酸性黏重新垦茶园土壤结构的快速改良方法

技术领域

本发明涉及茶园土壤改良技术领域，特别是涉及酸性黏重新垦茶园土壤结构的快速改良方法。

背景技术

海拔较低的茶园土壤类型以黄壤和第四季红黏土母质上发育的红壤为主，土壤呈酸性-强酸性，质地黏重，养分贫缺。生产上在开垦建立茶园时往往将底层生土和表层土壤直接翻耕混合，整个土体的混合无疑加重了新垦茶园表层土壤存在的土壤偏酸、质地粘重、结构较差、肥力贫乏等问题，导致干旱时漏风跑墒甚至扯断根系，而降雨较多时涝渍时有发生，严重影响了茶苗成活率和正常生长。现有技术多是针对表层土壤或0-40cm土壤进行酸化改良，而茶树根系深度一般在60-80cm，土壤改良的深度过浅也不利于后期茶树根系的生长。

相关技术如中国发明专利申请公开号CN112703849A公开了一种茶叶种植土壤改良的方法，包括以下步骤：茶树清园处理→土壤深耕处理→土壤多级灭菌处理→土壤改性处理→增施有机肥，具体为通过采用日晒灭菌+焖棚灭菌+焚烧灭菌+化学灭菌的复合灭菌方式对长期植茶土壤进行灭菌处理，利用白云石粉、刺槐叶和生理碱性肥料改良土壤酸性，结合草木灰、玉米秸秆和豆科作物秸秆堆肥的施用达到改良土壤的目的。但是该技术忽略了改良剂和有机肥的C/N比，植物源为主的改良剂和肥料往往C/N比较高，容易造成微生物的氮固定效应；而且焚烧灭菌方法已无法适应当前生态环境保护的要求。此外，一些相关技术公开的酸性土壤改良剂，主要成分是石灰和某些矿物或工业副产品的混合物，存在一定的重金属带入风险。

现有技术“一种生态高值丘岗茶园的构建方法”(公开号CN113854029A)公开了新垦茶园种植三叶草，并于茶树移植后在茶叶植株间进行多年生牧草的组合间作，但是三叶草对土壤要求很高，前期生长较慢，在新垦地块种植容易出苗不齐、管理困难，而且三叶草超过81％的根系分布80cm以上土层，难以对深层土壤发挥作用；此外，茶树移植后在行间轮作高大禾本科牧草，反而容易与茶树竞争养分。现有技术常用的紫花苜蓿，适宜生长在干燥、温暖和阳光充足的气候条件以及中性和微碱性土壤，难以适应茶树主产区的湿润多雨气候和酸性-强酸性土壤。

综上，目前现有技术对于新垦茶园的土壤改良方法有待进一步完善，以改善新垦茶园普遍存在的酸性黏重问题，为幼龄茶树正常生长提供良好土壤条件。

因此，针对海拔较低的新垦茶园普遍存在的酸性黏重问题，建立一种土壤结构快速改良方法，为幼龄茶树正常生长提供良好土壤条件非常必要。

发明内容

本发明的目的是提供酸性黏重新垦茶园土壤结构的快速改良方法，以解决上述现有技术存在的问题，改善海拔较低的新垦茶园普遍存在的酸性黏重问题，快速提高新垦茶园土壤酸度和土壤肥力，并改善深层土壤结构，为幼龄茶树正常生长提供良好土壤条件。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明技术方案之一，一种酸性黏重新垦茶园土壤结构的快速改良方法，包括以下步骤：

步骤1，将0-20cm的表层土收集起来，调整其pH值到5.0-5.5，之后进行杀菌灭草处理，得到处理后的表层土；

步骤2，将去除表层土的土壤翻耕55-65cm深度，清除杂物，之后检测土壤pH值；

步骤3，利用生物炭基改良剂调整步骤2土壤pH值至5.0-5.5；调节步骤2土壤含水量达到田间持水量的70％-80％，覆盖薄膜，使土壤湿度维持1周，掀开薄膜使土壤干燥，期间翻耕1次促进土壤干燥；重复上述干湿交替步骤3-4次；

