CN112272986A - 一种基于在地转化的两步法土壤快速改良技术 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的属于使用微生物技术进行土壤改良和土壤修复技术领域，具体为一种基于在地转化的两步法土壤快速改良技术，通过添加微生物接种剂的堆肥方法，不仅有效转化废弃物为生物有机肥，并且最大程度降低了碳氮损失，在一定程度上减少了农业生产的温室气体排放量。其次，通过将农业废弃物中的有机碳以生物有机肥的方式还田，配合微生物肥料的作用，最终使这部分有机碳成为土壤的稳定碳库储备，提升了土壤的有机质含量。再者，生物有机肥和微生物肥料相结合的方法，能修复因石化农业而被过度利用破坏的土壤环境，有效提高土壤的地力，在保证高效的农业生产能力同时，恢复土壤作为重要碳汇的巨大潜力，为增加土壤碳截存打下坚实的基础。
Description
技术领域
本发明涉及使用微生物技术进行土壤改良和土壤修复技术领域，具体为一种基于在地转化的两步法土壤快速改良技术。
背景技术
生物有机肥(organicfertilizer)，是将动植物废弃物甚至其他来源的有机废弃物如菇渣、豆腐渣等通过堆肥方式所形成的。为实现快速分解废弃物中有机物质的目的，通常采用人为加入微生物接种剂的高温好氧发酵方式，使有机物矿质化、腐殖化和无害化，形成可被植物利用吸收的有效态营养元素和土壤地力的重要成分即有机质。生物有机肥因其高有机质含量及营养元素特别是氮元素的缓释效应，被认为是解决“石化农业”导致的营养元素流失和土质下降等问题的有效手段。生物堆肥的方式主要有三种：一是露天堆肥(windrowcomposting)，将原料堆积成为狭长的条带并定期翻堆保证通气；二是通气式静置堆肥(ASP)，也是将原料堆积成为狭长的条带，并通过机械控制的通风系统保证堆料的氧气供给和控制温度；三是密闭容器堆肥(in-vesselcomposting)，在密闭容器中最优化控制气流、温度等环境条件，非常适合用来处理厨余垃圾。但不论哪种堆肥方式，在堆肥腐熟过程中，氮损失可达20％-77％，碳损失可达14％-63％，从而导致堆肥过程中排放的温室气体量大幅度升高，密闭容器堆肥方法虽然能相对减少碳氮损失，但相对高昂的设备及维护费用使之难以大范围推广。此外，虽然对堆肥接种剂的研究有一定进展，市场上也有商用接种剂销售，但针对玉米秸秆等高木质素含量植物废弃物的有效处理仍待解决，木质素难降解的特性会导致堆肥原料的堆肥周期增加，无法全部降解等一系列问题。
生物有机肥在地土壤修复，由于生物有机肥含有相对较高含量的有机质，有机质具有疏松多孔的特性和高保水能力，配合其中堆肥产生富集的微生物群落，既能改善土壤的理化性质，增加其吸附固定污染物的能力，又能借助微生物的新陈代谢作用有效降解污染物。但1)其中涉及的物理、化学以及生物机理过于复杂尚未得到充分研究；2)有机肥中微生物群落的多样性和多变性会大幅度影响修复效果；3)外来微生物群落与土壤本源性微生物群落的相互作用可能会导致拮抗效应，减弱微生物的代谢效率，从而导致生物有机肥在土壤改良和修复中的应用受到诸多限制
微生物肥料(biofertilizer)是一种利用土壤微生物增强植物可利用和吸收矿质营养的方法。通常指包含活体微生物的原料，而此类原料施用在种子、植物表面或土壤中后，能定殖在根际圈或植物体内，促进宿主植物主要养分的供给和吸收。生物肥料并非仅通过微生物自身的生化过程为植物提供养分，而更在于通过“调控”植物根系发展和形态来优化植物的生长和养分的累积获取。但由于不同植物品种和不同土壤性质对微生物肥料的反应不尽相同，以及普适性微生物肥料的难生产性，大范围推广微生物肥料仍有一定难度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于在地转化的两步法土壤快速改良技术，以解决上述背景技术中提出的由于不同植物品种和不同土壤性质对微生物肥料的反应不尽相同，以及普适性微生物肥料的难生产性，大范围推广微生物肥料仍有一定难度的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于在地转化的两步法土壤快速改良技术，该基于在地转化的两步法土壤快速改良技术的具体步骤如下：
