetida)和内层种壮伟环毛蚓(Amynthas robustus)；

所述的赤子爱胜蚓和壮伟环毛蚓的混合数量比例为3:1～7:1。

2.根据权利要求1所述的利用蚯蚓菌剂增强土壤固碳能力的方法，其特征在于：步骤(1)中所述的猪粪为未腐熟但已堆放10～40天的猪粪。

3.根据权利要求1所述的利用蚯蚓菌剂增强土壤固碳能力的方法，其特征在于：步骤(3)中所述的复合菌剂的有效活菌数≥1.0×10⁹cfu/g。

4.根据权利要求1所述的利用蚯蚓菌剂增强土壤固碳能力的方法，其特征在于：步骤(3)中所述的每次施用量达到有效活菌数为6.25×10¹⁰～2.50×10¹¹cfu。