CN102732255B - 一种土壤改良组合物及土壤改良的方法 - Google Patents

Abstract

本发明请求保护一种土壤改良组合物及土壤改良的方法，属于土壤改良领域。为了克服现有绿化技术不能对边坡起到可持续的绿化效果且成本高的不足，本发明提供了一种土壤改良组合物及土壤改良的方法。本发明所述的土壤改良组合物包含有机物、固氮菌群、有机体分解菌群和促进岩石分解的酸性土壤菌群，它能够较好的改良土壤，使生长在边坡的植株深扎入岩石，起到了改善边坡绿化景观和防止滑坡的作用；该土壤改良方法包括将主土土壤与土壤改良组合物混合并在混合后的混合土壤中种植草本植物或木本植物的步骤，该方法可以有效改善贫瘠土壤的肥力，土壤改良方法适宜在边坡绿化过程中值得大力推广应用。

Description

一种土壤改良组合物及土壤改良的方法

技术领域

本发明属于土壤改良领域，涉及一种土壤改良组合物及土壤改良的方法。

背景技术

随着经济社会的快速发展和城市化进程的加快，中国的基本设施建设速度也随之加快，因实施交通、水利、矿山、电力等建设项目而形成了大量的裸露坡面。这些裸露坡面不仅影响了生态环境景观，破坏了该地区的自然生态平衡，而且有些坡面还存在着严重的地质灾害隐患，影响主体工程的安全稳定，甚至会危害人民的生命和财产安全。因此，边坡绿化具有十分重要的环保意义和现实意义，边坡绿化不仅可美化环境、涵养水源，而且可以防止水土流失和滑坡、净化空气。目前已有很多地方开始大力开展边坡绿化。

对岩土边坡和土夹石边坡，传统的治理方法一般采用三维网植草技术。三维网植草技术是在边坡裸露的前提下通过在坡面设置三维网格并在网格内植草，植物恢复后植物凭借发达的根系将坡面固定，同时随着三维网的老化和降解可使植物与坡面更加牢固结合，从而达到植物防护功能的一种绿化技术。但实践证明，这类边坡由于土质条件较差，采用三维网植草技术由于无法改变坡面土壤条件，植物死亡率高，并不能达到良好的绿化和破面防护效果。人们转而寻找更为有效更为简洁的绿化技术，近年来喷播技术在国内绿化工程中逐渐发展开来。

喷播技术是一种适用于风化程度较高的岩土边坡和土夹石边坡绿化的新型技术，它特别适用于公路铁路、铁路、河道边坡的护坡绿化。它利用特制喷射机将草种、保水剂等有机基材喷射到坡面上，有机材在压力的作用下与坡面紧密结合，形成一层可供植物生长发育的基质层。喷播对土壤厚度的要求，根据边坡的具体情况而定，通常为10-30cm。在喷射中必须加入狗牙根、高羊茅、紫穗槐等草种，在较短的时间内达到理想的绿化效果。客土喷播是最为常见的也是应用最广泛的喷播技术

客土喷播是将含有植物生长所需营养的基质材料混合胶结材料喷附在岩基坡面上，在岩基坡面上创造出宜于植物生长的硬度的、牢固且透气、与自然表土相近的土板块，种植出可粗放管理的植物群落，最大程度地恢复自然生态。如果是风化岩、土壤较少的软岩及土壤硬度较大的土壤边坡，对于坡度大，石质成片的坡面可借鉴锚杆钢筋喷锚的工，通过打锚杆、挂镀锌铁网后再喷播，同样可以达到绿化美化的目的，浙赣线铁路生态护、福建泉三高速等在石质边坡防护中均采用锚杆固定喷播绿化技术。

客土喷播也存在明显缺点，首先客土喷播过程中客土的形成是通过采用喷植设备（可以用喷浆设备来代替）在岩石坡面喷上客土来实现的，因而其与三维网植草技术相比造价要高很多。其次，客土喷播虽然通过移植客土可以短期内改善边坡土质条件以及水肥条件，但客土喷播法喷播物的内部成分和结构等等和自然腐殖土相差甚远，其中的客土加化肥及草种等第一年可以发芽，但是没有持续生命力，喷播层内外没有土壤化发生，根系只是悬在岩石的上面，施工覆盖层将随着养分的消失而逐渐枯死,剥落，客土喷播绿化的结果一般就是“一年绿，二年黄，三年都死光”。因而客土喷播并不能实现边坡的长期绿化，而白白浪费了资金投入和大量的人力物力。

