开发的基于不同类型炭基产品的盐渍土壤快速改良与培肥技术,生物有机肥含有的功能性微生物在土壤中大量定殖形成优势种群

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开发的基于不同类型炭基产品的盐渍土壤快速改良与培肥技术,生物有机肥含有的功能性微生物在土壤中大量定殖形成优势种群

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发布日期:2018-09-17

8月29日,由中国海洋大学与诺曼利尔环境能源技术有限公司联合申报的山东省重大科技创新工程——盐渍土快速改良与地力培肥的功能炭基产品研发与应用项目启动。
该项目将应用诺曼利尔公司的菌根菌技术。菌根菌技术是以绿色多功能环保材料生物炭、磺化煤等炭基材料为载体,开发的基于不同类型炭基产品的盐渍土壤快速改良与培肥技术,适用于盐碱地、热带酸性土地、荒漠化土地、污染土壤的修复,可为山东省盐渍土壤的改良提供理论依据和技术支持。
该项目还将开发集成菌根菌、生物活性炭、膨润土的复合生物毡。该产品可直接铺设于需要进行土壤修复的表层土之下,利用菌根菌和生物活性炭协同作用帮助植物吸收养分和水分。

中药渣是中药材加工与炮制、中成药生产以及其他中药相关产品生产加工过程中产生的废弃物,
其中中成药生产过程中产生的中药渣较多,
占总量的70%。早期药渣处理主要采用填埋、焚烧、堆放等方式,
这些方法不仅会占用大量土地,
而且造成环境的严重污染和资源的巨大浪费。因此,
对中药药渣进行合理应用不仅能够减少资源浪费, 提高中药药渣利用率,
改善生活环境,
同时对中药产业的良性循环发展也具有重要意义。以中药药渣为原料制备生物有机肥对实现资源节约型、环境友好型社会具有重要意义。

我国作为农业大国,耕地资源十分紧缺,而滩涂作为重要的后备耕地资源,越来越受到国家相关部门的重视。上海地处我国最大河流—-长江入海口,边滩淤涨迅速。据调查统计,全市现有滩涂资源3.76万公顷,占全市土壤资源的9.8%。如何合理开发利用有限土地资源,提高耕地质量,已成为上海现代农业发展中的重要任务之一。

本版制图:王澎刘耘竹

  近日,诺曼利尔(青岛)环境能源技术有限公司(以下简称“诺曼利尔”)与捷克科学院植物与微生物研究所开展的国际科技合作项目《盐渍土快速改良与地力培肥的功能炭基产品的研发与应用》获山东省重大科技创新工程立项,资助经费100万元。

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2013年,市农委设立上海市科技兴农重点攻关项目《盐碱土壤生态修复和地力提升技术研究》,以素称“上海北大荒”的崇明东滩作为实施基地,开展滩涂盐碱改良和地力提升技术研究。科研团队经过三年攻坚克难,取得了阶段性成果:

编者按

  诺曼利尔与捷克科学院具有良好的科技合作基础,特别是菌根菌相关研发,对盐渍化土壤具有良好的改良作用。山东省盐碱土壤普遍存在的“盐”“碱”“瘦”“板”等问题,改良和开发利用盐碱地资源,提高盐碱地利用率,是解决我省乃至全国耕地资源锐减、保证粮食生产安全的重要途径之一。项目将以作物秸秆、畜禽粪便等农业废弃物为原料生产的生物炭和木醋液为土壤改良剂,结合菌根菌技术和复合生物毯技术,实现废弃物资源化利用和土壤改良的双重目标。项目将建设1000亩改良示范区,预计改良后土壤盐分含量降低30%以上,土壤有机质含量提高15%以上,肥料利用效率至少提高10%。

1.生物有机肥研发的现实意义

1、探明了滩涂土壤主要盐分离子类型、含量及在土层中的分布,揭示了盐渍土全盐含量与地下水矿化度、土壤EC值、不同盐分离子含量的相关关系。建立了滩涂土壤氮磷钾养分的地力分级和中微量元素的有效性评价体系,制定了崇明东滩上实园区稻麦测土推荐施肥技术。

