CN103951532B - 一种含微生物菌的复合型土壤修复剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种含微生物菌的复合型土壤修复剂及其制备方法，本发明修复剂包括以下重量份的组分：巴斯德芽孢杆菌孢子粉0.01-3份，磷石膏粉5-50份，有机堆肥10-60份，草炭粉5-50份，黄腐酸钾粉1.5-5份，粉状菌粉载体0.2-0.5份，甘油0.15-1份。本修复剂颗粒圆滑、颗粒硬度大、对种子无危害，可与其它肥料一起做底肥也可以与种子同播；本修复剂集有机络合钝化修复、无机钝化修复、微生物钝化修复等多项修复功能于一体，对土壤的修复功能既全面又强大，可刺激作物根部丛枝菌根真菌的生长繁殖，加速对重金属的钝化，并能刺激作物生长，增强作物免疫力。
Description
技术领域
本发明涉及一种土壤修复剂及其制备方法，具体地说是一种能钝化重金属的含微生物菌的复合型土壤修复剂及其制备方法，属于生物化工领域。
背景技术
近年来我国工业得到迅速发展，与此同时工业废弃物的大量排放，造成了大面积土地重金属含量等理化性质发生了改变，环保部和国土资源部不久前联合发布《全国土壤污染状况调查公报》，结果显示全国土壤总的超标率为16.1%，其中轻微、轻度、中度和重度污染点位比例分别为11.2%、2.3%、1.5%和1.1%。污染类型以无机型为主，有机型次之，复合型污染比重较小，无机污染物超标点位数占全部超标点位的82.8%。
其中，耕地土壤的点位超标率为19.4%，其中轻微、轻度、中度和重度污染点位比例分别为13.7%、2.8%、1.8%和1.1%，主要污染物为镉、镍、铜、砷、汞、铅、滴滴涕和多环芳烃。
若以第二次全国土地调查结果为准，我国耕地最新数据为203077万亩来计算，中重度污染的耕地面积占2.9%，已经达到5889万亩。这个数字超过了国土资源部副部长王世元预估的5000万亩左右。在此背景下，需要研制具有修复土壤作用的土壤修复剂。现有土壤修复剂具有作用片面，造价高，效果不明显等问题。而生物修复是近年来发展起来的一项新兴技术。可利用微生物、动物以及植物等进行生物修复，生物修复具有污染少、副作用小、见效快等优点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，而研制开发一种能钝化重金属的含微生物菌的复合型土壤修复剂及其制备方法，该方法生产的土壤修复剂产品造价低廉，可从根本上对土壤进行全方位修复改良，利于推广应用。
本发明的技术方案是：一种含微生物菌的复合型土壤修复剂，包括以下重量份的组分：巴斯德芽孢杆菌孢子粉0.01-3份，磷石膏粉5-50份，有机堆肥10-60份，草炭粉5-50份，黄腐酸钾粉1.5-5份，粉状菌粉载体0.2-0.5份，甘油0.15-1份。
本发明所用有机堆肥，可以采用市售普通有机堆肥。为了提高本发明修复剂的修复效果，优选地，所述有机堆肥，由包括以下重量配比的原料发酵而成：木薯渣35份、草木灰10份、鸡粪20份、牛粪20份、EM菌液3份、水12份、纤维素酶0.0002份。
EM（EffectiveMicroorganisms）菌为有效微生物群的英文缩写，所用EM菌液中每毫升含活性菌5—10亿个；所用纤维素酶规格为：每克50万单位。采用该规格的EM菌液和纤维素酶，可以保证发酵效果和发酵速度，如果活性菌含量低或纤维素酶规格低的话，发酵速度会显著减慢。
所述有机堆肥的发酵制备方法为：将木薯渣均匀的分散于发酵池中，再将草木灰均匀的分散于木薯渣上面，用翻堆机连翻3—4遍，将木薯渣和草木灰混合均匀；然后把鸡粪、牛粪分别均匀的分散于木薯渣和草木灰的混合料上；同时将EM菌液和纤维素酶溶于盛水池中，搅拌混合均匀后喷洒在发酵池的物料上，然后重复翻堆5—6遍，用黑色塑料膜盖封进行厌氧发酵，待料温升到50℃时及时翻堆降温至40℃左右，发酵15—20天即可。