传统喷播植草与简单的三维网喷播技术很难达到预期效果，因此寻找有效的可持续的绿化技术成为目前边坡绿化所面临的重大问题。专利申请01104199.4公开了一种通过固定短U形钢钉固定坡面并通过喷浆机喷抹土浆的边坡绿化技术，该技术操作简单，成本降低，但使用该技术进行边坡绿化时喷薄层容易从主土层滑落，该技术并不能达到边坡持续绿化效果。专利200710053060.X通过在高陡岩质边坡上设置缓坡带富土层以及回水沟实现储水功能实现边坡绿化的目的，该技术可以有效的防止喷薄层从边坡滑落且具有灌溉优势，但该技术造价较高，且由于土质没有改善，并不能实现可持续的长期绿化效果。本发明旨在通过提供一种土壤改良组合物使主土土壤化，从而达到边坡长期可持续的绿化效果。

发明内容

为了克服现有绿化技术不能对边坡起到可持续的绿化效果，且造价昂贵的现有技术不足，本发明提供一种新型的土壤改良组合物及改良土壤的方法。该土壤改良方法主要适用于公路、铁路及采石场等岩石边坡生态防护工程，在水土保持与环境建设领域上具有广阔的技术应用前景，其生态治理的快速性、可行性、前瞻性必将对国内石质边坡生态防护方面产生深远的影响。

为了使本领域技术人员更好的理解本发明，发明人特将本发明所涉及的术语定义或阐述如下，本申请中所涉及此类术语的解释均应参照以下定义。

1、客土

客土是指非当地原生的、由别处移来用于置换原生土的外地土壤，通常是指质地好的壤土（沙壤土）或人工土壤。制作满足这些条件的客土，仅依靠自然土壤是不够的，还需人工添加其他物质。在自然土壤中所应添加的其他物质为： 1）纤维材料，即可增加客土的有机质含量，又可防止土壤粒子散落； 2）各类肥料（无机肥和有机肥），提供植物生长所需营养元素； 3）土壤改良剂（如保水剂、粘合剂和土壤稳定剂），提高客土保水性，增强团粒结构和稳定性。

2、土壤保水剂

土壤保水剂就是农林保水剂，号称植物微型水库，是一种独具三维网状结构的有机高分子聚合物。在土壤中能将雨水或浇灌水迅速吸收并保住，不渗失，进而保证根际范围水份充足、缓慢释放供植物利用。它特有的吸水、贮水、保水性能，在改善生态环境、防风固沙工程中起到决定成败的作用。广泛用于土地荒漠化治理、农林作物种植、园林绿化等领域。因其颗粒吸水后膨胀而释水后缩小，可使土壤形成团粒多孔结构、松软透气，既保证植物需求，又可增加粘土的通透性和沙土的持水力。

3、固氮菌群

固氮菌群的细菌菌体一般为杆状，卵圆或球形,无内生芽孢；革兰氏染色阴性（有时阴、阳性两可）；严格好氧性，有机营养型细菌，能利用简单糖类为碳源和能源，有的能利用淀粉，但不能利用纤维素。固氮菌群可以将大气中的分子态氮气转化为农作物能利用的氨，进而为其提供合成蛋白质所必需的氮素营养的肥料。这类微生物自生或者与植物共生，其将大气中的分子态氮气转化为农作物可吸收的氨的过程，称为生物固氮。固氮菌群中的常见代表菌种如根瘤菌、圆褐固氮菌。

4、泥炭土

泥炭土（peat soil）是指在某些河湖沉积低平原及山间谷地中，由于长期积水，水生植被茂密，在缺氧情况下，大量分解不充分的植物残体积累并形成泥炭层的土壤。泥炭地可分为水藓泥炭地和沼泽泥炭地，这两类泥炭地的主要区别在于泥炭地形成的条件不同。泥炭质土有机质含量Wu一般为10%<Wu≤60%，颜色呈深灰或黑色，有腥臭味，能看到未完全分解的植物结构，浸水体胀，易崩解，有植物残渣浮于水中，干缩现象明显。

本发明的目的之一是提供一种土壤改良组合物，本发明所述土壤改良组合物中含有有机物和土壤微生物，所述有机物优选为泥炭土、牛粪或者其他生物肥料。所述土壤微生物至少包括固氮菌群、有机体分解菌群和促进岩石分解的酸性土壤菌群，其中固氮菌群可以提供植物营养，有机体分解菌群可以参与诸如树叶、动物尸体在内有机体的分解，酸性土壤菌群可以促进岩石的分解，岩石中含有大量的微量元素，这些微量元素可以被植物吸收，从而改善主土的土壤性质和植物生长状况。这三大类微生物相互协作，对增强土壤肥力，促进周边土壤的土壤化过程起到明显的协同作用。

