本发明涉及一种抑制农田土壤中杂草萌发的有机制剂及其制备方法和应用方法。
背景技术
农田杂草的防治是农业生产中的一个重要议题，杂草与作物竞争光、热、水、肥等资源，如果不加以合理控制会严重影响作物的健康生长及作物产量。已有很多研究证明，与杂草的竞争会造成作物减产。例如，在直播的番茄田中，当分别向行间引入11株/m2的曼陀罗、牵牛花、苍耳和马唐，最终分别造成番茄减产71％、68％、48％和48％。杂草的生长同样会导致莴苣的大范围减产。在加利福尼亚的莴苣地中，杂草会造成莴苣减产50％。收割时接触杂草后而存在于收获的谷物或者棉花中的杂草种子同样会降低作物的品质。
杂草造成作物产量下降、品质降低的因素十分多样化：作物与杂草的竞争，杂草出现的时间和时长，作物与杂草的密度等均对作物的健康生长产生影响。当棉花田中假高粱和无芒稗出现9周以后拔除，在棉花剩余的生长季中保持无杂草状态，依然会导致棉花分别减产60％和69％。还有研究报道了杂草野芥或黑麦草在距甜菜2、4或8cm时对甜菜产量的影响，当作物与杂草间距由2cm向8cm递增时，甜菜产量也以20％的比例递增。由此可见，当出现以下情况时需要对田间杂草情况进行管理：对作物产量产生直接影响的杂草；难以铲除的杂草；在作物生长之前或伴随作物生长而生长的杂草；数量过多的杂草。
常用的杂草控制方法包括使用芽前除草剂、苗前翻耕、机械耕种、使用苗期除草剂和手工铲除杂草相结合。除草剂的使用在生物控制及经济投入方面是十分高效的方法，却没有顾及环境成本方面的得失。越来越多的除草剂使用规则出台、消费者的担忧以及有机农业的发展都限制了除草剂的长期使用。另一方面，机械除草也存在弊端：
1)当用于其他农田类型的时候需要耗费更多的时间和更高的成本；
2)气候和土壤条件很大程度影响除草的时间和效率；
3)难以去除行内的杂草；
4)需要熟练的技术人员来操控各种除草设备；5)设备的购入价格和维修价格都十分昂贵。
出于对环境问题的担忧以及来自经济和政府的压力，近年来，农业发展的趋势是减少作物种植过程中的外界输入，尤其是化学药品的输入，如化肥和农药。在这一新型的农业系统中，田间杂草的管理成为农民主要担忧的问题之一。因此，迫切需要寻求一种高效且环保的抑制杂草萌发的技术。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种抑制农田土壤中杂草萌发的有机制剂，它在土壤中可被土壤中的功能微生物分解，产生有机酸，如乙酸、丁酸等，进而通过有机酸杀灭草种子。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种抑制农田土壤中杂草萌发的有机制剂，它包含有机原料和促分解配料；其中，
所述有机原料为固体有机物料或液体有机物料，当有机原料为固体有机物料时，所述有机原料包含农作物秸秆和木屑中的至少一种；当有机原料为液体有机物料时，所述有机原料包含糖蜜和酒精发酵液中的至少一种；
所述促分解配料包含专用微生物和有机催化物中的至少一种。
进一步，当有机原料为固体有机物料时，所述固体有机物的细度为0.1～2mm，以质量百分数计，固体有机物料：水分<20％，总有机碳>35％，总有机氮>0.5％；当有机原料为液体有机物料时，以质量百分数计，液体有机物料：水分<50％，总有机碳>30％。
进一步，当促分解配料中包含专业微生物时，所述专用微生物包含功能性酵母菌、芽孢杆菌、丁酸梭菌和曲霉中的至少一种；当所述促分解配料中包含有机催化物时，
所述有机催化物包含纤维素酶、几丁质酶和木质素酶中的至少一种。
进一步，所述有机原料和促分解配料的质量比为(95～100)：(0～5)。
本发明还提供了一种抑制农田土壤中杂草萌发的有机制剂的制备方法，将有机原料和促分解配料以100～200r/min的搅拌速度混合均匀，然后在温度为70～100℃条件下干燥10～60min，最后在室温下自然冷却10～60min,即制得有机制剂。
本发明还提供了一种如抑制农田土壤中杂草萌发的有机制剂的应用方法，应用方法中包含：
(1)将有机制剂按照500～1500kg/亩的量均匀铺设或喷洒在待处理土壤表面；
