CN108610213A - 一种高碳生物土壤调理剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的高碳生物土壤调理剂，由煤颗粒、微生物制剂、硫酸盐、砂子、含氮填充物和水制备而成。本发明还公开了该高碳生物土壤调理剂的制备方法和应用。本发明以天然煤炭为基础原料经生化反应生成符合生态环保要求的土壤调理剂，能有效解决农业土壤普遍所存在的问题，提高肥力，提高农作物质量和产量。本发明的高碳生物土壤调理剂用于贫瘠土壤、荒漠化土、沙土、盐碱土、渣土、矿区弃土、耕植土壤板结、酸化、盐渍化、肥力降低的修复。
Description
技术领域
本发明涉及土壤调理制剂制备技术领域,特别涉及一种高碳生物土壤调理剂及其制备方法和应用。
背景技术
土壤(特别是耕植土壤)生态环境是一个以碳、微生物、矿物质(氮磷钾硫等)等多要素平衡的有机***。当该***失衡则意味着土壤生态环境遭破坏，必然严重影响农作物生长。
由于追求高产，长期盲目大量使用氮磷钾化肥和农药，致使土壤生态***失衡，缺碳严重，微生物菌群萎缩、消失，造成土壤板结、酸化，病虫害肆虐，甚至土壤荒漠化，农作物品质下降。因此，土壤亟需修复改良。
当前土壤调理剂技术侧重采用化学手段或仅单纯施以生物菌肥，促使农作物快速生长，即对氮磷钾元素及pH值予以增减补充调整。这类技术治标不治本，不足以从根本上改变土壤退化的局面。
有识之士认为我国农业土壤的问题不只是缺氮磷钾等元素，而主要是缺失碳元素，当务之急是补充碳。中国工程院院士、沈阳农业大学陈温福教授指出：我国农田土壤质量急剧下降，有机质含量降低，黑土层变薄，酸化现象严重，一些南方红壤土的pH值已低于2.6。华南农业大学新肥料资源研究中心的廖宗文教授指出：化肥施用量不断增大，“碳短板”愈发突出，引起作物低产、劣质、抗逆性降低等问题，补碳能有效改善土壤碳/氮比，提高氮肥的利用率。因此补充生物炭将成当前最急迫的措施之一。
传统补碳主要方式是农作物秸秆、养殖业废弃物以及河道淤泥等发酵后生成的有机肥。但这类有机肥中存在大量抗生素、激素、重金属等有害物质，已不适合使用，而且低下的生产工艺和能力无法满足大规模农业土壤改良的需要。
鉴于严峻的土壤退化形势，市场迫切需要能标本兼治，能替代化肥农药(或部分替代)，既有近期高产优质农作物生产，又能长期改良土壤等优良功能的新型土壤调理剂出现。本发明应运而生。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一在于针对现有土壤调理剂技术侧重化学手段或仅单纯施以生物菌肥，促使农作物快速生长，即对氮磷钾元素及pH值予以简单的增减补充调整。这类技术治标不治本，不足以从根本上改变土壤退化的局面。本发明提出一种以土壤生态环境要素平衡为理论基础，采用煤颗粒、微生物、砂子、微量矿物质、水和其他填充物等为组分，合理配伍，标本兼治，具有优良的土壤修复改良功能的高碳生物土壤调理剂。
本发明所要解决的技术问题之二在于提供上述高碳生物土壤调理剂的制备方法。
本发明所要解决的技术问题之三在于提供上述高碳生物土壤调理剂的应用。
作为本发明第一方面的高碳生物土壤调理剂，由以下质量百分比的原料制备而成：
在本发明的一个优选实施例中，所述煤颗粒为负100目煤颗粒。
在本发明的一个优选实施例中，所述负100目煤颗粒选自泥煤、褐煤等低阶煤以及烟煤、高硫煤中的一种或任意两种以上的混合，优选为高硫煤。
在本发明的一个优选实施例中，所述微生物制剂为生物酶与生物菌两者的混合，两者的质量比为0.007～0.3:0.005～1.5。
在本发明的一个优选实施例中，所述生物酶为氧化还原酶、水解酶、转移酶、裂解酶中的一种或任意两种以上的混合。
在本发明的一个优选实施例中，所述生物酶为过氧化氢酶、纤维素酶、脲酶、磷酸酶、几丁质酶、蛋白酶中的一种或任意两种以上的混合。
在本发明的一个优选实施例中，所述生物菌为球红假单胞菌、黄胞原毛平革菌、白腐真菌中的一种或任意两种以上的混合。
