CN108059492A - 一种蔬菜残体原位、快速肥料化利用的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种蔬菜残体原位、快速肥料化利用的方法，在夏季闲田期间，采用破碎和旋耕设备将大棚内原位产生的蔬菜残体破碎后直接翻入土壤中，调整土壤碳氮比和水分含量后，密封大棚并维持20‑25天后揭棚通风，使大棚内土壤保持较高的温度和适宜的水分含量，营造适合蔬菜残体快速腐解的温度和水分条件，同时提高对土壤中有害生物的杀灭效果，不仅实现蔬菜残体快速、高效资源化利用，而且增加土壤有机质含量并起到对土壤的消毒效果。
Description
技术领域
本发明涉及农业废弃物综合利用领域，特别是一种蔬菜残体原位安全、快速肥料化利用的方法。
背景技术
随着人们生活质量提高和国家产业结构的调整需求，我国的蔬菜种植面积和产量一直位居世界首位，且继续保持稳定增长的势头，目前已成为世界上最大的蔬菜生产国和消费国，蔬菜种植面积由1990年的0.95亿亩增加到2016年的3亿多亩，产量由1990年的1.95亿吨增加到2016年的近7亿吨，蔬菜及其相关的上下游产业已成为国计民生不可或缺的支柱产业。
然而蔬菜的种植和加工在满足人民生活需求、带动经济发展的同时，种植业所产生数量可观的蔬菜残体对资源循环利用和环境保护也造成了巨大压力。蔬菜残体是指蔬菜生产过程中产生的、收获或加工后剩余的茎、叶、花、果等。据相关部门统计，每亩蔬菜地平均可产生蔬菜残体约1000公斤，(设施蔬菜每亩蔬菜残体平均1500千克以上，茄果类蔬菜残体平均1500千克以上，露地蔬菜平均可达600千克以上)，多茬次种植条件下，蔬菜残体产生量将翻2-3倍。以我国蔬菜种植面积3000万公顷计算，每年产生的蔬菜残体约4.5亿吨，以残体中速效氮、磷、钾的百分比含量分别为0.2％、0.06％、3.56％计算，相当于每年以蔬菜残体形式分别生产了0.09、0.03和1.53亿吨的速效氮磷钾养分。
目前，对蔬菜残体的有效处置和安全利用的研究报道相对较少，在我国许多蔬菜种植基地，蔬菜秸秆或残体随意焚烧和丢弃的现象屡见不鲜、屡禁不止，如此巨量的养分资源如不妥善处置，随意堆积在田间、路边、河道等处，不但造成严重的资源浪费，污染生活环境，而且为某些病虫害的滋生和繁衍提供了场所，同时蔬菜残体上含有的大量病原菌会随着雨水和风传播到环境中成为下茬作物病害发生的侵染源，加重下茬蔬菜病虫害的发生和蔓延，不利于下茬蔬菜的安全和清洁生产。
将蔬菜残体厌氧发酵产沼气是目前常见的利用方式之一，但该利用途径在小规模处理时较易操作，而若大规模处理蔬菜残体，则需要大容量的厌氧发酵设施设备和大量沼液的消纳利用途径，需要较高的经济投入和运行及管理费用，与此相比，将蔬菜残体集中收集、粉碎后进行堆肥处理后作为有机肥回田施用，仍然是许多地方采用的处置利用方式。而以上两种蔬菜残体的利用方式都涉及到残体的收集和运输，由于蔬菜种植的分散性和收获时间的差别，收集的费用和成本很高，而且收集到的蔬菜残体干湿不同、新鲜程度不统一等显示问题均增加后续利用的难度，这些问题也正是限制蔬菜秸秆资源化利用的瓶颈；而采用何种简便的方法实现蔬菜残体的原地利用，省去蔬菜残体的收集和运输环节，也成为本领域亟待解决的技术难题。
此外，在大部分设施蔬菜种植地区，夏季7-8月份，由于大棚内温度较高，不适合大部分蔬菜生长，农户一般会在6月份将蔬菜收获结束后，将大棚闲置(一般称为闲田期)，等高温期过后(8月下旬)才开始栽种下茬作物，因此，在此期间将蔬菜残体直接原位还田腐解后代替一部分有机肥，完全不影响农时，目前利用夏季闲田期实现蔬菜残体的原地利用的方法尚未未见相关文献报道。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种蔬菜残体原位、安全和快速肥料化利用的方法，解决了蔬菜秸秆的安全和高效利用问题，同时实现废弃物资源化利用、清洁生产和环境保护的多赢，本发明目的是这样实现的：
在夏季闲田期间(一般是7-8月份，日平均气温不低于25℃时，华南地区时间跨度可以更大)，在大棚中蔬菜可食用部分采收结束后，将蔬菜残体(包括仍处于种植状态或者已经拔出根部平放在大棚地面的蔬菜残体)破碎并同时旋耕入土至少20cm，撒入适量高碳氮比的有机物料或者氮肥，使得土壤中碳氮比在20-25范围内，接着用拖拉机耕翻一遍(耕翻深度为20cm左右)，然后在大棚四周筑起15厘米左右高的土埂，用喷灌或浇灌使得土壤达到完全饱和且土壤表层保持5厘米左右的水层，将大棚塑料薄膜底边埋入土中，将大棚密封并维持20-25天，营造适合蔬菜残体快速腐解的温度和水分条件，同时提高对土壤中有害生物的杀灭效果，不仅实现蔬菜残体快速、高效资源化利用，而且增加土壤有机质含量并起到对土壤的消毒效果；然后揭棚通风，当土壤水分适合拖拉机旋耕时，施入常规底肥(如氮磷钾含量分别为15-15-15的复合肥)，再将土壤旋耕一遍，即可再次移栽作物。
本发明中，是利用集蔬菜残体破碎和土壤旋耕于一体的机器(马力在35KW以上，旋耕深度20厘米以上)，在大棚里一边直接将仍处于种植状态或者已经拔出根部平放在大棚地面的蔬菜残体破碎到适当长度，一边和土壤旋耕同步将破碎的蔬菜残体混匀到土壤耕层。
在本发明中，所用的蔬菜残体为常规设施种植产生的辣椒、番茄、茄子、以及叶菜等新鲜蔬菜残体，其中如果某些品种的番茄、茄子植株高于50厘米，需要事先拔出根部平放在地上，植株高度低于50厘米的蔬菜残体可以直接原位破碎成5-15厘米长度后旋耕入土。
本发明中所述高碳氮比的有机物料，一般指牛粪或者稻麦秸秆；所述的使得土壤碳氮比调节到25-30范围内是指先按照国家标准分别测定蔬菜残体中的总碳(C)和总氮(N)的含量，计算蔬菜残体的碳氮比,根据蔬菜残体的碳氮比高于或者低于25-30，确定秸秆(或者牛粪)和氮肥的添加量，调整到需求范围。
申请人针对辣椒、番茄、青毛豆、甘蓝、芹菜和小青菜等蔬菜生产中产生的大量植株残体，与夏季高温闷棚相结合，开展了蔬菜残体原位粉碎、与土壤混匀后就地还田、腐解后肥料化利用的相关研究，研究发现利用夏季高温闲田时间，将蔬菜残体原位在土壤中腐解一定时间后，不仅实现了蔬菜残体的完全腐解(茄果类蔬菜根茎交接处、木质化程度较高的5厘米左右残体可以很方便地检出)，增加了土壤有机质含量，减少下茬有机肥用量，而且对土壤中的病原菌(包括蔬菜残体自身带进去的病原菌)起到完全杀灭的效果。
本发明的有益效果在于：
1、本发明充分利用夏季高温特点，将含有多种养分的蔬菜残体在大棚里进行原位腐解，结合高温闷棚，既完成有机物料的充分腐熟，增加土壤有机质含量，减少有机肥施用量，又达到杀灭蔬菜残体和土壤里有害生物的效果，起到“药肥”双效的作用。
2、本发明将蔬菜残体直接翻入大棚土壤里腐解，既节省了将蔬菜残体清出大棚的人工费用，也减少了蔬菜残体清出大棚后在环境随意放置造成资源浪费、病原菌扩散和病害传播的风险，达到资源高效利用和环境保护的双重效果。整个施用过程简单，高效、经济适宜推广易于操作，为农业废弃物资源循环利用、环境保护和抑制病虫害的传播开辟新的思路。
附图说明
图1为辣椒残体还田、高温闷棚前、后土壤中真菌数量示意图。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明思想做进一步说明。
实施例中所涉及的培养基：
马丁氏培养基：KH2PO41g，MgSO4·7H2O 0.5g,蛋白胨5g,葡萄糖10g,琼脂15—20g,水1000ml,加1％孟加拉红水溶液3ml，pH自然；将配好的培养基平均分装到2个容量为1000毫升的玻璃三角瓶中，121℃高压灭菌15min，取出后冷却至55℃左右，每500ml培养基中加1％链霉素液1.5ml，在超净工作台中倒入直径为8.5厘米的无菌培养皿，制备成平板备用。
实施例1辣椒残体还田腐解最适条件的筛选试验
采用室内模拟实验进行。辣椒残体和土壤均采自淮安辣椒种植农户，新鲜的辣椒残体用铡刀切成5厘米长度，以1.5％(重量比)的添加量加入到土壤中混合均匀备用。土壤装在内径25厘米，深度为40厘米的塑料桶内。
试验1：不同土壤温度下，辣椒残体腐解对土壤主要化学性状的影响
