CN108299114B - 新整治耕地耕作层构建主体材料、耕作层构建方法及应用 - Google Patents

Abstract

一种新整治耕地耕作层构建主体材料、耕作层构建方法及应用，该新整治耕地耕作层构建主体材料包括：泥炭类材料，包括草本泥炭、木本泥炭和/或腐殖土类有机材料；活性有机材料，为富含多糖/有机酸/氨基糖的自然植物有机材料；生物激发剂，包含促进所述活性有机材料降解形成土壤有机质、利于土壤形成良好团聚结构、激活系统快速循环的氨基酸菌类和芽孢杆菌类。本发明通过工程化来快速构建耕地耕作层，是对传统模式进行颠覆，能够将优质耕作层形成的冗长培育熟化过程简化为一次性工程化作业，短时间内提升新整治耕地的地力培，并持续保证作物产量和效益。

Description

新整治耕地耕作层构建主体材料、耕作层构建方法及应用

技术领域

本发明涉及土地整治领域和农业领域，具体地涉及一种新整治耕地耕作层构建主体材料、耕作层构建方法及应用。

背景技术

中国幅员辽阔，但人口基数大，人均耕种面积并不充裕。截至2015年底，全国实有耕地面积20.25亿亩，其中含有难以稳定利用的耕地和根据国家政策需要逐步调整退耕的耕地，适宜稳定利用的耕地保有量18.65亿亩，基本农田保护面积在15.6亿亩以上，人均耕地面积为1.48亩，不足世界人均耕地面积的2/5。

我国耕地资源人多地少的国情使我国农业生产一直坚持高投入、高产出模式，耕地长期高强度、超负荷利用，造成质量状况堪忧、基础地力下降、耕作层变浅。目前提高耕地质量主要依靠推进农田水利、土地整治、中低产田改造和高标准基本农田建设等来实现。这些措施注重的往往是土地平整、灌溉与排水、田间道路、农田防护与生态环境保持等外部条件，很难提升土壤有机质等改善耕作层本底质量。

此外，随着我国城镇化建设和大量修路，占用了很多的优质土地资源，根据国家十八亿亩土地红线的管理规定，建设占多少农田就需要补多少农田，但补偿的农田通常在山地、荒地或滩涂等新开垦区域，由于新整治耕地没有经历冗长的培育熟化过程，导致土地贫瘠，作物产量低下，从而出现“占优补劣”的现象。而要将上述土地培育成成熟的优质耕地，要么是将占用的高产耕地的地皮(耕层)铲起运过来(即表土剥离)，需要耗费大量的人力和物力；或者依照传统方法进行培肥改造，但这需要投入大量的生物肥或化肥进行五年、十年甚至二十年的时间进行耕层培育。例如，对黄淮海瘠薄潮土耕地长期培肥试验研究结果表明，要达到肥沃耕作层关键要素指标，需要连续年施用干基有机肥600公斤/亩或鲜有机肥1吨/亩(相当于1.5倍全量秸秆还田量)20年；作物种植、培肥和栽培等其他技术措施可加速土壤有机质积累，但最短也要10年的周期。土壤结构的团聚化可通过添加有机物料快速推进，最先通过微生物胞外聚合物和菌丝体粘合形成大团聚体，但极不稳定，大部分崩解为微团聚体和土粒，形成崩解-团聚往复循环。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种新整治耕地耕作层构建主体材料、耕作层构建方法及应用，以期至少部分地解决上述技术问题。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提出了一种新整治耕地耕作层构建主体材料，包括：