在本发明的一个优选实施例中，所述硫酸盐为硫酸铁、硫酸镁、硫酸钠、硫酸锌、硫酸铜中的一种或任意两种以上的混合，优选硫酸镁。
在本发明的一个优选实施例中，所述含氮填充物为羽毛粉、海鸟粪、血粉、鱼骨粉中的一种或任意两种以上的混合，优选羽毛粉。
作为本发明第二方面的高碳生物土壤调理剂的制备方法，其制备步骤如下：
(1)将原料煤破碎、筛分至粒径为100目以下；
(2)按上述配比，将0.005～0.5％的微生物制剂和0.01～4％的硫酸盐溶于余量水中，搅拌混合均匀；
(3)将(2)中溶液雾化，均匀喷淋至(1)中制备的60～80％的煤颗粒表面，搅拌均匀混合，放置6～10小时；
(4)将20～40％的沙子和5～10％的含氮填充物与(3)中煤颗粒在搅拌机中混合均匀；
(5)采用圆盘造粒或转鼓造粒，经烘干、冷却、筛分、包装，即得成品。
作为本发明第三方面的高碳生物土壤调理剂的应用，其用于贫瘠土壤、荒漠化土、沙土、盐碱土、渣土、矿区弃土、耕植土壤板结、酸化、盐渍化、肥力降低的修复。
由于采用了如上的技术方案，本发明具有如下优点：
1.本发明以天然煤炭为基础原料经生化反应制成符合生态环保要求的土壤调理剂，能有效解决农业土壤普遍所存在的问题，提高肥力及农作物质量和产量。
2.本发明的天然煤炭与土壤具有同源性，岩石、土壤与煤的化学成分对比参见如下表1：
表1
从表1可以看出，土壤与煤的元素组成无差别，只是含量不同。而煤中有机碳以及氮磷钾硫等农作物所需元素却高得多。因此，天然煤炭是理想的生态有机肥的基础原料。我国煤资源储量丰富，以前主要作为能源使用，但环保问题多多，如果作为有机肥原料大量用于农业土壤改良，不失为很好的资源新出路。
3.碳、微生物、氮磷钾硫等元素三者平衡是农业土壤良性结构的核心。碳，特别是有机碳是微生物菌群的“食物”；微生物菌群是氮磷钾硫等元素的集聚器，且氮磷钾硫等元素是农作物生长必不可少的原料。当三者合理平衡时，土壤肥力稳定，农作物抗病能力增强，长势良好，品质产量都会提高。当碳补充不足，必然使微生物菌群萎缩，有机质减少肥力下降，施以再多的化肥也无用，只能使土壤板结、酸化等问题更严重，当前我国农业土壤的主要问题是“碳饥渴”造成的三者不平衡，抓住了补碳就是抓到了解决土壤问题的关键。
4.本发明高碳生物土壤调理剂中的微生物制剂主要有两大功能：分解、集聚氮等元素供植物吸收以及断裂化学链使无机碳转化成能溶于水的小分子有机碳，以利于微生物菌群形成。本发明高碳生物土壤调理剂中的硫酸盐作为煤颗粒解聚和矿物质集聚的引发成分，含氮填充物补充植物所需的氮元素。本发明高碳生物土壤调理剂可根据土壤状况作对应调节。
5.本发明高碳生物土壤调理剂在化学、微生物协同作用下，煤大分子结构逐步被分解，羧基碳、脂肪侧链碳化合物增多，氧和氮的含量增加，土壤中活性有机碳增加，改善土壤的锁水、锁养分能力，提高土壤肥力。
6.本发明高碳生物土壤调理剂有利于形成土壤团粒、增加土壤透气性，板结土地得以改良。
7.本发明高碳生物土壤调理剂能够吸附土壤中的重金属、分解农药残留，激发有益菌群生成，微生物释放的次级代谢产物、生物抗菌素等物质，可以加速分解有机质，从而刺激释放营养物质，改善植物根际微生物群落，促进生物固氮作用，调整功能辅料可改造沙漠成耕植土壤、提高盐碱地作物产量和品质。
具体实施方式
高碳生物土壤调理剂的制备实例。
实例1：按质量百分比取60％的褐煤、水解酶与白腐真菌按照质量比0.007：0.005组合成0.012％微生物制剂、1％的硫酸铁、20％的沙子、5％的羽毛粉及13％的水。
实例2：按质量百分比取65％的烟煤、过氧化氢酶与黄孢原毛平革菌按照质量比0.1：0.45组合成0.55％的微生物制剂、2％的硫酸镁、15％沙子、7％的羽毛粉及11％的水。
实例3：按质量百分比取70％的高硫煤、蛋白酶与球红假胞菌按照质量比0.3：1.5组合成1.8％微物制剂、3％的硫酸钠、10％沙子、9％的血粉及15％的水。
