CN115286472A - 一种提升土壤自我修复能力的激活剂及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提升土壤自我修复能力的激活剂及其制备方法与应用。所述的提升土壤自我修复能力的激活剂是由原料清洁有机质、碳基生物有机物料‑载体组合物组成；所述的碳基有机生物物料是由碳基有机质、木质纤维粉末和生物炭基质组成；所述的载体为椰糠或腐熟玉米芯。应用为所述的提升土壤自我修复能力的激活剂在制备土壤改良材料中的应用。本发明所述的提升土壤自我修复能力的激活剂主要功能是改良土壤质地、提高土壤保水肥性能、改善土壤微生物环境、缓解连作障碍、提升土地利用效率，促进农作物绿色生态种植。

Description

一种提升土壤自我修复能力的激活剂及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于农业技术领域，具体涉及一种提升土壤自我修复能力的激活剂及其制备方法与应用。

背景技术

连作障碍，是指连续在同一土壤上栽培同种作物或近缘作物引起的作物生长发育异常。症状一般为生长发育不良，产量、品质下降，极端情况下，局部死苗，不发苗或发苗不旺；多数受害植物根系发生褐变、分支减少，活力低下，分布范围狭小，导致吸收水分、养分的能力下降。障碍一般以生长初期明显，后期常可不同程度地恢复。连作障碍在植物科属间存在显著的差异，易发生连作障碍的作物集中在茄科、豆科、十字花科、葫芦科和蔷薇科，而多种禾本科粮食作物如麦类、水稻和玉米，连作障碍不明显。连作障碍的发生有多种原因，包括养分过度消耗、土壤理化性质恶化、病虫害增加和有毒物质（包括化感物质等）的累积等。它的发生受各种环境条件的影响，连作的次数（一般连作次数越多，年限越长，连作障碍越重）、土壤性质（通常黏土重于砂土，保护地栽培多于露地栽培）及后作水肥管理不当都会加重障碍。因此，开发一种能解决上述技术问题的产品是非常必要的。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种提升土壤自我修复能力的激活剂；第二目的在于提供所述的提升土壤自我修复能力的激活剂的制备方法；第三目的在于提供所述的提升土壤自我修复能力的激活剂的应用。

本发明的第一目的是这样实现的，所述的提升土壤自我修复能力的激活剂是由原料清洁有机质、碳基生物有机物料-载体组合物组成；所述的碳基生物有机物料是由碳基有机质、木质纤维粉末和生物炭基质组成；所述的载体为椰糠或腐熟玉米芯。

所述的清洁有机质制备技术路线如下：

第一步：农作物固体秸秆的粉碎、水分调整农作物秸秆：可以是水稻、油菜、豆秆、烟秆、辣椒、人参果等有一定纤维素含量的可利用秸秆也包括废弃桑枝、果树枝条、葡萄枝条，原木锯末、边角料等。将固体秸秆粉碎至3- 5毫米，加入牛粪、羊粪等养殖废弃物，含水率调整为50-60%，并调整碳氮比为25：1。

可单独处理秸秆，牛羊粪等养殖废弃物，也可将秸秆、废弃物等混合处理。混合比例按照（秸秆类物料：养殖废弃物的重量体积比）为：50:50、40:60、30:70。

第二步：混入高温复合腐熟剂，并将混合均匀的物料加入发酵罐

发酵罐为专门定制的可实现发酵温度控制的和物理加温的智能化物料发酵设备，一次可装入物料20-30m³。腐熟剂配方根据物料情况作出相应调整，以保证物料的腐熟程度。

第三步：设定发酵处理时间和温度

发酵处理温度在60-120℃间。其中发酵温度控制在60-90℃，时间控制在10-12小时。发酵完成后物料继续在罐内密闭环境中进行加温处理，物料温度应达到110-120℃，保持温度稳定时间2小时以上。同时控制物料水分，出料水分保持在35-45%比较适宜。

第四步：堆放冷却

出罐后物料自然堆放，可通风冷却干燥，待物料温度降至自然常温，水分降至25-30%即可收纳保存。

本发明的第二目的是这样实现的，包括检测分析、复合微生物培养和配制步骤，具体包括：

A、检测分析：检测分析目标区域土壤状况，结合所种植作物的生长要求确定相对应的土壤微生物环境和增强作物抗性的生物菌；

B、复合微生物培养：将确定的生物菌接种到碳基生物有机物料-载体组合物进行培养得到含有多功能菌群的有机物料-载体组合物；

C、配制：将清洁有机质和多功能菌群的有机物料-载体组合物按质量配比为（50~70）：（30~50）的比例混匀得到目标物提升土壤自我修复能力的激活剂。

本发明所述的提升土壤自我修复能力的激活剂根据土壤的实际状况，可针对性的配制土壤相关生物菌，制备土壤改良材料，施放入土壤后，可持续改善土壤微生物环境，改善土壤的理化状况，保持土壤的健康状况；也可根据所种植作物的生长需求和种植区域的土壤状况，针对性的配制土壤和作物生长所需生物菌，制备为生物有机肥，以生物有机肥的应用为基础，从土壤保育、增强作物抗性、缓解连作障碍、化学肥料的减量使用、控制化学农药使用等多方面考虑开发绿色（有机）种植的技术体系，实现绿色（有机）标准化种植。针对设施种植作物需求，应用生物有机质较强的保水、保肥特性，加入作物所需中微量元素和其他辅助材料如：清洁土壤、石英砂、褐煤等，制备为设施内作物栽培基质，可实现设施内作物的节水、节肥种植，同时减少作物病害，控制化学农药使用，提升产品品质。

本发明第三目的是这样实现的，所述的提升土壤自我修复能力的激活剂在制备土壤改良材料中的应用。

本发明所述的提升土壤自我修复能力的激活剂是利用农作物秸秆、养殖业废弃物等进行无害化处理制备而成的清洁载体物质，与符合生物菌群、或生物炭等按照一定比例混合配制成的，可作为土壤改良材料或者与辅料物质配制成有机栽培基质，最终实现秸秆及养殖废料肥料化利用、具有生物有机肥特性的一类有机物质。

农作物秸秆是指水稻、油菜、豆秆、烟秆、辣椒秆、人参果秆等有一定纤维素含量的可利用秸秆；也包括废弃桑枝、果树枝条、葡萄枝条、林草废弃物、原木锯末、边角料等。

养殖业废弃物是指满足有机肥原料要求的牛粪、羊粪、猪粪、鸡粪等牲畜及家禽养殖业禽畜粪便。

木质纤维素粉末是利用高木质化纤维秸秆及外壳制备成纤维粉末，是纤维加工过程中落下的一种纯天然的有机质介质，其质地疏松、孔隙大、含水量少，具有丰富的孔隙结构，良好的通透性、以及良好的膨胀性、保水性，具备较强的吸附性。

本发明所述的提升土壤自我修复能力的激活剂主要功能是改良土壤质地、提高土壤保水肥性能、改善土壤微生物环境、缓解连作障碍、提升土地利用效率，促进农作物绿色生态种植。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。

本发明所述的提升土壤自我修复能力的激活剂是由原料清洁有机质、碳基生物有机物料-载体组合物组成；所述的碳基生物有机物料是由碳基有机质、木质纤维粉末和生物炭基质组成；所述的载体为椰糠或腐熟玉米芯。

所述的清洁有机质、碳基生物有机物料-载体组合物的质量配比为（50~70）：（30~50）。

所述的碳基有机质、木质纤维粉末和生物炭基质的质量比为（10~20）：（7~8）：（7~8）。

所述的碳基生物有机物料-载体组合物中碳基生物有机物料和载体质量比为（20~40）：（60~80）。

所述的清洁有机质是以农作物秸秆和养殖业废弃物经无害化处理制备得到，所述的无害化处理是将配方配比的农作物秸秆和/或养殖业废弃物混匀后加入1~5%的高温复合微生物腐熟剂在温度60~90℃发酵10~12h，发酵期间的水分控制在35~40%；发酵完成后在温度110~120℃保温2h以上，之后自然冷却得到目标物清洁有机质。

所述的农作物秸秆为稻草、麦秆、油菜秆、豆秆、烟秆、辣椒植株、人参果植株、废弃桑枝、果树枝条、葡萄枝条、原木锯末、边角料等有一定纤维素含量的废弃物。

所述的养殖业废弃物为牛粪、羊粪等。

所述的高温复合微生物腐熟剂是由芽孢杆菌、乳酸菌、酵母菌、放线菌、固氮菌、解磷细菌和解钾细菌组成，所述的高温复合微生物腐熟剂有效活菌数≥230亿个/克。

所述的高温复合微生物腐熟剂是由重量份数的芽孢杆菌8~10份、乳酸菌5~8份、酵母菌7~12份、放线菌6~8份、固氮菌8~10份、解磷细菌3~5份和解钾细菌3~5份组成。

本发明所述的提升土壤自我修复能力的激活剂的制备方法，包括检测分析、复合微生物培养和配制步骤，具体包括：

A、检测分析：检测分析目标区域土壤状况，结合所种植作物的生长要求确定相对应的土壤微生物环境和增强作物抗性的生物菌；

B、复合微生物培养：将确定的生物菌接种到碳基生物有机物料-载体组合物进行培养得到含有多功能菌群的有机物料-载体组合物；

C、配制：将清洁有机质和多功能菌群的有机物料-载体组合物按质量配比为（50~70）：（30~50）的比例混匀得到目标物提升土壤自我修复能力的激活剂。

本发明所述的提升土壤自我修复能力的激活剂的应用为所述的提升土壤自我修复能力的激活剂在制备土壤改良材料中的应用。

所述的提升土壤自我修复能力的激活剂在制备缓减土壤连作障碍肥料中的应用。

下面以具体实施案例对本发明做进一步说明：

实施例1

——清洁有机质的制备

将麦秆、豆秆和烟秆粉碎至3~5mm，加入牛粪混匀后加入质量百分数1%由芽孢杆菌8份、乳酸菌5份、酵母菌7份、放线菌6份、固氮菌8份、解磷细菌3份和解钾细菌3份组成的高温复合微生物腐熟剂，在温度60~70℃发酵12h，发酵期间的水分控制在35~40%；发酵完成后在温度110~115℃保温3.5h，之后自然冷却得到目标物清洁有机质。

实施例2

——清洁有机质的制备

将稻草、油菜秆和辣椒植株粉碎至3~5mm，加入牛粪和羊粪混匀后加入质量百分数5%由芽孢杆菌10份、乳酸菌8份、酵母菌12份、放线菌8份、固氮菌10份、解磷细菌5份和解钾细菌5份组成的高温复合微生物腐熟剂，在温度80~90℃发酵10h，发酵期间的水分控制在35~40%；发酵完成后在温度115~120℃保温2.8h，之后自然冷却得到目标物清洁有机质。

实施例3

——清洁有机质的制备

将稻烟秆、人参果植株、废弃桑枝粉碎至3~5mm，加入羊粪混匀后加入质量百分数4%由芽孢杆菌9份、乳酸菌6份、酵母菌8份、放线菌7份、固氮菌9份、解磷细菌4份和解钾细菌4份组成的高温复合微生物腐熟剂，在温度70~80℃发酵11h，发酵期间的水分控制在35~40%；发酵完成后在温度110~120℃保温2.5h，之后自然冷却得到目标物清洁有机质。

实施例4

——清洁有机质的制备

将稻草、麦秆、豆秆、烟秆、辣椒植株、人参果植株、废弃桑枝、果树枝条、葡萄枝条粉碎至3~5mm，加入牛粪、羊粪混匀后加入质量百分数3.2%由芽孢杆菌10份、乳酸菌5份、酵母菌12份、放线菌7份、固氮菌9份、解磷细菌5份和解钾细菌5份组成的高温复合微生物腐熟剂，在温度65~70℃发酵11h，发酵期间的水分控制在35~40%；发酵完成后在温度115~120℃保温3.3h，之后自然冷却得到目标物清洁有机质。

