一种提升黑土地土壤固碳潜力的方法与流程

1.本发明涉及固碳增汇技术领域，特别是涉及一种提升黑土地土壤固碳潜力的方法。


背景技术：

2.人类耕作活动和土壤管理措施，导致了人为干扰的产生和土壤表层的裸露，从而耕作土壤面临着日益严重的退化过程。耕地土壤的退化是一个严重问题，并且对全球食物安全和环境质量产生严重的负面影响。土壤退化带来的两个重要的环境影响是降低水质和增强温室效应。
3.对全球耕地来说，耕作导致的soc损失速率为每年0.06％。在亚马逊地区的研究发现，林地转化为草地，表层土壤碳每年损失5％。woomer等在喀麦隆南部地区的研究发现，15年间soc丧失的平均速率为6.8mg/(hm2·
a)，累积碳损失为102mg/hm2。lal对尼日利亚西部长期的实验观测表明，森林地表0～10cm土壤soc质量分数为2％，但是耕种10年之后，该质量分数下降为1.4％。grace等对澳大利亚的变性土的观测研究认为，耕作50年，使最初的soc水平下降了60％。在以上大部分研究中可以看出，耕作使最初的soc水平下降了50％～70％。可见耕作过程严重影响着碳的循环过程，这也是人类影响碳过程的重要因素。
4.由于co2和ch4等温室气体浓度升高导致的全球变暖以及由此引发的一系列严重的环境问题，已经引起了各国政府和科学家的密切关注。目前，人们都在积极探寻有效的固碳减排途径，在研究温带森林、湿地和极地生态系统对增加土壤碳汇作用的同时，越来越重视农业生态系统在碳固定中的作用。农田是地区主要碳库之一，农田土壤碳库大约占陆地土壤碳库近10％，提升农田土壤固碳能力，对农业碳中和有重要意义。
5.因此，有必要提供一种提升黑土地土壤固碳潜力的方法。


