CN105237294A - 一种生物质炭土壤改良剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物质炭土壤改良剂，其包括以下重量百分比的原料：生物质炭40%~50%，微生物功能菌剂20%~30%，脱硫石膏10%~15%，硝酸钙5%~10%，磷矿粉5%~10%，氨基酸1%~2%；其中所述微生物功能菌剂至少含有枯草芽孢杆菌、胶冻样芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、固氮菌、根瘤菌和巨大芽孢杆菌中的任意两种。本发明的生物质炭土壤改良剂，能够增加土壤的保水率和通气性，提高土壤有机质含量，调节土壤的pH值，同时采用生物手段改善土壤微生物环境，有利于促进作物生长及养分高效利用，提高作物产量，改善作物品质。本发明不仅有效利用废弃物，而且能够改善土壤，提高土壤肥力，尤其对盐碱地的改良效果显著。

Description

一种生物质炭土壤改良剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及生物改良剂领域，具体来说，涉及一种生物质炭土壤改良剂及其制备方法。

背景技术

目前，我国土壤退化的问题日益严重，土壤板结、硬化、酸化、侵蚀、酸化、盐碱化、化学污染、肥力下降等。据统计，我国耕地退化面积约占耕地总面积的40%，严重制约了我国农业的发展。

应用土壤改良剂修复退化土壤，可以有效改善土壤的理化性质，提高土壤肥力。生物质炭作为一种土壤改良剂目前已被广泛的研究，生物质炭中碳含量达70%~90%，几乎为纯碳，稳定性极高，埋到地下可以几百年至上千年不会消失，实现碳存；同时，生物质炭具有丰富的微孔结构，持水性强，比表面积大等。因此，生物质炭可以有效改良土壤的理化性质，提高土壤肥力和作物产量。

目前，市场上的生物质炭土壤改良剂多是以生物质炭为核心的单一改良剂，改良效果缓慢，改良范围不全面。

中国专利公开号102660291A（公开日2012.09.12）公开了一种生物炭基土壤改良剂，由95.5~98.5%生物质炭黑和1.5~4.5%益生菌剂组成，生物质炭黑由农业废弃物作为生物质原料进行低温炭化形成，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。该生物炭基土壤改良剂不仅肥料增效作用明显，且可有效防治土传病。但是该改良剂改良土壤效果慢，同时不适用于盐碱地，使用范围有限。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

为了解决现有技术中生物质炭类的土壤改良剂适用土壤有限，本发明不仅肥料增效显著，见效快，加快土壤微生物群落的形成，同时还适用于盐碱地的改良。

本发明提供的生物质炭土壤改良剂，包括以下重量百分比的原料：

生物质炭40%~50%，

微生物功能菌剂20%~30%，

脱硫石膏10%~15%，

硝酸钙5%~10%，

磷矿粉5%~10%，

氨基酸1%~2%；

其中所述微生物功能菌剂含有枯草芽孢杆菌、胶冻样芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、固氮菌、根瘤菌和巨大芽孢杆菌中的任意两种以上。

脱硫石膏为二水硫酸钙晶体（CaSO₄·2H₂O），为生石膏。

生物质炭是生物有机材料（生物质）在缺氧或绝氧环境中，经低温热裂解后生成的固态产物，含有大量营养元素，富含微孔，保肥保水通气能力强，显著改良土壤的理化性质。

其中，生物质炭主要改良土壤的理化性质，提供一定的营养元素，为微生物提供良好的生长空间；微生物主要提高土壤活性，形成微生物群落；脱硫石膏中的钙离子可以置换土壤中的钠离子，降低土壤碱性。

