本发明涉及一种板结耕层修复剂及其制备方法与施用方法，属于土壤改良。
背景技术：
1、耕地是粮食生产的命根子，耕地安全是保障粮食安全的基础。近年来，我国粮食连年丰收，有力保障了我国粮食安全。守住“谷物基本自给、口粮绝对安全”的底线，首先要保证耕地数量的稳定和实现耕地质量的提升，耕地红线不仅是数量上的，也是质量上的，守住耕地数量红线的同时，还要持续提升耕地质量，保证农田“必须是良田”，只有把耕地资源保护好、利用好，才能保障粮食产能，筑牢粮食安全根基。
2、目前，全国中低产田面积占耕地总面积的比例高达70％，耕地地力总体偏低，耕地基础地力对粮食生产的贡献率仅为52％左右，较40年前降低了10～15个百分点。黄淮海区域是我国典型的小麦-玉米一年两熟轮作区，长期以来该地区的耕地单一粗放、高强度超负荷利用造成黄淮海平原集约化种植区土壤质量退化趋势明显，耕地高强度利用下，持续的化肥、农药等高投入和有机物输入少的不平衡带来了耕层浅薄化、土壤养分失衡、肥料利用率降低、生物群系减少等土壤健康问题。
3、发明专利申请“一种防治土壤板结的土壤调理剂及制备方法(cn202210811560.x)”公开了一种防治土壤板结的土壤调理剂及制备方法，主要涉及土壤调理剂制备方法中氧化石墨烯、壳聚糖凝胶和端氨基树状大分子的制备和混合反应，并强调该调理剂的储水性能和溶胀性能，应用于易板结土壤的防治，并不涉及已板结土壤的修复功能、增碳培肥和生物强化功能。
4、发明专利申请“一种针对土壤板结的复合调理剂及其制备方法与应用(cn202111588986.5)”公开了一种针对土壤板结的复合调理剂及其制备方法与应用。复合调理剂主要原料包括解淀粉芽孢杆菌、纤维素酶、植物乳杆菌、矿源黄腐酸粉、γ-聚谷氨酸、聚丙烯酰胺、生猪养殖场粪污有机物料及有机物料的制备方法，经添加复合调理剂后，土壤保水率明显提升，从而解决土壤存在的板结问题。该专利公开的实施效果主要针对土壤保水性，并未涉及导致土壤板结的多因子性的改良效果，且其主要原料为生猪养殖场粪污经固液分离后的堆肥料，聚丙烯酰胺为发酵前的固液分离前添加，聚丙烯酰胺的强吸水性会在施用前就已变成吸水态，经发酵过程后，其特性和形态均已发生变化，且针对的土壤板结问题是土壤的保水性。
5、发明专利申请“多功能土壤结构调理剂(cn01127123.x)”公开了一种土壤调理剂，由聚丙烯酰胺、硫酸铵、磷酸二氢钾、氯化钙、硼砂、硫酸锌等充分混合后组成，技术效果具有促进土壤水稳性团粒形成，提高土壤通透性，改善土壤水分性状，增强作物抗季节性干旱、渍、涝、盐碱、寒等能力，可提供作物营养，调节作物生长，防虫治病和增产等技术效果。该专利主要原料涉及聚丙烯酰胺，技术效果有促进土壤团聚体形成的效果，但该专利主要原料只涉及无机原料，无有机原料和增碳培肥的技术效果。
6、发明专利申请“一种稳产固碳的土壤结构调理剂及其制备方法与应用(cn201610697566.3)”涉及一种稳产固碳的土壤结构调理剂，成分包括树脂土壤保水剂、水杨酸、氯化钙、植物纤维、腐殖土、禽畜粪便、草木灰、蚯蚓粪便、镁肥、氮肥、有机胶体、复合微生物菌剂。该专利涉及的土壤结构调理的技术效果主要由树脂保水剂吸水膨胀完成，有稳产固碳的技术效果，未涉及明确的障碍因子。
7、发明专利申请“一种抗板结土壤改良剂及其制备方法(cn201711270736.0)”涉及抗板结土壤改良剂，主要原料为牛粪、微生物菌渣、石膏粉、尿素、膨润土、腐殖酸、生化黄腐酸钾、保水剂、木醋液、磷酸、硫酸亚铁、硫酸铜、硫酸锰、硫酸锌、硼砂、钼酸铵、生根粉，有降低土壤容重，提高孔隙度，增加土壤有机质含量，提高土壤水稳性大团聚体数量及稳定性，改善土壤物理性状，养分缓释、保水保肥的技术效果，但该专利的技术目的为抗板结，对已发生板结障碍的土壤是否有修复作用并未涉及。
