一种快速提高工矿废弃地土壤固碳能力的方法技术

本发明专利技术公开了一种快速提高工矿废弃地土壤固碳能力的方法，是将拟复垦工矿废弃地的表土剥离，底土上铺设掺有尿素和秸秆腐熟剂的秸秆，用掺入腐熟农家肥和硝基腐植酸的表土覆盖并压实，喷施微生物菌剂后种植绿肥作物，收割后翻压还田，再进行玉米与高粱作物的轮作并秸秆还田。以在较短时间内提高土壤有机碳含量，改善土壤理化性状，增加土壤肥力。本发明专利技术方法能快速提高土壤含碳量，改善土壤理化性状，增加土壤肥力，对促进工矿区土地复垦和生态恢复具有重要意义。

A method for rapidly improving the carbon sequestration capacity of the soil in the waste land of industrial and mining

The invention discloses a method for rapidly improving mining waste soil carbon sequestration, is to be topsoil stripping mining waste reclamation, soil on the mixed with urea and straw decayed straw incorporation of farmyard manure and nitro humic acid topsoil cover and compaction, planting green manure crops after spraying microbial preparation after harvest, the pressure field, then the corn and sorghum crop and straw. In order to improve soil organic carbon content, improve soil physical and chemical properties and increase soil fertility in a short time. The method can rapidly improve soil carbon content, improve soil physical and chemical properties, increase soil fertility, and promote land reclamation and ecological restoration in industrial and mining areas.

