CN107794046A - 一种复合型环保土壤调理剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种复合型环保土壤调理剂，它包括：凹凸棒土10‑20g/L、3‑氨基丙基三乙氧基硅烷1‑2g/L、腐殖酸2‑5g/L、复合菌剂144‑810mg/L。其中凹凸棒土经腐殖酸修饰后可以作为微生物的优良载体；腐殖酸含有大量羧基、酚羟基等官能团，具有疏松多孔的结构和较强的粘滞性，可促进土壤形成团粒结构，同时与天然粘土共同置换出土壤中的钠离子，从而起到降盐的作用，并且可以将土壤深层水体中的碳酸根离子固定住，从而达到降土壤pH值的作用；添加的复合微生物菌剂是核心成分，自身在土壤中的定殖力较高，既可有效促进土壤矿物质和有机物的分解，提升土壤肥力，改善土壤的营养状况，又能有效提升根际有益微生物菌群的数量，优化土壤微生态环境。

Description

一种复合型环保土壤调理剂及其制备方法

技术领域

本发明属于土壤修复和改良技术领域，具体涉及一种新型环保土壤调理剂及其制备方法与应用。

背景技术

土壤是陆地生态系统的基础,为作物生长提供了必要的营养、空气、水分等基本条件,是发展农业生产的基础。然而我国的土地质量不容乐观，酸化板结、盐渍化、养分流失或失衡、有机质下降、重金属污染、微生物多样性降低等问题日趋严重。上述土壤障碍因子的存在致使耕地地力下降，农作物产量低而不稳，严重威胁着农业的可持续发展和国家粮食安全。据不完全统计，我国耕地中有78.5％的农田存在各种不同形式的土壤障碍因素。如何通过土壤改良的方法消除限制障碍、增加土壤的微生物多样性、提升耕地的基础地力、改善农业生产条件，是目前农业生产中一个亟待解决的重大问题。

应用土壤调理剂是修复退化土壤、提升地力的主要应对措施之一。土壤调理剂可以有效地改善土壤理化性质和营养水平，并对土壤微生物具有良好促进作用，从而使土地更适合农作物生长。根据其核心成分的来源，可将其分为天然型、合成型、生物型和复合型。天然型调理剂主要是采用天然矿物、无机或有机废弃物、天然提取高分子化合物、天然有机质等为原料制备而成。利用调理剂成分固有的理化属性，改善土壤的物理结构和水肥特性；合成型调理剂是模拟天然材料，通过有机化学手段合成的高分子聚合物，用以改良土壤；生物型则是采用从枝菌根为代表的微生物，利用其生命活动或其副产物，增加有机质含量和活化矿质养分，提高土壤质量。复合型是将上述三种不同类型的调理剂进行复配，取长补短，联合使用，达到更为优良的改良效果。虽然上述几种类型的土壤调理剂在农业生产中得到了广泛应用，但仍存在改良效果不全面，或次生污染、副作用多等不同程度的负面问题。中国科学院微生物研究所发明一种以天然矿物装载多种微生物菌剂而成的复合型土壤调理剂，具有天然环保、改土增效、使用方便、成本低廉等优点，是一种绿色环保土壤调理技术，符合生态农业发展趋势。

发明内容

本发明的目的是提供一种复合型环保土壤调理剂及其制备方法，它是通过凹凸棒土、腐殖酸与复合菌剂配制而成，其中凹凸棒土是一种具有链层状结构的含水富镁铝硅酸盐凹凸棒土矿物，具有较高的孔隙率和比表面积，经腐殖酸修饰后可以作为微生物的优良载体；腐殖酸含有大量羧基、酚羟基等官能团，具有疏松多孔的结构和较强的粘滞性，可促进土壤形成团粒结构，同时与天然粘土共同置换出土壤中的钠离子，从而起到降盐的作用，并且可以将土壤深层水体中的碳酸根离子固定住，从而达到降低土壤pH值的作用；添加的复合菌剂是核心成分，自身在土壤中的定殖力较高，既可有效促进土壤矿物质和有机物的分解，提升土壤肥力，改善土壤的营养状况，又能有效提升根际有益微生物菌群的数量，优化土壤微生态环境。