下面以上述实例2制备的高碳生物土壤调理剂为例来详细说明本发明高碳生物土壤调理剂的检测结果和应用效果，限于篇幅，其余实施例制备的高碳生物土壤调理剂的检测结果和应用效果与实例2制备的高碳生物土壤调理剂的检测结果和应用效果基本相同，不再赘述。
上述实例2制备的高碳生物土壤调理剂依据NY525‐2012、NY/T1971‐2010进行检验检测，结果见表1
表1
上述实例2制备的高碳生物土壤调理剂经《肥料登记急性经口毒性试验及评价要求》NY1980‐2010急性经口毒性试验，样品对雌雄小鼠的急性经口的LD50均大于5000mg/kg,属实际无毒性。
一、上述实例2制备的高碳生物土壤调理剂在酸性土壤上的应用田间试验
为了验证上述实例2制备的高碳生物土壤调理剂在热带酸性土壤上的应用效果，申请人于2016年10月至2017年8月在海南省澄迈县安排了田间辣椒和甜玉米小区试验，以期为该产品的进一步推广应用提供科学依据。
1.试验材料与方法
1.1.试验地点与供试材料
供试辣椒品种为海椒309，甜玉米品种为夏王。试验地点位于海南省澄迈县金安农场。前茬作物为水稻。试验之前土壤养分基本情况见表3。
表3试验点土壤养分基本情况
1.2.试验设计
田间小区试验连续进行辣椒、甜玉米两个作物生长季。试验设置6个处理，每个处理重复3次，共计需要18个小区。小区面积为40m2，随机排列。辣椒种植期间基肥和前两次追肥氮肥、磷肥、钾肥类型分别为尿素、过磷酸钙、氯化钾，第三次、第四次和第五次追肥施用复合肥。玉米种植期间氮肥、磷肥、钾肥类型分别为尿素、过磷酸钙、氯化钾。本试验中，高碳生物土壤调理剂均采用基施方式，一次性施入土壤。其中，在第一茬辣椒移栽前调理剂采用沟施的方式，辣椒苗距离施入沟10cm左右。在第二茬玉米播种前采用穴施的方式，施入点位于两株玉米苗之间。高碳生物土壤调理剂和化肥施用量如下表(表4、表5)所示。(表4和表5中的高碳生物土壤调理剂简称为调理剂)
表4田间试验处理设计概况
表5辣椒和玉米施肥方式及施肥量
1.3.试验方法
辣椒每次采摘时各个试验小区收获的辣椒分隔放置、称重，累计计算小区辣椒总产量。每个试验小区随机取果实5个，带回实验室称重，105℃杀青60min，85℃烘干、称重，经过研磨、过筛后，测定辣椒果实中的氮含量，并计算果实干物质积累量。4月26日辣椒最后一次采摘后，每个试验小区选择3株植株，经过上述处理后测定植株中的养分含量。在第二次采摘辣椒时，每个试验小区采集植株中间3～4层辣椒果实，烘干、研磨后，采用高效液相色谱测定辣椒素和二氢辣椒素含量。
在7月6日甜玉米收获时，对每个试验小区实收进行测产。每个小区选取有代表性的植株5株，将地上部取下后进行根系取样，将茎叶、籽粒分开，105℃杀青30min后85℃烘干并称重，计算地上部干物质积累量，并采用凯氏定氮法测定不同组织部位的氮含量。甜玉米籽粒经过匀浆后，利用甜度计测定籽粒甜度。
作物收获后采集土壤样品，各处理均采集0～20cm土层土样。田间采集的鲜土样过2mm筛后，除去石子和根系残体，一部分用于土壤酶活性的测定，另一部分风干后测定土壤pH、有机质、阳离子交换量和养分指标。田间持水量采用环刀法测定。土壤酶活性的测定使用微孔板荧光法。经过风干、研磨、过筛后的土样，采用电极法测定土壤pH，重铬酸钾氧化法测定土壤有机质，凯氏定氮法测定土壤碱解氮和全氮，分光光度计法测定土壤铵态氮、硝态氮、有效磷和全磷，火焰光度计法测定速效钾。土壤活性硅、铝的测定分别采用钼蓝比色法和铝制剂比色法。
2.结果与分析
2.1.高碳生物土壤调理剂对辣椒产量和品质的影响
试验期间辣椒分四次采摘，每一次采摘辣椒果实产量与总产量如表6所示。各施肥处理每次收获量均显著高于不施肥对照CK(P≤0.05)。单施化肥处理第一次采摘(3月1日)产量最高为462.0kg/亩，但其他三次的采摘量均低于添加高碳生物土壤调理剂的处理。就四次采摘的辣椒总产量来讲，不施肥CK和单施化肥CF处理分别为653.3kg/亩、1576.2kg/亩。添加高碳生物土壤调理剂后，辣椒产量比单施化肥CF均有不同程度的增加(4.2‐14.3％)；其中SCU4处理产量最高为1801.2kg/亩，而且添加高碳生物土壤调理剂的SCU2、SCU3和SCU4处理辣椒产量均显著高于单施化肥处理。
