一种沙性土壤专用有机肥及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及有机类肥料领域，特别是一种沙性土壤专用有机肥及其制备方法与应用。

背景技术

葱蒜类蔬菜(如大蒜和洋葱)是我国重要的露地栽培蔬菜，在冀、豫、苏、鲁等地都有广泛种植。这类蔬菜作物耐贮藏运输，供应期长，加工产品种类丰富，在保障蔬菜周年均衡供应中发挥着重要作用，对产区农业增效、农民增收、农村经济社会发展起着重要作用。

葱蒜类蔬菜种植以沙性土质为好,因为沙性土质疏松透气,温度升高快,有利于鳞茎生长发育。其主产区有河北永年县和大名县、河南单县和杞县、江苏丰县和邳州、山东金乡、鱼台及商河县等地，都为黄河流域或者黄河故道区域，土质以沙性土壤为主。

以大蒜和洋葱为例，其生长期长，9-11月种植，来年5月下旬收货。产量大需肥量大，农户投入化肥较多，100-150kg化肥在种植前施入，40-90kg化肥在追肥中施入。生长季前4个月需肥量极少，来年2-3月需氮量大，来年4-5月需钾量大。作为露地栽培作物，以覆膜种植为主。沙性土壤疏松性好导致保肥性能差。底肥施入的速效性氮肥易硝化反硝化和径流与淋溶损失，而钾肥易在4-5月的雨季流失。同时种植中的追肥为雨前追肥，化肥易溶于雨水在膜上径向流失。因此，目前沙性土壤种植的大蒜和洋葱肥料养分流失严重，投入肥料的养分利用率低。如果可以增施可在沙性土壤里保肥性强的专用有机类肥，减少部分化肥用量，对于大蒜和洋葱产业的绿色发展意义重大。

目前，有多种应用于大蒜的肥料：中国专利CN 104447128A公布了一种大蒜生物有机肥生产方法，以粪尿、秸秆、炭化粉、腐植酸、鱼骨粉、过磷酸钙、草木灰为原料制备大蒜生物有机肥，但该文献未公开具体实施例数据；CN 103771964A公布了一种大蒜专用肥料及其制备方法，以多种化肥、豆饼、菜籽饼等为原料研制大蒜专用肥，能提供全部养分，并能提高大蒜产量品质及肥料利用率，该该肥料并不适宜沙性土壤使用；同时这两两种肥料均未提高肥料利用率，也未减少养分流失。CN 107686406A公布了一种大蒜专用木霉全元生物有机肥料及其制备方法和应用，总氮磷钾、有机氮、氨基酸及木霉菌含量高，具备有机肥和化肥的功能，可促进大蒜生长。该肥料随可替代化肥使用，但养分中有大部分为速效性化肥养分，易养分流失。

葱蒜类蔬菜(如大蒜和洋葱)主产区多在沙性土壤中，其主产区化肥施用量较大，土壤氮钾养分流失量大。目前，针对种质与沙性土壤的葱蒜类蔬菜(如大蒜和洋葱)而研发的有机态氮钾含量高且氮钾养分释放周期吻合作物生长周期的专用肥尚未见报道。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种适用于沙性土壤的专用有机肥，该专用有机肥以猪粪、秸秆、豆粕、硫磺、过磷酸钙、氨基酸液、黄腐酸钾、蒙脱石、石膏粉、碳酸镁为原料专有机肥，具有易实施、有效替代化肥、绿色环保等优点；本发明专用有机肥养分含量高，且当季释放有机态养分含量高，可在当季逐步矿化释放养分，在配合化肥减施的基础上显著减少养分流失，显著提高养分利用率；该专用有机肥中的高含量氨基酸、腐植酸、有效硫等可有效提高大蒜和洋葱品质；中量元素养分全满足大蒜和洋葱需求。

为实现上述发明目的，本发明首先提供了一种适用于沙性土壤的专用有机肥，以重量份计，该专用有机肥包括：80-85份强化堆肥腐熟物料、5-9份氨基酸液、3-6份黄腐酸钾、3-5份蒙脱石、0.5-1份石膏粉和0.2-0.4份碳酸镁；上述强化堆肥腐熟物料是通过如下方法获得的：将110-130份猪粪、50-65份秸秆、20-30份豆粕、0.3-0.6份硫磺、1.5-2.5份过磷酸钙混合后，调节含水量至55-60％进行堆肥发酵，待堆肥含水量降为30％以下，即得。由于猪粪含氮量高，禽类粪便含氮量虽高，但含盐量高，而牛羊粪含氮量低，均不适用于本申请技术方案。