【技术实现步骤摘要】
一种快速提高工矿废弃地土壤固碳能力的方法
本专利技术属于土地复垦与土壤改良
，涉及一种提高土壤固碳能力的方法，特别是涉及一种适合于黄土高原工矿废弃地土壤的固碳能力快速提高方法。
技术介绍
土壤是陆地生态系统的重要组成部分。作为地表生态系统中最活跃的碳库之一，土壤碳库2倍于大气碳库，是温室气体的重要释放源，也是重要的吸收汇。提高土壤的固碳能力，对于降低大气二氧化碳浓度、控制温室效应具有重要意义。我国矿区破坏土地面积已达200万公顷，且仍以每年4万公顷的速度递增。工矿区土地沉陷、压占或者弃耕现象严重，土壤肥力低下，加之土壤扰动过程中表层土壤原有有机碳的80%被矿化分解，土壤有机碳储量极低，仅为正常农田的40～60%。因此，工矿区土壤碳储量具有更高的潜力。CN102550162A公开了一种增加干旱荒漠区土壤固碳能力的快速方法，其有效利用田间杂草猪毛菜，通过人工措施直接将猪毛菜的地上有机碳部分固定到地下，同时通过其植株分解，改善胡杨根系生长的土壤环境，加速胡杨的根系发育，从而达到增加地下土壤有机碳的目的。CN103155776A提供了一种通过种植、收割和填埋速生草本植物实现固碳的方法，其选用速生草本植物、速生藻类、地衣或苔藓等植物，通过种植、收割、干燥、填埋、覆土等步骤，提高土壤的固碳量。CN103125164A涉及一种有机肥增加土壤固碳能力的方法，通过给土壤施用有机肥，以增加土壤固碳能力，抑制有机化合物分解成CO2，从而降低温室效应。CN102986435A则提供了一种利用根茎萌蘖提高干旱荒漠区固碳量的方法，利用植物根茎萌蘖、断根萌蘖快速增加地表植被覆盖，增强植物对无机碳的固定，具体是人工条播罗布麻、骆驼刺和铃铛刺种子，人工补水促进种子萌发并复壮幼苗，通过对其及周边深根系植物胡杨、柽柳及梭梭进行断根萌蘖，有效促进植物幼苗生长，迅速增加地表植被覆盖，进而利用植物光合作用吸收固定大气中的CO2，达到有效增加土壤碳固存的目的。然而，上述各种提高土壤固碳能力的方法均是基于非工矿区开展的，没有在工矿废弃地土壤上使用、快速提高矿区土壤固碳能力的技术或专利报道。另外，现有提高土壤固碳能力的方法和技术采用的措施一般较为单一，无法利用各种增碳措施的叠加效应，技术改进空间仍然很大。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种快速提高工矿废弃地土壤固碳能力的方法，以在较短时间内提高土壤有机碳含量，改善土壤理化性状，增加土壤肥力。本专利技术所述快速提高工矿废弃地土壤固碳能力的方法具体包括以下内容：将拟复垦工矿废弃地的表土剥离，掺入腐熟农家肥和硝基腐植酸，混合均匀得到预处理表土；在剥离表土后的底土上铺设粉碎的秸秆，并在秸秆上施用尿素和秸秆腐熟剂；将预处理表土撒施在粉碎的秸秆上，压实；在压实的地表上喷施微生物菌剂；种植绿肥作物，收割后翻压还田；实行玉米与高粱的轮作模式，收获籽粒后的玉米或高粱秸秆还田。作为本专利技术方法的一种优选方案，所述在底土上铺设秸秆和撒施预处理表土的过程分两步进行，即在剥离表土后的底土上铺设粉碎的秸秆，并施用尿素和秸秆腐熟剂后，撒施上1/2的预处理表土，压实，再铺设一层粉碎的秸秆，施用尿素和秸秆腐熟剂，撒施剩余1/2的预处理表土，压实。其中，所述粉碎的秸秆可以是玉米秸秆或高粱秸秆，本专利技术将秸秆粉碎至长度不超过10cm。进而，本专利技术在秸秆上施用尿素和秸秆腐熟剂的用量为亩均施用5～10Kg尿素和2～4Kg秸秆腐熟剂，其目的是调节碳氮比、加快秸秆的腐烂。更进一步地，在轮作模式中产生的玉米或高粱秸秆还田时，也可以使用适量的秸秆腐熟剂以加快秸秆的腐烂。本专利技术使用的秸秆腐熟剂优选为四壮秸秆腐熟剂，产自于河北众邦生物技术有限公司。本专利技术方法中，所述表土的剥离厚度一般为20～30cm。本专利技术将剥离的表土掺入腐熟农家肥和硝基腐植酸后就近堆放，堆放时以覆盖物遮盖表面，防止土壤养分流失。其中，所使用的腐熟农家肥是腐熟的牛粪、鸡粪、猪粪、羊粪中的一种，或几种的混合物。所述的硝基腐植酸是利用风化煤通过硝酸氧化生产而成，本专利技术优选采用山西绿能新动力环保科技有限公司生产的硝基腐殖酸。本专利技术中所述剥离的表土与腐熟农家肥和硝基腐植酸的混合质量比为1500∶10～30∶1～5。按照上述比例，腐熟农家肥的每亩用量为1000～3000Kg，硝基腐植酸的每亩用量为100～500Kg。本专利技术在压实的地表上喷施的微生物菌剂为固氮菌、解磷菌和解钾菌的复合菌剂，喷施微生物菌剂后，应保持地表适宜的土壤湿度，以使微生物菌剂能够与土壤充分反应。本专利技术所种植的绿肥作物可以是紫花苜蓿或毛苕子。优选地，本专利技术还可以在种植绿肥作物之前，先在地表上撒施化肥，翻耕后种植绿肥作物。本专利技术所述玉米和高粱的轮作模式可以是先种植玉米，再种植高粱，也可以是先种植高粱，再种植玉米。本专利技术针对我国矿区土壤存在的问题，经过多年对工矿废弃地土壤固碳技术和固碳潜力的研究，提出了快速提高工矿废弃地土壤固碳能力的方法，能够在短时间内提高土壤有机碳含量，改善土壤理化性状，增加土壤肥力，对提高我国工矿区土壤固碳能力、降低二氧化碳浓度和温室气体效应、改善生态环境具有重要意义。本专利技术提供的快速提高工矿废弃地土壤固碳能力的方法采用表土剥离、底土填埋秸秆、农家肥与硝基腐植酸分层混施、喷施微生物菌剂、作物轮作等措施，在提高土壤固碳能力的同时，兼顾长期效益与短期效益的关系、兼顾经济效益与生态效益的关系，易于在我国黄土高原矿区推广，应用价值较高。工矿废弃地土壤复垦后，土壤肥力低下，有机碳含量低，本专利技术在种植前一年将秸秆填埋在剥离后的底土中，通过施用尿素调节碳氮比，同时使用秸秆腐熟剂，加快了秸秆腐熟，提高了土壤的有机碳含量，改善了土壤物理性状。进而，将腐熟的农家肥、硝基腐植酸分层施入土壤，在温度、水分适宜的条件下快速分解，形成不同层次土壤有机碳富集区，能有效增加土壤的有机碳含量。本专利技术通过喷施微生物复合菌剂，可以提高土壤微生物活性，加快有益微生物菌群的构建，提高微生物总量，加快土壤活性有机碳库的建立。最后，使用绿肥作物(紫花苜蓿/毛苕子)—玉米/高粱—高粱/玉米轮作方式，将豆科与禾本科作物结合，C3植物与C4植物结合，构建起高生物量、高固碳能力的生物群落，作物通过光合作用直接吸收、固定并储存大气中的碳；同时植物大量的根系和秸秆所固定的碳又返还土壤，从而提高了工矿区土壤的整体固碳能力。具体实施方式下述实施例仅为本专利技术的优选技术方案，并不用于对本专利技术进行任何限制。对于本领域技术人员而言，本专利技术可以有各种更改和变化。凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。实施例1。针对矿区土壤有机碳含量低、养分贫瘠、生物活性差、作物产量低等特点，本实施例采用表土剥离、底土填埋秸秆、农家肥与硝基腐植酸混合分层施用、喷施微生物菌剂、作物轮作等措施，达到有效提高土壤固碳能力的效果。试验地点选在山西省孝义市下堡镇克俄村试验基地。该地区为黄土高原丘陵区，年均降雨量400mm左右，土层深厚，水土流失严重，肥力低下。当地蕴含丰富的煤炭和铝土矿，开采方式主要为露天开采。该场地为铝矿多年废弃的工业场地，面积122亩，成平行四边形形状，2007年春季进行复垦。试验区表层土壤(0～20cm)基础数据如下：土壤有机碳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种快速提高工矿废弃地土壤固碳能力的方法，包括：将拟复垦工矿废弃地的表土剥离，掺入腐熟农家肥和硝基腐植酸，混合均匀得到预处理表土；在剥离表土后的底土上铺设粉碎的秸秆，并在秸秆上施用尿素和秸秆腐熟剂；将预处理表土撒施在粉碎的秸秆上，压实；在压实的地表上喷施微生物菌剂；种植绿肥作物，收割后翻压还田；实行玉米与高粱的轮作模式，收获籽粒后的玉米或高粱秸秆还田。

