CN114456810A - 一种土壤改良剂及其施用制备方法和管理施作方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及土壤改良技术领域，更具体地说，它涉及一种土壤改良剂及其施用制备方法和管理施作方法。土壤改良剂，包括肥料组分A和改良助剂B，所述肥料组分A与改良助剂B的用量，按重量比计为1:(0.7‑36)；所述肥料组分A为有机肥和硝基肥中的一种或多种，所述改良助剂为黑麦草秸秆、铁粉、沼液、猪粪、牛粪、菇渣、黄腐酸、半发酵木屑和EM菌剂中的一种或多种。本申请中所得的土壤改良剂，可有效促进设施土壤硝酸根和硫酸根的微生物同化，从而降低了设施土壤硝酸根和硫酸根离子含量，改善了土壤盐渍化问题的同时，保障了设施蔬菜产量。
Description
技术领域
本申请涉及土壤改良技术领域，更具体地说，它涉及一种土壤改良剂及其施用制备方法和管理施作方法。
背景技术
截至2018年，我国设施蔬菜播种面积达400万公顷，年产值为9800亿元，为丰富我国菜篮子、实现蔬菜周年供应、提高农民收入与出口创汇做出了重要贡献。然而，由于我国设施蔬菜栽培硬件水平差、蔬菜复种指数高、施肥量大、设施特殊环境诱导盐分表聚等原因，设施土壤次生盐渍化问题广泛存在，导致设施蔬菜产量下降和品质恶化，部分地区甚至出现设施蔬菜绝收和塑料大棚荒废现象，严重制约我国设施蔬菜产业的可持续发展。
通过Meta分析我国设施土壤盐渍化状况发现：我国设施耕层土壤总盐和电导率平均为2.43gkg-1和630μS cm-1(Zhang etal.,2021)，高于设施土壤盐渍化阈值2.00gkg-1和500μS cm-1。与露地相比，设施土壤总盐和电导率皆提高了141％。由此可见，我国设施土壤总体达到轻度盐渍化水平，部分地区设施土壤已达重度盐渍化水平(黄绍文et al.,2016)。
具体来说，全国设施土壤NO3 -和SO4 2-含量分别为0.57gkg-1和0.47gkg-1，占总盐分质量比的26％和21％，比例远超设施土壤中的其他主要盐分离子；NO3 -和SO4 2-离子占总盐分摩尔比分别为20％和11％，亦排在前列(Zhangetal.,2021)，如何降低设施土壤NO3 -和SO4 2-累积已经成为我国设施土壤盐渍化消减的核心问题。
因此，迫切需要提供一种建立在设施土壤次生盐渍化精准分类与分级研究基础上的精准土壤改良剂和对应改良措施，以此有效指引种植户根据土壤盐分组成和浓度进行土壤改良和修复、高效利用土壤盐分(养分)资源并减少生态风险。
发明内容
为实现对设施土壤次生盐渍化状况的精准改良，保障土壤的养分和作物的耕种，本申请提供一种土壤改良剂及其施用制备方法和管理施作方法。
第一方面，本申请提供一种土壤改良剂，采用如下的技术方案：
一种土壤改良剂，其特征在于，包括肥料组分A和改良助剂B，所述肥料组分A与改良助剂B的用量，按重量比计为1:(0.7-36)；
所述肥料组分A为有机肥和硝基肥中的一种或多种，所述改良助剂为黑麦草秸秆、铁粉、猪粪、牛粪、菇渣、黄腐酸、半发酵木屑和EM菌剂中的一种或多种。
通过采用上述技术方案，由上述无机和有机混合改良而成的土壤改良剂，其能有效改善土壤盐渍化的状况，显著降低设施土壤中的盐分，并通过有效利用盐分资源，保障了土壤的肥力和可循环耕作性；
分析其原因可能是：上述土壤改良剂通过促进土壤中盐离子与微生物的同化过程，实现了盐分向气体的转化去除或离子固定和缓慢释放，从而高效利用了盐离子，改善了土壤盐渍化问题的同时，利用了盐分(养分)资源。