(2)将有机制剂与0～30cm的耕作层土壤混合均匀；
(3)灌溉土壤至田间最大持水量；
(4)在土壤表面覆盖塑料薄膜，并将塑料薄膜的四周压实、密封，待处理土壤；
(5)在土壤温度为25～45℃的条件下处理土壤，15～30天后揭去塑料薄膜。
进一步，步骤(4)中，塑料薄膜的厚度>0.04mm。
进一步，步骤(3)中，每亩灌溉30～60m3水。
采用了上述技术方案后，按照本发明的应用方法对土壤进行处理，可创造土壤强还原环境，在此环境下，土壤中功能微生物大量繁殖，分解所施入的有机制剂产生有机酸，如乙酸、丁酸等，有机制剂分解所产生的有机酸是杀灭杂草种子的主要原因；其次，土壤强还原环境及此环境下生成的金属离子，如如fe2+和mn2+等均能对杂草种子具有一定的杀灭作用，尽管不同杂草种子对土壤有害物质的生成、土壤环境变化的响应程度不尽相同，但总体趋势一致，即采用本发明的应用方法对土壤进行处理后，杂草萌发率显著降低；与现有技术相比，本发明生态环保，处理时间短，效果好，适应各种土壤环境下蔬菜作物种植后形成的杂草丛生的土壤；经本发明处理后能够显著降低土壤中杂草的密度，降低杂草的多样性和均匀度，对提高作物产量及经济效益效果显著。
附图说明
图1为实施例一中五组试验中的土壤的杂草密度；
图2为实施例一中经本发明中的应用方法处理后显著抑制的杂草种类；
图3为实施例二中未处理对照与采用本发明的应用方法处理后的田间杂草生物量；
图4为实施例二中未处理对照与采用本发明的处理方法处理后的芹菜产量；其中，图中具备相同字母代表同一杂草不同处理间杂草数量差异不显著。
具体实施方式
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
1、有机制剂的制备
紫花苜蓿，总有机碳：399.1g/kg，总有机氮：13.45g/kg，碳氮比：29.67。
水稻秸秆，总有机碳：437.1g/kg，总有机氮：9.66g/kg，碳氮比：45.25。
将紫花苜蓿和水稻秸秆粉碎后作为有机制剂的固体有机物料。将芽孢杆菌、曲霉按50:50的质量比例混合作为促分解配料，其中，芽孢杆菌为解淀粉芽孢杆菌。
以质量百分比计，上述促分解配料1％，余量为固体有机物料；将上述固体有机物料和促分解配料混合，转速为150转/分，80℃干燥40min，然后室温下自然冷却60min，获得有机制剂。
2、实施例
实施例1
利用1中获得的有机制剂在杂草高发土壤中进行杂草萌发抑制效果试验。
1)供试土壤概况
供试土壤采集自江苏省南京市栖霞区龙潭的休耕蔬菜田，该地块连作西兰花，因严重的连作障碍而荒废。采样时已撤棚，杂草丛生。土壤样本采集回实验室，自然风干，混合均匀后过2mm筛待用。该土壤基础理化性质为ph6.23、总有机碳51.2g/kg、总有机氮2.39g/kg。
2)试验设计
试验共设置五组：
第一组：空白对照(ck)；
第二组：100％田间最大持水量对照(a-ck)；
第三组：10g/kg有机制剂+100％田间最大持水量+覆膜(s-1)，即在每千克土壤内添加10g有机制剂，然后灌溉土壤至田间最大持水量，最后在土壤表面覆盖塑料薄膜，并将塑料薄膜的四周压实、密封；
第四组：20g/kg有机制剂+100％田间最大持水量+覆膜(s-2)，即在每千克土壤内添加20g有机制剂，然后灌溉土壤至田间最大持水量，最后在土壤表面覆盖塑料薄膜，并将塑料薄膜的四周压实、密封；
第五组：20g/kg有机制剂+100％田间最大持水量+覆膜+处理后施肥(sf-2)，即在每千克土壤内添加20g有机制剂，然后灌溉土壤至田间最大持水量，最后在土壤表面覆盖塑料薄膜，并将塑料薄膜的四周压实、密封，待揭去塑料薄膜后，对土壤进行施肥。
每组试验设置三个重复，于培养箱中随机排列放置，35℃条件下培养15天后揭去塑料薄膜。随后将土壤转至温室内进行种子萌发，室内温度控制在18℃～28℃，每隔3周对萌发的幼苗进行鉴定计数后拔除。在种子发芽期间，每天定时浇水保持土壤湿润以利于种子萌发，待无新的幼苗萌发时终止记录。
3)试验结果
