CN105290100A

CN105290100A - 一种微生物-电动联合修复设施连作酸化土壤的方法

Info

Publication number: CN105290100A
Application number: CN201510812771.5A
Authority: CN
Inventors: 常婷婷; 邵孝侯; 叶欢; 秦恒基; 陈立华; 张展羽; 杨绪; 崔雪松
Original assignee: Hohai University HHU
Current assignee: Hohai University HHU
Priority date: 2015-11-23
Filing date: 2015-11-23
Publication date: 2016-02-03
Anticipated expiration: 2035-11-23
Also published as: CN105290100B

Abstract

本发明公开了一种微生物-电动联合修复设施连作酸化土壤的方法，在土壤表面设置两个电极槽，分别插入阴阳两极电极，槽内加入碱液，使槽中的pH为11-12，通电进行电动修复；将微生物发酵，取发酵液与Ca(OH)₂ _、Mg(OH)₂复合作为功能微生物菌液；将功能微生物菌液接种到正在电动修复的土壤阳极槽中，调整pH值到初始值；在功能微生物和电动力的作用下，土壤中的酸基离子从土壤中分离，迁移到阳极和阴极，完成土壤修复。利用微生物与土壤的作用，活化了土壤养分离子，并用电动修复的方法去除土壤中过量的NO₃ ^-、K⁺，增加土壤中OH^-、Ca²⁺和Mg²⁺等碱基离子含量，最终提高设施连作酸化土壤pH值。该方法操作简单，不会产生二次污染，且可以提高土壤的微生物活性和改善土壤质量。

Description

一种微生物-电动联合修复设施连作酸化土壤的方法

技术领域

本发明涉及土壤修复技术，具体涉及一种微生物-电动联合修复设施连作酸化土壤的方法。

背景技术

在我国，由于N肥等化学酸性肥料施用过多，导致设施连作土壤酸化问题日益突出，造成蔬菜产量下降、品质恶化，严重制约设施土壤的可持续利用。如何解决设施连作土壤酸化问题已成为当前社会十分关注的问题。国内外调查研究表明，设施连作土壤的pH值随着设施种植年限的增加而呈逐年下降趋势，并且土壤pH<6.5的大棚占调查总数的70%以上，有的大棚土壤pH值甚至可低至4.1。土壤酸化除因pH值过低直接危害作物外，还抑制磷、钙、镁等元素的吸收，加剧了土壤中铝、锰等有毒元素的释放。此外，土壤酸化除因pH值过低直接危害作物外，还会导致铝、锰、氢对植物的危害和土壤中营养元素P、Mo、Ca、Mg、Fe的缺乏，从而使作物减产。另外，土壤酸化还会抑制土壤中硝化细菌的活动，容易发生二氧化氮的危害此外土壤酸化会使土壤微生物种群变化，影响营养元素的良性循环，此外，一些抑制土壤病菌的微生物活性降低会导致有关生理病害及侵染性病害的发生。因此，解决设施连作土壤酸化问题对我国设施产业的可持续发展具有重要的战略意义。

设施土壤酸化的改良技术主要包括测土施肥和添加改良物质。测土施肥主要是通过控制化肥特别是氮肥的施用量来防止土壤酸化。添加改良物质主要包括施石灰、有机肥料和各种土壤酸化改良剂。施入石灰可以直接中和土壤酸性，但是长期或大量使用石灰会引起土壤板结，以及土壤营养元素平衡失调。微生物改良剂能够活化土壤养分，促进养分离子的释放，增加土壤有机质和矿物质，提高土壤的缓冲性能，进而改善土壤酸碱性，但是往往需要数年可见成效。电动修复目前主要应用于重金属污染土壤的修复，如专利“重金属污染土壤的电动修复方法及其装置（CN103736718A）”，但对于设施连作酸化土壤的应用未见报道。

发明内容

针对上述现有技术的缺陷，本发明提供一种微生物-电动联合修复设施连作酸化土壤的方法，可以有效改良土壤酸化的问题。

本发明采用的技术方案为：

一种微生物-电动联合修复设施连作酸化土壤的方法，在采用电动修复方法进行设施连作酸化土壤修复的过程中，将功能微生物菌液引入正在电动修复的土壤中，由于微生物与土壤的作用和电动修复过程中静电力的协同作用，能有效去除土壤中NO₃ ^-、K⁺等酸基离子，增加土壤中OH^-、Ca²⁺和Mg²⁺等碱基离子含量，提高土壤的pH值。所述方法包括如下步骤：

1）、在土壤表面设置两个电极槽，分别插入阴阳两极电极，槽内加入碱液，使槽中的pH为11-12，通电进行电动修复；

2）、功能微生物菌液配置：将微生物发酵，取发酵液与Ca(OH)_2、Mg(OH)₂复合作为功能微生物菌液；

3）、将步骤2）配置的功能微生物菌液接种到正在电动修复的土壤阳极槽中，调整pH值到初始值；在功能微生物和电动力的作用下，土壤中的NO₃ ^-和K⁺等酸基离子从土壤中分离，迁移到阳极和阴极，完成土壤修复。

