CN107056544A - 一种促进根系生长高碳基土壤修复肥及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于农业资源开发与土壤改良技术领域，具体涉及一种促进根系生长高碳基土壤修复肥及其制备方法，该高碳基土壤修复肥由以下质量百分比的原料在一定的工艺下复配而成：生物质炭25%‑45%、有机肥45%‑55%、调理剂5‑10%、矿物质10‑15%、生物菌剂1‑5%，吲哚丁酸钾0.02%‑0.1%、5‑硝基愈创木酚钠0.01%‑0.1%。本发明方法所制备的产品生物活性物质含量高，具有土壤原位修复的功效，可广泛用于烟草、果树、小麦、水稻、玉米、蔬菜等农作物，是生产有机绿色农产品的高碳基生物土壤修复肥。

Description

一种促进根系生长高碳基土壤修复肥及方法

技术领域

本发明属于农业资源开发与土壤改良技术领域，具体涉及一种促进根系生长的高碳基土壤修复肥及方法。

背景技术

土壤是人类赖以生存和发展的基础。近年来，我国农业生产中长期大量不合理使用新型农用化学物质，畜禽排泄物中兽用药物残留等的增加，致使土壤污染逐年加剧，土壤碳库失衡，即土壤C/N比由过去的为22-25下降到10-12，甚至更低，直接影响土壤微生物环境因子，进而影响微生物繁殖及活性，降低了土壤矿化效应，使得土壤肥力障碍因子日益严重，最终影响作物的正常生长和农产品品质。因此，现代农业发展正面临着可持续化利用及农产品质量安全的严重问题。

农业生态系统健康在国际上日益受到多学科专家的关注，已经成为农业生态学研究的热点和前言技术之一。作物生长与土壤的生态环境有密切联系，土壤生态系统是由土壤、生物及环境要素三个部分组成的具有结构和功能的一个开放系统和能量转换器。因此，探索高效的土壤修复技术被认为是改善土壤生态系统的根本措施，已成为当前土壤学研究的热点之一。土壤修复的技术原理主要是指利用物理、化学和生物的方法，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。其中，生物修复是利用微生物的代谢活动减少存在于土壤环境中有毒有害物质的浓度或使其完全无害化，使污染了的环境能部分或完全恢复到原始状态的过程。因此，研究高效的土壤修复技术是解决上述现代农业发展中土壤污染的关键途径。

生物质炭是改善土壤碳库失衡的重要途径。试验分析表明，生物质炭是木质纤维素热解后残留的一种多孔碳，主要由C、H、O、N、P、S等元素组成，还含有K、Ca、Fe、Mg、Na、Zn、Cu和Si等元素，具有多孔性、高比表面积、高度芳香化结构，充当土壤活性调理剂，起到富集营养物质和土壤微生物作用，改善土壤质量并提高土壤微生物活性。研究表明，生物质炭能改善微生物细胞附着性能，促进特殊类群土壤微生物的栖息生长和土壤团聚体的形成，改变土壤固氮与硝化微生物菌活性。Oguntunde等研究表明，生物质炭可增加土壤饱和渗透系数88%左右，容积密度减少9％，总孔隙度增加约5％，平均表面温度增加4℃，还会改变土壤色度以及反射率。刘国顺等研究了添加生物质炭对烟叶生长发育及烟叶质量的影响的研究，结果表明添加适量的生物质炭，可以显著改善植烟土壤的肥力状况，增加植烟土壤有机质含量，以及烟田土壤中细菌和放线菌数量，改善烟田土壤根际与非根际土壤的微生物环境，促进烤烟根、茎、叶干物质积累，对植烟土壤环境的修复起到显著的效果。

发明内容

本发明针对现有土壤修复技术的不足，以土壤碳库修复理论为核心，采用微生物发酵和细胞高效固定化技术，综合运用复合土壤修复原理，并结合土壤和植物营养吸收的规律，特别添加多种生物活性物质和生物质炭提供一种高碳基土壤修复肥，以改善土壤结构、调整土壤C/N比和土壤微生物活性，从而达到土壤碳库修复及恢复土壤生态平衡的功效，提高作物体内微循环和促生作用，实现土壤原位修复的功效，并增强作物逆境条件下的生长发育。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：

本发明所述的高碳基土壤修复肥由以下配比组成，生物质炭25%-45%、有机肥45%-55%、调理剂5-10%、矿物质10-15%、生物菌剂1-5%、吲哚丁酸钾0.02%-0.1%、5-硝基愈创木酚钠0.01%-0.1%。