上述发酵腐熟好的有机堆肥中含有大量的腐殖质等活化有机物成分，能够直接或间接的钝化重金属镉等，并能刺激作物生长，提高作物抗逆性。与市售普通有机堆肥相比，采用上述组分，并用厌氧发酵方法发酵的有机堆肥，有机营养成分更丰富，有机氮和碳的含量更高，修复剂的修复效果更好。
所述粉状菌粉载体为沸石粉、白炭黑、硅藻土中的一种或几种。优选地，粉状菌粉载体，由沸石粉、白炭黑、硅藻土，按重量百分比5:4:1组成，目数应不低于1000目。本发明采用沸石粉、白炭黑、硅藻土作为菌粉载体，由于这三种菌粉载体原料，皆具有近中性、保湿性较好的特点，对生物菌孢子具有一定的保护作用。根据沸石粉、白炭黑、硅藻土三种载体的密度和吸水率来确定其最佳质量百分比为5:4:1。为确保载体在菌粉和修复剂颗粒上的附着率，菌粉载体的目数应不低于1000目，高目数可以保证菌粉的附着率，同时使载体在修复剂中粘附牢固不脱落。菌粉载体可以起到保护巴斯德芽孢杆菌孢子粉的活性、稀释孢子粉浓度，使孢子粉均匀附着的作用。
所述巴斯德芽孢杆菌每克含巴斯德芽孢杆菌孢子粉100-2000亿个，孢子粉目数应不低于400目。这样可保证菌粉在修复剂颗粒上的吸附率达到95%以上。
本发明还提供一种制备含微生物菌的复合型土壤修复剂的方法，包括如下步骤：
(1)按上述重量份配比称取各组分原料备用；
(2)先将称量好的磷石膏粉、有机堆肥、草炭粉、黄腐酸钾粉混合均匀后送入圆盘造粒机或转鼓造粒机中，并配合加入适量的水蒸气造粒，造出的颗粒经烘干、冷却、筛分后送入储料斗，再通过计量皮带定量送入包膜机；
(3)然后用计量泵将甘油喷涂于步骤（2）的颗粒上；
(4)将巴斯德芽孢杆菌孢子粉和粉状菌粉载体在混料机中混匀后用喂料器送入包膜机内，涂于步骤（3）的已涂甘油的颗粒上，包装即可。
施用方法:本修复剂可与其它肥料一起做底肥，也可与种子同播。
本发明修复剂修复土壤的原理：本发明中采用的巴斯德芽孢杆菌，可以通过自身的代谢活动，利用其繁殖、生长过程中所表达的特殊酶，与周围代谢环境介质不断发生酶化作用而生成CO3 2-,CO3 2-与游离的重金属离子结合成重金属碳酸化合物沉淀，使重金属离子得以钝化，且在有Ca2+(本发明中提供的钙源为磷石膏中的硫酸钙)存在的环境下形成具有胶结作用的碳酸钙晶体而使土壤形成小颗粒，降低重金属离子的游动性，从侧面钝化重金属；草炭粉、黄腐酸钾粉、腐熟的有机堆肥中腐殖质等有机物质，一是通过形成不溶性金属有机复合物、增加土壤阳离子交换量、降低土壤中重金属的水溶态及可交换态组分，从而降低其生物有效性，二是可刺激作物根部能够有效钝化重金属的丛枝菌根真菌的生长繁殖，从而加速重金属的钝化；所用磷石膏不但为巴斯德芽孢杆菌的代谢产物固化胶结土壤提供钙源，而且其内所含的磷酸根离子可与游离的重金属离子结合成重金属磷化合物沉淀,从而钝化重金属离子，修复被重金属污染土壤的有益生理活性。
本发明方法制得的修复剂颗粒，杂菌少(杂菌含量每克成品小于10个)，活菌率高(菌活率为98%以上)，菌活期长(菌活期一年以上)，功能全面。可刺激丛枝菌根真菌的的生长繁殖，直接或间接钝化土壤中的重金属，强化土壤的团粒结构，增加土壤中的有益菌群，活化土壤，增添土壤中的有机质，从根本上修复优化土壤，提高农作物生长活力。
本发明土壤修复剂与现有技术相比，作用全面、造价低廉、效果明显，实用性强，产品利于推广。本修复剂颗粒圆滑、颗粒硬度大、对种子无危害，可与其它肥料一起做底肥，也可以与种子同播；本修复剂集有机络合钝化修复、无机钝化修复、微生物钝化修复等多项修复功能于一体，对土壤的修复功能既全面又强大，所用有机无机原料价格低廉易购，且不但对作物种子、根系无害，还可刺激作物根部丛枝菌根真菌的生长繁殖，加速对重金属的钝化，并刺激作物生长，增强作物免疫力，因而具有很好的推广价值。
附图说明
图1为本发明制备含微生物菌的复合型土壤修复剂的流程框图。
具体实施方式