上述所述的土壤改良组合物中，所述土壤微生物为经过富集培养的微生物群，其中固氮菌群的富集培养基可以为：Ashby无氮培养基(富集自生固氮菌用)甘露醇1％，KH₂PO₄ 0.02％，MgSO₄·7H₂O 0.02％，NaCl 0.02％，CaSO₄·2H₂O 0.01％，CaCO₃ 0.5％。

有些土壤中真菌与植物共生的菌根菌，它们对植树造林起着重要作用。土壤真菌也参与动、植物残体的分解，成为土壤中氮、碳循环不可缺少的动力，特别是在植物有机体分解的早期阶段，真菌比细菌和放线菌更为活跃。为了使土壤改良处方中真菌大量繁殖，对土壤中真菌进行富集培养，其培养基成分可以根据所分离菌种选用合适的真菌富集培养基，本发明中土壤真菌的富集培养基优选为Martin培养基：葡萄糖1％，蛋白胨0.5％，KH2PO4 0.1％，MgSO₄·7H₂O 0.05％，琼脂2％，孟加拉红1/3万，链霉素30μg/ml，金霉素2μg/ml。

本发明所述土壤配方中的酸性土壤菌可以将岩石分解，给植物生长提供大量微量元素，其可以使植物生长到岩石中并与岩石成为一体起到重要的作用。本发明所述的酸性土壤菌主要为放线菌的富集培养基为高氏培养基，其组分为：可溶性淀粉 2g，KNO₃ 0.1g，K₂HPO₄ 0.05g，MgSO₄· 7H₂O 0.05g，NaCl  0.05g，FeSO₄· 7H₂O 0.001g （母液），琼脂2g，自来水100mL，pH7.2～7.4。

上述土壤菌群富集培养后，培养液经浓缩离心后即得菌体，菌体经自然风干即可得干燥的菌体，本发明中土壤改良组合物中菌体重量即为菌体干重。同时本发明人在此申明，上述土壤菌群富集培养基并非富集培养这些菌群的唯一培养基，本领域技术人员可在本发明所列举培养基基础上或者现有技术所列举培养基的基础上合理确定出其他培养基，只要其富集菌群与本发明相同，均属于本发明所述土壤菌群的范围。上述土壤菌群的富集培养基的配制方法对本领域技术人员来说是公知常识。

上述土壤改良组合物中还可以含有砂土，所述砂土为自然砂土粉碎后与土壤改良组合物中其他成分混合。本发明人在经过深入的配比研究和土壤效果测验后，发现当上述土壤组合物中组分如下配比时，其对土壤的改良作用最好：砂土10-20%，有机物50-75%，酸性土壤菌群2-10% 、有机体分解菌群 5%-25%和固氮菌群 7%-25%。进一步优选为含有如下重量份的土壤组合物：砂土20%，有机物55%，酸性土壤菌群5%，有机体分解菌群9%，固氮菌群11%。

本发明的目的之二是提供一种土壤改良方法，该土壤改良方法是利用本发明上述所述土壤改良组合物中的有机物使其中的土壤微生物大量繁殖从而分解代谢周围主土土壤，并最终实现目标主土土壤化的一种土壤改良方法。该土壤改良方法适用于主土贫瘠的土壤的肥力改造，尤其适用于岩石、沙漠、贫瘠地、采石场的主土改良。

本发明所述的土壤改良方法利用了土壤改良组合物中土壤微生物的代谢作用，因此本发明所述土壤改良方法包括向所述的主土土壤中加入本发明所述土壤改良组合物并在混合后土壤中种植种植草本或木本植物的步骤。上述土壤改良方法中，所述土壤改良组合物与目标土壤的混合比例可视目标土壤具体肥力而定，优选为主土土壤与土壤改良组合物的重量配比为1：0.5-2。

