一种蚯蚓粪复配钼肥的红壤调理剂的制作方法

本发明涉及土壤修复领域，尤其涉及一种蚯蚓粪复配钼肥的红壤调理剂。

背景技术：

据统计，我国南方红壤地区总面积达到217.96万平方公里,包括15个省(区)，占全国土地面积的1/5；人口4.8亿，占全国40％；耕地2800万公顷，占全国的30％。在全国1/3的耕地上提供了全国一半的农业产值，一半的粮食和负担了近一半的人口。但由于长期对土地资源的不合理利用，整个地区生态与环境遭到了严重破坏，土壤退化问题极其严重,就包括以下几个方面：

1、土壤酸化严重，红壤地力恢复任务艰巨：

红壤的脱硅富铝化过程本是一个较缓慢的酸化过程。但由于受酸雨沉降、铵态氮肥大量使用、农业种植制度、农田栽培管理措施以及人类工业化进程的加快等影响，扩大了土壤自然酸化的范围及加快了自然酸化的速度，从而对作物生长与环境产生不良影响。中国各类酸化土壤面积约2亿公顷(hm²)，其中广东省约占60％。土壤酸化已成为制约我国农业可持续发展的重要障碍之一。

研究表明：我国几个重酸雨区都在红壤地区，酸化土壤的面积约200万公顷，我国的酸性土壤主要集中分布在长江以南的大部分热带、亚热带地区和云、贵、川等红、黄壤地区。如：江西南昌是我国南方两个酸雨中心之一，雨水ph值为4.5-5.0，最低值为3.2，酸雨频率在80％以上。此外，土壤酸化会使土壤铝离子增多，对作物产生毒害；同时也会引起土壤中k⁺、na⁺、ca²⁺、mg²⁺及nh⁴⁺等盐基离子淋失，导致土壤贫瘠，肥力降低；且，对于氮、磷等矿质营养元素的有效性及含量的影响较大。另外，土壤酸化会抑制土壤微生物的活动，降低有机碳的分解速率，对水体酸化产生影响，所有这些均说明，土壤酸化已成为制约我国农业可持续发展的重要障碍之一。

2、有机质含量下降：

土壤有机质是土壤肥力和土壤质量的重要指标，有机质含量减少是红壤养分贫瘠化不争的事实。我国耕地的有机质含量一般较低，水田土壤大多在1％-3％，而旱地土壤有机质含量较水田低，<1％的占31.2％；土壤有机质在只用不养情况下，耕垦10年后，其含量减少31％，耕垦50年后减少55％。

果园有机质含量调查数据表明，有机质含量下降的样品数达到66.7％，土壤有机质对土壤肥力的作用分为直接作用和间接作用。直接作用：土壤有机质中的可溶性有机化合物的很多组分(如：含氮、含磷片段)可直接被植物吸收利用，且土壤有机质含有大量的植物生长所必需的元素和微量元素，事实上，土壤有机质是大量元素的库，提供了有机质中超过95％的氮和硫及20％-70％的磷，其中有机质的慢性组分的分解是矿化氮和其它养分的重要来源，同时为土壤微生物提供充足的养料，另外，土壤有机质分解时释放出的生长促进物质如维生素、氨基酸、植物激素等，还可以刺激微生物和植物的生长。间接作用：土壤有机质对土壤生产力更重要的是间接作用，即对土壤属性的影响：降低土壤密度、增加土壤持水力、增强土壤团聚体的稳定性。另外，其对土壤阳离子交换量和田间持水量起决定作用。有机质含量高的土壤有助于土壤升温并促进土壤微生物的活性。一般地，随着土壤有机质的增加，阳离子交换量、缓冲容量、ph值、以及土壤吸附作用和土壤微生物量都随之增加。因此，提高土壤有机质含量是提升土壤肥力的重要途径之一。