泥炭类材料，包括草本泥炭、木本泥炭和/或腐殖土类有机材料；

活性有机材料，为含有植物纤维的天然植物有机材料；

生物激发剂，包含促进所述活性有机材料降解形成土壤有机质、利于土壤形成良好团聚结构、激活系统快速循环的氨基酸菌类和芽孢杆菌类。

其中，所述泥炭类材料、活性有机材料与生物激活剂的用量的质量比为15～25∶1.5～3∶1。

其中，所述泥炭类材料中：干基有机质含量超过80％，有机质含量中的腐殖质含量超过45％，重金属含量低于土壤背景值。

其中，所述活性有机材料为富含多糖/有机酸/氨基糖的自然植物有机材料，包括作物秸秆和/或草本植物残体。

其中，所述生物激发剂中：总氮含量≥2.5％，总磷含量≥5％，总钾含量≥1.5％，游离氨基酸≥1％，功能微生物≥2亿/g。

其中，所述生物激发剂中的功能微生物包括氨基酸杆菌(Acidaminobacter Stamsand Hansen)和/或芽孢杆菌(Bacillus)。

其中，所述新整治耕地耕作层构建主体材料中还根据耕作环境包括相应的碱性调节剂、酸性调节剂和/或CEC调节剂。

其中，所述新整治耕地耕作层构建主体材料的使用量为每亩大于等于1吨。

作为本发明的另一个方面，还提出了一种新整治耕地耕作层的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

将如上所述的新整治耕地耕作层构建主体材料施入到待改造耕地上形成耕作层。

其中，形成的所述耕作层当年就能够耕种，经1-2年自驯化形成优质耕作层，地力达到高标准农田水平。

其中，对于包括酸性土壤、碱性土壤和盐化土壤的具备显著障碍因子的待改造耕地，需要先将障碍因子消减之后，再将所述新整治耕地耕作层构建主体材料施入所述待改造耕地中。

其中，对于盐碱地，在施加所述新整治耕地耕作层构建主体材料到待改造耕地中之前，还包括施加碱性改良剂并进行排碱的步骤；

对于酸性土壤，在施加所述新整治耕地耕作层构建主体材料至待改造耕地中之前，还包括施加碱性物质排酸的步骤。

作为本发明的再一个方面，还提出了一种木本泥炭在新开垦耕地耕作层的构建中的应用，所述木本泥炭的用量大于1吨/亩。

作为本发明的还一个方面，还提出了一种如上所述的新整治耕地耕作层构建主体材料在构建耕作层中的应用，所述新整治耕地耕作层构建主体材料的用量大于1吨/亩。

基于上述技术方案可知，本发明的新整治耕地耕作层构建主体材料及耕作层构建方法具有如下有益的技术效果：

1、突破长期培育限制、提升土壤质量是本技术有别于其他技术的最重要创新；以天然材料替代冗长培育，突破了土壤质量提升必须通过长期培育的限制，实现了优质耕作层能够快速构建的重要技术创新；

2、将土壤质量提升由长期培育浓缩成一次性工程化构建是本技术的最大优势；“占优补劣”源于有效提升土壤质量的工程技术缺乏，本技术补上了这一短板；一次性添加材料构建，快速提升土壤质量，长期有效，将长期培育过程浓缩为一次性工程化作业，有效地实现了土壤质量提升与土地整治工程的集成，推进“占优补劣”向“占优补优”转变；

3、材料标准化生产、一次性投放和作业、长期有效使本技术具有质量可控、操作简便的优势；本发明的新整治耕地耕作层构建主体材料和生物激发剂通过工厂标准化生产，质量可靠，性能稳定，主体材料在土壤中可赋存10-20年，易分解有机材料就地取材，所有材料一次性投放，以农艺化的耕作搅拌即可实现构建，简单易行，质量可控；

4、材料的天然、绿色保证了本技术生态环境安全、清洁生产、有机生产的优势；添加的木本泥炭材料、多糖/有机酸/氨基糖植物材料以及生物激发剂来自于天然绿色资源，重金属含量低于土壤背景值，快速提升的土壤有机质，使优质耕作层构建区域成为清洁生产、有机生产的基地，提高农产品品质和效益；

5、一次性投入、易操作、长效保持、生态环境安全使本技术拥有强力的市场竞争力；与表层剥离相比，成本低，简单易行；与大量投入有机肥相比，本技术可工程化一次性到达优质耕作层指标，避免了耗时费工的有机肥多年度施用模式和过量施肥带来的作物产品减产低质和环境污染问题；与秸秆还田相比，本技术避免了秸秆还田的传统长期培育过程；与生物炭相比，本技术直接提升土壤有机质、微生物等指标，且生物炭为生物质在缺氧或绝氧环境中经高温热裂解后生成的惰性固态产物，不属于土壤有机质范畴；

6、显著的实际效果是本技术的根本优势，2016年本技术在4省5类土壤(包括酸碱盐土壤)上进行了验证，均取得了显著效果：(1)水稻和玉米比不构建优质耕作层的对照增产40-110％，当季进入高产行列；(2)5个试点土壤有机质平均含量由0.8％提高到2.1％；土壤有机质提高1个百分点，传统土壤培肥需要10年以上的周期；(3)土壤结构得到改善，以旱地为例，土壤0.25-2mm水稳性团聚体数量比对照提高了2.6％；土壤有机质的增加，有效促进了土壤水稳性团聚体的形成，增强了土壤保水、透气和保肥能力，同时改善了土壤耕性；(4)土壤养分容量明显增加，有效性提高，以降解氮为例，高出对照22％以上；(5)土壤微生物活性提高，土壤微生物量碳比对照提高36％以上。

