CN105837261A - 一种降低茶园土壤铅活性的改良剂及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降低茶园土壤铅活性的改良剂及方法。是利用蚯蚓将农业有机废弃物消化分解，然后将蚯蚓拣出后得到的产物为蚓粪，即为能够降低茶园土壤铅活性的高效改良剂。利用该改良剂可以在培肥的同时，降低茶园土壤铅活性。上述改良剂可以有效缓解茶园土壤酸化，减少土壤中水溶态和交换态铅的含量，从而显著减少茶叶对铅的吸收和积累量。同时，可以提高土壤肥力，增加氮磷钾等有效养分的供应，改良土壤理化属性，为茶树生长提供优良的土壤生态环境。

Description

一种降低茶园土壤铅活性的改良剂及方法

技术领域

本发明属于茶树栽培管理技术领域。更具体地，涉及一种降低茶园土壤铅活性的改良剂及方法。

背景技术

我国的茶叶生产和消费都居世界首位，是我国的一大经济和文化资产。近年来，茶叶铅含量超标的现象屡有发生。铅是一种严重危害人类健康的重金属元素，可影响神经和造血系统的各类器官。茶叶中的铅主要来自土壤，而土壤中的铅一方面来源于火山爆发、森林火灾等自然源，另一方面主要是来自工业和交通等人为排放。机动车尾气排放、刹车片和轮胎磨损、润滑油燃烧等都会造成公路附近土壤中铅的累积。2015年全国农村公路（含县道、乡道、村道）里程达388.16万公里，机动车保有量达2.7亿辆，农村公路的发展在给茶农带来便利的同时，也导致大量茶园处于公路附近。公路附近茶树新梢的铅含量比远离公路的同品种、同树龄、相似管理等条件下的茶树高出0.5-2.6 mg/kg，距离公路越近，茶叶铅含量越高。水溶态和可交换态的铅在土壤中的活性大，毒性强，最易被茶树吸收，因此，降低茶园土壤中铅的活性是减少茶树对铅吸收量的有效途径之一。

现有技术中针对降低茶园土壤铅活性的研究和报道较少，专利CN201110124474.3的发明专利公开了一种生态治理茶园土壤铅超标的方法，该技术利用超富集植物对茶园超标的重金属铅进行吸附并通过生物质机械固化成型，将富集铅的植物进行处理生产水泥和砖。该技术在一定时期内可以将铅与土壤分离，但是超富集植物在吸附铅的同时也会从土壤中带走茶树所需的各种营养成分，并且长期来看，生产的水泥和砖最终还是会回到土壤中，中间环节还增加了与人体接触的可能性。专利2007100680734的发明专利公开了一种降低茶叶铅含量的土壤改良剂及方法，该技术将碳酸钙或白云石粉与磷矿粉或钙镁磷肥混合，用以吸附固定土壤中的铅。该方法的原料获取和制作较为困难，而且磷矿粉本身就含有铅、砷、镉等多种重金属和氟化物，磷的过量施用还会随水土流失造成水体的富营养化。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服上述现有技术的缺陷和不足，提供一种可有效降低茶园土壤铅活性，同时可以显著提高土壤肥力的茶园土壤改良剂，是一种操作简单的茶园管理技术。

本发明的目的是提供一种降低茶园土壤铅活性的改良剂。

本发明另一目的是提供上述改良剂的应用。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种降低茶园土壤铅活性的改良剂，是利用蚯蚓将农业有机废弃物消化分解，然后将蚯蚓拣出后得到的产物为蚓粪，即为能够降低茶园土壤铅活性的改良剂。

优选地，所述蚯蚓为赤子爱胜蚓或皮质远盲蚓。

优选地，所述农业有机废弃物是畜禽粪便、秸秆、园林枯枝落叶、中药渣中的一种或几种。

更优选地，所述动物粪便为牛粪和/或猪粪。

更优选地，所述秸秆为水稻秸秆和/或豆秸。

优选地，所述蚯蚓的接种比例是按照每千克农业有机废弃物接种1～20条蚯蚓。

另外，具体地，作为一种优选的可实施方案，所述改良剂的制备方法包括如下步骤：

S1.原材料准备：将农业有机废弃物混匀，调节含水量至40～60%，自然堆置腐熟25～40天；

S2.接种蚯蚓：腐熟结束后，接种蚯蚓，培养30～60天；

S3.将蚯蚓拣出，得到的蚓粪，即为所述改良剂。

其中，优选地，步骤S1所述农业有机废弃物是动物粪便、秸秆、园林枯枝落叶、中药渣中的一种或几种。

更优选地，所述动物粪便为牛粪和/或猪粪。

更优选地，所述秸秆为水稻秸秆和/或豆秸。

而且，优选地，当步骤S1所述农业有机废弃物不是动物粪便时，还需先粉碎至直径1～2mm的颗粒。

优选地，步骤S1所述农业有机废弃物要保证总C/N在20～40之间。

优选地，步骤S1所述调节含水量至40～50%；

更优选地，当所述农业有机废弃物为动物粪便时，调节含水量至50%；当所述农业有机废弃物为秸秆时，调节含水量至40%。

优选地，步骤S1所述腐熟30天；

优选地，步骤S2所述培养40～60天。

更优选地，步骤S2所述培养50天。

优选地，步骤S2所述蚯蚓为赤子爱胜蚓或皮质远盲蚓。

进一步优选地，步骤S3所述蚓粪再经过风干并过1～10mm筛（优选1～5mm筛，更优选2～3mm筛，最优选2mm筛），即得到所述改良剂。

优选地，所述蚯蚓的接种比例是按照每千克农业有机废弃物接种1～60条蚯蚓。

更优选地，所述蚯蚓的接种比例是按照每千克农业有机废弃物接种10～30条蚯蚓。

最优选地，所述蚯蚓的接种比例是按照每千克农业有机废弃物接种20条蚯蚓。

另外，优选地，步骤S2所述培养期间控制含水量维持在40%～60%。

更优选地，步骤S2所述培养期间控制含水量维持在40～50%；

最优选地，当所述农业有机废弃物为畜禽粪便时，步骤S2所述培养期间控制含水量维持在50%；当所述农业有机废弃物为秸秆时，步骤S2所述培养期间控制含水量维持在40%。

另外，在制备上述改良剂的同时，还获得了蚯蚓，每次拣出的蚯蚓可作为副产品出售或者作为蚓种接种下一批物料。

而且上述改良剂的应用，如在作为茶园土壤改良剂方面的应用，也都在本发明的保护范围之内。

具体地，所述改良剂能够降低茶园土壤铅活性、减少土壤中水溶态和交换态铅的含量，减少茶叶对铅的吸收和积累量，有效缓解茶园土壤酸化，提高土壤肥力，增加氮磷钾等有效养分的供应，改良土壤理化属性，为茶树生长提供优良的土壤生态环境。

上述改良剂的施用方法如下：

作为改良剂的蚓粪可风干后再施用，也可直接施用。施用的时候，在茶行内开20cm宽、30cm深的施肥沟，将蚓粪均匀撒入施肥沟内，用量在2～10立方米/亩。施用本改良剂可以替代有机肥，不用再单独进行深改施肥。

本发明的改良剂以降低茶叶中的铅含量为主要目的，可降低茶园土壤中的铅活性，减少茶树对铅的吸收量。该方法可以在茶园培肥的同时降低铅污染风险，工作量小，经济可行。

本发明具有以下有益效果：

利用本发明的改良剂可以在培肥的同时，降低茶园土壤铅活性。上述改良剂可以有效缓解茶园土壤酸化，减少土壤中水溶态和交换态铅的含量，从而显著减少茶叶对铅的吸收和积累量。同时，可以提高土壤肥力，增加氮磷钾等有效养分的供应，改良土壤理化属性，为茶树生长提供优良的土壤生态环境。

本发明的改良剂所用材料来源广泛、价格低廉；制作过程简单，同时可以收获蚯蚓作为副产品；本身就是一种高效生态有机肥，在降低茶园土壤铅活性的同时，可以显著提升土壤肥力、缓解茶园土壤酸化，节省培肥成本。

附图说明

图1为单个蚯蚓平均体重和物料C/N的关系。

图2为不同有机物条件下不同处理时间蚯蚓存活状况。

图3为不同接种量条件下不同处理时间蚯蚓存活状况。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。

实施例1

1、一种降低茶园土壤铅活性的改良剂，制备步骤包括：

（1）原材料准备：选择牛粪、猪粪等畜禽粪便，稻草、豆秸等农作物秸秆，园林枯枝落叶、茶渣、中药渣等有机废弃物中的一种或几种。将适宜的有机物料简单处理，（畜禽粪便类可以直接使用，其他类型需适当粉碎到直径1～5mm颗粒），按照一定比例混匀，混匀比例确定时以总C/N在20～40之间为佳。加水调节含水量在40%～60%，自然堆置腐熟30天。

（2）接种蚯蚓，处理有机物料：接种蚓种选择赤子爱胜蚓，接种密度在1～20条/kg物料，培养时间在30～60天，期间控制含水量维持在40%～60%。制作完成后，挑出蚯蚓，蚓粪可直接施入茶园，蚯蚓可作为副产品出售或者作为蚓种接种下一批物料。

2、改良剂施用方法

作为改良剂的蚓粪可风干后再施用，也可直接施用。施用的时候，在茶行内开20cm宽、30cm深的施肥沟，将蚓粪均匀撒入施肥沟内，用量在2-10立方米/亩。施用本改良剂可以替代有机肥，不用再单独进行深改施肥。

实施例2

1、利用牛粪作为原料，取牛粪50 kg，放于60cm×40cm×20cm的物料箱中，调节含水量至50%，腐熟30天。腐熟结束后，接种赤子爱胜蚓500条，培养60天，培养过程中维持含水量在50%。将蚯蚓拣出后，蚓粪风干，过2mm筛，用作改良剂。拣出的蚯蚓可单独出售，也可用作下一批制作改良剂的蚓种。

2、取英德市东北部（北纬24.3178，东经113.7803）茶园0-20cm土壤。土壤风干后过2mm筛，pH值为4.06，有机碳含量15.55g·kg^-1，全氮含量0.71 g·kg^-1，碱解氮含量57.2mg·kg^-1，有效磷含量37.7 mg·kg^-1，速效钾含量108.4 mg·kg^-1，全铅含量0.47 g·kg^-1。

3、将上述改良剂和土壤分别按照0%、2.5%、5%、10%的比例混匀后，放入直径15 cm高12 cm的圆形塑料花盆中。维持盆内含水量为土壤最大田间持水量的50-60 %，所有处理均置于室内阴凉通风处自然放置，室内温度维持在28 ℃左右。连续观测60天，结束后测定土壤酸化程度和铅的化学形态等相关指标，测试结果见下表。

表1 添加改良剂后茶园土壤中活化态铅含量及土壤肥力变化情况

改良剂用量	0%	2.5%	5%	10%
					水溶-交换态铅含量(mg·kg-1)	44.28	31.28	22.28	13.82
pH（H2O）	5.01	5.39	5.58	6.14
					有机质(g·kg-1)	26.27	32.79	39.51	48.06
有效磷(mg·kg-1)	23.38	26.88	33.40	52.69
					速效钾(mg·kg-1)	79.25	415.11	735.68	1473.18
碱解氮(mg·kg-1)	191.82	153.68	100.04	70.85

由上述结果可见，利用牛粪作为原料制作的改良剂在10%用量的时候，可以使茶园土壤中水溶-交换态的铅含量下降69%，而且在2.5%和5%用量的时候也都有显著降低，由此可见，该改良剂可以显著降低茶园土壤铅的活性。

与此同时，土壤pH值显著提升，茶园土壤的酸化状况得以改善。有机质、有效磷和速效钾的含量也都显著增加，土壤肥力得到全面改善。碱解氮的含量略有降低，这是有机肥施用中存在的一个共性问题，这种现象是短暂的，随着大量有机态氮的分解转化，碱解氮会迅速提升。

实施例3

1、利用水稻秸秆作为原料，从水稻田取稻秆30kg，晒干后粉碎过2mm筛。调节含水量至40%，放于60cm×40cm×20cm的物料箱中腐熟30天。腐熟结束后，接种赤子爱胜蚓300条，培养60天，将蚯蚓拣出后，蚓粪风干，过2mm筛，用作改良剂。

2、与实施例1取相同地点的茶园土壤，风干后过2mm筛，备用。将上述改良剂和土壤分别按照0%、2.5%、5%、10%的比例混匀后，放入直径15 cm高12 cm的圆形塑料花盆中。维持盆内含水量为土壤最大田间持水量的50-60 %，所有处理均置于室内阴凉通风处自然放置，室内温度维持在28 ℃左右。连续观测60天，结束后测定土壤酸化程度和铅的化学形态等相关指标，测试结果见下表2。

表2添加改良剂后茶园土壤中活化态铅含量及土壤肥力变化情况

改良剂用量	0%	2.5%	5%	10%
					水溶-交换态铅含量(mg·kg-1)	74.78	48.76	29.88	22.08
pH（H2O）	5.01	5.43	5.60	5.93
					有机质(g·kg-1)	15.24	19.67	22.25	27.65
有效磷(mg·kg-1)	23.38	25.67	34.61	42.68
					速效钾(mg·kg-1)	79.25	673.09	1463.96	2610.13
碱解氮(mg·kg-1)	191.82	176.71	174.75	174.20

由上述结果可见，利用水稻秸秆作为原料制作的改良剂2.5%、5%、10%三个用量水平下均可以显著降低茶园土壤中水溶-交换态铅的含量。由此可见，该改良剂也可以显著降低茶园土壤铅的活性。

与此同时，土壤酸化状况得以改善，下降了将近1个pH单位。有机质、有效磷和速效钾的含量也都显著增加，特别是速效钾提升最多，土壤肥力得到全面改善。碱解氮的含量略有降低，下降幅度比实施例1中牛粪蚓粪要小，随着时间的延长，碱解氮的含量同样会随着有机氮的分解而增加。

实施例4 蚯蚓种类的选择

1、为筛选最适合用于本改良剂生产的蚯蚓品种而进行本试验。

（1）供试蚯蚓品种：赤子爱胜蚓（Eisenia foetida）、壮伟环毛蚓(Amynthasrobustus)、皮质远盲蚓(Amynthas corticis)、威廉环毛蚓（Pheretima guillelmi）等生长速度快，适应能力强的蚯蚓。

（2）供试物料：为牛粪和稻秆按照2:1的重量比（干重）混合物料，混合后物料的C/N为25.6。

（3）试验方案：1kg混合物料调整含水量为45%，在25℃的恒温室内放置10天。待物料性质稳定后，将所选蚯蚓品种按照10条/kg的密度接种到物料中，每个蚓种3次重复。维持含水量和温度，培养20天。试验结束后检查蚯蚓数量和重量，并比较物料分解程度。

2、实验结果

表3 试验前后各品种蚯蚓的数量和重量变化情况

对试验结果进行分析发现，供试的四种蚯蚓中壮伟环毛蚓和威廉环毛蚓死亡率（或逃逸）较高，而且不能进行正常的繁殖。赤子爱胜蚓试验后的存活率为100%，并且已经有大量幼蚓和蚓茧出现，总蚓重也比试验前有大幅度的增加，说明该蚓种可以很好的适应物料环境，在物料中能够正常生长、存活和繁殖。而皮质远盲蚓的存活率也达到了80%，并且也有幼蚓和蚓茧出现，说明作为表层种之一的皮质远盲蚓也能够适应物料的环境。从消化速率上来看，赤子爱胜蚓的消化速率最高，其次是皮质远盲蚓。综上所述，赤子爱胜蚓和皮质远盲蚓都可以适应本研究的物料环境，可以用作生产蚓种。其中，赤子爱胜蚓更优，皮质远盲蚓次之。

实施例5 农业有机废弃物种类的选择

1、对于农业有机废弃物种类的选择主要考虑以下几个方面：

第一，来源广泛价格便宜，并且是农业环境领域急需合理处置的废弃物；

第二，安全，重金属及农药残留含量不能超过国家有关标准（如NY 525-2002 有机肥农业行业标准）；

第三，适合蚯蚓消化处理，蚯蚓在其中可以正常的生长繁殖；

第四，所生产的改良剂要有较好的降低茶园土壤铅活性的效果，并且具有一定水平的养分含量。

当前，畜禽粪便、作物秸秆、园林废弃物、工业生产的有机下脚料都是亟待处理的环境污染源。而目前主要的处理方式还是掩埋和焚烧，都容易造成二次污染。本发明选择畜禽粪便中的牛粪、作物秸秆中的稻秆和大豆秆、园林废弃物中的枯枝落叶、工业生产有机下脚料中的中药渣来筛选制作改良剂的材料。

2、具体试验过程如下：

上述每种物料3次重复，将经过预处理的有机物料装入直径15 cm、高20 cm的圆形塑料花盆中，每盆装相当于干重400g的物料，花盆底部和上口均用35目的塑料纱网密封。选择预培养后活性较高、大小相近的赤子爱胜蚓（0.35±0.03g），用蒸馏水轻轻冲洗干净并擦干、称重，每盆接种20条蚯蚓，总重量在7 g左右，并保证所有处理和重复间蚯蚓的总重量无显著差异。所有处理均放置在室内，室温维持在25±1℃。试验进行50天，维持含水量的50 %左右。试验结束时检查蚯蚓的生长状况，并测试物料的基础属性。

3、实验结果

表4 不同物料中的蚯蚓生长存活状况

试验发现蚯蚓在所选物料中均能正常的生长和繁殖，存活率均能满足生产需求，并且均有蚓茧出现，说明蚯蚓在上述物料中均可以正常生长和繁殖。

另外，结合蚯蚓生长情况于物料属性的分析发现（如附图1所示），蚯蚓特别是成蚓在物料C/N为20-40之间的时候生长速率最快，对物料的处理速度也最快。

实施例6 关于处理时间和接种量的优化试验

1、选择合适的处理时间，既能保证物料被蚯蚓充分消化，形成合格的改良剂，有能保证缩短处理周期，提高生产效率。

2、本发明针对处理时间设置了如下的试验：

选择牛粪、稻草、豆秸、中药渣、枯枝落叶5中物料，按照每千克物料接种20条赤子爱胜蚓的密度接种，连续培养100天，连续观测蚯蚓的存活状况。蚯蚓的存活状况可以很直观的反应物料的处理程度，当物料被消化完成时，蚯蚓就好出现死亡或者逃逸。蚯蚓在五种物料中的存活状况如附图2所示。在第60天的时候存活数量开始出现大量下降，到第80天蚯蚓的死亡率（或逃逸）多数已经超过50%。这说明在40～60时物料已基本被消化完全。因此，在上述接种密度下，蚯蚓的最佳消化时间是40～60天。

3、当然，消化时间与接种密度有关，通常接种密度越大，所需的消化时间就越短。但是，接种密度越大投入的成本就越高，并且密度过大会引起蚯蚓染病的机率大大增加，容易造成蚯蚓大量死亡。为寻找在本发明中的合理接种密度，进行了如下试验：采用牛粪作为供试基质，接种赤子爱胜蚓，分别按照每千克接种5条、10条、20条、30条、40条、50条、60条，所有处理均放置在室内，室温维持在25±1℃，含水量的50 %左右。连续观测100天。

结果如图3所示。接种5～10条/千克的处理在100天试验结束的时候仍然没有消化完成，但蚯蚓也没有死亡或逃逸，说明该接种密度可以达到本发明所述效果，但不是最优。20～40条/千克的接种密度下，在40～60天时基本消化完成，蚯蚓前期的死亡（逃逸）率也可以接受，其中以20～30最优。50～60条/千克的接种密度下，前期蚯蚓出现大量死亡（逃逸），而且物料的消化率也比较低。综上所述，接种密度1～60条均能实现最终的消化处理，但是10～30条/千克是比较合理的范围，其中20条/千克是蚯蚓死亡（逃逸）率、处理时间、成本综合考虑下的最优选择。

Claims (10)

1.一种降低茶园土壤铅活性的改良剂，其特征在于，是利用蚯蚓将农业有机废弃物消化分解，然后将蚯蚓拣出后得到的产物为蚓粪，即为能够降低茶园土壤铅活性的改良剂。

2.根据权利要求1所述的改良剂，其特征在于，所述蚯蚓为赤子爱胜蚓或皮质远盲蚓。

3.根据权利要求1所述的改良剂，其特征在于，所述农业有机废弃物是畜禽粪便、秸秆、园林废弃物、茶渣、中药渣中的一种或几种。

4.根据权利要求3所述的改良剂，其特征在于，所述畜禽粪便为牛粪和/或猪粪；所述秸秆为水稻秸秆和/或豆秸。

5.根据权利要求1所述的改良剂，其特征在于，所述改良剂的制备方法包括如下步骤：

S1.将农业有机废弃物混匀，调节含水量至40～60%，自然堆置腐熟25～40天；

S2.腐熟结束后，接种蚯蚓，培养30～60天；

S3.将蚯蚓拣出，得到的蚓粪，即为所述改良剂。

6.根据权利要求5所述的改良剂，其特征在于，步骤S1所述农业有机废弃物要保证总C/N在20～40之间。

7.根据权利要求5所述的改良剂，其特征在于，步骤S1所述调节含水量至40～50%；步骤S1所述腐熟30天；步骤S2所述培养50～60天。

8.根据权利要求5所述的改良剂，其特征在于，当步骤S1所述农业有机废弃物不是畜禽粪便时，还需先粉碎至直径1～2mm的颗粒；步骤S3所述蚓粪再经过风干并过1～10mm筛，即得到所述改良剂。

9.根据权利要求1或5所述的改良剂，其特征在于，所述蚯蚓的接种比例是按照每千克农业有机废弃物接种1～60条蚯蚓。

10.权利要求1～9任一所述改良剂在作为茶园土壤改良剂方面的应用。