CN112159289B

CN112159289B - 一种土壤有机质稳定剂及其应用

Info

Publication number: CN112159289B
Application number: CN202011039994.XA
Authority: CN
Inventors: 蒋新宇; 程炯; 刘平
Original assignee: Institute of Eco Environmental and Soil Sciences of Guangdong Academy of Sciens
Current assignee: Institute of Eco Environmental and Soil Sciences of Guangdong Academy of Sciens
Priority date: 2020-09-28
Filing date: 2020-09-28
Publication date: 2022-11-15
Anticipated expiration: 2040-09-28
Also published as: CN112159289A

Abstract

本发明涉及土壤改良技术领域，公开了一种土壤有机质稳定剂及其应用。该土壤有机质稳定剂，包括矿物、氨基酸粉、秸秆。一种提高土壤有机质稳定性的方法，包括如下步骤：(1)将矿物、氨基酸粉、秸秆施加至土壤耕作层中；(2)调控土壤水分至田间持水量的65％～75％，翻耕1～4次。本发明提供的土壤有机质稳定剂及提高土壤有机质稳定性的方法可以通过矿物促进矿物结合态有机质的生成；通过氨基酸粉提高土壤团聚体(尤其是大团聚体和小团聚体)的比例；通过秸秆腐解产物促进土壤团粒结构的形成；从而提升土壤有机质的稳定性。

Description

一种土壤有机质稳定剂及其应用

技术领域

本发明属于土壤改良技术领域，具体涉及一种土壤有机质稳定剂及其应用。

背景技术

有机质是土壤的核心组分，当前研究有机质在土壤中的形成和分解，对于配肥地力、改良土壤结构、调控碳排放和应对全球气候变化都具有极其重要的理论和实践价值。有机质以有机碳为核心，有机质的国标测定方法也是以有机碳的测定为基础，再通过经验系数的估算得到土壤有机质含量。因此，提高有机质稳定性，其实也就是提高有机碳在土壤中的稳定性。在我国南方热带和亚热带地区，红壤是典型地带性土壤，该类土壤通常偏酸性。红壤分布区域约为218万平方公里，约占国土面积的22.7％，大部分地区的红壤pH值低于5.5，其中相当一部分地区的红壤pH值低于5.0。红壤所处区域水热条件比较优越，矿化作用和淋溶作用都非常强烈，这导致红壤有机质非常容易被矿化或淋溶损失。大部分红壤的有机质含量在1％～1.5％左右，较低的有机质含量限制了红壤的开发利用。然而我国南方同时也是国家重要的经济作物和粮食作物种植区，红壤作为农业用土的区域分布广，面积大。近年来，不合理的肥料施加进一步加剧了土壤有机质的损失。比如现今大量使用的无机氮肥，施用后在提高微生物活性的同时，也会加速有机质的分解。

因此，提升酸性红壤有机质含量是我国南方农业、林业生产中亟待解决的问题。直接施加有机肥和秸秆还田可以在短时间内提升有机质含量，但无法解决有机质快速损失的问题。因此，在提升有机质含量的同时，还需要有效的提升有机质的稳定性。以往的技术手段往往通过改变有机质化学结构或提高土壤团聚体的生成速率，这些技术手段的研发主要基于腐殖质有机物的难分解特性和团聚体保护机制。然而，最新研究发现无论化学结构多么复杂的有机物，都能被微生物分解利用；同时团聚体对有机质的保护效果较弱。

发明内容

为了克服现有提高土壤有机质稳定性技术存在的不足，本发明的第一方面的目的，在于提供一种土壤有机质稳定剂。

本发明的第二个方面的目的，在于提供上述土壤有机质稳定剂在提高土壤有机质稳定性中的应用。

本发明的第三个方面的目的，在于提供一种提高土壤有机质稳定性的方法。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

本发明的第一个方面，提供一种土壤有机质稳定剂，包括矿物、氨基酸粉、秸秆。

所述矿物、氨基酸粉与秸秆的质量比优选为(70～110)：(7～11)：(7～11)；更优选为(80～100)：(8～10)：(8～10)。

所述矿物的有效剂量优选为每亩700～1100Kg；更优选为每亩800～1000Kg。

所述氨基酸粉的有效剂量优选为每亩70～110Kg；更优选为每亩80～100Kg。

所述秸秆的有效剂量优选为每亩70～110Kg；更优选为每亩80～100Kg。

所述矿物优选为2:1型矿物；更优选为蛭石；最优选为膨胀蛭石。

所述膨胀蛭石的制备方法如下：将生蛭石至于700～1100℃焙烧，得到。

所述焙烧的时间优选为1～2h。

所述矿物的目数优选为100～400目；更优选为200～300目；最优选为300目。

所述氨基酸粉优选通过如下方法制备：以豆粕、菜粕、棉粕、鱼粉中的至少一种为原料，经发酵或水解得到。

所述秸秆包括棉花秸秆、玉米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆、豆类秸秆、高粱秸秆、谷类秸秆或其他农作物秸秆；优选为玉米秸秆、小麦秸秆和水稻秸秆中的至少一种。