3、土壤容重增大：

土壤容重对于作物生长发育、饱和含水率呈显著性负相关。容重的增加导致土壤调节水、肥、气、热能力下降，并对植物根系的生理生态效应产生不良影响。耕层厚度增加协调水、肥、气、热能力也能提高，一般高肥力土壤具有深厚的耕层，其容重比低肥力地低0.3g/cm³，总空隙高16％，自然含水量、田间持水量、有效持水量分别高4％、5％、9％，不但影响土壤水分、温度、氧化还原电位，还能影响20cm以下土壤温度。

研究表明：许多板结土壤通过旋、翻耕能短期改变土壤容重，但在作物生育初期很快又变的沉实，容重增大，主要原因是土壤有机质普遍较低，土壤体质与体型较差；其次，长期免耕秸秆覆盖或长期使用小型机具耕种也逐渐导致耕层变浅容重增加，不仅影响土壤的蓄水保水能力，而且影响作物根系下扎；另外，土壤吸力会随着容重的增加而增大，土壤容重增大还严重影响土壤水中养分元素的迁移和转化；再者，不仅直接影响土壤的孔隙度、通气性以及根系的穿透性，而且还间接地改变了土壤中微生物的数量以及活性。所以，降低土壤容重，增施有机肥是降低土壤容重的有效途径之一。

4、微量元素钼缺乏严重：

酸性土壤易出现缺钼问题，南方广大红壤区属于缺钼地区，全钼含量虽高，但可给性低，有效钼含量少。在土壤中,钼主要以钼酸根离子(moo4^2-)形式存在,参与到各个生命过程。土壤中有效钼的含量是评价土壤供钼能力的指标,在高浓度氮素水平、低温以及低ph(<5.5)的土壤中钼的可利用性较低。

钼是植物体内固氮菌中钼黄素蛋白酶的主要成份之一，也是植物硝酸还原酶的主要成份之一。钼能激发磷酸酶活性，促进作物内糖和淀粉的合成与输送，有利于作物早熟。其主要功能是：参与植物体内的固氮、氨基酸代谢、氮转化等过程，并且具有增强植物光合作用，提高植物抗寒、抗旱和抗病的能力，此外，钼还可促进植物繁育器官的形成及植物体内糖类的形成和转化，其转化程度在一定范围内和钼的浓度呈正相关。钼辅因子是钼酶的组成成分，钼有多种化合价，钼酶参与了生物体内的多种氧化还原反应。目前在细菌中已发现50多种钼酶(leimkühler和iobbi-nivol2015)，存在于植物中的钼酶有5种，分别是硝酸盐还原酶(nitratereductase,nr)、黄嘌呤脱氢酶(xanthinedehydrogenase,xdh)、醛氧化酶(aldehydeoxidase,ao)、亚硫酸盐氧化酶(sulfiteoxidase,so)和线粒体氨肟还原蛋白(mitochondrialamidoximereducingcomponen,marc)。植物通过这些钼酶参与到氮、碳、嘌呤、激素和硫的代谢过程中。

据土壤普查资料显示,当前农田中68％为中低产田，且64％缺钼。据报道，生长在有效钼含量低的酸性黄棕土壤上的冬小麦等作物出现了严重缺钼症状。缺钼症状有钼酶活性降低、氮饥饿反应、茎和叶发育受阻、叶枯斑病、种子发育不良、坐果率降低等。而引起缺钼的原因除了成土母质中含钼量不同、土壤酸化外，还与有机肥的用量少有关。

技术实现要素：

针对上述土壤问题，本发明的目的在于提供一种蚯蚓粪复配钼肥的红壤调理剂。该调理剂提高土壤ph值、增加有机质含量、改善土壤结构、降低土壤容重、提高土壤有效钼的含量及植株体内含钼量。

本发明所采取的技术方案是：

一种红壤调理剂，按质量份计，其主体组分为：蚯蚓粪40～60份、草菇渣25～35份、蛭石8～12份、玉米秸秆8～12份，每kg主体组分中添加含钼元素为16.00～24.00g的钼源。

作为优选方案，一种红壤调理剂，按质量份计，其主体组分为：蚯蚓粪45～55份、草菇渣28～33份、蛭石9～11份、玉米秸秆9～11份，每kg主体组分中添加含钼元素为18～22.00g的钼源。