实施例5

以实施例3制备得到的清洁有机质制备提升土壤自我修复能力的激活剂

对石林的人参果、辣椒、鲜食玉米等主要作物栽培地进行检测分析，根据区域和不同土壤类型差异，采集了100余个土壤样点位的24个基础土壤综合分析样品，初步分析结果为：土壤 pH 值 3.59-5.9、电导率（EC）0.073-0.33mS/cm、有机质 6.95-16.43 g/kg、全氮1.18-3.16 g/kg、全磷 1.26-2.38 g/kg、全钾1.52-2.43 g/kg、碱解氮 94.76-148.64 mg/kg、速磷 80.31-115.68 mg/kg、速钾98.76-134.12 mg/kg、土壤容重 1.14-1.86 g/cm3、CEC 值 7.52-10.16 cmol/kg。土壤pH 值多在 3.59-5.9 间，其中：土壤极度酸化并且 pH值在 3.59-5.5 间有 18 个综合样，占 75%，主要分布在小燕山、西街口、砂坡、大冲村、山头上、娃娃坡、阿着底、小密枝等区域的山地红壤性砂质土壤；土壤 pH 值在 5.5-5.94 间有 6 个综合样，占 25%，主要分布于上述区域的山地缓坡和平坝区，区域土壤熟化程度相对较高，多为砂质粘性土壤。因此，从土壤养分理化指标可看出，土壤养分均处于中低下肥力水平，土壤酸化严重障碍问题突出根据上述土壤状况，确定选用由酪酸梭状芽孢杆菌8~10份、硝化细菌10~12份、氧化亚铁钩端螺旋菌5~8份、绿硫细菌5~8份组成的菌群接种到碳基生物有机物料-载体组合物上在温度25~30℃进行培养得到含有多功能菌群的有机物料-载体组合物；将实施例3制备得到的清洁有机质和多功能菌群的有机物料-载体组合物按质量配比为60：40的比例混匀得到目标物提升土壤自我修复能力的激活剂。其中碳基有机生物物料是由质量配比为15：7.5：7.5的碳基有机质、木质纤维粉末和生物炭基质组成；载体为椰糠或腐熟玉米芯；其中碳基有机生物物料和载体的质量配比为30：70。

以本实施例制备得到提升土壤自我修复能力的激活剂进行以下试验，试验方法如下：

一、方法：

1、人参果种植土壤区

人参果种植区主要土壤多为砂质红壤土，部分区域为泥页岩发育的砂质中粘性土壤。在砂质红壤土区域，土壤 pH 值多为 5.0 以下，土壤干旱贫瘠，保水肥性能差，在此区域应用本实施例制备得到的提升土壤自我修复能力的激活剂，收到了较好的应用效果，具体应用技术方法如下：

针对此区域土壤类型改良应用技术，在砂质红壤土区域，宜选用本实施例制备的提升土壤自我修复能力的激活剂 1000kg/亩＋复合肥 50kg/亩，二者混合作底肥一次性施入，中期看生长情况可适量追肥尿素；在泥页岩发育的砂质中粘性土壤区，土壤 pH值多为5.0 左右，选用 ASM 型复合生物质土壤改良材料 800-1000kg/亩＋NPK复合肥 30-40kg/亩，二者混合作底肥一次性施入，中期看生长情况可适量追肥尿素。

2、鲜食玉米种植土壤区

鲜食玉米种植区主要土壤类型多为熟化耕作土，土壤熟化度高，肥力中上水平。但因长期耕作和单一性化肥施用影响，土壤酸化和粘性突出，部分区域形成胶质粘性土壤。针对此区域土壤类型改良应用技术，选用本实施例制备的提升土壤自我修复能力的激活剂1000kg/亩＋NPK复合肥 30-40kg/亩，二者混合作底肥一次性施入，中期看生长情况可适量追肥尿素。

3、辣椒种植土壤区

辣椒种植土壤区主要土壤多为轻砂质红壤土，土壤 pH 值多为 5.0 左右，土壤干旱，基础肥力中下水平，保水肥性能差。针对此区域土壤类型改良应用技术，选用本实施例制备的提升土壤自我修复能力的激活剂800-1000kg/亩＋NPK复合肥 30-40kg/亩，二者混合作底肥一次性施入，中期看生长情况可适量追肥。