按照含盐量不同,盐碱地可分为三类:含盐量3‰为轻度盐碱地,一般只适合种棉花作物;含盐量5‰为中度盐碱地,几乎什么都不能种;而含盐量大于8‰为重度盐碱地,便是“不毛之地”。

1.1 生物有机肥的功效

2、针对不同土壤盐碱化程度,完成了化学改良、生物改良、测土配方、绿肥轮为主要内容的滩涂盐碱地改良和地力提升技术模式4套,建立了盐碱土壤质量定向培育技术操作规程1套,创建了实用又环保的滩涂中低产田‘地力-产量’双跨越技术体系。

我国有15亿亩盐碱地,如此庞大的面积,如果能被利用起来将会带来不可估量的经济和社会效益。为征服盐碱地,让荒地变良田沃土,我国科学家积极探索着。

生物有机肥是指具有特定功能的微生物与主要以动植物残体
(畜禽粪便、农作物秸秆、中药药渣等)
为来源并经无害化处理、腐熟的有机物料复合而成的一类兼具微生物肥料和有机肥效应的肥料。生物有机肥是在堆肥的基础上,
向腐熟物料中添加功能性微生物菌剂进行二次发酵而制成,
含有大量功能性微生物。与其他肥料相比, 生物有机肥不仅营养元素更为齐全,
含有功能性微生物菌剂, 可协助释放土壤中潜在养分的功效,
促进作物根际有益微生物增殖,
同时具有生物利用率高、作用周期长、成本低、对土壤及环境不会造成危害等优点。长期使用生物有机肥可有效改良土壤、提高土壤肥力、调控土壤及根际微生态平衡,
提高作物抗病虫能力和作物产品质量。具体表现在: (1)
生物有机肥含有的功能性微生物在土壤中大量定殖形成优势种群,
占据根区生态位, 拮抗或抑制病原微生物侵染作物根系,
提高作物抗病性。刘艳霞等实验结果表明,
在烟草青枯病发病较为严重的烟田施用生物有机肥可以显著提高拮抗菌数量,
抑制根际土壤病原菌数量, 提高土壤微生物群落功能多样性,
使土壤保持健康的微生物生态平衡, 显著降低青枯病发病率。 (2)
生物有机肥含有的功能菌群能够提高土壤肥力, 如施用含固氮微生物的肥料,
可以增加土壤氮素来源;施用含解磷、解钾微生物的肥料可以分解土壤中难溶性磷和钾盐,
供作物吸收利用。 (3)
生物有机肥富含维生素、氨基酸、核苷酸、吲哚乙酸、赤霉素、有机酸、酶类、抗生素等多种生理活性物质,
具有刺激作物根系生长、分解转化各种复杂有机物、快速活化土壤养分、提高养分有效性和作物抗病能力等作用。李志友研究发现,
生物有机肥能够提高蓝莓根区土壤有机碳、全氮、全钾、有效磷和有效钾的量,
有效促进蓝莓根区土壤养分吸收和营养代谢均衡, 确保蓝莓高产优质。 (4)
生物有机肥中既含氨基酸、蛋白质、糖、脂肪等有机成分,
还有氮、磷、钾以及对作物生长有益的中量元素 (钙、镁、硫等) 和微量元素
(铁、锰、铜、锌、钼等) , 这些养分不仅能供作物直接吸收利用,
还能有效改善土壤保肥性、保水性、缓冲性和通气状况等,
为作物提供良好的生长环境。 (5)
生物有机肥能够改变作物根系分泌物的组成和含量, 进而改善根区微生态环境,
提高作物抗病性。

3、建立盐碱地改良与综合利用核心示范基地800亩,各技术集成措施3年间累计应用面积达10万余亩,降盐碱和地力提升效果明显。示范基地实现了盐碱地向丰产农田的质量转变。较项目实施前,稻麦全年总产量提高了25%,土壤有机质含量从12.8g/kg提升到17.4g/kg,土壤盐分降低1个等级,氮肥施用量降低10%,稻麦每亩净增效益达到226.7元。

