CN115462207A - 一种提升黑土生态生产功能的方法 - Google Patents

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刘晓冰
张兴义
于镇华
刘长锴
胡晓婧
刘俊杰
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王光华
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Abstract

本发明公开了一种提升黑土生态生产功能的方法。包括：1)沤制有机粪肥；2)秋收后将粉碎的秸秆分布在黑土耕地表面，抛洒沤制好的有机粪肥，使有机粪肥覆盖到秸秆上层，然后进行翻埋起垄作业，春天正常播种即可。实验数据表明本发明的技术在提升黑土养分供应能力、提高作物产量，遏制黑土板结及酸化等指标上具有非常好的效果，完全可以达到提升黑土生产生态功能的目标。

Description

一种提升黑土生态生产功能的方法
技术领域
本发明属于土壤改良领域，具体涉及一种提升黑土生态生产功能的方法。
背景技术
2017年，经国务院同意，原农业部、发展改革委等6部门印发了《东北黑土地保护规划纲要(2017—2030年)》明确提出到2030年在东北典型黑土区实施2.5亿亩黑土耕地保护任务。然而，黑土耕地退化趋势尚未得到有效遏制，耕作层变薄和侵蚀沟问题仍然突出，土壤有机质含量下降趋势仍未扭转，局部酸化、盐渍化问题仍然存在，如何在保护与利用过程中探索出平衡点，快速恢复退化黑土生态生产功能从而实现作物产量提高，增加农民收入以及保障我国粮食安全，是科研人员和农民目前面临的现实问题。
黑土在生产过程中往往依赖于大量化肥的投入来维持作物产量，造成土壤有机质的耗竭、土壤pH下降、土壤板结、土壤蓄水能力降低、土壤微生物多样性降低以及群落结构单一等生态生产问题。因此，如何快速提高退化黑土土壤有机质，恢复其生态生产功能是黑土保护与利用的关键。目前，针对黑土生态生产功能重建与提升的有效措施较少，采用秸秆还田方式来提高土壤有机质具有一定作用，但黑土生产区冬季寒冷漫长，秸秆腐解慢，效果不理想。
发明内容
本发明针对现有黑土耕地有机质含量下降、土壤出现酸化、板结现象或存在退化风险的问题，提出一种提升黑土生态生产功能的方法。
本发明所提供的提升黑土生态生产功能的方法，包括如下步骤：
1)沤制有机粪肥；
2)秋收后将粉碎的秸秆分布在黑土耕地表面，抛洒沤制好的有机粪肥，使有机粪肥覆盖到秸秆上层，然后进行常规翻埋起垄作业，春天正常播种即可。
上述方法步骤1)中，沤制有机粪肥的物料包括畜禽粪便和秸秆，
所述畜禽粪便可为牛粪、羊粪、鸡粪、马粪、猪粪中的一种或几种的混合物，具体可为牛粪；
在沤制之前，对所添加的秸秆进行粉碎，粉碎后秸秆的长度可为2-2.5cm；
所述秸秆具体可为玉米秸秆；
畜禽粪便与秸秆的质量比可为：70-80％：20-30％；
有机粪肥沤制过程中添加秸秆粪便发酵酵素(酵素3号，黑龙江省达峰科技开发有限责任公司)，添加量为发酵基质(秸秆与粪肥混合物)重量2‰，
采用条垛式有机物料发酵堆的方式沤制有机粪肥，其中垛高1.2-1.6米(具体可为1.5米)，宽3.6-4.0米(具体可为3.8米)；
沤制的时间可为35-40天；
沤制好的有机粪肥全氮15.5g/kg，全磷1.88g/kg，全钾22.3g/kg，含水量30％，pH值7.10。
上述方法步骤2)中，所述粉碎的秸秆的长度可为1.4-1.9cm。
有机粪肥抛洒量根据所在地块黑土层厚度有所差别，在黑土层厚度<25cm黑土区，有机粪肥抛洒量为28-32吨/公顷(具体可为30吨/公顷)；在黑土层厚度>25cm黑土区，有机粪肥抛洒量为12-17吨/公顷(具体可为15吨/公顷)。
在实施上述提升黑土生态生产功能的措施后，采取玉米-大豆轮作的种植制度，化肥施用量采取当地推荐施用量即可。
我国黑土地利用强度要远大于北美、南美和欧洲的典型黑土，由于粮食供给的现实需要，休耕等养地方式不适合我国的国情，仅仅采用秸秆还田方式对维持黑土土壤有机质含量的作用有限，更不能提升黑土的生态生产功能；此外，东北地区冬季寒冷漫长，秸秆腐解速度慢，通过该技术不但可以很好解决秸秆腐解速率问题，还可以大幅提高黑土有机质及速效养分含量，实现黑土生产生态共生快速提高的目的。
附图说明
图1表明本发明实施例中不同处理对玉米产量的影响。
