CN104086307A - 一种纳米微生物肥料、纳米微生物肥料的制备方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纳米微生物肥料，包括侧孢短芽孢杆菌孢子粉0.2%~0.25%；巨大芽孢杆菌孢子粉0.2%~0.25%；有机肥料30%~35%；有机质基质40%~45%；纳米材料2%~2.5%；载体20%~25%；同时，本发明还提供了该纳米微生物肥料的制备方法。本发明的纳米微生物肥料能够改良土壤结构，对污染的土壤具有明显的修复效果。

Description

一种纳米微生物肥料、纳米微生物肥料的制备方法及其应用

技术领域

本发明涉及土壤修技术领域，具体涉及到一种纳米微生物肥料，以及该纳米微生物肥料的制备方法和在修复土壤中的应用。

背景技术

土壤污染作为一个制约人类社会可持续发展的问题正日益受到世界各国的广泛关注。造成土壤污染的原因主要有过量使用化学肥料、化学农药，各种污水、污泥及有机废弃物的不当处置，有害物质的事故性排放及各类污染物在土壤中的长期积累等。土壤污染对地下水、地表水造成次污染，通过饮用水或土壤—植物系统经由食物链进入人体而危及人类健康。

土壤修复是使遭受污染的土壤恢复正常功能的技术措施，是指利用物理、化学、生物及纳米技术的方法转移、吸收、降解和转化土壤中的污染物，使其浓度降低到可接受水平，或将有毒有害的污染物转化为无害的物质。从根本上说，污染土壤修复的技术原理可概括为：1、改变污染物在土壤中的存在形态或同土壤的结合方式，降低其在环境中的可迁移性与生物可利用性；2、降低土壤中有害物质的浓度。土壤修复要达到的目的是：1、调整土壤团粒结构、疏松土壤、增强土壤活性和保水保肥能力；2、增加土壤有机质；3、增加土壤有益活性微生物菌群，形成良好的土壤生态圈；4、降解土壤中残留的硝酸盐、亚硝酸盐及重金属含量残留；5、杀灭有害病菌、病毒及根际线虫，减少病虫危害能力；6、固氮、解磷、解钾，提高肥效；7、加速养分转换和利用，达到增产增收的效果。

污染土壤的修复技术研究成为当今环境保护工程科学和技术研究的重点，目前常用的污染土壤修复方法多为物理和化学方法，它的优点在于直接、快速，但持效性差，使用方法或用量不当，不仅达不到修复效果，反而出现新的污染。采用纳米技术与微生物技术相结合新方法，能够达到持效、全面、综合的效果，是当今世界土壤修复发展的新趋势。

基于这种背景，本发明提出了纳米技术与微生物技术相结的解决方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种纳米微生物肥料，能够改良土壤，修复被污染的土壤。

为达上述目的，本发明所采用的技术方案是：提供一种纳米微生物肥料，包括按照重量计的侧孢短芽孢杆菌孢子粉0.2％～0.25％；巨大芽孢杆菌孢子粉0.2％～0.25％；有机肥料30％～35％；有机质基质40％～45％；纳米材料2％～2.5％；载体20％～25％。

其中，每克孢子粉中含有的芽孢数量可以为100亿～150亿个。

优选的，生物肥料包括侧孢短芽孢杆菌孢子粉0.21％～0.23％；巨大芽孢杆菌孢子粉0.21％～0.23％；有机肥料31％～33％；有机质基质42％～44％；纳米材料2.2％～2.4％；载体21％～24％。

此外，本发明还提供了制备上述纳米微生物肥料的方法为：将配方量的侧孢短芽孢杆菌孢子粉、巨大芽孢杆菌孢子粉、有机肥料、有机质基质、纳米材料、载体混合均匀。

本发明中，侧孢短芽孢杆菌孢子粉和巨大芽孢杆菌孢子粉以休眠的形式存在于纳米微生物肥料中，孢子形态的细菌具有耐高温、耐盐分、耐干燥的特性。将本发明的生物肥料施用于土壤中时，细菌孢子在一定的水分、温度下快速生长繁殖，其产生的胞外酶能够分解土壤中的有机质，给作物直接提供营养，其代谢产物有刺激代谢产物的作用。如侧孢短芽孢杆菌能分泌一种热稳定蛋白毒性，能直接杀死线虫；巨大芽孢杆菌分泌蛋白酶对青枯病、兰花炭疽病毒有良好的抑制作用，也能解磷解钾，有效防治或减少病虫危害，提高肥效，有助于作物的健壮生长。