试验设空白对照组：没有添加辣椒残体的土壤；
处理组1：含有辣椒残体的土壤，始终放置在12-15℃环境中；
处理组2：模仿淮安7月份的气温，白天放置在38-40度环境中，晚上放置在20-22度环境中。
每个塑料桶中土壤重量20公斤，厚度20厘米，添加5.4克复合肥(15-15-15)，用风干的牛粪按照0.2％(重量比)添加到含有1.5％辣椒残体的土壤中，以牛粪或稻麦秸秆调节土壤碳氮比为25，加入放置过夜的自来水至土壤最大饱和度的70％，每个处理3盆，将所有塑料桶中土壤培养25天，期间每隔2-3天采用称重法进行补水，25天后取出所有处理，自然晾干土壤后测定土壤主要性状指标，结果见表1：
表1不同土壤温度下辣椒残体还田对土壤主要化学性状的影响
从表1可以看出，处理组2中，除了土壤pH略低于处理组1，但没有显著差别，土壤各种养分指标均大于处理组1，特别是土壤有机碳含量提高了0.43％的百分点，因为高温下，土壤生物学活性较高，辣椒残体的腐解效果好于低温，有利于土壤有机碳的增加，说明辣椒残体的腐解速度受温度影响很大。
试验2：不同土壤碳氮比下，辣椒残体腐解对土壤主要化学性状的影响
本实施例中所用的材料和管理同试验1，本试验设三个处理组：
处理组1：土壤碳氮比为15；
处理组2：土壤碳氮比为25；
处理组3：土壤碳氮比为35；
塑料桶中土壤厚度为20厘米，每个处理3盆，将所有处理的塑料桶白天放置在38-40℃环境中，晚上放置在20-23℃环境中培养25天，土壤水分含量和培养期间的管理办法同试验1，25天后取出所有处理，自然晾干土壤后测定土壤主要性状指标，结果见表2。
表2不同土壤碳氮比下辣椒秸秆腐解对土壤性状的影响
从表2可以看出，在3种碳氮比条件下从土壤的综合养分指标来看，仍然是处理2的辣椒残体腐解效果最好，处理1中，由于土壤碳氮比较低，使得土壤反硝化作用强于其他2个处理，致使土壤中全氮和硝态氮含量降低；而处理3种碳氮比过高，不利于土壤中微生物的活动，辣椒残体腐解速度较慢，土壤有机碳含量明显低于其他两个处理。
试验3：不同培养时间下，辣椒残体腐解对土壤主要化学性状的影响
本试验中所用的材料同试验1，塑料桶中土壤厚度为20厘米，土壤碳氮比为25，试验设三个处理组：
处理组1：土壤培养时间为15天；
处理组2：土壤培养时间为25天；
处理组3：土壤培养时间为35天；
每个处理3盆，将所有处理的塑料桶白天放置在38-40℃环境中，晚上放置在20-23℃环境中培养25天，土壤水分含量和培养期间的管理办法同试验1，培养结束后取出所有处理，自然晾干土壤后测定土壤主要性状指标，结果见表3。
表3不同培养时间下辣椒残体腐解对土壤主要化学性状的影响
从表3可见，随着培养时间延长，土壤pH、电导率和有机碳含量逐渐增加，但培养25天和35天这两个处理之间没有明显差别；培养15天时，土壤中有机碳和全氮含量明显低于其他两个处理，说明这个时候辣椒残体腐解还没完成，辣椒残体中的养分还没有完全释放出来，而且这个时间是土壤生物学比较活跃、辣椒残体分解正在进行的阶段，土壤中有机酸含量也较高，使得土壤中有效磷含量增加，所以15天培养时间是不够的，而培养35天时，土壤中各项指标与培养25天没有明显差别，说明培养25天后土壤中各项指标均区域稳定；再加上从节省农时的角度考虑，综合认为培养25天时最适宜的。
此外，在实际农业生产中，根据作物根系生长需求和其他农艺措施的需求，土壤翻耕的深度一般为20厘米，所以辣椒残体还田的土壤深度也是20厘米才有生产实际价值，所以就没有再设置不同土壤深度的实施例。
实施例2辣椒残体还田前、后土壤中常见病原真菌的数量检测
试验在江苏省淮安市农户辣椒塑料生产大棚中进行，时间是2016年年7月，日平均气温为28-30度，大棚面积600平方米(宽6米，长100米)，沿着大棚长度方向中间开沟平均分成2部分，分别为辣椒残体不还田区(对照区)和辣椒残体还田区(处理区)，在辣椒果实收获结束后，对照区中的辣椒残体人工拉秧后清出塑料大棚，而处理区，采用黄海金马404D拖拉机将辣椒残体原位粉碎后旋耕入土中，然后处理区再均匀撒入150公斤粉碎至10厘米左右的小麦秸秆，调节土壤碳氮比在25-30范围内，再用拖拉机旋耕一遍，在处理区四周人工筑起15厘米高的土埂，然后灌水至土壤完全饱和后表层有5厘米左右深的积水(以后一直维持此水深)，密封塑料大棚25天(期间根据水分损失情况及时补水)后，大棚通风，将土壤晾干至适合拖拉机下地旋耕时，分别采集对照区和处理的土壤，进行土壤中常见病原菌数量的测定。