所述秸秆优选为秸秆粉末；更优选为1～6mm的秸秆粉末；最优选为1～4mm的秸秆粉末。

所述土壤优选为红壤；更优选为赤红壤和砖红壤中的至少一种。

本发明的第二个方面，提供上述土壤有机质稳定剂在提高土壤有机质稳定性中的应用。

本发明的第三个方面，提供一种提高土壤有机质稳定性的方法，包括如下步骤：

(1)将矿物、氨基酸粉、秸秆施加至土壤耕作层中；

(2)调控土壤水分至田间持水量的65％～75％，翻耕1～4次。

优选地，所述提高土壤有机质稳定性的方法，包括如下步骤：

(1)依次将矿物、氨基酸粉、秸秆施加至土壤耕作层；

(2)调控土壤水分至田间持水量的65％～75％，翻耕1～4次。

步骤(1)中所述施加至土壤耕作层的方法优选为翻耕；更优选为施加至土壤表面，然后进行翻耕。

所述翻耕优选采用旋耕机。

所述翻耕的深度优选为12～20cm；更优选为15～20cm。

步骤(1)中所述矿物、氨基酸粉与秸秆的施入量按质量比优选为(70～110)：(7～11)：(7～11)；更优选为(80～100)：(8～10)：(8～10)。

步骤(1)中所述矿物的施入量优选为每亩700～1100Kg；更优选为每亩800～1000Kg。

步骤(1)中所述氨基酸粉的施入量优选为每亩70～110Kg；更优选为每亩80～100Kg。

步骤(1)中所述秸秆的施入量优选为每亩70～110Kg；更优选为80～100Kg。

本发明的有益效果是：

本发明提供的土壤有机质稳定剂及提高土壤有机质稳定性的方法可以通过矿物促进矿物结合态有机质的生成；通过氨基酸粉提高土壤团聚体(尤其是大团聚体和小团聚体)的比例；通过秸秆腐解产物促进土壤团粒结构的形成；从而提升土壤有机质的稳定性。

具体实施方式

以下结合具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。

本实施例中所使用的材料、试剂等，如无特别说明，为从商业途径得到的试剂和材料。

本实施例中的氨基酸粉通过如下方法制备得到：

(1)水解：取鱼片下脚料(鱼粉)2kg、水1.8L、工业盐酸5.4L，进行水解处理：温度控制在106～110℃，盐酸浓度约6mol/L，水解时间为20h；

(2)中和：待水解液冷却后，缓慢加入7mol/L氢氧化钠直至pH＝3；

(3)浓缩结晶：对步骤(2)所得水解液进行浓缩处理，浓缩至总体积为2.5L，待有大量氯化钠结晶析出时进行抽滤；

(4)酸溶沉淀：向上步浓缩结晶物中，加入1.5L盐酸(3mol/L)，70-80℃加热搅拌0.5h；随后按照酸溶液体积的10％，缓慢加入沉淀剂(邻二甲苯磺酸)，直到再无沉淀析出为止，

使用少量蒸馏水抽滤，反复操作两次；

(5)氨解：使用7mol/L氨水中和步骤(4)所得沉淀物，终点控制在pH为6-8之间；随后，温度控制在70-80℃搅拌1h，静置冷却分层，抽滤2次，获得白色氨基酸粗品；

(6)重结晶：按重量比1：40加蒸馏水，将粗品加热溶解，随后进行浓缩处理，直至体积为原液的四分之一为止，此时会有大量结晶析出，冷却至室温，进行抽滤处理，获得氨基酸粉成品。

实施例1一种提高土壤(赤红壤)有机质稳定性的方法

1、实验地点：广东省广州市增城区洋田村实验基地。

2、具体步骤：

(1)材料的准备：从实验基地田块中采集0～15cm土壤样品，去除石头和植物根系后，风干过4mm筛备用；购置商品化蛭石，800～1000℃高温焙烧0.5h，待蛭石体积膨胀冷却后，研磨加工成粉末状(300目)备用；将水稻秸秆粉碎处理(过4mm筛)备用。

(2)实验设置：本实验设置4种处理：①有蛭石、有氨基酸粉处理(填加蛭石、氨基酸粉和秸秆)、②无蛭石、有氨基酸粉处理(仅填加氨基酸粉、秸秆)、③无蛭石、无氨基酸粉处理(仅填加秸秆)、④有蛭石、无氨基酸粉处理(填加蛭石、秸秆)，每个处理设置4个平行。

(3)处理方法：实验处理①(有蛭石、有氨基酸粉处理)的具体方法如下：取1Kg步骤(1)备用的土壤样品，按照7.2g蛭石粉末/Kg干土的比例(约等于每亩900Kg的施加量)加入步骤(1)备用的蛭石粉末，将土壤样品与蛭石粉末混匀；按照0.72g氨基酸粉/Kg干土的比例(约等于每亩90Kg的施加量)加入氨基酸粉，搅拌样品以充分混匀；按照0.72g水稻秸秆/Kg干土的比例(约等于每亩90Kg的施加量)加入步骤(1)备用的水稻秸秆，搅拌样品以充分混匀。