所述生物质炭由以下方法制得：1）将干燥的生物质（农业废弃物：如烟梗、烟秆、棉秆、玉米秸秆等以及林业废弃物：树枝、木屑等）粉碎至2-5cm备用；

2）将步骤1）粉碎后的生物质在改性剂中浸润10-20h，然后干燥至生物质的水分在13-18%；

3）将步骤2）处理过的生物质碳化工艺如下：首先在150-220℃下处理进行脱水和预氧化20-40min；采用沸石的作为催化剂，既将块状的沸石（2cm*4cm）按着5-8kg/m²平铺在碳化设备的底部，于300-400℃缺氧或无氧条件下进行碳化10-30min，碳化结束后喷施质量浓度0.05%的石灰水；

4）将步骤3）处理后的生物质进行粉碎，过40-100目筛，备用。

所述改性剂为磷酸氢二铵溶液，以上溶液的质量浓度为1-3%；每1kg碳化结束后生物质使用石灰水100-300ml。

所述生物菌剂由以下方法制得：1）将菌种从试管内取出转接，于培养箱中进行活化，备用；

2）将步骤1）活化好的菌种接种于三角瓶中，进行摇床培养(36h～72h)至成熟，备用；

3）将步骤2）培养好的菌种接入一级发酵罐中培养，一级发酵罐发酵结束后泵入二级发酵罐；

4）向灭菌的载体吸附材料中接入步骤3）得到的发酵液，增殖培养，控制含水量≤20%，有效活菌数≥2×108 cfu/g，得到生物菌剂。

所述载体吸附材料（100-120目）为轻质碳酸钙粉、脱脂米糠、沸石粉、硅藻土；所述菌种为枯草芽孢秆菌、胶质芽孢杆菌、嗜热侧孢霉菌、曲霉菌、里氏木霉、黄孢原毛平革菌的一种或多种；摇床培养的条件为：28-35℃、80-160rpm；一级发酵罐和二级发酵罐的接种量为1%～10%，发酵工艺参数，pH5.0-8.3，搅拌速率30-120rpm。

本发明中，三角瓶和发酵罐（一级发酵罐、二级发酵罐）中有培养基，对于枯草芽孢秆菌、胶质芽孢杆菌采用的培养基配方为：淀粉12kg，豆饼粉10kg，蛋白胨1.5kg，硫酸铵1.2kg，酵母粉0.2kg，碳酸钙2.0kg，磷酸二氢钾1.0kg；氯化钠1.0kg，pH7.0-8.0，水1000L；对于嗜热侧孢霉菌、曲霉菌、里氏木霉和黄孢原毛平革菌采用的液体培养基配方为：淀粉20kg，蔗糖15kg，氯化钠3kg，水1000L，pH自然。

所述有机肥由以下方法制得：1）将秸秆粉碎至5-8cm，然后与饼粕、海藻多糖、甲壳素、发酵调理剂进行均匀混合，混合好物料C/N比为25～35/1，水分为50%～60%，pH控制在6.0～8.0；

2）采用好氧发酵技术，将步骤1）混合好的物料在发酵床中堆制成条垛，条跺高度为0.8-1.5m，然后接入发酵好的微生物菌进行好氧发酵。

3）发酵时间为15-30天，发酵的工艺指标为C/N≤20、种子发酵指数≥50%、发酵达到活菌数0.2×108个/g以上、pH6-8、有机质含量（干基）≥30%时表明物料腐熟好，过筛留作备用。

其中，秸秆、饼粕、海藻多糖、甲壳素质量比为20～25：55～60：5～10：10～15。

所述矿物质为钙基膨润土、火山岩灰、麦饭石或沸石粉中的一种或多种。

微生物菌为枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、嗜热侧孢霉、米曲霉、里氏木霉中的一种或多种。

所述调理剂为天然沸石粉、膨胀蛭石、谷壳粉、氧化钙、膨润土、硫酸铵中的一种或多种。

所述吲哚丁酸钾的纯度为98%，5-硝基愈创木酚钠的含量为98%以上。

本发明具有如下有益效果：

本发明是以生物碳、有机质、矿物质等为主要原料，复配多种功能性微生物，辅以甲壳素、海藻多糖、促根剂等物质复合而成。在生产过程中，采用生物质热解技术、微生物发酵技术、细胞固定化技术等关键技术。添加生物质炭具有改善土壤结构、调整土壤C/N比、富集微生物及提升土壤有机质的多重功效，该产品能够改善土壤碳库失衡及提高土壤生物活性，增强作物逆境条件下的根系发育和生长发育，提升作物质量和品质。

