CN112142532A - 具有提升土壤生物活性功能的有机碳肥和复合肥及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及农业生态技术领域，公开了一种具有提升土壤生物活性功能的有机碳肥，其特征在于，所述有机碳肥含有牛粪和松针，以干物质计所述牛粪和松针的重量比为1：1‑30。本发明提供的有机碳肥绿色环保，将其施用于土壤中，可以有效提升土壤生物活性，从而实现对土壤碳氮循环平衡的调节，减少氮素流失，实现农田生态***优化管理和农业可持续发展。

Description

具有提升土壤生物活性功能的有机碳肥和复合肥及其应用
技术领域
本发明涉及农业生态技术领域，具体涉及一种具有提升土壤生物活性功能的有机碳肥和复合肥及其应用。
背景技术
农田土壤中的氮素流失是引起水体富营养化的重要原因之一，有研究表明，土壤高碳库的存在可以形成良好的阻挡控氮素流失的碳坝，从而实现控制氮素流失导致的水源污染和农田土质变差问题。土壤微生物群落结构及其功能，即土壤生物活性是影响该碳氮共济效应的重要因素。
土壤生态***中，土壤微生物对于包括土壤碳、氮循环在内的多个重要的生态***功能都能产生重要影响，是土壤乃至整个生态***物质循环的重要维持者、贡献者和土壤环境灵敏的指示者，可以作为农田土壤碳氮共济的重要指标。在土壤微生物对固碳以及与之共济的氮转化作用过程过中，碳输入通过影响土壤微生物群落结构和功能变化而改变氮动力学转化过程，反过来土壤氮通过影响土壤微生物群落结构和功能变化而有效性调节碳源物料分解速率和生态***碳平衡。由于人类活动和工业化发展，土壤碳氮平衡已经很难通过自然调控实现，这个问题在农田土壤中尤其突出。而传统的施用化肥的方法不仅对环境造成破坏，而且往往效果不够理想，随着化肥价格的逐年增加，大量施用化肥还增加了农民的经济负担，不利于农业经济发展。因此，亟待开发一种经济、高效、环保的方法以实现土壤生物活性的提高，从而调节土壤碳氮循环平衡，增加土壤氮素的固定和利用，减少氮素流失，治理农业活动导致的面源污染，帮助农业可持续性发展。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的上述问题，提供一种具有提升土壤生物活性功能的有机碳肥，该组合物具有来源广泛，成本低廉，并且能够通过提升土壤生物活性的方式对土壤碳氮平衡进行调控，具有绿色环保、经济高效的优良特性。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种具有提升土壤生物活性功能的有机碳肥，其特征在于，所述有机碳肥含有牛粪和松针，以干物质计，所述牛粪和松针的重量比为1：1-30。
本发明第二方面提供一种具有提升土壤生物活性功能的复合肥，所述复合肥中含有活性组分和辅料，所述活性组分为上述有机碳肥。
本发明第三方面提供如上所述的有机碳肥和/或复合肥在提升土壤生物活性中的应用。
本发明第四方面提供一种提升土壤生物活性的方法，所述方法包括将如上所述的有机碳肥和/或复合肥施用于土壤中。
通过上述技术方案，本发明能够获得如下有益效果：
(1)本发明提供的组合物以山地松树落叶松针为原料，来源广泛，易于获得，并且价格低廉，节约了农业生产的成本；
(2)本发明提供的组合物利用土壤中的功能微生物，通过提升其生物活性对土壤碳氮循环平衡进行调控，极大减少化肥用量，具有环境安全的优点，同时减少了农业生产中施用化肥的成本，提高了农业生产的经济效益；
(3)本发明提供的组合物通过提升土壤生物活性，增加土壤氮素的固定和利用，减少由于氮流失带来的农业面源染污，对于实现对农田生态***的优化管理和合理保护、维护区域生态安全和实现农业可持续发展等均具有十分重要的现实意义。
具体实施方式
以下将对本发明的具体实施方式进行阐述，应当能够理解的是，以下具体实施方式仅用于解释和说明本发明的内容，而不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明的发明人在研究的过程中巧妙地发现，有机碳原物料在施用于土壤中时，能够提升土壤生物活性，从而实现土壤碳氮循环的平衡，对于调节氮流失造成的农业面源污染治理效果良好，并且能够优化农田生态***管理，提高农田产量。
