本發明屬于農業，具體地說，涉及一種土壤高碳隔層的構建方法。
背景技術：
1、耕地是糧食生產的命根子，加強耕地保護、提升耕地質量，不僅是保障國家糧食安全的重要舉措，也是推動生態文明建設、實現可持續發展的重要途徑。
2、耕層作為農田耕地質量提升的關鍵要素，其土壤特性直接影響作物生長和糧食產能。我國42%的耕地因不同程度的人為、機械操作、耕作方式不當以及不科學的施肥造成土壤耕層退化。其中，耕層變淺、土壤酸化、板結、有機質含量偏低、養分失衡、有機污染物殘留累積是普遍存在的突出問題。因此，改善作物生長條件，以綠色高效減污提質的手段疏松土壤、加深耕層厚度、培肥地力、提升耕地質量，保障農業土壤健康、增加糧食產能和提升農產品品質，成為我國農業發展中亟待解決的關鍵問題之一。
3、針對耕層變淺、土壤板結等障礙性土壤問題，目前國內外主要通過機械深耕深松和施用具有松土功能的土壤調理劑（松土促根劑）等措施改良土壤特性。其中，機械深耕深松主要通過選擇240馬力以上的大型機械，作業深度達35厘米以上，打破土壤犁地層、降低土壤容重和緊實度，增加耕層厚度和孔隙度，短期降低耕層土壤盈余養分與有機物污染物濃度，達到提升土壤質量和作物產量的目的。施用土壤調理劑則是通過改善土壤團粒結構、增強土壤滲透功能，促進土壤中有益微生物的生長繁殖，進而促進作物根系生長，達到增產的效果。
4、盡管上述這兩種技術對于改善耕層變淺、土壤板結、次生鹽漬化等土壤問題均有一定的效果，但深耕深松技術增加了土壤與空氣的接觸，土壤蒸發強烈、跑墑嚴重，加劇土壤次生鹽漬化；土壤調理劑的大量施用可能會給土壤生態系統結構和功能造成一定影響。同時，這兩種技術施工量大、成本高，農民接受程度較低。因此，發明一種具有普適性提升土壤有機碳含量，改善土壤生態環境的農業技術措施迫在眉睫。
技術實現思路
1、本發明的目的是提供一種土壤高碳隔層的構建方法。
2、為了實現本發明目的，本發明提供一種土壤高碳隔層的構建方法，針對以下①~④四類土壤，高碳隔層從上至下依次布設為：
3、①針對結構性差、板結、易開裂，土壤耕作層變淺、土壤透氣透水性差、退化沙化具有物理性障礙的土壤，高碳隔層從上至下依次布設為：擴蓄增容層、吸附釋放層和高碳穩定層；
4、②針對鹽堿度高、酸化、農藥殘留、硝酸鹽、有機污染物和重金屬累積具有化學性障礙的土壤，高碳隔層從上至下依次布設為：吸附釋放層、擴蓄增容層和高碳穩定層；
5、③針對土壤富營養化、養分失調、病原菌和蟲害累積、微生物、土壤動物多樣性缺失具有生物性障礙的土壤，高碳隔層從上至下依次布設為：擴蓄增容層、吸附釋放層、和高碳穩定層；
6、④針對泥炭地、沼澤地、復墾礦區、荒漠化土地、新墾農田未形成土壤結構的耕地后備資源土壤，高碳隔層從上至下依次布設為：高碳穩定層、擴蓄增容層和吸附釋放層；
7、本發明的高碳隔層可以布設在土壤20-80?cm土層的任意位置，其中，吸附釋放層、擴蓄增容層、高碳穩定層厚度可根據土壤障礙程度導向性調節。
8、進一步地，所述吸附釋放層的制備方法包括：將吸附材料、多孔碳材料、緩釋肥材料和粘接劑，按照體積比4:3:2:1混合，平鋪在目標地塊上。
9、所述吸附材料可選自膨潤土、沸石、珍珠巖（膨脹珍珠巖）等中的至少一種。
10、所述多孔碳材料可選自生物炭、活性炭、菌渣碳、聚丙烯酰胺等中的至少一種。
11、所述緩釋肥材料可選自磷礦粉、鉀長石（高溫熔融鉀長石）、低標水泥、包膜尿素（硫磺包膜尿素）等中的至少一種。
12、低標水泥是指低標號的水泥，可以作為緩釋肥包膜或緩沖材料，延緩養分的釋放。
13、所述粘接劑可選自淀粉、聚乙烯醇、羧甲基纖維素等中的至少一種。
