本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)，具體地說，涉及一種土壤高碳隔層的構(gòu)建方法。

背景技術(shù)：

1、耕地是糧食生產(chǎn)的命根子，加強(qiáng)耕地保護(hù)、提升耕地質(zhì)量，不僅是保障國家糧食安全的重要舉措，也是推動生態(tài)文明建設(shè)、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。

2、耕層作為農(nóng)田耕地質(zhì)量提升的關(guān)鍵要素，其土壤特性直接影響作物生長和糧食產(chǎn)能。我國42%的耕地因不同程度的人為、機(jī)械操作、耕作方式不當(dāng)以及不科學(xué)的施肥造成土壤耕層退化。其中，耕層變淺、土壤酸化、板結(jié)、有機(jī)質(zhì)含量偏低、養(yǎng)分失衡、有機(jī)污染物殘留累積是普遍存在的突出問題。因此，改善作物生長條件，以綠色高效減污提質(zhì)的手段疏松土壤、加深耕層厚度、培肥地力、提升耕地質(zhì)量，保障農(nóng)業(yè)土壤健康、增加糧食產(chǎn)能和提升農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，成為我國農(nóng)業(yè)發(fā)展中亟待解決的關(guān)鍵問題之一。

3、針對耕層變淺、土壤板結(jié)等障礙性土壤問題，目前國內(nèi)外主要通過機(jī)械深耕深松和施用具有松土功能的土壤調(diào)理劑（松土促根劑）等措施改良土壤特性。其中，機(jī)械深耕深松主要通過選擇240馬力以上的大型機(jī)械，作業(yè)深度達(dá)35厘米以上，打破土壤犁地層、降低土壤容重和緊實度，增加耕層厚度和孔隙度，短期降低耕層土壤盈余養(yǎng)分與有機(jī)物污染物濃度，達(dá)到提升土壤質(zhì)量和作物產(chǎn)量的目的。施用土壤調(diào)理劑則是通過改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)土壤滲透功能，促進(jìn)土壤中有益微生物的生長繁殖，進(jìn)而促進(jìn)作物根系生長，達(dá)到增產(chǎn)的效果。

4、盡管上述這兩種技術(shù)對于改善耕層變淺、土壤板結(jié)、次生鹽漬化等土壤問題均有一定的效果，但深耕深松技術(shù)增加了土壤與空氣的接觸，土壤蒸發(fā)強(qiáng)烈、跑墑嚴(yán)重，加劇土壤次生鹽漬化；土壤調(diào)理劑的大量施用可能會給土壤生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能造成一定影響。同時，這兩種技術(shù)施工量大、成本高，農(nóng)民接受程度較低。因此，發(fā)明一種具有普適性提升土壤有機(jī)碳含量，改善土壤生態(tài)環(huán)境的農(nóng)業(yè)技術(shù)措施迫在眉睫。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種土壤高碳隔層的構(gòu)建方法。

2、為了實現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種土壤高碳隔層的構(gòu)建方法，針對以下①~④四類土壤，高碳隔層從上至下依次布設(shè)為：

3、①針對結(jié)構(gòu)性差、板結(jié)、易開裂，土壤耕作層變淺、土壤透氣透水性差、退化沙化具有物理性障礙的土壤，高碳隔層從上至下依次布設(shè)為：擴(kuò)蓄增容層、吸附釋放層和高碳穩(wěn)定層；

4、②針對鹽堿度高、酸化、農(nóng)藥殘留、硝酸鹽、有機(jī)污染物和重金屬累積具有化學(xué)性障礙的土壤，高碳隔層從上至下依次布設(shè)為：吸附釋放層、擴(kuò)蓄增容層和高碳穩(wěn)定層；

5、③針對土壤富營養(yǎng)化、養(yǎng)分失調(diào)、病原菌和蟲害累積、微生物、土壤動物多樣性缺失具有生物性障礙的土壤，高碳隔層從上至下依次布設(shè)為：擴(kuò)蓄增容層、吸附釋放層、和高碳穩(wěn)定層；