8、发明专利申请“一种粘质土壤结构改良剂(cn202211069898.9)”涉及针对粘质土土壤结构改良剂和使用方法，以砂土为主要原料，混合生物炭、腐殖酸、有机硅肥、聚乙二醇制备而成，具体使用方法为将砂土、生物碳、腐殖酸、硅肥和聚乙二醇混合物添加到粘质土壤耕作层底部，使土壤底层含水量保持在田间持水量70％～80％，达到促进土壤团聚体的形成、改善土体构型、增加土壤通气透水性能、改善土壤物理性质、提高作物产量的作用。但该专利技术目标为粘质土壤的改良，且未明确如何将改良剂添加到粘质土壤耕作层底部，应用到田间的操作技术困难，虽然技术效果可能改善土壤结构，但实施方法不科学、也不现实，产品大规模应用的前景较差，不能大规模的进行土壤结构改良。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种板结耕层修复剂及其制备方法与施用方法。
2、针对黄淮海区域中产粮田高强度利用下有效耕层变薄、板结退化、结构变差、耕层上肥下瘦等结构性障碍特点，本发明以板结土壤生物强化和快速团聚增碳为突破口，采用牛粪、生物炭、聚丙烯酰胺、豆磷脂液、沸石粉、菌渣、微量元素和微生物复合菌液为主要原料配伍制备板结耕层修复剂，通过大田试验验证了修复剂的施用效果，为黄淮海平原小麦玉米两熟农田板结耕层提供能够有效改善耕层板结、促进团粒结构形成、提高耕层有机碳固存的修复产品。本发明制备的板结耕层修复剂产品可以按照ny/t 3034—2016土壤调理剂通用要求进行登记备案，也可根据销售地区耕层板结情况调整配方，制定企业标准进行产品备案。
3、本发明的技术方案如下：
4、一种板结耕层修复剂，其组分包括，均为质量份：牛粪20～30份、生物炭5～15份、聚丙烯酰胺2～12份、豆磷脂液2～12份、沸石粉2～10份、菌渣20～30份、微量元素2～10份、发酵菌液1～5份、功能菌液1～5份、粘合剂1～5份。
5、根据本发明优选的，所述板结耕层修复剂，其组分包括，均为质量份：牛粪20～25份、生物炭5～10份、聚丙烯酰胺2～5份、豆磷脂液2～5份、沸石粉2～5份、菌渣20～25份、微量元素2～5份、发酵菌液1～3份、功能菌液1～3份、粘合剂1～3份。
6、本发明所述的牛粪、菌渣均为市场产品。
7、根据本发明优选的，所述的聚丙烯酰胺为阴离子线型聚丙烯酰胺，离子度在20％～30％。
8、根据本发明优选的，所述的沸石粉的纯度在80％以上，总阳离子交换量应达到120mmol/100g以上。
9、根据本发明优选的，所述的微量元素为eddha螯合微量元素，主要元素包括硅、硼、锌、钼、铁、锰。
10、根据本发明优选的，所述的生物炭为果枝生物炭；进一步优选的，所述果枝生物炭是以苹果枝为原料，在600～700℃通过热解炭化制备而成，具体步骤如下：
11、(1)将苹果枝破碎成1～3cm的苹果枝原料，备用；
12、(2)将苹果枝原料放入热裂解炉中，先升温至400℃，升温速率为5～10℃/min，保持20～30min；再升温至600～700℃，升温速率为10～15℃/min，保持40～60min，得到生物炭。
13、本发明中的豆磷脂液为大豆油生产分离过程中分离出的大豆毛油经皂化处理、氨化分解、离心过滤、速酶酶解、纯化提取得到浅黄至棕色黏稠液体，再经厌氧发酵后使用。
14、根据本发明优选的，所述的发酵菌液中包括苏云金芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、乳酸菌，其中苏云金芽孢杆菌占比40％～50％、地衣芽孢杆菌占比30％～40％、解淀粉芽孢杆菌占比10％～20％、乳酸菌占比10％～20％，所述发酵菌液中的有效活菌数≥2×108cfu/ml，杂菌率≤10％。