且经研究发现土壤次生盐渍化的主要盐分离子是硝酸根和硫酸根离子，因此土壤可持续利用评价的核心进一步细化到硝酸根和硫酸根离子的去除和含量。
优选的，所述肥料组分A与改良助剂B的用量，按重量比计为1:(0.7-0.9)；
其中所述肥料组分A为有机肥，所述改良助剂B为黑麦草秸秆。
通过采用上述技术方案，由上述有机肥和黑麦草秸秆混合改良而成的土壤改良剂，其能有效改善土壤盐渍化的状况和土壤肥力；
且由试验表明，黑麦草秸秆的复配可将原始土的硝酸根从507.4mg/kg降至47.6-62.8mg/kg，有利于土壤中的硝酸盐还原去除,尤其适用于以硝酸盐为主的设施土壤改良。
优选的，所述肥料组分A与改良助剂B的用量，按重量比计为1:(1.4-1.8)；
其中所述肥料组分A为有机肥，所述改良助剂B由黑麦草秸秆、铁粉和黄腐酸按重量比1:(0.8-1.2):(0.005-0.01)组成。
通过采用上述技术方案，由上述有机肥、黑麦草秸秆、铁粉和黄腐酸混合改良而成的土壤改良剂，其改善土壤效果较优；
且由试验表明，上述组分的复配可降低原始土壤中89-92％左右的硝酸根、79-82％左右的硫酸根，以此有效改善土壤盐渍化的问题，且有利于盐离子的沉淀和利用，保障土壤的肥力。
优选的，其特征在于，所述肥料组分A与改良助剂B的用量，按重量比计为1:(33-35)；
其中所述肥料组分A为硝基肥，所述改良助剂B由半发酵木屑和EM菌剂按重量比1:(0.01-0.03)组成。
通过采用上述技术方案，由上述硝基肥、半发酵木屑和EM菌剂混合改良而成的土壤改良剂，其改善土壤效果较优；
且由试验表明，上述组分的复配可降低原始土壤中68-72％的硝酸根、46-51％的硫酸根，以此有效改善土壤盐渍化的问题，且有利于盐离子的沉淀和利用，保障土壤的肥力。
优选的，所述猪粪的碳氮比为32-38、黑麦草的碳氮比为85-90、牛粪的碳氮比为45-50、菇渣的碳氮比为115-120、半发酵木屑的碳氮比为310-320。
通过采用上述技术方案，由上述碳氮比组分混合改良而成的土壤改良剂，其改善土壤效果较优，分析其原因可能是由于上述碳氮比的组分有利于土壤中微生物的生长繁殖和产物合成，进而进一步促进了土壤中盐离子与微生物的同化过程，实现了盐离子的去除及利用。
第二方面，本申请提供一种土壤改良剂的施用制备方法，采用如下的技术方案：一种土壤改良剂的施用制备方法，将各原料组分直接施用于大田土壤中，先经翻耕混匀，再灌水至90％田间持水量，最后覆膜焖棚发酵20-30天，即完成土壤改良剂的施用及制备。
通过采用上述技术方案，由上述工艺所得的土壤改良剂，其性能稳定均一，均具有优良的土壤改良性能，且施用制备方法较为简易，因此适用于低成本的产业化生产，且相比传统的堆肥方法，其发酵效果更优。
第三方面，本申请提供一种土壤改良剂的管理施作方法，采用如下的技术方案：一种土壤改良剂的管理施作方法，具体步骤如下：
S1、搜集往年的设施土壤种植历史和过往管理措施，再取样土壤进行分析土壤理化测试和生物测试，以明确土壤次生盐渍化状况加重的原因；
S2、针对S1中所得土壤次生盐渍化状况加重的原因，制定设施土壤盐分离子消减方案；设施土壤盐分离子消减方案包括如下措施：S2a、水分管理措施；S2b、土壤改良剂施作措施；S2c、作物管理措施；
S3、室内小规模试验筛选最优参数条件，然后试验田验证修正参数条件，最后进行具体实施。
优选的，所述S2的具体步骤如下：