为了保证纳米微生物肥料的有效力，每克纳米微生物肥料的活菌数可以大于2×10⁷个，其中侧孢短芽孢杆菌的活菌数占总活菌数的40％～60％，巨大芽孢杆菌的活菌数占总活菌数的40％～60％。

本发明中，有机质基质为纳米为生物肥料中的有机质来源，它能够增加土壤中的有机质、腐殖酸等营养成分，能够活化土壤，降解硝酸盐和重金属，为微生物生存提供良好的环境。本发明中的有机质基质选用草炭，草炭为天然沼泽地产物，无毒、无污染，含有很高的有机质和腐殖酸等营养成分。同时，草炭具有良好的疏松性、透气性、透水性，保水性和保肥性。由于腐殖酸分子结构中的活性基团，在纳米碳的催化下，加快了与金属离子进行离子交换，具有降解硝酸盐和重金属的作用，同时活性基团所发生的络合或螯合反应，将无机养分转化为络合物或螯合物，利于作物吸收。

本发明选取草炭的粒径为40目～60目，草炭中有机质的重量百分比为60％～65％，腐殖质的含量为30％～35％。

本发明中的生物肥料添加了有机肥料，有机肥料为生物质发酵而成，其发酵的原料为：干燥后的畜禽粪便；金针菇、蘑菇或者木耳渣脱水、粉碎后得到的菌渣；黄豆粕或油菜饼粉碎后得到的豆粕；酵菌素。

发酵过程为：原料的配比为畜禽粪便30％～35％，菌渣40％～45％，豆粕5％～15％，酵菌素3％。将配料拌匀，控制含水量在50％～55％，得到混合物，并放置在发酵槽内发酵；

一次发酵：将上步获得的混合物进行机械化翻抛，以疏松物料、增大氧气量，一次发酵进行15天，发酵最高温度达72℃；

二次发酵：将一次发酵的物料采用垛式堆存25天进行二次微氧发酵，温度控制在48℃～52℃；

烘干、粉碎：将二次发酵好的物料经隧道窑烘干，温度控制在80℃度以下，含水量控制在25％～30％范围内，粉碎过筛，细度达到40目～50目，储存备用。

经过两次发酵后，调整得到有机肥料的组分为有机质20％～50％，水分25％～30％，氮元素1％～4％，磷元素0.5％～2％，钾元素1％～3％。

本发明中，纳米材料选用纳米碳。纳米碳是一种低燃点非导电的改性碳：它可以从铵态氮NH4中吸出N并释放H，是作物在土壤水分和溶解液中吸收营养的动力源，从而增强植物的光合作用；纳米碳进入土壤后溶于水增加了土壤的超导值30％以上，从而使土壤中的NPK养分以流质形式进入植物体合成叶绿体和线粒体，快速转化为生物能淀粉粒，在这过程中纳米碳起到了生物泵作用；纳米碳具有超强的吸附性，加速了腐殖酸活性基团与金属离子进行离子交换，具有降解硝酸盐和重金属的作用，同时活性基团所发生的络合或螯合反应，将无机养分转化为络合物或螯合物，利于作物吸收。纳米碳粒径为10nm～100nm。

本发明中，载体能够改善土壤结构，提高有机质基质的保水性、保肥性，提高肥料的综合利用效率。本发明选用的载体为海泡石。海泡石为具有链状结构的含水富镁硅酸盐黏土矿物，具有收缩率低、可塑性好、表面张力大、吸附性强等性能。海泡石在纳米为生物肥料中作为土壤消毒的载体原料，其粒径为80目～100目。

具体实施方式

生物菌种孢子粉的制备

生物菌种包括侧孢短芽孢杆菌和巨大芽孢杆菌，两种菌种的孢子粉制备方法和过程相同。其中，侧孢短芽孢杆菌孢子粉的制备包括以下步骤：

一级斜面培养：将侧孢短芽孢杆菌接种到马铃薯葡萄糖琼脂培养基的斜面上，在30℃下培养24小时后制作得到菌悬液；

二级种子培养：将制备好的菌悬液接种到马铃薯葡糖糖琼脂液体培养基中，接种量为1％，控制摇床转速160转/分～200转/分，于25℃～30℃下培养48h～72h振荡培养获得种子液。

孢子粉的制备：将培养好的种子液喷雾在载体上烘干，烘干温度低于80℃，获得侧孢短芽孢杆菌孢子粉，检测芽孢数量为100亿/克～150亿/克。

实施例1

将侧孢短芽孢杆菌孢子粉0.2kg；巨大芽孢杆菌孢子粉0.2kg；草炭45kg；海泡石20kg；有机肥料30kg；纳米碳2kg倒入螺旋搅拌机中拌匀。其中侧孢短芽孢杆菌的活菌数可以大于2000万/g，巨大芽孢杆菌的活菌数可以大于2000万/g。

实施例2

将侧孢短芽孢杆菌孢子粉0.5kg；巨大芽孢杆菌孢子粉0.5kg；草炭100kg；海泡石45kg；有机肥料45kg；纳米碳8kg倒入螺旋搅拌机中拌匀。其中侧孢短芽孢杆菌的活菌数可以大于2000万/g，巨大芽孢杆菌的活菌数可以大于2000万/g。

实施例3

将侧孢短芽孢杆菌孢子粉1kg；巨大芽孢杆菌孢子粉1kg；草炭200kg；海泡石100kg；有机肥料80kg；纳米碳15kg倒入螺旋搅拌机中拌匀。其中侧孢短芽孢杆菌的活菌数可以大于2000万/g，巨大芽孢杆菌的活菌数可以大于2000万/g。

实施例4

将侧孢短芽孢杆菌孢子粉0.25kg；巨大芽孢杆菌孢子粉0.25kg；草炭40kg；海泡石25kg；有机肥料30kg；纳米碳2.5kg倒入螺旋搅拌机中拌匀。其中侧孢短芽孢杆菌的活菌数可以大于2000万/g，巨大芽孢杆菌的活菌数可以大于2000万/g。

实施例5

将侧孢短芽孢杆菌孢子粉0.2kg；巨大芽孢杆菌孢子粉0.2kg；草炭40kg；海泡石20kg；有机肥料30kg；纳米碳2kg倒入螺旋搅拌机中拌匀。其中侧孢短芽孢杆菌的活菌数可以大于2000万/g，巨大芽孢杆菌的活菌数可以大于2000万/g。

实施例6

将侧孢短芽孢杆菌孢子粉0.25kg；巨大芽孢杆菌孢子粉0.25kg；草炭45kg；海泡石2kg；有机肥料35kg；纳米碳2.5kg倒入螺旋搅拌机中拌匀。其中侧孢短芽孢杆菌的活菌数可以大于2000万/g，巨大芽孢杆菌的活菌数可以大于2000万/g。

实验例

将按照实施例1至实施例6中的配方分别混合均匀，得到六个不同配比的生物肥料；将六种生物肥料通过全层施肥的方法施用于不同地区的不同土壤。并检测土壤的各种指标。实施例1至实施例6的生物肥料施用的土壤如下表。

表1：生物肥料与施用土壤对照表

生物肥料	供试地点	土壤类型	用量kg/m2	施用方法	综合效果
						实施例1	四川简阳	壤土	3.3	全层施肥	92％
实施例2	福建安溪	壤土	2.8	全层施肥	91％
						实施例3	西双版纳	砂土	2.2	全层施肥	88％
实施例4	新疆喀什	砂土	2.5	全层施肥	90％
						实施例5	四川简阳	壤土	2.5	全层施肥	89％
实施例6	福建安溪	壤土	2.8	全层施肥	91％
						对照组1	福建安溪	壤土	0	-	54％
对照组2	新疆喀什	砂土	0	-	58％