14、所述吸附材料和多孔碳材料的粒徑在0.5-2?mm之間，陽離子交換量≥150?cmol/kg。
15、所述膨潤土中蒙脫石的含量≥85%。
16、所述珍珠巖（膨脹珍珠巖）的堆積密度在80-120?kg/m3之間。
17、所述包膜尿素（硫磺包膜尿素）的n含量≥42%，釋放周期＞120天。
18、所述磷礦粉的p2o5含量≥28%，細度＜80目。
19、所述羧甲基纖維素的粘度在800-1200?m?pa?s之間。
20、所述聚乙烯醇的醇解度在80%以上。
21、優選地，所述吸附材料由沸石、膨潤土和珍珠巖按體積比5:3:2混合而成。
22、優選地，所述多孔碳材料由生物炭、活性炭和菌渣碳按體積比6:2:2混合而成。
23、優選地，所述緩釋肥材料由包膜尿素和磷礦粉按體積比7:3混合而成。
24、優選地，所述粘接劑由聚乙烯醇和甲基纖維素按體積比1:1混合而成。
25、進一步地，所述擴蓄增容層的制備方法包括：將有機物料和保水材料以體積比8:2進行配比，均勻混合后鋪撒在目標地塊上，并適量噴施微生物菌劑、氨基酸添加劑和復合酶。
26、所述有機物料可選自豆秸、菇渣、麥麩、稻糠、玉米秸、甘蔗渣、牛糞等中的至少一種。
27、所述保水材料可選自膨潤土、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸鈉、殼聚糖等中的至少一種。
28、所述微生物菌劑的接種量≥2×106cfu/cm2，其中枯草芽孢桿菌的活菌數≥5×109cfu/g，木霉菌孢子的濃度≥1×108個/g。
29、所述氨基酸添加劑可選自谷氨酸、天冬氨酸、賴氨酸、脯氨酸、絲氨酸、組氨酸、蛋氨酸、精氨酸等中的至少一種，或采用來源于植物蛋白水解液、動物蛋白水解液的氨基酸混合物。
30、所述復合酶包含脲酶、纖維素酶、半纖維素酶、果膠酶、磷酸酶、木聚糖酶、蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶中的兩種或多種復配。
31、例如，所述有機物料的制備方法包括：將豆秸、菇渣、麥麩、稻糠、玉米秸、甘蔗渣和牛糞混合，進行好氧堆肥發酵，腐熟至深褐色至黑褐色，達到質地松散無硬塊、無氨味和酸臭味后，此時其揮發性固體降解率≥50%，nh3濃度≤5?mg/m3；其中，好氧堆肥發酵的條件為：溫度55-65℃維持15天，翻堆頻率3天/次。
32、所述豆秸、玉米秸、菇渣粉碎至10-20?cm，菇渣的含水率≤30%。
33、所述有機物料的中低碳氮比20＜c/n＜60。
34、所述聚丙烯酸鈉的吸水倍率≥300倍，殼聚糖的脫乙酰度≥90%。
35、進一步地，所述擴蓄增容層的制備方法包括：將高碳材料和骨架材料過2?mm篩后，均勻混合，并適量添加調節劑使混合物料的ph為7.0左右，將混合物料平鋪在土壤中壓實，壓實度≥90%。
36、優選地，所述高碳材料、骨架材料和調節劑按照體積比6:3:1混合。
37、所述高碳材料可選自木屑、草炭、生物炭、改性瀝青等中的至少一種。
38、所述骨架材料可選自鉀長石、水泥、聚丙烯酸鉀、酚醛樹脂等中的至少一種。
39、所述調節劑為礦物質，所述礦物質可選自膨潤土、石灰（緩釋石灰）等。
40、所述木屑的粒徑d90≤2?mm，固定碳≥75%，灰分≤5%。
41、所述改性瀝青的軟化點≥90℃，25℃的針入度為40-60?dmm，老化殘留率（rtfot）≥85%。
42、所述草炭的腐殖酸含量≥45%，ph5.5-6.5，含水率≤15%。
43、所述鉀長石中k2o的含量≥12%、d90≤2?mm，溶解度（5%檸檬酸）≤3%。
