秸稈生物碳與微生物菌肥組配改良鹽堿地的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及改良鹽堿地的方法。
【背景技術】
[0002] 生物炭用于土壤改良的功能源于南美亞馬遜盆地黑土（Terra Preta)的發(fā)現及研 究，早在1500年前南美印第安人習慣性地用木炭、廄肥及動物骨頭改良了當地土壤，形成 至今仍很肥沃的南美亞馬遜盆地土壤。20世紀90年代以來，以熱裂解生物質生產生物炭， 并將其用作土壤改良劑及固碳劑的研究日益增多。國外在生物炭的性質和特征及其對土壤 物理、化學性質、微生物的作用及土壤固碳等方面展開了研究工作，而中國則剛剛起步，基 礎研究相對較弱。關于生物炭的結構和性質研究時間很短，生物質轉化、生物炭的結構和性 質研究雖有一些研究報道但是很零散，不同種類生物質及不同工藝轉化生物炭也缺乏系統(tǒng) 研究，生物炭的結構和性質尚沒有確切的定義和標準。生物炭的性質或特征如化學結構、組 成、揮發(fā)物、水溶出物特征、酸堿性、物理結構及孔隙度、吸附作用、陽離子交換量、降解性等 缺乏系統(tǒng)研究。土壤培肥及環(huán)境影響等問題亟待全面系統(tǒng)地研究，為生物炭利用戰(zhàn)略提出 科學決策的依據。
[0003] 土壤有機質是土壤肥力的重要指標之一，也是陸地生態(tài)系統(tǒng)中重要的碳匯。生物 炭含碳量高，且碳結構呈芳香環(huán)狀，與土壤中腐殖質結構相似，國內外研究表明，生物炭可 以提高土壤有機碳含量水平，具有改良培肥土壤效果。Bruun等采用C14標記生物炭及作 物秸桿的兩年土壤培養(yǎng)試驗發(fā)現，低溫和高溫生物炭的碳損失分別為9. 3%、3. 1 %，遠遠低 于猜桿（56%)的碳損失。Kimetu等也報道，生物炭的碳損失遠低于綠肥，生物炭的穩(wěn)定性 及穩(wěn)定化作用大于綠肥類易解有機物。秸桿、綠肥、堆肥及廄肥施入土壤且在免耕條件下， 一般5-10年后所剩不過20 %，僅有極少量被轉化為腐殖質，英國洛桑實驗站施用廄肥150 多年的土壤有機碳量也僅提高了 1倍。而亞馬遜盆地黑土（Terra Preta) 土壤質量研究表 明，生物炭是遠比傳統(tǒng)有機材料更穩(wěn)定、更易提高土壤有機碳的有機材料，故聯(lián)合國防治沙 漠化公約及一些政府呼吁將生物炭作為土壤改良及應對氣候變化的重要技術產品。
[0004] 目前生物炭作為土壤改良劑及肥料緩釋載體應用研究基本都是短期研究結果，有 些僅是實驗室土柱淋洗、土壤培養(yǎng)及土壤水分特征曲線測定評價的結果，而在實際田間情 況下生物炭對土壤物理、化學及生物的長期影響如何，對土壤及肥料養(yǎng)分的淋洗影響如何， 尤其是生物炭在土壤中的穩(wěn)定性都需要長期的試驗研究。
[0005] 生物炭具有多孔隙（小到小于1納米，大到幾十納米，甚至數十微米）、比表面積 大、吸附性強的特性。因而生物炭不僅能夠貯存、吸附大量水分和養(yǎng)分，并為微生物棲息提 供良好的的微環(huán)境，進而增加微生物數量及活性，特別是叢枝狀菌根真菌（AMF)或泡囊叢 枝狀菌根真菌（VAM)?；诖耍l(fā)明人萌生了將生物碳與微生物菌肥、有機肥組配，用于改良 土壤的思路。一方面，比表面積大、吸附性和緩沖能力強的生物炭有助于發(fā)揮微生物菌肥與 有機肥的功效。施入的生物炭為所吸附的大量微生物提供了良好的微生態(tài)環(huán)境，提高有機 肥養(yǎng)分分解、釋放能力，顯著提高有機肥功效，同時有效解決普遍存在的微生物肥料肥效不 穩(wěn)定的難題。另一方面，大量微生物分泌的有機物、死亡菌體的分解等使鹽堿土壤的有機物 質增加，鹽堿度降低；同時大量有益微生物在繁殖過程中產生的多糖、粘膠和有機酸是形成 土壤團粒的粘結劑，大量的團粒結構和比重較輕的生物炭增加了土壤非毛細管孔隙，使土 壤疏松透氣，容重降低，使得鹽堿土淋鹽作用加速，抑制返鹽，有效降低土壤表層鹽分，同時 有機酸可中和土壤堿性，有效提供鹽堿地改良效果。從而獲得生物碳與微生物菌肥、有機肥 組合改良鹽堿地1+1+1 > 3的改良效果。