本发明第一方面提供一种具有提升土壤生物活性功能的有机碳肥，所述有机碳肥含有牛粪和风干松针，以干物质计所述牛粪和松针的重量比为1：1-30。
任意本领域内现有能够用于制备有机碳肥的牛粪和松针均可适用于本发明提供的有机碳肥。
出于生态循环农业发展需求、农业废弃物综合利用以及有机碳肥制备过程便利度等方面的考虑，根据本发明的优选实施方式，其中，所述牛粪选自鲜牛粪。
优选地，所述牛粪中水分含量为60-90重量％。
优选地，以干物质计，所述牛粪中有机碳含量为30-60重量％，全氮含量为1-5重量％。
更优选地，所述牛粪中，以干物质计，有机碳含量为35-45重量％，全氮含量为1-3重量％。
出于原料收集的难易度、成本以及有机碳肥制备过程便利度等方面的考虑，根据本发明的优选实施方式，其中，所述松针选自风干松针，优选为风干山地松树松针。
任意山地松树的松针均可适用于本发明，根据本发明的优选实施方式，其中，所述松针选自自然脱落的山地松树松针。所述山地松树可以为任意现有山地松树品种，例如可以是云南松、华山松等中的至少一种。所述松针可以是自然风干的松针，也可以是收集后自行进行干燥处理的松针。优选地，所述松针中的水分含量为0.5-5重量％，优选为1-2重量％。
根据本发明的优选实施方式，其中，以干物质计，所述牛粪与松针的重量比为1：1-30，优选为1：5-20，更优选为1：5-16。例如，可以为1：5、1：5.5、1：6、1：6.5、1：7、1：7.5、1：8、1：8.5、1：9、1：9.5、1：10、1：10.5、1：11、1：11.5、1：12、1：12.5、1：13、1：13.5、1：14、1：14.5、1：15、1：15.5、1：16，或其任意中间值。
本发明第二方面提供一种具有提升土壤生物活性功能的复合肥，所述肥料中含有活性组分和辅料，所述活性组分为如上所述的有机碳肥。
根据本发明的优选实施方式，其中，以所述复合肥的总重量为基准，所述牛粪的含量为20-60重量％。优选为25-50重量％。
根据本发明的优选实施方式，其中，在所述复合肥中，所述牛粪与所述辅料的重量比为1：0.01-0.1。
优选地，在所述复合肥中，所述牛粪与所述辅料的重量比为1：0.01-0.05。
根据本发明的优选实施方式，其中，所述辅料为根据不同地区土壤条件不同而加入的少量补充营养物质，其可以是任意本领域内现有的有机或无机肥(优选有机肥)。根据不同地区土壤条件的不同，所述辅料的种类和用量会相应有所变化。
根据本发明的优选实施方式，其中，所述辅料选自氨肥、磷肥和钾肥中的至少一种。
任意本领域内现有有机或无机氨肥、磷肥和钾肥均可适用于本发明体用的方法。例如，可以是相关商购产品，也可以是根据现有技术自行制备或调配的复合肥组合物。其中，所述辅料中各成分的比例可以根据实际情况进行调整。
任意本领域现有的氨肥、磷肥和钾肥均可适用于本发明。根据本发明的优选实施方式，其中，所述氨肥选自尿素，所述磷肥和钾肥选自无机磷肥和钾肥，例如，过磷酸钙、硫酸钾等。任意本领域现有的尿素、磷肥和钾肥均可适用于本发明。例如，可以是根据现有技术自行制备和调配的尿素、磷肥、钾肥或者其复合肥产品，也可以是相关商购产品。
根据本发明的优选实施方式，其中，所述复合肥的制备方法包括：将活性组分与辅料混合，而后进行密封堆肥30-50天，优选30-45天。
优选地，所述堆肥的条件包括湿度50-70％，温度60-75℃。
根据本发明的优选实施方式，其中，所述复合肥的制备方法还包括在堆肥过程中进行翻堆。
优选地，所述翻堆在堆肥过程中进行1-3次。
更优选地，所述翻堆在堆肥过程中每隔10-15天进行一次。
本发明第三方面提供上述有机碳肥和/或上述复合肥在提升土壤生物活性(例如提升β-1,4-葡萄糖苷酶活性和/或β-1,4-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性等)中的应用。
根据本发明的优选实施方式，其中，所述应用可以是通过施用上述有机碳肥和/或上述复合肥，提升土壤生物活性，从而实现调控土壤碳氮循环平衡、治理土壤氮素流失以及由土壤氮素流失造成的环境污染和农业生产效率下降等问题。
本发明第四方面提供一种提升土壤生物活性的方法，所述方法包括将上述有机碳肥和/或上述复合肥施用于土壤中。