作为优选方案，所述生物质炭土壤改良剂中，微生物功能菌剂中每个菌种每克含有有效活菌数≥5亿个。

作为优选方案，所述生物质炭土壤改良剂中，所述氨基酸为色氨酸、酪氨酸、丝氨酸、半胱氨酸、蛋氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、苏氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸、甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸和脯氨酸中的任意两种以上。氨基酸可以被植物、微生物直接吸收，是植物、微生物体内合成各种酶的促进剂和催化剂；氨基酸还可以植物的氮源，同时氨基酸可以络合土壤中的金属离子，提高植物对各种养分的利用率。

作为优选方案，所述生物质炭土壤改良剂中，所述生物质炭是由农作物秸秆经300~700℃热裂解碳化2~3小时获得。

生物质炭的性质受原材料、热解温度及速度影响非常大，不同的生产环境得到不同性状的生物质炭，因此会产生不同的土壤改良效果。本发明使用农作物秸秆为原料，灰分含量高，营养成分浓度大，经过300~700℃热裂解碳化2~3小时后，所得的生物质炭孔隙密，孔径小，比表面积大，吸水和通气能力强，含碳量高，结构稳定能够持续提供养分。

作为优选方案，所述生物质炭土壤改良剂中，所述脱硫石膏来源于燃煤发电厂废弃物。

燃煤发电厂烟气脱硫后产生的废弃物脱硫石膏，是由石灰石粉末与二氧化硫反应而得，颗粒较细且均匀，平均粒径约40~60μm。这种脱硫石膏品味与天然石膏相当，但由于二者来源不同，杂质状态相差较大，脱硫石膏中杂质主要是碳酸钙，一部分因未参与反应以石灰石颗粒形态单独存在，另一部分则是由于碳酸钙与SO₂反应不完全导致其被包裹在硫酸钙颗粒中。这种成分的脱硫石膏，含有丰富的S、Ca、Si等矿质元素，土壤改良剂中加入脱硫石膏，增加土壤的养分，降低土壤的碱性，还利用废弃物，减少环境污染。

作为优选方案，所述生物质炭土壤改良剂中，所述硝酸钙为工业硝酸钙，其中Ca(NO₃)₂·4H₂O质量百分含量≥99%。

作为优选方案，所述生物质炭土壤改良剂中，所述磷矿粉为天然磷矿粉，主要成分为氟-磷灰石，P₂O₅含量为10~35%。

作为优选方案，所述生物质炭土壤改良剂中，所述微生物功能菌剂是将所需功能菌种经液体培养至每毫升培养液含有效活菌数＞1×10¹¹个，培养液经离心后收集菌泥，各种菌泥按等重量比混合后再与麦麸按照1:10~50的质量比混合吸附，吸附后在70~80℃干燥，过60目以上筛，制成的菌粉。

本发明还提供了一种生物质炭土壤改良剂的制备方法，其特征在于，包括：

（1）以干燥的农作物秸秆作为原料，在300~700℃下热裂解炭化2~3小时，制成生物质炭；

（2）将所需微生物功能菌分别进行液体培养，培养至每毫升培养液中含有效活菌数大于1×10¹¹个，以3000~5000rpm转速的离心10~15min，收集菌泥，各种菌泥按等重量比混合后与麦麸按1:10~50质量比混合吸附，吸附后于70~80℃干燥4h，粉碎，过不少于60目筛，制成粉状微生物功能菌剂；

（3）以配方量的生物质炭、微生物功能菌剂、脱硫石膏、硝酸钙、磷矿粉和氨基酸均匀混合，经筛分后得到生物质炭土壤改良剂。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的生物质炭土壤改良剂，以生物质炭为主要基质，添加微生物功能菌剂、脱硫石膏、硝酸钙、磷矿粉和氨基酸。本发明中含有一定的养分可路爱书有效的改良土壤且持续时间久，不仅改良土壤的理化性质，增加土壤养分，降低土壤碱性，还利用生物手段改善土壤微生物环境，形成微生物群落，调节土壤酸碱平衡，从而可促进作物生长及养分高效利用，提高土壤肥力，提高作物产量，改善作物品质。更加适合改良盐碱地土壤性质。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明作进一步说明，以助于理解本发明的内容。以下实施例中，脱硫石膏来源于燃煤发电厂废弃物，硝酸钙为工业硝酸钙，其中Ca(NO₃)₂·4H₂O质量百分含量≥99%，磷矿粉为天然磷矿粉，主要成分为氟-磷灰石，P₂O₅含量为10~35%。

