一種功能性土壤調節劑及其製備方法與流程

2023-04-23 10:10:01 1

本發明涉及一種功能性土壤調節劑及其製備方法，屬於土壤調理
技術領域：
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背景技術：
：據統計，到2050年，世界近36億公頃的土地中六分之一將沙化，全球每年又有將近600-700萬公頃農田受損，約有200萬公頃灌溉土地鹽鹼化嚴重。目前全世界擁有耕地7.3億公頃，但每年平均有近500萬公頃的土地退化而不能生產糧食。我國土地資源也不容樂觀，一方面城鎮化的發展佔用了大量的優質良田，另一方面水土流失不斷加劇，每年流失的養分相當於全國化肥總產量的二分之一。我國是傳統的農業大國，用世界7％的土地資源，養活了佔世界22％的人口，為了片面追求高產，過量的使用農藥、化肥以及不合理的耕作、輪作，導致土壤退化日益嚴重，土壤板結、硬化、侵蝕、酸化、鹽鹼化、元素失衡、化學汙染、有機質流失及有益微生物區系失衡以及日益嚴重的農作物病蟲害等，嚴重限制了我國土地土壤生產力的發展和農產品品質的安全。特別的，隨著社會經濟的快速發展，在重汙染企業或工業密集區、工礦開採區及周邊地區、城市和城郊地區出現了土壤重汙染區和高風險區，這些地區的土壤中重金屬含量嚴重超標，重金屬通過食物鏈進入人體，嚴重危害人們的身體健康，威脅人類的生存環境。近年來關於農作物重金屬含量超標損害人體健康的報導也是屢見不鮮。因而，如何保持土壤質量、改善酸鹼土壤、解除土壤毒性、減少農作物疾病傳播等問題成為人們研究和關注的焦點。技術實現要素：本發明為解決上述技術問題，提供了一種功能性土壤調節劑，該土壤調節劑可有效改善土壤理化性質，防止土壤板結，增加土壤保水保肥性，減少病蟲害的發生，有效去除重汙染土壤中的隔和鎳，施用於農作物中可顯著增加農作物的產量，尤其是對小麥和西紅柿效果顯著。本發明還提供了一種功能性土壤調節劑的製備方法。本發明採用以下技術方案：一種功能性土壤調節劑，它是由以下重量配比的原料製成：榛子粕20-40份、γ-聚穀氨酸1-2份、複合微生物菌劑3-5份、中藥渣10-20份、粉煤灰60-80份、矽烷化改性沸石0.5-0.8份、硫酸鋅1-1.5份；所述粉煤灰為磨細的粉煤灰，比表面積≥400m2/kg，燒失量≤7％；所述榛子粕是採用下述方法製備得到的：向榛子仁提油後的含油量在3-5％的榛子粕中加入重量百分比為3-8％的營養液和重量百分比為2-3％的複合微生物菌劑，並於發酵室中在55-65℃間發酵12-18小時後，於35℃條件下烘乾至含水量≤5％，然後粉碎過150目篩即得，其中營養液重量百分比組成為：豆漿15％、維生素c3％、腐殖酸3％、硫酸鎂5％、葡萄糖10％、餘量水，ph為5.5；所述複合微生物菌劑是通過以下方法製備的：將雙歧桿菌、乾酪乳桿菌、納豆芽孢桿菌活化後分別在液體種子培養基中20℃下培養15-20小時，然後按照35‰的接種量轉入已滅菌的大罐培養基中，在28℃培養25小時後，將各菌種按照質量比2:2:1復配而成；所述矽烷化改性沸石是將天然沸石酸化後，於甲苯溶液中加入3-氨丙基三甲氧基矽烷反應處理後得到的。優選的，所述的功能性土壤調節劑是由以下重量配比的原料製成：榛子粕30份、γ-聚穀氨酸1.6份、複合微生物菌劑4份、中藥渣15份、粉煤灰75份、矽烷化改性沸石0.7份、硫酸鋅1.3份。所述液體種子培養基為質量比為30:5:10:0.5：0.2:1000的玉米粉、牛肉膏、蔗糖、磷酸二氫鉀、硫酸鎂、無菌水，ph為6.8。