本发明实施例涉及土壤改良技术领域，具体涉及一种适用于不同地力水平土壤的改良剂及改良方法。
背景技术：
土壤是农业最基本的生产资料，是人类赖以生存的重要自然资源。我国农业由于长期复种、连作，重化肥轻有机肥的种植习惯，及大水漫灌、淹灌、不合理耕作、镇压等农耕措施，使得土壤出现不同程度的退化，土壤有机质降低，生产能力下降，土壤营养元素含量匮乏或贫富不均，土壤理化性状恶化，土层变浅，结构变差，耕作层板结、变浅，透气透水性不良，土壤中微生物菌群平衡状态失调，有害菌群(杂菌)数量积累，有益菌群数量减少，自我修复能力丧失，蚯蚓等有益生物减少或绝迹等问题逐渐显现。
为改良贫瘠退化土壤的理化性质，快速提高土壤有机质，提升土壤生物活性，改善土壤物理结构及供肥能力，传统方法中，一般采用以畜禽粪便、秸秆等有机质资源为原料经堆肥发酵成的有机肥进行土壤改良，或者通过物理方法如客土法，或者运用生物学方法例如利用土壤功能微生物的生物学特性进行改良。
传统意义上，单纯依靠有机肥进行土壤改良，由于有机肥有机质含量低、养分含量少且不平衡，腐殖化率低，肥效滞后等问题，使得对土壤有机质的提升速度慢，改良周期长，改良效果差。
同时，由于有机肥所含有的有机质多数为大分子腐殖质碳，缺乏小分子的速效碳成分，土壤改良中仅仅起到提升土壤有机质的单一效果，不能从根本上为土壤微生物提供小分子碳源，改善土壤活性，增加土壤微生物与土壤动物的数量，与我国亟待解决的贫瘠土壤地力提升形成矛盾，难以满足贫瘠土壤退化改良的本质需求。
客土法即采用砂掺黏、黏掺砂改良土壤。客土用量，可以根据本地客土的颗粒组成以及要求达到的质地标准(一般掺后旱田应为砂壤至轻壤土)来进行估算。因为客土需要大量人力物力，其存在土壤改良成本高，可操作性差的缺陷。
运用生物学方法改良土壤，即使用功能性微生物的生物学特性进行土壤改良的方法由于过分的关注微生物的数量与功能性，忽略了对微生物载体的合理搭配，使得该技术在土壤改良方面的效果并不理想，因为功能菌的生存繁殖，以及发挥作用的基础是功能菌的载体，没有好的载体，菌活下来都是问题，向土壤中一味的大量添加外源功能微生物，短时间内土壤微生物数量会迅速增加，但同时也会大量消耗土壤原有的有机质，造成土壤有机质的大量矿化损失，随着土壤有机质的损耗殆尽，微生物数量会大量衰退，不但起不到良好的土壤改良效果，反而起到相反的效果。
技术实现要素：
为此，本发明实施例提供了一种适用于不同地力水平土壤的改良剂及改良方法，具有改良周期短，改良效果显著，成本低，制备工艺简单、易于实施，适合于不同地力水平土壤的治理的优点，以解决现有土壤改良剂存在的改良周期长，改良效果差的问题。
本发明的第一目的在于提供一种适用于不同地力水平土壤的改良剂，该改良剂根据土壤的地力水平(有机质含量水平)，在有机肥的基础上合理搭配活性有机物、惰性有机物、矿物肥、微生物菌剂、生物刺激剂，实现各功能成分的相辅相成。利用有机肥提供的大分子腐殖质碳为土壤团粒结构的快速形成提供黏结物质，促进土壤团粒结构的快速形成；利用惰性有机物提供的稳定性碳的较大比表面积与吸附性能，有效调节土壤孔隙度，提高土壤缓冲性能，为微生物的繁殖提供良好的环境；利用活性有机物提供的小分子水溶性碳、矿物肥提供的矿物质营养元素及生物刺激剂提供的生物刺激营养素为土壤微生物的新陈代谢提供直接能量来源，促进土著菌与微生物菌剂补充的优势菌的快速繁殖，形成健康土壤根际环境，同时也可为土壤提供丰富的营养物质供植物根系吸收利用。各组分物料成分之间功能相辅相成，共同实现对土壤物理、化学、生物肥力的改善。
