CN102660291B - 一种生物炭基土壤改良剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物炭基土壤改良剂及其制备方法，由生物质炭黑和益生菌剂组成，其重量比为(95.5％～98.5％)∶(1.5％～4.5％)；将农业废弃物作为生物质原料进行低温炭化形成多孔的生物质炭黑；将有益微生物进行扩大培养，发酵成益生菌液，混合后经固液分离、闪蒸干燥成益生菌剂；所述有益微生物选自多粘类芽孢杆菌、木霉菌、固氮菌、根瘤菌、解磷菌、解钾菌、纤维素分解菌、抗生素产生菌、光合菌中的一种或多种。本发明的生物炭基土壤改良剂，用的是多微孔的生物质炭，既有极强的吸附能力，又有很好的吸光增温效果，其益生菌剂活菌存活率高，能在常温下长期保存，不仅肥料增效作用明显，且可有效防治土传病。
Description
技术领域
本发明涉及一种土壤改良剂，尤其涉及一种生物炭基土壤改良剂；此外，本发明还涉及该生物炭基土壤改良剂的制备方法。
背景技术
我国是一个人口大国、农业大国，用占世界7％的土地养活了占世界22％的人口，粮食问题永远是关系到国计民生的大事。我国现有耕地20亿亩，年需化肥1.5亿吨，是世界最大的化肥进口国和氮肥生产国。尽管如此，化肥量仍然满足不了农业发展的需要。究其原因，关键问题在于化肥的利用率太低。据调查，我国化肥的利用率只有35％-40％，其余部分被土壤固定，或淋溶造成水体污染、湖泊富营养化等环境问题。有效合理使用化肥，减少环境污染，消除土壤板结，挖掘土壤潜在肥力，提高化肥利用率，降低土传病的发病率，已成为摆在农业生产上的一个重要课题。为了农业的可持续发展，达到高产、优质、高效的目的，世界各国都在利用土壤中的有益微生物制成的生物土壤改良剂来改善作物根际土壤的微生态区系，将农作物难以利用的物质转化为可被利用的有效营养物质，降低土传病发病率，缓解生态环境不利影响的局面。
发明内容
本发明要解决的技术问题之一是提供一种生物炭基土壤改良剂，其活菌存活率高，缓释效果好，肥效时间长，能在常温下长期保存，可与其它有机、无机肥料进行混合造粒烘干而不受影响，且肥料增效作用明显，能有效防治土传病，达到改良土壤的目的。
本发明要解决的技术问题之二是提供该生物炭基土壤改良剂的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提供一种生物炭基土壤改良剂，由生物质炭黑和益生菌剂组成；所述生物质炭黑与浓缩的益生菌剂的重量比为(95.5％～98.5％)∶(1.5％～4.5％)，优选为98.5％∶1.5％；所述生物质炭黑采用如下方法制得：将农业废弃物作为生物质原料进行低温炭化形成多孔的生物质炭黑；所述益生菌剂采用如下方法制得：将有益微生物进行扩大培养，发酵成益生菌液，混合后经固液分离、闪蒸干燥成益生菌剂；所述有益微生物选自多粘类芽孢杆菌、木霉菌、固氮菌、根瘤菌、解磷菌、解钾菌、纤维素分解菌、抗生素产生菌、光合菌中的一种或多种。
所述农业废弃物可以是沙柳平茬、玉米、大豆、小麦、水稻、秸秆，可有效进行碳汇。
所述益生菌剂中每一种有效菌的数量不得少于10亿/g，所述益生菌剂的有效活菌数≥2000亿/g，所述生物炭基土壤改良剂的有效活菌数≥20亿/g。
此外，本发明还提供一种该生物炭基土壤改良剂的制备方法，包括如下步骤：
1)利用农业废弃物作为生物质原料，低温炭化成多孔的生物质炭黑；
2)对有益微生物菌群进行扩大培养，发酵成益生菌液，混合后经固液分离、闪蒸干燥，制成益生菌剂；
3)以生物质炭黑为核心，吸附浓缩益生菌剂，利用适量粘合剂(粘合剂的重量约为生物质炭黑与益生菌剂总重量的1％～5％)包裹制备成生物炭基土壤改良剂。
步骤2)具体为：将选好的菌种接入液体培养基活化后，取活化菌种进行液体摇床培养，再将得到的菌种经过种子罐逐级扩大培养而获得发酵液，对其进行固液分离，再经过闪蒸干燥，即得益生菌剂。
步骤3)中，所述粘合剂可以为凹凸棒土黏合剂或氧化淀粉粘合剂。
所述生物质炭黑采用如下方法制得：将农业废弃物作为生物质原料，将农用废弃物干燥后破碎，并送入低温炭化炉进行低温炭化，进而得到多孔的生物质炭黑。对不同粒度的原料进行直接低温炭化，炭化颗粒完全保留原有的微孔，孔隙度高，因而生产的生物质炭具备良好的吸附性和增温保温性。