6、④針對泥炭地、沼澤地、復(fù)墾礦區(qū)、荒漠化土地、新墾農(nóng)田未形成土壤結(jié)構(gòu)的耕地后備資源土壤，高碳隔層從上至下依次布設(shè)為：高碳穩(wěn)定層、擴(kuò)蓄增容層和吸附釋放層；

7、本發(fā)明的高碳隔層可以布設(shè)在土壤20-80?cm土層的任意位置，其中，吸附釋放層、擴(kuò)蓄增容層、高碳穩(wěn)定層厚度可根據(jù)土壤障礙程度導(dǎo)向性調(diào)節(jié)。

8、進(jìn)一步地，所述吸附釋放層的制備方法包括：將吸附材料、多孔碳材料、緩釋肥材料和粘接劑，按照體積比4:3:2:1混合，平鋪在目標(biāo)地塊上。

9、所述吸附材料可選自膨潤土、沸石、珍珠巖（膨脹珍珠巖）等中的至少一種。

10、所述多孔碳材料可選自生物炭、活性炭、菌渣碳、聚丙烯酰胺等中的至少一種。

11、所述緩釋肥材料可選自磷礦粉、鉀長石（高溫熔融鉀長石）、低標(biāo)水泥、包膜尿素（硫磺包膜尿素）等中的至少一種。

12、低標(biāo)水泥是指低標(biāo)號的水泥，可以作為緩釋肥包膜或緩沖材料，延緩養(yǎng)分的釋放。

13、所述粘接劑可選自淀粉、聚乙烯醇、羧甲基纖維素等中的至少一種。

14、所述吸附材料和多孔碳材料的粒徑在0.5-2?mm之間，陽離子交換量≥150?cmol/kg。

15、所述膨潤土中蒙脫石的含量≥85%。

16、所述珍珠巖（膨脹珍珠巖）的堆積密度在80-120?kg/m3之間。

17、所述包膜尿素（硫磺包膜尿素）的n含量≥42%，釋放周期＞120天。

18、所述磷礦粉的p2o5含量≥28%，細(xì)度＜80目。

19、所述羧甲基纖維素的粘度在800-1200?m?pa?s之間。

20、所述聚乙烯醇的醇解度在80%以上。

21、優(yōu)選地，所述吸附材料由沸石、膨潤土和珍珠巖按體積比5:3:2混合而成。

22、優(yōu)選地，所述多孔碳材料由生物炭、活性炭和菌渣碳按體積比6:2:2混合而成。

23、優(yōu)選地，所述緩釋肥材料由包膜尿素和磷礦粉按體積比7:3混合而成。

24、優(yōu)選地，所述粘接劑由聚乙烯醇和甲基纖維素按體積比1:1混合而成。

25、進(jìn)一步地，所述擴(kuò)蓄增容層的制備方法包括：將有機(jī)物料和保水材料以體積比8:2進(jìn)行配比，均勻混合后鋪撒在目標(biāo)地塊上，并適量噴施微生物菌劑、氨基酸添加劑和復(fù)合酶。

26、所述有機(jī)物料可選自豆秸、菇渣、麥麩、稻糠、玉米秸、甘蔗渣、牛糞等中的至少一種。

27、所述保水材料可選自膨潤土、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸鈉、殼聚糖等中的至少一種。

28、所述微生物菌劑的接種量≥2×106cfu/cm2，其中枯草芽孢桿菌的活菌數(shù)≥5×109cfu/g，木霉菌孢子的濃度≥1×108個/g。

29、所述氨基酸添加劑可選自谷氨酸、天冬氨酸、賴氨酸、脯氨酸、絲氨酸、組氨酸、蛋氨酸、精氨酸等中的至少一種，或采用來源于植物蛋白水解液、動物蛋白水解液的氨基酸混合物。

30、所述復(fù)合酶包含脲酶、纖維素酶、半纖維素酶、果膠酶、磷酸酶、木聚糖酶、蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶中的兩種或多種復(fù)配。