所述大罐培養基為質量比為240:20:300:400:3:0.5：2500的蛋白腖、牛肉膏、蔗糖、麥麩、磷酸二氫鉀、硫酸鋅和無菌水，ph為6.8。上述的功能性土壤調節劑的製備方法，它包括以下步驟：1)將榛子仁提油後的含油量在3-5％的榛子粕中加入重量百分比為3-8％的營養液和重量百分比為2-3％的複合微生物菌劑，並於發酵室中在55-65℃間發酵12-18小時後，於35℃條件下烘乾至含水量≤5％，然後粉碎過150目篩備用，其中營養液重量百分比組成為：豆漿15％、維生素c3％、腐殖酸3％、硫酸鎂5％、葡萄糖10％、餘量水，ph為5.5；2)將煎煮後剩餘的中藥渣經80-100℃烘乾至含水量≤3％，然後粉磨過120目篩備用；3)按照配方比例稱取γ-聚穀氨酸、粉煤灰、矽烷化改性沸石、硫酸鋅，並分別研磨過200目篩，然後和步驟1)所得榛子粕以及步驟2)所得中藥渣攪拌混合均勻，分裝即得功能性土壤調節劑。與現有技術相比，本發明的有益效果是：1)通過調整土壤有益微生物菌群體系，改善土壤微生態環境，調節和平衡土壤土層結構和養分結構，達到增加土壤肥力、減少病蟲害和改善酸鹼化的效果。2)本發明的土壤調節劑中採用含油量在3-5％的榛子粕為原料，由於該原料本身具有一定的油粘性，施用於土壤後會對土壤的團粒結構起到膠粘作用，能夠有效改善土壤的物理性質，增強土壤的透氣、保水、保肥能力，防止土壤板結，同時也提高了榛子粕的利用率。3)本發明的土壤調節劑對重汙染區的重金屬具有良好的去除效果，尤其對重金屬鎘和鎳的去除率可以達到98％以上，可有效修復重金屬鎘和鎳造成的土壤汙染。4)本發明的土壤調節劑中以粉煤灰為主要原料，輔以榛子粕、中藥渣、複合微生物菌劑等成分，各組分協同作用，使土壤具有較好的保水、保肥、透氣的效果，同時還能有效降低土壤板結、酸鹼化等現象的發生，施用於土壤中後對農作物增產增收效果顯著，尤其粉煤灰以其特有的結構性能協同其他組分，能很好的調節作物對氮磷鉀等不同養分的平衡吸收，尤其對小麥和西紅柿增產效果顯著，並同時降低病蟲害發生率。具體實施方式下面結合具體實施例對本發明做進一步的詳細說明。實施例1一種功能性土壤調節劑，原料組成為：榛子粕20份、γ-聚穀氨酸1份、複合微生物菌劑3份、中藥渣10份、粉煤灰60、矽烷化改性沸石0.5份、硫酸鋅1份。所述粉煤灰為磨細的粉煤灰，比表面積≥400m2/kg，燒失量≤7％。所述榛子粕是採用下述方法製備得到的：向榛子仁提油後的含油量在3-5％的榛子粕中加入重量百分比為3-8％的營養液和重量百分比為2-3％的複合微生物菌劑，並於發酵室中在55-65℃間發酵12-18小時後，於35℃條件下烘乾至含水量≤5％，然後粉碎過150目篩即得，其中營養液重量百分比組成為：豆漿15％、維生素c3％、腐殖酸3％、硫酸鎂5％、葡萄糖10％、餘量水，ph為5.5。所述複合微生物菌劑是通過以下方法製備的：將雙歧桿菌、乾酪乳桿菌、納豆芽孢桿菌活化後分別在液體種子培養基中20℃下培養15-20小時，然後按照35‰的接種量轉入已滅菌的大罐培養基中，在28℃培養25小時後，將各菌種按照質量比2:2:1復配而成；上述液體種子培養基為質量比為30:5:10:0.5：0.2:1000的玉米粉、牛肉膏、蔗糖、磷酸二氫鉀、硫酸鎂、無菌水，ph為6.8。上述大罐培養基為質量比為240:20:300:400:3:0.5：2500的蛋白腖、牛肉膏、蔗糖、麥麩、磷酸二氫鉀、硫酸鋅和無菌水，ph為6.8。