生物炭基土壤改良剂中的微生物在其发酵和土壤内的生命活动过程中会产生大量的赤霉素和细胞激动素类物质，这些物质在与植物根系接触后，会刺激作物生长，调节作物新陈代谢，从而产生增产效果。生物炭基土壤改良剂中的微生物在植物根部大量生长、繁殖，形成优势菌，抑制和减少了病原菌的繁殖机会，有的还具有拮抗病原菌的作用，起到了减轻作物病害的功效。
本发明具有以下有益效果：
1、缓释效果好：由于生物质炭黑为深黑色有机产品，富含微孔，具有极强的吸肥、吸水的吸附能力、及吸光增温特性，施入土壤以后，不但可以持肥缓释，减少肥料淋失浪费，能在常温下长期保存，可与其它有机、无机肥料进行混合造粒烘干而不受影响，而且在每个炭素颗粒周围形成增温隔热区，对于解决早春地温偏低出苗和生长缓慢等问题具有重要作用。
2、活菌存活率高：利用生物质炭黑的多孔性，可有效保持益生菌剂的活性，不但使制备过程中可能造成活菌死亡的环节杜绝了活菌体的死亡，而且在成型的产品中活菌体有生物质炭黑的保护，可使得肥料生物菌的存活率得到显著提高，在常温下保存两年的生物炭基土壤改良剂，其有益菌的存活率达80％。由于活菌存活率高，使得含生物菌的肥料增效作用明显。
3、经济环保：本发明生产基质的原料主要是农业废弃物，原料本身就是废物利用，且成本低廉，取之不尽；用半封闭低温炭化炉缺氧干馏分解新工艺生产生物质炭黑，不消耗外界能源，不产生任何“三废”，生产过程节能而且环保；生物质炭黑源自植物有机体，本身属有机复合物，主要成分是碳元素，在土壤中可以自然分解，完全无残留，因而在使用过程中对环境无任何污染，同时兼有改良土壤的长效特性。
4、产品应用范围广泛、增效作用明显：本发明生物炭基土壤改良剂在2010-2011年已完成了初步配比实验并小批量生产，在小面积上进行了玉米口肥应用试验，取得了很好的实验效果。2011年在江苏、安徽、辽宁、山东、河南等地区对玉米、水稻、大豆、花生、蔬菜等作物进行中试，效果均较明显，已通过验收。截至目前，与对照田块相比，由于活菌存活率高，使得含生物菌的土壤改良剂防治土传病的作用明显。施用本发明生物炭基土壤改良剂后土传病菌的感染率降低50％以上，并可使农作物产量增加15-30％，农产品品质显著提高。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明作进一步的阐述：
实施例1
1、菌种选择：选择菌种包括：解磷菌、解钾菌和纤维素分解菌，其重量配比为1∶1∶1。
2、扩大培养成益生菌剂：将已筛选好的菌种接入液体培养基活化后，取3ml的活化菌种接入装有250ml培养基的三角瓶中进行液体摇床培养，再将得到的菌种经过15L、1t种子罐逐级扩大培养而获得700kg的发酵液，利用碟式离心机对其进行固液分离，再经过闪蒸干燥机闪蒸干燥，即得2kg益生菌剂。
3、生物质炭黑的制备：利用当地的农业废弃物秸秆，低温炭化成多孔的生物质炭黑135kg；
4、生物炭基土壤改良剂的制备：取生物质炭黑135kg和益生菌剂2kg，进行吸附混合，并用粘合剂(例如氧化淀粉粘合剂或凹凸棒土黏合剂)包裹成139kg生物炭基土壤改良剂，其中生物质炭为97％，有效活菌数为25亿/g。
实施例2
1、1、菌种选择：选择菌种包括：多粘类芽孢杆菌和木霉菌，其重量配比为1∶1。
2、扩大培养成益生菌剂：将已筛选好的菌种接入液体培养基活化后，取5ml的活化菌种接入装有500ml培养基的三角瓶中进行液体摇床培养，再将得到的菌种经过20L、1t种子罐逐级扩大培养而获得800kg的发酵液，利用碟式离心机对其进行固液分离，再经过闪蒸干燥机闪蒸干燥，即得2kg益生菌剂。
3、生物质炭黑的制备：利用当地的沙柳平茬等生物质原料，低温炭化成多孔的生物质炭黑125kg；
4、生物炭基益生菌剂的制备：取生物质炭黑125kg和益生菌剂2kg，进行混合吸附，并用粘合剂(例如氧化淀粉粘合剂或凹凸棒土黏合剂)包裹成128kg生物炭基土壤改良剂，其中生物质炭为98％，有效活菌数为24亿/g。
实施例3
1、菌种选择：选择菌种包括：多粘类芽孢杆菌、钾细菌和枯草芽孢杆菌，其重量配比为1∶1∶2。
2、扩大培养成益生菌剂：将已筛选好的菌种接入液体培养基活化后，取5ml的活化菌种接入装有500ml培养基的三角瓶中进行液体摇床培养，再将得到的菌种经过20L、1t种子罐逐级扩大培养而获得750kg的发酵液，利用碟式离心机对其进行固液分离，再经过闪蒸干燥机闪蒸干燥，即得5.4kg益生菌剂。
3、生物质炭黑的制备：利用当地的沙柳平茬等生物质原料，低温炭化成多孔的生物质炭黑115kg；