步骤4，将步骤1处理后的表层土平铺于地表，施入生物炭基改良剂，翻耕55-65cm；

步骤5，依次轮作欧洲油菜、菊苣和野生豌豆，欧洲油菜、菊苣生长结束后将其地上部植株打碎翻入土壤，野生豌豆生长结束后将其地上部植株打碎，并施入饼肥和复合肥，翻耕55-65cm。

进一步地，步骤1中，表层土收集的时间在9月份草籽成熟前，表层土收集前先将杂草、石块、杂物清理干净；通过向表层土中掺入石灰来调整表层土的pH值至5.0-5.5；通过在表层土表面覆盖薄膜实现对表层土的杀菌灭草处理。

进一步地，步骤2中，清除杂物后，在待垦茶园四周以及茶园内部开挖相互垂直的排水沟，多点取样法采集0-40cm土层土壤样品检测土壤pH值。

进一步地，步骤3中，根据测得的土壤酸缓冲曲线，计算将土壤pH值调整到5.0-5.5时所需的生物炭基改良剂用量；将生物炭基改良剂均匀撒施到土壤表面，翻耕40-50cm；向土壤灌水使土壤含水量达到田间持水量的70-80％，覆盖薄膜，使土壤湿度维持1周，掀开薄膜使土壤干燥，期间翻耕1次促进土壤干燥；如此循环干湿交替3-4次。

进一步地，步骤4中，按200kg/亩的施用量施入生物炭基改良剂，以提高仅进行了土壤酸度调整和杀菌灭草处理的表层土壤的肥力，并改善其土壤结构。

进一步地，步骤5中，冬前11月初撒播种植欧洲油菜，3月将欧洲油菜地上部植株打碎翻入土壤；之后撒播种植散生型菊苣，9月初在生长结束后将其地上部植株打碎翻入土壤；9月上旬撒播种植野生豌豆，11月上旬将野生豌豆地上部植株打碎，施入饼肥3000kg/hm

进一步地，步骤5翻耕后还包括挖种植沟，栽植茶树幼苗的步骤。

进一步地，所述生物炭基改良剂的制备方法包括以下步骤：

1)将淀粉和过硫酸钾溶解于水中，得A液；向丙烯酸溶液中加入氢氧化钾、丙烯酰胺和N,N-亚甲基-双丙烯酰胺，加热搅拌得B液；将A液和B液混合得混合液；将羧甲基纤维素钠、黄原胶和β-葡聚糖溶解于热水中，得C液；将所述C液与所述混合液混匀，搅拌至胶状，风干后干燥，粉碎过100目筛，得到生物炭基土壤改良剂预制料；

2)将花生壳生物炭、发酵后的植物源中药渣粉末、虾壳粉、腐殖酸、钙基膨润土、蛭石、所述生物炭基土壤改良剂预制料、N-羧甲基丙烯酰胺混匀，得到混合料；

3)向所述混合料中喷洒尿素溶液调节C/N比为20-25，含水量为30-40％，混匀造粒；过筛，干燥至含水量为10％，得到所述生物炭基改良剂。

步骤1)中，A液、C液中水的用量为能够使固体原料溶解即可。

进一步地，步骤1)中，所述淀粉、过硫酸钾的质量比为5g：1g；所述A液的温度为70℃；所述氢氧化钾、丙烯酰胺、N,N-亚甲基-双丙烯酰胺与丙烯酸溶液的质量比为250：80：0.2：300；所述丙烯酸溶液的浓度为0.45g/mL；所述B液的温度为70℃；所述羧甲基纤维素钠、黄原胶和β-葡聚糖的质量比为1：3：4；所述热水的温度为70℃；

步骤2)中，所述花生壳生物炭、发酵后的植物源中药渣粉末、虾壳粉、腐殖酸、钙基膨润土、蛭石、生物炭基土壤改良剂预制料、N-羧甲基丙烯酰胺的质量比为30-35：18-20：12-15：10-12：10-12：5-8：2-5：1-2；