2014年春天,征服盐碱地的攻坚战获得新胜利,我国首个耐盐植物种质资源数据库里又添一个新品种——“科院1号”椒样薄荷。该品种可在土壤含盐量5‰的地块正常生长,在-30℃~20℃的地区可越冬,耐寒、耐涝、耐粗放管理。这究竟是怎样的一种高耐盐植物?又是怎样被打造出来的?带着疑问,记者走进山东省科学院生物研究所实验基地,近距离接触这个新成员。

1.2 生物有机肥是绿色中药和循环经济发展的必然选择

该课题的成功实施,对有效提高土、肥、水资源利用效率,促进农业节本增效和农田地力提升,利用好沿海滩涂这一宝贵的后备耕地资源,保障粮食安全和农业的可持续发展具有重要的理论和现实意义,也对国内各省市沿海滩涂土壤治理具有良好示范借鉴作用。

首个耐盐植物档案建立

基于目前化肥使用和农业废弃物现状, 积极寻求高效环保的化肥替代品, 探索农业
(包括中药) 废弃物资源化利用方式, 已成为国内外农业研究的热点。首先,
施用生物有机肥是提高土壤基础地力、改善农产品品质的重要途径。施用生物有机肥不仅能够改善土壤理化性质、培肥地力、提高土壤微生物活性,
提高和优化植物产量和质量, 还能减少无机肥料施用量,
从根本上改善农产品品质, 符合中国农业可持续发展和绿色环保理念。其次,
生产生物有机肥是农业废弃物资源化利用的重要手段。农业废弃物中含有丰富的作物生长必需的营养元素和有机养分,
将其资源化利用制成生物有机肥,
通过微生物的作用使有机物矿质化、腐殖化和无害化, 以供作物吸收利用,
不仅可以缓解农业废弃物对环境的压力, 而且可以变废为宝,
获得可观的经济效益。

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涉及99638个耐盐植物分类种

2.中药药渣资源开发利用价值和主要利用方式

田间示范照片

在山东省科学院生物研究所的实验室,一台看似平常的计算机里储存着99638个分类种的耐盐植物档案。据生物所所长杨合同介绍,这是2010年建成的我国首个以耐盐植物为主的种质资源数据库,该数据库涵盖了自1953年以来世界上各相关研究单位公开发表的耐盐植物信息。数据库的建成实现了耐盐植物种质资源的信息化管理,解决了我国面临的耐盐植物系统资料缺乏的问题。

由于传统提取方法单一, 多数中药制药过程中的有效成分提取率仅为30%~70%,
而经提取后的药渣和非入药部位则被归为废料一类。有报道显示,
中药药渣包含植物纤维、脂类、蛋白质、多糖、黄酮、生物碱、萜类以及氮、磷、钾、硅、锰、铝、锌、铬、镁、铁等多种无机元素及少量维生素。因此,
中药药渣不仅极具开发利用价值, 而且通过加工处理,
可以使中药药渣变废为宝、循环利用,
达到节能减排、低碳环保、绿色可持续发展的目的。早期,
中药药渣循环利用主要集中在家禽、家畜饲养领域,
如中药药渣作为饲料或饲料添加剂, 或堆肥后用于种植蔬菜、食用菌等。近年来,
中药药渣再利用在有效成分再提取、食用菌栽培基质、饲料或饲料添加剂、有机肥料、生物质能源、发酵生产等方面取得了长足的发展。

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“数据库就好像银行一样,里面有各种植物的分类特征和高清图片,还包含了植物的耐盐能力、适宜生长的土壤特性和应用价值等200多项特征指标信息,需要什么信息,就从中提取适合条件的试种。”杨合同形象地为记者描述着数据库,“利用该数据库,可以为黄河盐碱地提供新型种质资源及相关栽培技术,更好地保护和高效利用种质资源。”

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