测定土壤中病原菌的数量方法如下：取10克土壤放入90毫升无菌水中，采用梯度系列稀释法，将样品分别稀释到10-1,10-2,10-3,10-4稀释度，吸取100微升涂布在马丁氏平板培养基中，将平板28-30度培养3-4天后进行计数，计数结果见下表4和图1所示。
表4辣椒残体原位还田腐解前、后土壤中常见植物病原真菌的数量(CFU/g土)
| 病原菌 | 辣椒残体还田前 | 辣椒残体还田、高温闷棚后 |
| 尖孢镰刀菌 | 23000 | 未检出 |
| 灰霉病菌 | 32000 | 未检出 |
| 炭疽病菌 | 11000 | 未检出 |
从表4和图1(其中，图1A为辣椒残体还田、高温闷棚前，图1B为辣椒残体还田、高温闷棚后)可以看出，辣椒残体还田、高温闷棚之前，土壤中真菌(包括病原菌)的种类和数量都较多，其中3种常见病原菌的数量在11000-32000CFU/克土范围，而高温闷棚结束，以上3种病原菌均未从土壤中检测到，可见，经过高温闷棚阶段，可以完全杀灭土壤中的靶标病原菌，不会因为蔬菜残体还田对下茬作物病害发生造成风险。
实施例3辣椒残体还田肥料化利用对土壤主要化学性状的影响
本实施例的试验设置与实施例2相同，在高温闷棚结束后，大棚通风，将土壤晾干至适合拖拉机下地旋耕时，分别采集对照区和处理的土壤测定土壤主要化学性状，结果见表5：
表5辣椒残体还田、高温闷棚前后土壤主要化学性状变化
由表5可知，辣椒残体还田、高温闷棚前后，土壤的所有化学性状均发安生了变化，部分性状发生了显著变化，总体看来。辣椒残体还田并经过高温闷棚腐解后，增加了土壤有机碳、全氮、硝态氮、有效磷和有效钾多种养分的含量，其中有机碳增加18％，有效磷、有效钾分别增加45％和15.7％，硝态氮增加2.7倍，这说明，辣椒残体还田后显著增加土壤有效养分的浓度。
实施例4辣椒残体还田肥料化利用的经济效益
大棚处理同实施例2，在高温闷棚结束后，大棚通风，将土壤晾干至适合拖拉机下地旋耕时，进行土壤样品采集，然后对照区撒入300公斤商品有机肥和20公斤氮磷钾含量分别为15-15-15的复合肥，处理区撒入200公斤商品有机肥和15公斤氮磷钾含量分别为15-15-15的复合肥，旋耕土壤后即可移栽辣椒，辣椒栽植期间直至辣椒收获完毕，对照区和处理区所有田间管理措施相同，收获后测定辣椒产量病进行经济效益分析，见表6：
表6辣椒残体还田对辣椒产量和经济收入的影响
由表6数据可以看出，与辣椒残体不还田相比，将辣椒残体原位还田肥料化利用，每亩辣椒产量增加了150公斤，同时由于减少了有机肥和化肥的投入成本，综合算下来，每亩净收入增加610元，产生了显著的经济效益。
Claims (4)
1.一种蔬菜残体原位、快速肥料化利用的方法，其特征在于，具体步骤如下：
1)夏季，日平均气温不低于25℃时，在大棚中蔬菜可食用部分采收结束后，破碎蔬菜残体并同时旋耕入土至少20cm，调整土壤碳氮比为20-25，然后耕翻一次；
2)在大棚四周筑土埂，灌溉土壤至达到完全饱和且土壤表层保持5厘米的水层，将大棚密封，维持20-25天后揭棚通风，即实现蔬菜残体原位、快速肥料化利用。
2.根据权利要求1所述蔬菜残体原位、快速肥料化利用的方法，其特征在于，所述破碎蔬菜残体是指破碎至5-15cm。
3.根据权利要求２所述蔬菜残体原位、快速肥料化利用的方法，其特征在于，所述调整土壤中碳氮比为20-25是指：利用牛粪或者稻麦秸秆调整土壤碳氮比为20-25。
4.根据权利要求1-3之一所述蔬菜残体原位、快速肥料化利用的方法，其特征在于，步骤1）所述蔬菜包括辣椒、番茄和茄子。
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