附图说明

图1是本发明的新整治耕地耕作层快速构建的技术原理及生产模式；

图2A～2D是本发明泥炭与土壤有机质、生物炭及褐煤电镜照片对比；

图3是新整治耕地缺乏耕作层照片；

图4是本发明人25年中对各种施肥方式作用下土地肥力值对比表格；

图5是本发明人25年中对各种施肥方式作用下土地有机质含量对比折线图；

图6是本发明人2010-2014年对NPK化肥、秸秆还田及本发明的生物激发三种模式的土地有机质含量的对比折线图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

耕地优质耕作层的形成是长期耕种培肥的结果，其珍贵不仅在于有很高的生产力，而且是农业劳动者长期精耕细作的结晶。传统工艺要达到肥沃耕作层关键要素指标，需要连续多年施用干基有机肥600公斤/亩或鲜有机肥1吨/亩(相当于1.5倍全量秸秆还田量)20年，或者通过作物种植、培肥和栽培等其他技术措施加速土壤有机质积累，但最短也要10年的周期。

图3是新整治耕地剖面照片，新整治耕地缺乏肥沃耕作层；图4是本发明人25年中对各种施肥方式作用下土地肥力值对比表格，其中进行了有机肥、1/2有机肥、化肥NPK和对照组四种施肥方式的对比，有机肥的数值显然好于其它几种；图5是本发明人25年中对各种施肥方式作用下土地有机质含量对比折线图，其中CK表示不施肥，NK表示只施氮肥和钾肥，NP表示只施氮肥和磷肥，PK表示只施磷肥和钾肥，NPK表示施加同时含有氮磷钾的化肥，从对比可知，仍然是施加有机肥的有机质含量增长最快最好；图6是本发明人2010-2014年对NPK化肥、秸秆还田及本发明的生物激发三种模式的土壤有机质含量的对比折线图，其中在秸秆还田时同时施加激发剂可以更好地促进土壤有机质含量的提高。如图3-6所示，经本发明人多年的试验研究发现，长期耕种培育形成的肥沃耕作层特征是，20cm左右耕层厚度，团聚化的土壤结构明显，有机质含量和微生物活性高，养分和水分库容大，供水供肥能力强，酸碱度适宜，盐分含量低，生产力高。评价耕作层质量高低的指标主要包括：土壤结构与水气容量(厚度、颗粒组成、容重、团聚体、田间持水量)，酸碱盐(pH、碱化度、含盐量)，养分容量与有效性(阳离子代换量、氮磷钾、中量元素、微量元素)，有机质，微生物群落结构与活性。然而研究发现，大多数指标并不需要长时间培育，工程作业即可快速完成，唯有土壤有机质、团聚化、微生物群落结构与活性及养分库容需要培育提升。本发明人20多年长期田间试验结果表明，施用有机肥培育的土壤肥力和指标最高，20年培育使土壤有机质提高了10g/kg土(1％)，而其他三项指标与有机质存在协同提升关系，土壤团聚化、养分库容扩增和微生物活性随有机质增加而促进。对土壤有机质组分分析表明，其含有80-95％的难分解腐殖质成分和5-20％易分解的多糖/有机酸/氨基糖成分，两者在土壤中展现不同的功能，前者改善结构、储存养分水分，后者提供速效养分和微生物能量。土壤有机质的提升可促进土壤的团聚化，形成好的土壤结构，增加通气透水和水分养分贮蓄和供给能力，同时增强土壤生物活性，推动养分等物质循环转化。然而，正是土壤有机质积累非常缓慢而限制了肥沃耕作层的快速形成。

本发明人多年的试验研究也表明，土壤有机质的积累也并不是简单地通过大量施用有机肥就可以实现的，这是因为有机肥的降解速度非常快，其添加到耕作层中并不能形成稳定的长效作用机制，本发明人发现，要快速构建优质耕作层，需要使土壤有机质、团聚化、微生物群落结构与活性及养分库容几者达到一种均衡，即不仅仅是增加土壤的肥力，还要使土壤形成一定的团聚度，且微生物群落能够稳定分解有机质而缓慢释放肥力，正是这一发现，本发明人提出了如图1所示的一种快速构建优质耕作层的原理：选择富含腐殖质的泥炭类天然材料和多糖/有机酸/氨基糖的自然植物有机材料，按比例均匀添加到新整治耕地地表，对应到难分解和易分解土壤有机质部分，同时辅以添加生物激发剂激发推进，通过0-20cm机械化混匀并构建出耕作层结构层次。激发剂驱动微生物大量繁殖，激活系统快速循环，促进土壤有机质组分-结构团聚化-养分库容量-微生物群落结构和多样性协同向优质耕作层推进，经过1-2年自驯化转化，构建出优质耕作层。上述方法当年即可实现耕作层的正常种植，而经过1～2年的高有机质和强微生物活性驱动和自驯化，促进土壤团聚化和沃土微生物群落结构形成，即可以实现优质耕作层的构建和高标准农田的建设，而对于其维护，只需要后续配合秸秆还田就可以平衡外接地力的衰减，从而使冗长培育简化为一次性工程化作业。