表6不同土壤调理剂与氮肥配施对辣椒产量的影响(kg/亩)
辣椒素和二氢辣椒素是表征辣椒品质的两个重要指标。不施肥CK处理辣椒果实中辣椒素含量与单施化肥CF处理相近，低于添加高碳生物土壤调理剂的处理(表7)。随着高碳生物土壤调理剂用量的增加，辣椒素含量有所提高；SCU4、SCU3处理辣椒素含量较高，分别为0.903g/kg和0.862g/kg，均显著高于不施肥CK处理和单施化肥CF处理(P≤0.05)。各个试验处理二氢辣椒素含量大小顺序与辣椒素相似，CK≈CF<SCU1<SCU2<SCU3<SCU4；SCU4、SCU3处理二氢辣椒素含量分别为0.473g/kg和0.396g/kg，SCU4处理二氢辣椒素含量显著高于CK(0.283g/kg)和CF处理(0.279g/kg)。
表7不同土壤调理剂与氮肥配施条件下辣椒品质的差异
2.2.辣椒收获后土壤理化性质和酶活性的变化
土壤硅铝率是土壤中SiO2和Al2O3含量的比值，固态的矿物铝在酸性条件下极易被活化而易于被植物吸收，土壤酸化能够加速土壤中铝的活化，使得土壤溶液中活性铝的含量有呈明显增加的趋势，因此，铝被认为是酸化土壤上引起农作物减产的重要原因之一。通常认为土壤中的SiO2含量是稳定的、变化较小，因此可用硅铝率来表达高碳生物土壤调理剂对酸性土壤结构的改变，硅铝率越高，表明土壤中活性铝含量越低，植物生长受影响越小；硅铝率越低，表明土壤中活性铝含量越高，植物生长受影响越大。由表8分析可知，尽管辣椒收获后各处理土壤活性SiO2、活性Al2O3、硅铝率含量的差异不显著，单施化肥CF和施用高碳生物土壤调理剂提高了土壤活性SiO2含量，分别提高了4.35％、5.90％～8.07％。单施化肥CF处理土壤活性Al2O3最高为2.53％，比不施肥对照升高了11.45％；与高碳生物土壤调理剂配施处理活性Al2O3含量有所下降，比单施化肥降低1.58％～10.67％。土壤硅铝率以单施化肥CF处理最低(1.34)，比不施肥对照低6.29％；随着高碳生物土壤调理剂施用量的增加，土壤硅铝率逐步提高；与单施化肥相比，添加高碳生物土壤调理剂处理土壤硅铝率提高了2.99％～15.67％。各试验处理土壤田间持水量和容重差异较小，分别为339.9g/kg～353.3g/kg和1.137g/cm3～1.171g/cm3。
表8辣椒收获后土壤活性硅、活性铝和硅铝率的变化
辣椒收获后各实验处理土壤pH差异显著(P≤0.05)。与不施肥CK相比，单施化肥CF处理土壤pH下降0.62个单位；施用高碳生物土壤调理剂后土壤pH有所上升，其中SCU4处理土壤pH比CF提高0.20个单位。单施化肥CF处理土壤有机质最低(2.29％)，土壤有机质含量随着高碳生物土壤调理剂施用量的增加而逐渐提高，其中SCU3(高碳生物土壤调理剂400kg/亩)最高为2.85％，显著高于CF处理(表9)。
在同样的氮投入条件下，随着高碳生物土壤调理剂用量的增加，土壤铵态氮、硝态氮、全氮和速效钾含量逐步提高；SCU3处理土壤铵态氮、硝态氮、速效钾含量均显著高于单施化肥CF处理。土壤有效磷和全磷含量以单施化肥CF最高，分别为83.47mg/kg、0.81g/kg。氮肥减量处理SCU4土壤铵态氮、有效磷含量均低于CF处理(表9)
表9辣椒收获后各试验处理土壤理化性状