S2a、水分管理措施：先根据S1中理化测试实验，判断土壤是否为重度盐渍化设施土壤，若为重度盐渍化设施土壤，则采用淹水洗盐或还原除盐的方式进行处理，其中盐水洗盐的水量为田间持水量的80-100％；
S2b、土壤改良剂施作措施：对上述所得的土壤改良剂的固体成分进行表施并翻耕与土壤充分混合，土壤改良剂的液体成分通过滴灌管道施用，土壤改良剂的用量为1000-4500kg/亩；S2c、作物管理措施：筛选耐盐品种和吸盐品种作物，并以叶菜-根菜的模式进行轮作耕种。
通过采用上述技术方案，在针对性土壤改良剂的基础上，优化了配套的施作管理方法，包括水肥管理模式和农耕的轮作模式，上述方法综合促进土壤盐分离子向有机形态、气体、固体沉淀态等转化，减少盐分以伴随离子向土壤里的持续投入和向地表集聚的现象的同时，有效降低设施蔬菜的土壤盐分胁迫并保障了蔬菜的产量品质。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本申请通过肥料组分A和改良助剂B改良而成的土壤改良剂，有效改善了土壤盐渍化的状况，设施土壤中的盐分显著降低，其盐分资源得到看有效的利用，从而保障了土壤的肥力；
2、本申请中土壤改良剂的堆肥施用制备方法较为简便，且生产成本较低，适用于产业化大批量生产的同时，所制得土壤改良剂的性能稳定均一，均具有优良土壤改良性能；
3、本申请中的施作管理方法，是根据土壤的实际情况和复配的土壤改良剂所制定的，通过其针对性的水肥管理模式和农耕的轮作模式，协同实现盐分离子去除，从而保障了蔬菜的产量品质。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
本申请的各实施例和对比例中所用的原料，除下述特殊说明之外，其他均为市售。
猪粪的碳氮比为32-38、黑麦草的碳氮比为85-90、牛粪的碳氮比为45-50、菇渣的碳氮比为115-120、半发酵木屑的碳氮比为310-320；
黄腐酸，采购自中粮营养健康研究院；
EM菌剂，采购自济宁市金益菌生物科技有限公司。
实施例
实施例1-7
一种土壤改良剂，由肥料组分A和改良助剂B组成，其各组分选择及含量如表1所示，并采用如下施用制备方法制得,具体步骤如下：
清理作物残体、塑料薄膜等上茬作物生产残余物后，将各原料组分直接施用于大田土壤中，先采用旋耕机翻耕20±5cm混匀，再灌水保持90％田间持水量，最后覆膜焖棚发酵20天，即完成土壤改良剂的施用及制备。
表1实施例1-7中土壤改良剂的各组分和重量(kg)
实施例9-16
一种土壤改良剂，与实施例1的不同之处在于，改良助剂的各组分选择及含量如表2所示，其他均与实施例1相同。
表2实施例8-14中改良助剂的各组分和重量(kg)
实施例17-24
一种土壤改良剂，与实施例1的不同之处在于，其各组分选择及含量如表3所示，其他均与实施例1相同。
表3实施例17-中土壤改良剂的各组分和重量(kg)
性能检测试验选取原始土壤、应用例和对比例中由土壤改良剂施作后的土壤作为检测对象，分别测试其NO3-和SO42-的含量，具体检测步骤和检测标准如主要参考鲁如坤编写的《土壤农业化学分析方法》(鲁如坤,2000)。
应用例
应用例1
一种土壤改良剂的管理施作方法，具体步骤如下：
S1、搜集往年的设施土壤种植历史和过往管理措施，再取样土壤进行分析土壤理化测试和生物测试，以明确土壤次生盐渍化状况加重的原因。
S2、针对S1中所得土壤次生盐渍化状况加重的原因，制定设施土壤盐分离子消减方案；
设施土壤盐分离子消减方案包括如下措施：