步骤3)中，所述过筛具体为过4-6mm筛；所述干燥为冷冻干燥或冷风干燥。

步骤1)中淀粉为天然高分子原料，先在合适温度的热水中进行糊化，并添加少量过硫酸钾作为后续步骤的引发剂；丙烯酸为目标高聚合物的单体，向丙烯酸溶液中加入适当的氢氧化钾调节反应体系的pH值至合适范围，再加入丙烯酰胺，并以少量N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，进行聚合，将淀粉天然高分子与丙烯酸和丙烯酰胺聚合物混合，形成吸附性非常强的原料成分，可显著增加生物炭基改良剂的吸附性能。此外，将具有胶结作用的高分子的羧甲基纤维素钠、黄原胶和β-葡聚糖溶解于热水，使得胶结能力得到加强，可显著增加生物炭基改良剂对土壤的胶结作用，促进团粒结构及大团聚体的形成，以及团聚体的稳定性，进而改善土壤结构。将上述需要特殊反应条件的原料组分分别制备，再经混合处理后，可得到具有吸水保水、促进团粒结构形成作用的生物炭基土壤改良剂预制料，方便后续生物炭基土壤改良剂的大量、快速制备。

步骤2)中添加钙基膨润土和蛭石，可利用钙基膨润土层状结构的吸附性和膨胀性，以及层间富含的Ca

本发明技术方案之二，一种促进幼龄茶树地上部和地下部生长的方法，采用上述的酸性黏重新垦茶园土壤结构的快速改良方法对种植幼龄茶树的土壤进行改良。

本发明公开了以下技术效果：

(1)本发明在开垦前先将表层土壤收集起来单独处理，虽然增加了前期的工作量，但是养分和有机质相对丰度的表层土壤得以保留；同时方便对深层土壤进行改良，改善土壤酸性，尤其是加速了深层土壤熟化，为建园后茶苗根系生长提供了良好的土壤条件。

(2)本发明在秋季草籽成熟前开垦，并将表层土壤掺入石灰，覆盖薄膜进行杀菌灭草处理，可以减少茶园建立后的杂草萌发，降低幼龄茶园的草害，提高茶苗成活率。

(3)本发明制备的生物炭基改良剂富含降低土壤酸度的碱性物质，虾壳粉、腐殖酸和尿素成分中富含的氮素使之具有适宜的C/N比，能够减少微生物对土壤氮的固定；生物炭基改良剂不仅含有丰富的官能团和甲壳素，还具有强大的吸附能力，可有效降低发酵中药渣中可能的重金属风险；生物炭基改良剂预制料添加的羧甲基纤维素钠、黄原胶、β-葡聚糖等成分可以提高土壤颗粒的粘结性，含有的改性淀粉与丙烯酰胺聚合物的复合物还增加了土壤保水性和稳定性，有利于提高土壤保水保肥能力和水稳性团聚体含量，能通过改良土壤结构进而提高作物生产力。

(4)通过快速的干湿交替可以促进土壤矿化和土壤团聚体形成；通过依次种植欧洲油菜、(散生型)菊苣和野生豌豆，三种作物的酸度适应性和抗逆性强、耐贫瘠、根系穿透力强，在新垦地块上长势良好，管理方便，深层土壤中发达的根系可进一步破坏大的土壤结构，根系分泌物还能促进土壤团粒结构的形成。例如，散生型菊苣的生长速度优于常见的黑麦草和其他草本植物，通过与其他两种类型的高生物量植株轮作还田，为贫瘠土壤提供大量养分和有机质含量，加速了土壤熟化，提高了土壤肥力水平，从而促进茶苗根系生长和养分吸收。此外，散生型菊苣具有丰富的酚类物质等具有化感作用的物质，能强烈抑制或延迟杂草种子萌发、降低杂草根系活力，有效降低新垦茶园草害。