其次，本申请提供了上述沙性土壤的专用有机肥的制备方法，具体如下：

a)制备强化堆肥腐熟物料：用铲车将110-130份猪粪、50-65份秸秆和20-30份豆粕按重量比初步混合并堆置为3-4m宽1.5m高条状堆肥，通过调节猪粪、秸秆和豆粕三者的比例来调节含水量至55-60％；然后在堆肥表明均匀撒上0.3-0.6份硫磺和1.5-2.5份过磷酸钙，用翻抛机翻抛两次将猪粪、秸秆、豆粕、硫磺和过磷酸钙充分混合；夏天发酵15-20天，冬天发酵25-35天，高温期内用翻抛机翻抛4-5次，随后转移至后熟区后熟，夏天4-6天翻抛一次，冬天7-10天翻抛一次，待含水量降为30％以下时即得强化堆肥腐熟物料，该强化堆肥腐熟物料中全氮含量3％(干基质量百分比)以上，全钾含量2％(干基质量百分比)以上；

b)制备专用有机肥：将80-85份强化堆肥腐熟物料与5-9份氨基酸液、3-6份黄腐酸钾、3-5份蒙脱石、0.5-1份石膏粉、0.2-0.4份碳酸镁按重量比在搅拌机混合均匀，经粉碎机粉碎过1mm筛后圆盘造粒。将造粒后的肥料过筛取2-4mm颗粒，即为沙性土壤的专用有机肥。

进一步，上述制备方法中，所使用的猪粪为未经腐熟或厌氧堆放的鲜猪粪，含水量70％以下，干基有机质含量15％以上。

所述秸秆为未经长时间堆放的小麦秸秆、水稻秸秆和玉米秸秆的一种或多种。

所述豆粕为大豆经榨油所剩的豆粕，含水量15％以下，干基氮(N)含量6.5％以上。

所述硫磺为农用粉状硫磺，硫含量99％以上。

所述过磷酸钙为农用粉状过磷酸钙，P

所述氨基酸液为液态，含经动物源酶解制备的氨基酸和多肽，干物质含量40％以上，干基游离氨基酸与多肽总量90％以上，干基有机态全氮(N)含量16％以上，pH＞5。

所述黄腐酸钾为粉状，腐植酸含量55％以上，有机态全钾(K

所述蒙脱石为粉状，SiO

所述碳酸镁为农用粉状碳酸镁，MgO含量40％以上。

其次，本发明还提供了上述专用有机肥在沙性土壤种植大蒜或洋葱中的应用，其应用方法如下：将专用有机肥均匀撒于葱蒜类土壤中，用量为500-600kg/亩，基肥化肥减施50-60％，充分翻耕土壤后种植大蒜或洋葱，以常规方法追肥化肥；以该专用有机肥为基肥，追肥阶段可减施30-40％；所述沙性土壤可以为沙性较强、保肥性差的土壤。

本发明专用有机肥中(以有机肥的干基质量百分比计)氮磷钾养分含量7.5％以上，有机质含量45％以上，氨基酸含量1.5％以上，腐植酸含量24％以上，有效硫含量0.5％以上，氧化钙含量0.4％以上，氧化镁含量0.1％以上，氧化硅含量2％以上，含水量30％以下，pH6-7，当季释放有机态氮养分2.5％以上，当季释放有机态钾养分1.5％以上。该专用有机肥的成分以有机态养分居多，速效态养分含量较少，有机态养分在来年2-5月在土壤逐步变为速效态，符合大蒜或洋葱的生长周期，以满足作物需求，被作物吸收，不易流失。

申请人经过工厂中试堆肥逐级研究配方组合兼顾田间试验结果，获得本发明适用于沙性土壤种植的专用有机肥，可减少化肥用量，减少沙性土壤养分流失，增加土壤保肥性，提高作物产量和品质，与现有技术相比，具有以下有益效果：