本发明产品生物活性物质含量高，具有土壤原位修复的功效，可广泛用于烟草、果树、小麦、水稻、玉米、蔬菜等农作物，是生产有机绿色农产品的首选高碳基生物土壤修复肥，对于解决环境问题和促进农业可持续发展具有十分重要的意义。

具体实施方式

为让本发明的上述及其他目的、特征及优点能更明显易懂，下文结合优选的实施例对本发明的原理及作用方式做进一步说明。

促进根系生长的高碳基土壤修复肥的制备如下：

A生物质炭的制备

1）将生物质原料(烟梗、棉秆、农作物秸秆等)在铡式揉搓粉碎机上将物料粉碎至2-5cm；

2）将步骤1）粉碎好的物料在浓度1wt%磷酸氢二铵溶液中浸润10h，然后在转鼓风干机中进行烘干，至水分控制在16 wt %。

3）通过入料口处的平直叶拨轮将步骤2）的物料定量加入碳化设备腔中，碳化工艺分为两个阶段，第一阶段操作在150℃条件下进行脱水和预氧化20min，第二阶段操作在沸石的催化下于300℃缺氧或无氧条件下进行碳化15min，碳化后的物料在绞龙设备连续化输出，碳化结束后出料口处喷施质量浓度0.05%的石灰水，每1kg碳化结束后生物质使用石灰水120-150ml；

4）待降至室温后粉碎过40筛，留作备用。

B 生物菌剂的制备

1）将试管斜面菌种分别从4℃的冰箱中取出转接活化，对于枯草芽孢杆菌转接至斜面培养基上，于28℃培养箱中培养72h；对于嗜热侧孢霉菌、曲霉菌、里氏木霉和黄孢原毛平革菌转接至新鲜的PDA(马铃薯)斜面培养基上，于35℃培养箱中培养72h，培养成熟后留作备用；

2）然后分别将配置好培养基液的三角瓶中灭菌处理，培养基的装入量约公称容积的1/4，在压强0.15Mpa、121℃条件下灭菌30min，待置常温后，将步骤1）活化好的菌种接种于三角瓶中，在28℃、80rpm条件下摇床培养72h至成熟，菌液数达到2*108cfu/mL，生长期处于对数生长阶段，然后将其加入到灭菌好的一级发酵罐中，接种量为1%，发酵工艺参数，pH5.0，搅拌速率30rpm，发酵时间96h；

3）待一级发酵培养结束后，将发酵好的种子液泵入二级发酵罐，接种量为1%，发酵工艺参数：pH5.0、搅拌速率50rpm，无菌空气通入量为罐容积的0.3倍，96h培养至结束后，发酵液放入已灭菌好的储液罐中备用；

4）将100目的轻质碳酸钙粉、脱脂米糠、沸石粉、硅藻土按着质量比3：4：1：2做为微生物吸附载体材料（含水量≤15%），灭菌后，接入步骤３）得到的发酵液，然后增殖培养，制得生物菌剂，控制含水量≤20%，有效活菌数≥2×108cfu/g。

C.有机肥的制备

1）将秸秆粉碎至5-8cm，然后与饼粕、海藻多糖、甲壳素进行均匀混合，秸秆、饼粕、海藻多糖、甲壳素质量比为25：55：8：12，混合好物料C/N比为25/1，水分为50wt%，pH控制在5.5；

2）采用深层好氧发酵技术，将步骤1）混合好的物料在发酵床中堆制成发酵条垛，条跺高度为0.8m，然后接入发酵好的嗜热侧孢霉菌、曲霉菌、里氏木霉和黄孢原毛平革菌，按着发酵液体积比2：1：3：2混合后接种量8%进行好氧发酵；

3）发酵时间为15天，发酵的工艺指标为C/N≤20、种子发酵指数≥50%、发酵达到活菌数0.2×108cfu/g以上、pH6-8、有机质含量（干基）≥30%时表明物料腐熟好，过筛留作备用。