作为进一步优选方案，一种红壤调理剂，按质量份计，其主体组分为：蚯蚓粪50份、草菇渣30份、蛭石10份、玉米秸秆10份，每kg主体组分中添加含钼元素为19.83g的钼源。

优选地，钼源选自钼酸钠、钼酸钾中的至少一种。

优选地，上述红壤调理剂还添加有适量生物菌肥发酵剂。

一种红壤调整方法，包括在红壤中施用上述红壤调理剂。

优选地：红壤调理剂的用量为：800～1200kg/亩。

优选地，红壤调理剂的用量为：1000kg/亩。

本发明的有益效果是：

1)本发明制备的调理剂能有效能提高土壤ph值、增加有机质含量、改善土壤结构、降低土壤容重、提高土壤有效钼的含量及植株的含钼量，施用调理剂后的土壤ph值增加了0.24，土壤容重下降了0.39g/cm³，土壤有机质及有效钼含量分别提高了12.6％和16.1％，而植株体内的含钼量是对照组的25倍。

2)该调理剂制备方法简单易行，成本低廉，且以有机质为基本原料，无毒安全环保，不会对环境造成二次污染。

3)该调理剂适用于退化红壤的修复调理，尤其适用于缺钼红壤。

附图说明

图1是本发明调理剂对土壤ph值的影响柱状图；

图2是本发明调理剂对土壤容重的影响柱状图；

图3是本发明调理剂对土壤有机质含量的影响柱状图；

图4是本发明调理剂对土壤有效钼含量的影响柱状图；

图5是本发明调理剂对植株体内含钼量的影响柱状图。

具体实施方式

一种红壤调理剂，按质量份计，其主体组分为：蚯蚓粪40～60份、草菇渣25～35份、蛭石8～12份、玉米秸秆8～12份，每kg主体组分中添加含钼元素为16.00～24.00g的钼源。

作为优选方案，一种红壤调理剂，按质量份计，其主体组分为：蚯蚓粪45～55份、草菇渣28～33份、蛭石9～11份、玉米秸秆9～11份，每kg主体组分中添加含钼元素为18～22.00g的钼源。

作为进一步优选方案，一种红壤调理剂，按质量份计，其主体组分为：蚯蚓粪50份、草菇渣30份、蛭石10份、玉米秸秆10份，每kg主体组分中添加含钼元素为19.83g的钼源。

优选地，钼源选自钼酸钠、钼酸钾中的至少一种。

优选地，上述红壤调理剂还添加有适量生物菌肥发酵剂。

一种红壤调整方法，包括在红壤中施用上述红壤调理剂。

优选地：红壤调理剂的用量为：800～1200kg/亩。

优选地，红壤调理剂的用量为：1000kg/亩。

蚯蚓粪是蚯蚓吞食牛粪后通过蚯蚓肠道消化后的排泄物，富含n、p、k等养分以及各类活性物质，有机质丰富且颗粒细小，团聚结构好，表面积大，含有大量的微生物和团聚体，水稳性团聚体含量高，有较强的缓冲性，通气性佳，孔隙结构良好，ph值7.0-7.2(广东省益地农业科技有限公司提供，有机碳含量为288g/kg，有效活菌数7.66亿/g)。

蛭石是一种天然、无机、无毒的矿物质，具有阳离子交换性和吸附性，ph值为7.0-8.0(广州芳村花草市场购买，测得其cec为32.1(cmol(+)/kg)，cec为阳离子交换量)。

草菇渣则是以中药渣为原料生产草菇后形成的草菇渣，主要成分为有机碳，是微生物富集的场所(广州镇龙永明菇场提供，有机碳为620g/kg，ph＝7.3)。

生物菌肥发酵剂中富含有效活菌，数量为516亿/g(郑州农富康生物科技有限公司生产)。

下面进一步列举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域技术人员根据本发明阐述的原理做出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适范围内的选择，而并非要限定于下文示例的具体数据。

