一种利用蚯蚓菌剂提高土壤氮素养分促生速生林木的方法

摘要

本发明公开一种利用蚯蚓菌剂提高土壤氮素养分促生速生林木的方法，属于林业生态技术领域。该方法具有：效果好：土壤总氮和有效氮组分含量在一年内显著升高。氮素含量提升幅度大：土壤全氮、有效氮的积累具有显著的协同增效作用。一举多得：猪粪、沼液联合蚯蚓、菌剂的施用不仅可快速提高土壤有效氮含量以及氮素肥力的稳定性，且可促进速生木的生长，基径、株高、冠幅相对于CK分别提高了1.7倍、1.3倍、5.1倍，消纳畜禽粪便污染。本发明研究表明，①蚯蚓、菌剂的施加可提高土壤中猪粪的分解速率使土壤氮素含量升高；②空气中的一些不能被植物利用的氮气转化为可利用的氮；③蚯蚓、菌剂本身含有碳、氮养分，其合施能够提高土壤氮素含量。

说明书

技术领域

本发明属于林业生态技术领域，特别涉及一种利用蚯蚓菌剂提高土壤氮素养分促生速生林木的方法。

背景技术

近年来养殖业的发展带来了大量的畜禽粪便，2015年我国规模化养殖业的畜禽粪便产量高达32.6亿吨。畜禽粪便中含有大量的N、P等营养营养元素，将其作为农用有机肥料既可培肥土壤、为植物生长提供所需养分、提高作物产量，又能处置大量畜禽粪便、解决环境污染问题。

氮素是植物生长的必需元素之一，是构成生命体最为重要的元素之一，是反映土壤质量、农田生态系统生产力的重要指标。我国土壤供应氮素较少，导致农田土壤普遍缺氮。施用氮肥是提高土壤氮素养分的重要途径，但我国氮肥利用率比较低，只有30～40％。长期施加大量无机氮肥容易超出了作物的吸收能力和土壤的固持能力，导致土壤氮素淋失，而有机肥料施加后其中氮素释放缓慢，在土壤中容易累积。因此，合理的利用有机肥料，加速有机肥氮素释放，同时快速消纳释放氮素营养、减少养分流失，这对提高土壤肥力，实现环境保护以及农业可持续发展等具有重要意义。

CN 103058720 A发明了一种用蛋白酶促进秸秆降解来增强土壤肥力的方法。在温度20～29℃条件下，将秸秆切粉粹为0.1～8cm小段，将蛋白酶液喷洒在粉碎秸秆上埋入土壤。由于农作物秸秆含有作物所需的大量营养元素和微量元素，还田作为肥料可以将其吸收的大部分营养元素归还给土壤。此发明解决了秸秆还田初期出现的氮含量下降问题，可以提高土壤氮素含量，土壤有效氮含量提高45％以上，可以改善土壤物理性状，增强土壤肥力，改善作物生长环境，变废为宝。

CN 105218266 A发明了一种提高土壤氮素含量的磷石膏土壤改良剂，所述改良剂由下列重量份原料制成：草木灰23～27，废弃青柠皮4～5、糠醛渣15～17、尿素12～15、硫酸镍1～2、乳酸钙3～5、磷石膏90～110、赤泥18～22、碳法滤泥9～11、EN菌剂3～4、水适量。制备过程中磷石膏中的多种酸性成分能与赤泥强碱性互补，调节改良土壤的pH，青柠皮可以增加土壤腐殖质的含量。本发明在水稻种植期间施用，能够使水稻土壤的碱解氮含量提高20.6％，可以增强土壤品质，延缓土壤的退化，提高土壤可利用氮含量提高土壤肥力，改良土壤营养元素构成。

CN 101519321 A公开了华北地区潮土小麦玉米畜禽粪便有机肥与化肥配施方法。由畜禽粪便堆沤发酵后形成的畜禽粪便有机肥和尿素按照1200/7.25(重量比)的比例配合施用，此方法既可以充分发挥畜禽粪便有机肥肥效长，改良土壤结构和肥力，又能够发挥速效无机氮肥能迅速供给生物生长对N肥的大量需求，使两种肥料充分发挥各自的特点，增加产品品质，提高作物产量，改良土壤，促进农村的发展。

CN 104529571 A发明了一种微生物菌种和蚯蚓双重处理的有机肥制作工艺，通过植物纤维、家禽粪便、微生物菌种和蚯蚓制作而成，生产的有机肥能够疏松土壤，显著改善土壤肥力。

目前，国内外的技术研发多集中在有机肥制备(蚯蚓、菌剂、酶等)、有机肥与化肥配施等方法提高农田土壤氮素含量，增强土壤肥力，而针对贫瘠旱坡地，土壤原位配施沼液、蚯蚓、菌剂，加速猪粪氮素(有机氮)转化的方法几乎没有。且现有技术普遍存在见效慢、制备过程繁琐、配方复杂等缺点。