本发明通过工程化来快速构建耕地耕作层，尤其是新垦耕地的耕作层，将这一传统过程赋予一次作业，是对传统模式进行的颠覆，其技术难点在于将冗长的农学培育浓缩为短暂的工程作业，而后者又是土地整治工程中实现占优补优迫切需要的一项技术。

具体地，本发明公开了一种新整治耕地耕作层构建主体材料，包括：

泥炭类天然材料，包括草本泥炭、木本泥炭和腐殖土类有机材料；

活性有机材料，为含有多糖/有机酸/氨基糖的天然植物有机材料，通常为含有大量纤维素的植物茎秆、果壳、种籽以及草本植物残体等，例如秸秆、玉米芯、棉籽壳等；其中优选为作物秸秆。

生物激发剂，包含促进所述活性有机材料降解形成土壤有机质、利于土壤形成良好团聚结构、激活系统快速循环的氨基酸菌类和芽孢杆菌类。

其中，草本泥炭是指由若干种草本植物残体组成的泥炭。在中国，草本泥炭分布很广，95％以上的泥炭都属于草本泥炭，是数量上和种类上最多的一类泥炭。它大多是在富营养(低位)沼泽条件下形成的，其残体有苔草、芦苇、嵩草、水木贼等草本植物。泥炭颜色呈棕色、褐色，有的则为暗褐色等；结构多呈粗、细纤维状，中等分解度。

现有技术中，有一大类商品俗称泥炭土或草炭土，就是指类似于土状的草本泥炭，多用于育苗床土配制，或加工成草炭肥，也有用于高尔夫球场草坪、屋顶花园栽培土等，但是直接将上述草炭土用于农作物大田中的耕作层主要成分的还未见报道，此外，目前的草炭土用于育苗和花卉栽培时也只是利用其蓬松能够透水透气的性质，并没有报道表明有人发现泥炭类天然材料能够与活性有机材料及生物激活剂共同协同作用，形成能够长效保持肥力的优质耕作层。

木本泥炭，是指由木本植物残体组成的泥炭。它大多是在富营养(低位)沼泽条件下形成的，其残体主要是桦、云杉等木本植物。泥炭颜色呈棕色和褐色、暗褐色，块状结构。在分解度低的木本泥炭中，用肉眼即可辨认出原木、树根和树皮。木本泥炭的特点是含碳量高(可达60％～65％以上)，水溶物、半纤维素和纤维素的含量低，腐植酸和泥炭蜡的含量较高。我国木本泥炭资源相对较少，通常也主要用于生产活性炭或作为燃料。

腐殖土类有机材料例如包括陈年的落叶层、池塘沼泽淤泥等，选取时需要注意其重金属含量，尽量采用天然无污染的成分。

作为优选，该泥炭类天然材料中：干基有机质含量超过80wt％，有机质中的腐殖质含量超过45wt％，重金属含量低于土壤背景值。

本发明人对优质耕作层的有机质组成进行分析表明，优质耕作层土壤的有机质含有8-35％活性有机质，它们易分解，可作为微生物的碳源和养分源，也是对作物释放养分的源；同时含有65-98％稳定性有机质，即腐殖质，它们的结构复杂，氧化程度低，极难分解，其中占有1/3-1/2的腐殖酸组分更加稳定。有机质在土壤中以3种形式存在，即颗粒态：游离在团聚体和土粒之间，闭蓄态：被团聚体封闭，结合态：与土粒键合，3种形态的比例在10-35％、25-35％、30-45％之间。基于该研究成果，本发明人发现，当采用木本泥炭类天然材料时，其与土壤有机质具有类似性，如图2A～2D所示，成分分析表明，稳定性有机质含量超过80％，腐殖酸含量超过40％，重金属含量低于土壤背景值。电镜扫描分析指出，其微结构与土壤有机质相近，与生物碳、褐煤微结构有本质区别(参见图2A～2D)。田间试验也表明，当其粒径小于0.83mm时，具有改土功效。

表1

上述表1为木本泥炭类天然材料在不同木本泥炭层时的各项参数检测数据，检测结果表明木本泥炭类天然材料优于草本泥炭和腐殖土类有机材料，是泥炭类天然材料的最优选择。

本发明中，该活性有机材料为含有多糖/有机酸/氨基糖的天然植物有机材料，例如腐熟的秸秆、秸秆青苗等，能够快速降解形成活性土壤有机质，为微生物提供能源，并能为作物生长提供养分。

