CN105123008A

CN105123008A - 秸秆生物碳与微生物菌肥组配改良盐碱地的方法

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Publication number: CN105123008A
Application number: CN201510482739.5A
Authority: CN
Inventors: 刘长江; 王光华; 肖庆红; 吴东升
Original assignee: Northeast Institute of Geography and Agroecology of CAS
Current assignee: Shanghai Fu Xiang ecological environmental Polytron Technologies Inc
Priority date: 2015-08-07
Filing date: 2015-08-07
Publication date: 2015-12-09
Anticipated expiration: 2035-08-07
Also published as: CN105123008B

Abstract

秸秆生物碳与微生物菌肥组配改良盐碱地的方法，涉及改良盐碱地的方法。本发明是要解决现有盐碱地不能种植作物或作物产量低的技术问题。方法：一、先将有机肥堆腐发酵，获得腐熟的有机肥，将秸秆生物炭、微生物菌肥和腐熟的有机肥按照6～12：1：10～20的重量比混合均匀，堆放，备用；二、整地前0～2天将生物炭与微生物菌肥、腐熟有机肥混合改良材料均匀撒施于地表，施用量为1350kg/亩；三、撒施后交叉旋耕1～2遍，旋耕深度为12～15cm，旋耕后立即镇压，之后即可播种。本发明方法简便，所用改良剂仅为秸秆生物炭和粪肥，原料易得，成本低廉；改良盐碱地的效果显著。本发明用于改良盐碱地。

Description

秸秆生物碳与微生物菌肥组配改良盐碱地的方法

技术领域

本发明涉及改良盐碱地的方法。

背景技术

生物炭用于土壤改良的功能源于南美亚马逊盆地黑土(TerraPreta)的发现及研究，早在1500年前南美印第安人习惯性地用木炭、厩肥及动物骨头改良了当地土壤，形成至今仍很肥沃的南美亚马逊盆地土壤。20世纪90年代以来，以热裂解生物质生产生物炭，并将其用作土壤改良剂及固碳剂的研究日益增多。国外在生物炭的性质和特征及其对土壤物理、化学性质、微生物的作用及土壤固碳等方面展开了研究工作，而中国则刚刚起步，基础研究相对较弱。关于生物炭的结构和性质研究时间很短，生物质转化、生物炭的结构和性质研究虽有一些研究报道但是很零散，不同种类生物质及不同工艺转化生物炭也缺乏***研究，生物炭的结构和性质尚没有确切的定义和标准。生物炭的性质或特征如化学结构、组成、挥发物、水溶出物特征、酸碱性、物理结构及孔隙度、吸附作用、阳离子交换量、降解性等缺乏***研究。土壤培肥及环境影响等问题亟待全面***地研究，为生物炭利用战略提出科学决策的依据。

土壤有机质是土壤肥力的重要指标之一，也是陆地生态***中重要的碳汇。生物炭含碳量高，且碳结构呈芳香环状，与土壤中腐殖质结构相似，国内外研究表明，生物炭可以提高土壤有机碳含量水平，具有改良培肥土壤效果。Bruun等采用C14标记生物炭及作物秸秆的两年土壤培养试验发现，低温和高温生物炭的碳损失分别为9.3％、3.1％，远远低于秸秆(56％)的碳损失。Kimetu等也报道，生物炭的碳损失远低于绿肥，生物炭的稳定性及稳定化作用大于绿肥类易解有机物。秸秆、绿肥、堆肥及厩肥施入土壤且在免耕条件下，一般5-10年后所剩不过20％，仅有极少量被转化为腐殖质，英国洛桑实验站施用厩肥150多年的土壤有机碳量也仅提高了1倍。而亚马逊盆地黑土(TerraPreta)土壤质量研究表明，生物炭是远比传统有机材料更稳定、更易提高土壤有机碳的有机材料，故***防治沙漠化公约及一些政府呼吁将生物炭作为土壤改良及应对气候变化的重要技术产品。