发明内容

为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种利用蚯蚓菌剂提高土壤氮素养分促生速生林木的方法。该方法是通过两种蚯蚓，复合功能菌剂，协同猪粪、沼液的原位施用，既迅速提高旱坡地土壤有效氮含量，又快速被速生林木吸收，满足生长需求，减少氮素淋失，最终达到提高土壤肥力、促生速生林木、消纳猪粪废弃物、减少污染的目的。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种利用蚯蚓菌剂提高土壤氮素养分促生速生林木的方法，具体是利用蚯蚓、菌剂协同猪粪、沼液增加旱坡地土壤氮素养分，释放氮素养分被快速吸收，从而促进坡地速生林生长、减少面源污染的一种方法；黄梁木(Neolamarckia cadamba)、米老排(Mytilaria laosensis)速生林地位于猪场内，坡度约40度，每株林木间距5～6m，在每株林木的上半坡挖环形沟，用于有机肥和菌剂、蚯蚓的施加，建立自重力坡地滴灌系统用于灌溉沼液，分季节施加猪粪、沼液、复合菌剂、混合蚯蚓，包括如下步骤：

(1)秋季和冬季施加猪粪2.5～20kg/棵/次，冬季施入量是秋季的一半，施加方式为在树的上坡方向挖一深度在20～30cm环形沟，将猪粪均匀地撒入其中，覆土拌匀，填埋；

(2)每月都要施加沼液，施入量为2.5～20L/棵/次，旱季频次高于雨季；

(3)每隔三个月施加复合菌剂一次，施加量为0.25～1L/棵/次，每次施用量达到有效活菌数≤10¹¹cfu，施肥方式为浇灌施加；

(4)每隔三个月施加混合蚯蚓一次，每次施入量为80～320条/棵/次。蚓粪中的氮含量大约是土壤的1.2～1.7倍，一方面可以提高土壤中的可利用氮含量；一方面蚯蚓活动能够提高土壤和粪肥中氮素循环的速率。

步骤(1)中所述的猪粪为轻度腐熟的猪粪；腐熟的猪粪中本身含有大量的氮营养元素。

步骤(2)中所述的沼液的发酵原料为猪粪尿及冲圈废水，采用自重力滴灌系统，PVC管道和滴管技术进行灌溉，做到养殖废水零排放；

步骤(3)中所述的复合菌剂包括枯草芽孢杆菌(bacillus subtilis)HL-1、蜡状芽孢杆菌(bacillus cereus)NC-1和蜡样芽孢杆菌(bacillus cereus)B19中的至少2种。上述菌株对重金属有良好的耐受性，不会因猪粪中重金属在土壤中积累而失活或死亡，并且可以将大气中N₂还原为氨，增加土壤氮素含量。

所述的枯草芽孢杆菌(bacillus subtilis)HL-1已经在专利“201110282657.8、枯草芽孢杆菌HL-1及其在土壤解磷方面的应用”中公开，其保藏信息为：于2011年8月24日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号CGMCC No.5175。

所述的蜡状芽孢杆菌(bacillus cereus)NC-1已经在专利“201210573809.4、一株活化土壤养分的蜡状芽孢杆菌及其应用”中公开，该菌株于2012年5月21日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(CGMCC)，保藏编号CGMCC No.6127；

所述的蜡样芽孢杆菌(bacillus cereus)B19具有耐受和钝化重金属的功能，其保藏信息为：于2016年04月27日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，保藏编号CGMCC No.12405。

步骤(3)中所述的每次施用量达到有效活菌数优选为10¹⁰～10¹¹cfu；

步骤(4)中所述的混合蚯蚓包括两种，为表层种赤子爱胜蚓(Eisenia foetida)和内层种壮伟环毛蚓(Amynthas robustus)，所述的内层种壮伟环毛蚓与表层种赤子爱胜蚓的混合数量比例优选为1：3～1：7。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

(1)效果好。本试验中表明，土壤总氮和有效氮组分含量在一年内显著升高。速生林木高度、冠幅显著高于对照组。

(2)氮素含量提升幅度大。本发明中施肥一年后，同时施加猪粪、沼液、蚯蚓、菌剂土壤全氮含量相对不施肥处理(CK)提高了77.2％，相对施猪粪和沼液的处理组提高了57.3％，从积累的氮成分上看，土壤中90％以上的氮是以有机态化合物存在的。本方法施用后碱解有效氮相对CK提高了63.3％，酸解总氮含量相对于CK提高了55.2％，说明一年期施加猪粪、沼液、菌剂和蚯蚓对土壤全氮、有效氮的积累具有显著的协同增效作用。