本发明的第二目的在于根据不同作物种植方式及栽培周期，提供一种对不同地力水平土壤进行改良的方法，该方法成本低、施用方法简单，灵活多变。利用该方法最快可使地力退化贫瘠土壤3-5年内快速恢复到健康状态，然后每年按照土壤有机质含量高于3％的改良剂及改良方法实施，可保持健康土壤的地力水平，不退化。
为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：
在本发明的实施方式的第一方面中，提供了一种适用于不同地力水平土壤的改良剂，所述改良剂包括有机肥、活性有机物、惰性有机物、矿物质、微生物菌剂、生物刺激剂。
根据不同地力水平土壤的有机质含量确定各组分的配比用量，有选择性的调整各组分物料的用量，能够提高土壤改良效果。
当土壤有机质含量不足1％时(极贫瘠土壤)，所述改良剂由以下重量百分含量的原料混合制成：有机肥55-60％、活性有机物25-30％、惰性有机物10-13％、矿物肥5-8％、微生物菌剂0.2-0.5％、生物刺激剂0.5-1％。
当土壤有机质含量为1.5-2.5％时(中度/一般贫瘠土壤)，所述改良剂由以下重量百分含量的原料混合制成：有机肥50-55％、活性有机物20-25％、惰性有机物13-16％、矿物肥8-10％、微生物菌剂0.5-1％、生物刺激剂1-2％。
当土壤有机质含量高于3％时(健康土壤)，所述改良剂由以下重量百分含量的原料混合制成：有机肥45-50％、活性有机物15-20％、惰性有机物16-20％、矿物肥10-15％、微生物菌剂1-2％、生物刺激剂2-3％。
其中，有机肥由有机废弃物经发酵腐熟而成，无重金属、抗生物及病原菌、虫卵等安全隐患。常用有机废弃物包括农业废弃物，如秸秆、豆粕、棉粕、菇渣、沼渣、菌渣、木质素渣等以及畜禽粪便，如鸡粪、牛羊马粪、兔粪等。有机肥的安全使用可促进农村农业有机废弃物的资源化利用，实现环境与农业协调发展。
活性有机物为餐厨发酵物，是由餐厨废弃物经微生物发酵制成，所述活性有机物按重量百分含量计包括总腐植酸38-42％、游离腐植酸35-40％、水溶性腐植酸14-16％。本发明使用的活性有机物为申请人于2010年8月31日提交的申请号为201010269356.7、名称为“采用餐厨废弃物制备生化腐植酸的技术与工艺”的中国发明专利申请中公开的生化腐植酸产品。产品为食品级原料，安全等级最高，活性最好，生物腐植酸营养丰富，总腐植酸、游离腐植酸和水溶性腐植酸含量分别达到38-42％、35-40％和14-16％；不仅含有氮磷钾等大量元素，还含有锌、铁、锰等多种微量元素和活性物质。特别适合用于农业生产中的肥料。本申请引用了专利号为201010269356.7(公告号cn101941851b)的中国发明专利的全文作为参考文献。
餐厨废弃物肥料化使用一方面可有效抑制地沟油等食品安全隐患，另一方面可为土壤微生物提供大量小分子水溶性碳，迅速激活土壤微生物，提高土壤活性。
惰性有机物包括生物质炭、煤炭腐殖质中的一种或两种。惰性有机物可为土壤提供稳定性有机碳，一方面使得土壤有机质保持在一个相对稳定水平，可促进土壤团聚体的形成，另一方面，生物质炭与煤炭腐殖质类惰性有机质一般呈疏松多孔结构，具有较大的比表面积，施入土壤可为微生物的生长提供温床，促进土壤养分循环。
矿物肥由天然矿石经粉碎活化加工而成，富含天然磷、钾、钙、镁、硅、硫、铁、锰、钼、硼等50多种元素，使用时根据土壤缺素类型与作物需肥特性针对性选择所含元素的种类及含量。