生物菌肥发酵剂的激活：

1)在1kg红糖中加入5kg水并将其煮沸，后再加入10kg水，得红糖水；

2)将100g的生物菌肥发酵剂加入上述红糖水中搅拌均匀，密封放置4天即为生物菌肥发酵液；把激活后的生物菌肥发酵剂用水稀释10倍，即可用于喷洒。

试验方案：

本试验选取广东广州黄埔区九龙镇洋田村的大田试验地，(北纬23°19'15”，东经113°34'56”)。将试验用地分成15个小块，每小块8m×7.5m，即每块面积为6m²。

试验共设置成3组：

1、qy-t1，施用调理剂500kg/亩(即750g/m²)；

2、qy-t3，施用调理剂1000kg/亩(即1500g/m²)；

3、qy-ck，不施调理剂(对照组)。

每组设置3次重复试验，完全随机区组排列，每个小区面积为6m²。

其中，本试验调理剂为：蚯蚓粪50份、草菇渣30份、蛭石10份、玉米秸秆10份、生物菌肥发酵剂适量、钼酸钠50g/kg。

将上述不同调理剂用量，均匀施撒至平整后的试验地中，后用铁耙翻整拌匀至约20cm土壤层厚。

本调理剂作为基肥加入后覆盖黑色的膜，并于覆膜后第20天采样，采样深度0-20cm，采样方法采用5点采样法并混合均匀，测定土壤ph值、土壤容重、土壤有机质含量、土壤有效钼含量；覆膜后第23天移栽茄子苗，每小块地栽种12棵茄苗，茄苗株高16.97cm，叶片数6片，从下往上数第3片叶子宽度4.55cm，叶面积为13.35cm²，茎秆直径0.5cm，主根长4.33cm(选取整齐度较高的茄子苗15棵，测量相关数据，取其平均值得出)；移栽后，按常规大田管理，并于第76天测定茄子含钼量。

(1)测试方法：

土壤ph值：采用ly/t1239-1999测定；

土壤容重：采用环刀法ny/t1121.4-2006测定；

土壤有机质含量：采用重铬酸钾容量法ly/t1237-1999测定；

土壤有效钼含量：采用杨基荧光酮-溴化十六烷基吡啶分光光度法测定；

植株含钼量：采用干灰化法-水杨基荧光酮-溴化十六烷基吡啶分光光度法测定。

所有结果均以3个地块的平均值计

(2)仪器和试剂：

紫外可见分光光度计：北京普析tu-1810；

分析天平：美国双杰牌百分天平和precisa万分天平；

钼酸钠(na2moo4·2h2o)：广州化学试剂厂生产，ar；

其余所用试剂均来源于广州化学试剂厂，玻璃仪器来源于北玻。

土壤ph值：

有研究表明：土壤酸化会使土壤铝离子增多，对作物产生毒害；还会引起土壤中k⁺、na⁺、ca²⁺、mg²⁺及nh⁴⁺等盐基离子淋失，导致土壤贫瘠，肥力降低；对氮、磷等矿质营养元素的有效性及含量的影响较大；同时，土壤酸化会抑制土壤微生物的活动，降低有机碳的分解速率，通常土壤ph值越高，土壤有机碳的分解速度越快。

从图1可以看出，未施用调理剂的qy-ck土壤ph值为4.93，施用调理剂的qy-t1土壤ph值比qy-ck提高了0.17，而qy-t3比qy-ck提高了0.24。这说明施用调理剂能有效提高土壤ph值，且土壤ph值随着调理剂施用量的增大而增加。

调理剂的主要成分为蚯蚓粪、草菇渣、蛭石和玉米秸秆，这四种成分的ph值均为中性或碱性，其次，蚯蚓粪主要是团聚体结构，水稳性团聚体含量高，有较强的缓冲性，而玉米秸秆发酵后呈微碱性。上述中性或微碱性物质的加入会中和酸性红壤中多余的阳离子，从而减少红壤阳离子的数量，提高土壤ph值；再加上本调理剂还含有大量的有机质，而有机质通常带有大量的负电荷，同时，有机质中的腐殖质有胶体特性，能吸附红壤中大量的阳离子，也能从另一方面提高红壤ph值；另外，蛭石有很强的吸附性和离子交换作用，因而，本调理剂能有效吸附红壤中的阳离子，减少红壤阳离子的数量，缓冲红壤电荷的变化率，从而有效地提高红壤ph值。