本发明所提供的复合型环保土壤调理剂的制备方法，包括如下步骤：

1)载体制备：

①利用γ-射线对凹凸棒土(100～200目，胶体级)进行辐照处理，然后采用微波对凹凸棒土进行处理，使凹凸棒土中的棒晶间和层间更为分散，比表面积增大。γ-射线辐照的能量为2～10MeV，剂量为50～100kGy，时间为20～40分钟。微波处理的功率为1～2kW，时间为20～40分钟。辐照时，凹凸棒土的放置厚度为5～10cm，质量为5～10kg。

②将处理过的凹凸棒土加入到自来水中配成10～20g/L的悬浊液，往该悬浊液中加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷(1～2g/L)，于40～60℃下搅拌(100～500rpm)1～3小时，然后加入腐殖酸(2～5g/L)，于30～50℃下搅拌(100～500rpm)4～6小时，并离心(4000～10000rpm)5～10分钟收集沉淀，与40～70℃下干燥至恒重并研磨至100～200目即得到凹凸棒土载体。

2)复合微生物菌剂制备：

①将枯草芽孢杆菌、木霉菌菌粉混合，质量比为3:2，各种菌剂的活菌数约为1×10⁹个/克。

②所添加的枯草芽孢杆菌为保藏号13758的枯草芽孢杆菌，其发酵方法为10％葡萄糖、10％豆粕饼、10％玉米粉，6％碳酸钙，7％氯化钠，其余为水。培养温度37℃，转速210rpm。发酵结束后用喷雾干燥法干燥成粉剂。

③所添加的木霉为保藏号13764的哈茨木霉菌：将哈茨木霉接种于9cm的PDA培养基平板中，待木霉长满平板后，将长满木霉的平板切块，大小0.5cm*0.5cm，接种于液体PDA培养基中，350ml接种2块。27℃培养3d，作为液体种备用；将麦麸加水，湿度20％，121℃灭菌20min，作为固体培养基；350ml接种到6kg固体培养基上，27℃暗培养7d；将发酵好的木霉菌剂40℃烘干，水分15％以下，烘干后将菌剂粉碎。复合微生物腐熟菌剂孢子含量分别是≥100亿/克的哈茨木霉菌；

3)调理剂制备：

将复合菌剂与载体按照重量比(1～3):(90～100)混合，即得到土壤调理剂。

与现有技术相比，本发明具有如下优势：

1)本项发明所采用的载体和微生物均系天然物质，环境友好，与传统的高聚物包膜型土壤改良剂相比，具有非常高的生物安全性。

2)本项发明所优选的各种微生物具有协同增效作用，且在多种土壤类型上具有较强的定殖力，能高效快速地改良土壤微生态。

3)本项发明在调理土壤的同时，还能有效减少氮磷钾等养分迁移和流失，减缓和控制养分释放速率，提高肥料利用率的效果非常显著。

4)本项发明与传统土壤改良剂相比，可降低土壤容重5％左右，提高土壤孔隙度12％左右，提高土壤持水量10％左右；可减少养分流失15％左右，提高氮素利用率25个百分点，提高土壤有机质含量18％左右，提高土壤有效氮磷钾的含量10％左右，降低有害盐分5％左右，具有显著的保水保肥、降盐压碱、松土促长等多种功效。

具体实施方式

下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明晰，下面通过具体实施案例对本发明的方法进行详细说明，但本发明要求保护的范围并不局限于案例表达的范围。

实施例一：

一、调理剂制备：

1)载体制备：

①利用γ-射线对凹凸棒土(100目，胶体级)进行辐照处理，然后采用微波对凹凸棒土进行处理，使凹凸棒土中的棒晶间和层间更为分散，比表面积增大。γ-射线辐照的能量为2MeV，剂量为50kGy，时间为20分钟。微波处理的功率为1kW，时间为20分钟。辐照时，凹凸棒土的放置厚度为5cm，质量为5kg。

②将处理过的凹凸棒土加入到自来水中配成10g/L的悬浊液，往该悬浊液中加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷(1g/L)，于40℃下搅拌(100rpm)1小时，然后加入腐殖酸(2g/L)，于30℃下搅拌(100rpm)4小时，并离心(4000rpm)5分钟收集沉淀，与40℃下干燥至恒重并研磨至100目即得到凹凸棒土载体。

2)复合微生物菌剂制备：

①将枯草芽孢杆菌、木霉菌菌粉混合，质量比为3:2，各种菌剂的活菌数约为1×109个/克。

②将枯草芽孢杆菌在下列培养基上发酵：10％葡萄糖、10％豆粕饼、10％玉米粉，6％碳酸钙，7％氯化钠，其余为水。培养温度37℃，转速210rpm。发酵结束后用喷雾干燥法干燥成粉剂。

③将哈茨木霉接种于9cm的PDA培养基平板中，待木霉长满平板后，将长满木霉的平板切块，大小0.5cm*0.5cm，接种于液体PDA培养基中，350ml接种2块。27℃培养3d，作为液体种备用；将麦麸加水，湿度20％，121℃灭菌20min，作为固体培养基；350ml接种到6kg固体培养基上，27℃暗培养7d；将发酵好的木霉菌剂40℃烘干，水分15％以下，烘干后将菌剂粉碎。复合微生物腐熟菌剂孢子含量分别是≥100亿/克的哈茨木霉菌；

3)调理剂制备：

将复合菌剂与载体按照重量比(1～3):(90～100)混合，即得到土壤调理剂。

二、宁夏平吉堡土壤改良实例：

将土壤调理剂按5公斤/亩的量均匀撒施到土壤表面，并撒后旋耕。秋季收获后，检测土壤样品和马铃薯产量，测定具体结果如表1所示。测定结果表明：使用土壤调理剂后，与对照相比，马铃薯增产19.78％，土壤的pH有所降低,有机质和养分显著增加。这表明本发明提供的土壤调理剂能有效改善土壤的营养状况，并可调节土壤酸碱度和促进作物对肥料的利用，具有优异的改土增产效果。

表1.宁夏回族自治区平吉堡土壤测定结果

实施例二：

一、调理剂制备：

1)载体制备：

①利用γ-射线对凹凸棒土(150目，胶体级)进行辐照处理，然后采用微波对凹凸棒土进行处理，使凹凸棒土中的棒晶间和层间更为分散，比表面积增大。γ-射线辐照的能量为5MeV，剂量为80kGy，时间为30分钟。微波处理的功率为1.5kW，时间为30分钟。辐照时，凹凸棒土的放置厚度为7cm，质量为7kg。

②将处理过的凹凸棒土加入到自来水中配成15g/L的悬浊液，往该悬浊液中加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷(1.5g/L)，于50℃下搅拌(300rpm)2小时，然后加入腐殖酸(3g/L)，于40℃下搅拌(300rpm)5小时，并离心(6000rpm)8分钟收集沉淀，与50℃下干燥至恒重并研磨至150目即得到凹凸棒土载体。

2)复合微生物菌剂制备：

①将枯草芽孢杆菌、木霉菌菌粉混合，质量比为3:2，各种菌剂的活菌数约为1×109个/克。

②将枯草芽孢杆菌在下列培养基上发酵：10％葡萄糖、10％豆粕饼、10％玉米粉，6％碳酸钙，7％氯化钠，其余为水。培养温度37℃，转速210rpm。发酵结束后用喷雾干燥法干燥成粉剂。

③将哈茨木霉接种于9cm的PDA培养基平板中，待木霉长满平板后，将长满木霉的平板切块，大小0.5cm*0.5cm，接种于液体PDA培养基中，350ml接种2块。27℃培养3d，作为液体种备用；将麦麸加水，湿度20％，121℃灭菌20min，作为固体培养基；350ml接种到6kg固体培养基上，27℃暗培养7d；将发酵好的木霉菌剂40℃烘干，水分15％以下，烘干后将菌剂粉碎。复合微生物腐熟菌剂孢子含量分别是≥100亿/克的哈茨木霉菌；3)调理剂制备：

将复合菌剂与载体按照重量比2:98混合，即得到土壤调理剂。

二、宁夏西吉土壤改良实例：

将土壤调理剂按20公斤/亩的量均匀撒施到土壤表面，并撒后旋耕。秋季收获后，检测土壤样品和马铃薯产量，测定具体结果如表2所示。测定结果表明：使用土壤调理剂后，与对照相比，马铃薯增产24.1％，土壤的pH值有所降低,有机质和养分显著增加。这表明本发明提供的土壤调理剂能有效改善土壤的营养状况，并可调节土壤酸碱度和促进作物对肥料的利用，具有优异的改土增产效果。