图2表明本发明实施例中不同处理对黑土速效养分含量的影响。
图3表明本发明实施例中不同处理对黑土微生物量碳、微生物量氮、土壤容重和土壤pH值的影响。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐明本发明，而不是为了限制本发明的范围。以下提供的实施例可作为本技术领域普通技术人员进行进一步改进的指南，并不以任何方式构成对本发明的限制。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例
黑龙江省海伦市是典型的黑土生产区，黑土层平均厚度约30cm，但同时该地区地貌特征为漫川漫岗，水土流失现象发生较为常见，在一些岗地田块黑土层甚至完全流失，出现“破皮黄”，生产生态功能受到较大破坏。该方法在典型黑土区海伦市开展了秸秆还田配施有机肥提高黑土生产生态功能的验证，结果表明该技术在提升黑土养分供应能力、提高作物产量，遏制黑土板结及酸化等指标上具有非常好的效果，完全可以达到提升黑土生产生态功能的目标。
对照组：采用当地主推技术模式，秋收后秸秆离田，常规翻耕起垄作业，春季施用种肥，仅施用化肥，不施用有机肥；玉米种肥施用量为：尿素76kg/公顷，磷酸氢二铵153kg/公顷，硫酸钾54kg/公顷；追肥为尿素，230kg/公顷；
处理1：秋收后施用大马力灭茬机进行田间灭茬，保证秸秆粉碎后长度为1.4-1.9cm，利用粪肥抛洒机，将预先沤制好的牛粪有机肥进行田间均匀抛洒，抛洒量为15t/公顷，再进行深翻33cm及起垄处理作业，春季施用化肥，尿素施用量与对照组相比减少10％作为种肥；
处理2：秋收后施用大马力灭茬机进行田间灭茬，保证秸秆粉碎后长度为1.4-1.9cm，利用粪肥抛洒机，将预先沤制好的牛粪有机肥进行田间均匀抛洒，抛洒量为30t/公顷，再进行深翻33cm及起垄处理作业，春季施用化肥，尿素施用量与对照组相比减少10％作为种肥；
在堆肥实验过程中，当秸秆添加量少于20％时，牛粪腐解速度慢且不完全，有较多结块，不满足田间抛洒标准。处理1和2中的牛粪有机肥通过如下方法制备得到：将玉米秸秆粉碎至2-2.5cm长度，以牛粪与秸秆质量比80％：20％的配比加入牛粪，以2‰的配比加入酵素3号(黑龙江省达峰科技开发有限责任公司)，垛式有机物料发酵堆的方式沤制有机粪肥(垛高1.5米，宽3.8米)，沤制38天，得到牛粪有机肥，沤制好的有机粪肥全氮15.5g/kg，全磷1.88g/kg，全钾22.3g/kg，含水量30％，pH值7.10。
处理3：秋收后施用大马力灭茬机进行田间灭茬，保证秸秆粉碎后长度为1.4-1.9cm，利用粪肥抛洒机，将预先沤制好的牛粪有机肥进行田间均匀抛洒，抛洒量为15t/公顷，再进行深翻33cm及起垄处理作业，春季施用化肥，尿素施用量与对照组相比减少10％作为种肥；
处理3中的牛粪有机肥通过如下方法制备得到：将玉米秸秆粉碎至2-2.5cm长度，以牛粪与秸秆质量比60％：40％的配比加入牛粪，以2‰的配比加入酵素3号(黑龙江省达峰科技开发有限责任公司)，垛式有机物料发酵堆的方式沤制有机粪肥(垛高1.5米，宽3.8米)，沤制38天，得到牛粪有机肥。
处理4：秋收后施用大马力灭茬机进行田间灭茬，保证秸秆粉碎后长度为1.4-1.9cm，利用粪肥抛洒机，将预先沤制好的牛粪有机肥进行田间均匀抛洒，抛洒量为15t/公顷，再进行深翻33cm及起垄处理作业，春季施用化肥，尿素施用量与对照组相比减少10％作为种肥；
处理4中的牛粪有机肥通过如下方法制备得到：将玉米秸秆粉碎至2-2.5cm长度，以牛粪与秸秆质量比40％：60％的配比加入牛粪，以2‰的配比加入酵素3号(黑龙江省达峰科技开发有限责任公司)，垛式有机物料发酵堆的方式沤制有机粪肥(垛高1.5米，宽3.8米)，沤制38天，得到牛粪有机肥。
结论：图1所示为不同处理对玉米产量的影响，图2所示为不同处理对黑土生产力既土壤速效养分含量的影响，图3所示为不同处理对黑土生态功能指标的影响。
柱状图中小写字母不同代表处理间差异达到显著水平(p<0.05)。结果表明，与当地常规施用化肥相比(对照)，秸秆还田配施有机肥(处理1、处理2、处理3和处理4)可以显著提升黑土的生产功能，其中处理1、处理2、处理3和处理4玉米产量较对照分别增加了22％、33％、6.4％和8.6％。