具体实施方式

现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。

应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。

在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

本发明实施例以及对比例中所用原材料如无特殊说明均可自购买途径获得。

本发明实施例以及对比例中所用生物炭基改良剂通过以下步骤制备得到：

1)20g淀粉溶解于300mL 70℃水中，加入4g过硫酸钾搅拌，得A液；同时，在300g质量浓度为0.45g/mL的丙烯酸溶液中依次加入250g氢氧化钾、80g丙烯酰胺、0.2gN,N-亚甲基-双丙烯酰胺，搅拌加热到70℃，得B液；A和B液混合搅拌；将50g羧甲基纤维素钠、150g黄原胶和200gβ-葡聚糖预混，溶解于70℃热水中，与A和B混合液混匀，搅拌至胶状，风干后鼓风干燥，粉碎后过100目筛，得到生物炭基土壤改良剂预制料。

2)称取如下重量份的原料：1-2mm粒径的花生壳生物炭32份、发酵后的植物源中药渣粉末20份、虾壳粉12份、腐殖酸10份、钙基膨润土12份、蛭石8份、生物炭基土壤改良剂预制料4份、N-羧甲基丙烯酰胺2份；将原料混匀。

3)向上述混匀的原料中喷洒尿素溶液并调节C/N比在25，含水量在35％，混匀造粒；过4-6mm筛，冷冻干燥或冷风干燥至含水量10％，得到生物炭基改良剂，包装待用。

本发明中生物炭基改良剂制备过程中所用原料——发酵后的植物源中药渣粉末通过以下步骤制备得到：

1)植物源中药渣原料的组成为：黄芪、艾叶、三七、连翘、蒲公英、白术、柴胡、半夏、天麻、肉桂、板蓝根、地黄、知母等中草药中的一种或两种以上组合。将煎煮后的中草药渣，通过离心脱水调节含水量在55-65％，粉碎使长度或直径为0.5-1cm；

2)添加尿素调节C/N比在25-30，然后接入解磷细菌、嗜热纤维素降解菌、细黄链霉菌、木霉、枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌混合菌剂，接入量为物料总量的0.5-1％；

3)放入发酵槽中进行有氧发酵，期间根据温度变化进行翻堆，发酵时间45-50天；

5)脱水干燥至含水量在10-15％，粉碎，过60-80目筛。具体实施例以及对比例中制备生物炭基改良剂所用的发酵后的植物源中药渣粉末的原料组成为：质量比为1：1：1的煎煮并离心脱水后的黄芪、艾叶、蒲公英药渣。

本发明中实施例以及对比例在黄山市徽州区谢裕大唐模生态茶园基地内的一处待开垦地块进行。该地块0-30cm土壤pH值为4.22，容重为1.49g/cm

本发明实施例以及对比例中所用饼肥为炒熟油菜籽榨油后的副产物，购自上海森农环保科技有限公司，N、P

本发明实施例以及对比例中所述的按照常规方式栽植1年生短穗扦插繁育的舒茶早扦插苗。具体为：采取双行双株种植，双行茶丛交错排列，大行距1.5m，小行距30cm，丛距33cm。栽植前挖深35cm、宽50cm的种植沟；挑选长势一致的茶苗，按照行间距和丛间距的要求将茶苗栽于沟内，并培土压实，培土高度离地面10cm；灌溉定根水，待水分下渗完全，再次培土压实，培土高度离地面5cm；栽植完毕，统一修剪茶苗至20cm高。记录茶树栽植株数，以便统计成活率。次年3月初修剪茶树至离地高度30cm，修剪后在大行间两侧开沟施入尿素1kgN/亩；4月杂草较多时小行间采用人工拔草，大行间采用浅锄除草。

实施例1

(1)在9月份草籽成熟前，清理杂草、石块、杂物等，将表层20cm土壤收集起来，根据调整土壤pH值到5.5的目标掺入石灰，堆放在待开垦茶园四周，覆盖薄膜进行杀菌灭草处理25天。

(2)将去除表土后的土壤翻耕60cm深度，清出大根、石块等杂物，然后在待垦茶园四周以及茶园内部开挖相互垂直的排水沟；多点取样法采集0-40cm土层土壤样品并测得土壤pH值为4.2。