目前生物炭作为土壤改良剂及肥料缓释载体应用研究基本都是短期研究结果，有些仅是实验室土柱淋洗、土壤培养及土壤水分特征曲线测定评价的结果，而在实际田间情况下生物炭对土壤物理、化学及生物的长期影响如何，对土壤及肥料养分的淋洗影响如何，尤其是生物炭在土壤中的稳定性都需要长期的试验研究。

生物炭具有多孔隙(小到小于1纳米，大到几十纳米，甚至数十微米)、比表面积大、吸附性强的特性。因而生物炭不仅能够贮存、吸附大量水分和养分，并为微生物栖息提供良好的的微环境，进而增加微生物数量及活性，特别是丛枝状菌根真菌(AMF)或泡囊丛枝状菌根真菌(VAM)。基于此，发明人萌生了将生物碳与微生物菌肥、有机肥组配，用于改良土壤的思路。一方面，比表面积大、吸附性和缓冲能力强的生物炭有助于发挥微生物菌肥与有机肥的功效。施入的生物炭为所吸附的大量微生物提供了良好的微生态环境，提高有机肥养分分解、释放能力，显著提高有机肥功效，同时有效解决普遍存在的微生物肥料肥效不稳定的难题。另一方面，大量微生物分泌的有机物、死亡菌体的分解等使盐碱土壤的有机物质增加，盐碱度降低；同时大量有益微生物在繁殖过程中产生的多糖、粘胶和有机酸是形成土壤团粒的粘结剂，大量的团粒结构和比重较轻的生物炭增加了土壤非毛细管孔隙，使土壤疏松透气，容重降低，使得盐碱土淋盐作用加速，抑制返盐，有效降低土壤表层盐分，同时有机酸可中和土壤碱性，有效提供盐碱地改良效果。从而获得生物碳与微生物菌肥、有机肥组合改良盐碱地1+1+1＞3的改良效果。

“生物炭”利用还可以大大减少温室气体的排放。澳大利亚著名科学家提姆富兰纳瑞指出，在全球范围内土壤释放的温室气体量是化石燃烧产生的温室气体的10倍多。通过对土壤中释放出的气体进行测量和对比，发现“生物炭”可以显著减少二氧化碳和一氧化二氮的释放，而一氧化二氮是另一种更严重的温室气体，其制造温室效应的效力是二氧化碳的300倍，在空气中可持续150年之久。

中国是一个农业大国，长期以来化肥、农药的大量使用，已造成了大量的土壤板结和环境污染等问题。我国政府在2010哥本哈根会议做出的减排承诺使我国的农业也面临着节能减排的巨大压力，在此大背景下，我国农业和农村在节能减排中应有所作为。生物炭可以有效降低农业生产过程中能源的消耗，利用生物炭发展低碳农业势已在必行。

发明内容

本发明是要解决现有盐碱地不能种植作物或作物产量低的技术问题，而提供秸秆生物碳与微生物菌肥组配改良盐碱地的方法。

本发明秸秆生物碳与微生物菌肥组配改良盐碱地的方法，按以下步骤进行：

一、先将有机肥在20～60℃下堆腐发酵，获得腐熟的有机肥，然后将秸秆生物炭、微生物菌肥和腐熟的有机肥按照6～12：1：10～20的重量比混合均匀，堆放7～10天，堆放高度≤1.0米，获得混合肥料；

二、整地前0～2天将步骤一获得的混合肥料均匀撒施于地表，施用量为1350～2100kg/亩；

三、撒施后立即交叉旋耕1～2遍，旋耕深度为12～15cm，旋耕后立即镇压，之后即可播种。

本发明另一种秸秆生物碳与微生物菌肥组配改良盐碱地的方法，按以下步骤进行：

一、先将秸秆生物炭与有机肥混合，在20～60℃下堆腐发酵，然后再与微生物菌肥混合均匀，堆放7～10天，堆放高度≤1.0米，获得混合肥料；其中秸秆生物炭、微生物菌肥和有机肥的重量比为6～12：1：10～20；