土壤速效养分指标也支持这种产量提升的结果，同对照相比，处理1下的土壤铵态氮、硝态氮、速效磷和速效钾含量分别显著增加了24％、34％、64％和67％；而处理2的提升作用更为明显土壤铵态氮、硝态氮、速效磷和速效钾含量分别增加了31％、56％、99％和68％；当调减牛粪与秸秆比例后，对土壤速效养分提升的作用则明显下降，处理3下的土壤铵态氮、硝态氮、速效磷和速效钾含量比对照分别增加了14％、18％、28％和27％；处理4的提升作用则进一步下降，土壤铵态氮、硝态氮、速效磷和速效钾含量比对照分别增加了14％、9.8％、20％和19％。
同对照相比，处理1、处理2、处理3和处理4还提高了土壤微生物量碳和微生物量氮的含量，其中处理1土壤微生物量碳和氮分别比对照高出16％和42％，处理2土壤微生物量碳和氮分别比对照高出25％和73％，这表明可以通过秸秆还田配施沤制的牛粪有机肥来提高黑土中微生物量碳氮含量，且提升效果随着有机肥的施用量增加而增加。处理3土壤微生物量碳和氮分别比对照高出11％和17％，处理4土壤微生物量碳和氮分别比对照高出7.6％和12％，这表明通过秸秆还田配施沤制的牛粪有机肥来提高黑土中微生物碳氮与有机肥沤制过程中的牛粪添加量：秸秆添加量的比例密切相关，对土壤地力提升效果随着有机肥沤制过程中秸秆占比增加而减少。
处理1、处理2、处理3和处理4降低了土壤容重，提高了土壤pH值。同对照相比处理1、处理2、处理3和处理4土壤容重分别降低了5.4％、6.9％、2.3％和2.3％，而土壤pH值则分别提高了1.1个单位、1.4个单位、0.63个单位和0.61个单位，从弱酸性变为中性。
这表明可以通过秸秆还田配施沤制的牛粪有机肥来降低黑土耕层容重，缓解耕层土壤酸化现象。这种生态功能的提升效果随着有机肥的施用量增加而增加，同时还与有机肥沤制过程中牛粪添加量：秸秆添加量的比例密切相关，在有机肥沤制过程中秸秆添加量增加时，对降低土壤容重和提高土壤pH值的效果减弱。
综上，通过本发明的方法黑土的生态生产功能可以大幅提升，主要表现在土壤速效养分的增加，土壤容重下降、pH值提高以及土壤微生物量的增加等几项指标上。
以上对本发明进行了详述。对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明的宗旨和范围，以及无需进行不必要的实验情况下，可在等同参数、浓度和条件下，在较宽范围内实施本发明。虽然本发明给出了特殊的实施例，应该理解为，可以对本发明作进一步的改进。总之，按本发明的原理，本申请欲包括任何变更、用途或对本发明的改进，包括脱离了本申请中已公开范围，而用本领域已知的常规技术进行的改变。

Claims (7)

1.一种提升黑土生态生产功能的方法，包括如下步骤：
1)沤制有机粪肥；
2)秋收后将粉碎的秸秆分布在黑土耕地表面，抛洒沤制好的有机粪肥，使有机粪肥覆盖到秸秆上层，然后进行翻埋起垄作业，春天正常播种即可。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1)中，沤制有机粪肥的物料包括畜禽粪便和秸秆，
其中，畜禽粪便与秸秆的质量比为：70-80％：20-30％。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述畜禽粪便为牛粪、羊粪、鸡粪、马粪、猪粪中的一种或几种的混合物；
在沤制之前，对秸秆进行粉碎，粉碎后秸秆的长度为2-2.5cm。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：采用条垛式有机物料发酵堆的方式沤制有机粪肥，其中垛高1.2-1.6米，宽3.6-4.0米；
有机粪肥沤制过程中添加秸秆粪便发酵酵素，添加量为2‰。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：沤制的时间为35-40天。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤2)中，所述粉碎的秸秆的长度为1.4-1.9cm。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：在黑土层厚度<25cm黑土区，有机粪肥抛洒量为28-32吨/公顷；在黑土层厚度>25cm黑土区，有机粪肥抛洒量为12-17吨/公顷。
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