土壤容重：

从图2可以看出，qy-ck的土壤容重为1.71g/cm³，施用调理剂的qy-t1土壤容重比qy-ck降低了0.22g/cm³，而qy-t3比qy-ck降低了0.39g/cm³。由此可见，土壤容重随着调理剂施用量的增加而降低。同时，从环刀现场采样可以观察到qy-t3和qy-t1的土壤明显比qy-ck松散，另外，通气性及团粒结构都优于qy-ck。

本调理剂的主要成分蚯蚓粪、草菇渣、玉米秸秆和蛭石，都是有良好通气性的基质，蚯蚓粪本身具有很好的团粒结构，通气性良好，草菇渣是以中药渣为原料生产草菇后的残渣，尚有较多的中药材的梗和枝没有腐烂完全，玉米秸秆粉发酵后主要成分是有机碳。所以，本调理剂的加入，能很好的增加有机胶体的种类和数量，能有效地增加土壤团聚结构的形成，从而改善土壤自动调节能力；另外，由于有机质本身质体比较小，降低了容重；再者，因为有机质富含小孔隙，吸水性强，且吸水膨胀，能保持红壤长时间的疏松状态。因此，调理剂能有效地降低红壤容重，增加红壤通气性，从而改善红壤的结构。

土壤有机质含量：

土壤有机质是土壤肥力和土壤质量的重要指标，土壤有机质对土壤肥力的作用分为直接作用和间接作用。

直接作用：土壤有机质中可溶性有机化合物含氮和磷片段可以被植物直接吸收利用，并且土壤有机质含有大量的元素和微量元素。事实上，土壤有机质是大量元素的库，提供了有机质中超过95％的氮、硫和20％-70％的磷。其中有机质慢性组分的分解是矿化氮和其它养分的重要来源，并为土壤微生物提供充足的养料。另外，土壤有机质分解时释放出的促生长物质(如：维生素、氨基酸、植物激素等)可以刺激微生物和植物的生长。

间接作用：土壤有机质对土壤生产力更重要的是间接作用，即对土壤属性的影响，降低土壤容重、增加土壤持水力、增强土壤团聚体的稳定性。当然，土壤有机质的惰性组分和土壤腐殖质的胶体特性密切相关，且对土壤的阳离子交换量和田间持水量起决定作用。有机质含量高的土壤有助于土壤温度上升并提高微生物的活性。一般地，随着土壤有机质的增加，阳离子交换量、缓冲容量、ph值以及土壤吸附作用都随着增加，而且为土壤微生物的生长提供碳源和能源，从而促进微生物的繁殖和土壤酶的活性。

从图3可以看出，qy-ck的土壤有机质为34.8g/kg，qy-t1的土壤有机质比qy-ck提高了10.9％，而qy-t3比qy-ck提高了12.6％，由此可见，施用调理剂能有效提高土壤有机质含量，并且土壤有机质含量随着调理剂施用量的增加而增大。

本土壤调理剂中的以有机质为基本原料制备，因此能为土壤提供大量的有机质从而提高土壤中有机质的含量，促进植物的生长及提高土壤综合质量。

土壤有效钼含量：

土壤供钼能力取决于土壤钼的含量、形态及有效性，还和ph值紧密相关。土壤钼含量因土壤类型而异，并受成土母质的影响。据土壤普查资料显示，我国有64％的土壤缺钼，南方红壤区的缺钼土壤主要为赤红壤、砖红壤、红壤等，全钼含量较高而有效钼偏低。