44、所述水泥的初凝時間≥60?min，28?d抗壓強度≥30?mpa，堿激發劑模數1.2-1.5。
45、所述膨潤土、石灰的表面積≥300?m2/g，陽離子交換量≥150?cmol/kg，ph緩沖容量≥5?mmol/kg。
46、優選地，所述高碳材料由木屑、草炭和水泥按體積比6:3:1混合而成。
47、在本發明的一個具體實施方式中，以土壤耕層變淺、透氣透水性差、結構性弱，板結、退化沙化等物理性障礙玉米田為例，提供一種土壤高碳隔層的構建方法，包括以下步驟：
48、（1）在玉米收割后，將秸稈、地膜、滴灌帶等雜余物品清除；
49、（2）采用新型自制開溝機械移去表層覆土，在種植區逐行開深溝至60?cm，溝寬100cm，溝長依據地塊長度確定；
50、（3）物理性障礙土壤高碳隔層從上至下依次布設為：擴蓄增容層、吸附釋放層、高碳穩定層。在實施過程中，采用自下而上的方式進行：
51、（4）高碳穩定層：將木屑、草炭、生物炭、瀝青等高碳低降解率的物料與鉀長石、水泥、聚丙烯酸鉀、酚醛樹脂等有機無機骨架材料過2?mm篩后，均勻混合，并適量添加膨潤土和石灰等礦物質調節物料ph在7.0左右，高碳材料:骨架材料:調節劑體積比為6:3:1，均勻混合后平鋪在溝內底部并壓實，厚度5?cm，并壓實。
52、（5）吸附釋放層：將生物炭、菌渣、聚丙烯酰胺等多孔碳材料與膨潤土、沸石、膨脹珍珠巖等吸附材料過2?mm篩，之后按照多孔碳材料、吸附基質（吸附材料）體積比7:3，進行充分混合后，平鋪在高碳穩定層上方，厚度5?cm。
53、（6）擴蓄增容層：將豆秸、菇渣、麥麩、稻糠、玉米秸、甘蔗渣、牛糞等有機物料（中低碳氮比20＜c/n＜60）粉碎至10-20?cm后進行好氧堆肥發酵（溫度55-65℃維持15天，翻堆頻率3天/次），腐熟至深褐色至黑褐色，達到質地松散無硬塊、無氨味和酸臭味后，此時其揮發性固體降解率≥50%，nh3濃度≤5?mg/m3，之后將有機物料與保水材料以體積比8:2進行配比，均勻混合后鋪撒在玉米地30-50?cm深度，厚度20?cm。
54、（7）高碳隔層布置完成后，在隔層表面適量灑水，并噴施微生物菌劑、氨基酸添加劑以及復合酶，補充土壤中的有益微生物；
55、（8）在隔層上覆蓋土壤，將土壤全部回填至與地面齊平。
56、借由上述技術方案，本發明至少具有下列優點及有益效果：
57、（一）本發明提供一種土壤高碳隔層的構建方法，該高碳隔層由吸附釋放層、擴蓄增容層和高碳穩定層組成，且不同功能層之間隨著時間的推移能夠相互融合，逐漸將不同碳氮比、碳形態材料的轉化釋放成土壤有機質，三層相互補充共同作用，能實現土壤結構改良、減污增碳和質量提升等多重目標，功能強大。
58、（二）本發明中，高碳隔層可針對不同障礙土壤定向優化功能層布設位置及隔離層中不同梯度碳氮比有機物料配比進行改良，本質上是調控微生物代謝活動速率來調控有機物質向土壤腐殖質及養分的轉化效率。不同功能層的設置分別對應不同的碳氮比的碳周轉效率，滿足土壤在短期、中期和長期的有機碳補充需求，實現一次布置可實現5-8年持續發揮深層補碳效應，并在阻隔能力下降后，結合覆土翻耕，將阻隔層與土壤充分混合，繼續為作物生長提供有益物質，具有持續時間長，環境友好等優勢。
59、（三）本發明中高碳隔層的制備中綜合利用了農業廢棄物資源，不僅減少了廢棄物處置成本，還以農業廢棄物替代有機肥進行改良和培肥土壤，減少了有機肥的施用開支。此外，改良后的土壤顯著提升了作物出苗率及產量，促進農戶增收。該技術避免了有毒有害物質進入土壤，符合綠色發展、生態農業、促進農業循環經濟發展的理念，是一項兼具低成本與高經濟效益的農業技術措施。