实施例1

以生产1000千克生物质炭土壤改良剂为例，具体方法如下：

步骤101：将所述生物质炭原料（玉米秸秆）在300~700℃和厌氧条件下进行高温裂解2~3小时，获得生物质炭，备用；

步骤102：将生物质炭土壤改良剂所用的微生物功能菌（解淀粉芽孢杆菌和根瘤菌）分别进行液体深层高密度培养，得到发酵液，并保证每毫升发酵液中含有效活菌数大于1×10¹¹个；

步骤103：将得到的发酵液在离心机4000rpm高速离心10min，收集菌泥；

步骤104：将收集到的菌泥（等重量比例混合）与麦麸按1:30质量比混合吸附，吸附后于80℃干燥4h，粉碎，过60目筛，制成微生物功能菌粉，备用；

步骤105：称取生物质炭400kg、微生物功能菌粉250kg、脱硫石膏150kg、硝酸钙100kg、磷矿粉80kg及氨基酸20kg，均匀混合，经筛分后得到1000kg生物土壤改良剂。

其中氨基酸为色氨酸、酪氨酸、丝氨酸、半胱氨酸、蛋氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、苏氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸、甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸和脯氨酸等重量份混合而成。

实施例2

以生产1000千克生物质炭土壤改良剂为例，具体方法如下：

步骤201：将所述生物质炭原料（小麦秸秆）在300~700℃和厌氧条件下进行高温裂解2~3小时，获得生物质炭，备用；

步骤202：将生物质炭土壤改良剂所用的微生物功能菌（枯草芽孢杆菌、固氮菌、胶冻样芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌）分别进行液体深层高密度培养，得到发酵液，并保证每毫升发酵液中含有效活菌数大于1×10¹¹个；

步骤203：将得到的发酵液在离心机4000rpm高速离心10min，收集菌泥；

步骤204：将收集到的菌泥（等重量比例混合）与麦麸按1:30质量比混合吸附，吸附后于80℃干燥4h，粉碎，过60目筛，制成微生物功能菌粉，备用；

步骤205：称取生物质炭450kg、微生物功能菌粉250kg、脱硫石膏100kg、硝酸钙100kg、磷矿粉80kg及氨基酸（色氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸和赖氨酸等重量份混合）20kg，均匀混合，经筛分后得到1000kg生物土壤改良剂。

实施例3

以生产1000千克生物质炭土壤改良剂为例，具体方法如下：

步骤301：将所述生物质炭原料（玉米秸秆）在300~700℃和厌氧条件下进行高温裂解2~3小时，获得生物质炭，备用；

步骤302：将生物质炭土壤改良剂所用的微生物功能菌（枯草芽孢杆菌、固氮菌、根瘤菌、胶冻样芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌）分别进行液体深层高密度培养，得到发酵液，并保证每毫升发酵液中含有效活菌数大于1×10¹¹个；

步骤303：将得到的发酵液在离心机4000rpm高速离心10min，收集菌泥；

步骤304：将收集到的菌泥（等重量比例混合）与麦麸按1:30质量比混合吸附，吸附后于80℃干燥4h，粉碎，过60目筛，制成微生物功能菌粉，备用；

步骤305：称取生物质炭500kg、微生物功能菌粉200kg、脱硫石膏100kg、硝酸钙100kg、磷矿粉80kg及氨基酸（酪氨酸、丝氨酸和半胱氨酸按1:2:1质量比混合）20kg，均匀混合，经筛分后得到1000kg生物土壤改良剂。