步骤1）中所述通电进行电动修复的电流密度在0.5-2mA/cm²。

步骤1）中两个电极槽间隔0.2~0.3m设置。

步骤1）中所述碱液为Ca(OH)₂溶液和Mg(OH)₂溶液中的至少一种。

步骤1）中所述碱液的浓度为0.005~0.02M。

步骤2）中所述功能微生物菌液为发酵液：水：5g/LCa(OH)₂溶液：3g/LMg(OH)₂溶液按照0.5-1.5：7-11：0.3-0.6：0.1-0.4体积比复合得到。优选为发酵液：水：5g/LCa(OH)₂溶液：3g/LMg(OH)₂溶液按照1：9：0.5：0.2体积比复合得到。

步骤3）中功能微生物菌液分别在通电的第4-8天和第8-35天加入。

步骤3）中功能微生物菌液的加入量为0.2-0.8L菌液。

所述设施连作酸化土壤pH为4.5-5.8。

所述发酵液是将EM菌添加到糖蜜、水、5g/LCa(OH)₂溶液、3g/LMg(OH)₂溶液，25℃发酵36h得到的发酵液。

对土壤进行电动修复，在土壤表面间隔0.2~0.3m距离设置宽0.03~0.05m，深0.2-0.5m，长0.3-1m的槽作为电极槽，槽内分别插入阴阳两极电极，槽内加入0.005-0.02MCa(OH)₂和Mg(OH)₂溶液使槽中的pH为11-12，电动修复的电流密度在0.5-2mA/cm²，通电10-35天；通电过程中保持阴、阳两极槽中的pH值和溶液量稳定；在通电的第4-8天和第8-35天，在阳极槽中接种EM耐碱复合菌群，每次投加0.2-0.8L菌液，调整pH值到初始值；土壤中的NO₃ ^-和K⁺等离子在功能菌和电动力的作用下，从土壤中分离，迁移到阳极和阴极，阴极液和阳极液可回收作为水溶性肥料。

所述微生物可以为EM菌及其他经过耐碱性驯化的微生物。

EM菌购买自爱睦乐环保生物技术（南京）有限公司，其含有光合细菌、乳酸菌、酵母菌等80多种有效活性微生物，活菌数≥1亿个/毫升，pH≥3.8，颜色为黄褐色，半透明液体，气味为较浓醇酸味或酸味。

本发明具有以下优点：

1．本发明所用的功能微生物菌群为EM菌与Ca(OH)₂和Mg(OH)₂混合后得到，具有一定的耐碱性，容易获得。

2．电动力能及时有效地将微生物及其所需营养物质注入到土壤。

3．在有效去除土壤中N0₃ ^-、K⁺等离子的同时，可以增加土壤中OH^-、Ca²⁺和Mg²⁺等离子含量，提高土壤pH。

4.修复后的电解液中富含多种养分离子，可以直接作为水溶性肥料回收利用。

5.EM耐碱复合菌群可以提高土壤的微生物活性，改善土壤质量。

6.该方法操作简单，不会产生二次污染。

附图说明

图1为本实验所用的装置图；

其中:1-土壤，2-阴极电解液，3-电极，4-直流电源，5-阳极电解液，6-电解槽，7-滤膜。

具体实施方式

本发明采用电动修复方法进行设施酸化土壤修复的过程中，将微生物引入正在修复的土壤中，由于微生物的作用和电动修复过程中静电力的协同作用，使设施连作酸化土壤得到有效提高。以下结合优选实施实例对本发明作进一步说明。

实施例1实验室模拟微生物-电动联合修复设施连作酸化土壤

采用的EM菌购买自爱睦乐环保生物技术（南京）有限公司，其含有光合细菌、乳酸菌、酵母菌等80多种有效活性微生物，活菌数≥1亿个/毫升，pH≥3.8，颜色为黄褐色，半透明液体，气味为较浓醇酸味或酸味。

糖蜜,购买自爱睦乐环保生物技术（南京）有限公司。

将1mLEM菌液添加到8mL糖蜜、8mL水、0.1mL5g/L的Ca(OH)₂溶液、0.15mL3g/L的Mg(OH)₂溶液，25℃发酵36h，菌浓度达到10⁹/mL，得到发酵液。

将发酵液：水：5g/LCa(OH)₂溶液：3g/LMg(OH)₂溶液按照1：9：0.5：0.2体积比复合作为功能微生物菌液。

采自南京市江宁区南京蔬菜科学研究所中的设施连作酸化土壤，取5-30cm的土壤风干、过5mm筛后保存备用，该土壤pH为4.5，EC值1600us/cm（总盐分浓度4.75g）。

