CN106342432A - 一种在玉米‑小麦轮作体系中促进土壤固碳的方法 - Google Patents

一种在玉米‑小麦轮作体系中促进土壤固碳的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及微生物菌剂及土壤改良领域，具体公开了一种在玉米‑小麦轮作体系中促进土壤固碳的方法，具体为：在玉米‑小麦轮作体系中，收获玉米和小麦后，将玉米秸秆和小麦秸秆粉碎还田，在秸秆表面喷施可促进秸秆发酵分解的微生物复合菌剂并施撒有机肥，播种玉米和小麦后，配施含有固氮菌的土壤调理剂和复合肥，并于玉米和小麦的发育期喷施植物氨基酸液肥。使用本发明所述方法，可尽量减少对土壤的扰动，并利用生物菌促进秸秆腐解，以保证耕层土壤的微生物的活性和多样性。本发明利用土壤调理剂，调整土壤结构，增加地力和促进土壤固碳增汇。并在作物关键生产期喷施叶面肥，确保作物生成期全面的营养供应，从而稳定和增加了作物产量。

Description

一种在玉米-小麦轮作体系中促进土壤固碳的方法
技术领域
本发明涉及微生物菌剂及土壤改良领域，具体地说，涉及一种在玉米-小麦轮作体系中促进土壤固碳的方法。
背景技术
二氧化碳是引起全球气候变化最主要的温室气体之一，减少二氧化碳的排放和增加碳汇是减缓温室效应及其对人类社会经济***的影响，实现可持续发展的重要途径。土壤是陆地生态***中巨大的碳库，其变化深刻地影响着大气中二氧化碳的浓度。中国是全球温室气体排放第一大国，面临着巨大的减排压力，农地土壤的碳汇占土壤碳汇总量的35％，大约可以抵消工业二氧化碳排放总量的10-12％，农业土壤碳库的固碳潜力很大。
黄淮海平原地区包括黄河、淮河和海河流域中下游的山东、河南的全部地区，河北的大部分地区，山西中南部地区，陕西关中和江苏省徐淮地区。黄淮海平原地区属于暖温带半湿润气候类型，无霜期170-220天，光、温资源丰富，水资源紧缺并且降水主要集中在6月至9月，区内地势平坦，土层深厚，作物生产技术比较完善，粮食产量水平高，是我国主要的粮食产区。该地区是我国最大的小麦、玉米集中产区，小麦和玉米播种面积分别占全国小麦和玉米播种面积的32.7％和53.6％，小麦和玉米产量分别占全国小麦和玉米产量的35.5％和64.8％。
自20世纪90年代末开始，我国开始在黄淮海地区推广小麦-玉米的直播复种技术，并带动了区域内小麦-玉米生产技术体系的快速发展，例如玉米直播晚收高产栽培技术、小麦宽幅精播高产栽培技术、机械旋耕技术、秸秆还田技术、测土配方施肥技术等。但是多年来，黄淮海平原为了高产农民只重视氮、磷、钾，使地力下降养分失衡。加之各地区种植结构单一，连年重茬，造成土壤板结、有益微生物菌群减少，虽然小麦和玉米秸秆还田率逐年提高，但土壤有机质提升不明显，目前黄淮海平原现在60％以上的耕地都实现了小麦和玉米秸秆的全部还田，但是受秸秆细碎程度和旋耕规格的影响使耕层变浅，土壤失去活力。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种在玉米-小麦轮作体系中促进土壤固碳的方法。
为了实现本发明目的，本发明的技术方案如下：
本发明提供了一种在玉米-小麦轮作体系中促进土壤固碳的方法，所述方法具体为：在玉米-小麦轮作体系中，收获玉米和小麦后，将玉米秸秆和小麦秸秆粉碎还田，在秸秆表面喷施可促进秸秆发酵分解的微生物复合菌剂并施撒有机肥，播种玉米和小麦后，配施含有固氮菌的土壤调理剂和复合肥，并于玉米和小麦的发育期喷施全营养素叶面肥。
其中，所述微生物复合菌剂包括：枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、凝结芽孢杆菌和嗜酸乳杆菌；以及侧孢芽孢杆菌、5406放线菌、光合细菌、胶冻样芽孢杆菌和绿色木霉菌。上述微生物中，枯草芽孢杆菌和侧孢芽孢杆菌共同作用能够促进玉米和小麦秸秆的发酵分解迅速转化为有机碳，侧孢芽孢杆菌还是一种固氮菌、可以促进土壤微生物碳氮循环，巨大芽孢杆菌可以分泌有机酸溶解土壤中作物不易吸收的钙磷、铁磷、铝磷等化合物，在其他微生物的参与下，还能够实现抑制土壤-作物体系中的有害菌群、防治病虫害的作用，保障作物产量并提升土壤有机质的功能。