(1)含有高含量的氮钾养分含量，作为基肥施入土壤中，有效减少40％以上化肥的施用量。且专用有机肥中加入钙镁硫硅肥，中微量元素丰富，满足葱蒜类需肥。

(2)大蒜和洋葱生育期长，需氮钾养分多，化肥在沙性土壤中养分易流失。专用有机肥当季释放有机态氮钾养分高，逐步释放氮钾养分在满足大蒜或洋葱的需求的同时有效减少养分流失，进而显著提高肥料利用率。

(3)该有机肥中有效硫、氨基酸和腐植酸等含量高，可改善大蒜或洋葱品质的有效成分(参见文献：“硫对大蒜生理生化指标及营养品质的影响”，“不同叶面肥配施对大蒜生长发育、产量和品质的影响”，“腐植酸复合肥在大蒜上的应用效果”，“施用腐植酸肥料对洋葱产量和品质的影响”)。

(4)本发明原料复配合理，每种原料均有特定功能：猪粪和豆粕含氮量高，豆粕含钾量高，将两者与秸秆堆肥可生产高氮钾有机肥；硫磺和过磷酸钙可在堆肥过程中减少氮挥发，能显著增加有机肥中的氮含量，过磷酸钙是一种缓释型磷肥适用于生长周期长的大蒜和洋葱，硫磺在堆肥过程中会部分转化为有效硫形态，可提高大蒜和洋葱品质；黄腐酸钾和氨基酸液是易得的有机废弃物，钾和氮为可降解有机态，可在大蒜和洋葱生长当季矿化释放，逐步被作物吸收，养分流失较少，黄腐酸钾和氨基酸也是活性有机物质，可提高作物抗逆性，并提高作物品质；蒙脱石、石膏粉、碳酸镁含有有效钙镁硅，可为作物生长提供中量元素，其中蒙脱石和石膏粉有利于圆盘造粒，也利于改善沙性土壤团粒结构。圆盘造粒使得肥料养分释放速率降低，正好吻合大蒜和洋葱需肥规律。

附图说明

图1为专用有机肥在沙性土壤大蒜上的应用效果照片；

图2为专用有机肥对沙性土壤大蒜的商品率改善效果照片。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明涉及的技术做进一步说明。

实施例涉及的原料：

猪粪购买于丰县宏发养殖场，猪粪含水量68％,干基全氮含量2.8％，干基全磷含量2.1％，干基全钾含量1.7％，干基有机质含量48％。

秸秆为玉米秸秆和小麦秸秆，玉米秸秆含水量35％，干基有机质含量93％，小麦秸秆含水量21％，干基有机质含量94％。

豆粕购于丰县农贸市场，全氮含量7.8％，干基全磷含量0.7％，干基全钾含量2.9％，干基有机质含量81％。

硫磺为粉状，购于湖北鑫润德化工有限公司，硫含量99％以上。

过磷酸钙购于丰县当地农资店，全磷含量≥12.5％。

氨基酸液购买于波兰栢富生物制药科技公司，干物质含量43％，干基有机质含量≥31.5％，干基游离氨基酸含量≥60％，干基多肽含量≥32％，干基有机态全氮含量≥16％，pH5.32。

黄腐酸钾购买于江苏汉菱肥业有限责任公司，黄腐酸含量≥55％，有机态氮含量≥3.0％，全磷含量≥0.4％，有机态全钾含量≥11.7％，有机质含量≥50％。

蒙脱石粉购于灵寿县恒昌矿产品加工厂，蒙脱石含量≥99％，pH值7.6，SiO2含量50％以上，MgO含量2.5％以上。

石膏粉购于郑州万盛食品化工原料，CaO含量30％以上。

碳酸镁为粉状，购于郑州瑞普生物工程有限公司，MgO含量40％以上。

实施例1强化堆肥腐熟物料制备

用铲车将125份猪粪、30份玉米秸秆、20份小麦秸秆和25份豆粕按重量比初步混合并堆置为3.5m宽1.5m高条状，再调节含水量至55％。分别进行常规堆肥、改良堆肥①②、强化堆肥四种处理：