31、例如，所述有機(jī)物料的制備方法包括：將豆秸、菇渣、麥麩、稻糠、玉米秸、甘蔗渣和牛糞混合，進(jìn)行好氧堆肥發(fā)酵，腐熟至深褐色至黑褐色，達(dá)到質(zhì)地松散無硬塊、無氨味和酸臭味后，此時其揮發(fā)性固體降解率≥50%，nh3濃度≤5?mg/m3；其中，好氧堆肥發(fā)酵的條件為：溫度55-65℃維持15天，翻堆頻率3天/次。

32、所述豆秸、玉米秸、菇渣粉碎至10-20?cm，菇渣的含水率≤30%。

33、所述有機(jī)物料的中低碳氮比20＜c/n＜60。

34、所述聚丙烯酸鈉的吸水倍率≥300倍，殼聚糖的脫乙酰度≥90%。

35、進(jìn)一步地，所述擴(kuò)蓄增容層的制備方法包括：將高碳材料和骨架材料過2?mm篩后，均勻混合，并適量添加調(diào)節(jié)劑使混合物料的ph為7.0左右，將混合物料平鋪在土壤中壓實，壓實度≥90%。

36、優(yōu)選地，所述高碳材料、骨架材料和調(diào)節(jié)劑按照體積比6:3:1混合。

37、所述高碳材料可選自木屑、草炭、生物炭、改性瀝青等中的至少一種。

38、所述骨架材料可選自鉀長石、水泥、聚丙烯酸鉀、酚醛樹脂等中的至少一種。

39、所述調(diào)節(jié)劑為礦物質(zhì)，所述礦物質(zhì)可選自膨潤土、石灰（緩釋石灰）等。

40、所述木屑的粒徑d90≤2?mm，固定碳≥75%，灰分≤5%。

41、所述改性瀝青的軟化點≥90℃，25℃的針入度為40-60?dmm，老化殘留率（rtfot）≥85%。

42、所述草炭的腐殖酸含量≥45%，ph5.5-6.5，含水率≤15%。

43、所述鉀長石中k2o的含量≥12%、d90≤2?mm，溶解度（5%檸檬酸）≤3%。

44、所述水泥的初凝時間≥60?min，28?d抗壓強(qiáng)度≥30?mpa，堿激發(fā)劑模數(shù)1.2-1.5。

45、所述膨潤土、石灰的表面積≥300?m2/g，陽離子交換量≥150?cmol/kg，ph緩沖容量≥5?mmol/kg。

46、優(yōu)選地，所述高碳材料由木屑、草炭和水泥按體積比6:3:1混合而成。

47、在本發(fā)明的一個具體實施方式中，以土壤耕層變淺、透氣透水性差、結(jié)構(gòu)性弱，板結(jié)、退化沙化等物理性障礙玉米田為例，提供一種土壤高碳隔層的構(gòu)建方法，包括以下步驟：

48、（1）在玉米收割后，將秸稈、地膜、滴灌帶等雜余物品清除；

49、（2）采用新型自制開溝機(jī)械移去表層覆土，在種植區(qū)逐行開深溝至60?cm，溝寬100cm，溝長依據(jù)地塊長度確定；

50、（3）物理性障礙土壤高碳隔層從上至下依次布設(shè)為：擴(kuò)蓄增容層、吸附釋放層、高碳穩(wěn)定層。在實施過程中，采用自下而上的方式進(jìn)行：

51、（4）高碳穩(wěn)定層：將木屑、草炭、生物炭、瀝青等高碳低降解率的物料與鉀長石、水泥、聚丙烯酸鉀、酚醛樹脂等有機(jī)無機(jī)骨架材料過2?mm篩后，均勻混合，并適量添加膨潤土和石灰等礦物質(zhì)調(diào)節(jié)物料ph在7.0左右，高碳材料:骨架材料:調(diào)節(jié)劑體積比為6:3:1，均勻混合后平鋪在溝內(nèi)底部并壓實，厚度5?cm，并壓實。

