CN106912215A - 一种利用原位厌氧发酵方式进行设施农业土壤病害防治的方法 - Google Patents

一种利用原位厌氧发酵方式进行设施农业土壤病害防治的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于生态农业技术领域，具体是一种利用原位厌氧发酵方式进行设施农业土壤病害防治的方法。向待处理区域的土壤接种混合的厌氧微生物并添加适合微生物发酵的底物和营养调节剂，将微生物底物、营养调节剂、混合的厌氧微生物与土壤充分混合，调控待处理的设施农业土壤环境条件，促进土壤中的混合厌氧微生物繁殖，通过土壤中原位繁殖的微生物降解土壤中残存的有害物质。本发明提供原位厌氧发酵技术，除了对防治土壤病虫害有效，还有利于提高土壤对酸碱的缓冲能力、提高土壤有机质含量，对于改善设施农业土壤质量有一定帮助。

Description

一种利用原位厌氧发酵方式进行设施农业土壤病害防治的 方法
技术领域
本发明属于生态农业技术领域，具体是一种利用原位厌氧发酵方式进行设施农业土壤病害防治的方法。
背景技术
设施农业对于改善农业经济结构、丰富居民食品消费、增加农民收入等方面具有十分积极的意义。但由于设施农业自身特点，如高温、高湿、施肥量大、单一作物多年连作等，造成设施农业土壤病害加剧，作物自身生长过程释放的一些有毒物质对作物种植造成较大障碍，降低作物产量和品质。目前农民解决这些问题的方法是在歇棚期间向土壤中施用大量杀虫剂和杀菌剂，但这种方法严重污染土壤，破坏土壤生态，造成农残超标，并且对解决作物连作障碍效果不明显，因此亟需开发生态友好型设施农业土壤病害防治技术。
厌氧发酵过程可以将各种有机物降解，能够将发酵介质中的病虫卵，致病菌等种群密度降低1-3个数量级，植物生长及死亡过程产生各种毒素性物质也可以被厌氧微生物分解。杀灭过程主要依靠高密度复合微生物的降解作用。微生物种群密度、生长繁殖活性等是影响防治效果的主要因素。同时，由于微生物生长繁殖速度快，世代周期短，因此在土壤中创造适合的微生物生长、繁殖环境，提供微生物生长、繁殖事宜的底物，具有比外援添加微生物更理想的效果。
目前能够消除土壤病害、防治作物连做障碍的方法也有报道，201110361630.8“一种利用沼液矫治大棚土壤连作障碍的方法”，包括大棚土壤整畦、沼液选备、覆膜漫灌、闷棚、土壤翻耕等步骤，其中“覆膜灌溉”步骤为“沼液灌溉直接在畦的覆膜下进行，将沼液出液管口置于畦一端覆膜下，等沼液流到该畦另一端时终止灌溉，同时将已完成沼液灌溉的畦上的地膜封闭；再换畦重复进行上述操作”，其中“闷棚”步骤为“沼液漫灌后晒棚2-4天，再将大棚的塑料盖膜盖好，在自然条件下闷棚。棚内温度40～50℃时保持7-9日或棚内温度50-60℃时保持4-7日”。这一方法与本发明相比，其覆膜灌溉虽然也灌溉入沼液，但并未加入底物，不存在借助添加微生物底物促进厌氧微生物繁殖，降解土壤病害物质的方法。从描述的内容看，申请号201110361630.8是利用沼液自身具有的杀虫、灭菌和厌氧的效果，实现控制土壤病害的目的。虽然两者有一些细节的相同点，但本质不同。
申请号201510512046.6的发明专利，一种沼液防治农作物土传病害的方法，其中提到“取发酵时间25天以上排出的新鲜沼液注入沼液贮备池内，搅拌至悬浮状态后，按照1000∶1∶3∶2的比例，加入木霉菌剂、磷酸二胺、磷酸二氢钾使其完全溶解，将沼液贮备池内沼液中磷酸二铵、磷酸二氢钾添加物的浓度调整到1000mg/L；将沼液贮备池中的沼液泵出，通过沟灌的方式直接导入上述大棚内漫灌，淹水周期内土层表面至少保持10cm的沼液，遇蒸发或下渗而使液面下降时，则重复导入沼液，直至淹水周期结束时停止导入沼液，自然通风或晾晒；待土壤含水率达到15-25％时，进行整畦，并结合底肥对土壤翻耕作畦。”这一方法是在沼液中加入其它外源微生物，从而提高微生物的种群密度，从而达到提高微生物杀灭病虫卵、致病菌以及作物生长或死亡后释放、分泌的抑制性物质的作用，而本方法主要是通过土壤中原位繁殖的方式提高种群密度，这一方法与本发明仅仅目标相同，但实施方法完全不同。