为了使混合后土壤组合物中的环境适宜固氮菌群、有机体分解菌群和酸性土壤菌群的大量繁殖，本发明所述的土壤改良方法中混合后土壤的pH优选为2.0-5.0，进一步优选为2.5-4.0。其中混合后土壤的pH的测定方法采用国际标准化组织于2005年2月15日发布的《ISO 10390：2005土壤质量pH的测定》中所述的方法测定，现简单陈述如下：1）前处理。取少量土壤样品颗粒自然风干或将土壤样品进行不高于40 ℃的干燥处理后，土壤过筛处理，筛网眼尺寸为2 mm。2）悬浊液的准备用样品匙取一小部分有代表性的实验室样品（样品应不少于5 mL）。将取好的样品放入样品瓶中，并加入5倍于样品体积的水（25℃时电导率不大于0.2 mS/m，pH大于5.6）或者氯化钾或者氯化钙溶液。持续摇动悬浊液(60±10)min，使用机械振荡器或者混合器，然后静置1h以上，但不能超过3 h。在振荡后的静置期间，应该避免空气进入样品瓶。3）pH的测量在(20±2)℃ 条件下，搅拌开始时在悬浊液中立即测量pH，搅拌速度选择应该使土壤颗粒能够相对均匀分布在悬浊液中，但不能夹带空气。当pH值达到稳定时即可读取，记录值精确到小数点后的两位。

本发明所述的土壤改良组合物以及利用该土壤改良组合物进行土壤改良的技术，其与现有技术相比具有如下技术优势：

1)本发明所述的土壤改良技术由于采用了土壤改良组合物，其可以使主土土壤化。该技术不同于传统的客土喷薄技术，其对土壤具有再生作用而非传统的替代；再造植物可以从风化岩石和空气中自动汲取营养，而不需施肥灌溉。

2)本发明所述的土壤改良技术中再造植物为草灌乔混合草种，其在一定程度上可以实现共生，优于传统客土喷薄技术中的草籽加营养层的客土喷薄技术。

3)本发明所述的土壤改良技术中，由于土壤改良组合物可以再生土壤，草灌乔根系迅速深入基岩，与周边完全融为一体，对于年降水量400mm以上地区，养护成本低。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员理解，以下通过具体实施例进一步说明本发明的内容，但本发明不仅仅限于以下实施例。本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进或调整本发明的内容即可实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动，对于本领域技术人员来说，是显而易见的，它们都被视为包括在本发明范围内。

实施例 1 本发明所述土壤改良组合物

组成：砂土20份，有机物（牛粪）55份，酸性土壤菌群5份，有机体分解菌群9份，固氮菌群11份。

制备工艺：使用土壤粉碎机将处方中砂土和有机物加工成细小颗粒，粒径不大于1cm，称取200kg的砂土颗粒和550kg有机物颗粒置于预混机中混合30min，向预混后土壤混合物中加入酸性土壤菌群粉末50kg、有机体分解菌群粉末90kg和固氮菌群粉末110kg即可得到本发明所述土壤改良组合物。

实施例2  本发明所述土壤改良组合物

组成：砂土10份，有机物（泥炭土）75份，酸性土壤菌群2份，有机体分解菌群15份，固氮菌群7份。

制备工艺：同实施例1中制备工艺。

实施例3 本发明所述土壤改良组合物

组成：砂土10份，有机物（泥炭土）60份，酸性土壤菌群10份，有机体分解菌群8份，固氮菌群10份。

制备工艺：同实施例1中制备工艺。

实施例4本发明所述土壤改良组合物

  组成：有机物（泥炭土与牛粪混合物）70份，酸性土壤菌群5份，有机体分解菌群17.5份，固氮菌群8.5份。

制备工艺：同实施例1中制备工艺。

试验例1 本发明所述的土壤改良组合物对土壤肥力的影响

采用主成分分析法评价不同时间段内的土壤肥力，是本试验例的分析方法。其中，主成分分析，又称主分量分析，是指将原始的多个变量通过线性组合提炼出较少几个彼此独立的新变量的一种多元统计分析方法。主成分分析的目的是通过线性变换，将原来的多个指标组合成相互独立的少数几个能充分反映总体信息的指标，便于进一步分析。在主成分分析中可消除评价指标间的相互影响。各主成分按方差大小依次排列。在分析问题时，可以舍弃一部分主成分，只取前后方差较大的几个主成分来代表原变量，还可以减少指标选择的工作量，从而减少了计算的工作量。土壤肥力评价既是获取土地质量状况的重要手段，又是农业开发和土地利用规划中一项重要的基础性工作，可为土地合理利用提供科学依据。

1.1取样与分析

取样时间为2008年6月岩坡处理之后。取样方法为网格布点法，每500m取1个点，如遇到障碍物则就近取样。采取5点取样法取土，混合均匀，过筛处理等。土壤样品pH值的测定采用2.5：1.0水浸提电位法；有机质(OM)含量的测定采用K₂Cr₂0₇容量法；有效氮(AN)含量的测定采用碱解扩散法；有效磷(AP)含量的测定采用Olsen法；有效钾(AK)含量的测定采用乙酸铵浸提火焰光度法；全氮(TN)含量的测定采用半微量凯氏定氮法；全磷(TP)含量的测定采用钼锑抗比色法；缓效钾(SK)含量的测定采用火焰光度法。