S2a、水分管理措施：先根据S1中理化测试实验，判断土壤是否为重度盐渍化设施土壤，若为重度盐渍化设施土壤，则采用淹水洗盐方式进行处理，棚内灌水5±1cm，浸泡3-5d，由排水沟排入排盐池，储存排除的盐水，反复进行6次，其中盐水洗盐的水量为田间持水量的90％；
采用暗管排盐时，可将直径50mm的有孔PE暗管埋设地面下65±5cm土层中，间距8m，与排盐池连通，管外包有无纺布，暗管打孔密度占管壁面积≥2.5％，暗管沿水流方向留有0.5‰～1‰的坡度，随水下渗的盐分可随管排入排盐池，储存排除的盐水。
S2b、土壤改良剂施作措施：对实施例1所得的土壤改良剂的固体成分进行表施并翻耕与土壤充分混合，土壤改良剂的液体成分通过滴灌管道施用，所得的土壤改良剂按每亩施作；
S2c、作物管理措施：筛选耐盐品种和吸盐品种作物，并以叶菜-根菜的模式进行轮作耕种。
S3、室内小规模试验筛选最优参数条件，然后试验田验证修正参数条件，最后进行具体实施。
应用例2-8
一种土壤改良剂的管理施作方法，与应用例1的不同之处在于，所用土壤改良剂的用量和使用情况不同，具体对应关系下表所示。
表：应用例2-8中土壤改良剂使用情况对照表
| 组别 | 土壤改良剂 |
| 应用例2 | 由实施例2制得 |
| 应用例3 | 由实施例3制得 |
| 应用例4 | 由实施例4制得 |
| 应用例5 | 由实施例5制得 |
| 应用例6 | 由实施例6制得 |
| 应用例7 | 由实施例7制得 |
| 应用例8 | 由实施例8制得 |
取样应用例1-8中施作管理后的土壤各三组，按上述测量步骤和测量标准测量其NO3-和SO42-的含量(mg/kg)，取平均值记入下表。
从上表中可以看出，应用例1-8中施作有上述土壤改良剂后的土壤，其盐渍化现象得到显著改善，其NO3 -含量仅为45.1-71.3mg/kg，相比原始土壤降低了86-89％；其SO4 2-含量仅为41.2-62.4mg/kg，相比原始土壤降低了67-78％；
可见由上述无机和有机混合改良而成的土壤改良剂，均能有效改善土壤盐渍化的状况，并降低设施土壤中的盐分，从而保障了土壤的肥力和可循环耕作性。
进一步的，从上表还可以看出应用例2-4为优选例，其NO3 -含量仅为48.1-51.3mg/kg；其SO4 2-含量仅为44.6-46.1mg/kg；
可见肥料组分A与改良助剂B，按重量比计为1:(0.7-0.9)混合，且肥料组分A为有机肥，改良助剂B为黑麦草秸秆时，其去除盐分的效果较为显著。
从表中还可以看出，在不改变施作总用量的基础上，选用其他的肥料组分A或改良助剂B，其效果逊色于黑麦草秸秆，参见应用例6；
此外其他组分的添加及复配，有利于进一步提升去除效率，参见应用例7-8，如硝基肥的加入，可通过增加土壤中的硝态氮，保障去除效率，其NO3-含量仅为42.8mg/kg；其SO42-含量仅为44.6mg/kg，；铁粉的加入，可通过氧化还原反应，提升盐分的去除效果，其NO3-含量仅为45.1mg/kg；其SO42-含量仅为41.8mg/kg，参见应用例7-8。
分析其原因可能是：上述土壤改良剂通过促进土壤中盐离子与微生物的同化过程，实现了盐分向气体的转化去除或离子固定和缓慢释放，从而高效利用了盐离子，改善了土壤盐渍化问题的同时，利用了盐分(养分)资源。
应用例9-16
一种土壤改良剂的管理施作方法，与应用例1的不同之处在于，所用土壤改良剂的用量和使用情况不同，具体对应关系下表所示。
表：应用例9-16中土壤改良剂使用情况对照表
| 组别 | 土壤改良剂 |
| 应用例9 | 由实施例9制得 |
| 应用例10 | 由实施例10制得 |