根据本发明的优选实施方式，其中，所述有机碳肥和/或所述复合肥的用量为15000-30000kg·hm-2。
优选地，所述有机碳肥和/或所述复合肥的用量为25000-30000kg·hm-2。
根据本发明的优选实施方式，其中，所述有机碳肥和/或所述复合肥的施用频率为每茬作物1次。
优选地，所述有机碳肥和/或所述复合肥在农作物种植前施用于土壤表面。
更优选地，在施用所述有机碳肥和/或所述复合肥后，对土壤进行翻耕。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。应当能够理解的是，以下实施例仅用于进一步解释和说明本发明，而不用于限制本发明。
以下实施例中，鲜牛粪购自牛养殖厂，风干松针为自行收集自山地松树脱落的松针(所述山地松树包括云南松、华山松等)，尿素、过磷酸钙、硫酸钾等均为正规化学试剂公司购买的市售品。其中，尿素中N质量分数为46％，过磷酸钙中P2O5质量分数为16％，硫酸钾中K2O质量分数为50％。鲜牛粪和松针中的有机碳含量采用重铬酸钾外加热法测定，全氮含量采用凯氏定氮法测定，其中主要成分如表1所示。
表1有机碳肥物料成分
有机碳肥物料 有机碳(干基重量％) 全氮(干基重量％) 水(重量％)
鲜牛粪 38.45 1.65 80.56
风干松针 54.87 0.76 1.48
实施例1
取鲜牛粪500kg，风干松针1500kg，尿素20.55kg，而后将上述物料进行混合、堆制，堆好后用泥封严。堆肥期间控制堆肥物料中水分含量55±5％，温度65±5℃。堆肥第15天、第30天分别翻堆1次。堆肥持续40天，获得复合肥A1。
实施例2
取鲜牛粪500kg，风干松针1000kg，尿素13.55kg，而后将上述物料进行混合、堆制，堆好后用塑料布覆盖。堆肥期间控制堆肥物料中水分含量52±5％，温度70±5℃，堆肥第15天、第30天分别翻堆1次。堆肥持续35天，获得复合肥A2。
实施例3
取鲜牛粪500kg，风干松针500kg，尿素6.55kg，而后将上述物料进行混合、堆制，堆好后用泥封严。堆肥期间控制堆肥物料中水分含量60±5％，温度65±5℃，堆肥第15天翻堆1次，堆肥持续30天。获得复合肥A3。
实施例4
将实施例1中的复合肥A1与以复合肥总重量为基准，含量为0.5重量％的复合肥辅料混合，获得复合肥B1。所述复合肥辅料为采用尿素、过磷酸钙和硫酸钾自行配制，其中N、P、K的重量比为8:16:26。
对比例1
按照实施例1的方法，不同的是，将其中的风干松针替换为等重量的鲜牛粪。获得复合肥D1。
对比例2
按照实施例1的方法，不同的是，将其中的鲜牛粪按照实施例1中的比例替换为等重量的风干松针。获得复合肥D2。
对比例3
按照实施例1的方法，不同的是，用1770kg玉米秸秆(干物含量83.45重量％)替换其中的风干松针。获得复合肥D3。
对比例4
按照实施例1的方法，不同的是，用1650kg大麦秸秆(干物含量89.54重量％)替换其中的风干松针。获得复合肥D4。
对比例5
按照实施例4的方法，不同的是，采用复合肥D1替换复合肥A1，获得复合肥B2。
对比例6
按照实施例4的方法，不同的是，采用复合肥D2替换复合肥A1，获得复合肥B3。
对比例7
按照实施例1的方法，不同的是，将其中的鲜牛粪替换为等重量(以干物质计)的鲜猪粪(购自生猪养殖厂)。获得复合肥D5。经过重铬酸钾外加热法和凯氏定氮法测定，本对比例中采用的鲜猪粪中主要成分如表2所示(其中水含量以鲜猪粪总重计，有机碳和全氮含量以鲜猪粪中干物质计)。
表2鲜猪粪成分
Figure BDA0002687649020000081
Figure BDA0002687649020000091
测试例1
将上述实施例和对比例中的复合肥按照表3中的用量于油菜种植前施用于土壤表面，然后翻耕，使用频率为每茬作物1次。同时在施用本发明提供的复合肥和未施用复合肥的农田中种植油菜，于油菜收获期按照常规取样法分别取0-20cm土层土样，每个小区对角线5点取样，然后混合均匀为1个样，挑除根系等杂质后，一部分土样过40目筛后迅速放入做好标记的自封袋中，置于低温保温箱中，带回实验室后再分成2份，一份用于测定土壤酶活性，另一份用于测定土壤微生物量碳氮。另一部分土样进行自然风干，测定土壤有机质和全氮含量。土壤有机质含量采用重铬酸钾外加热法测定，土壤全氮含量采用凯氏定氮法测定。土壤中β-1,4-葡萄糖苷酶活性和β-1,4-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性采用试剂盒(由苏州瑞思公司生物科技有限公司生产)微板法测定，测定方法按照试剂盒说明书进行。土壤微生物量碳和土壤微生物量氮采用氯仿熏蒸提取法测定。结果详见表3。