15、根据本发明优选的，所述的功能菌液中包括em菌、大豆根瘤菌、巨大芽孢杆菌、胶冻样芽孢杆菌、泾阳链霉菌，其中em菌占比20％～30％、大豆根瘤菌占比20％～30％、巨大芽孢杆菌占比10％～20％、胶冻样芽孢杆菌占比15％～30％、泾阳链霉菌占比5％～10％；所述功能菌液中的有效活菌数≥2×108cfu/ml，杂菌率≤10％。
16、本发明中所述的粘合剂为常规粘合剂，本发明使用的粘合剂为玉米淀粉。
17、上述板结耕层修复剂的制备方法，包括如下步骤：
18、(1)将牛粪、生物炭、菌渣粉碎，并按照质量份称取；
19、(2)将称取的牛粪、生物炭、菌渣混合均匀，利用干麦秸和尿素液调节碳氮比(c/n)为25:1～30:1，得堆料a；
20、(3)将发酵菌液加入堆料a，混匀后，得堆料b，调节物料b的ph为6.0～8.5，调节含水率为50％～60％，堆料b的孔隙率控制在40％～60％；
21、(4)将堆料b进行好氧发酵，发酵温度在50～60℃保持7～14d，得堆料c；在发酵过程中，当堆料温度超过65℃时进行翻堆或强制通风；
22、(5)对堆料c进行陈化，周期为15～20d，陈化过程中，严禁再次添加新鲜原料，堆料温度控制在50℃以下，含水率控制在35％～45％，ph值控制在5.5～8.5；当堆料温度不再上升，堆料温度降到接近环境温度、无异味时陈化结束，得堆料d；
23、(6)将豆磷脂液、功能菌液混合，得到混合液s；
24、(7)在堆料d中加入沸石粉、微量元素，混合搅拌均匀，喷淋混合液s，边喷淋边搅拌均匀，控制含水率在40％以下，得物料e；
25、(8)将聚丙烯酰胺粉剂加入物料e混匀，得物料f；
26、(9)在物料f中加入粘合剂，滚筒造粒，即得板结耕层修复剂。
27、上述板结耕层修复剂在小麦-玉米轮作区修复板结耕层中的应用。
28、根据本发明优选的，所述修复板结耕层的周期为2～3年。
29、上述板结耕层修复剂在小麦-玉米轮作区的施用方法，包括如下步骤：
30、(1)小麦季作为底肥施用，在每年小麦播种前，施用板结耕层修复剂，可单独机械撒施或与氮磷钾掺混肥混合进行机械撒施，并进行旋耕整地备播；小麦产量每亩500kg以下的，板结耕层修复剂使用量为50～80kg/亩，500kg以上的，板结耕层修复剂使用量为30～60kg/亩；
31、(2)玉米季作为底肥施用，在每年玉米播种前，施用板结耕层修复剂，玉米起垄播种的地块可单独机械撒施或与氮磷钾掺混肥混合进行机械撒施，玉米免耕直播的可与氮磷钾掺混肥混合进行种肥同播，施肥深度7～10cm；玉米产量每亩500kg以下的，板结耕层修复剂使用量为40～60kg/亩，500kg以上的，板结耕层修复剂使用量为20～50kg/亩。
32、根据本发明优选的，小麦产量每亩500kg以下的，板结耕层修复剂使用量为60kg/亩，500kg以上的，板结耕层修复剂使用量为40kg/亩；玉米产量每亩500kg以下的，板结耕层修复剂使用量为50kg/亩，500kg以上的，板结耕层修复剂使用量为30kg/亩。
33、本发明的优良效果如下：
34、1、本发明的板结耕层修复剂含有多种功能性物质，产品均一，靶向性强，能够定向改善和修复耕层微生境，提高耕层土壤微生物活性，促进土壤颗粒团聚，提高有机碳转化固定和养分有效性，强化生物功能和增碳保肥能力：
35、(1)豆磷脂液可为复合功能菌的生长提供可溶性有机质和小分子氨基酸，提高菌群数量和活性；另外豆磷脂液还含有作物易吸收的有机氮磷钾、中微量元素等，其中可被植物有效利用的有机磷含量高达22％，作物利用率高达85％以上，可有效减少无机磷的施用，降低土壤中磷酸根离子与钙、镁等阳离子结合形成难溶性磷酸盐，破坏土壤团粒结构，修复土壤板结。豆磷脂液中含有的水溶性有机质、大豆磷脂、小分子腐植酸能够改善土壤环境，促进团粒结构形成，增强土壤保水蓄肥能力，土壤板结修复能力突出。