所述矽烷化改性沸石的具體製備方法如下：取天然沸石10g於馬弗爐中700℃下煅燒3小時，冷卻至室溫；加入一定濃度的鹽酸，90℃條件下恆溫4小時，離心分離，洗淨，加10％的草酸溶液，室溫下攪拌過夜，離心分離，洗滌，烘乾備用；將上述酸化的沸石加入到150ml4mol/l的氫氧化鈉溶液中程序升溫，冷凝回流15min，再攪拌加熱15min，將混合物倒入去離子水中，濾出固體，並用去離子水洗至中性，真空乾燥24小時，取上述火化後的沸石，加入120ml甲苯，5ml3-氨丙基三甲氧基矽烷80攝氏度條件下攪拌反應24小時，洗滌後乾燥即得。上述的功能性土壤調節劑的製備方法，它包括以下步驟：1)將榛子仁提油後的含油量在3-5％的榛子粕中加入重量百分比為3-8％的營養液和重量百分比為2-3％的複合微生物菌劑，並於發酵室中在55-65℃間發酵12-18小時後，於35℃條件下烘乾至含水量≤5％，然後粉碎過150目篩備用，其中營養液重量百分比組成為：豆漿15％、維生素c3％、腐殖酸3％、硫酸鎂5％、葡萄糖10％、餘量水，ph為5.5；2)將煎煮後剩餘的中藥渣經80-100℃烘乾至含水量≤3％，然後粉磨過120目篩備用；3)按照配方比例稱取γ-聚穀氨酸、粉煤灰、矽烷化改性沸石、硫酸鋅，並分別研磨過200目篩，然後和步驟1)所得榛子粕以及步驟2)所得中藥渣攪拌混合均勻，分裝即得功能性土壤調節劑。實施例2一種功能性土壤調節劑，原料組成為：榛子粕25份、γ-聚穀氨酸1.5份、複合微生物菌劑4份、中藥渣15份、粉煤灰70份、矽烷化改性沸石0.6份、硫酸鋅1.1份。所述粉煤灰為磨細的粉煤灰，比表面積≥400m2/kg，燒失量≤7％。所述榛子粕是採用下述方法製備得到的：向榛子仁提油後的含油量在3-5％的榛子粕中加入重量百分比為3-8％的營養液和重量百分比為2-3％的複合微生物菌劑，並於發酵室中在55-65℃間發酵12-18小時後，於35℃條件下烘乾至含水量≤5％，然後粉碎過150目篩即得，其中營養液重量百分比組成為：豆漿15％、維生素c3％、腐殖酸3％、硫酸鎂5％、葡萄糖10％、餘量水，ph為5.5。所述複合微生物菌劑是通過以下方法製備的：將雙歧桿菌、乾酪乳桿菌、納豆芽孢桿菌活化後分別在液體種子培養基中20℃下培養15-20小時，然後按照35‰的接種量轉入已滅菌的大罐培養基中，在28℃培養25小時後，將各菌種按照質量比2:2:1復配而成；上述液體種子培養基為質量比為30:5:10:0.5：0.2:1000的玉米粉、牛肉膏、蔗糖、磷酸二氫鉀、硫酸鎂、無菌水，ph為6.8。上述大罐培養基為質量比為240:20:300:400:3:0.5：2500的蛋白腖、牛肉膏、蔗糖、麥麩、磷酸二氫鉀、硫酸鋅和無菌水，ph為6.8。所述矽烷化改性沸石的具體製備方法如下：取天然沸石10g於馬弗爐中700℃下煅燒3小時，冷卻至室溫；加入一定濃度的鹽酸，90℃條件下恆溫4小時，離心分離，洗淨，加10％的草酸溶液，室溫下攪拌過夜，離心分離，洗滌，烘乾備用；將上述酸化的沸石加入到150ml4mol/l的氫氧化鈉溶液中程序升溫，冷凝回流15min，再攪拌加熱15min，將混合物倒入去離子水中，濾出固體，並用去離子水洗至中性，真空乾燥24小時，取上述火化後的沸石，加入120ml甲苯，5ml3-氨丙基三甲氧基矽烷80攝氏度條件下攪拌反應24小時，洗滌後乾燥即得。