土壤酶活性分析采用微孔板荧光法，利用底物与酶水解释放4‐甲基伞形酮酰(4‐MUB)进行荧光检测的原理。采集距离施肥处5cm左右的新鲜土壤，测定了纤维二糖水解酶(CBH)、β‐1,4‐木糖苷酶(βX)、β‐1,4‐葡萄糖苷酶(βG)、β‐1,4‐N‐乙酰基氨基葡萄糖苷酶(NAG)和酸性磷酸酶(ACP)5种酶活性，其中CBH、βX和βG是参与土壤纤维素降解的重要酶，这3种酶表征着土壤碳循环的三个重要步骤；NAG参与氮循环中几丁质和肽聚糖的降解；ACP可水解土壤磷循环中的重要底物磷酸多糖和磷酸酯。经过分析得知(表10)，本试验中土壤酶活性ACP>βG>NAG>CBH≈βX，说明土壤中ACP、βG、NAG参与土壤养分转化的能力比较强。不施肥CK处理土壤酶活性与单施化肥CF差异不显著(P>0.05)。添加高碳生物土壤调理剂后，该5种酶活性均有不同程度的提高。与其它处理相比，SCU4处理土壤CBH、βG和NAG活性最高，分别为39.6nmol/g/h、203.1nmol/g/h和162.8nmol/g/h，均显著高于单施化肥CF处理，提高的幅度分别为：43.5％、22.7％和35.1％。土壤βX、ACP活性以SCU3处理最高，分别为34.9nmol/g/h、636.6nmol/g/h，显著高于CF处理，增幅分别为：22.0％和40.7％。
表10辣椒收获后土壤酶活性的变化(单位：nmol/g/h)
2.3施用高碳生物土壤调理剂条件下辣椒不同组织部位氮含量和氮肥回收率的变化
不施肥处理辣椒茎叶、果实氮含量和植株吸氮量均显著低于施肥处理(表11)。常规施肥处理植株吸氮量为46.7kg/亩，在土壤调理剂200～400kg/亩施用水平下，植株吸氮量为49.8～50.1kg/亩，增加6.6％～7.3％。同样地，施用土壤调理剂有利于提高氮肥回收率，SCU1、SCU2、SCU3、SCU4分别比常规施肥(CF)提高2.2％、5.4％、5.4％、29.1％；其中SCU4氮肥回收率显著高于其它处理。
表11辣椒不同组织部位氮含量和氮肥回收率的变化
2.4高碳生物土壤调理剂对甜玉米产量和品质的影响
不施肥处理(CK)甜玉米株高、单苞鲜重、产量均显著低于施肥处理(表12)。各个施肥处理间甜玉米株高差异较小，没有达到显著水平。SCU1和SCU2处理甜玉米单苞鲜重较高，分别为373.3g、375.2g，显著高于SCU4，其它施肥处理间甜玉米产量差异不显著。甜玉米产量SCU2最高17688.9kg/ha，比常规对照CF产量提高6.5％。添加高碳生物土壤调理剂后，甜玉米糖分含量有所提高，与不施肥CK和施化肥CF相比，各处理间可增加0.91％～1.02％、0.13％～0.24％的糖分含量，并且与不施肥CK处理相比，差异达显著水平(P≤0.05)。
表12不同土壤调理剂与氮肥配施对甜玉米产量的影响
2.5甜玉米收获后土壤理化性质和酶活性的变化
在第二茬甜玉米试验结束后，通过对土壤理化性质的测定，分析了土壤改良效果。由表13可知，高碳生物土壤调理剂施用量为400kg/亩处理(SCU3)的土壤活性SiO2含量最高(3.80％)，显著高于CK(P≤0.05)，比单施化肥处理提高12.09％，说明添加高碳生物土壤调理剂有利于土壤活性SiO2的提高。单施化肥处理土壤活性Al2O3含量最高(3.36％)，显著高于CK(P≤0.05)，说明单施化肥促进了土壤活性Al2O3的释放。土壤硅铝率不施肥对照CK最高为1.41，显著高于单施化肥处理CF(1.02)。与CF相比，随着高碳生物土壤调理剂施用量的增加，土壤硅铝率逐步提高，增幅达21.6％～30.4％，并且第二茬甜玉米试验该增幅要高于第一茬辣椒试验的增幅。各试验处理土壤田间持水量和容重差异较小，分别为303.5g/kg～308.2g/kg和1.155g/cm3～1.193g/cm3。
表13甜玉米收获后土壤活性硅、活性铝和硅铝率的变化