| 应用例11 | 由实施例11制得 |
| 应用例12 | 由实施例12制得 |
| 应用例13 | 由实施例13制得 |
| 应用例14 | 由实施例14制得 |
| 应用例15 | 由实施例15制得 |
| 应用例16 | 由实施例16制得 |
取样应用例9-16中施作管理后的土壤各三组，按上述测量步骤和测量标准测量其NO3 -和SO4 2-的含量(mg/kg)，取平均值记入下表。
从上表中可以看出，应用例9-16中施作有上述土壤改良剂后的土壤，其盐渍化现象得到显著改善，其NO3 -含量仅为42.8-55.9mg/kg，相比原始土壤降低了89-92％；其SO4 2-含量仅为34.2-38.7mg/kg，相比原始土壤降低了79-82％；
可见由上述无机和有机混合改良而成的土壤改良剂，均能有效改善土壤盐渍化的状况，并降低设施土壤中的盐分，从而保障了土壤的肥力和可循环耕作性。
进一步的，从上表还可以看出应用例10-12为优选例，其NO3 -含量仅为43.3-45.7mg/kg；其SO4 2-含量仅为35.5-35.8mg/kg；
此外应用例13中随着黑麦草秸秆和铁粉用量的增添，其性能基本稳定，不再继续提升，故综合成本和性能提升比，该组分比例非优选值。
可见肥料组分A与改良助剂B，按重量比计为1:(1.4-1.8)混合，且肥料组分A为有机肥，改良助剂B改良助剂B由黑麦草秸秆、铁粉和黄腐酸按重量比1:(0.8-1.2):(0.005-0.01)组成时，其去除盐分的效果较为显著。
从表中还可以看出，在不改变施作总用量的基础上，选用其他的肥料组分A或改良助剂B，其效果均逊色于黑麦草秸秆，参见应用例16；
此外黄腐酸的加入，有利于进一步提升盐分的去除效果，且应用例14中用量为优选用量，其NO3-含量仅为42.8mg/kg；其SO42-含量仅为34.2mg/kg，黄腐酸增加至20kg/亩时，性能并未如预期中的显著增添，故综合成本和性能，优选为12.8kg/亩。
应用例17-24
一种土壤改良剂的管理施作方法，与应用例1的不同之处在于，所用土壤改良剂的用量和使用情况不同，具体对应关系下表所示。
表：应用例17-24中土壤改良剂使用情况对照表
取样应用例17-24中施作管理后的土壤各三组，按上述测量步骤和测量标准测量其NO3-和SO42-的含量(mg/kg)，取平均值记入下表。
从上表中可以看出，应用例17-24中施作有上述土壤改良剂后的土壤，其盐渍化现象得到显著改善，其NO3 -含量为141.2-161.5mg/kg，相比原始土壤降低了68-72％；其SO4 2-含量仅为92.5-101.2mg/kg，相比原始土壤降低了46-51％；
可见由上述无机和有机混合改良而成的土壤改良剂，均能有效改善土壤盐渍化的状况，并降低设施土壤中的盐分，从而保障了土壤的肥力和可循环耕作性。
进一步的，从上表还可以看出应用例18-20为优选例，其NO3 -含量仅为141.8-145.4mg/kg；其SO4 2-含量仅为93.1-98.2mg/kg；
此外应用例21中随着EM菌剂的加倍增添，其性能并没有如预期的显著增加，其NO3 -含量仅为141.2mg/kg；其SO4 2-含量仅为92.8mg/kg；故综合成本和性能提升比，该组分比例非优选值。
可见肥料组分A与改良助剂B，按重量比计为1:(33-35)混合，且肥料组分A为硝基肥，改良助剂B改良助剂B由半发酵木屑和EM菌剂按重量比1:(0.01-0.03)组成时，其去除盐分的效果较为显著。