本发明中，该生物激发剂例如包括各种氨基酸菌类和芽孢杆菌类、一些钾盐类氨基酸，能够促进秸秆降解形成土壤有机质、利于土壤形成良好团聚结构、激活系统快速循环。

作为优选，该生物激发剂满足如下指标：总氮含量≥2.5％，总磷含量≥5％，总钾含量≥1.5％，游离氨基酸≥1％，功能微生物≥2亿/g。

其中，该功能微生物例如为氨基酸杆菌(Acidaminobacter Stams and Hansen，1984)和芽孢杆菌(Bacillus)。

氨基酸杆菌具有如下性质：直杆，0.5～0.6μm×1.5～3.7μm，细胞两端尖，单生或成对，不运动。最适生长温度是30℃。发酵氨基酸特别是谷氨酸，乙酸是主要的代谢产物，和少量的NH₃、甲酸、CO₂、H₂、丙酸，有时伴有其他脂肪酸，它们的产生取决于所利用的氨基酸。

芽孢杆菌具有如下性质：细菌的一科，能形成芽孢(内生孢子)的杆菌或球菌。包括芽孢杆菌属、芽孢乳杆菌属、梭菌属、脱硫肠状菌属和芽孢八叠球菌属等。对外界有害因子抵抗力强，分布广，存在于土壤、水、空气以及动物肠道等处。可以用于菌肥、农药添加剂，用于净化环境。

本发明将优质耕作层的长期培育过程浓缩为一次性作业，以此制定实施技术规范，创建了优质耕作层工程化快速构建方法。本方法主要特点在于突破了优质耕作层必须长期培育的传统模式，一次性工程化作业构建、长期有效，核心技术模式具有普适性，有利于技术保护。本发明优势在于技术原理有深厚基础理论支撑，材料纯天然绿色安全、质量可控，一次性工程化简单易行，一次作业替代了优质耕作层长期培育过程，构建的优质耕作层土壤质量和产能提升效果非常显著，可成为清洁和有机生产基地，与土地整治工程建成，能有效解决“占优补劣”问题，在同类技术产品中有很强的竞争力，在土地整治领域有广泛的应用前景和很大的市场开发潜力和效益。

具体地，本发明公开了一种新整治耕地耕作层的构建方法，包括以下步骤：

将如上所述的新整治耕地耕作层构建主体材料施入到待改造耕地上形成耕作层。

由此形成的耕作层当年就能够耕种，在2年之内就能够通过自驯化过程形成具有优质耕作层的高标准农田。

本发明还针对不同土壤情形给出不同的解决方案，例如：

对于包括酸性土壤、碱性土壤和沙化土壤的异常的待改造耕地，需要先将异常障碍因子消除之后，再将新整治耕地耕作层构建主体材料施入待改造耕地中。

对于盐碱地，在施加新整治耕地耕作层构建主体材料到待改造耕地中之前，还包括施加碱性改良剂(如脱硫石膏)并进行排碱的步骤；

对于酸性土壤，在施加新整治耕地耕作层构建主体材料到待改造耕地中之前，还包括施加碱性物质排酸的步骤。

对于其余存在异常的土地，同样可以先将异常障碍因子消除之后，再像正常土壤一样施加本发明的新整治耕地耕作层构建主体材料。

本发明例如可以按下列规程实施：

(1)对前期土地整治项目现场勘查与评估，确定是否适宜构建优质耕作层；

(2)0-20cm土层网格背景调查，为技术模式的设计提供基础资料，为生态环境评价提供基础资料，为工程质量检测提供本底对照；

(3)各种天然改良材料质量指标与标准及检测，确保优质耕作层生态环境安全；

(4)优质耕作层设计指标与构建技术模式，作为工程化作业依据和预期目标；

(5)操作工序，标配机械，水田、旱地和酸碱盐土壤标准作业模式；

(6)工程质量检测与验收，设计指标网格化检测及其与本底值对照；

(7)优质耕作层使用的管护方法。

针对不同性状的土壤本发明分别提出了如下有针对性的耕作层快速构建方法的优选实施方式，但本发明并不限于该具体的实施参数，本领域技术人员可以在该方案的基础上进行合乎常规的修改、扩展和衍生，其仍然在本发明的保护范围之内。