52、（5）吸附釋放層：將生物炭、菌渣、聚丙烯酰胺等多孔碳材料與膨潤土、沸石、膨脹珍珠巖等吸附材料過2?mm篩，之后按照多孔碳材料、吸附基質(zhì)（吸附材料）體積比7:3，進(jìn)行充分混合后，平鋪在高碳穩(wěn)定層上方，厚度5?cm。

53、（6）擴(kuò)蓄增容層：將豆秸、菇渣、麥麩、稻糠、玉米秸、甘蔗渣、牛糞等有機(jī)物料（中低碳氮比20＜c/n＜60）粉碎至10-20?cm后進(jìn)行好氧堆肥發(fā)酵（溫度55-65℃維持15天，翻堆頻率3天/次），腐熟至深褐色至黑褐色，達(dá)到質(zhì)地松散無硬塊、無氨味和酸臭味后，此時其揮發(fā)性固體降解率≥50%，nh3濃度≤5?mg/m3，之后將有機(jī)物料與保水材料以體積比8:2進(jìn)行配比，均勻混合后鋪撒在玉米地30-50?cm深度，厚度20?cm。

54、（7）高碳隔層布置完成后，在隔層表面適量灑水，并噴施微生物菌劑、氨基酸添加劑以及復(fù)合酶，補(bǔ)充土壤中的有益微生物；

55、（8）在隔層上覆蓋土壤，將土壤全部回填至與地面齊平。

56、借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明至少具有下列優(yōu)點及有益效果：

57、（一）本發(fā)明提供一種土壤高碳隔層的構(gòu)建方法，該高碳隔層由吸附釋放層、擴(kuò)蓄增容層和高碳穩(wěn)定層組成，且不同功能層之間隨著時間的推移能夠相互融合，逐漸將不同碳氮比、碳形態(tài)材料的轉(zhuǎn)化釋放成土壤有機(jī)質(zhì)，三層相互補(bǔ)充共同作用，能實現(xiàn)土壤結(jié)構(gòu)改良、減污增碳和質(zhì)量提升等多重目標(biāo)，功能強(qiáng)大。

58、（二）本發(fā)明中，高碳隔層可針對不同障礙土壤定向優(yōu)化功能層布設(shè)位置及隔離層中不同梯度碳氮比有機(jī)物料配比進(jìn)行改良，本質(zhì)上是調(diào)控微生物代謝活動速率來調(diào)控有機(jī)物質(zhì)向土壤腐殖質(zhì)及養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化效率。不同功能層的設(shè)置分別對應(yīng)不同的碳氮比的碳周轉(zhuǎn)效率，滿足土壤在短期、中期和長期的有機(jī)碳補(bǔ)充需求，實現(xiàn)一次布置可實現(xiàn)5-8年持續(xù)發(fā)揮深層補(bǔ)碳效應(yīng)，并在阻隔能力下降后，結(jié)合覆土翻耕，將阻隔層與土壤充分混合，繼續(xù)為作物生長提供有益物質(zhì)，具有持續(xù)時間長，環(huán)境友好等優(yōu)勢。

59、（三）本發(fā)明中高碳隔層的制備中綜合利用了農(nóng)業(yè)廢棄物資源，不僅減少了廢棄物處置成本，還以農(nóng)業(yè)廢棄物替代有機(jī)肥進(jìn)行改良和培肥土壤，減少了有機(jī)肥的施用開支。此外，改良后的土壤顯著提升了作物出苗率及產(chǎn)量，促進(jìn)農(nóng)戶增收。該技術(shù)避免了有毒有害物質(zhì)進(jìn)入土壤，符合綠色發(fā)展、生態(tài)農(nóng)業(yè)、促進(jìn)農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的理念，是一項兼具低成本與高經(jīng)濟(jì)效益的農(nóng)業(yè)技術(shù)措施。