本发明的机理及有益效果：

生物炭含碳量高，且碳结构呈芳香环状，与土壤中腐殖质结构相似，施入土壤中很难被微生物分解利用，向土壤中添加生物炭被认为是碳封存的一种有效办法。生物炭具有较大的比表面积，施用生物炭的土壤阳离子交换量高，土壤有较高的缓冲能力，有效地降低了养分的淋失，提高植物的养分利用率，同时增加土壤有益菌数量、降低土壤容重，可有效改善土壤理化性状，改良盐碱地。

基于生物炭的上述特性，结合微生物菌肥和有机肥肥料利用率低，养分分解释放缓慢的特点，发明人萌生了将生物碳与微生物菌肥、有机肥混合堆腐发酵，组合用于改良土壤的思路。生物碳与微生物菌肥、有机肥组配施用的目的在于使生物碳充分吸附有机肥养分，减少有机肥养分流失与挥发，更重要的是利于有益微生物大量滋生、繁殖，促进有机肥养分的分解释放。

一方面，比表面积大、吸附性和缓冲能力强的生物炭有助于发挥微生物菌肥与有机肥的功效。施入的生物炭为所吸附的大量微生物提供了良好的微生态环境，提高有机肥养分分解、释放能力，显著提高有机肥功效，同时有效解决普遍存在的微生物肥料肥效不稳定的难题。另一方面，大量微生物分泌的有机物、死亡菌体的分解等使盐碱土壤的有机物质增加，盐碱度降低；同时大量有益微生物在繁殖过程中产生的多糖、粘胶和有机酸是形成土壤团粒的粘结剂，大量的团粒结构和比重较轻的生物炭增加了土壤非毛细管孔隙，使土壤疏松透气，容重降低，使得盐碱土淋盐作用加速，抑制返盐，有效降低土壤表层盐分，同时有机酸可中和土壤碱性，有效提供盐碱地改良效果。从而获得生物碳与微生物菌肥、有机肥组合改良盐碱地1+1+1＞3的改良效果。

本发明的有益效果：

1、本发明方法简便，所用改良剂仅为秸秆生物炭、微生物菌肥和粪肥，原料易得，成本低廉；利用秸秆、有机肥等农业废弃物资源，进行盐碱地改良、中低产田改造，更有利于推进循环农业发展，增加陆地生态***固碳，减少农区碳排放，减轻农区环境污染，做到了农业废弃物的无害化处理和资源化利用。生态效益、经济效益、社会效益显著，发展前景可观。

2、本发明方法改良盐碱地效果极显著。2013-2015年发明人利用本发明方法在宁夏平罗县西大滩典型盐碱地—银北白僵土上进行了试验，连续3年改良试验得到如下结论：生物碳与微生物菌肥、腐熟有机肥按照设计用量组配应用具有显著地互作与互补效应，改良盐碱地效果极显著。

调查结果：施用改良材料的处理区牧草鲜草平均产量为2427.2kg/亩，较不施用改良材料的对照区(1383kg/亩)增产1044.2kg/亩，增产幅度达75.5％；处理区土壤pH8.84，较对照区(pH9.6)，降低了0.76，降低幅度为7.92％；处理区土壤容重1.13g/cm³，较对照区(1.35g/cm³)降低了0.22g/cm³，降低幅度达16.2％；处理区土壤碱化度(％)7.22，较对照区(12.67)降低了5.45，降低幅度达43.0％(见表1)。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式秸秆生物碳与微生物菌肥组配改良盐碱地的方法，按以下步骤进行：

本实施方式中秸秆生物炭施用量10-20吨/公顷范围内，土壤改良效果与用量呈正相关。2013-2015年在宁夏典型盐碱地银北白僵土改良中生物炭用量为15吨/公顷，效果显著，同时生物炭与微生物菌肥、有机肥料配合施用具有更为显著的互作效应，这表明生物炭与与微生物菌肥、有机肥料组配改良土壤具有明显的互补或协同作用。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一所述秸秆生物炭为农作物秸秆经炭化形成的生物炭，其中农作物秸秆包括玉米秸秆、水稻秸秆、棉花秸秆等。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一所述有机肥为饲草动物粪便，如牛粪、羊粪等。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤一所述微生物菌肥为复合微生物菌肥或微生物菌剂。其它与具体实施方式一至三之一相同。