其中，所述土壤调理剂包括：A、以作物秸秆为主体的植物材料，B、含钾含磷矿物组分为主体的矿物材料，C、牡蛎粉、贝壳粉、甲壳素中一种或者几种的混合物。
作为优选，如专利号为ZL200810242951.4的中国专利申请所记载，所述土壤调理剂按质量份数组成为：
a.矿物材料占50-80份；所述矿物材料由含钾矿物组分、含磷矿物组分、含钙与镁矿物组分、含硫与铁矿物组分、稀土矿物组分以及辅料矿物组分混合而成，按质量份数，其组成为：含钾矿物组分占40-70份；含磷矿物组分15-30份；含钙与镁矿物组分占5-10份；含硫与铁矿物组分占5-10份；稀土矿物组分2-5份；辅料矿物组分3-5份；
b.植物材料占10-40份；所述植物材料为天然中草药与植物氨基酸粉混合而成，按质量份数，其组成为：天然中草药占30-60份；植物氨基酸粉占40-70份；
c.动物材料占6-10份；所述动物材料为牡蛎粉、贝壳粉、甲壳素或壳聚糖中的一种或几种的任意比混合物。
其中，所述植物氨基酸液肥包括：所述植物氨基酸液肥包括：游离氨基酸，微量元素氮、锰、铁、钼。
作为优选，所述植物氨基酸液肥按质量份数，由以下物质配制：
a.浓缩植物氨基酸粉占200-300份；
b.水溶性壳聚糖占150-200份；
c.磷酸二氢钾占180-200份；
d.中量、微量元素和有益元素物质占42-110份，上述各种元素由硫酸铜、硫酸锌、硫酸锰、硫酸镁、硫酸亚铁、硫酸镍、钼酸铵、硼砂、碘化钾、氯化钴、硅酸钙、柠檬酸钛、***钠、钒酸钠和稀土按任意比混合而成；
e.EDTA占1-5份；
f.甲基化葵花油或硅油占1-3份；
g.水占500-650份；
h.尿素占200-300份；
i.蔗糖100-150份；
j.味精20-50份。
本发明在黄淮海平原高产粮田小麦-玉米目前推广面积较广的直播技术体系下，结合生物菌肥和有机肥施用以稳定产量并促进土壤固碳的技术要点，明确了有机肥、微生物复合菌剂、土壤调理剂、叶面肥、秸秆还田等关键技术环节。
所述方法的操作顺序如下：
1)玉米收获(或者人工摘穗)和玉米秸秆粉碎还田；
2)在玉米秸秆表面喷施微生物复合菌剂和撒施有机肥；
3)土壤机械耕作；
4)小麦播种，配施土壤调理剂和复合肥；
5)常规田间管理及小麦关键生育期喷施植物氨基酸液肥；
6)小麦收获和秸秆粉碎还田；
7)在小麦秸秆表面喷施微生物复合菌剂和撒施有机肥；
8)夏玉米直播，配施土壤调理剂和复合肥；
9)常规田间管理及玉米关键生育期喷施氨基酸液肥。
进一步地，所述方法具体包括如下步骤：
(1)玉米收获和秸秆还田：9月下旬用联合收获机收获玉米，用玉米秸秆粉碎还田机将玉米秸秆粉碎5cm以下覆盖还田，也可以人工摘穗后采用秸秆还田机作业。
(2)在玉米秸秆表面喷施微生物复合菌剂、撒施有机肥：将2kg/亩用量的微生物复合菌剂按1/25～1/35倍的质量比(优选1:30倍，即兑水60kg)稀释后喷施在铺满秸秆的地表，并将有机肥50～150kg/亩(优选100kg/亩)撒施到铺好秸秆的田内。
(3)土壤机械耕作：秸秆粉碎均匀覆盖地表后，选择耕幅1.8m以上、中间传动单梁旋耕机，旋耕深度以15-18cm为宜。旋耕后要进行镇压，根深合格率≥85％，耕后秸秆掩埋率≥70％，耕后地表平整度≤5.0cm。
(4)小麦播种，配施土壤调理剂和复合肥：在秸秆还田地块采用小麦精少量播种，播种行距15-30cm，播种深度2-3cm，播种量9-10kg/亩，播种后镇压。将复合肥15-30kg/亩(优选20kg/亩)和土壤调理剂10-20kg/亩(优选15kg/亩)混拌均匀，播种的同时施用，施肥深度为种子以下4cm左右，避免种子和肥料直接接触。
(5)常规田间管理及小麦关键生育期喷施叶面肥：清明前后(3月下旬4月上旬)小麦拔节时期，结合拔节水补追尿素10-20kg/亩(优选15kg/亩)。采用节水灌溉技术，共灌溉4次，及根种水、越冬水、拔节水和抽穗杨花水。特殊情况如遇后期干旱，可再补浇一次灌浆水。在小麦拔节、杨花和出穗期喷洒叶面肥。
(6)小麦收获和秸秆还田：小麦收获时采用带秸秆切碎和抛撒功能的小麦联合收获机收获小麦，一次完成小麦收获和秸秆粉碎还田。
