一种围垦区新生地土壤改良方法与流程

[0001]
本发明涉及土壤改良技术领域，具体为一种利用城市含盐餐厨垃圾堆肥产物对围垦区新生地土壤的改良方法。


背景技术：

[0002]
目前，以农业废弃物、污泥和畜禽粪便为原料的有机肥改良贫瘠土壤以及餐厨垃圾制备的有机肥成分含量的研究已有报道，采用餐厨垃圾堆肥作为土壤改良剂用于围垦区新生土壤改良的研究还鲜见报道。虽然餐厨垃圾营养元素含量丰富，有很高的土壤改良应用潜力，但由于其含盐量高且难脱盐的特点，施用不当可能增加土地盐渍化风险。
[0003]
专利号为201711324166.9的中国专利公开了一种餐厨垃圾堆肥用于土壤改良的方法，该方法包括生物炭吸附双氧水、餐厨垃圾固液分离、混合浸渍生物炭和餐厨废渣、混合腐熟农林废弃物和混合渣、再次堆肥发酵、形成餐厨肥料、配制混合土、配制回填土等步骤。在这个专利中，方法步骤较复杂，而且没有解决餐厨垃圾含盐量高导致土壤盐渍化的问题。
[0004]
利用真盐生植物修复盐渍土的机理研究比较成熟，在实际应用中也取得良好效果。以碱蓬为例，碱蓬为黎科、碱蓬属，一年生草本植物，是叶肉质化的真盐生植物，主要生长在海滨、湖边和荒漠等严重盐渍化地区，是目前开发利用比较成熟的典型盐渍化改良植物。碱蓬可耐24.0g/kg的盐水浇灌，能在土壤含盐量为25.0g/kg的盐渍土上正常生长，真盐生极限达到35.0g/kg。张立宾等人利用碱蓬改良盐渍土，发现在盐渍土上种植碱蓬3年后，土壤中含盐量从16.4g/kg降低至12.0g/kg，脱盐率达到26.83％。翅碱蓬能在含盐量为12.71g/kg的盐渍土中正常生长。而且，碱蓬苗期茎叶鲜嫩、营养丰富，叶蛋白含量达50％，可做蔬菜，其种子富含不饱和脂肪酸，可以提炼共轭亚油酸(cla)，cla在医学界有防治各种癌症、降低生物体脂肪等功效，榨油后的菜籽饼作为牲畜饲料适口性好，已在国内外受到重视。饲喂硬枝碱蓬还可显著提高羊的生长性能、抗病能力、营养状况和肉质。饲喂盐地碱蓬还可显著提高羊的生长性能、净肉率，降低料肉比和脂肪率。
[0005]
目前还没有文献将真盐生植物与餐厨垃圾堆肥联合改良土壤，提高土壤肥力。


技术实现要素：

[0006]
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种利用城市含盐餐厨垃圾堆肥产物对围垦区新生地土壤的改良方法。
[0007]
为实现上述目的，本发明提供一种围垦区新生地土壤改良方法，在待改良土壤上施加城市含盐餐厨垃圾堆肥产物，然后种植真盐生植物，待所述真盐生植物成熟收割后进行经济作物的种植。
[0008]
作为本发明一种优选的实施方式，所述方法具体包括如下步骤：
[0009]
步骤(1)，收集城市含盐餐厨垃圾堆肥产物；
[0010]
步骤(2)，在待改良土壤上施加所述城市含盐餐厨垃圾堆肥产物；
[0011]
步骤(3)，8-12天后，在步骤(2)得到的土壤上种植真盐生植物；
[0012]
步骤(4)，待所述真盐生植物成熟收割后进行经济作物的种植。
[0013]
作为本发明一种优选的实施方式，所述真盐生植物选自真盐生植物中，分布于滨海地区的碱蓬属植物如盐地碱蓬，猪毛菜属植物如猪毛菜，盐角草属植物如盐角草；分布于内陆地区的盐穗木属植物如盐穗木，盐节木属植物如盐节木，盐爪爪属植物如圆叶盐爪爪、尖叶盐爪爪等,滨藜属植物如四翅滨藜(外来物种)中的至少一种。
[0014]
作为本发明一种优选的实施方式，所述城市含盐餐厨垃圾堆肥产物与所述待改良土壤的质量比为(0.1-0.2):1。