微生物菌剂包括枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、胶冻样芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、苏云金芽孢杆菌、侧孢短芽孢杆菌、细黄链霉菌、甲基营养型芽孢杆菌、哈茨木霉、淡紫拟青霉中一种或多种。根据土壤微生物群落结构状况合理配置菌株。土壤由矿物质、有机质和微生物3部分组成，是农作物生长发育的基础。土壤中的有益微生物直接参与土壤中物质和能量的转化，腐殖质的形成和分解、养分的释放，氮素的固定等一系列土壤肥力形成和发育过程，根据土壤菌群结构，合理配置外源微生物，可促进土壤快速形成有益优势菌群，促进土壤生物肥力的提升。
生物刺激剂：由黄腐酸钾、甲壳素、壳寡糖中的一种或多种。生物刺激剂可增加植物渗透调节物质的合成，以增强植物细胞膜的稳定性，诱导植物根系抗性蛋白，改变植物的酚类物质代谢，诱导植物整套系统抗病基因的表达，提高作物抗旱、抗寒、防病抗虫等抗逆能力。
在本发明的实施方式的第二方面中，提供了一种使用上述改良剂对不同地力水平土壤进行改良的方法，所述方法包括以下步骤：1)根据作物种植方式及栽培周期，将土壤进行全面或局部深耕整土，深度以不低于30cm为宜；2)全面或局部向土壤中均匀一次性铺洒或分次使用改良剂；3)将改良剂旋耕入土，与土壤充分混匀；4)浇透水后平衡7-10天即可定植作物。
其中，步骤4)中，随即对改良后的土壤浇透水，浇水有利于土壤微生物的快速繁殖，迅速构建健康的根际微生态环境。
在本发明的一个实施例中，当种植大田作物或者短周期作物时，采用地表撒施旋耕法进行土壤改良，所述改良方法为：将所述改良剂撒施于地表面，旋耕后，进行犁翻使改良剂与地表深度为30-40cm的耕层土壤充分混合，随后一次性浇透水，平衡放置7-10天后种植作物。
在本发明的另一个实施例中，当种植果树类乔灌木长周期植物时，选择行间撒施旋耕+坑施或条施结合的方式进行土壤改良，所述改良方法为：在果树林木行间采用行间地表撒施旋耕法将70-100重量％的改良剂与耕层30-40公分土壤充分混匀，如有剩余量，将剩余的改良剂根据单位面积预计种植株数挖坑或条形沟，按比例均匀分配后，与挖出的土壤混合，回填于坑中，浇透水，平衡7-10天定植作物。
在本发明的又一个实施例中，当土壤有机质含量不足1％时，所述改良剂每年每亩用量为2000-3000kg；当土壤有机质含量为1.5-2.5％时，所述改良剂每年每亩用量为800-1200kg；当土壤有机质含量高于3％时，所述改良剂每年每亩用量为200-400kg。
根据种植作物类型与种植方式，灵活选用土壤改良方法，能够在全面改良土壤的基础上，有针对性的改良局部土壤，便于后期种植或移栽比如小乔木之类的植被，提高植被的成活率，进而逐步改善土壤贫瘠的现状。
根据本发明的实施方式，本发明具有如下优点：
1、本发明提供了适用于不同地力退化水平土壤的改良剂，各组分之间相互作用，可迅速提高土壤有机质、改善土壤结构、激活土壤微生物、平衡土壤微生物菌群结构、提升土壤供肥能力，快速构建作物根际健康生态系统，确保作物安全生产，保障食品安全，又可以实现城市与农村有机废弃物的还田利用，一举多得。