单施化肥CF处理土壤pH最低为4.92，随着高碳生物土壤调理剂用量的增加土壤pH逐步提高，其中SCU3比CF提高0.16个单位(表14)。单施化肥CF处理土壤有机质含量最低为2.30％；随着高碳生物土壤调理剂用量的增加土壤有机质含量显著提高，SCU2、SCU3和SCU4处理土壤有机质含量分别为2.74％、2.83％、2.75％，均显著高于CF处理。随着高碳生物土壤调理剂用量的增加，土壤铵态氮、硝态氮、碱解氮和全氮含量逐步提高；其中SCU3和SCU4处理土壤铵态氮含量显著高于其他各个处理；SCU3处理硝态氮显著高于其他各个处理；SCU3处理碱解氮含量显著高于CK；SCU2和SCU3处理全氮显著高于CF和CK。土壤有效磷含量以CF处理最高(42.77mg/kg)，这与该土壤pH较低有关。土壤全磷含量以对照CK最低，显著低于其他各施肥处理，而且施肥处理间差异不显著。各处理土壤速效钾含量CK<CF<SCU1<SCU2<SCU3<SCU4；尽管各施肥处理间差异不显著，但随着高碳生物土壤调理剂用量的增加，土壤速效钾含量有提高的趋势。
甜玉米收获后各处理土壤酶活性如下表(表15)所示。与辣椒收获后测定结果类似，不同施肥处理对土壤碳、氮、磷循环相关酶活性有显著影响。土壤酶活性ACP>βG>NAG>CBH≈βX。碳循环相关酶和ACP活性均有所提高，然而NAG活性低于辣椒收获后的土壤酶活性。高碳生物土壤调理剂施用量为200kg/亩的处理(SCU2和SCU4)和400kg/亩的处理(SCU3)土壤酶活性均显著高于CK处理(P≤0.05)。
各个处理βX、NAG、ACP活性依处理SCU3>SCU4>SCU2>SCU1>CF>CK逐渐降低，SCU3、SCU4、SCU2处理的βX分别比CK增加了85.5％、70.8％、63.1％，NAG分别比CK增加了92.0％、79.3％、75.0％，ACP活性分别比CK增加了54.3％、49.1％、42.6％。土壤CBH和βG活性以处理SCU4>SCU3>SCU2>SCU1>CF>CK逐渐降低，SCU4、SCU3、SCU2处理的CBH活性分别比CK增加了113.5％、101.0％、73.4％，βG活性分别比CK增加了58.6％、44.1％、34.5％。
表15甜玉米收获后土壤酶活性的变化(单位：nmol/g/h)
3.结论
(1)施用高碳生物土壤调理剂能够提高辣椒果实的产量和品质，其中SCU4(土壤调理剂200kg/亩+42kg N/亩)和SCU3(土壤调理剂400kg/亩+57kg N/亩)两个组合处理的辣椒产量较高，亩产均超过1700kg；该两个处理的辣椒素和二氢辣椒素含量也均显著高于单施化肥处理。
(2)常规施氮水平下，施用高碳生物土壤调理剂有利于甜玉米产量的提高，增产幅度5.1～6.5％，其中以SCU2(土壤调理剂200kg/亩+15kg N/亩)最高。SCU4处理甜玉米产量较低，与氮投入不足有关；其余各个施肥处理间差异不显著。同时，施用高碳生物土壤调理剂也有助于甜玉米糖分的增加，与不施肥CK和施化肥CF相比，各处理间可增加0.91％～1.02％、0.13％～～0.24％的糖分含量，并且与不施肥CK相比，差异达显著水平(P≤0.05)。
(3)常规施氮水平下，施用高碳生物土壤调理剂200～400kg/亩，第一季辣椒收获后土壤pH比单施化肥高0.06～0.08个单位，土壤有机质提高0.37～0.56％，土壤硅铝率提高0.08～0.21；第二季甜玉米收获后土壤pH比单施化肥提高0.09～0.16个单位，土壤有机质提高0.44～0.53％，土壤硅铝率提高0.22～0.31；其中SCU3处理土壤铵态氮、硝态氮和全氮含量均显著高于单施化肥处理。
(4)施用高碳生物土壤调理剂显著提高土壤酶活性，尤其是在第二季甜玉米施用后，添加200kg/亩、400kg/亩的处理土壤碳、氮和磷相关酶活性显著高于未添加的CK处理，其中纤维二糖水解酶活性提高73.4～113.5％，β‐1,4‐N‐乙酰基氨基葡萄糖苷酶活性提高75.0％～92.0％。
综合上述分析，该高碳生物土壤调理剂在降低土壤活性铝，提高酸性土壤pH、硅铝率、土壤酶活性和养分方面具有较好的效果，有利于土壤肥力的提升，促进作物对养分的吸收、提高氮肥回收率，在辣椒、甜玉米上的增产效果明显，也有利于辣椒品质和甜玉米甜度的提高。
二、上述实例2制备的高碳生物土壤调理剂在粉砂壤土上的应用田间试验