有效钼仅占全钼的很少比例，钼在土壤中的存在形态可分为四种，即水溶性钼(可溶解于水中)、代换态钼(moo4^2-或moo^4-)的阴离子形态被粘土矿物吸附)、有机结合态钼(存在于土壤有机质中)、难溶态钼(为原生矿物和铁铅氧化物所固定的钼)。这四种类型的钼在一定条件下可以相互转换，且彼此间转化较为迅速。水溶性钼、代换态钼和部分有机结合态钼为土壤有效钼，土壤ph值的变化会影响到土壤中钼的存在形式，当ph＞4时，主耍以moo4^2-为主；2.5＜ph＜4时，主要形式是hmoo^4-、mo(oh)6；ph＜2.5时，主要以非离子化的h2moo^4-出现。

从图4可以看出，qy-ck的土壤有效钼的含量为0.087mg/kg，qy-t1比qy-ck提高了23.0％，而qy-t3比qy-ck提高了16.1％。由此可见，施用调理剂能显著提高土壤中有效钼的含量，但随着调理剂施用量的增加反而下降。

钼在土壤中的有效性主要取决于有效钼的供应量，影响有效钼供应量的因素很多，主要有土壤中钼含量、质地、酸度、有机质丰度、湿度、ph、有效钼被吸附的程度及土壤中其它养料与钼之间的相互作用等。其中，土壤钼含量是有效钼的基础，其与有效钼在多数情况下存在较好的相关性。酸度是影响有效钼最重要的因子，ph值越低，土壤中有效钼含量越少，当ph>5时，此时土壤ph每提高一个单位，moo4^2-的浓度可增加100倍。单纯以有效钼供应量来判断土壤钼的供应情况，一般认为0.15mg/kg是土壤钼供应的临界值。按照这个原则，有效钼低于土壤临界值越大，则施用效应也越大，即：施用调理剂越多，其土壤钼的含量也越多，有效钼也越大，但有机质含量过高时，有机质易吸附过多的钼从而导致有机结合态钼及难溶态钼增加，导致有效钼的含量减少，这就是cs-t3钼的添加量比cs-t1高，但土壤有效钼反而比较低的原因。当然，在土壤中条件发生改变时，这两种形态的钼可以迅速转化成水溶性钼和代换态钼，供植物吸收利用。因此，本红壤调理剂的施用，能有效提高土壤有效钼的含量。

植株含钼量：

钼是植物体内固氮菌中钼黄素蛋白酶的主要成份之一，也是植物硝酸还原酶的主要成份之一。钼能激发磷酸酶活性，促进作物内糖和淀粉的合成与输送，有利于作物早熟。其主要功能是：参与植物体内的固氮、氨基酸代谢、氮转化等过程，并且具有增强植物光合作用，提高植物抗寒、抗旱和抗病的能力，此外，钼还可促进植物繁育器官的形成及植物体内糖类的形成和转化，其转化程度在一定范围内和钼的浓度呈正相关。钼辅因子是钼酶的组成成分，钼有多种化合价，钼酶参与了生物体内的多种氧化还原反应。目前在细菌中已发现50多种钼酶(leimkühler和iobbi-nivol2015)，存在于植物中的钼酶有5种，分别是硝酸盐还原酶(nitratereductase,nr)、黄嘌呤脱氢酶(xanthinedehydrogenase,xdh)、醛氧化酶(aldehydeoxidase,ao)、亚硫酸盐氧化酶(sulfiteoxidase,so)和线粒体氨肟还原蛋白(mitochondrialamidoximereducingcomponen,marc)。植物通过这些钼酶参与到氮、碳、嘌呤、激素和硫的代谢过程中。

从图5可以看出，qy-ck的植株含钼量为0.27mg/kg，qy-t1的植株含钼量是qy-ck的3.8倍，而qy-t3是qy-ck的25倍。可见，施用调理剂能显著提高植株体内的含钼量，且随着调理剂施用量的增加，植株体内钼的含量也迅速增加，这说明植物通过外界吸收钼元素，而调理剂中含有浓度较高的有效钼，因此能显著提高植株体内的钼含量。