2、本发明的土壤改良方法，成本低、施用方法简单，利用该方法可有效改良贫瘠板结土壤，迅速提高土壤有机质含量，合理搭配土壤惰性有机质与活性有机质比例，使土壤长效与速效有机质并存，迅速激活土壤的同时，快速提升土壤有机质含量，疏松土壤，改善土壤结构。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本部分对本发明试验中所使用到的材料以及试验方法进行一般性的描述。虽然为实现本发明目的所使用的许多材料和操作方法是本领域公知的，但是本发明仍然在此作尽可能详细描述。本领域技术人员清楚，在上下文中，如果未特别说明，本发明所用材料和操作方法是本领域公知的。如果无特殊说明，以下实施例中百分号％均指重量百分含量。
实施例1
本实施例提供了一种极贫瘠(土壤有机质含量不足1％)土壤的改良剂，由豆粕发酵有机肥(购自山东果都现代农业有限公司)55％、餐厨发酵物(购自北京嘉博文生物科技有限公司)25％、煤炭腐殖质(购自华夏大地生态工程技术有限公司)12％、矿物肥(购自根力多生物科技股份有限公司)7％、微生物菌剂(购自临汾市尧都区汾河氨基酸厂)0.3％、生物刺激剂(购自北京嘉博文生物科技有限公司)0.7％混合制成。
经检测，本实施例的改良剂的关键技术指标：复合活菌数≥2亿/g、有机质≥60％(其中活性有机质10％以上)、氮磷钾总养分≥5％、中微量元素总量≥1％、ph为6.5-7.5、水分≤20％。
将本实施例的改良剂应用于极贫瘠酸化老果园的改良。
实施地点为：山东烟台栖霞市20龄以上的老苹果园复种新果树的果园。经检测，该果园土壤有机质含量为0.8％、ph为5.3、土壤微生物总数不足106cfu/g，其中土壤细菌含量为7.4×105cfu/g，土壤放线菌含量为7.5×104cfu/g，真菌含量为1.5×105cfu/g，土壤交换性能差，阳离子交换量为9.2cmol(+)/kg。
种植作物：红富士苹果树
使用本实施例改良剂改良上述老果园土壤的方法为：
土壤改良应结合果树定植前的整地一同开展，工作流程如下：首先进行土壤深松，紧接着施用混配好的土壤改良剂，之后通过旋耕作业将土壤和土壤改良剂进行充分混匀，最后根据栽植果树要求进行起垄。各个流程环节具体技术要求如下：
第一步：全园全面深松土壤。结合清理前茬作物的工作，可以边清理边深松。也可以在前茬作物清理干净的情况下，进行土壤全面深松。深松深度以破碎犁底层为原则，一般耕深为30cm-40cm，超深松耕深≥50cm为宜。
第二步：撒肥作业。为最大程度的发挥产品效果，需将土壤改良剂集中施用在定植果树的根系周围，故采用集中施肥方式进行土壤改良。集中施肥的宽度(施肥带)需要根据果树根系特点及栽培方式确定。本实施例采用高效密植的方式种植果树，每亩果树密度约110株；起垄后的垄宽为1m左右。因此考虑苹果的根系特点及起垄要求，设定施肥带宽度为1.5m，按照每亩2吨的施肥量，施肥带的单位长度施肥量约11.5kg/m。
第三步：旋耕作业。选择在施肥带上进行旋耕。为防止风大将肥料吹走浪费，肥料撒施后及时进行旋耕。
第四步：深耕。根据土壤改良目标及果树根系分布特点确定深度，旋耕深度≥40cm。旋耕后耕层内土壤细碎，地面平整，肥料与土壤充分混匀。每平方米耕层内外形最大尺寸为3cm～6cm的土块不得超过7个。
第五步：起垄作业，以1.5米的施肥带宽度中心为基准，两边向中间翻垄，堆起垄高25cm以上，垄宽为1m左右的垄，要求垄形直，起垄时应包严肥料，深度均匀，垄高一致，垄体压实。
用于对比，对照改良剂由豆粕发酵有机肥(购自山东果都现代农业有限公司)92％、矿物质肥(购自根力多生物科技股份有限公司)7％、微生物菌剂(购自临汾市尧都区汾河氨基酸厂)0.3％、生物刺激剂(购自北京嘉博文生物科技有限公司)0.7％混合制成。