技术实现要素：

6.为了缓解温室气体排放引起的全球气候变暖和平流层臭氧空洞问题，本发明提供一种提升黑土地土壤固碳潜力的方法。
7.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
8.一种提升黑土地土壤固碳潜力的方法，在黑土地中加入乳酸菌和氧化铁。
9.进一步地，所述乳酸菌以菌液的形式加入，加入量为0.3-0.5ml/kg。
10.进一步地，所述乳酸菌加入量为0.3-0.4ml/kg。
11.进一步地，所述氧化铁以悬液的形式加入，加入量为10-20ml/kg。
12.进一步地，所述氧化铁的加入量为10-15ml/kg。
13.进一步地，所述氧化铁包括α-feooh(针铁矿)、α-fe2o3(赤铁矿)、γ-fe2o3(磁赤铁矿)、γ-feooh(纤铁矿)或fe(oh)3(无定形氧化铁，即水铁矿或氢氧化铁凝胶)。
14.土壤团聚体是土壤结构的物质基础，它的形成与土壤颗粒有机质是密不可分的，土壤团聚体为土壤颗粒有机质的存在提供场所，后者则是前者存在的胶结物质，因此，土壤
20ml/kg。
27.在本发明的一些实施例中，本发明方法中氧化铁的加入量为10-15ml/kg。
28.本发明方法中氧化铁为广义上的氧化铁，包括α-feooh(针铁矿)、α-fe2o3(赤铁矿)、γ-fe2o3(磁赤铁矿)、γ-feooh(纤铁矿)或fe(oh)3(无定形氧化铁，即水铁矿或氢氧化铁凝胶)。
29.土壤团聚体是土壤结构的物质基础，它的形成与土壤颗粒有机质是密不可分的，土壤团聚体为土壤颗粒有机质的存在提供场所，后者则是前者存在的胶结物质，因此，土壤团聚体中有机碳能够指示土壤中总有机碳的变化。因为土壤团聚体是有机碳固定的主要载体，其稳定性决定着有机碳固定的效果。土壤微生物在维持土壤结构、提高土壤养分有效性中起着重要的作用，微生物的组成、活性及代谢途径的变化直接影响土壤特性，本发明在黑土地中加入乳酸菌和氧化铁，乳酸菌的加入可以增加土壤中硝化细菌、真菌和放线菌的数量，硝化细菌通过化能合成作用—利用氧化氨合成有机物，达到固碳的目的。本发明加入的氧化铁带正电，能强烈吸附带负电的腐殖质，增加土壤阳离子交换率、土壤氮碳的含量，与土壤颗粒形成团聚体和前面的有机物形成有机-无机复合体，乳酸菌的加入有利于团聚体的形成和稳定，由于氧化铁是以悬液形式加入的，表面是水合的，吸附点较多，由于活性表面的增加，从而增加了对有机碳的吸附量，再经过干湿交替作用经老化脱水，使吸附的有机碳被固定在土壤中。
30.实施例1
31.取辽宁省海城市某黑土地0-20cm土层土壤，取1.00kg土壤室内风干，过100目筛，用于测定土壤基本理化性质，总磷采用碳氮元素分析仪测定(干烧法)，总氮采用氢氧化钠熔融-钼锑抗比色法测定，0-20cm土层土壤含有总磷14.7mg/kg，总氮40mg/kg。
32.另取1.00kg土壤室内风干，过100目筛，按照0.3ml/kg均匀喷施乳酸菌菌液，乳酸菌菌液中菌活为1
×
109个/g，按照10ml/kg均匀喷施50mg/l的针铁矿悬液，将土壤装于直径10cm、长20cm的圆柱形pvc盆钵中，平衡2周后，开始
14
c同位素标记培养试验。
33.本实施例中硝化细菌、真菌和放线菌的数量分别是未经处理的土壤的308％、202％和151％。
34.实施例2
35.土壤选取地点同实施例1，取1.00kg土壤室内风干，过100目筛，按照0.4ml/kg均匀喷施乳酸菌菌液，乳酸菌菌液中菌活为1
×
109个/g，按照12ml/kg均匀喷施50mg/l的针铁矿悬液，将土壤装于直径10cm、长20cm的圆柱形pvc盆钵中，平衡2周后，开始
14
c同位素标记培养试验。
36.本实施例中硝化细菌、真菌和放线菌的数量分别是未经处理的土壤的315％、214％和168％。
37.实施例3
38.土壤选取地点同实施例1，取1.00kg土壤室内风干，过100目筛，按照0.3ml/kg均匀喷施乳酸菌菌液，乳酸菌菌液中菌活为1
×
109个/g，按照10ml/kg均匀喷施浓度均为50mg/l的磁赤铁矿悬液和纤铁矿悬液，二者体积比1：1，将土壤装于直径10cm、长20cm的圆柱形pvc盆钵中，平衡2周后，开始
14
c同位素标记培养试验。
39.本实施例中硝化细菌、真菌和放线菌的数量分别是未经处理的土壤的301％、
198％和152％。
40.实施例4
41.土壤选取地点同实施例1，取1.00kg土壤室内风干，过100目筛，按照0.5ml/kg均匀喷施乳酸菌菌液，乳酸菌菌液中菌活为1
×