1.2数据处理

数据整理使用Excel 2007，数据计算使用SPSSl7.0。数据标准化应用Analyze---Descriptive Statistics----DescriptiVOS，相关系数矩阵、特征值和特征向量、主成分得分的计算应用Analyze_Data Reduction_Factor Analysis。

1.3 结果与分析

1.3.1 肥力指标分析结果

选取土壤TN、TP、0M、AP、AK、SK、pH值、CEC共8个肥力因子作为主成分分析的评价指标，各个处理全氮含量为0.65-1.24g/kg，全磷含量为0.12一0.34g/kg，有机质含量为6.00-41.80 g/kg，速效磷含量为0.10-68.90 mg/kg，速效钾含量为21.10-255.90 mg/kg，缓效钾含量15．40-l539.70 mg/kg，pH值范围为4.93-7.95，阳离子交换量含量为0.40-31.20 cmol/kg。具体测定值如下所示：

以贡献率和累积贡献率为指标筛选主成分分析的因素根据主成分特征值>1的原则，提取了4个主成分。根据方差主成份提取分析可以得知，第1-4主成分对于总方差的贡献率之和达到85.7％，即前3个主成分能把土壤全部指标提供信息的85.7％反映出来。因此，利用主成分分析水稻土肥力质量是可靠的。

1.3.2 采用本发明所述土壤改良方法土壤肥力的变化

采用本发明所述改良方法进行土壤改良：本试验例所使用的土壤改良组合物的组成为实施例1中的土壤改良组合物（其中砂土20份，有机物55份，酸性土壤菌群5份，有机体分解菌群9份，固氮菌群11份）。所使用的有机物为牛粪，所述百分比为重量百分比，取岩坡主土并按主土与上述土壤改良组合物按重量比1：1混合，将混合后的土壤覆盖于岩坡表层，土壤厚度为10cm，在上述土壤覆盖层中种植绿化草本植物种子，如麦冬、葱兰和红花酢浆草3种地被植物及苇状羊茅、草地早熟禾、黑麦草和白三叶等，前三个月每隔半月灌溉一次，三个月后灌溉周期改为一个月。定期随即取土测定土壤肥力。

根据以上所确定的主成分分析法测定土壤肥力的实验，分别取不同时间段内岩坡内土壤样品的上述4个指标。本实施例中的取样时间为每隔6个月，取样方法为网格布点法，每500 m取1个点，如遇到障碍物则就近取样。采取5点取样法取土，混合均匀，过筛处理等。各次取样样本的指标取其平均值，以x±s的方式表示。各取样时间样本指标测定结果如下表所示：

取样时间	TN（g／kg）	TP（g／kg）	OM（g／kg）	AP（mg／kg）
					0个月	1.05±0.24	0.28±0.15	18.24±6.34	8.78±2.36
6个月	1.26±0.21	0.30±0.13	24.65±5.34	9.03±1.98
					12个月	1.42±0.23	0.34±0.16	36.24±7.68	11.34±3.67
18个月	1.56±0.28	0.42±0.18	37.25±6.58	11.65±2.69
					24个月	1.87±0.31	0.45±0.21	45.67±6.69	13.24±3.21
30个月	2.65±0.34	0.67±0.19	62.24±8.73	17.68±3.16

由上表可以看出，采用本发明所述的主土喷播的土壤改良方法后0-30个月内，影响土壤肥力的四个主要指标均逐步改善，其中第30个月的土壤肥力各指标与施用本发明土壤改良方法前的土壤各指标具有显著性差异，提示本发明所述的土壤改良方法可以显著提高土壤的肥力，并使植物的生长与土质的改善能够相辅相成。

Claims (3)

1.一种土壤改良组合物，其特征在于，其由砂土20重量%，有机物55重量%，酸性土壤菌群5重量%，有机体分解菌群9重量%，固氮菌群11重量%组成，所述有机物为泥炭土、牛粪或者其他生物肥料。                                                        

2.如权利要求1所述的土壤改良组合物，其特征在于土壤改良组合物中酸性土壤菌群的富集培养基为高氏培养基；有机体分解菌群的富集培养基为Martin培养基；固氮菌群的富集培养基为Ashby无氮培养基。

3.一种土壤改良的方法，它包括将主土土壤与权利要求1或权利要求2所述的土壤改良组合物混合并在混合后的混合土壤中种植草本植物或木本植物的步骤，所述的混合后的混合土壤的pH为2.5-4.0。