本实施方式所述复合微生物菌肥和微生物菌剂均为市售商品。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤一中堆腐发酵的时间为15～30天。其它与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤二中整地前1天将生物炭、微生物菌肥和腐熟的有机肥混合肥料均匀撒施于地表。其它与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤三中采用通用旋耕机旋耕。其它与具体实施方式一至六之一相同。

具体实施方式八：本实施方式秸秆生物碳与微生物菌肥组配改良盐碱地的方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式八不同的是：步骤一所述秸秆生物炭为农作物秸秆经炭化形成的生物炭，其中农作物秸秆包括玉米秸秆、水稻秸秆、棉花秸秆等。其它与具体实施方式八相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式八或九不同的是：步骤一所述有机肥为饲草动物粪便，如牛粪、羊粪等。其它与具体实施方式八或九相同。

具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式八至十之一不同的是：步骤一所述微生物菌肥为复合微生物菌肥或微生物菌剂。其它与具体实施方式八至十之一相同。

具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式八至十一之一不同的是：步骤一中堆腐发酵的时间为15～30天。其它与具体实施方式八至十一之一相同。

具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式八至十二之一不同的是：步骤二中整地前1天将生物炭、微生物菌肥和腐熟的有机肥混合肥料均匀撒施于地表。其它与具体实施方式八至十二之一相同。

具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式八至十三之一不同的是：步骤三中采用通用旋耕机旋耕。其它与具体实施方式八至十三之一相同。

为验证本发明的有益效果进行以下试验：

实施例1：

本实施例秸秆生物碳与微生物菌肥组配改良盐碱地的方法按以下步骤进行：

一、2013-2015年在宁夏平罗县西大滩典型盐碱地银北白僵土上进行，试验示范面积200亩。该盐碱地本底pH为9.6，为典型盐碱地，改良前植被为自然生长的碱蓬，部分地块寸草不生，不能种植作物。四月底，先将有机肥在40℃下堆腐发酵，获得腐熟的有机肥，然后将秸秆生物炭、微生物菌肥和腐熟的有机肥按照6：1：20的重量比混合均匀，堆放7天，备用，堆放高度≤1.0米；

所述的微生物菌肥为ETS复合微生物肥料(天津生物科技发展有限公司生产)。

二、五月初整地前1天将生物炭、微生物菌肥和腐熟的有机肥混合肥料均匀撒施于地表，施用量为1350kg/亩，其中，秸秆生物炭300kg/亩，微生物菌肥50kg/亩，腐熟牛粪1000kg/亩。

三、混合肥料均匀撒施于地表撒施土壤表面后，立即采用通用旋耕机交叉旋耕两遍，旋耕深度15cm，之后镇压，等待播种。

四、播种：种植品种为湖南稷子，播种量10kg/亩。

播种方法：开沟条播(或机播)，条距30cm，播深3-4cm。

田间管理：出苗至采收前15天，每10-15天灌水1次(视降雨和商情)；出苗至封垄中耕除草2-3次。

五、试验调查结果。在生物炭改良盐碱地试验示范区同时设置了试验区与对照区。

试验区：秸秆生物炭300kg/亩，微生物菌肥50kg/亩，腐熟牛粪1000kg/亩。

对照区：不施用生物炭但施用有机肥(1000kg/亩)。

试验区与对照区种植牧草品种及田间管理相同。

田间调查与检测分析：

施用改良剂(生物炭、微生物菌肥和腐熟的有机肥混合肥料)前及收获后采集土壤样品，测定土壤理化性质(土壤容重、pH、碱化度)，收获期测定牧草产量。连续3年改良试验得到如下结论：生物炭与微生物菌肥、有机肥按照设计用量组合改良盐碱地效果非常显著。