将处理后的土壤放置在如图1所示装置的电解槽中进行电动修复。修复装置为一个0.3*0.9m的长方形槽，槽体位于中间（0.3*0.5m），用于盛放被修复土壤；长方形槽的两端为阴极槽和阳极槽，分别为0.3*0.2m，用于放置电极和电解液。电极槽和土壤之间用滤膜隔开，槽内加入1.5L浓度为0.005M的Ca(OH)₂溶液和0.5L浓度为0.02M的Mg(OH)₂溶液，并调节使槽中的pH为11.2，电动修复的电流密度在1.2mA/cm²（相对于土壤与电解液接触面积），通电15天；通电过程中保持阴、阳两极槽中的pH值和溶液量稳定；

通电的第5天和第10天，在阳极槽中接种功能微生物菌液，每次投加0.5L菌液，调整pH值约为11.2。土壤中的NO₃ ^-和K⁺等离子在功能菌和电动力的作用下，从土壤中分离，迁移到阳极和阴极。经修复后，土壤的pH为6.6，pH提高了46.67%。阴极液和阳极液可回收作为水溶性肥料。

同时设置只加入微生物修复处理和只电动修复处理，实验天数相同，测定修复后的土壤pH值。

结果：

只加入微生物时，pH为4.8，pH提高6.67%。

只电动修复时，pH为5.6，pH提高24.44%。

微生物-电动联合修复土壤的pH为6.6，pH提高46.67%。

实施例2田间应用微生物-电动联合修复设施连作酸化土壤

采用实施例1中培养得到功能微生物菌液。对南京市高淳区蔬菜基地的连作酸化土壤进行电动修复，该土壤pH为4.71，0-30cm土壤EC值1380us/cm（总盐分浓度4.13g）。在电动修复区域土壤表面间隔25cm处设置两处宽0.03m，深0.3m，长0.8m的槽作为电极槽，分别插入阴阳两极电极，电极采用钛网，电极槽和被修复土壤接触的一面用滤膜隔开。槽内加入1L浓度为0.02M的Ca(OH)₂溶液和1L浓度为0.005M的Mg(OH)₂溶液，调节槽中的pH为11.8，电动修复的电流密度在2.0mA/cm²（相对于土壤与电解液接触面积），通电30天；通电过程中保持阴、阳两极槽中的pH值和溶液量稳定；

通电的第4天和第15天，在阳极槽中接种EM耐碱复合菌群，每次投加0.8L菌液，调整pH值约为11.8。土壤中的NO₃ ^-和K⁺等离子在功能菌和电动力的作用下，从土壤中分离，迁移到阳极和阴极。

结果：

只加入微生物时，pH为4.98，pH提高5.73%。

只电动修复是，pH为5.72，pH提高21.44%。

微生物-电动联合修复土壤的pH为6.5，pH提高38.00%。

Claims

1.一种微生物-电动联合修复设施连作酸化土壤的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

3）、将步骤2）配置的功能微生物菌液接种到正在电动修复的土壤阳极槽中，调整pH值到初始值；在功能微生物和电动力的作用下，土壤中的酸基离子从土壤中分离，迁移到阳极和阴极，完成土壤修复。

2.根据权利要求1所述的一种微生物-电动联合修复设施连作酸化土壤的方法，其特征在于，步骤1）中所述通电进行电动修复的电流密度在0.5-2mA/cm²。

3.根据权利要求1所述的一种微生物-电动联合修复设施连作酸化土壤的方法，其特征在于，步骤1）中两个电极槽间隔0.2~0.3m设置。

4.根据权利要求1所述的一种微生物-电动联合修复设施连作酸化土壤的方法，其特征在于，步骤1）中所述碱液为Ca(OH)₂溶液和Mg(OH)₂溶液中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的一种微生物-电动联合修复设施连作酸化土壤的方法，其特征在于，步骤1）中所述碱液的浓度为0.005~0.02M。

6.根据权利要求1所述的一种微生物-电动联合修复设施连作酸化土壤的方法，其特征在于，步骤2）中所述功能微生物菌液为发酵液：水：5g/LCa(OH)₂溶液：3g/LMg(OH)₂溶液按照0.5-1.5：7-11：0.3-0.6：0.1-0.4体积比复合得到。

7.根据权利要求1所述的一种微生物-电动联合修复设施连作酸化土壤的方法，其特征在于，步骤3）中功能微生物菌液分别在通电的第4-8天和第8-35天加入。

8.根据权利要求1所述的一种微生物-电动联合修复设施连作酸化土壤的方法，其特征在于，步骤3）中功能微生物菌液的加入量为0.2-0.8L菌液。

9.根据权利要求1所述的一种微生物-电动联合修复设施连作酸化土壤的方法，其特征在于，所述设施连作酸化土壤pH为4.5-5.8。

10.根据权利要求6所述的一种微生物-电动联合修复设施连作酸化土壤的方法，其特征在于，所述发酵液是将EM菌添加到糖蜜、水、5g/LCa(OH)₂溶液、3g/LMg(OH)₂溶液，25℃发酵36h得到的发酵液。