上述的功能性土壤調節劑的製備方法，它包括以下步驟：1)將榛子仁提油後的含油量在3-5％的榛子粕中加入重量百分比為3-8％的營養液和重量百分比為2-3％的複合微生物菌劑，並於發酵室中在55-65℃間發酵12-18小時後，於35℃條件下烘乾至含水量≤5％，然後粉碎過150目篩備用，其中營養液重量百分比組成為：豆漿15％、維生素c3％、腐殖酸3％、硫酸鎂5％、葡萄糖10％、餘量水，ph為5.5；2)將煎煮後剩餘的中藥渣經80-100℃烘乾至含水量≤3％，然後粉磨過120目篩備用；3)按照配方比例稱取γ-聚穀氨酸、粉煤灰、矽烷化改性沸石、硫酸鋅，並分別研磨過200目篩，然後和步驟1)所得榛子粕以及步驟2)所得中藥渣攪拌混合均勻，分裝即得功能性土壤調節劑。實施例3一種功能性土壤調節劑，原料組成為：榛子粕30份、γ-聚穀氨酸1.6份、複合微生物菌劑4份、中藥渣20份、粉煤灰75份、矽烷化改性沸石0.7份、硫酸鋅1.3份。所述粉煤灰為磨細的粉煤灰，比表面積≥400m2/kg，燒失量≤7％。所述榛子粕是採用下述方法製備得到的：向榛子仁提油後的含油量在3-5％的榛子粕中加入重量百分比為3-8％的營養液和重量百分比為2-3％的複合微生物菌劑，並於發酵室中在55-65℃間發酵12-18小時後，於35℃條件下烘乾至含水量≤5％，然後粉碎過150目篩即得，其中營養液重量百分比組成為：豆漿15％、維生素c3％、腐殖酸3％、硫酸鎂5％、葡萄糖10％、餘量水，ph為5.5。所述複合微生物菌劑是通過以下方法製備的：將雙歧桿菌、乾酪乳桿菌、納豆芽孢桿菌活化後分別在液體種子培養基中20℃下培養15-20小時，然後按照35‰的接種量轉入已滅菌的大罐培養基中，在28℃培養25小時後，將各菌種按照質量比2:2:1復配而成；上述液體種子培養基為質量比為30:5:10:0.5：0.2:1000的玉米粉、牛肉膏、蔗糖、磷酸二氫鉀、硫酸鎂、無菌水，ph為6.8。上述大罐培養基為質量比為240:20:300:400:3:0.5：2500的蛋白腖、牛肉膏、蔗糖、麥麩、磷酸二氫鉀、硫酸鋅和無菌水，ph為6.8。所述矽烷化改性沸石的具體製備方法如下：取天然沸石10g於馬弗爐中700℃下煅燒3小時，冷卻至室溫；加入一定濃度的鹽酸，90℃條件下恆溫4小時，離心分離，洗淨，加10％的草酸溶液，室溫下攪拌過夜，離心分離，洗滌，烘乾備用；將上述酸化的沸石加入到150ml4mol/l的氫氧化鈉溶液中程序升溫，冷凝回流15min，再攪拌加熱15min，將混合物倒入去離子水中，濾出固體，並用去離子水洗至中性，真空乾燥24小時，取上述火化後的沸石，加入120ml甲苯，5ml3-氨丙基三甲氧基矽烷80攝氏度條件下攪拌反應24小時，洗滌後乾燥即得。上述的功能性土壤調節劑的製備方法，它包括以下步驟：1)將榛子仁提油後的含油量在3-5％的榛子粕中加入重量百分比為3-8％的營養液和重量百分比為2-3％的複合微生物菌劑，並於發酵室中在55-65℃間發酵12-18小時後，於35℃條件下烘乾至含水量≤5％，然後粉碎過150目篩備用，其中營養液重量百分比組成為：豆漿15％、維生素c3％、腐殖酸3％、硫酸鎂5％、葡萄糖10％、餘量水，ph為5.5；2)將煎煮後剩餘的中藥渣經80-100℃烘乾至含水量≤3％，然後粉磨過120目篩備用；3)按照配方比例稱取γ-聚穀氨酸、粉煤灰、矽烷化改性沸石、硫酸鋅，並分別研磨過200目篩，然後和步驟1)所得榛子粕以及步驟2)所得中藥渣攪拌混合均勻，分裝即得功能性土壤調節劑。實施例4一種功能性土壤調節劑，原料組成為：榛子粕40份、γ-聚穀氨酸2份、複合微生物菌劑5份、中藥渣15份、粉煤灰80份、矽烷化改性沸石0.8份、硫酸鋅1.5份。