[0006] "生物炭"利用還可以大大減少溫室氣體的排放。澳大利亞著名科學家提姆富蘭納 瑞指出，在全球范圍內土壤釋放的溫室氣體量是化石燃燒產生的溫室氣體的10倍多。通過 對土壤中釋放出的氣體進行測量和對比，發(fā)現"生物炭"可以顯著減少二氧化碳和一氧化二 氮的釋放，而一氧化二氮是另一種更嚴重的溫室氣體，其制造溫室效應的效力是二氧化碳 的300倍，在空氣中可持續(xù)150年之久。
[0007] 中國是一個農業(yè)大國，長期以來化肥、農藥的大量使用，已造成了大量的土壤板結 和環(huán)境污染等問題。我國政府在2010哥本哈根會議做出的減排承諾使我國的農業(yè)也面臨 著節(jié)能減排的巨大壓力，在此大背景下，我國農業(yè)和農村在節(jié)能減排中應有所作為。生物炭 可以有效降低農業(yè)生產過程中能源的消耗，利用生物炭發(fā)展低碳農業(yè)勢已在必行。

【發(fā)明內容】

[0008] 本發(fā)明是要解決現有鹽堿地不能種植作物或作物產量低的技術問題，而提供秸桿 生物碳與微生物菌肥組配改良鹽堿地的方法。
[0009] 本發(fā)明秸桿生物碳與微生物菌肥組配改良鹽堿地的方法，按以下步驟進行：
[0010] -、先將有機肥在20~60°C下堆腐發(fā)酵，獲得腐熟的有機肥，然后將秸桿生物炭、 微生物菌肥和腐熟的有機肥按照6~12 :1 :10~20的重量比混合均勻，堆放7~10天，堆 放高度< 1. 〇米，獲得混合肥料；
[0011] 二、整地前0~2天將步驟一獲得的混合肥料均勻撒施于地表，施用量為1350~ 2100kg/畝；
[0012] 三、撒施后立即交叉旋耕1~2遍，旋耕深度為12~15cm，旋耕后立即鎮(zhèn)壓，之后 即可播種。
[0013] 本發(fā)明另一種秸桿生物碳與微生物菌肥組配改良鹽堿地的方法，按以下步驟進 行：
[0014] -、先將秸桿生物炭與有機肥混合，在20~60°C下堆腐發(fā)酵，然后再與微生物菌 肥混合均勻，堆放7~10天，堆放高度< I. 0米，獲得混合肥料；其中秸桿生物炭、微生物菌 肥和有機肥的重量比為6~12 :1 :10~20 ;
[0015] 二、整地前0~2天將步驟一獲得的混合肥料均勻撒施于地表，施用量為1350~ 2100kg/畝；
[0016] 三、撒施后立即交叉旋耕1~2遍，旋耕深度為12~15cm，旋耕后立即鎮(zhèn)壓，之后 即可播種。
[0017] 本發(fā)明的機理及有益效果：
[0018] 生物炭含碳量高，且碳結構呈芳香環(huán)狀，與土壤中腐殖質結構相似，施入土壤中很 難被微生物分解利用，向土壤中添加生物炭被認為是碳封存的一種有效辦法。生物炭具有 較大的比表面積，施用生物炭的土壤陽離子交換量高，土壤有較高的緩沖能力，有效地降低 了養(yǎng)分的淋失，提高植物的養(yǎng)分利用率，同時增加土壤有益菌數量、降低土壤容重，可有效 改善土壤理化性狀，改良鹽堿地。
[0019] 基于生物炭的上述特性，結合微生物菌肥和有機肥肥料利用率低，養(yǎng)分分解釋放 緩慢的特點，發(fā)明人萌生了將生物碳與微生物菌肥、有機肥混合堆腐發(fā)酵，組合用于改良土 壤的思路。生物碳與微生物菌肥、有機肥組配施用的目的在于使生物碳充分吸附有機肥養(yǎng) 分，減少有機肥養(yǎng)分流失與揮發(fā)，更重要的是利于有益微生物大量滋生、繁殖，促進有機肥 養(yǎng)分的分解釋放。