4、生物炭基益生菌剂的制备：取生物质炭黑115kg和益生菌剂5.4kg，进行混合吸附，并用粘合剂(例如氧化淀粉粘合剂或凹凸棒土黏合剂)包裹成成122kg生物炭基土壤改良剂，其中生物质炭为95.8％，有效活菌数为24亿/g。
以下通过试验例对本发明的有益效果作进一步的阐述：
试验例1
1)本试验共设两个处理：
(1)设对照组和处理组，在播种薄荷前进行施肥。对照组(习惯施肥)：施用博翼有机肥500kg(该有机肥为上海博翼有机农业技术发展有限公司市售产品)做底肥；(2)处理组：每小区底施10公斤本发明生物炭基土壤改良剂，然后进行翻耕，使其和上层土壤充分混匀，然后与对照组一样习惯施肥。重复三次，田间随机排列，小区面积0.3亩，薄荷田块上土质壤土，土壤肥力中上，田块地势平坦，属井水灌溉，薄荷品种“胡椒薄荷”，田间管理同大田。
2)试验结果与分析：
促进薄荷生长发育，提高产量，且品质提高。薄荷施用本发明生物炭基益生菌剂，发芽早、齐，根系发达，植株生长健壮，叶片宽厚，色浓绿，薄荷原油产量提高。施用本发明生物炭基土壤改良剂的薄荷(处理组)，新鲜叶中含原油0.98％，较施用普通复合肥(对照组)的0.83％，增加0.15％，且叶片重量约为对照组的1.2倍，增产幅度28％。
试验例2：
1)本试验共设两个处理：
(1)设对照组和处理组，于播种前3～4天施肥。对照组(习惯施肥)：每小区底施3Kg普通尿素；(2)处理组：每小区底施10kg本发明生物炭基土壤改良剂，进行翻耕，使其和上层土壤充分混匀，然后与对照组一样习惯施肥。重复三次，田间随机排列，小区面积0.3亩，秧田土壤肥力中上，秧田地势平坦，属井水灌溉，水稻品种“浙优1号”，田间管理同大田。
2)试验结果与分析：
促进水稻生长发育，提高产量，且品质提高。水稻施用本发明生物炭基土壤改良剂，发芽早、齐，根系发达，植株生长健壮，水稻穗粒数、千粒重增加，产量提高。施用本发明生物炭基土壤改良剂的水稻(处理组)，穗粒、千粒重分别为131.6粒、26.5克，较习惯施肥(对照组)的113.8粒、22.9克分别增加17.8粒和3.6克；施用本发明生物炭基土壤改良剂的水稻(处理组)长势健壮、不易感病，水稻稻曲病发病株率为20％，而习惯施肥(对照组)为35％。
Claims (6)
1.一种生物炭基土壤改良剂，其特征在于，由生物质炭黑、益生菌剂和粘合剂组成；所述生物质炭黑与浓缩的益生菌剂的重量比为(95.5％～98.5％)：(1.5％～4.5％)；所述生物炭基土壤改良剂采用如下步骤制得：
1)利用农业废弃物作为生物质原料，用半封闭低温炭化炉缺氧干馏分解工艺生成多孔的生物质炭黑；
2)对有益微生物菌群进行扩大培养，发酵成益生菌液，混合后经固液分离、闪蒸干燥,制成益生菌剂；
3)以生物质炭黑为核心，吸附浓缩益生菌剂，利用粘合剂包裹制备成生物炭基土壤改良剂；
所述有益微生物选自多粘类芽孢杆菌、木霉菌、固氮菌、根瘤菌、解磷菌、解钾菌、纤维素分解菌、抗生素产生菌、光合菌中的多种；所述益生菌剂中每一种有效菌的数量不得少于10亿/g，所述益生菌剂的有效活菌数≥2000亿/g，所述生物炭基土壤改良剂的有效活菌数≥20亿/g。
2.根据权利要求1所述的生物炭基土壤改良剂，其特征在于，所述的农业废弃物包括沙柳平茬、玉米、大豆、小麦、水稻、秸秆。
3.根据权利要求1所述的生物炭基土壤改良剂，其特征在于，所述生物质炭黑与浓缩的益生菌剂的重量比为98.5％:1.5％。
4.一种根据权利要求1-3任一项所述的生物炭基土壤改良剂的制备方法，包括如下步骤：
1)利用农业废弃物作为生物质原料，用半封闭低温炭化炉缺氧干馏分解工艺生成多孔的生物质炭黑；
2)对有益微生物菌群进行扩大培养，发酵成益生菌液，混合后经固液分离、闪蒸干燥,制成益生菌剂；
3)以生物质炭黑为核心，吸附浓缩益生菌剂，利用粘合剂包裹制备成生物炭基土壤改良剂。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤2)具体为：将选好的菌种接入液体培养基活化后，取活化菌种进行液体摇床培养，再将得到的菌种经过种子罐逐级扩大培养而获得发酵液，对其进行固液分离，再经过闪蒸干燥，即得益生菌剂。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤3)中，所述粘合剂为凹凸棒土黏合剂或氧化淀粉粘合剂。
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