1、沙质土壤

沙质土壤新垦旱地优质耕作层快速构建技术，包括以下步骤：

步骤1，深松机对所有土壤进行深松；

步骤2，撒施木本泥炭、腐熟秸秆与生物激发剂，然后耕翻，再深旋耕2遍搅拌混匀材料，带压耙平，人工灌溉或等待一次降雨；

步骤3，均匀撒施化学基肥或随播种机一体化施肥；

步骤4，旋耕耙平，等待播种。

其中，深松机对所有处理小区深松，打破下层地质土板结层。如果是填沟壑造地，此过程省略。

其中，均匀撒施木本泥炭、腐熟秸秆、生物激发调节剂，施入量分别为：木本泥炭37t/ha，腐熟秸秆3t/ha(或秸秆7.5t/ha)，生物激发剂1.5t/ha。然后耕翻，将材料翻入土壤，再进行深旋耕2遍搅拌混匀材料，使耕作层土壤与添加的物料搅拌混匀，并带压耙平。

其中，本发明提供的天然改良材料包括但不限于木本泥炭类有机材料，如草本泥炭、草炭土类以及腐殖土类等有机材料，其规格在于：干基有机质含量超过80％，腐殖质含量超过45％，重金属含量低于土壤背景值。

其中，本发明提供的生物激发剂包括但不限于仅由富含氨基酸类有机材料制成，其规格特征为：总氮含量2.5％，总磷含量5％，总钾含量1.5％，游离氨基酸大于1％，功能微生物大于2亿/g。

2、中性黄红壤

中性黄红壤新垦水田优质耕作层快速构建技术，包括以下步骤：

步骤1，带水翻耕，整平土地；

步骤2，均匀撒施木本泥炭、腐熟秸秆与生物激发剂，然后耕翻，再机械旋耕搅拌混匀材料，带压耙平；

步骤3，泡水旋耕搅拌2遍，耙平，静置后插秧。

其中，机械翻耕土壤，并机械整平土地，使水田地面坡度小于5°。

其中，均匀撒施木本泥炭、腐熟秸秆、生物激发调节剂，施入量分别为：木本泥炭30t/ha，腐熟秸秆3t/ha(或秸秆7.5t/ha)，生物激发剂1.5t/ha。然后耕翻，将材料翻入土壤，再进行深旋耕2遍搅拌混匀材料，使耕作层土壤与添加的物料搅拌混匀，并带压耙平。

其中，本发明提供的天然改良材料包括但不限于木本泥炭类有机材料，如草本泥炭、草炭土类以及腐殖土类等有机材料，其规格在于：干基有机质含量超过80％，腐殖质含量超过45％，重金属含量低于土壤背景值。

其中，本发明提供的生物激发剂包括但不限于仅由富含氨基酸类有机材料制成，其规格特征为：总氮含量2.5％，总磷含量5％，总钾含量1.5％，游离氨基酸大于1％，功能微生物大于2亿/g。

3、酸性土壤

酸性土壤新垦水田优质耕作层快速构建技术，包括以下步骤：

步骤1，深松机对所有土壤进行深松，对耕作层酸性障碍进行障碍因子消减；

步骤2，撒施木本泥炭、腐熟秸秆与生物激发剂，然后耕翻，再深旋耕2遍搅拌混匀材料，带压耙平；

步骤3，均匀撒施化学基肥，耕翻下压秸秆，整地耙平；

步骤4，泡水深旋耕搅拌2遍，耙平，静置1-2天等待插秧。

其中，深松机对所有土壤进行深松，深松深度20-40cm。

其中，采用石灰粉对耕作层酸性障碍进行障碍因子消减，耕翻后撒施石灰粉，针对耕作层土壤pH＜5重酸性水田，石灰粉施入量约为7.5t/ha，并随水田酸性程度升高而适量减少石灰粉施入量，撒施石灰粉后泡水深旋耕搅拌，沉淀1天排水，再泡水深旋耕搅拌，沉淀1天后排水，泡水过程中监测水田水质酸碱度，使水质酸碱度稳定在6.0＜pH＜7.5范围内，并可根据实际情况适量增加泡水次数。

其中，对有酸性障碍因子消减后，均匀撒施木本泥炭、腐熟秸秆、生物激发调节剂，施入量分别为：木本泥炭30t/ha，腐熟秸秆3t/ha(或秸秆7.5t/ha)，生物激发剂1.5t/ha。然后耕翻，将材料翻入土壤，再进行深旋耕2遍搅拌混匀材料，使耕作层土壤与添加的物料搅拌混匀，并带压耙平。

其中，本发明提供的天然改良材料包括但不限于木本泥炭类有机材料，如草本泥炭、草炭土类以及腐殖土类等有机材料，其规格在于：干基有机质含量超过80％，腐殖质含量超过45％，重金属含量低于土壤背景值。