本对照改良剂改良上述老果园土壤的方法同上。
每年每亩用量为2吨，施用本实施例改良剂及对照改良剂，1年后，果树苗木成活率、土壤养分含量、土壤微生物含量、土壤ph值、土壤有机质含量的测试结果见表1。
表1实施例与对比例土壤改良效果比较
结果表明：实施本实施例的改良剂后，土壤养分含量得到不同程度的提高，土壤微生物丰度提高了2个数量级，土壤有机质年均提升0.55个百分点，土壤酸化趋势得到明显改善，果树苗木成活率达到98％以上。且与对照改良剂的土壤改良效果相比，本实施例的土壤改良剂的改良效果明显更优。
按照本实施例方案实施，连续使用4年即可实现土壤有机质改善至3.0％，土壤ph值改善至7.0，土壤达到健康水平。或者，按照此实施例方案实施，连续使用2年待土壤达中度贫瘠水平后，按照中度贫瘠土壤改良管理方案实施5年逐步使土壤恢复健康水平。
实施例2
本实施例提供了一种适用于中度贫瘠(土壤有机质含量为1.5-2.5％)土壤的改良剂，其由鸡粪+菌渣发酵有机肥(购自北京一特有机肥厂)51％、餐厨发酵物(购自北京嘉博文生物科技有限公司)24％、秸秆生物质炭(购自江苏倍增生物科技有限公司)15％、矿物肥(购自仲元(北京)土壤改良技术研究所)8.5％、微生物菌剂(购自河北民得富生物技术有限公司与青岛蔚蓝生物集团有限公司)0.5％、生物刺激剂(购自北京嘉博文生物科技有限公司)1％混合制成。
经检测，本实施例的改良剂的关键技术指标：复合活菌数≥3亿/g，有机质≥65％(其中水溶性有机质10％以上)、氮磷钾总养分≥5％、中微量元素总量≥1.5％、ph为5.5-7.0、水分≤20％。
将本实施例改良剂应用于中度贫瘠碱化设施草莓土壤的改良。
实施地点为：北京昌平连年复种设施草莓大棚土壤。经检测，该大棚土壤有机质含量为2.03％、ph为7.8、土壤微生物总量(细菌、真菌、放线菌总数)不足107cfu/g，其中，土壤细菌含量4.5×106cfu/g，土壤真菌含量1.8×105cfu/g，土壤放线菌含量8.5×104cfu/g，土壤交换性能差，阳离子交换量10.8cmol(+)/kg。
种植作物：草莓
使用本实施例改良剂改良上述大棚土壤的方法为：
第一步：深松土壤。结合绿肥还田时的整地深翻，深翻土层深度≥30cm；
第二步：撒肥作业。将本实施例产品均匀铺撒于土壤表面；
第三步：犁翻入土。在旋耕后进行犁翻，使产品与深度30-40cm的土壤充分混匀；
第四步：浇水。随后一次性浇透水，平衡放置5-7天后种植草莓。
用于对比，对照改良剂由鸡粪+菌渣发酵有机肥(购自北京一特有机肥厂)51％、餐厨发酵物(购自北京嘉博文生物科技有限公司)24％、秸秆生物质炭(购自江苏倍增生物科技有限公司)15％、三元复合肥(15-15-15)10％混合制成。
本对照改良剂改良草莓种植土壤的方法同上。
每年每亩用量为1吨，施用本实施例改良剂及对照改良剂，1年后，设施草莓品质及土壤微生物、物理、化学性状测试结果见表2。
表2实施例2与对比例土壤改良效果比较
结果表明：实施本实施例的改良剂后，年均提升土壤有机质0.22个百分点，土壤ph降低0.2个单位，土壤碱化趋势得到明显改善；土壤微生物总量增加了1个数量级，土壤容重由原来的1.51g/cm3降低到1.34g/cm3，土壤透水、透气性增强，土壤阳离子交换量显著提高，代表土壤供肥能力大大提升；另外，实施本实施例进行土壤改良后，草莓产量及品质显著提高，草莓可溶性固形物提高了1.1度，总酸降低了8.5％，维生素c提高了34％，草莓特征香气成分比例由63.04％增至79.51％，特征香气成分含量越高，果实的风味越浓。
