一種利用蚯蚓菌劑提高土壤氮素養分促生速生林木的方法與流程

本發明屬于林業生態技術領域，特別涉及一種利用蚯蚓菌劑提高土壤氮素養分促生速生林木的方法。

背景技術：

近年來養殖業的發展帶來了大量的畜禽糞便，2015年我國規模化養殖業的畜禽糞便產量高達32.6億噸。畜禽糞便中含有大量的N、P等營養營養元素，將其作為農用有機肥料既可培肥土壤、為植物生長提供所需養分、提高作物產量，又能處置大量畜禽糞便、解決環境污染問題。

氮素是植物生長的必需元素之一，是構成生命體最為重要的元素之一，是反映土壤質量、農田生態系統生產力的重要指標。我國土壤供應氮素較少，導致農田土壤普遍缺氮。施用氮肥是提高土壤氮素養分的重要途徑，但我國氮肥利用率比較低，只有30～40％。長期施加大量無機氮肥容易超出了作物的吸收能力和土壤的固持能力，導致土壤氮素淋失，而有機肥料施加后其中氮素釋放緩慢，在土壤中容易累積。因此，合理的利用有機肥料，加速有機肥氮素釋放，同時快速消納釋放氮素營養、減少養分流失，這對提高土壤肥力，實現環境保護以及農業可持續發展等具有重要意義。

CN 103058720 A發明了一種用蛋白酶促進秸稈降解來增強土壤肥力的方法。在溫度20～29℃條件下，將秸稈切粉粹為0.1～8cm小段，將蛋白酶液噴灑在粉碎秸稈上埋入土壤。由于農作物秸稈含有作物所需的大量營養元素和微量元素，還田作為肥料可以將其吸收的大部分營養元素歸還給土壤。此發明解決了秸稈還田初期出現的氮含量下降問題，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狀，增強土壤肥力，改善作物生長環境，變廢為寶。

CN 105218266 A發明了一種提高土壤氮素含量的磷石膏土壤改良劑，所述改良劑由下列重量份原料制成：草木灰23～27，廢棄青檸皮4～5、糠醛渣15～17、尿素12～15、硫酸鎳1～2、乳酸鈣3～5、磷石膏90～110、赤泥18～22、碳法濾泥9～11、EN菌劑3～4、水適量。制備過程中磷石膏中的多種酸性成分能與赤泥強堿性互補，調節改良土壤的pH，青檸皮可以增加土壤腐殖質的含量。本發明在水稻種植期間施用，能夠使水稻土壤的堿解氮含量提高20.6％，可以增強土壤品質，延緩土壤的退化，提高土壤可利用氮含量提高土壤肥力，改良土壤營養元素構成。

CN 101519321 A公開了華北地區潮土小麥玉米畜禽糞便有機肥與化肥配施方法。由畜禽糞便堆漚發酵后形成的畜禽糞便有機肥和尿素按照1200/7.25(重量比)的比例配合施用，此方法既可以充分發揮畜禽糞便有機肥肥效長，改良土壤結構和肥力，又能夠發揮速效無機氮肥能迅速供給生物生長對N肥的大量需求，使兩種肥料充分發揮各自的特點，增加產品品質，提高作物產量，改良土壤，促進農村的發展。

CN 104529571 A發明了一種微生物菌種和蚯蚓雙重處理的有機肥制作工藝，通過植物纖維、家禽糞便、微生物菌種和蚯蚓制作而成，生產的有機肥能夠疏松土壤，顯著改善土壤肥力。

目前，國內外的技術研發多集中在有機肥制備(蚯蚓、菌劑、酶等)、有機肥與化肥配施等方法提高農田土壤氮素含量，增強土壤肥力，而針對貧瘠旱坡地，土壤原位配施沼液、蚯蚓、菌劑，加速豬糞氮素(有機氮)轉化的方法幾乎沒有。且現有技術普遍存在見效慢、制備過程繁瑣、配方復雜等缺點。

技術實現要素：

為了克服現有技術的缺點與不足，本發明的目的在于提供一種利用蚯蚓菌劑提高土壤氮素養分促生速生林木的方法。該方法是通過兩種蚯蚓，復合功能菌劑，協同豬糞、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，滿足生長需求，減少氮素淋失，最終達到提高土壤肥力、促生速生林木、消納豬糞廢棄物、減少污染的目的。