表3复合肥对土壤生物活性影响试验测试条件及结果
Figure BDA0002687649020000092
Figure BDA0002687649020000101
由表3中数据可以看出，采集获得1号试验土壤样本的农田中油菜产量与采集获得16号试验土壤样本的农田相比明显增加，增长率为56.3％。而采集获得3号试验土壤样本的农田中油菜产量与采集获得16号试验土壤样本的农田相比，油菜产量更是增长了89.92％。施用了复合肥B1的8号试验土壤样品的农田中油菜产量与16号试验土壤样本(未施用本发明提供的复合肥)的农田相比，油菜产量增长102.52％。而且，1-3和5-8号试验土壤中，有机质、全氮、微生物量碳、微生物量氮以及β-1,4-葡萄糖苷酶和β-1,4-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性与16号试验土壤样本(未施用本发明提供的复合肥)和17号土壤样本(油菜种植前，且未施用本申请提供的复合肥)相比，均有较大提升，说明土壤的生物活性得到提高。
虽然2-3和9-15号试验土壤中有机质、全氮、微生物量碳、微生物量氮以及β-1,4-葡萄糖苷酶和β-1,4-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性也有所提高，但是其增长量远不如1-3和5-8号试验土壤，这说明只有采用本发明优选的配方制得的复合肥在优选的施用量内进行施用，能发挥更好的土壤生物活性提高作用。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有提升土壤生物活性功能的有机碳肥，其特征在于，所述有机碳肥含有牛粪和松针，以干物质计，所述牛粪和松针的重量比为1：1-30。
2.根据权利要求1所述的有机碳肥，其中，所述牛粪中水分含量为60-90重量％；
和/或，所述松针中水分含量为0.5-5重量％；
和/或，所述牛粪中，以干物质计，有机碳含量为30-60重量％，全氮含量为1-5重量％；
和/或，所述松针中，以干物质计，有机碳含量为50-60重量％，全氮含量为0.6-1重量％。
3.根据权利要求1或2所述的有机碳肥，其中，所述牛粪选自鲜牛粪，所述松针选自风干松针，优选为风干山地松树的松针。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的有机碳肥，其中，以干物质计，所述牛粪与松针的重量比为1：5-20。
5.一种具有提升土壤生物活性功能的复合肥，其特征在于，所述复合肥中含有活性组分和辅料，所述活性组分为权利要求1-4中任意一项所述的有机碳肥。
6.根据权利要求5所述的复合肥，其中，以所述复合肥的总重量为基准，所述牛粪的含量为20-60重量％；
和/或，在所述复合肥中，所述牛粪与所述辅料的重量比为1：0.01-0.1，优选为1:0.01-0.05。
7.根据权利要求5或6所述的复合肥，其中，所述辅料选自氨肥、磷肥和钾肥中的至少一种。
8.权利要求1-4中任意一项所述的有机碳肥和/或权利要求5-7中任意一项所述的复合肥在提升土壤生物活性中的应用。
9.一种提升土壤生物活性的方法，其特征在于，所述方法包括将权利要求1-4中任意一种有机碳肥和/或权利要求5-7中任意一项所述的复合肥施用于土壤中。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述有机碳肥和/或所述复合肥的用量为15000-30000kg·hm-2；
和/或，所述有机碳肥和/或所述复合肥的施用频率为每茬作物施用1次；
优选地，所述方法还包括：施用前对所述有机碳肥和/或所述复合肥进行堆肥，所述堆肥的条件包括：湿度50-70％，温度60-75℃，时间30-50天。
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