2013-2015年调查结果表明：施用改良剂的处理区牧草鲜草平均产量为2427.2kg/亩，较不施用改良材料的对照区(1383kg/亩)增产1044.2kg/亩，增产幅度达75.5％；处理区土壤pH8.84，较对照区(pH9.6)，降低了0.76，降低幅度为7.92％；处理区土壤容重1.13g/cm³，较对照区(1.35g/cm³)降低了0.22g/cm³，降低幅度达16.2％；处理区土壤碱化度(％)7.22，较对照区(12.67)降低了5.45，降低幅度达43.0％(见表1)。

表12013-2015年生物炭与微生物菌肥组配改良盐碱地效果检测分析表(平均值)

多年大面积试验结果表明，秸秆生物炭以其多孔隙、比表面积大、吸附性和缓冲能力强的特性与微生物菌肥、有机肥组配，具有明显的互补或协同效应，改良盐碱地效果极显著。施入的秸秆生物炭为所吸附的大量微生物提供了良好的微生态环境，提高有机肥养分分解、释放能力，显著提高有机肥肥效，并有效去除有机肥臭味、减轻农牧区环境污染；同时有助于发挥微生物菌肥的肥效，有效解决普遍存在的微生物肥料肥效不稳定的难题。另外，本发明技术采用的秸秆生物炭为玉米秸秆、水稻秸秆、棉花秸秆等农业废弃物经炭化加工制成，在有效改良盐碱地的同时，实现了作物秸秆、有机肥等农业废弃物资源的高效利用。中国是一个农业大国，长期以来化肥、农药的大量使用，已造成了大量的土壤板结、退化和环境污染等问题。利用秸秆、有机肥等农业废弃物资源，配套生物技术，组合应用微生物菌肥进行盐碱地改良、中低产田改造，更有利于推进循环农业发展，增加陆地生态***固碳，减少农区碳排放，减轻农区环境污染，应用前景广阔。生态效益、经济效益、社会效益显著，发展前景可观。

Claims

1.秸秆生物碳与微生物菌肥组配改良盐碱地的方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：

2.根据权利要求1所述的秸秆生物碳与微生物菌肥组配改良盐碱地的方法，其特征在于步骤一所述秸秆生物炭为农作物秸秆经炭化形成的生物炭。

3.根据权利要求1所述的秸秆生物碳与微生物菌肥组配改良盐碱地的方法，其特征在于步骤一所述有机肥为饲草动物粪便。

4.根据权利要求1所述的秸秆生物碳与微生物菌肥组配改良盐碱地的方法，其特征在于步骤一所述微生物菌肥为复合微生物菌肥或微生物菌剂。

5.根据权利要求1所述的秸秆生物碳与微生物菌肥组配改良盐碱地的方法，其特征在于步骤一中堆腐发酵的时间为15～30天。

6.根据权利要求1所述的秸秆生物碳与微生物菌肥组配改良盐碱地的方法，其特征在于步骤二中整地前1天将生物炭、微生物菌肥和腐熟的有机肥混合肥料均匀撒施于地表。

7.根据权利要求1所述的秸秆生物碳与微生物菌肥组配改良盐碱地的方法，其特征在于步骤三中采用通用旋耕机旋耕。

8.秸秆生物碳与微生物菌肥组配改良盐碱地的方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：

一、先将秸秆生物炭与有机肥混合，在20～60℃下堆腐发酵，然后再与微生物菌肥混合均匀，堆放7-10天，堆放高度≤1.0米，获得混合肥料；其中秸秆生物炭、微生物菌肥和有机肥的重量比为6～12：1：10～20；

9.根据权利要求8所述的秸秆生物碳与微生物菌肥组配改良盐碱地的方法，其特征在于步骤一中堆腐发酵的时间为15～30天。

10.根据权利要求8所述的秸秆生物碳与微生物菌肥组配改良盐碱地的方法，其特征在于步骤一所述秸秆生物炭为农作物秸秆经炭化形成的生物炭。