2016年申请人在东台市条子泥垦区进行了上述实例2制备的高碳生物土壤调理剂使用试验，试验地土质为粉砂壤土，平坦、整齐、肥力低下(有机质和有效磷含量低)，盐分含量2‐6‰，在江苏省滨海地区盐碱土上具有代表性。
2016年田间小区试验布置了玉米和水稻试验。同时，还进行了红薯和花生面积为试验区面积为182平方米的大田大区试验示范，高碳生物土壤调理剂用量为275千克/亩，表施，拖拉机旋耕混合。
1.水稻小区试验小结
根据农业部农业行业标准NY/T 497—2002《肥料效应鉴定田间试验技术规程》的要求，于2016年在江苏省东台市条子泥垦区设置高碳生物土壤调理剂水稻田间微区应用效果试验。
1.1.供试土壤
试验设在东台市条子泥垦区，试验地土质为粉砂壤土，平坦、整齐、肥力低下(有机质和有效磷含量低)，盐分含量2‐6‰，在江苏省滨海地区盐碱土上具有代表性。
1.2.供试肥料
高碳生物土壤调理剂，对照为常规施肥处理。
1.3.供试作物
供试作物为水稻，水稻插秧期为六月下旬。
1.4.处理设置
试验共设7个处理，分别为：
处理1：对照1，常规施肥(CK1)；
处理2：对照2，常规施肥+有机肥(CK2)
处理3：低用量，高碳生物土壤调理剂(L)；
处理4：中用量，高碳生物土壤调理剂(M)；
处理5：高用量，高碳生物土壤调理剂(H)；
处理6：肥料减量，高碳生物土壤调理剂+基肥减量20％(FR1)。
处理7：肥料减量，高碳生物土壤调理剂+基肥减量40％(FR2)。
每个处理重复3次。田间管理除施肥处理不同外，其它管理措施一致。小区面积为2m*2m，水稻6行，每行12穴，每穴5株。水稻种植前按照微区试验田间布置图和各处理肥料用量，将肥料按照不同处理微区施入土壤，并与表层土壤混合均匀后种植水稻。
田间小区布置和试验方案见表16
表16
1.5.试验调查和数据采集
分别在水稻主要生长期：拔节孕穗期、抽穗开花期和灌浆结实期调查田间水稻生长性状。收获后，各小区分别称重计算产量。在水稻主要生长期对各小区采集表层(0‐20cm)和表下层(20‐40cm)土壤样品，分析土壤肥力主要理化指标。以提出江苏滨海盐碱地高碳生物土壤调理剂改土方法与技术。
水稻生物量的测定见表17
表17
土壤分析结果见表18：表18
盐分和pH测定结果见表19表19
1.6.主要结果与讨论：
1.6.1.产量：使用高碳生物土壤调理剂的水稻产量有明显增加，调理剂用量越多，产量越高。每亩使用高碳生物土壤调理剂667千克，水稻增产9.41％。
1.6.3.土壤性质：盐分，pH在使用高碳生物土壤调理剂后，与对照没有显著区别。使用高碳生物土壤调理剂后，土壤有机质显著升高
2、玉米小区试验小结
根据农业部农业行业标准NY/T 497—2002《肥料效应鉴定田间试验技术规程》的要求，于2016年在江苏省东台市条子泥垦区设置高碳生物土壤调理剂田间小区应用效果试验。
2.1.供试土壤
试验设在东台市条子泥垦区，试验地土质为粉砂壤土，平坦、整齐、肥力低下(有机质和有效磷含量低)，盐分含量2-6‰，在江苏省滨海地区盐碱土上具有代表性。
2.2.供试肥料
土壤调理剂：高碳生物土壤调理剂，对照为常规施肥处理。
2.3.供试作物
供试作物为玉米，玉米播种期为六月上旬。
2.4.处理设置
试验共设5个处理，分别为：
处理1：对照，常规施肥(CK)；
处理2：低用量，高碳生物土壤调理剂(L)；
处理3：中用量，高碳生物土壤调理剂(M)；
处理4：高用量，高碳生物土壤调理剂(H)；
处理5：肥料减量，纳米碳新型肥料+基肥减量30％(FR)。
每个处理重复3次。田间管理除施肥处理不同外，其它管理措施一致。小区面积为3m*4m，每小区种植4行，采用宽窄行种植。玉米种植前按照微区试验田间布置图和各处理肥料用量，将肥料按照不同处理微区施入土壤，并与表层土壤混合均匀后种植玉米。
表20田间微区处理肥料用量
2.5.试验调查和数据采集
试验开始前，采集试验区混合土壤表层样品。