36、(2)沸石粉和生物炭的多孔结构可为复合功能菌的生长繁殖提供适宜和安全的微空间，提高功能菌的定植能力。同时，生物炭较高的孔隙度可协助改良土壤结构，增加土壤通透性。
37、(3)聚丙烯酰胺在土壤中遇水后形成的多枝纤维状结构可提高保水保肥性能，同时阴离子型的聚丙烯酰胺可通过离子桥提高土壤颗粒吸附性，有效增加土壤水稳性团粒数目、降低土壤容重、提高渗透性和孔隙度，增加土壤结构稳定性。
38、2、本发明的耕层板结修复剂具有改善耕层板结、促进团粒结构形成、提高耕层有机碳固存、生物强化等功效，符合我国主要粮食产区农田土壤退化的改良需求和未来功能性土壤修复产品的发展趋势，是目前障碍土壤定向修复领域中紧缺性产品。我国粮食主产区土壤退化区域明显，黄淮海平原一年两熟种植区的耕层板结现象尤其突出，亟需适宜的土壤板结改良产品定向修复土壤耕层结构性差、有机质含量低、养分有效性差等多因子障碍，因此，本发明产品符合我国主要粮食产区农田土壤退化的改良需求和未来功能性土壤修复产品的发展趋势。实验证明，本发明的耕层板结修复剂能够显著提高土壤孔隙度和通气性、增加土壤水稳性大团聚体比例和稳定性、提高土壤有机碳储量和周年固碳速率、提高土壤速效养分含量，小麦玉米根系生物量、地上生物量和单产均较对照处理显著提高，应用效果突出。
1.一种板结耕层修复剂，其特征在于，其组分包括，均为质量份：牛粪20～30份、生物炭5～15份、聚丙烯酰胺2～12份、豆磷脂液2～12份、沸石粉2～10份、菌渣20～30份、微量元素2～10份、发酵菌液1～5份、功能菌液1～5份、粘合剂1～5份。
2.如权利要求1所述的板结耕层修复剂，其特征在于，其组分包括，均为质量份：牛粪20～25份、生物炭5～10份、聚丙烯酰胺2～5份、豆磷脂液2～5份、沸石粉2～5份、菌渣20～25份、微量元素2～5份、发酵菌液1～3份、功能菌液1～3份、粘合剂1～3份。
3.如权利要求1所述的板结耕层修复剂，其特征在于，所述的聚丙烯酰胺为阴离子线型聚丙烯酰胺，离子度在20％-30％；
4.如权利要求1所述的板结耕层修复剂，其特征在于，所述的豆磷脂液为大豆油生产分离过程中分离出的大豆毛油经皂化处理、氨化分解、离心过滤、速酶酶解、纯化提取得到浅黄至棕色黏稠液体，再经厌氧发酵后使用。
5.如权利要求1所述的板结耕层修复剂，其特征在于，所述的发酵菌液中包括苏云金芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、乳酸菌，其中苏云金芽孢杆菌占比40％～50％、地衣芽孢杆菌占比30％～40％、解淀粉芽孢杆菌占比10％～20％、乳酸菌占比10％～20％，所述发酵菌液中的有效活菌数≥2×108cfu/ml，杂菌率≤10％。
6.如权利要求1所述的板结耕层修复剂，其特征在于，所述的功能菌液中包括em菌、大豆根瘤菌、巨大芽孢杆菌、胶冻样芽孢杆菌、泾阳链霉菌，其中em菌占比20％～30％、大豆根瘤菌占比20％～30％、巨大芽孢杆菌占比10％～20％、胶冻样芽孢杆菌占比15％～30％、泾阳链霉菌占比5％～10％；所述功能菌液中的有效活菌数≥2×108cfu/ml，杂菌率≤10％。
7.权利要求1所述的板结耕层修复剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
8.权利要求1所述的板结耕层修复剂在小麦-玉米轮作区修复板结耕层中的应用；
9.权利要求1所述的板结耕层修复剂在小麦-玉米轮作区的施用方法，其特征在于，包括如下步骤：
10.如权利要求9所述的施用方法，其特征在于，小麦产量每亩500kg以下的，板结耕层修复剂使用量为60kg/亩，500kg以上的，板结耕层修复剂使用量为40kg/亩；玉米产量每亩500kg以下的，板结耕层修复剂使用量为50kg/亩，500kg以上的，板结耕层修复剂使用量为30kg/亩。