由图1可以看出，五组试验的杂草密度有很大差异。ck中杂草密度最高，达到8155棵/m2，极显著地高于其他处理。与a-ck相比，采用本发明的应用方法(s-1和s-2)处理后的土壤中的杂草密度显著降低，且随着有机制剂施用量的增加而进一步降低，但不显著。而对采用本发明的应用方法处理后的土壤进行施肥(sf-2)会导致杂草密度的上升，较s-2增加19％，且与a-ck无显著差异。结果表明经淹水覆膜处理土壤和采用本发明的应用方法处理土壤均能显著降低土壤中杂草的萌发率，且本发明的应用方法与淹水覆膜相比，抑制效果更佳。
如图2所示，采用本发明的应用方法处理后的土壤内，无芒稗、牛筋草、野老鹳草、凹头苋、波斯婆婆纳和小藜数量显著降低。较ck相比，a-ck中牛筋草、野老鹳草、波斯婆婆纳和小藜中数量已经得到显著抑制，随着有机制剂的加入，无芒稗和凹头苋得到进一步抑制，而对采用本发明的应用方法处理后的土壤进行施肥(sf-2)，杂草数量有所上升，但仍显著低于ck。
如表1所示，a-ck和本发明的应用方法(s-1和s-2)均显著降低了杂草群落的多样性和均匀度，且采用本发明的应用方法处理后的土壤中的杂草群落的多样性和均匀度指数低于a-ck，但差异不显著。结果表明，应用本发明的应用方法对土壤进行处理，能够显著降低杂草群落的多样性和均匀度指数，显著增加丰富度指数。
表1：五组试验的土壤杂草群落的α多样性指数
注：具备相同字母代表同一杂草不同处理间杂草数量差异不显著。
实施例2
利用1中获得的有机制剂在杂草高发田块中进行杂草萌发抑制效果试验。
1)田间试验地概况
试验位于常州市春江镇笙绿农业科技有限公司，属亚热带季风气候，常年气候温和，雨量充沛。试验大棚的种植模式是黄瓜-芹菜轮作，由于大棚常年高密度种植蔬菜，土传病害和草害较为严重。该土壤基础理化性质为ph5.11、总有机碳16.7g/kg、总有机氮3.03g/kg。
2)试验设计
田间试验共设置两个处理：
1)对照；
2)采用本发明的应用方法处理土壤。
每个处理包含1个大棚，面积为1亩，每个棚中的3条垄作为三个生物学重复。具体操作如下，在本发明方法处理中，施加1t有机制剂，用旋耕机旋耕至与土壤充分混匀，喷灌至田间最大持水量并覆盖塑料薄膜。处理16天后揭膜种植芹菜，种植过程中对田间萌发的杂草不做任何处理，于收获前7天统计对照和本发明方法处理田块中杂草，并于收获时统计芹菜产量。
3)试验结果
如图3所示，与对照相比，采用本发明的应用方法处理后的田间的杂草的生物量，无论鲜重还是干重均显著降低，采用本发明的应用方法处理后，新鲜杂草的生物量为26.34g/m2，降至不到对照的1/3；采用本发明的应用方法处理后，烘干杂草的生物量降至不到对照的1/5。
如表2所示，采用本发明的应用方法处理后的土壤中萌发的杂草数量显著减少。采用本发明的应用方法处理后，马齿苋、碎米莎草、牛筋草、糠稷、小藜、千金子和凹头苋数量较对照相比均显著减少。
此外，如图4所示，本发明方法处理芹菜产量为22.6t/公顷，与对照相比提高了9.1t/公顷，显著高于对照组。
表2：对照和采用本发明的应用方法处理后的土壤中的杂草的种类和密度
注：具备相同字母代表同一杂草不同处理间杂草数量差异不显著。
按照本发明的应用方法对土壤进行处理，可创造土壤强还原环境，在此环境下，土壤中功能微生物大量繁殖，分解所施入的有机制剂产生有机酸，如乙酸、丁酸等，有机制剂分解所产生的有机酸是杀灭杂草种子的主要原因；其次，土壤强还原环境及此环境下生成的金属离子，如如fe2+和mn2+等均能对杂草种子具有一定的杀灭作用，尽管不同杂草种子对土壤有害物质的生成、土壤环境变化的响应程度不尽相同，但总体趋势一致，即采用本发明的应用方法对土壤进行处理后，杂草萌发率显著降低；与现有技术相比，本发明生态环保，处理时间短，效果好，适应各种土壤环境下蔬菜作物种植后形成的杂草丛生的土壤；经本发明处理后能够显著降低土壤中杂草的密度，降低杂草的多样性和均匀度，对提高作物产量及经济效益效果显著。
以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。