分别在玉米主要生长期：拔节期、大喇叭口期、抽雄期和成熟期调查田间玉米生长性状。收获后，各小区分别称重计算产量。在玉米主要生长期对各小区采集表层(0-20cm)和表下层(20-40cm)土壤样品，分析土壤肥力主要理化指标。
表21Ph和盐分测定结果
表22土壤有机质测定结果
2.6.红薯、花生试验情况
2016年还进行了红薯和花生使用调理剂对照试验。试验区面积为182平方米的大田大区试验示范，高碳生物土壤调理剂用量为275千克/亩，表施，拖拉机旋耕混合。
高碳生物土壤调理剂的试验中红薯使用高碳生物土壤调理剂后，长势旺盛，在7月下旬遇到了特大虫害(主要害虫为斜纹夜蛾)，我们发现使用高碳生物土壤调理剂可大大减轻虫害发生情况。红薯收获后，使用高碳生物土壤调理剂比未使用高碳生物土壤调理剂的红薯产量明显增加，增加幅度为70％。
2.7.主要结论
2.7.1.产量：使用高碳生物土壤调理剂的水稻产量有明显增加，高碳生物土壤调理剂用量越多，产量越高。每亩使用高碳生物土壤调理剂667千克，水稻增产9.41％。
2.7.2.土壤性质：盐分，pH在使用高碳生物土壤调理剂后，与对照没有显著区别。使用高碳生物土壤调理剂后，在旱地土壤玉米试验中有机质显著升高。对照土壤有机质从5.9g/kg提升到高用量的11.6g/kg。
2.7.3.在红薯的试验中，7月下旬遇到了特大虫害(主要害虫为斜纹夜蛾)，我们发现使用高碳生物土壤调理剂可大大减轻虫害发生情况。红薯收获后，使用高碳生物土壤调理剂比未使用调理剂的红薯产量明显增加，增加幅度为70％。
Claims (11)
1.高碳生物土壤调理剂，其特征在于，由以下重量百分比原料制备而成：
2.如权利要求1所述的高碳生物土壤调理剂，其特征在于，所述煤颗粒为负100目煤颗粒。
3.如权利要求2所述的高碳生物土壤调理剂，其特征在于，所述负100目煤颗粒选自泥煤、烟煤、褐煤、高硫煤等低阶煤中的一种或任意两种以上的混合，优选为高硫煤。
4.如权利要求1所述的高碳生物土壤调理剂，其特征在于，所述微生物制剂为生物酶与生物菌两者的混合，两者的质量比为0.007～0.3:0.005～1.5。
5.如权利要求4所述的高碳生物土壤调理剂，其特征在于，所述生物酶为氧化还原酶、水解酶、转移酶、裂解酶中的一种或任意两种以上的混合。
6.如权利要求4所述的高碳生物土壤调理剂，其特征在于，所述生物酶为氧化氢酶、纤维素酶、脲酶、磷酸酶、几丁质酶、蛋白酶中的一种或任意两种以上的混合。
7.如权利要求4所述的高碳生物土壤调理剂，其特征在于，所述生物菌为球红假单胞菌、黄胞原毛平革菌、白腐真菌中的一种或任意两种以上的混合。
8.如权利要求1所述的高碳生物土壤调理剂，其特征在于，所述硫酸盐为硫酸铁、硫酸镁、硫酸锌、硫酸铜中的一种或任意两种以上的混合。
9.如权利要求1所述的高碳生物土壤调理剂，其特征在于，所述填充物为羽毛粉、海鸟粪、血粉、鱼骨粉中的一种或任意两种以上的混合。
10.权利要求1至9任一项权利要求所述的高碳生物土壤调理剂的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
(1)，将原料煤破碎、筛分至粒径为100目以下；
(2)，按上述配比，将0.005～0.5％的微生物制剂和0.01～4％的硫酸盐溶于余量水中，搅拌混合均匀；
(3)，将(2)中溶液雾化，均匀喷淋至(1)中制备的60～80％的煤颗粒表面，搅拌均匀混合，放置6～10小时；
(4)，将20～40％的沙子和5～10％的含氮填充物与(3)中煤颗粒在搅拌机中混合均匀；
(5)采用圆盘造粒或转鼓造粒，经烘干、冷却、筛分、包装，即得成品。
11.权利要求1至9任一项权利要求所述的高碳生物土壤调理剂的应用，其特征在于，用于贫瘠土壤、荒漠化土、沙土、盐碱土、渣土、矿区弃土、耕植土壤板结、酸化、盐渍化、肥力降低的修复。
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