其中，本发明提供的生物激发剂包括但不限于仅由富含氨基酸类有机材料制成，其规格特征为：总氮含量2.5％，总磷含量5％，总钾含量1.5％，游离氨基酸大于1％，功能微生物大于2亿/g。

4、碱性土壤

碱性土壤新垦水田优质耕作层快速构建技术，包括以下步骤：

步骤1，深松机对所有土壤进行深松，对耕作层盐碱障碍进行障碍因子消减；

步骤2，撒施木本泥炭、腐熟秸秆与生物激发剂，然后耕翻，再深旋耕2遍搅拌混匀材料，带压耙平；

步骤3，均匀撒施化学基肥，耕翻下压秸秆，整地耙平；

步骤4，泡水深旋耕搅拌2遍，耙平，静置1-2天等待插秧。

其中，深松机对所有土壤进行深松，深松深度20-40cm，打破下层钙化层。

其中，采用脱硫石膏对耕作层盐碱障碍进行障碍因子消减，耕翻后撒施脱硫石膏，针对耕作层土壤pH＞10重盐碱水田，脱硫石膏施入量约为10t/ha，并随水田盐碱程度降低而适量减少脱硫石膏施入量，撒施脱硫石膏后泡水深旋耕搅拌，沉淀1天排水，再泡水深旋耕搅拌，沉淀1天后排水，泡水过程中监测水田水质酸碱度，使水质酸碱度稳定在7.0＜pH＜8.5范围内，并可根据实际情况适量增加泡水次数。

其中，对有盐碱障碍因子消减后，均匀撒施木本泥炭、腐熟秸秆、生物激发调节剂，施入量分别为：木本泥炭30t/ha，腐熟秸秆3t/ha(或秸秆7.5t/ha)，生物激发剂1.5t/ha。然后耕翻，将材料翻入土壤，再进行深旋耕2遍搅拌混匀材料，使耕作层土壤与添加的物料搅拌混匀，并带压耙平。

其中，本发明提供的天然改良材料包括但不限于木本泥炭类有机材料，如草本泥炭、草炭土类以及腐殖土类等有机材料，其特征在于：干基有机质含量超过80％，腐殖质含量超过45％，重金属含量低于土壤背景值。

其中，本发明提供的生物激发剂由富含氨基酸类有机材料制成，其规格为：总氮含量2.5％，总磷含量5％，总钾含量1.5％，游离氨基酸大于1％，功能微生物大于2亿/g。

下面通过一些具体实施例和对比例来对本发明的技术方案作进一步阐述说明。

实施例1-6及其对比例

在4省5个试点进行了土地整治优质耕作层工程化构建技术的验证试验，具体试点区如下：(1)吉林省通榆县新兴乡东太村四合屯(新垦旱地)--淡黑钙土；(2)吉林省通榆县向海乡向海村新兴屯(新垦水田)-苏打碱土；(3)陕西省延安市宝塔区冯庄乡康坪村(新垦旱地)-母质性黄土；(4)浙江省桐庐县钟山乡陇西村(新垦水田)--低山丘陵黄红壤性黄泥土；(5)江西省鹰潭市余江县刘家站(新垦水田)--低山丘陵红粘土酸性红壤。

1、技术方案

5个试验区，每个试验区约30亩面积，由9-11个处理组成，重复3次。每个试验区所有处理的施肥和耕种方式相同。泥炭类材料除延安用量为2.5吨/亩外，其他试验区均为2吨/亩。活性有机材料和生物激发调节剂用量所有试验区用量相同，分别为0.2吨/亩和0.1吨/亩。其他耕作栽培方式与当地标准模式相同。其中，泥炭类材料采用市售的木本泥炭类材料，活性有机材料采用普通的腐熟秸秆，生物激发调节剂采用市售的生物激发剂，但上述材料的选取只是为了说明本发明，而不是用于限定本发明。

A：推荐技术试验模式

A：(酸、碱、盐土：加构建主体材料)+泥炭类材料+活性有机材料+生物激活剂

B：对比试验模式

B1：泥炭类材料+活性有机材料；

B2：1/2泥炭类材料+活性有机材料；

B3：生物炭+活性有机材料；

B4：有机肥；

B5：秸秆；

C：对照模式

C1：对照1(不添加材料)；

C2：对照2(酸、碱、盐土：加构建主体材料)；

D：标准对照

背景值：邻近长期耕种农田标准耕作层

2、实施效果(见表1-5)