(7)在小麦秸秆表面喷施微生物复合菌剂和撒施有机肥：将微生物复合菌剂按1:30倍的质量比稀释后以1-3kg/亩(优选2kg/亩)的用量喷施在铺满秸秆的地表，并将有机肥以50-150kg/亩(优选100kg/亩)的用量撒施到铺好秸秆的田内；
(8)夏玉米直播，配施土壤结构调理剂和复合肥：在相对含水率为70％左右的田间播种玉米，播种量4-5kg/亩，播种深度3-5cm。将复合肥10-30kg/亩和土壤结构调理剂10-20kg/亩(优选15kg/亩)混拌均匀，播种时同时施用。
(9)常规田间管理及玉米关键生育期喷施叶面肥：7月中下旬玉米10-13个展开叶时(小喇叭口期)，结合灌水每亩追加尿素15-30kg/亩。玉米结合降水情况进行灌溉。玉米直播后及时浇根种水，以利出苗齐全。7月下旬夏玉米大喇叭口期，要浇足浇透水，以满足玉米生长需要。8月中旬玉米受精后经灌浆、乳熟、蜡熟达到完熟，应适时浇好扬花灌浆水。在夏玉米苗期、拔节初期和拔节后期喷施氨基酸叶面肥。
其中，所述有机肥的氮含量为3-10g/kg，磷含量为0-1g/kg，钾含量为15-20g/kg；所述复合肥的氮含量为15-18％，五氧化二磷(P2O5)含量为15-21％，氧化钾(K2O)含量为6-15％。
本发明的有益效果在于：
本发明针对黄淮海地区典型的小麦-玉米直播技术模式，提出一套优化生物菌肥、土壤调理剂、秸秆还田、有机肥和叶面肥的高产栽培技术，在稳定产量的同时，改善农田的微生态环境，促进土壤固碳。
本发明利用生物固氮菌配合秸秆还田以及有机肥的使用，减少化学氮肥的施用并增加了有机质还田。使用本发明所述方法，可尽量减少对土壤的扰动，并利用生物菌促进秸秆腐解，以保证耕层土壤的微生物的活性和多样性。本发明利用土壤调理剂，调整土壤结构，增加地力和促进土壤固碳增汇。并在作物关键生产期喷施叶面肥，确保作物生成期全面的营养供应，从而稳定和增加了作物产量。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的优选实施方式进行详细说明。需要理解的是以下实施例的给出仅是为了起到说明的目的，并不是用于对本发明的范围进行限制。本领域的技术人员在不背离本发明的宗旨和精神的情况下，可以对本发明进行各种修改和替换。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
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1
2014/2015年度在山东淄博市桓台县博信公司的大田中实施，该地块有灌溉条件，参试小麦品种为鲁原502，玉米品种为郑单958，都为高产品种。收获秸秆粉碎处理到5厘米左右，均匀撒施在地表，使用3公斤I型复合菌，按1:15兑水，均匀喷施在秸秆表面。小麦于2014年10月8日由播种机播种，小麦行距18厘米，播量为15公斤/亩，播深3厘米。播种时施肥复合配方肥(N:P2O5:K2O＝18:21:6)20公斤/亩，土壤调理剂20公斤，均匀混拌后用播种机耧播。玉米于2014年6月15日播种，同时施用复合肥(N:P2O5:K2O＝15:15:15)20公斤，土壤调理剂20公斤。小麦拔节、杨花和乳熟期喷施植物氨基酸液肥，均按照1:500的比例稀释，喷施。玉米苗期，每亩地施用100克I型植物氨基酸液肥，按照1:500的比例稀释，喷施；拔节初期，每亩地施用100克I型植物氨基酸液肥和100克营养调理剂，按照1:1:500的比例稀释，喷施；拔节后期，每亩地施用100克II型植物氨基酸液肥和50克营养调理剂，按照1:0.5:500的比例稀释，喷施。
试验结果如下：玉米季结束有机质含量为19.5g/kg，小麦产量8978公斤/公顷，玉米产量10377公斤/公顷，肥料施用量整体减少10％。
由此可见，本发明通过一整年的耕作模式和规程的设计，可以实现黄淮海地区小麦-玉米在稳产甚至增产条件下的固碳减排。
对比例1
2014/2015年度在山东淄博市桓台县博信公司的大田中同时实施没有采用本规程即博信公司常规的夏玉米-冬小麦轮作。该地块也有灌溉条件，参试小麦品种为鲁原502，玉米品种为郑单958。收获秸秆粉碎处理，但是只粉粹一遍，撒施也不均匀。小麦于2014年10月8日由播种机播种，小麦行距18厘米，播量为15公斤/亩，播深3cm。播种时施肥复合配方肥(N:P2O5:K2O＝18:21:6)30公斤/亩，采用施肥播种机同时进行。玉米于2014年6月15日播种，播种时施用复合肥(N:P2O5:K2O＝18:21:6)20公斤。