[0015]
作为本发明一种优选的实施方式，所述城市含盐餐厨垃圾堆肥产物与所述待改良土壤的质量比为0.15:1。
[0016]
作为本发明一种优选的实施方式，种植真盐生植物时保持75％-85％的田间持水量。
[0017]
作为本发明一种优选的实施方式，种植真盐生植物时保持80％的田间持水量。
[0018]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0019]
本发明采用真盐生植物与餐厨垃圾堆肥联合改良新生土壤，通过施加餐厨垃圾堆肥产物提高土壤肥力，通过种植真盐生植物来降低施加堆肥产物带来的土壤盐渍化风险；本发明的农田土壤改良方法操作简单，综合考虑了土壤肥力提升和土壤盐渍化风险控制两方面的措施，为围垦区新生地土壤改良提供了新方法，不仅显著且全面提升了土壤肥力，并提高了土壤微生物活性，促进碳、氮、磷等元素转化利用，最终有利于后茬作物的生长。
附图说明
[0020]
图1为不同改良处理对土壤ph的影响的图表。
[0021]
图2为不同改良处理对土壤电导率的影响的图表。
[0022]
图3为不同改良处理对土壤营养元素含量的影响的图表。
[0023]
图4为不同改良处理对土壤碱性磷酸酶的影响的图表。
[0024]
图5为不同改良处理对土壤蔗糖酶的影响的图表。
[0025]
图6为不同改良处理对土壤脲酶的影响的图表。
[0026]
图7为不同改良处理对土壤微生物量碳的影响的图表。
[0027]
图8为不同改良处理对土壤微生物量氮的影响的图表。
具体实施方式
[0028]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
[0029]
本发明提供一种围垦区新生地土壤改良方法，所述方法具体包括如下步骤：
[0030]
步骤(1)，收集城市含盐餐厨垃圾堆肥产物；
[0031]
步骤(2)，在待改良土壤上施加所述城市含盐餐厨垃圾堆肥产物；
[0032]
步骤(3)，10天后，在步骤(2)得到的土壤上种植真盐生植物；
[0033]
步骤(4)，待所述真盐生植物成熟收割后进行经济作物的种植。
[0034]
作为本发明一种优选的实施方式，所述真盐生植物选自藜科植物中，分布于滨海地区的碱蓬属植物如盐地碱蓬，猪毛菜属植物如猪毛菜，盐角草属植物如盐角草；分布于内陆地区的盐穗木属植物如盐穗木，盐节木属植物如盐节木，盐爪爪属植物如圆叶盐爪爪、尖叶盐爪爪等,滨藜属植物如四翅滨藜(外来物种)中的至少一种。在本实施例中，所述真盐生植物选用盐地碱蓬作为示例。
[0035]
实施案例：
[0036]
1.材料来源：
[0037]
在崇明区横沙岛新围垦地采集足量鲜土晾干，去除根系等杂物，磨碎过10mm筛，用作控制试验的供试土壤。供试土壤为砂质土，以种植水稻为主，含沙量多，颗粒粗糙，渗水速度快。试前土壤的ph值为8.96，电导率497.43μs/cm，水溶性盐总量1.01g/kg全氮0.29g/kg，全磷0.54g/kg，全钾14.85g/kg，有机质2.7g/kg，有效磷3.35mg/kg，水解性氮10.5mg/kg，速效钾63.5mg/kg。
[0038]
供试堆肥产物来自于城市厨余垃圾的好氧堆肥。堆肥产物取回后，自然风干，去除大颗粒杂物，磨碎过10mm筛备用。供试堆肥产物ph6.22，电导率12.17ms/cm，水溶性盐总量11.3g/kg，全氮11.2g/kg，全磷4.26g/kg，全钾2.26g/kg，有机质354g/kg，有效磷630mg/kg，水解性氮1240mg/kg，速效钾1320mg/kg。供试堆肥产物的原料是来自餐饮行业、社区以及菜场的湿垃圾，采用高温好氧堆肥技术。