二、应用效果

在上述人参果、鲜食玉米和辣椒作物种植上开展了不同施用量的筛选试验，完成大田应用技术筛选试验 12 组，其中：人参果试验 1 组，对比试验 4 组；鲜食玉米试验 2组，对比试验 3 组；辣椒试验1组，对比试验 1组。

1、提高了作物抗病性能

从人参果和辣椒试验示范区生长期调查看出，施用本实施例制备的提升土壤自我修复能力的激活剂的人参果试验处理区，植物发病率为 6.8-20.45%，单施化肥的对照处理区植物发病率为 24.55-31.23%；辣椒试验处理区植物发病率为 6.82-12.48%，单施化肥的对照处理区植物发病率为 8.12-14.23%；玉米差异不明显。

植物发病率计算公式为：植物发病率=（染病株数/调查总株数）×100%。

2、降低了农药化肥施用量，提高了作物产量和品质

从田间长势及近期调查结果看：在辣椒、人参果作物上表现出明显的抗病性，产量和品质均有提升，并且化肥和农药施用量较常规技术减少 20-30%；玉米生长也表现出明显优势，包形大籽粒饱满、无病害或轻微病害，化肥和农药施用量较常规技术减少 40-60%；从人参果试验示范区调查看出，施用本实施例制备的提升土壤自我修复能力的激活剂平均单株座果数为 9-16 个，试验区产量达1200-1800 公斤/亩，并且植株生长健壮、果实大、色泽好、发病率低；而单施化肥的对照处理区平均单株座果数为 8-11 个，产量为800-900 公斤/亩，并且植株生长矮小、分蘖分枝少、发病率高，化肥施用量（复合肥 NPK：15-15-15）比本实施例制备的提升土壤自我修复能力的激活剂处理的增加 30 公斤/亩；在种植基地示范区，前期尚未施用化学肥料，全部施用本实施例制备的提升土壤自我修复能力的激活剂1000kg/亩，在植株生长健壮、抗病性能及挂果率等方面，均优于对照和往年年情况，表现出明显的生长优势。

3、提高土壤 pH 值，缓解土壤酸化障碍影响

根据不同土壤差异和作物品种，设置了本实施例制备的提升土壤自我修复能力的激活剂1000kg/亩单施及有机物机肥配合施用等不同处理的大田试验和示范对比点共 12组，初步分析看出，施用本实施例制备的提升土壤自我修复能力的激活剂处理的土壤pH 值比对照 CK 提高 0.64-1.31 个单位。因此，本实施例制备的提升土壤自我修复能力的激活剂应用，对提高酸性土壤 pH 值，缓解土壤酸化障碍影响具有明显的作用功效。

4、提高了土壤理化和生物肥力指标

从试验示范区部分样品分析看出，施用本实施例制备的提升土壤自我修复能力的激活剂处理的电导率（EC）提高 0.09-0.28 mS/cm、有机质提高 1.65-2.67 g/kg、土壤碱解氮提高14.42-38.96 mg/kg，土壤酸性磷酸酶提高 0.12-0.61（酚.mg.g-1）、尿酶提高0.12-1.04（NH4-N.mg.g-1）、多酚氧化酶提高 0.09-0.18(没食子素.mg.kg-1)。