所述粉煤灰為磨細的粉煤灰，比表面積≥400m2/kg，燒失量≤7％。所述榛子粕是採用下述方法製備得到的：向榛子仁提油後的含油量在3-5％的榛子粕中加入重量百分比為3-8％的營養液和重量百分比為2-3％的複合微生物菌劑，並於發酵室中在55-65℃間發酵12-18小時後，於35℃條件下烘乾至含水量≤5％，然後粉碎過150目篩即得，其中營養液重量百分比組成為：豆漿15％、維生素c3％、腐殖酸3％、硫酸鎂5％、葡萄糖10％、餘量水，ph為5.5。所述複合微生物菌劑是通過以下方法製備的：將雙歧桿菌、乾酪乳桿菌、納豆芽孢桿菌活化後分別在液體種子培養基中20℃下培養15-20小時，然後按照35‰的接種量轉入已滅菌的大罐培養基中，在28℃培養25小時後，將各菌種按照質量比2:2:1復配而成；上述液體種子培養基為質量比為30:5:10:0.5：0.2:1000的玉米粉、牛肉膏、蔗糖、磷酸二氫鉀、硫酸鎂、無菌水，ph為6.8。上述大罐培養基為質量比為240:20:300:400:3:0.5：2500的蛋白腖、牛肉膏、蔗糖、麥麩、磷酸二氫鉀、硫酸鋅和無菌水，ph為6.8。所述矽烷化改性沸石的具體製備方法如下：取天然沸石10g於馬弗爐中700℃下煅燒3小時，冷卻至室溫；加入一定濃度的鹽酸，90℃條件下恆溫4小時，離心分離，洗淨，加10％的草酸溶液，室溫下攪拌過夜，離心分離，洗滌，烘乾備用；將上述酸化的沸石加入到150ml4mol/l的氫氧化鈉溶液中程序升溫，冷凝回流15min，再攪拌加熱15min，將混合物倒入去離子水中，濾出固體，並用去離子水洗至中性，真空乾燥24小時，取上述火化後的沸石，加入120ml甲苯，5ml3-氨丙基三甲氧基矽烷80攝氏度條件下攪拌反應24小時，洗滌後乾燥即得。上述的功能性土壤調節劑的製備方法，它包括以下步驟：1)將榛子仁提油後的含油量在3-5％的榛子粕中加入重量百分比為3-8％的營養液和重量百分比為2-3％的複合微生物菌劑，並於發酵室中在55-65℃間發酵12-18小時後，於35℃條件下烘乾至含水量≤5％，然後粉碎過150目篩備用，其中營養液重量百分比組成為：豆漿15％、維生素c3％、腐殖酸3％、硫酸鎂5％、葡萄糖10％、餘量水，ph為5.5；2)將煎煮後剩餘的中藥渣經80-100℃烘乾至含水量≤3％，然後粉磨過120目篩備用；3)按照配方比例稱取γ-聚穀氨酸、粉煤灰、矽烷化改性沸石、硫酸鋅，並分別研磨過200目篩，然後和步驟1)所得榛子粕以及步驟2)所得中藥渣攪拌混合均勻，分裝即得功能性土壤調節劑。應用實施例1本發明的保水保肥效果採用盆栽的方式，選取淋失較嚴重的砂性土壤，每盆裝風乾土5kg，將本發明實施例1-4製備的土壤調節劑均勻拌於土中。試驗設5個處理，其中處理1為對照(不施用土壤調節劑)，處理2、處理3、處理4、處理5分別為施用實施例1-4所製得土壤調節劑，土壤調節劑用量為幹土重量的0.5％。各個處理重複3次，待西紅柿齊苗後，每盆保留長勢一致的3棵，不定期澆水，並於開花期追肥一次，每個處理組每次澆水和施肥量均一致；收穫期稱鮮重計產，同時採集土壤樣品，風乾過篩後，檢測土壤水分、土壤養分等肥力指標。試驗結果如下表1-2所示。