[0039]
供试植物为盐地碱蓬(suaeda salsa(l.)pall.)，种子购买于种子公司。
[0040]
2.试验方案设计：
[0041]
试验共设置一个无改良剂对照组(ck)和五个处理组(见表1)，分别对应堆肥产物的六个施加比例，每组设置四个平行。将供试堆肥产物与供试土壤充分混匀后装入容积为3加仑的花盆中，保持80％田间持水量稳定放置10天后移栽入提前准备好的碱篷幼苗，每盆最终保留四棵长势均一的碱篷植株，并定期人工除草。实验期间定期添加纯水，保证所有处理有相同的含水量(80％田间持水量)、温度与光照条件。
[0042]
表1餐厨垃圾堆肥联合碱蓬改良新生土壤的试验方案
[0043][0044]
3.样品采集与检测：
[0045]
从移栽入碱蓬幼苗开始，五个月后碱蓬收获后结束，采集开始和结束两次土样。采得的部分鲜土立即用干冰低温保存，并尽快进行微生物基因的pcr扩增和后续的测序分析。
留取足量鲜土测定土壤微生物量碳和微生物量氮；剩余土样风干，研磨，分别过20目和100目筛，测定土壤ph、ec、有机质、tn、tp、tk、速效p、速效k、碱解氮、微生物量碳、微生物量氮、蔗糖酶活性、脲酶活性、碱性磷酸酶活性。
[0046]
土壤ph使用mettler toledo公司生产的fiveeasy plus ph计(水:土＝5:1)进行测定；ec使用mettler toledo公司生产的fiveeasy plus plus电导率仪(水:土＝5:1)进行测定；土样由稀盐酸处理后用elementar vario toc总有机碳分析仪测定toc；全氮使用凯氏定氮法测定，土样经过浓硫酸消煮，用氢氧化钠碱化，加热蒸馏出来的氨用硼酸吸收，最后用酸标准溶液滴定；碱解氮使用碱解扩散法测定，用1.8mol/l氢氧化钠溶液处理土壤，在扩散皿中进行水解、还原、扩散和吸收，于40℃下保温24h，最后用酸标准溶液滴定；全磷，土样由浓硫酸消解后，使用钼锑抗比色法测定；有效磷经碳酸氢钠溶液浸提，用钼锑抗比色法测定；全钾使用火焰原子吸收分光光度法测定；速效钾采用乙酸铵浸提-火焰光度法测定；有机质，土样经重铬酸钾-硫酸消煮后，用硫酸亚铁标液滴定测定有机碳量，再乘以常数1.724求得有机质含量；微生物量碳和微生物量氮，经氯仿熏蒸提取后使用elementar vario toc总有机碳分析仪测定；蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水杨酸比色法，以每24小时每克土壤在37℃下酶促反应产生的葡萄糖毫克数来表示蔗糖酶活性；脲酶活性采用苯酚-次氯酸钠比色法测定，以每24小时每克土壤在37℃下酶促反应产生的氨氮毫克数来表示脲酶活性；碱性磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法测定，以每24小时每克土壤在37℃下酶促反应产生的酚毫克数来表示碱性磷酸酶活性。
[0047]
结束后采集碱篷完整植株，测定每盆中碱篷的的平均株高；用植物根系扫描系统winrhizo测定每盆中碱篷的平均根表面积。将植株烘干后测得地上地下部干重。
[0048]
4.结果分析：
[0049]
4.1餐厨垃圾堆肥产物结合碱蓬对土壤ph的影响
[0050]
图1为上述不同改良处理对土壤ph的影响，在图中，同一时间不同字母表示组间存在显著差异(p<0.05)。