本發明的目的通過下述技術方案實現：

一種利用蚯蚓菌劑提高土壤氮素養分促生速生林木的方法，具體是利用蚯蚓、菌劑協同豬糞、沼液增加旱坡地土壤氮素養分，釋放氮素養分被快速吸收，從而促進坡地速生林生長、減少面源污染的一種方法；黃梁木(Neolamarckia cadamba)、米老排(Mytilaria laosensis)速生林地位于豬場內，坡度約40度，每株林木間距5～6m，在每株林木的上半坡挖環形溝，用于有機肥和菌劑、蚯蚓的施加，建立自重力坡地滴灌系統用于灌溉沼液，分季節施加豬糞、沼液、復合菌劑、混合蚯蚓，包括如下步驟：

(1)秋季和冬季施加豬糞2.5～20kg/棵/次，冬季施入量是秋季的一半，施加方式為在樹的上坡方向挖一深度在20～30cm環形溝，將豬糞均勻地撒入其中，覆土拌勻，填埋；

(2)每月都要施加沼液，施入量為2.5～20L/棵/次，旱季頻次高于雨季；

(3)每隔三個月施加復合菌劑一次，施加量為0.25～1L/棵/次，每次施用量達到有效活菌數≤10¹¹cfu，施肥方式為澆灌施加；

(4)每隔三個月施加混合蚯蚓一次，每次施入量為80～320條/棵/次。蚓糞中的氮含量大約是土壤的1.2～1.7倍，一方面可以提高土壤中的可利用氮含量；一方面蚯蚓活動能夠提高土壤和糞肥中氮素循環的速率。

步驟(1)中所述的豬糞為輕度腐熟的豬糞；腐熟的豬糞中本身含有大量的氮營養元素。

步驟(2)中所述的沼液的發酵原料為豬糞尿及沖圈廢水，采用自重力滴灌系統，PVC管道和滴管技術進行灌溉，做到養殖廢水零排放；

步驟(3)中所述的復合菌劑包括枯草芽孢桿菌(bacillus subtilis)HL-1、蠟狀芽孢桿菌(bacillus cereus)NC-1和蠟樣芽孢桿菌(bacillus cereus)B19中的至少2種。上述菌株對重金屬有良好的耐受性，不會因豬糞中重金屬在土壤中積累而失活或死亡，并且可以將大氣中N₂還原為氨，增加土壤氮素含量。

所述的枯草芽孢桿菌(bacillus subtilis)HL-1已經在專利“201110282657.8、枯草芽孢桿菌HL-1及其在土壤解磷方面的應用”中公開，其保藏信息為：于2011年8月24日保藏于中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心，保藏編號CGMCC No.5175。

所述的蠟狀芽孢桿菌(bacillus cereus)NC-1已經在專利“201210573809.4、一株活化土壤養分的蠟狀芽孢桿菌及其應用”中公開，該菌株于2012年5月21日保藏于中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心(CGMCC)，保藏編號CGMCC No.6127；

所述的蠟樣芽孢桿菌(bacillus cereus)B19具有耐受和鈍化重金屬的功能，其保藏信息為：于2016年04月27日保藏于中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心，保藏地址：北京市朝陽區北辰西路1號院3號，保藏編號CGMCC No.12405。

步驟(3)中所述的每次施用量達到有效活菌數優選為10¹⁰～10¹¹cfu；

步驟(4)中所述的混合蚯蚓包括兩種，為表層種赤子愛勝蚓(Eisenia foetida)和內層種壯偉環毛蚓(Amynthas robustus)，所述的內層種壯偉環毛蚓與表層種赤子愛勝蚓的混合數量比例優選為1：3～1：7。

本發明相對于現有技術，具有如下的優點及效果：

(1)效果好。本試驗中表明，土壤總氮和有效氮組分含量在一年內顯著升高。速生林木高度、冠幅顯著高于對照組。

(2)氮素含量提升幅度大。本發明中施肥一年后，同時施加豬糞、沼液、蚯蚓、菌劑土壤全氮含量相對不施肥處理(CK)提高了77.2％，相對施豬糞和沼液的處理組提高了57.3％，從積累的氮成分上看，土壤中90％以上的氮是以有機態化合物存在的。本方法施用后堿解有效氮相對CK提高了63.3％，酸解總氮含量相對于CK提高了55.2％，說明一年期施加豬糞、沼液、菌劑和蚯蚓對土壤全氮、有效氮的積累具有顯著的協同增效作用。

(3)一舉多得。豬糞、沼液聯合蚯蚓、菌劑的施用不僅可以快速提高土壤有效氮含量以及氮素肥力的穩定性，而且可以促進速生木的生長，基徑、株高、冠幅相對于CK分別提高了1.7倍、1.3倍、5.1倍，消納畜禽糞便污染。

(4)本發明首次采用蚯蚓、菌劑協同豬糞、沼液提高土壤氮素含量的方法。研究表明，①蚯蚓、菌劑的施加可以提高土壤中豬糞的分解速率使得土壤氮素含量升高；②空氣中的一些不能被植物利用的氮氣轉化為可利用的氮；③蚯蚓、菌劑本身含有碳、氮養分，其合施能夠提高土壤氮素含量。