对照改良剂虽然在土壤有机质提升与ph改善方面也取得了较好的效果，但对激活土壤，提高土壤微生物丰度方面的效果不佳，且出现了比较明显的磷素富营养化现象，这可能与配方中一次性过量使用大量化肥有关。由此可知，本实施例的土壤改良剂的改良效果明显优于对照改良剂改良效果。
按照此实施例方案进行，连续使用5年，即可实现土壤有机质改善至3.0％以上，土壤ph值改善至6.5左右，土壤微生物总量108以上，土壤达到健康水平。
实施例3
本实施例提供了一种维持健康土壤(土壤有机质含量高于3％)不退化的改良剂，其由羊粪有机肥(购自呼伦贝尔哈达图有机肥厂)48％、餐厨发酵物(购自北京嘉博文生物科技有限公司)20％、煤炭腐殖质(购自购自华夏大地生态工程技术有限公司)16％、矿物肥(购自根力多生物科技股份有限公司)12.5％、微生物菌剂(购自青岛蔚蓝生物集团有限公司)1.5％、生物刺激剂(购自北京嘉博文生物科技有限公司)2％混合制成。
经检测，本实施例的改良剂的关键技术指标：复合活菌数≥10亿/g、有机质≥65％(其中活性有机质10％以上)、氮磷钾总养分≥5％、中微量元素总量≥2％、ph为6.0-7.5、水分≤20％。
将本实施例改良剂应用于健康土壤。
实施地点为：内蒙呼伦贝尔欧肯河农场。经检测，该农场土壤有机质含量为4.81％，ph为5.4，土壤平均自然含水量：6-7月为25.67％、9-10月为20.25％，土壤cec为30.3cmol(+)/kg，土壤细菌总量2.23×106cfu/g，真菌总量2.61×105cfu/g，放线菌总量1.80×106cfu/g
种植作物：黑小麦
使用本实施例改良剂改良土壤的方法同实施例2土壤改良方法。
用于对比，对照改良剂由羊粪有机肥(购自呼伦贝尔哈达图有机肥厂)84％、餐厨发酵物(购自北京嘉博文生物科技有限公司)5％、煤炭腐殖质(购自购自华夏大地生态工程技术有限公司)5％、矿物肥(购自根力多生物科技股份有限公司)5％、微生物菌剂(购自青岛蔚蓝生物集团有限公司)0.5％、生物刺激剂(购自北京嘉博文生物科技有限公司)0.5％混合制成。
本对照改良剂改良黑小麦种植土壤的方法同上。
每年每亩用量为200kg，施用本实施例改良剂及对照改良剂，1年后，黑土地土壤改良情况见表3。
表3实施例与对比例土壤改良效果比较
结果表明：实施本实施例的改良剂后，土壤有机质年均提升了0.07个百分点，实现了阻止黑土地以年均土壤有机质0.05％的速度退化现状；土壤ph提高0.2个单位，土壤酸化趋势得到明显改善；土壤肥力得到明显改善与提升，土壤阳离子交换量显著提高；土壤微生物丰度提高1个数量级；土壤蓄水能力(土壤含水量)提高了30％以上，土壤蓄水能力的提升在呼伦贝尔黑土垦区靠天吃饭的背景下对粮食的增产意义重大；且在本实施例的土壤改良下实现了黑小麦的有机种植，与常规化肥种植的黑小麦相比，黑小麦品质得到了明显改善，小麦籽粒蛋白质、钙、铁、锰、锌含量比普通种植的分别提高了12.40％、4.43％、0.74％、12.36％和12.90％。
与对照改良剂土壤改良效果相比，本实施例土壤改良剂的改良效果明显更优。
每年按照本实施例方案实施，可保障土壤健康，可持续利用。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。