【技术特征摘要】
1.一种快速提高工矿废弃地土壤固碳能力的方法，包括：将拟复垦工矿废弃地的表土剥离，掺入腐熟农家肥和硝基腐植酸，混合均匀得到预处理表土；在剥离表土后的底土上铺设粉碎的秸秆，并在秸秆上施用尿素和秸秆腐熟剂；将预处理表土撒施在粉碎的秸秆上，压实；在压实的地表上喷施微生物菌剂；种植绿肥作物，收割后翻压还田；实行玉米与高粱的轮作模式，收获籽粒后的玉米或高粱秸秆还田。2.根据权利要求1所述的方法，其特征是底土上铺设秸秆和撒施预处理表土的过程分两步进行，在剥离表土后的底土上铺设粉碎的秸秆并施用尿素和秸秆腐熟剂，撒施上1/2的预处理表土，压实，再铺设一层粉碎的秸秆，施用尿素和秸秆腐熟剂，撒施剩余1/2的预处理表土，压实。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是所述粉碎的秸秆是长度不超过10...

【专利技术属性】
技术研发人员：张强，靳东升，郜春花，李建华，张变华，卢晋晶，武文丽，吕薇，
申请(专利权)人：山西省农业科学院农业环境与资源研究所，
类型：发明
国别省市：山西,14