另外这一方法使用沼液量极大，要求“淹水周期内土层表面至少保持10cm的沼液”，不考虑在此期间沼液渗透进土壤和挥发到空气中的数量，仅保持土层表面10cm的沼液，每亩需要沼液66.7m3，实际用量可能远超这一数据，远大于过本发明的沼液用量，这将带来两个问题，第一增大方法的实施成本，第二，处理完之后需要大棚长时间通风干燥，否则无法种植下一季作物，因此从实用性角度，这一方法不如本发明。
201410448650.2秸秆与沼液同步还田作业方法及机具，其主要内容包括①利用秸秆与根茬破碎抛撒作业机将位于田间的农作物秸秆和根茬完成破碎加工后，将其抛撒在田间表面上；②利用沼液喷洒设备将生物质厌氧发酵后产生的沼液喷施在位于田间表面上且已被破碎的农作物秸秆和根茬上；③利用铧式犁总成进行土地平翻耕作，利用平翻产生的土垡将喷洒了沼液后的破碎秸秆、根茬掩埋覆盖在土壤内；④利用镇压作业装置对田间土地表面进行全面镇压压实平整作业，使土壤对秸秆、根茬的掩埋更严密，保证和提高秸秆和根茬在土壤内降解速度和效果。这是一种面向大田种植的方法，其主要目的是保证秸秆和根茬在土壤内的降解速度和效果。与本发明相比，没有隔绝空气、保持温度和发酵时间的内容，也就不具备快速、有效杀灭土壤病虫害的作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用原位厌氧发酵方式进行设施农业土壤病害防治的方法。
为实现上述目的，本发明采用技术方案为：
一种利用原位厌氧发酵方式进行设施农业土壤病害防治的方法：向待处理区域的土壤接种混合的厌氧微生物并添加适合微生物发酵的底物和营养调节剂，将微生物底物、混合的厌氧微生物与土壤充分混合，调控待处理的设施农业土壤环境条件，促进土壤中的混合厌氧微生物繁殖，通过土壤中原位繁殖的微生物降解土壤中残存的有害物质。
所述混合厌氧微生物为沼渣、沼液混合物；将其作为混合厌氧微生物施入待处理区域内设施农业土壤中；其加入数量为10-50m3/667㎡，沼渣沼液混合物中总固形物浓度20-80kg/m3。
所述混合厌氧微生物为沼渣、沼液混合物,将其作为混合厌氧微生物施入待处理区域内设施农业土壤中；其加入数量为10-50m3/667㎡，沼渣沼液混合物中总固形物浓度20-80kg/m3。
厌氧微生物选择，选择运行健康的大型沼气工程沼渣液混合物作为本发明方法的微生物菌剂，沼渣液混合物在排出发酵罐后未进行曝气处理，沼液池存放时间不超过1个月，沼渣液混合固形物浓度不低于2％。
所述适合微生物发酵的底物为未发生霉变的经预处理的干秸秆或黄储秸秆，其加入量为沼渣沼液混合物总质量的2-5％(以底物干重计算)。
所述预处理是将秸秆进行揉搓破碎处理，处理后90％(质量比例)的秸秆粒径小于(任意方向最大尺寸)10mm。
所述秸秆为玉米秸秆、小麦秸秆、花生秸秆等大田粮食或油料作物秸秆，可以是一种秸秆或多种秸秆混合，但不可以使用棉杆等木质化程度较高的秸秆原料。
所述营养调节剂为含氮丰富的物质，用作调节秸秆碳氮平衡，具体为尿素、碳酸氢铵等，调节后秸秆与营养调节剂的碳氮比15-20:1。
将混合的厌氧微生物、微生物发酵的底物、营养调节剂与待处理区域内设施农业上层土壤(20cm表土)充分混合，浇水调节土壤含水率达到20-30％。
混合的厌氧微生物、微生物发酵的底物、营养调节剂混合后均匀撒到设施农业土壤表面，喷洒量不小于10吨/667㎡，之后使用犁具翻耕表层土壤(20cm)，并灌水调节土壤含水率，将土壤含水率调节至30％以上。
所述待修复土壤与混合的厌氧微生物、适合微生物发酵的底物和营养调节剂充分混合后，土壤表层覆盖农用薄膜，一方面隔绝空气，形成厌氧环境；另一方面提高土壤温度，覆盖薄膜后，通过控制大棚整体通风时间等措施，调控大棚内环境温度不低于20℃，薄膜覆盖土壤40天。
