本发明涉及农业环境科技领域，特别是土壤肥料制备与应用技术领域，具体地说，涉及一种新植蕉园土壤改良剂及其制备方法与应用。
背景技术：
香蕉是热带地区最重要的水果之一，据FAO最新统计数据显示，2014年我国香蕉收获面积为40.53万公顷，位居世界第五位；总产量为1209.18万吨，位居世界第二。我国香蕉的收获面积从2005年的28.51万公顷增加到2014年的40.53万公顷，平均每年增长率为4.2％，平均每年新植蕉园的面积为1.20万公顷。
我国香蕉主要分布在广东、广西、海南和云南等热带亚热带区域，这些区域主要以砖红壤和赤红壤为主。热带和亚热带地区温度较高，降雨量充沛。在高温多雨的条件下，岩石矿物风化快而彻底，经长期作用，盐基硅酸流失，从而导致土壤酸性强，交换性铝和铁的含量高，有机质含量低，钾、钙、镁等阳离子易于溶解移动被淋失而缺乏。以香蕉主产区广西为例，广西红壤硅的迁移量均在40％～70％，镁、钾、钠的迁移量一般在80％～90％，钙几乎接近100％，铁的富集量7％～25％，铝达10％～20％。受成土母质、气候条件等因素的影响，新植蕉园存在有机质含量低、pH低、交换性钙镁含量低等问题，制约了香蕉产业可持续健康发展。
采集新植蕉园土壤测定结果显示，土壤pH为3.80(用KCl浸提)，有机质含量为1.5％，而香蕉最适宜生长在弱酸性pH为5.0～5.8(用KCl浸提)。对于新植蕉园土壤改良最常用的方法是施用石灰，短期内石灰能起到提高土壤pH的作用，但施用一定年限后土壤又会出现“复酸”的现象。另一方面，施用石灰也会加剧土壤有机质的矿化，降低土壤有机质含量和土壤的可利用率。因此，香蕉种植领域亟需提供一种既能提高土壤pH又能保持土壤有机质含量、防止土壤有机质矿化的土壤改良措施。
作物残体、动物粪便、生物炭等有机物料常用于酸性土壤改良。我国在农业和工业生产中会产生大量的残体和副产物，这些有机物料通过加工工艺可以变废为宝，实现有机废弃物资源的高效利用。制糖工业的副产物滤泥、木薯渣、甘蔗渣、烟末等物料是南方地区主要的农业和工业副产物，如何变废为宝制出优质的生态型土壤改良剂，以提高土壤pH和有机质含量，增加土壤中交换性钙和镁，降低土壤活性铝的含量，为作物提供健康的土壤环境是农业环境从业者面临的新课题。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种利用制糖工业副产物和废弃的生物质原料制得的既能提高土壤pH又能保持土壤有机质含量的土壤改良剂。
为实现本发明的目的，本发明利用我国南方地区主要的农业和工业副产物，制得一种可应用于新植蕉园的土壤改良剂，本发明的土壤改良剂通过以下步骤制备得到：(1)含有生物质材料的原料进行混配、脱水；(2)混配后的原料加入微生物菌剂堆肥发酵；(3)堆肥发酵后添加钙镁磷肥和解磷菌常温陈化即得。
步骤(1)的原料包括滤泥、生物质材料、废液；所述滤泥和废液均为制糖工业的副产物；所述生物质材料为秸秆、烟末、花生麸、豆粕、木薯渣、甘蔗渣、葛根中的一种或多种。本发明的生物质材料包括但不限于上述列举的原料。
优选地，所述制糖工业的副产物是以甘蔗为制糖原料生产糖类的工业副产物。
进一步地，步骤(1)的原料包括60-80份的滤泥、15-30份生物质材料、5-10份废液。
步骤(1)的脱水是将混配后的原料的含水量控制在质量百分比30％-40％。
进一步地，步骤(2)加入微生物菌剂的量为混配原料总质量的1‰～5‰；堆肥发酵的条件为：80-90℃，发酵90-120h，期间每10-12h翻堆一次，同时通气。
优选地，所述微生物菌剂为商业菌剂，可用于堆肥发酵的各类菌剂均可。例如芽孢杆菌菌剂、放线菌菌剂、酵母菌菌剂或其混合菌剂，有效活菌数≥200亿/g。
步骤(3)堆肥结束后，向堆肥发酵产物中添加占发酵产物质量百分比为10％-20％钙镁磷肥进行常温陈化。所述钙镁磷肥为常规市售的钙镁磷肥，其中磷含量为12％-18％。
上述步骤(3)中，陈化时间为10-15天，期间间隔一周翻堆一次，控制混合物料的含水量在20％-25％。
本发明制得的土壤改良剂，以烘干计算，有机质质量分数％≥45％，总养分质量分数≥12％，所述总养分为N+P2O5+K2O+CaO+MgO；新植蕉园土壤改良剂鲜样中水分质量分数≤25％，酸碱度pH：5.5～8.0。
本发明提供了一种土壤改良剂的制备方法，包括以下步骤：(1)含有生物质材料的原料进行混配、脱水；(2)混配后的原料加入微生物菌剂堆肥发酵；(3)堆肥发酵后添加钙镁磷肥常温陈化即得。
步骤(1)的原料包括滤泥、生物质材料、废液；所述滤泥和废液均为制糖工业的副产物；所述生物质材料为秸秆、烟末、花生麸、豆粕、木薯渣、甘蔗渣、葛根中的一种或多种。本发明的生物质材料包括但不限于上述列举的原料。
优选地，所述制糖工业的副产物是以甘蔗为制糖原料生产糖类的工业副产物。
进一步地，步骤(1)的原料包括60-80份的滤泥、15-30份生物质材料、5-10份废液。
步骤(1)的脱水是将混配后的原料的含水量控制在质量百分比30％-40％。
进一步地，步骤(2)加入本领域已知或市售的可用于堆肥发酵的微生物菌剂的量为混配原料总质量的1‰～5‰；堆肥发酵的条件为：80-90℃，发酵90-120h，期间每10-12h翻堆一次，同时通气。
步骤(3)堆肥结束后，向堆肥发酵产物中添加占发酵产物质量百分比为10％-20％钙镁磷肥进行常温陈化。所述钙镁磷肥为常规市售的钙镁磷肥，其中磷含量为12％-18％。
上述步骤(3)中，陈化时间为10-15天，期间间隔一周翻堆一次，控制混合物料的含水量在20％-25％。
本发明提供了所制得的土壤改良剂在提高土壤有机质含量中的应用。
本发明提供了所制得的土壤改良剂在提高土壤交换性镁含量中的应用。
本发明提供了所制得的土壤改良剂在提高土壤pH值中的应用。
本发明提供了所制得的土壤改良剂在促进香蕉生长中的应用。
具体地，本发明提供了所制得的土壤改良剂在促进香蕉株高、茎围、叶绿素含量或生物素含量中的应用。
本发明实施例提供了所述土壤改良剂的具体应用方法，为在蕉园起垄后，将土壤改良剂均匀施用于彀中，用深度为40厘米的铧犁翻耕，使改良剂与土壤充分混匀并覆盖地膜。10～15天后，在地膜上按照种植间距开孔完成香蕉定植。每株香蕉施用量为10～15kg，每公顷的用量为18～27t。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明的土壤改良剂原料易得，来源广泛，且为农业和工业生产的废弃物，不仅极大地降低成本，还能变废为宝节约能源，减少对工农业副产物对环境的污染。
(2)本发明的土壤改良剂可提高土壤pH值和有机质含量，还可以增加土壤中交换性钙和镁，降低土壤活性铝的含量，防止土壤有机质矿化，对环境无负作用。
(3)将本发明的土壤改良剂应用于新植蕉园，能够显著提高香蕉株高、茎围、叶绿素含量和生物量，尤其是生物量比未使用本发明改良剂对照相比增加1-3倍，对香蕉的生长无负面作用。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所用原料均为市售商品。