以黑龙江省某地区的内陆盐碱地土壤作为试验土壤，将上述实施例1~3的生物质炭土壤改良剂与现有技术（专利公开号CN103642501A）盐碱地土壤改良剂（以说明书实施例2为试验样品），分别处理上述土壤作为试验田，并播种油用向日葵种子，作物生长过程中不施加其他肥料，适当浇水，每块试验田处理方法均相同。经过不同改良剂处理后的试验田作物产量及品质如下表所示：

表1施用土壤改良剂对向日葵产量的影响

实验组	千粒重(g)	每株头干重(g)	籽粒实际产量(kg/hm2)
				实施例1	128.5	349.8	2105.6
实施例2	142.6	364.7	2284.1
				实施例3	135.7	354.8	2209.7
对比例1	102.2	224.6	1855.4

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过在生物质炭中添加具有固氮、解磷、解钾的功能菌，不仅改良土壤的理化性质，还利用生物手段改善土壤微生物环境，调节土壤酸碱平衡，从而可促进作物生长及养分高效利用，提高土壤肥力，提高作物产量，改善作物品质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种生物质炭土壤改良剂，其特征在于，包括以下重量百分比的原料：

生物质炭40%~50%，

微生物功能菌剂20%~30%，

脱硫石膏10%~15%，

硝酸钙5%~10%，

磷矿粉5%~10%，

氨基酸1%~2%；

其中所述微生物功能菌剂含有枯草芽孢杆菌、胶冻样芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、固氮菌、根瘤菌和巨大芽孢杆菌中的任意两种以上。

2.根据权利要求1所述的生物质炭土壤改良剂，其特征在于，微生物功能菌剂中每个菌种每克含有有效活菌数≥5亿个。

3.根据权利要求1所述的生物质炭土壤改良剂，其特征在于，所述氨基酸为色氨酸、酪氨酸、丝氨酸、半胱氨酸、蛋氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、苏氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸、甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸和脯氨酸中的任意两种以上。

4.根据权利要求1所述的生物质炭土壤改良剂，其特征在于，所述生物质炭是由农作物秸秆经300~700℃热裂解碳化2~3小时获得。

5.根据权利要求1所述的生物质炭土壤改良剂，其特征在于，所述脱硫石膏来源于燃煤发电厂废弃物。

6.根据权利要求1所述的生物质炭土壤改良剂，其特征在于，所述硝酸钙为工业硝酸钙，其中Ca(NO₃)₂·4H₂O质量百分含量≥99%。

7.根据权利要求1所述的生物质炭土壤改良剂，其特征在于，所述磷矿粉为天然磷矿粉，主要成分为氟-磷灰石，P₂O₅含量为10~35%。

8.根据权利要求1所述的生物质炭土壤改良剂，其特征在于，所述微生物功能菌剂是将所需功能菌种经液体培养至每毫升培养液含有效活菌数＞1×10¹¹个，培养液经离心后收集菌泥，各种菌泥按等重量比混合后再与麦麸按照1:10~50的质量比混合吸附，吸附后在70~80℃干燥，过60目以上筛，制成的菌粉。

9.权利要求1~7任一所述的生物质炭土壤改良剂的制备方法，其特征在于，包括：

（1）以干燥的农作物秸秆作为原料，在300~700℃下热裂解炭化2~3小时，制成生物质炭；

（2）将所需微生物功能菌分别进行液体培养，培养至每毫升培养液中含有效活菌数大于1×10¹¹个，以3000~5000rpm转速的离心10~15min，收集菌泥，各种菌泥按等重量比混合后与麦麸按1:10~50质量比混合吸附，吸附后于70~80℃干燥4h，粉碎，过不少于60目筛，制成粉状微生物功能菌剂；

（3）以配方量的生物质炭、微生物功能菌剂、脱硫石膏、硝酸钙、磷矿粉和氨基酸均匀混合，经筛分后得到生物质炭土壤改良剂。