表1本發明土壤調節劑對西紅柿產量影響表2本發明土壤調節劑對土壤養分和水分的保持作用組別鹼解氮(mg/kg)速效磷(mg/kg)速效鉀(mg/kg)含水量(％)對照組70.213.131.852.3實施例179.314.233.254.6實施例278.613.933.155.2實施例379.515.334.554.9實施例477.314.834.255.6以上試驗結果表明：在施用本發明的土壤調節劑的條件下，西紅柿的產量明顯增加，且土壤含水量和養分含量也保持的較好，這是由於本發明的調節劑原料中含有的榛子粕具有一定的粘性，對土壤的團粒結構起到膠粘作用，能夠有效改善土壤的物理性質，增強土壤的透氣、保水、保肥能力，同時與組分原料中的γ-聚穀氨酸、粉煤灰協同作用，對土壤的保水保肥具有積極地作用，還能很好的調節作物對氮磷鉀等不同養分的平衡吸收，促進了作物生長和保證了長期水分和養分的需求。應用實施例2本發明對重金屬汙染地區的作用效果為了進一步研究本發明土壤調節劑的作用效果，發明人選取了一塊靠近重工業區的重金屬汙染嚴重的土地作為試驗田，經測試，該試驗田土壤中重金屬鎘平均含量為6.51mg/kg，重金屬鎳平均含量為392.53mg/kg。試驗田平均分為5塊，每塊面積為2畝，在該土地上種植小麥，其中一塊在種植小麥期間僅施用普通肥料作為對照組，其餘4塊試驗田作為實驗組，除施用與對照組相同的肥料與水分外，還在土壤中施用本發明的土壤調節劑，每畝施用量為500g。連續種植兩年後，對土壤中的重金屬含量進行檢測，測試結果如表3所示。表3土壤中重金屬鎘和鎳的含量從表3中的數據可以看出，與對照組相比，施用本發明的土壤調節劑后土壤中重金屬鎘和鎳的含量去除效果明顯，去除率均可以在98％以上。這是由於本發明的土壤調節劑中的榛子粕與中藥渣為多孔結構，且灰分低，雜質又少，十分容易活化，微孔結構容易調整，同時中藥渣還富含大量纖維素、半纖維素、木質素等高分子和一定量的活化成分，因此通過本發明的處理後，二者協同作用能夠大大提高其對重金屬及有機汙染的吸附能力。此外，粉煤灰和矽烷化改性沸石也能夠大大吸附土壤中的重金屬成分，而本發明中的經發酵後產生的微生物成分在改善土壤微生態環境，調節和平衡土壤土層結構和養分結構的同時還可以影響土壤中重金屬的形態，將有效態重金屬轉化為無效態，實現對土壤汙染的修復。本發明多種組分共同作用，達到協同增效的效果，很好的去除了土壤中重金屬鎘和鎳，大大消除了重金屬汙染所帶了的隱患。應用實施例3本發明對小麥種植產量影響2013年至2015年連續3年，在山東省莒南縣選取一片試驗田進行小麥種植效果研究。試驗田劃分為相同大小的五塊，每塊試驗田中播種同一品種、同一用量的小麥，在種植小麥前，其中4塊試驗田在翻耕時分別施入本發明實施例1-4所製得的土壤調節劑，用量為500g/畝，另一塊不施用土壤調節劑作為對照組。實施例和對照組其他施肥和灌溉方法均相同，其他管理按照常規方法進行。連續3年分別研究各實驗組小麥的產量及病蟲害發生率，具體結果如表4所示。表42013-2015年小麥種植試驗結果通過以上試驗結果可以看出，與對照組相比，施用本發明土壤調節劑後，連續3年小麥增產效果十分明顯，且病蟲害發生率明顯較低，且連續三年增產率呈逐年上升趨勢。這是由於本發明中含有的有益活性菌群進入土壤後各菌種迅速繁殖，能夠有效抑制土壤中的真菌、細菌、病毒等有害微生物的生長，有效預防各種病蟲害的發生。同時，其中某些菌種還能產生多種具有生物活性的酶，如纖維素酶、木聚糖酶等，這些酶可以分解土壤中的有機質，溶解可溶性物質，可以促進植物對礦物質的吸收，促進植物的生長，提高農作物的生長品質。此外，本發明中的油性榛子粕對土壤的團粒結構起到膠黏作用，連續長期使用能夠有效改善土壤的物理性狀，增強土壤的透氣、保水、保肥能力，防止土壤板結，進一步提高了小麥的產量及品質。當前第1頁12