常规堆肥为将猪粪、秸秆、豆粕用翻抛机翻抛两次混合进行堆肥。

改良堆肥①为在堆体表面均匀撒上0.5份硫磺，用翻抛机翻抛两次将猪粪、秸秆、豆粕、硫磺和过磷酸钙充分混合进行堆肥。

改良堆肥②为在堆体表面均匀撒上2份过磷酸钙，用翻抛机翻抛两次将猪粪、秸秆、豆粕、硫磺和过磷酸钙充分混合进行堆肥。

强化堆肥为在堆体表面均匀撒上0.5份硫磺和2份过磷酸钙，用翻抛机翻抛两次将猪粪、秸秆、豆粕、硫磺和过磷酸钙充分混合进行堆肥。

四个堆肥处理同时在夏天发酵，发酵18天。第4天进入高温期，第6、9、12、15天各翻抛一次。随后转移至后熟区后熟，后熟第4、9、15天各翻抛一次后含水量在30％以下，即完成堆肥。两种堆肥产物性状见表1。

表1两种腐熟物料性状

表1表明猪粪、秸秆和豆粕的堆肥组合在常规堆肥下氮钾养分含量均可超过2％。改良堆肥①只比常规堆肥多施入硫磺，能增加0.25％氮含量和0.22％有效硫含量。改良堆肥②只比常规堆肥多施入过磷酸钙，能增加0.46％氮含量和0.30％磷含量。强化堆肥比常规堆肥多施入硫磺和过磷酸钙，能增加0.72％氮含量、0.31％磷含量和0.24％有效硫含量。因此，通过加入硫磺和过磷酸钙能叠加两者的保氮效果，强化堆肥氮养分可达到3.02％。其中，过磷酸钙的添加使得全磷含量达到1.68％，硫磺的添加使得有效硫含量达到0.45％。强化堆肥氮和磷养分显著高于常规堆肥。强化堆肥总养分达到6.87％，远大于有机肥料国家标准(NY525-2012)的5.0％养分。

实施例2专用有机肥制备

取用实施例1的强化堆肥腐熟物料。将82份强化堆肥腐熟物料与8份氨基酸液、5份黄腐酸钾、4份蒙脱石、1份石膏粉、0.4份碳酸镁按重量比在搅拌机混合，经粉碎机粉碎过1mm筛后圆盘造粒。将造粒后的肥料过筛取2-4mm颗粒即为专用有机肥。

经检测，本实施例获得的专用有机肥pH6.46，含水量29.1％，有机质含量(以有机肥干基计)48.2％，氨基酸含量(以有机肥干基计)1.68％，腐殖酸含量(以有机肥干基计)26.3％。专用有机肥养分性状和中量元素性状见表2和表3(表2及表3均以有机肥干基计)。

表2专用有机肥养分性状

表3专用有机肥中量元素性状

表2表明专用有机肥氮钾养分含量显著高于强化堆肥腐熟物料，全氮含量达3.53％，全钾含量达2.77％，总养分含量达7.95％。另外，表3显示与强化堆肥腐熟物料相比，专用有机肥氧化钙、氧化镁、氧化硅含量高。

实施例3专用有机肥在土壤中的养分释放特性

市售猪粪秸秆有机肥、实施例1强化堆肥腐熟物料及实施例2专用有机肥的有机态和速效性氮磷钾养分含量见表4。

表4专用有机肥速效性和有机态养分性状

在丰县首羡镇葱蒜种植基地，将市售猪粪秸秆有机肥、强化堆肥腐熟物料及专用有机肥分别添加到2.5平方土壤中(不种植作物)，均按500kg/亩用量施入。各处理小区采用水泥隔板围挡，水泥埋至地下40cm用以隔断小区内外部耕层养分流通。2019年9月30日、2019年12月31日、2020年2月29日、2020年4月30日和2020年5月31日取耕层土壤测定速效氮钾养分，进而计算各小区肥料在不同时间段的氮钾养分释放量。结果如表5所示：

表5不同时间段专用有机肥在土壤中的氮钾养分释放量

与市售猪粪秸秆有机肥相比，专用有机肥可在1-4月多提供6.41kg氮养分，在3-5月多提供4.59kg钾养分。1-4月为大蒜和洋葱氮需肥高峰期，3-5月为大蒜和洋葱钾需肥高峰期。专用有机肥养分释放量更能满足大蒜和洋葱需肥规律。

实施例4专用有机肥对土壤养分流失和大蒜生长的改善效果

在徐州贾汪区进行应用效果试验，设置常规对照(使用市售复合肥作为基肥，NPK为15-15-15)和专用有机肥处理。两个处理施肥前均水稻秸秆全量还田，并按照常规方法种植大蒜。