(3)根据测得的土壤酸缓冲曲线，计算将土壤pH值调整到5.5时所需的生物炭基改良剂用量；将生物炭基改良剂均匀撒施到土壤表面，翻耕40cm；向土壤灌水使土壤含水量达到田间持水量的70％，覆盖薄膜，使土壤湿度维持1周，掀开薄膜使土壤干燥，期间翻耕1次促进土壤干燥；如此循环干湿交替4次。

(4)将表层土壤平铺于地表，再施入200kg/亩的生物炭基改良剂，翻耕60cm。

(5)冬前11月初撒播种植欧洲油菜，3月将欧洲油菜地上部植株打碎翻入土壤；之后撒播种植散生型菊苣，9月初在生长结束后将其地上部植株打碎翻入土壤；9月上旬撒播种植野生豌豆，11月上旬将野生豌豆地上部植株打碎，施入饼肥3000kg/hm

(6)挖种植沟，按照常规方式栽植舒茶早扦插苗。

对比例1：

(1)11月拟建茶园开挖布置沟渠；清理拟建茶园范围内所有树根、杂木、石块地等，直接机械开垦60cm。

(2)利用冻融和暴晒，促使土壤风化；

(3)在第二年11月茶树种植前进行复垦，复垦前撒施石灰调整土壤pH值至5.5，整地时清除草根、乱石等；施入饼肥3000kg/hm

对比例2

与实施例1不同之处仅在于，将步骤(5)中的散生型菊苣替换为与其同属菊科菊苣属、生育期接近的饲料苦苣。

对比例3

与实施例1不同之处仅在于，将步骤(5)中的野生豌豆替换为与其同属野豌豆属、对播种期无严格要求的箭舌豌豆。

在移栽茶树1年后，分别在实施例和对比例中随机土壤位置挖3个0-30cm剖面，采集环刀样品和剖面样品，测定土壤物理性质，具体参见表1：

表1

由表1能够看出，采用本发明的酸性黏重新垦茶园土壤结构的快速改良方法，土壤孔隙度、田间持水量、粉粒含量、0.25-2mm粒径的团聚体含量均明显高于对比例1(底层生土和表层土壤直接翻耕混合)，容重和紧实度低于对比例1，本发明具有较好的土壤结构改良效果。

同时，利用5点采样法分别在实施例1和对比例1-3中随机采集0-30cm剖面，测定土壤理化性质，具体参见表2：

表2

由表2可知，与对比例1相比，实施例1土壤pH仍维持在较高水平，土壤有机质、全氮、有效氮、有效磷和有效钾含量明显增加，可见采用本发明的土壤结构快速改良方法可大幅度提高土壤养分含量，同时具有较好的酸性改良效果。

此外，在实施例1和对比例1-3移栽茶树一年后，调查实施例1和对比例1-3的茶苗成活率，成活率为成活株数(地上部枝条存活)占移栽株数的百分比。从实施例1和对比例1-3的茶园中随机选择10丛茶苗，量取株高、树幅、一级分枝数、最长5个新稍平均长度，挖剖面观察茶树根系分布，结果见表3：

表3

由表3能够看出，实施例1通过本发明快速土壤改良方法的实施，移植1年后成活率可达96.5％，茶树株高即达到56.6cm，与对比例1相比，分枝数和新梢平均长度分别增加78％和70％；同时，快速土壤改良方法的实施使得茶树根系深度增加38％。可见，本发明的快速土壤改良方法可明显促进幼龄茶树的地上部和地下部的生长。实施例1的株高、树幅、一级分枝数、新稍平均长度、根系深度均明显优于对比例2和对比例3，这说明野生豌豆与菊苣、欧洲油菜的轮作组合方式更优于其他植物的轮作组合方式，这可能是由于野生豌豆、散生型菊苣和欧洲油菜的根系分布相对较深，根系穿透力强，加之生长迅速，生物量较大，轮作后地上部分和发达的根系混入土壤，在土壤中形成的营养物质更利于茶树(舒茶早)的生长。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。