(1)产量迅速提升

与不构建优质耕作层的对照相比，通榆苏打碱土、桐庐红黄壤、余江红壤3个新垦水田最优推荐技术模式的水稻产量分别增产80％、44％和46％，其中桐庐红黄壤新垦水田水稻产量超过700公斤/亩。通榆淡黑钙土、延安黄土新垦旱地分别增产116％和78％，玉米产量均超过700公斤/亩。与邻近农田相比，最优推荐技术模式产量也很大幅度的增加。

(2)土壤有机质含量大幅增加

通榆苏打碱土、桐庐红黄壤、余江红壤3个新垦水田有机质分别比对照提高4.1-10.5g/kg、10.3-20.3g/kg和2.5-6.7g/kg。通榆淡黑钙土、延安黄土新垦旱地有机质分别提升11.2-13.6g/kg和1-6.2g/kg。可溶性碳也大幅增加，通榆淡黑钙土新垦旱地、通榆苏打碱土新垦水田、延安黄土新垦旱地和桐庐红黄壤新垦水田可溶性有机碳分别比相应的对照高出60.8-78.3、18.1-26.0、-1.6-23.8、1.7-7.0mg/kg土，尽管余江红壤新垦水田可溶性有机碳低于对照，但总量已高达55.1-63.0mg/kg土。这一指标说明土壤有足够的活性碳为微生物提供碳源，同时也能通过分解释放养分。

(3)其他土壤肥力指标有显著改善

通榆碱性淡黑钙土新垦旱地和苏打碱土新垦水田的pH和碱化度明显下降，相反，余江酸性红壤新垦水田的pH明显上升。土壤团聚化度明显增强，与对照相比，通榆淡黑钙土新垦旱地提高4个百分点，通榆苏打碱土新垦水田提高2.7-5.7百分点，桐庐红黄壤新垦水田持平，水田团聚化度提高幅度变小是由于水稻栽培湿旋造浆的缘故。特别指出的是延安黄土新垦旱地钙胶结团聚化能力极强，对照区的团聚化度都超过60％，但优质耕作层构建区仍比对照高出3-4个百分点，如此高的团聚化度，增加了土壤氧化能力，有机质反而难以保存，尽管黄土新垦旱地已经增加本发明的构建主体材料的用量，有机质提高幅度并不大，说明钙团聚化度高的土壤需要有新的技术保存土壤有机质。土壤微生物量C和N反映土壤中微生物的活性，虽然测定在收获季，并不是最活跃周期，但所有优质耕作层构建区都一致提升，土壤生物活性已被激发。N、P、K养分元素全量除N上升外，P、K基本持平，因为土壤P、K全量库容大。N、P、K有效养分量指标大部分上升，但也有少部分下降，说明优质耕作层构建区存在养分非均衡化问题，以本底调查的数据，与工程化构建配套推出精准平衡施肥方案极具意义。

(4)土壤环境质量符合国家标准

所有优质耕作层构建区重金属Hg、As、Cr、Cd、Pb含量与对照区相当，低于国家土壤环境质量标准一级指标(土壤自然背景值)。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种新整治耕地耕作层构建主体材料，其特征在于，包括：

泥炭类材料，包括草本泥炭、木本泥炭和/或腐殖土类有机材料；所述泥炭类材料中：干基有机质含量超过80%，有机质含量中的腐殖质含量超过45%，重金属含量低于土壤背景值；

活性有机材料，为含有植物纤维的天然植物有机材料；

生物激发剂，包含促进所述活性有机材料降解形成土壤有机质、利于土壤形成良好团聚结构、激活系统快速循环的氨基酸菌类和芽孢杆菌类；

其中，所述泥炭类材料、活性有机材料与生物激发剂的用量的质量比为15~25:1.5~3:1。

2.一种新整治耕地耕作层的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

将如权利要求1所述的新整治耕地耕作层构建主体材料施入到待改造耕地上形成耕作层；

其中，形成的所述耕作层当年就能够耕种，经1-2年自驯化形成优质耕作层，地力达到高标准农田水平。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，对于包括酸性土壤、碱性土壤和盐化土壤的具备显著障碍因子的待改造耕地，需要先将障碍因子消减之后，再将所述新整治耕地耕作层构建主体材料施入所述待改造耕地中。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，

对于盐碱地，在施加所述新整治耕地耕作层构建主体材料到待改造耕地中之前，还包括施加碱性改良剂并进行排碱的步骤；

对于酸性土壤，在施加所述新整治耕地耕作层构建主体材料至待改造耕地中之前，还包括施加碱性物质排酸的步骤。

5.一种如权利要求1所述的新整治耕地耕作层构建主体材料在构建耕作层中的应用，所述新整治耕地耕作层构建主体材料的用量大于1吨/亩。

6.如权利要求5所述的应用，其特征在于，所述新整治耕地耕作层构建主体材料为木本泥炭。