(3)一举多得。猪粪、沼液联合蚯蚓、菌剂的施用不仅可以快速提高土壤有效氮含量以及氮素肥力的稳定性，而且可以促进速生木的生长，基径、株高、冠幅相对于CK分别提高了1.7倍、1.3倍、5.1倍，消纳畜禽粪便污染。

(4)本发明首次采用蚯蚓、菌剂协同猪粪、沼液提高土壤氮素含量的方法。研究表明，①蚯蚓、菌剂的施加可以提高土壤中猪粪的分解速率使得土壤氮素含量升高；②空气中的一些不能被植物利用的氮气转化为可利用的氮；③蚯蚓、菌剂本身含有碳、氮养分，其合施能够提高土壤氮素含量。

附图说明

图1是不同处理土壤全氮(TN)的含量变化图。

图2是不同处理土壤碱解氮(AN)的含量变化图

图3是不同处理土壤酸解总氮(HN)的含量变化图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

下面结合具体的试验对本发明作进一步的说明。

试验地位于广东省云浮市新兴县东成镇罗陈华农温氏猪场。试验点土壤为赤红壤。试验点土壤0～20cm耕作层土壤养分基础值：有机碳含量10.44g·kg^-1，全氮含量0.88g·kg^-1，速效磷含量21.95g·kg^-1，全钾含量1.71g·kg^-1，速效钾含量33.67g·kg^-1。

实施例1

一种利用蚯蚓菌剂提高土壤氮素养分促生速生林木的方法，利用猪粪、沼液、蚯蚓、菌剂提高土壤氮素含量的方法，在黄梁木速生林地围绕每株林木1m²的范围内，土壤0～20cm的深度范围内，分季节施用猪粪、沼液、复合菌剂和混合蚯蚓，由以下步骤组成：2013年8月和2013年11月分别施入猪粪(已腐熟)10Kg/棵/次、5Kg/棵/次；从试验布置开始(2013年8月)到试验布置一年(2014年8月)，4～9月为雨季施加沼液量为15L/棵/次、共4次，10～3月为旱季施加沼液量为15L/棵/次、共10次；每隔三个月施加复合菌剂枯草芽孢杆菌(bacillus>10cfu，两种混合蚯蚓的数量比例为1:5，施加30条内层种壮伟环毛蚓和150条表层种赤子爱胜蚓/棵/次。

实施例2

一种利用蚯蚓菌剂提高土壤氮素养分促生速生林木的方法，利用蚯蚓、菌剂提高土壤氮素含量的方法，在米老排速生林地围绕每株林木1m²的范围内，土壤0～20cm的深度范围内，分季节施用猪粪、沼液、复合菌剂和混合蚯蚓，由以下步骤组成：2013年8月和2013年11月分别施入猪粪(已腐熟)20Kg/棵/次、10Kg/棵/次；从试验布置开始(2013年8月)到试验布置一年(2014年8月)，4～9月为雨季施加沼液量为10L/棵/次、共4次，10～3月为旱季施加沼液量为20L/棵/次、共10次，每隔三个月施加复合菌剂枯草芽孢杆菌(bacillus>11cfu，两种混合蚯蚓的数量比例为1:7，施加40条内层种壮伟环毛蚓和280条表层种赤子爱胜蚓/棵/次。

实施例3

一种利用蚯蚓菌剂提高土壤氮素养分促生速生林木的方法，利用蚯蚓、菌剂提高土壤氮素含量的方法，在黄梁木速生林地围绕每株林木1m²的范围内，土壤0～20cm的深度范围内，分季节施用猪粪、沼液、复合菌剂和混合蚯蚓，由以下步骤组成：2013年8月和2013年11月分别施入猪粪(已腐熟)5Kg/棵/次、2.5Kg/棵/次；从试验布置开始(2013年8月)到试验布置一年(2014年8月)，4～9月为雨季施加沼液量为2.5L/棵/次、共4次，10～3月为旱季施加沼液量为5L/棵/次、共10次，每隔三个月施加复合菌剂枯草芽孢杆菌(bacillus>10cfu，两种混合蚯蚓的数量比例为1:3，施加20条内层种壮伟环毛蚓和60条内层种赤子爱胜蚓/棵/次。

效果实施例1

以实施例1的实施效果为例来看，同时施加猪粪、沼液、混合蚯蚓、复合菌剂的处理T(e+b)，施加猪粪、沼液和复合菌剂的处理(Tb)，施加猪粪、沼液和混合蚯蚓的处理(Te)，以不施肥只施用灌溉水的处理(CK)、同时施加猪粪和沼液的处理(T或Pm+S)作为对照。于2013年8月、11月和2014年2月、5月、8月施肥前采集0～20cm耕层的土壤样品，经处理后测定土壤全氮含量(TN)、碱解氮(AN)含量、硝态氮(NO₃^--N)含量、铵态氮(NH⁴⁺-N)含量以及酸解总氮(HN)(有机氮)含量。