附圖說明

圖1是不同處理土壤全氮(TN)的含量變化圖。

圖2是不同處理土壤堿解氮(AN)的含量變化圖

圖3是不同處理土壤酸解總氮(HN)的含量變化圖。

具體實施方式

下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限于此。

下面結合具體的試驗對本發明作進一步的說明。

試驗地位于廣東省云浮市新興縣東成鎮羅陳華農溫氏豬場。試驗點土壤為赤紅壤。試驗點土壤0～20cm耕作層土壤養分基礎值：有機碳含量10.44g·kg^-1，全氮含量0.88g·kg^-1，速效磷含量21.95g·kg^-1，全鉀含量1.71g·kg^-1，速效鉀含量33.67g·kg^-1。

實施例1

一種利用蚯蚓菌劑提高土壤氮素養分促生速生林木的方法，利用豬糞、沼液、蚯蚓、菌劑提高土壤氮素含量的方法，在黃梁木速生林地圍繞每株林木1m²的范圍內，土壤0～20cm的深度范圍內，分季節施用豬糞、沼液、復合菌劑和混合蚯蚓，由以下步驟組成：2013年8月和2013年11月分別施入豬糞(已腐熟)10Kg/棵/次、5Kg/棵/次；從試驗布置開始(2013年8月)到試驗布置一年(2014年8月)，4～9月為雨季施加沼液量為15L/棵/次、共4次，10～3月為旱季施加沼液量為15L/棵/次、共10次；每隔三個月施加復合菌劑枯草芽孢桿菌(bacillus subtilis)HL-1和蠟狀芽孢桿菌(bacillus cereus)NC-1混合菌劑0.5L/棵/次，活菌數達到10¹⁰cfu，兩種混合蚯蚓的數量比例為1:5，施加30條內層種壯偉環毛蚓和150條表層種赤子愛勝蚓/棵/次。

實施例2

一種利用蚯蚓菌劑提高土壤氮素養分促生速生林木的方法，利用蚯蚓、菌劑提高土壤氮素含量的方法，在米老排速生林地圍繞每株林木1m²的范圍內，土壤0～20cm的深度范圍內，分季節施用豬糞、沼液、復合菌劑和混合蚯蚓，由以下步驟組成：2013年8月和2013年11月分別施入豬糞(已腐熟)20Kg/棵/次、10Kg/棵/次；從試驗布置開始(2013年8月)到試驗布置一年(2014年8月)，4～9月為雨季施加沼液量為10L/棵/次、共4次，10～3月為旱季施加沼液量為20L/棵/次、共10次，每隔三個月施加復合菌劑枯草芽孢桿菌(bacillus subtilis)HL-1和蠟狀芽孢桿菌(bacillus cereus)NC-1混合菌劑1L/棵/次，活菌數達到10¹¹cfu，兩種混合蚯蚓的數量比例為1:7，施加40條內層種壯偉環毛蚓和280條表層種赤子愛勝蚓/棵/次。

實施例3

一種利用蚯蚓菌劑提高土壤氮素養分促生速生林木的方法，利用蚯蚓、菌劑提高土壤氮素含量的方法，在黃梁木速生林地圍繞每株林木1m²的范圍內，土壤0～20cm的深度范圍內，分季節施用豬糞、沼液、復合菌劑和混合蚯蚓，由以下步驟組成：2013年8月和2013年11月分別施入豬糞(已腐熟)5Kg/棵/次、2.5Kg/棵/次；從試驗布置開始(2013年8月)到試驗布置一年(2014年8月)，4～9月為雨季施加沼液量為2.5L/棵/次、共4次，10～3月為旱季施加沼液量為5L/棵/次、共10次，每隔三個月施加復合菌劑枯草芽孢桿菌(bacillus subtilis)HL-1、蠟狀芽孢桿菌(bacillus cereus)NC-1和蠟樣芽孢桿菌(bacillus cereus)B19混合菌劑0.25L/棵/次，活菌數達到10¹⁰cfu，兩種混合蚯蚓的數量比例為1:3，施加20條內層種壯偉環毛蚓和60條內層種赤子愛勝蚓/棵/次。

效果實施例1

以實施例1的實施效果為例來看，同時施加豬糞、沼液、混合蚯蚓、復合菌劑的處理T(e+b)，施加豬糞、沼液和復合菌劑的處理(Tb)，施加豬糞、沼液和混合蚯蚓的處理(Te)，以不施肥只施用灌溉水的處理(CK)、同時施加豬糞和沼液的處理(T或Pm+S)作為對照。于2013年8月、11月和2014年2月、5月、8月施肥前采集0～20cm耕層的土壤樣品，經處理后測定土壤全氮含量(TN)、堿解氮(AN)含量、硝態氮(NO₃^--N)含量、銨態氮(NH⁴⁺-N)含量以及酸解總氮(HN)(有機氮)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