通过调控设施农业大棚通风时间、光照时间、夜间遮盖保温等方法，调节设施大棚内温度，尽可能提高大棚土壤温度，(表层土壤20cm以内)达到20℃，保持40天，即可达到本发明方法的目的。
本发明的优点及有益效果是：
本发明使用厌氧技术破坏、消解土壤中病虫卵、致病菌和作物生长有害物质的方法，这种方法具有成本较低、无二次污染、原料易得、可以同时改良土壤、提供作物生长营养等作用，是一种生态友好型的土壤修复和改良技术；具体为：
1.原料简单易得、成本低廉，随着我国大中型沼气项目的实施，沼渣液产量逐年增加，沼渣液既可以作为良好的有机肥料(或肥料原料)，也可以作为本发明方法的土壤病害防治菌剂。
2.本发明提供的土壤病虫害防治技术对土壤无二次污染，不形成抗药性，不引起作物农药残留，对保障食品安全很有好处。
3.本发明提供原位厌氧发酵技术，除了对防治土壤病虫害有效，还有利于提高土壤对酸碱的缓冲能力、提高土壤有机质含量，对于改善设施农业土壤质量有一定帮助。
具体实施方式
下面结合具体案例对本发明进行进一步描述。本发明以土壤原位厌氧发酵为主要技术手段，通过接种厌氧微生物和添加发酵底物，调控环境温度、形成厌氧氛围，控制处理时间等方法，将土壤中残存的致病微生物、病虫卵、以及作物生长过程释放的抑制性有机物等有害物质降解，从而达到消除土壤病害和作物连做障碍的目的。同时底物和接种物中的有机质、营养元素等经过厌氧发酵转化，有利于提高土壤有机质含量、改善土壤结构、提供作物生长营养。
本发明所述的方法被具体应用于山东省即墨市的一处设施农业种植区。多年来这一地区一直种植黄瓜、西红柿等经济作物，由于复种指数高、重茬严重，环境高温高湿，造成土壤病害和连作障碍严重，土壤根线病、各种土壤真菌病害经常发生，相比于新建设的设施大棚，作物产量和品质都出现不同程度下降。
实施例
实验区域为3座约2000㎡设施农业大棚(实验组)，另外选择在同一区域，具有相同种植结构和种植历史的3座2000㎡设施农业大棚作为对比，其中一座对比大棚按照常见方法，以市场上常见的化学药剂(石灰氮)进行消毒处理(对照1组)。第二座对比大棚不做任何土壤处理(对照2组)。第三组对比大棚加入30m3沼渣沼液混合物，但不加微生物底物(对照3组)。所选择的6座大棚采用同一设计和建设标准，大棚长度110m，宽度18m。为方便菌剂添加和样品测定准确，对大棚进行网格化处理，每座大棚被均匀划分为495个2m×2m的网格，以此作为取样和数据分析的基础。
实验所有的沼渣沼液混合物取自附近的一座大型沼气工程，沼气工程以秸秆为主要原料，发酵停留时间40天左右，沼渣沼液混合物总固形物浓度约4％(质量分数)，沼渣沼液混合物从发酵罐排出后进入沼液池储存，储存时间不超过30天。
沼渣沼液混合物通过罐车运送到设施农业大棚，每座大棚使用量为30m3，在灌注沼渣沼液之前，先平整大棚内土壤，确保表面平整，之后在土壤表面均匀散布1吨秸秆(按照秸秆干重计算，同时在秸秆中加入23kg尿素，并与秸秆混合均匀)，之后在土壤表面均匀喷洒30m3沼渣液混合物。之后用小型农业设备拖挂铧式犁翻耕土壤表层(20cm深度)，将沼渣液与土壤混合，之后向土壤中灌水调节土壤水含量至30％左右(具体加水量需要根据土壤起始含水量调控)，之后用农用薄膜覆盖土壤表面，并镇压薄膜边角，在微生物代谢活动下，快速形成厌氧环境。
根据不同季节环境温度、光照条件等，调节大棚光照时间、通风时间，必要时增加保温措施。如在冬季，减少大棚通风时间，夜间及时遮盖保温帘布；在夏季，延长日间通风时间，避免棚内过度过高。可以在大棚内放置多个温度计，根据温度计调控大棚温度，环境温度在20℃以上(避免大棚内环境温度升至40℃以上)，保持30天以上，即可以达到防治土壤病害传播、减轻作物连做障碍的目的。
经过厌氧微生物处理40天之后，揭开大棚，通风24小时以上，之后揭开覆盖于土壤表面的薄膜，保持土壤通风7天左右，即可以进行下一季的作物种植。