[0051]
土壤ph的大小直接决定了是否适宜作物生长。图为施用不同比例的餐厨垃圾堆肥产物后土壤ph的变化情况。如图1可知，供试土壤的初始ph为8.96，呈弱碱性，添加堆肥产物显著降低了土壤ph值，ph由碱性趋近于中性，其减小幅度与堆肥产物施加量呈正相关。处理五个月后，各处理组土壤ph相较于处理初期，都有所增加，但随添加比例的增加，处理组土壤ph依然呈现显著的下降趋势。这可能是由于堆肥过程中会产生大量的腐殖酸等有机酸，随着盆栽实验的进行，有机酸又被逐渐转化。w5、w10、w15、w20、w30处理中的ph相较于ck分别下降了0.17、0.32、0.5、0.62、1.13个单位，说明餐厨垃圾堆肥产物添加有助于降低土壤ph值，对碱性土壤的ph改良呈现积极趋势。
[0052]
4.2餐厨垃圾堆肥产物结合碱蓬对土壤电导率的影响
[0053]
图2为上述不同改良处理对土壤电导率的影响，在图中，同一时间不同字母表示组间存在显著差异(p<0.05)。
[0054]
对土壤分析而言，含盐量是一个重要的综合指标，而测定土壤中的电导率可以间接反映土壤的盐分含量。由图2可知，改良初期各处理组的土壤电导率相对于ck组都有显著提升，且随堆肥产物添加比例的增加，ec值呈递增趋势，这是由于餐厨垃圾中含有大量的无机盐分，直接施入土壤导致土壤含盐量迅速上升。处理五个月后，各处理组土壤电导率都有
显著下降，其中w5、w10、w15与ck组没有显著差异。ck、w5、w10、w15、w20、w30相较于试验初期分别下降了23.9％、45.2％、53.4％、68.5％、69.9％、61.1％。说明碱篷的生长有助于降低土壤含盐量，可能是由于随着碱篷的生长，其聚盐特性吸收了土壤中的部分无机盐。
[0055]
4.3餐厨垃圾堆肥产物结合碱蓬对土壤营养元素含量的影响
[0056]
图3为上述不同改良处理对土壤营养元素含量的影响，在图中，同一时间不同字母表示组间存在显著差异(p<0.05)。
[0057]
表2为上述不同改良处理对土壤营养元素含量的数值表。表2中，数据为均值
±
标准差，同一列中不同字母表示同一指标不同处理间有显著差异(p<0.05)。
[0058]
表2
[0059][0060][0061]
氮、磷、钾作为植物生长所必需的也是需求量最大的三种营养元素，参与构成了植物体内蛋白质、核酸、酶等多种重要化合物，其含量决定了土壤的养分水平与植物生长状态。由图3和表2可知，土壤全氮、全磷含量总体表现为随着堆肥产物施加比例的增加而增加，除w5和ck全氮含量差异不显著外，其他处理组的全氮、全磷含量均显著高于ck对照组，其中w10、w15之间的全氮、全磷含量差异都不显著。w5、w10、w15、w20、w30的土壤全氮相较于ck分别提高了73.5％、156.4％、195.7％、294.9％、453％，全磷分别提高了19.3％、32.6％、38.9％、75.2％、107.1％。各处理组与对照组的土壤全钾含量没有显著差异，是由于钾元素作为土壤中含量最高的营养元素，其含量在地壳所有矿质元素和营养元素中分别居第7和第4位，而堆肥产物全钾含量远低于供试土壤对土壤全钾含量影响有限。
[0062]
土壤有机质的主要成分为组成和结构各异的c、n有机化合物，其含量多少是评价土壤肥力水平的一项重要指标，它对土壤养分供应、土壤结构、土壤的生态功能都有重要的影响。由表2可知，土壤有机质含量呈现为随着堆肥产物施加比例的增加而递增，各处理组的有机质含量均显著高于ck对照组，其中w10、w15之间差异不显著。w5、w10、w15、w20、w30的土壤全氮相较于ck分别增加了2.16、4.58、6.16、9.37、12.92倍。