试验结果如下：玉米季结束有机质含量为17.1g/kg，显著低于生物菌肥处理；小麦产量8807公斤/公顷，玉米产量9387公斤/公顷，分别比生物菌肥处理低2％和10.5％。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种在玉米-小麦轮作体系中促进土壤固碳的方法，其特征在于，所述方法具体为：在玉米-小麦轮作体系中，收获玉米和小麦后，将玉米秸秆和小麦秸秆粉碎还田，在秸秆表面喷施可促进秸秆发酵分解的微生物复合菌剂并施撒有机肥，播种玉米和小麦后，配施含有固氮菌的土壤调理剂和复合肥，并于玉米和小麦的发育期喷施植物氨基酸液肥。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微生物复合菌剂包括：枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌和侧孢芽孢杆菌。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述土壤调理剂包括：A、以作物秸秆为主体的植物材料，B、含钾含磷矿物组分为主体的矿物材料，C、牡蛎粉、贝壳粉、甲壳素中一种或者几种的混合物。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述植物氨基酸液肥包括：游离氨基酸，微量元素氮、锰、铁、钼。
5.根据权利要求1～4任一项所述的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
(1)玉米收获和秸秆还田：9月下旬收获玉米，将玉米秸秆粉碎5cm以下覆盖还田；
(2)在玉米秸秆表面喷施微生物复合菌剂、撒施有机肥：将微生物复合菌剂按1/25～1/35倍的质量比稀释后以1-3kg/亩的用量喷施在铺满秸秆的地表，并将有机肥以50～150kg/亩的用量撒施到铺好秸秆的田内；
(3)土壤机械耕作：秸秆粉碎均匀覆盖地表后进行旋耕，耕幅1.8m以上，旋耕深度15-18cm，旋耕后进行镇压，根深合格率≥85％，耕后秸秆掩埋率≥70％，耕后地表平整度≤5.0cm；
(4)小麦播种，配施土壤调理剂和复合肥：播种小麦，播种行距15-30cm，播种深度2-3cm，播种量9-10kg/亩，播种后镇压；将复合肥15-30kg/亩和土壤调理剂10-20kg/亩混拌均匀，播种的同时施用；
(5)常规田间管理及小麦关键生育期喷施全营养素叶面肥：小麦拔节时期，补追尿素10-20kg/亩，在小麦拔节、杨花和出穗期喷洒全营养素叶面肥；
(6)小麦收获和秸秆还田：小麦收获并粉碎秸秆至5cm以下覆盖还田；
(7)在小麦秸秆表面喷施微生物复合菌剂、撒施有机肥：将微生物复合菌剂按1:30倍的质量比稀释后以1-3kg/亩的用量喷施在铺满秸秆的地表，并将有机肥以50-150kg/亩的用量撒施到铺好秸秆的田内；
(8)夏玉米直播，配施土壤调理剂和复合肥：在相对含水率为65～75％的田间播种玉米，播种量4-5kg/亩，播种深度3-5cm，将复合肥10-30kg/亩和土壤结构调理剂10-20kg/亩混拌均匀，播种时同时施用；
(9)常规田间管理及玉米关键生育期喷施叶面肥：玉米10-13个展开叶时，追加尿素15-30kg/亩，在夏玉米苗期、拔节初期和拔节后期喷施全营养素叶面肥。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，每千克所述有机肥的氮含量为3-10g，磷含量为0-1g，钾含量为15-20g。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述复合肥的氮含量为15-18％，五氧化二磷含量为15-21％，氧化钾含量为6-15％。
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