本发明中所用原料来源：巴斯德芽孢杆菌(每克含巴斯德芽孢杆菌孢子粉100-2000亿个)为安徽飞天农用生物科技股份有限公司生产对外销售产品，巴斯德芽孢杆菌菌种编号:050502013，巴斯德芽孢杆菌孢子粉产品生产批次编号:ft201401266。磷石膏为粉湖北祥云集团生产；草炭粉为内蒙古草炭（泥炭）矿业有限公司生产；黄腐酸钾粉为南宁市天元顺丰科技有限公司生产；沸石粉为河南省信阳市平桥区华豫矿业有限公司生产；甘油为江苏省如皋市双马化工有限公司生产。其他原料如木薯渣、草木灰、鸡粪、牛粪、EM菌液、纤维素酶等均为采购的市售产品。
本发明制备含微生物菌的复合型土壤修复剂所用设备：混料机1HLJ2000型，生产厂家是滁州金三角化工机械有限公司；混料机2HLJ500型,生产厂家是滁州金三角化工机械有限公司；造粒机ZLJ2000—9000型，生产厂家是滁州金三角化工机械有限公司；烘干机HGJ2600—26000型，生产厂家是滁州金三角化工机械有限公司；冷却机LQJ2000—16000型，生产厂家是滁州金三角化工机械有限公司；振动筛ZS5-2型,生产厂家是滁州金三角化工机械有限公司；包膜机BM2000—6000型,生产厂家是滁州金三角化工机械有限公司；喂料器WLQ50—1000型，生产厂家是临沂大华机械设备有限公司；计量皮带JLPD300—5000型，生产厂家是承德科威；计量泵J—X/50型，生产厂家是济南力高泵业；自动包装秤DCS50—C3型，生产厂家是烟台圣元自动化设备有限公司。
实施例1.制备有机堆肥
（1）按以下重量配比准备原料：木薯渣35份、草木灰10份、鸡粪20份、牛粪20份、EM菌液（每毫升含活性菌5—10亿个）3份、水12份、纤维素酶（每克50万单位）0.0002份。
（2）发酵制备方法：将木薯渣均匀的分散于发酵池中(发酵池的面积根据设备日产量而定，每个发酵池所容发酵物料量不低于一天的生产用料量)，再将草木灰均匀的分散于木薯渣上面，用翻堆机连翻3—4遍，将木薯渣和草木灰混合均匀；然后把鸡粪、牛粪分别均匀的分散于木薯渣和草木灰的混合料上；同时将EM菌液和纤维素酶溶于盛水池中，搅拌混合均匀后喷洒在发酵池的物料上，然后重复翻堆5—6遍，用黑色塑料膜盖封进行厌氧发酵，待料温升到50℃时及时翻堆降温至40℃左右，发酵过程中确保温度不超过50℃，发酵15—20天即可。
实施例2.一种含微生物菌的复合型土壤修复剂，包括以下重量份的组分：
巴斯德芽孢杆菌孢子粉1份、磷石膏粉30份、有机堆肥40份、草炭粉20份、黄腐酸钾粉4份、粉状菌粉载体0.5份、甘油0.5份、水蒸气适量。
结合附图1说明本发明土壤修复剂制备方法：
按上述重量配比将磷石膏粉、有机堆肥、草炭粉、黄腐酸钾粉加入混料机1中混合均匀后送入圆盘或转鼓造粒机中，并配合加入水蒸气造粒，水蒸气的加入量以造粒机中出来的颗粒含水量在40%—50%为适中，造出的颗粒送入高温烘干机烘干（烘干机机头温度不低于300℃，机尾温度不低于60℃），烘干后的颗粒送入冷却机冷却降温至45℃以下，降温后的颗粒经振动筛筛分后直径为2—3.75mm的颗粒送入储料斗，再通过计量皮带定量送入包膜机；然后用计量泵将甘油喷涂于修复剂颗粒上；筛分出的较大颗粒（直径大于3.75mm）经破碎机破碎后与筛分出的较小颗粒（直径小于2mm）一道送入混料机1中。另将巴斯德芽孢杆菌孢子粉和粉状菌粉载体在混料机2中混匀后用喂料器送入包膜机内，涂于已涂甘油的颗粒上，包装、检验后即可入库、销售。
实施例3.一种含微生物菌的复合型土壤修复剂，包括以下重量份的组分：
巴斯德芽孢杆菌孢子粉2份、磷石膏粉40份、有机堆肥30份、草炭粉25份、黄腐酸钾粉3.5份、粉状菌粉载体0.3份、甘油0.6份、水蒸气适量。
制备方法：除原料配比外，其余和实施例1相同。
实施例4.一种含微生物菌的复合型土壤修复剂，包括以下重量份的组分：
巴斯德芽孢杆菌孢子粉1.8份、磷石膏粉26份、有机堆肥56份、草炭粉6份、黄腐酸钾粉4.6份、粉状菌粉载体0.46份、甘油0.56份、水蒸气适量。
制备方法：除原料配比外，其余和实施例1相同。
实施例5.一种含微生物菌的复合型土壤修复剂，包括以下重量份的组分：
巴斯德芽孢杆菌孢子粉0.01份，磷石膏粉5份，有机堆肥10份，草炭粉5份，黄腐酸钾粉1.5份，粉状菌粉载体0.2份，甘油0.15份。