[0063]
土壤碱解氮主要来自土壤有机质的矿化和施入土壤肥料中的速效成分，是作物氮营养的主要来源，可以直接被植物根系吸收和利用，在植物生长过程中起到了很重要的作用，是评价土壤养分的重要指标。因此，土壤中碱解氮含量多少和变化趋势反映了土壤中速效氮素的供应情况，是评价土壤供肥能力的指标之一。土壤速效磷是指那些能够直接被植物吸收和利用的无机磷或者小分子有机磷，其含量能准确的评价土壤磷素的供磷能力。由
于土壤中89.8％～96.8％的钾素是以矿物态存在的，植物难以吸收利用，所以速效钾也是作物生长发育过程中所必须的营养之一，是评价土壤肥力的一个重要指标。由图可知，土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量随着堆肥产物施加比例的增加都呈现增加的趋势。其中，各处理组的碱解氮含量均显著高于ck对照组，且各组间差异显著。有效磷含量除w5与ck差异不显著外，其余处理组均显著高于ck对照组。ck、w5、w10、w15速效钾含量差异不显著，w20、w30速效钾含量显著高于其他处理组。
[0064]
从氮、磷、钾营养元素与有机质角度来看，随着堆肥产物施加比例的增加，各营养元素指标都有比较显著的递增趋势，土壤肥力得到显著提高。
[0065]
4.4餐厨垃圾堆肥产物结合碱蓬对土壤生物指标的影响
[0066]
图4、图5、图6、图7和图8分别是上述不同改良处理对土壤生物指标(碱性磷酸酶、蔗糖酶、脲酶、土壤微生物量碳、土壤微生物量氮)的影响。在这些图中，同一时间不同字母表示组间存在显著差异(p<0.05)。
[0067]
碱性磷酸酶的活性表征了土壤供磷能力，土壤中的磷酸酶参与了有机磷的矿化与分解过程，促进植物对磷的吸收。从图4、图5、图6中可以看出各处理间，土壤碱性磷酸酶、脲酶、蔗糖酶三种酶活性基本表现出一样的变化趋势，均表现为随着堆肥产物施加比例的增加而增加。各处理组的碱性磷酸酶的活性均显著高于ck，组间也呈显著性差异。堆肥产物施加五个月后，除w20碱性磷酸酶的活性比试验初期略有下降，其余处理组都有不同程度的提升。
[0068]
脲酶是一种酞胺酶，可以有效地水解有机物分子中的肽键。在所有类型的土壤酶中，脲酶是唯一对尿素在土壤中的转化存在重大影响的酶，而尿素本身作为一种重要的氮肥，在土壤肥料施用当中有着不可替代的地位。从图中可以看出，土壤脲酶活性与碱性磷酸酶活性的变化趋势基本一致。试验五个月后w5、w10、w15、w20、w30的土壤脲酶活性相较于初期分别提高了10.2％、14％、30.7％、66.9％、61.2％，其中高施加比例的处理组提升幅度较大。
[0069]
土壤蔗糖酶通过催化蔗糖水解反应，参与碳水化合物的转化，将土壤中的蔗糖分子水解成能被植物和土壤微生物直接吸收利用的葡萄糖和果糖，其活性大小在一定程度上反映了土壤有机碳积累与分解转化的强弱，是参与土壤碳素循环的重要酶。堆肥产物施加初期，w5、w10、w15、w20、w30的土壤蔗糖酶活性相较于ck分别增加了0.24mg/(g
·
d)、0.52mg/(g
·
d)、0.96mg/(g
·
d)、1.6mg/(g
·
d)和4.42mg/(g
·
d)。试验进行五个月后，w30的土壤蔗糖酶活性显著低于试验初期水平，与w20无显著差异，且w5与w10无显著差异。
[0070]