第一步：采用本地的有机物料在田间地头堆制成堆，使用本发明选育的特定微生物菌种经扩培后与有机物料混合均匀，并发酵5-7天。
第二步：将发酵5-7天的有机物料配合炉渣炉灰或粉煤灰，均匀撒布在待改良的土壤表面，同时喷洒经过筛选富集的本地土壤微生物种群制剂，之后旋耕与土壤混合，静置15-20天，完成土壤改良过程。
优选的，所述第一步中有机物料为秸秆、树枝、锯末、蘑菇渣或中药渣中的一种或者几种。
优选的，所述特定微生物菌种由担子菌和霉菌组成，所述担子菌和霉菌经过定向选育和高密度培养得到特定微生物菌种。
优选的，所述第二步中富集的本地土壤是在待改良土壤地区10-20公里半径范围内分别选取耕地、荒地、湿地的土壤制成土壤样本。
优选的，所述第二步中筛选富集方式为使用高氮低碳的营养配比使得培养过程更适宜细菌的富集、使用制霉菌素抑制土壤样本中的真菌、使用硅酸盐粉诱导强化解钾菌、使用甲壳素诱导产几丁质酶的细菌、使用富含锰硫铁的矿物促进有机物料分解过程中的聚合反应、使用酚类物质诱导产生富含铁蛋白的加氧酶从而诱导富集固氮细菌。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)采用专用接种剂和较短的堆制时间，既能利用微生物快速有效初步降解木质素，又避免堆肥的完全腐熟从而减少碳氮损失。再者，利用规模化标准化的微生物定向筛选扩培技术，针对待改良土壤配置微生物种群制剂，保证制剂中的微生物群落完全来源自原始土壤本身，并强化了其中有益于土壤养分积累、碳截存以及植物生长促进的菌群数量。将未完全腐熟的生物有机物料配合微生物种群制剂，依靠有机物料持续分解中的养分，保证微生物种群进入土壤后的迅速繁殖并在土壤微生物群落世代更迭中起到“调控”作用，使“更新”后的土壤微生物群落结构能修复受损土壤环境、维持土壤良好地力并保证农业生产的顺利进行；
2)解决了有机废弃物特别是农业废弃物如秸秆和畜禽粪便的处理问题，通过添加微生物接种剂的堆肥方法，不仅有效转化废弃物为生物有机肥，并且最大程度降低了碳氮损失，在一定程度上减少了农业生产的温室气体排放量。其次，通过将农业废弃物中的有机碳以生物有机肥的方式还田，配合微生物肥料的作用，最终使这部分有机碳成为土壤的稳定碳库储备，提升了土壤的有机质含量。再者，生物有机肥和微生物肥料相结合的方法，能修复因石化农业而被过度利用破坏的土壤环境，有效提高土壤的地力，在保证高效的农业生产能力同时，恢复土壤作为重要碳汇的巨大潜力，为增加土壤碳截存打下坚实的基础。
附图说明
图1为本发明改良方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种基于在地转化的两步法土壤快速改良技术，该基于在地转化的两步法土壤快速改良技术的具体步骤如下：
第一步：采用本地的有机物料在田间地头堆制成堆，使用本发明选育的特定微生物菌种经扩培后与有机物料混合均匀，并发酵5-7天；
第二步：将发酵5-7天的有机物料配合炉渣炉灰或粉煤灰，均匀撒布在待改良的土壤表面，同时喷洒经过筛选富集的本地土壤微生物种群制剂，之后旋耕与土壤混合，静置15-20天，完成土壤改良过程。
进一步地，第一步中有机物料为秸秆、树枝、锯末、蘑菇渣或中药渣中的一种或者几种。
进一步地，特定微生物菌种由担子菌和霉菌组成，所述担子菌和霉菌经过定向选育和高密度培养得到特定微生物菌种。
进一步地，第二步中富集的本地土壤是在待改良土壤地区10-20公里半径范围内分别选取耕地、荒地、湿地的土壤制成土壤样本。
进一步地，第二步中筛选富集方式为使用高氮低碳的营养配比使得培养过程更适宜细菌的富集、使用制霉菌素抑制土壤样本中的真菌、使用硅酸盐粉诱导强化解钾菌、使用甲壳素诱导产几丁质酶的细菌、使用富含锰硫铁的矿物促进有机物料分解过程中的聚合反应、使用酚类物质诱导产生富含铁蛋白的加氧酶从而诱导富集固氮细菌。
实施案例1
以1亩地原辅料用量为例：
粉粹的废弃树枝混合玉米秸秆3-6吨，配合1.5-2吨马粪，或1-3吨牛粪，或1-2吨猪粪，或0.5-2吨鸡粪，或10-30公斤尿素。露天堆制时，清理地面，原料混合通过铲车混合，松散堆积不超过20cm的一层，喷洒一次担子菌+霉菌混合接种扩培液，再反复堆积和喷洒接种剂的过程，扩培液总用量为0.5吨-1吨，最终堆成高度约为80cm长度约为5m的两个堆体，用木棒在堆体间隔50cm的四周插孔，并在堆体中间插入温度计；堆制过程中，除自然降水外，定期喷洒混合接种剂以保持堆体湿润，并定期监测堆体温度低于50℃；7天后，堆体表层以下可见白色菌丝以示堆制完成。
待改良田间均匀铺设熟石灰0.3吨，同时将生物有机肥15m3，配合粉煤灰0.6吨均匀铺设在待处理的农田，然后喷洒1吨土壤优势微生物菌群扩培液，在地旋耕混合(浅旋耕，深度不超过15cm)；旋耕后，在地静置转化15天，静置期间一周两次喷淋洒水保持5cm土层湿润。15天静置期后，进行种植作业。
实施案例2
以1亩地原辅料用量为例：
蘑菇渣15立方米，配合田间地头露天堆制，按照厚度每20cm喷洒一次担子菌+霉菌混合菌剂扩培液，扩培液用量0.5-1吨，配合1.5-2吨马粪，或1-3吨牛粪，或1-2吨猪粪，或0.5-2吨鸡粪，或10-30公斤尿素。最终堆成高度约为80cm长度约为5m的两个堆体，用木棒在堆体间隔50cm的四周插孔，并在堆体中间插入温度计；堆制过程中，除自然降水外，定期喷洒混合接种剂以保持堆体湿润，并定期监测堆体温度低于50℃；7天后，堆体表层以下可见白色菌丝以示堆制完成。
待改良田间均匀铺设生石灰0.3吨，同时将处理过的蘑菇渣，配合粉煤灰0.6吨均匀铺设在待处理的农田，然后喷洒1吨土壤微生物优势菌群扩培液，在地旋耕混合(浅旋耕，深度不超过15cm)；旋耕后，在地静置转化15天，静置期间一周两次喷淋洒水保持5cm土层湿润。15天静置期后，进行种植作业。
实施案例3
以1亩地原辅料用量为例：
锯末10立方米，配合1.5-2吨马粪，或1-3吨牛粪，或1-2吨猪粪，或0.5-2吨鸡粪，或10-30公斤尿素。田间地头露天堆制，按照厚度每20cm喷洒一次担子菌+霉菌混合菌剂扩培液，扩培液用量0.5-1吨，配合1.5-2吨马粪，或1-3吨牛粪，或1-2吨猪粪，或0.5-2吨鸡粪，或10-30公斤尿素。最终堆成高度约为80cm长度约为5m的两个堆体，用木棒在堆体间隔50cm的四周插孔，并在堆体中间插入温度计；堆制过程中，除自然降水外，定期喷洒混合接种剂以保持堆体湿润，并定期监测堆体温度低于50℃；7天后，堆体表层以下可见白色菌丝以示堆制完成。
待改良田间均匀铺设生石灰0.3吨，同时将处理过的蘑菇渣，配合粉煤灰0.6吨均匀铺设在待处理的农田，然后喷洒1吨土壤微生物优势菌群扩培液，在地旋耕混合(浅旋耕，深度不超过15cm)；旋耕后，在地静置转化15天，静置期间一周两次喷淋洒水保持5cm土层湿润。15天静置期后，进行种植作业。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种基于在地转化的两步法土壤快速改良技术，其特征在于：该基于在地转化的两步法土壤快速改良技术的具体步骤如下：
第一步：采用本地的有机物料在田间地头堆制成堆，使用本发明选育的特定微生物菌种经扩培后与有机物料混合均匀，并发酵5-7天；
第二步：将发酵5-7天的有机物料配合炉渣炉灰或粉煤灰，均匀撒布在待改良的土壤表面，同时喷洒经过筛选富集的本地土壤微生物种群制剂，之后旋耕与土壤混合，静置15-20天，完成土壤改良过程。
2.根据权利要求1所述的一种基于在地转化的两步法土壤快速改良技术，其特征在于：所述第一步中有机物料为秸秆、树枝、锯末、蘑菇渣或中药渣中的一种或者几种。
3.根据权利要求1所述的一种基于在地转化的两步法土壤快速改良技术，其特征在于：所述特定微生物菌种由担子菌和霉菌组成，所述担子菌和霉菌经过定向选育和高密度培养得到特定微生物菌种。
4.根据权利要求1所述的一种基于在地转化的两步法土壤快速改良技术，其特征在于：所述第二步中富集的本地土壤是在待改良土壤地区10-20公里半径范围内分别选取耕地、荒地、湿地的土壤制成土壤样本。
5.根据权利要求1所述的一种基于在地转化的两步法土壤快速改良技术，其特征在于：所述第二步中筛选富集方式为使用高氮低碳的营养配比使得培养过程更适宜细菌的富集、使用制霉菌素抑制土壤样本中的真菌、使用硅酸盐粉诱导强化解钾菌、使用甲壳素诱导产几丁质酶的细菌、使用富含锰硫铁的矿物促进有机物料分解过程中的聚合反应、使用酚类物质诱导产生富含铁蛋白的加氧酶从而诱导富集固氮细菌。
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