表1土壤TN(g.kg^-1)、AN(mg.kg^-1)、NO₃^--N(mg.kg^-1)、NH₄⁺-N(mg.kg^-1)、HN(mg.kg^-1)含量

结果如表1和图1所示，整体上土壤全氮含量呈现逐渐升高的趋势，试验布置前，布置三个月，各处理土壤全氮(TN)含量没有出现显著性差异，试验布置6个月各处理土壤全氮含量表出现显著性差异，T(e+b)的土壤TN含量相对于其它处理明显升高，显著高于CK以及T处理，相对CK处理提高了57.1％，相对T处理提高了32.5％，相对Te和Tb处理差异不显著；试验布置9个月，T(e+b)的土壤TN含量显著高于其它处理(P＜0.05)，相对CK处理提高了100％，相对T处理提高了58％，试验布置12个月各处理土壤TN含量仍然表现出显著性差异(P＜0.05)，T(e+b)的土壤TN含量相对CK处理提高了77.2％，相对T处理提高了57.3％土壤。结果表明，长期施肥提高土壤全氮含量能力的强弱顺序为：T(e+b)＞Te＞Tb＞T＞CK。综上所述，本发明的处理能够使土壤全氮含量在一年内呈现逐渐增加的趋势，提高土壤无机氮含量。

结果如表1和图2所示，试验布置前各处理土壤碱解氮含量没有表现出显著性差异(P＜0.05)，试验布置3个月各处理土壤碱解氮含量表现出显著性差异(P＜0.05)，且施肥处理高于不施肥处理CK的碱解氮含量，之后各批次土壤碱解氮含量均表现出显著性差异，且在试验布置一年同时施加猪粪、沼液、蚯蚓、菌剂的处理T(e+b)显著高于其它处理。土壤铵态氮和硝态氮含量与试验布置前相比，整体升没有显著的提高作用。说明土壤碱解氮含量的增加不是由于土壤无机氮含量的增加所引起，可能由于土壤有机氮含量的增加而导致其含量的增加。

结果如表1和图3所示，试验布置前各处理土壤酸解总氮含量没有表现出显著性差异(P＜0.05)，试验布置三个月各处理土壤酸解总氮含量表现出显著性差异(P＜0.05)，T(e+b)的土壤酸解总氮含量相对于其它处理明显升高，之后各批次各处理土壤酸解总氮含量均出现显著性差异(P＜0.05)，且在试验布置一年T(e+b)的土壤酸解总氮相对于CK提高了50.9％，相对于T提高了23.3％，各处理土壤酸解总氮含量高低顺序为T(e+b)＞Te＞Tb＞T＞CK。综上所述，本发明的处理能提高土壤有机氮的含量。

结果的分析：猪粪、沼液配施处理使土壤有机氮以及无机氮含量均有所增加。蚯蚓施用于猪粪农用土壤中可以明显提高土壤氮素含量，而菌剂对土壤氮素的提高作用不够明显，但当与蚯蚓、菌剂同时施用于猪粪、沼液农用土壤中对有机、无机氮含量的提升效果最为明显，原因可能是猪粪、沼液、配施蚯蚓、菌剂的施加能够显著提高土壤碳含量，蚯蚓的施加加速了土壤碳素的转化，可以改善土壤的有机质特性，从而增加土壤的活性有机氮库，另一方面可能是因为生物菌剂中含有固氮微生物，可以将大气中N₂还原为氨，因此能够增加土壤中的氮素含量。

黄粱木生长指标，见表2。

表2黄粱木生长指标

结果如表2所示，整体上同时施加猪粪、沼液、混合蚯蚓、复合菌剂的处理能够显著促进黄粱木的生长。试验布置三个月，该施用方法就开始发挥作用，基径、株高、冠幅分别是CK处理的3.4倍、3.7倍、6.9倍。布置一年后，T(e+b)处理中黄粱木的基径、株高、冠幅分别是CK处理的2.7倍、2.3倍、6.1倍。

以上实例均能够提高土壤氮素含量，猪粪的消化速率，土壤肥力，且三个实例结果相似。

综上所述，本发明集成了猪粪发酵、沼液的排灌系统、蚯蚓的开发利用、菌肥的资源化利用以及黄梁木的栽培等技术，形成了“猪粪—沼液—蚯蚓—菌肥—作物”生态利用模式，减少了猪粪对环境的污染，实现了资源化利用，可以为建立良好的施肥体系以及土壤改良提供科学的数据支撑。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。