D. 促进根系生长的高碳基土壤修复肥的制备

将上述的所得生物质炭A、生物菌剂B、有机肥C与矿物质和调理剂成分按以下质量百分比进行复配混合：生物质炭25%-45%、有机肥45%-55%、调理剂5-10%、矿物质10-15%、生物菌剂1-5%，吲哚丁酸钾0.02%-0.1%、5-硝基愈创木酚钠0.01%-0.1%，得到促根系生长的高碳基土壤修复肥产品。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，不能以此限定本发明的保护范围，即大凡依本发明权利要求书及发明内容所做的简单的等效变化与修改，皆仍属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种促进根系生长高碳基土壤修复肥的制备方法，其特征在于：所述土壤修复肥由以下物质复配而成：生物质炭、有机肥、调理剂、矿物质、生物菌剂、吲哚丁酸钾、5-硝基愈创木酚钠，其中，

所述生物质炭由以下方法制得：

S11）将干燥的生物质粉碎至2-5cm，将粉碎后的物料在改性剂溶液中浸润并干燥;

S12）对干燥后的物料进行碳化，碳化工艺如下：第一阶段，在150-220℃下对物料进行脱水和预氧化20-40min；第二阶段，以沸石作为催化剂，将物料于300-400℃缺氧或无氧条件下碳化10-30min；

S13）碳化后得到的生物质炭每公斤喷施质量浓度0.05%的石灰水120-150ml，将制成的生物质炭降温后粉碎，过40-60目筛；

所述生物菌剂由以下方法制得：

S21）将菌种从试管内取出转接，于培养箱中进行活化，备用；

S22）将步骤S21活化好的菌种接种于三角瓶中，进行摇床培养36h-72h至成熟，摇床培养的条件为：28-35℃、80-160rpm；

S23）将步骤S22培养好的菌种接入一级发酵罐中培养，接种量为1%-10%，发酵工艺参数为pH5.0-8.3，搅拌速率25-35rpm，发酵时间72-120h；

S24）一级发酵罐发酵结束后，将菌种泵入二级发酵罐中培养，接种量为1%-10%，发酵工艺参数为pH5.0-8.3、搅拌速率40-60rpm，发酵时间72-120h，培养结束后，得到的发酵液放入已灭菌的储液罐中备用；

S25）向灭菌的载体吸附材料中接入步骤S24得到的发酵液，增殖培养，控制含水量≤20%，有效活菌数≥2×108 cfu/g，制得生物菌剂；

所述有机肥由以下方法制得：

S31）将秸秆粉碎至5-8cm，然后与饼粕、海藻多糖、甲壳素进行均匀混合，其中，秸秆、饼粕、海藻多糖、甲壳素的质量比为20～25：55～60：5～10：10～15，添加调理剂将物料参数调整至C/N比为25～35/1，水分为50%～60%，pH6.0～8.0；

S32）采用好氧发酵技术，将步骤S31混合好的物料在发酵床中堆制成发酵条垛，进行15-30天的好氧发酵至发酵指数≥50%、发酵达到活菌数0.2×108个/g以上、pH6-8、有机质含量（干基）≥30%，粉碎过筛。

2.如权利要求1所述的高碳基土壤修复肥的制备方法，其特征在于：所述载体吸附材料为轻质碳酸钙粉、脱脂米糠、沸石粉、硅藻土。

3.如权利要求2所述的高碳基土壤修复肥的制备方法，其特征在于：轻质碳酸钙粉、脱脂米糠、沸石粉、硅藻土的质量比为3：4：1：2。

4.如权利要求1所述的高碳基土壤修复肥的制备方法，其特征在于：所述菌种为选自嗜热侧孢霉菌、曲霉菌、里氏木霉和黄孢原毛平革菌中的一种或多种。

5.如权利要求1所述的高碳基土壤修复肥的制备方法，其特征在于：所述调理剂为膨胀蛭石、氧化钙和膨润土中的一种或多种。

6.如权利要求1所述的高碳基土壤修复肥的制备方法，其特征在于：所述矿物质为火山岩灰、麦饭石和沸石粉中的一种或多种。

7.如权利要求1所述的高碳基土壤修复肥的制备方法，所述改性剂为磷酸氢二铵溶液。

8.一种高碳基土壤修复肥，其特征在于，所述高碳基土壤修复肥采用权利要求1-7所述的方法制备而成。

9.一种如权利要求8所述的促进根系生长高碳基土壤修复肥，其特征在于，所述高碳基土壤修复肥各组分的质量百分比如下：生物质炭25%-45%、有机肥45%-55%、调理剂5-10%、矿物质10-15%、生物菌剂1-5%、吲哚丁酸钾0.02%-0.1%、5-硝基愈创木酚钠0.01%-0.1%。