土壤微生物生物量是指生活在土壤中微生物活体的总量。土壤微生物生物量虽然在土壤有机质中占的比例很小，但在碳、氮、磷等元素的循环过程中作用巨大。土壤微生物生物量是土壤养分循环和物质转化过程的驱动力，同时也是植物营养元素的源和库，可以灵敏的反应土壤中生化反应的强度，也能准确的反映土壤供肥能力和土壤健康状况的变化。
[0071]
土壤微生物量碳是土壤有机质中易变化且活性高的部分，是土壤养分重要的“源”。由图7可知，各处理组的土壤微生物量碳均显著高于对照组，随着堆肥产物施加比例的提升，土壤微生物量碳呈上升趋势，但w10、w15、w20差异并不显著，而w30显著高于其他处理组。
[0072]
土壤微生物量氮是土壤氮素的重要储备库和有机氮素的重要组成部分，对土壤氮素循环和转换过程起着极其重要的调节作用。由图8可知，施用堆肥产物显著提高了土壤微生物量氮。各处理大致表现为：w30>w20>w10>w15>w5>ck，其中w20和w10，w10和w15差异不显著。
[0073]
4.5餐厨垃圾堆肥产物对碱蓬生长的影响
[0074]
表3是不同处理组碱蓬生长指标的数值表。
[0075]
表3
[0076][0077]
改良土壤的目的是为了提高土壤的生产力，进而增加其耕作性能。各处理组对碱篷生长的影响详见表3。从表3可以看出堆肥产物的施加对碱篷的生长产生了显著提升效果，各处理组株高和地上部生物量相比于空白对照组都得到显著提升。各处理组中w15的株高和地上部生物量都是最大值，分别达到了80.95cm和33.73g，且株高显著高于其他处理组。w5、w10、w20、w30之间株高差异不显著，但w5地上部生物量显著低于其他处理组。
[0078]
ck组碱篷的根冠比显著高于对照组，达到0.11，植株生物量更多的向地下分配。而各处理组间的根冠比并没有显著差异。各组碱篷的根表面积变化趋势与株高和地上部生物量类似，对照组显著低于处理组，而各处理组差异不显著，相比之下w15根表面积略高于其余处理组。说明施加餐厨垃圾堆肥产物对提高土壤肥力效果明显，对于碱篷而言，在5％、10％、15％、20％、30％五个堆肥产物施加比例中，15％施加比例下，对碱篷的生长最为有利。
[0079]
综合以上研究数据来看，w15处理组相较于对照组，其土壤肥力指标得到大幅度提升，且最有利于碱篷的生长；与其他处理组相比，在处理150天后，其土壤电导率最低，土壤盐渍化风险最小。故选择w15处理作为最优改良方法。
[0080]
表4是处理前后土壤各项理化指标的数值变化表。
[0081]
表4
[0082][0083]
从表4可以看出，将采用w15改良处理的土壤各项指标试与供试土壤背景值进行比较：土壤ph较供试土壤背景值降低5.52％；土壤电导率ec较供试土壤背景值降低2.93％,较处理初期降低68.51％；土壤有机质提高6.15倍；土壤全磷提高39.07％；土壤有效磷提高14.53倍；土壤全氮提高1.98倍；土壤水解性氮提高6.46倍；土壤速效钾提高94.49％。上述数据说明土壤主要营养元素指标显著提升，土壤碱性ph得到一定程度的缓解，且没有加剧土壤盐渍化风险。
[0084]
w15改良处理组较供试土壤背景值：土壤碱性磷酸酶活性提升4.53倍，土壤脲酶活性提升14.14倍；土壤蔗糖酶活性提升10.3倍，土壤酶活的提升有利于促进土壤氮、磷、碳素循环。土壤微生物量碳提高17.19倍；土壤微生物量氮提高18.47倍。上述数据说明土壤微生物活性显著提升。
[0085]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。