[0020] -方面，比表面積大、吸附性和緩沖能力強的生物炭有助于發(fā)揮微生物菌肥與有 機肥的功效。施入的生物炭為所吸附的大量微生物提供了良好的微生態(tài)環(huán)境，提高有機肥 養(yǎng)分分解、釋放能力，顯著提高有機肥功效，同時有效解決普遍存在的微生物肥料肥效不穩(wěn) 定的難題。另一方面，大量微生物分泌的有機物、死亡菌體的分解等使鹽堿土壤的有機物質 增加，鹽堿度降低；同時大量有益微生物在繁殖過程中產生的多糖、粘膠和有機酸是形成土 壤團粒的粘結劑，大量的團粒結構和比重較輕的生物炭增加了土壤非毛細管孔隙，使土壤 疏松透氣，容重降低，使得鹽堿土淋鹽作用加速，抑制返鹽，有效降低土壤表層鹽分，同時有 機酸可中和土壤堿性，有效提供鹽堿地改良效果。從而獲得生物碳與微生物菌肥、有機肥組 合改良鹽堿地1+1+1 > 3的改良效果。
[0021] 本發(fā)明的有益效果：
[0022] 1、本發(fā)明方法簡便，所用改良劑僅為秸桿生物炭、微生物菌肥和糞肥，原料易得， 成本低廉；利用秸桿、有機肥等農業(yè)廢棄物資源，進行鹽堿地改良、中低產田改造，更有利于 推進循環(huán)農業(yè)發(fā)展，增加陸地生態(tài)系統(tǒng)固碳，減少農區(qū)碳排放，減輕農區(qū)環(huán)境污染，做到了 農業(yè)廢棄物的無害化處理和資源化利用。生態(tài)效益、經濟效益、社會效益顯著，發(fā)展前景可 觀。
[0023] 2、本發(fā)明方法改良鹽堿地效果極顯著。2013-2015年發(fā)明人利用本發(fā)明方法在 寧夏平羅縣西大灘典型鹽堿地一銀北白僵土上進行了試驗，連續(xù)3年改良試驗得到如下結 論：生物碳與微生物菌肥、腐熟有機肥按照設計用量組配應用具有顯著地互作與互補效應， 改良鹽堿地效果極顯著。
[0024] 調查結果：施用改良材料的處理區(qū)牧草鮮草平均產量為2427. 2kg/畝，較不施 用改良材料的對照區(qū)（1383kg/畝）增產1044. 2kg/畝，增產幅度達75. 5% ;處理區(qū)土壤 pH8. 84,較對照區(qū)（pH9. 6)，降低了 0. 76,降低幅度為7. 92%;處理區(qū)土壤容重I. 13g/cm3,較 對照區(qū)（I. 35g/cm3)降低了 0· 22g/cm3,降低幅度達16. 2% ;處理區(qū)土壤堿化度)7· 22， 較對照區(qū)（12. 67)降低了 5. 45,降低幅度達43. 0% (見表1)。
【具體實施方式】
[0025] 本發(fā)明技術方案不局限于以下所列舉【具體實施方式】，還包括各【具體實施方式】間的 任意組合。
【具體實施方式】 [0026] 一：本實施方式秸桿生物碳與微生物菌肥組配改良鹽堿地的方法， 按以下步驟進行：
[0027] -、先將有機肥在20~60°C下堆腐發(fā)酵，獲得腐熟的有機肥，然后將秸桿生物炭、 微生物菌肥和腐熟的有機肥按照6~12 :1 :10~20的重量比混合均勻，堆放7~10天，堆 放高度< 1. 〇米，獲得混合肥料；
[0028] 二、整地前0~2天將步驟一獲得的混合肥料均勻撒施于地表，施用量為1350~ 2100kg/畝；
[0029] 三、撒施后立即交叉旋耕1~2遍，旋耕深度為12~15cm，旋耕后立即鎮(zhèn)壓，之后 即可播種。
[0030] 本實施方式中秸桿生物炭施用量10-20噸/公頃范圍內，土壤改良效果與用量呈 正相關。2013-2015年在寧夏典型鹽堿地銀北白僵土改良中生物炭用量為15噸/公頃，效 果顯著，同時生物炭與微生物菌肥、有機肥料配合施用具有更為顯著的互作效應，這表明生 物炭與與微生物菌肥、有機肥料組配改良土壤具有明顯的互補或協(xié)同作用。
【具體實施方式】 [0031] 二：本實施方式與一不同的是：步驟一所述秸桿生物 炭為農作物秸桿經炭化形成的生物炭，其中農作物秸桿包括玉米秸桿、水稻秸桿、棉花秸桿 等。其它與一相同。
【具體實施方式】 [0032] 三：本實施方式與一或二不同的是：步驟一所述有機 肥為飼草動物糞便，如牛糞、羊糞等。其它與一