实施例1新植蕉园土壤改良剂的制备
(1)原料混配
将包括60份的糖厂副产品滤泥、15份生物质材料(10份的木薯渣和5份烟末)和10份糖蜜酒精废液(制糖工业产生的废液)充分搅拌，将混合物投入发酵池中；
(2)脱水
将混合物放入脱水机中，控制物料含水量在35％；
(3)堆肥发酵
在混合物料中添加质量百分比为3‰微生物菌剂(购自湖北启明生物工程有限公司，名称：发酵剂，主要成分：芽孢杆菌，放线菌，酵母菌，丝状真菌等多种有益微生物及其各种胞外酶类。有效活菌数≥200亿/g)，并充分混匀进行发酵。在温度80℃条件下，发酵90h，每10h对混合物料进行翻堆一次，同时通气；
(4)陈化
在堆肥发酵后的混合中质量百分比为12钙镁磷肥(含磷量为18％云南昆阳磷肥厂有限公司，生产许可证：(滇)XK13-002-00029)进行常温陈化，陈化时间控制在20天。在陈化的过程中间隔一周翻堆一次，同时通气增氧，混合物料的含水量为20％；
(5)包装
将陈化后的混合物料通过传送带运送到包装车间包装成成品。
经上述过程生产出的土壤改良剂指标如下：
有机质质量分数(以烘干基计)/％：50％。
总养分(N+P2O5+K2O+CaO+MgO)质量分数(以烘干基计)/％：12.6％。
水分(鲜样)质量分数/％：19.6％。
酸碱度pH：7.9。
实施例2土壤改良剂在新植蕉园中的应用
采用实施例1生产的改良剂在新植蕉园土壤上应用。在广西香蕉一般采用起垄栽培的方式，畦面宽1.8m，沟宽0.8m，深0.5m，香蕉种植行距是2.6m，平均株距是2m，种植密度为1800株/ha。每株香蕉施用量为10kg，每公顷的用量为18t。在起垄后，把改良剂均匀施用到沟中，采用采用深度为40cm的铧犁翻耕，使改良剂与土壤充分混匀并覆盖地膜。10天后，在地膜上按照种植间距开孔完成香蕉定植。
试验设置两个对照，对照1为不施用任何改良剂，对照2为每公顷施用2.5t石灰，其他农事管理措施完全一致。试验于2016年9月6日开始，2016年12月11日采集0-40cm土壤和植株样进行试验结果分析。土壤有机质采用重铬酸钾消煮-硫酸亚铁滴定法测定；pH采用氯化钾浸提(KCl：土＝5:1)，pH计测定，初始土壤的pH值为3.71±0.02；土壤有效磷采用0.5mol/L碳酸氢钠浸提，钼锑抗比色法测定；交换性钙和镁采用1mol/L醋酸铵浸提，原子吸收分光光度法测定。不同调控措施对新植蕉园土壤化学性质和香蕉生长的影响如表1和表2所示。
从表1可以看出，与对照2相比，施用改良剂可以显著提高土壤有机质含量和交换性镁的含量；与对照1(即未作任何处理的初始土壤化学性质)相比，施用实施例1制得的改良剂后土壤pH、有效磷和交换性钙的含量得到显著改善。
表1不同调控措施对新植蕉园土壤化学性质的影响
不同调控措施对香蕉生长的影响见表2，施用本发明实施例1制得的改良剂可以显著提高香蕉的株高、茎围、叶绿素含量和生物量，显著促进香蕉的生长。
表2不同调控措施对香蕉生长的影响
由此可见，本发明实施例1制得的土壤改良剂能够显著提高土壤中有机质含量和交换性镁的含量以及土壤的pH值，使用本发明土壤改良剂的新植蕉园生产的香蕉株高、茎围、叶绿素含量和生物量均比未使用土壤改良剂获得显著提高尤其是生物量增加1-3倍。本发明的土壤改良剂原料易得，成本低，绿色无污染，能够显著促进香蕉生长，具有良好的市场应用前景。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。