結果如表1和圖1所示，整體上土壤全氮含量呈現逐漸升高的趨勢，試驗布置前，布置三個月，各處理土壤全氮(TN)含量沒有出現顯著性差異，試驗布置6個月各處理土壤全氮含量表出現顯著性差異，T(e+b)的土壤TN含量相對于其它處理明顯升高，顯著高于CK以及T處理，相對CK處理提高了57.1％，相對T處理提高了32.5％，相對Te和Tb處理差異不顯著；試驗布置9個月，T(e+b)的土壤TN含量顯著高于其它處理(P＜0.05)，相對CK處理提高了100％，相對T處理提高了58％，試驗布置12個月各處理土壤TN含量仍然表現出顯著性差異(P＜0.05)，T(e+b)的土壤TN含量相對CK處理提高了77.2％，相對T處理提高了57.3％土壤。結果表明，長期施肥提高土壤全氮含量能力的強弱順序為：T(e+b)＞Te＞Tb＞T＞CK。綜上所述，本發明的處理能夠使土壤全氮含量在一年內呈現逐漸增加的趨勢，提高土壤無機氮含量。

結果如表1和圖2所示，試驗布置前各處理土壤堿解氮含量沒有表現出顯著性差異(P＜0.05)，試驗布置3個月各處理土壤堿解氮含量表現出顯著性差異(P＜0.05)，且施肥處理高于不施肥處理CK的堿解氮含量，之后各批次土壤堿解氮含量均表現出顯著性差異，且在試驗布置一年同時施加豬糞、沼液、蚯蚓、菌劑的處理T(e+b)顯著高于其它處理。土壤銨態氮和硝態氮含量與試驗布置前相比，整體升沒有顯著的提高作用。說明土壤堿解氮含量的增加不是由于土壤無機氮含量的增加所引起，可能由于土壤有機氮含量的增加而導致其含量的增加。

結果如表1和圖3所示，試驗布置前各處理土壤酸解總氮含量沒有表現出顯著性差異(P＜0.05)，試驗布置三個月各處理土壤酸解總氮含量表現出顯著性差異(P＜0.05)，T(e+b)的土壤酸解總氮含量相對于其它處理明顯升高，之后各批次各處理土壤酸解總氮含量均出現顯著性差異(P＜0.05)，且在試驗布置一年T(e+b)的土壤酸解總氮相對于CK提高了50.9％，相對于T提高了23.3％，各處理土壤酸解總氮含量高低順序為T(e+b)＞Te＞Tb＞T＞CK。綜上所述，本發明的處理能提高土壤有機氮的含量。

結果的分析：豬糞、沼液配施處理使土壤有機氮以及無機氮含量均有所增加。蚯蚓施用于豬糞農用土壤中可以明顯提高土壤氮素含量，而菌劑對土壤氮素的提高作用不夠明顯，但當與蚯蚓、菌劑同時施用于豬糞、沼液農用土壤中對有機、無機氮含量的提升效果最為明顯，原因可能是豬糞、沼液、配施蚯蚓、菌劑的施加能夠顯著提高土壤碳含量，蚯蚓的施加加速了土壤碳素的轉化，可以改善土壤的有機質特性，從而增加土壤的活性有機氮庫，另一方面可能是因為生物菌劑中含有固氮微生物，可以將大氣中N₂還原為氨，因此能夠增加土壤中的氮素含量。

黃粱木生長指標，見表2。

表2黃粱木生長指標

結果如表2所示，整體上同時施加豬糞、沼液、混合蚯蚓、復合菌劑的處理能夠顯著促進黃粱木的生長。試驗布置三個月，該施用方法就開始發揮作用，基徑、株高、冠幅分別是CK處理的3.4倍、3.7倍、6.9倍。布置一年后，T(e+b)處理中黃粱木的基徑、株高、冠幅分別是CK處理的2.7倍、2.3倍、6.1倍。

以上實例均能夠提高土壤氮素含量，豬糞的消化速率，土壤肥力，且三個實例結果相似。

綜上所述，本發明集成了豬糞發酵、沼液的排灌系統、蚯蚓的開發利用、菌肥的資源化利用以及黃梁木的栽培等技術，形成了“豬糞—沼液—蚯蚓—菌肥—作物”生態利用模式，減少了豬糞對環境的污染，實現了資源化利用，可以為建立良好的施肥體系以及土壤改良提供科學的數據支撐。

上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。