从表中还可以看出，在不改变施作总用量的基础上，选用其他的肥料组分A或改良助剂B，其效果均逊色于EM菌剂的单独使用，参见应用例22-24；其他改良助剂B虽也具有减低土壤盐分的作用，但效果较弱，且与EM菌剂无复配效果。
本具体应用例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本应用例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (8)
1.一种土壤改良剂，其特征在于，包括肥料组分A和改良助剂B，所述肥料组分A与改良助剂B的用量，按重量比计为1:(0.7-35)；
所述肥料组分A为有机肥和硝基肥中的一种或多种，所述改良助剂为黑麦草秸秆、铁粉、猪粪、牛粪、菇渣、黄腐酸、半发酵木屑和EM菌剂中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的土壤改良剂，其特征在于，所述肥料组分A与改良助剂B的用量，按重量比计为1:(0.7-0.9)；
其中所述肥料组分A为有机肥，所述改良助剂B为黑麦草秸秆。
3.根据权利要求1所述的土壤改良剂，其特征在于，所述肥料组分A与改良助剂B的用量，按重量比计为1:(1.4-1.8)；
其中所述肥料组分A为有机肥，所述改良助剂B由黑麦草秸秆、铁粉和黄腐酸按重量比1:(0.8-1.2):(0.005-0.01)组成。
4.根据权利要求1所述的土壤改良剂，其特征在于，所述肥料组分A与改良助剂B的用量，按重量比计为1:(33-35)；
其中所述肥料组分A为硝基肥，所述改良助剂B由半发酵木屑和EM菌剂按重量比1:(0.01-0.03)组成。
5.根据权利要求1所述的土壤改良剂，其特征在于，所述猪粪的碳氮比为32-38、黑麦草的碳氮比为85-90、牛粪的碳氮比为45-50、菇渣的碳氮比为115-120、半发酵木屑的碳氮比为310-320。
6.权利要求1-5任一所述土壤改良剂的施用制备方法，其特征在于，具体步骤如下：将各原料组分直接施用于大田土壤中，先经翻耕混匀，再灌水至90%田间持水量，最后覆膜焖棚发酵20-30天，即完成土壤改良剂的施用及制备。
7.权利要求1-5任一所述土壤改良剂的管理施作方法，其特征在于，具体步骤如下：
S1、搜集往年的设施土壤种植历史和过往管理措施，再取样土壤进行分析土壤理化测试和生物测试，以明确土壤次生盐渍化状况加重的原因；
S2、针对S1中所得土壤次生盐渍化状况加重的原因，制定设施土壤盐分离子消减方案；
设施土壤盐分离子消减方案包括如下措施：S2a、水分管理措施；S2b、土壤改良剂施作措施；S2c、作物管理措施；
S3、室内小规模试验筛选最优参数条件，然后试验田验证修正参数条件，最后进行具体实施。
8.根据权利要求7所述土壤改良剂的管理施作方法，其特征在于，所述S2的具体步骤如下：
S2a、水分管理措施：先根据S1中理化测试实验，判断土壤是否为重度盐渍化设施土壤，若为重度盐渍化设施土壤，则采用淹水洗盐或还原除盐的方式进行处理，其中盐水洗盐的水量为田间持水量的80-100%；
S2b、土壤改良剂施作措施：对权利要求1-5所得的土壤改良剂的固体成分进行表施并翻耕与土壤充分混合，土壤改良剂的液体成分通过滴灌管道施用，土壤改良剂的用量为1000-4500kg/亩；
S2c、作物管理措施：筛选耐盐品种和吸盐品种作物，并以叶菜-根菜的模式进行轮作耕种。
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