实验处理②、③、④的处理方法与实验处理①相同。

(4)将各处理土壤置于培养罐中密闭培养90天，整个实验过程中使用去离子水将土壤水分控制在田间持水量的70％，培养温度控制在25℃。

(5)在实验开始后的第1、3、5、10、15、30、45、60、75、90天，使用注射器采集培养罐顶部气体，气相色谱仪测定气体中的CO₂含量，并计算累积土壤呼吸量(gC/kg干土)，以累积土壤呼吸量的多少表征土壤有机质的稳定性。

(6)培养结束后，破坏性取样：采用湿筛法将土壤样品分为3类团聚体：超大团聚体(>2mm)、大团聚体(1～2mm)、小团聚体(0.25～1mm)；分别对3类团聚体进行超声处理，将各类团聚体完全破碎；过53μm筛以获得各类团聚体中的颗粒态有机质组分(>53μm)和矿物结合态有机质组分(<53μm)；获得的颗粒态有机质组分和矿物结合态有机质组分置于烘箱，60℃烘干，采用H₂SO₄-K₂Cr₂O₇氧化还原法进行测定各组分的碳含量。

3、实验结果

(1)各种处理的累积土壤呼吸量如表1所示：无蛭石处理(处理②)的累积土壤呼吸量显著大于有蛭石处理(处理①)，说明蛭石的施加显著降低了单位时间内的土壤有机质损失，提高了土壤有机质的稳定性；无氨基酸粉处理(处理④)的累积土壤呼吸量显著大于有氨基酸粉处理(处理①)，说明氨基酸粉的施加也显著降低了单位时间内的土壤有机质损失，提高了土壤有机质的稳定性。

表1处理①～④的累积土壤呼吸量、3类团聚体、矿物结合态有机质组分、颗粒态有机质组分的含量

注：不同处理间的字母不同代表不同处理存在显著性差异(p＜0.05)。

(2)各种处理的3类聚体、矿物结合态有机质组分、颗粒态有机质组分的含量如表1所示：与无蛭石处理(处理②)相比，有蛭石处理(处理①)的矿物结合态有机质显著增加，增加了20.12±1.42％，这说明蛭石施加显著促进了更稳定的矿物结合态有机质的生成；与无氨基酸粉处理(处理④)相比，有氨基酸粉处理(处理①)显著提高了土壤团聚体(尤其是大团聚体和小团聚体)的比例，大团聚体增加了5.06±0.32％，小团聚体增加了4.53±0.42％。

上述结果表明，通过施加蛭石、氨基酸粉、秸秆可以显著提升土壤(赤红壤)有机质的稳定性。

实施例2一种提高土壤(砖红壤)有机质稳定性的方法

1、实验地点：广东省广州市增城区洋田村实验基地。

2、具体步骤：

实验处理②、③、④的处理方法与实验处理①相同。

3、实验结果

(1)各种处理的累积土壤呼吸量如表2所示：无蛭石处理(处理②)的累积土壤呼吸量大于有蛭石处理(处理①)，说明蛭石的施加降低了单位时间内的土壤有机质损失，提高了土壤有机质的稳定性；无氨基酸粉处理(处理④)的累积土壤呼吸量大于有氨基酸粉处理(处理①)，说明氨基酸粉的施加也降低了单位时间内的土壤有机质损失，提高了土壤有机质的稳定性。

表2处理①～④的累积土壤呼吸量、3类团聚体、矿物结合态有机质组分、颗粒态有机质组分的含量

(2)各种处理的3类聚体、矿物结合态有机质组分、颗粒态有机质组分的含量如表2所示：与无蛭石处理(处理②)相比，有蛭石处理(处理①)的矿物结合态有机质显著增加，增加了17.25±1.23％，这说明蛭石施加显著促进了更稳定的矿物结合态有机质的生成；与无氨基酸粉处理(处理④)相比，有氨基酸粉处理(处理①)显著提高了土壤团聚体(尤其是大团聚体和小团聚体)的比例，大团聚体增加了4.87±0.36％，小团聚体增加了4.13±0.31％。

上述结果表明，通过施加蛭石、氨基酸粉、秸秆可以显著提升土壤(砖红壤)有机质的稳定性。

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

1.一种提高赤红壤有机质稳定性的方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）将矿物、氨基酸粉、秸秆施加至土壤耕作层中；

（2）调控土壤水分至田间持水量的65%~75%，翻耕1～4次；

步骤（1）中所述矿物、氨基酸粉与秸秆的施入量按质量比为（70~110）：（7~11）：（7~11）；

步骤（1）中所述矿物为蛭石。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述矿物为膨胀蛭石。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤（1）中所述矿物的目数为100～400目。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述矿物的目数为200～300目。