109个/g，按照20ml/kg均匀喷施浓度为50mg/l的磁赤铁矿悬液，将土壤装于直径10cm、长20cm的圆柱形pvc盆钵中，平衡2周后，开始
14
c同位素标记培养试验。
42.实施例5
43.土壤选取地点同实施例1，取1.00kg土壤室内风干，过100目筛，按照0.3ml/kg均匀喷施乳酸菌菌液，乳酸菌菌液中菌活为1
×
109个/g，按照15ml/kg均匀喷施浓度均为50mg/l的水铁矿悬液和纤铁矿悬液，体积比为1：1，将土壤装于直径10cm、长20cm的圆柱形pvc盆钵中，平衡2周后，开始
14
c同位素标记培养试验。
44.实施例6
45.土壤选取地点同实施例1，取1.00kg土壤室内风干，过100目筛，按照0.4ml/kg均匀喷施乳酸菌菌液，乳酸菌菌液中菌活为1
×
109个/g，按照12ml/kg均匀喷施浓度均为50mg/l的针铁矿悬液和赤铁矿悬液，体积比为1：1，将土壤装于直径10cm、长20cm的圆柱形pvc盆钵中，平衡2周后，开始
14
c同位素标记培养试验。
46.实施例7
47.土壤选取地点同实施例1，取1.00kg土壤室内风干，过100目筛，按照10ml/kg均匀喷施50mg/l的针铁矿悬液，将土壤装于直径10cm、长20cm的圆柱形pvc盆钵中，平衡2周后，开始
14
c同位素标记培养试验。
48.本实施例中硝化细菌、真菌和放线菌的数量与未经处理的土壤的数量基本一致，无显著差异。
49.实施例8
50.土壤选取地点同实施例1，取1.00kg土壤室内风干，过100目筛，按照0.3ml/kg均匀喷施乳酸菌菌液，乳酸菌菌液中菌活为1
×
109个/g，将土壤装于直径10cm、长20cm的圆柱形pvc盆钵中，平衡2周后，开始
14
c同位素标记培养试验。
51.实施例9
52.同实施例1，不同之处仅在于乳酸菌直接以菌剂的形式加入。
53.14
c同位素标记培养试验如下：2022年1月1日开始标记，连续标记90天，将装有土壤的pvc盆钵置于培养箱中，培养箱内温度设定为白天30
±
1℃，晚上22
±
1℃，每天光照12h，相对湿度保持在85
±
2％，光照强度为2500万lx。标记过程中，补充去离子水维持土壤水层深度1-2cm不变，
14
c-co2通过
14
c-nahco3(1mol/l)和hcl(1mol/l)反应自动产生。每周向培养箱中加入200ml浓度为1mol/l的
14
c-nahco3溶液，维持培养箱内co2的浓度为300μmol/mol。对照组：土壤选取地点同实施例1，取1.00kg土壤室内风干，过100目筛，喷施与实施例1菌液和悬液总量相同的去离子水。每组重复4次。
54.标记培养试验结束(连续标记90天)后，将每组土壤平均分成两份，一份立即用于测定土壤有机碳含量，另一份室内自然风干，用于土壤团聚体含量的测定。
55.土壤容重测量，从盆钵内随机选择5个点对土壤进程容重进行取样测量，采用环刀法，每10cm作为取样层，依次测量土壤中0-20cm的容重。
56.土壤有机碳含量的测定，采用重铬酸钾法测定土壤有机碳含量：称取各组土壤样品滴加重铬酸钾-硫酸溶液，加热至煮沸，冷却后滴加邻啡罗啉指示剂和硫酸亚铁溶液，溶液由浅绿色突变为棕红色即为终点。测定原理是用过量的重铬酸钾-硫酸溶液，氧化土壤有机质中的碳，剩余重铬酸钾用硫酸亚铁标准溶液滴定，根据消耗重铬酸钾量可以计算出有机碳量。
57.各组土壤容重(g/cm3)结果见表1。
58.表1
[0059] 0-10cm10-20cm对照组1.51
±
0.011.57
±
0.02实施例11.41
±
0.011.45
±
0.02实施例21.40
±
0.011.44
±
0.01实施例31.39
±
0.021.46
±
0.01实施例41.47
±
0.011.53
±
0.02实施例51.43
±
0.021.48
±
0.03实施例71.49
±
0.021.55
±
0.02实施例81.48
±
0.031.54
±
0.03
[0060]
由表1可知，经过本发明的方法可以降低土壤容重。
[0061]
各组对土壤固碳能力(g/kg)的影响结果见表2。
[0062]
表2
[0063][0064][0065]
由表2可知，本发明的方法可以提高黑土地的固碳潜力，实施例2组的土壤固碳能力最高，可以达到13.24
±
0.05g/kg。
[0066]
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出
的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。