制备方法：除原料配比外，其余和实施例1相同。
实施例6.一种含微生物菌的复合型土壤修复剂，包括以下重量份的组分：
巴斯德芽孢杆菌孢子粉3份，磷石膏粉50份，有机堆肥60份，草炭粉50份，黄腐酸钾粉5份，粉状菌粉载体0.5份，甘油1份。
制备方法：除原料配比外，其余和实施例1相同。
重金属钝化试验例1.
（1）污染土壤
2011-2013年在湖南湘潭县响水乡和湖南湘潭县响塘乡水稻田做重金属钝化试验田20个点200余亩。湖南省土壤肥料研究所2008年曾做过专项调研，结果显示，响水乡稻田重金属污染面积占水田总面积的68.84%，其中尤以镉污染为最重，有些地块每千克土壤中镉的含量高达10余毫克，超标近20倍，水稻亩产量仅为160公斤。由于重金属污染，当地的菜园中，总会结出些奇形怪状的变异果实——瓜架上的丝瓜会突然爆裂，黄嫩的丝瓜心从里面探出头来；连湖南人最爱吃的红辣椒，也出现了一个个朽洞，干瘪得毫无滋味。土壤重金属污染十分严重。
（2）处理方法
修复田每亩用本发明土壤修复剂500公斤，使用方法：耕地前，将土壤修复剂颗粒和底肥一起撒于地表，随着土地的翻耕与底肥一起分散于耕作层中。对照田不使用本发明土壤修复剂，种子、施肥量和管理与修复田相同。
（3）试验结果
重金属钝化试验例2.
（1）污染土壤
湖南省湘潭县响水乡李兴举家共有水稻田16亩，其中10亩施用本发明土壤修复剂做为修复试验田，其余6亩不施用本发明土壤修复剂做为对照田。做修复试验前的2011年的2月进行了土壤采集样品检测，检测结果为每千克土壤样品中生物有效性镉含量为6.8毫克，生物有效性汞为3.2毫克。
（2）处理方法
自2011年开始进行试验，试验田底肥每亩施用本发明的土壤修复剂500公斤、氯基15—15—15的平衡配方复合肥40公斤，追肥每亩用尿素10公斤，含量为60%的氯化钾7.5公斤；对照田底肥每亩施氯基15—15—15的平衡配方复合肥40公斤，追肥每亩用尿素10公斤，含量为60%的氯化钾7.5公斤。
早稻用品种均为湘早籼，于3月22号播种，亩定株均在15万左右，其它条件对照田和试验田均相同，均于7月9号收割，经晾晒后称重。
晚稻品种均为湘晚籼，试验田和对照田晚稻种植所用土壤修复剂量、底肥量、追肥量及肥料成分均与早稻种植时相同，管理方法也均相同，栽植时间7月16号，亩定株均为10万左右，对照田和试验田均于11月9好收获，经晾晒后称重。
2012年和2013年继续按2011年的方法和用量在同一地块进行了连续性试验，所进行的土壤多点采集检测方法，和所选用水稻品种、用土壤修复剂量、用肥量等与2011年相同。
（3）试验结果
经过3年的连续试验，于2014年2月对试验田和对照田土壤均进行了多点采集检测，检测结果为每千克对照田土壤样品中生物有效性镉含量为5.8毫克，生物有效性汞含量为2.7毫克，试验田每千克土壤样品中生物有效性镉含量为0.41毫克，生物有效性汞含量为0.36毫克。
（4）结论
由上述试验验证了本发明土壤修复剂对经镉、汞等重金属污染的土壤的修复效果是比较明显的。体现在以下方面：
①采用本发明修复剂的试验田中生物有效性汞和镉的含量均低于不使用修复剂的对照田。说明本发明修复剂可以有效钝化重金属汞和镉。经过连续3年的土壤修复，最终试验田每千克土壤样品中生物有效性镉含量为0.41毫克，生物有效性汞含量为0.36毫克。根据国家《土壤环境质量标准》GB15618的要求，土壤中生物有效性镉含量为0.25-1毫克/千克，生物有效性汞含量为0.2-1毫克/千克。通过本发明修复剂修复后的土壤，符合国家标准要求，达到3类土壤标准。
②采用本发明修复剂的试验田无论早稻还是晚稻，平均亩产量都显著高于不使用修复剂的对照田。2011年试验田较对照田早稻每亩平均增产40.92%，晚稻每亩平均增产81.79%。2012年试验田较对照田早稻每亩平均增产84.34%，晚稻每亩平均增产123.18%。2013年试验田比对照田早稻每亩平均增产106.44%，晚稻每亩平均增产121.34%。
Claims (2)