在上表中，土壤的综合检测效果是指对施用生物肥料前后土壤的有机质含量、养分、团粒、活性生物菌群、有害菌、重金属等指标的变化情况按照如下标准的测定方法及计算公式进行数理统计测定和评价。其中，土壤中的有机质、氮元素、五氧化二磷和氧化钾等养分含量按NYT525—2002标准的规定测定。活性微生物菌按NYT798—2004标准测定；有害菌群数按GB/T19524.1-2004中的规定测定；蛔虫卵死亡率的按GB/T19524.2—2004中的规定测定；As、Cd、Pb、Cr、Hg重金属指标按GB18877—2002中5.12～5.17的规定测定；土壤团粒用物理方法判定。综合效果的数据可以根据上述各种规定检测得到的数据进行加权平均得出，且数据值越高，表明土壤修复的效果越好。

通过本发明的六个实施例和对照组1、对照组2的对比，可以明显看出本发明的生物肥料的优越性。可以得知，本发明提供的土壤修复专用肥料能够帮助土壤形成良好的生物圈，杀灭根际线虫，起到降解硝酸盐、亚硝酸盐及重金属，活化土壤，改善土壤结构，解磷、解钾，保水、保肥、提高肥效的效果，同时具有提高单位面积产量和农产品质量的功效。

Claims (10)

1.一种纳米微生物肥料，包括以下按重量计的组分：

侧孢短芽孢杆菌孢子粉0.2％～0.25％；

巨大芽孢杆菌孢子粉0.2％～0.25％；

有机肥料30％～35％；

有机质基质40％～45％；

纳米材料2％～2.5％；

载体20％～25％。

2.如权利要求1所述的纳米微生物肥料，其特征在于：所述纳米微生物肥料包括以下按重量计的组分：

侧孢短芽孢杆菌孢子粉0.21％～0.23％；

巨大芽孢杆菌孢子粉0.21％～0.23％；

有机肥料31％～33％；

有机质基质42％～44％；

纳米材料2.2％～2.4％；

载体21％～24％。

3.如权利要求1或2所述的纳米微生物肥料，其特征在于：所述有机质基质为草炭，纳米材料为纳米碳，载体为海泡石。

4.如权利要求3所述的纳米微生物肥料，其特征在于：所述草炭的粒径为40目～60目，其中有机质的重量百分比为60％～65％，腐殖质的含量为30％～35％，所述纳米碳为10nm～100nm；海泡石的粒径为80目～100目。

5.如权利要求1所述的纳米微生物肥料，其特征在于：所述有机肥料的组分包括按重量配比计的有机质20％～50％，水分25％～30％，氮元素1％～4％，磷元素0.5％～2％，钾元素1％～3％。

6.如权利要求1所述的纳米微生物肥料，其特征在于：还包括2％～5％的微量元素。

7.制备权利要求1～6中所述纳米微生物肥料的方法，其特征在于：将配方量的侧孢短芽孢杆菌孢子粉、巨大芽孢杆菌孢子粉、有机肥料、有机质基质、纳米材料、载体混合均匀。

8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述有机肥料的制备方法为将畜禽粪便、菌渣和豆粕混合后，加入发酵菌发酵获得。

9.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述侧孢短芽孢杆菌孢子粉和巨大芽孢杆菌孢子粉的制备过程包括以下步骤：

一级斜面培养：将侧孢短芽孢杆菌和巨大芽孢杆菌分别接种到马铃薯葡萄糖琼脂培养基的斜面上，均在30℃下培养24小时后制作得到菌悬液；

二级种子培养：将制备好的菌悬液接种到马铃薯葡糖糖琼脂液体培养基中，接种量为1％，然后振荡培养，控制摇床转速为160转/分～200转/分，于25℃～30℃下培养48h～72h获得种子液。

孢子粉的制备：将培养好的种子液喷雾在载体上烘干，烘干温度低于80℃，分别获得侧孢短芽孢杆菌孢子粉和巨大芽孢杆菌孢子粉，每克孢子粉中芽孢的数量为100亿～150亿。

10.权利要求1～6中任一所述的纳米微生物肥料在修复土壤中的应用。