表2.宁夏西吉土壤测定结果

实施例三：

一、调理剂制备：

1)载体制备：

①利用γ-射线对凹凸棒土(200目，胶体级)进行辐照处理，然后采用微波对凹凸棒土进行处理，使凹凸棒土中的棒晶间和层间更为分散，比表面积增大。γ-射线辐照的能量为10MeV，剂量为100kGy，时间为40分钟。微波处理的功率为2kW，时间为40分钟。辐照时，凹凸棒土的放置厚度为10cm，质量为10kg。

②将处理过的凹凸棒土加入到自来水中配成20g/L的悬浊液，往该悬浊液中加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷(2g/L)，于60℃下搅拌(500rpm)3小时，然后加入腐殖酸(5g/L)，于50℃下搅拌(500rpm)6小时，并离心(10000rpm)10分钟收集沉淀，与70℃下干燥至恒重并研磨至200目即得到凹凸棒土载体。

2)复合微生物菌剂制备：

①将枯草芽孢杆菌、木霉菌菌粉混合，质量比为3:2，各种菌剂的活菌数约为1×109个/克。

②将枯草芽孢杆菌在下列培养基上发酵：10％葡萄糖、10％豆粕饼、10％玉米粉，6％碳酸钙，7％氯化钠，其余为水。培养温度37℃，转速210rpm。发酵结束后用喷雾干燥法干燥成粉剂。

③将哈茨木霉接种于9cm的PDA培养基平板中，待木霉长满平板后，将长满木霉的平板切块，大小0.5cm*0.5cm，接种于液体PDA培养基中，350ml接种2块。27℃培养3d，作为液体种备用；将麦麸加水，湿度20％，121℃灭菌20min，作为固体培养基；350ml接种到6kg固体培养基上，27℃暗培养7d；将发酵好的木霉菌剂40℃烘干，水分15％以下，烘干后将菌剂粉碎。复合微生物腐熟菌剂孢子含量分别是≥100亿/克的哈茨木霉菌；3)调理剂制备：

将复合菌剂与载体按照重量比3:100混合，即得到土壤调理剂。

二、宁夏海原土壤改良实例：

将土壤调理剂按10公斤/亩的量均匀撒施到土壤表面，并撒后旋耕。秋季收获后，检测土壤样品和马铃薯产量，测定具体结果如表3所示。测定结果表明：使用土壤调理剂后，与对照相比，马铃薯增产17.2％，土壤的pH有所降低,有机质和养分显著增加。这表明本发明提供的土壤调理剂能有效改善土壤的营养状况，并可调节土壤酸碱度和促进作物对肥料的利用，具有优异的改土增产效果。

表3.宁夏海原土壤测定结果

Claims (3)

1.一种复合型环保土壤调理剂，其特征在于，包括：凹凸棒土10-20g/L、3-氨基丙基三乙氧基硅烷1-2g/L、腐殖酸2-5g/L、复合菌剂144-810mg/L。

2.根据权利要求1所述的调理剂，其特征在于，所述的复合菌剂包括枯草芽孢杆菌和哈茨木霉菌的混合菌剂，其质量比为3:2。

3.一种复合型环保土壤调理剂的制备方法，其特征在于，包括：制备凹凸棒土载体、制备复合菌剂粉末、混合复合菌剂粉末与凹凸棒土载体；

所述的制备凹凸棒土载体包括：利用2-10MeV、剂量为50-100kGy的γ-射线对厚度为5-10cm、质量为5-10kg的凹凸棒土(100-200目，胶体级)进行辐照处理20-40分钟，然后采用功率为1-2kW的微波对凹凸棒土进行处理20-40分钟；加入到自来水中配成10-20g/L的悬浊液，加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷1-2g/L，于40-60℃下搅拌(100-500rpm)1-3小时，加入腐殖酸2-5g/L，于30-50℃下搅拌(100-500rpm)4-6小时，离心(4000-10000rpm)5-10分钟收集沉淀，与40-70℃下干燥至恒重并研磨至100-200目；

所述的制备复合菌剂粉末包括：枯草芽孢杆菌/哈茨木霉菌粉剂混合，质量比为3:2，各种菌剂粉剂的活菌数约为1×10⁹个/克；

所述的混合复合菌剂粉末与凹凸棒土载体包括将复合菌剂与载体按照重量比1-3:90-100混合。