实施例6

分别以实施例1、实施例2、实施例4制备得到的清洁有机质制备提升土壤自我修复能力的激活剂，方法同实施例5，不同点在于实施例1、实施例2和实施例4制备得到的清洁有机质和多功能菌群的有机物料-载体组合物质量比例分别为50:50、70:30和65：35。其中碳基有机生物物料分别是由质量配比为10:7:7、20:8:8、18:7:8的碳基有机质、木质纤维粉末和生物炭基质组成；载体为椰糠或腐熟玉米芯；其中碳基有机生物物料和载体的质量配比分别为20：80、40：60和35:65。结果均表明，本发明制备得到提升土壤自我修复能力的激活剂能激活土壤的自我修复能力，能根据土壤的实际状况针对性的配制土壤相关生物菌，制备土壤改良材料，施放入土壤后，可持续改善土壤微生物环境，改善土壤的理化状况，保持土壤的健康状况；可作为绿色（有机）种植的基础材料实现作物的绿色（有机）的标准化种植。根据所种植作物的生长需求和种植区域的土壤状况，针对性的配制土壤和作物生长所需生物菌，制备为生物有机肥，以生物有机肥的应用为基础，从土壤保育、增强作物抗性、缓解连作障碍、化学肥料的减量使用、控制化学农药使用等多方面考虑开发绿色（有机）种植的技术体系，实现绿色（有机）标准化种植。现在石林人参果、玉米、辣椒等作物以研发了相关技术规程，人参果已实施了大面积种植示范；可制备为设施大棚内的高品质清洁种植基质。针对设施种植作物需求，应用生物有机质较强的保水、保肥特性，加入作物所需中微量元素和其他辅助材料如：清洁土壤、石英砂、褐煤等，制备为设施内作物栽培基质，可实现设施内作物的节水、节肥种植，同时减少作物病害，控制化学农药使用，提升产品品质。

Claims (10)

1.一种提升土壤自我修复能力的激活剂，其特征在于，所述的提升土壤自我修复能力的激活剂是由原料清洁有机质、碳基生物有机物料-载体组合物组成；所述的碳基生物有机物料是由碳基有机质、木质纤维粉末和生物炭基质组成；所述的载体为椰糠或腐熟玉米芯。

2.根据权利要求1所述的提升土壤自我修复能力的激活剂，其特征在于，所述的清洁有机质、碳基生物有机物料-载体组合物的质量配比为（50~70）：（30~50）。

3.根据权利要求1所述的提升土壤自我修复能力的激活剂，其特征在于，所述的碳基有机质、木质纤维粉末和生物炭基质的质量比为（10~20）：（7~8）：（7~8）。

4.根据权利要求1所述的提升土壤自我修复能力的激活剂，其特征在于，所述的碳基生物有机物料-载体组合物中碳基生物有机物料和载体质量比为（20~40）：（60~80）。

5.根据权利要求1或2所述的提升土壤自我修复能力的激活剂，其特征在于，所述的清洁有机质是以农作物秸秆和/或养殖业废弃物经无害化处理制备得到，所述的无害化处理是将配方配比的农作物秸秆和养殖业废弃物混匀后加入1~5%的高温复合微生物腐熟剂在温度60~90℃发酵10~12h，发酵期间的水分控制在35~40%；发酵完成后在温度110~120℃保温2h以上，之后自然冷却得到目标物清洁有机质。

6.根据权利要求5所述的提升土壤自我修复能力的激活剂，其特征在于，所述的高温复合微生物腐熟剂是由芽孢杆菌、乳酸菌、酵母菌、放线菌、固氮菌、解磷细菌和解钾细菌组成，所述的高温复合微生物腐熟剂有效活菌数≥230亿个/克。

7.根据权利要求6所述的提升土壤自我修复能力的激活剂，其特征在于，所述的高温复合微生物腐熟剂是由重量份数的芽孢杆菌8~10份、乳酸菌5~8份、酵母菌7~12份、放线菌6~8份、固氮菌8~10份、解磷细菌3~5份和解钾细菌3~5份组成。

8.一种权利要求1~7任一所述的提升土壤自我修复能力的激活剂的制备方法，其特征在于包括检测分析、复合微生物培养和配制步骤，具体包括：

A、检测分析：检测分析目标区域土壤状况，结合所种植作物的生长要求确定相对应的土壤微生物环境和增强作物抗性的生物菌；

B、复合微生物培养：将确定的生物菌接种到碳基生物有机物料-载体组合物进行培养得到含有多功能菌群的有机物料-载体组合物；

C、配制：将清洁有机质和多功能菌群的有机物料-载体组合物按质量配比为（50~70）：（30~50）的比例混匀得到目标物提升土壤自我修复能力的激活剂。

9.一种权利要求1~7任一所述的提升土壤自我修复能力的激活剂的应用， 其特征在于，所述的提升土壤自我修复能力的激活剂在制备土壤改良材料中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述的提升土壤自我修复能力的激活剂在制备缓减土壤连作障碍肥料中的应用。