本实施案例中，在完成厌氧微生物土壤处理之后，所有大棚，包括实验组和对照组大棚全部种植黄瓜，黄瓜的种植密度、品种、施肥方法、田间管理方法等完全保持一致，以根结线虫发生率、真菌类白粉病发生率和黄瓜产量作为评价指标，实验结果如下表所示。
实施案例表明，与对照1相比，实验组的平均根结线虫发生率为2.1％，对照1为2.4％，降低12.5％。白粉病发生率实验组平均为0.3％，对照1为1.3％。黄瓜产量实验组平均9.2吨/亩，对照1为6.7吨/亩。上述实验结果说明，微生物原位发酵处理设施农业土壤，其病害防治和克服连做障碍的效果优于常规的石灰氮处理方式。
对照2组未进行任何土壤处理，根线虫发生率、白粉病发生率分别为24.5％和8.2％，黄瓜产量仅为4.1吨/亩。
对照3组与对照2组的结果相似，根线虫发生率和白粉病发生率分别为22.3％和7.9％，黄瓜产量4.7吨/亩，这说明仅加入沼渣沼液，而不加入微生物底物对土壤病害防治效果不明显。
由上述可见，本发明所采用的原位厌氧发酵技术处理土壤病害可以通过加入较少量的沼渣沼液混合物，同时加入微生物底物，并创造厌氧条件和控制环境温度，促进接种物中混合厌氧微生物在土壤中快速繁殖，提高微生物种群密度和活性，形成对土壤中有机物(包括病虫卵、致病菌和植物根系分泌物等)较强的降解能力，从而消除土壤病害和连做障碍。本发明的基本原理是在待处理的农业土壤中加入混合厌氧微生物群落，并创造条件使其在土壤中快速繁殖，提高混合微生物的种群密度和活性，从而降解土壤中引发土传病害的有机物质。

Claims (8)

1.一种利用原位厌氧发酵方式进行设施农业土壤病害防治的方法，其特征在于：向待处理区域的土壤接种混合的厌氧微生物并添加适合微生物发酵的底物和营养调节剂，将微生物底物、营养调节剂、混合的厌氧微生物与土壤充分混合，调控待处理的设施农业土壤环境条件，促进土壤中的混合厌氧微生物繁殖，通过土壤中原位繁殖的微生物降解土壤中残存的有害物质。
2.按权利要求1所述的利用原位厌氧发酵方式进行设施农业土壤病害防治的方法，其特征在于：所述混合厌氧微生物为沼渣、沼液混合物；将其作为混合厌氧微生物施入待处理区域内设施农业土壤中；其加入数量为10-50m3/667㎡，沼渣沼液混合物中总固形物浓度20-80kg/m3。
3.按权利要求1所述的利用原位厌氧发酵方式进行设施农业土壤病害防治的方法，其特征在于：所述适合微生物发酵的底物为未发生霉变的经预处理的干秸秆或黄储秸秆，其加入量为沼渣沼液混合物总质量的2-5％(以底物干重计算)。
4.按权利要求3所述的利用原位厌氧发酵方式进行设施农业土壤病害防治的方法，其特征在于：所述预处理是将秸秆进行揉搓破碎处理，处理后90％(质量比例)的秸秆粒径小于(任意方向最大尺寸)10mm。
5.按权利要求3所述的利用原位厌氧发酵方式进行设施农业土壤病害防治的方法，其特征在于：所述秸秆为大田粮食和/或油料作物秸秆。
6.按权利要求1所述的利用原位厌氧发酵方式进行设施农业土壤病害防治的方法，其特征在于：所述营养调节剂含氮丰富的物质；调节后秸秆与营养调节剂的碳氮比15-20:1。
7.按权利要求1所述的利用原位厌氧发酵方式进行设施农业土壤病害防治的方法，其特征在于：将混合的厌氧微生物、微生物发酵的底物、营养调节剂与待处理区域内设施农业上层土壤(20cm表土)充分混合，浇水调节土壤含水率达到20-30％。
8.按权利要求1所述的调控待处理的农业土壤环境条件，其特征在于:所述待修复土壤与混合的厌氧微生物、适合微生物发酵的底物和营养调节剂充分混合后，土壤表层覆盖农用薄膜，一方面隔绝空气，形成厌氧环境；另一方面提高土壤温度，覆盖薄膜后，通过控制大棚整体通风时间等措施，调控大棚内环境温度不低于20℃，薄膜覆盖土壤40天。
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