具体施肥见表6，基肥在大蒜播种1天前施入，追肥为雨前追肥。

表6不同处理具体施肥

常规对照投入化肥养分72.20kg/亩，专用肥处理增施500kg/亩专用有机肥，投入化肥养分38.37kg/亩。因此，专用肥处理减施了46.9％化肥养分(常规对照三次施肥加起来的化肥氮磷钾养分是72.20，专用有机肥处理三次施肥加起来的化肥氮磷钾养分是38.37)。

每次施肥后的第一次下雨时在沟渠里收集径流液测定总氮钾浓度。雨后4天在土下60cm埋置的淋溶盘收集淋溶液测定总氮钾浓度。两个处理径流和淋溶液总氮钾浓度见表7和8。

表7三次施肥雨时径流总氮钾浓度

表8三次施肥雨后淋溶液总氮钾浓度

由表7和表8可见，专用有机肥处理可显著减少施肥后雨时径流和雨后淋溶液总氮钾养分。这是因为应用专用有机肥处理可在保产或增产的前提下减施部分化肥，而化肥易随雨水径流和淋溶流失。另外，专用有机肥中的养分是逐渐释放的，大部分被作物逐渐吸收，不易随雨水流失。因此，应用专用有机肥处理有利于减少养分流失。两种处理大蒜产量及成分分析如表9所示：

表9所述专用有机肥对鲜蒜产量、商品率和品质的影响

由表9可见，专用有机肥可在化肥减施46.9％基础上增产3.9％，且能提高1.9％商品率。表9检测结果同时反映出对大蒜口感关键品质大蒜素和可溶性糖改善效果显著。蔬菜硝酸盐可还原为亚硝酸盐，亚硝酸盐可致癌。专用有机肥处理显著减低大蒜硝酸盐含量。

图1为本实施例专用有机肥在沙性土壤大蒜上的田间应用效果，图2为专用有机肥对沙性土壤大蒜的商品性改善效果。

表10所述专用有机肥对大蒜种植沙性土壤化学性状的影响

表10结果表明，与常规对照相比，专用有机肥结合化肥减施46.9％可显著增加土壤有机质含量，且没有减少土壤速效氮磷钾养分含量。另外，可分别增加15.7％有效钙、12.6％有效镁、41.9％有效硫和20.7％有效硅。

表11所述专用有机肥对化肥养分利用率和总养分利用率的影响

表11结果表明，专用有机肥处理可提高大蒜地上部和地下部对氮磷钾养分的吸收量。与常规对照相比，专用有机肥可提高25.7％化肥养分利用率和7.6％总养分利用率。专用有机肥应用下，投入养分利用率显著增加，有利于减少养分流失。

实施例5专用有机肥在沙性土壤洋葱上的应用效果

在徐州丰县首羡镇进行应用效果试验，设置常规对照(以市售复合肥作为基肥)和专用有机肥处理。两个处理施肥前均玉米秸秆全量还田。具体施肥见表12，追肥为雨前追肥。

表12不同处理具体施肥

常规对照投入化肥养分111.20kg/亩，专用肥处理增施600kg/亩专用有机肥，投入化肥养分65.55kg/亩。因此，专用肥处理减施了41.1％化肥养分(常规对照三次施肥加起来的化肥氮磷钾养分是111.20，专用有机肥处理三次施肥加起来的化肥氮磷钾养分是65.55)。

表13所述专用有机肥对洋葱产量、商品率和品质的影响

表13结果表明，专用有机肥可在化肥减施41.1％基础上增产6.1％，且能提高2.1％商品率。另外，对洋葱口感关键品质黄酮类化合物和可溶性糖改善效果显著，且能显著减低洋葱硝酸盐含量。

表14所述专用有机肥对洋葱种植沙性土壤化学性状的影响

表14结果表明，与常规对照相比，专用有机肥结合化肥减施41.1％可显著增加土壤有机质含量，且增加了土壤速效氮磷钾养分含量。另外，可分别增加11.4％有效钙、9.4％有效镁、71.3％有效硫和13.8％有效硅。

表15所述专用有机肥对化肥养分利用率和总养分利用率的影响

表15结果表明，专用有机肥处理可提高洋葱地上部和地下部对氮磷钾养分的吸收量。与常规对照相比，专用有机肥可提高36.5％化肥养分利用率和12.0％总养分利用率。专用有机肥应用下，投入养分利用率显著增加，有利于减少养分流失。