1.一种含微生物菌的复合型土壤修复剂，其特征在于，包括以下重量份的组分：巴斯德芽孢杆菌孢子粉0.01-3份，磷石膏粉5-50份，有机堆肥10-60份，草炭粉5-50份，黄腐酸钾粉1.5-5份，粉状菌粉载体0.2-0.5份，甘油0.15-1份；所述有机堆肥，由包括以下重量配比的原料发酵而成：木薯渣35份、草木灰10份、鸡粪20份、牛粪20份、EM菌液3份、水12份、纤维素酶0.0002份；
所述粉状菌粉载体，由沸石粉、白炭黑、硅藻土，按重量百分比5:4:1组成，目数不低于1000目；
所述巴斯德芽孢杆菌每克含巴斯德芽孢杆菌孢子粉100-2000亿个，孢子粉目数不低于400目；
所述土壤修复剂的制备方法包括如下步骤：
(1)按上述重量份配比称取各组分原料备用；
(2)先将称量好的磷石膏粉、有机堆肥、草炭粉、黄腐酸钾粉混合均匀后送入圆盘造粒机或转鼓造粒机中，并配合加入适量的水蒸气造粒，造出的颗粒经烘干、冷却、筛分后送入储料斗，再通过计量皮带定量送入包膜机；
(3)然后用计量泵将甘油喷涂于步骤(2)的颗粒上；
(4)将巴斯德芽孢杆菌孢子粉和粉状菌粉载体在混料机中混匀后用喂料器送入包膜机内，涂于步骤(3)的已涂甘油的颗粒上，包装即可。
2.如权利要求1所述的一种含微生物菌的复合型土壤修复剂，其特征在于，
所述有机堆肥的发酵制备方法为：将木薯渣均匀的分散于发酵池中，再将草木灰均匀的分散于木薯渣上面，用翻堆机连翻3—4遍，将木薯渣和草木灰混合均匀；然后把鸡粪、牛粪分别均匀的分散于木薯渣和草木灰的混合料上；同时将EM菌液和纤维素酶溶于盛水池中，搅拌混合均匀后喷洒在发酵池的物料上，然后重复翻堆5—6遍，用黑色塑料膜盖封进行厌氧发酵，待料温升到50℃时及时翻堆降温至40℃，发酵15—20天即可。
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 233400 No. 1, Changsheng Road, economic development, Huaiyuan County, Anhui Patentee after: ANHUI FEITIAN AGRICULTURAL BIOTECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 233000, Xingyuan Road, Huaiyuan Development Zone, Bengbu, Anhui, 1 Patentee before: Anhui Feitian Agricultural Biotechnology Co.,Ltd. |
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| CP03 | Change of name, title or address | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20200619 Address after: Room 506, East complex building, Jinhe Road, Huaiyuan Economic Development Zone, Bengbu City, Anhui Province Patentee after: Anhui laimujia biological fertilizer Co.,Ltd. Address before: 233400 No. 1, Changsheng Road, economic development, Huaiyuan County, Anhui Patentee before: ANHUI FEITIAN AGRICULTURAL BIOTECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160406 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |