CN107996057A - 一种联合土壤保水保墒和减排甲烷的方法 - Google Patents

一种联合土壤保水保墒和减排甲烷的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及土壤改良技术，具体的说是一种联合土壤保水保墒和减排甲烷的方法。将多孔材料和富集培养物同时施加于土壤，多孔材料施加于土壤的百分质量比为1‑2％，富集培养物施加于土壤的量为3‑5g/m2。本方法不仅提高了土壤的含水率和肥力，达到保水、保墒的效果，还可高效吸收土壤排放的甲烷，缓解温室效应。本发明操作简单，原料廉价易得，在土壤改良和甲烷去除方面有显著作用，具很高经济效益。

Description

一种联合土壤保水保墒和减排甲烷的方法
技术领域
本发明涉及土壤改良技术，具体的说是一种联合土壤保水保墒和减排甲烷的方法。
背景技术
我国土壤质量总体偏低，面临贫瘠化、水土流失等问题，成为制约农业发展的重要障碍。化肥长期滥用是导致土壤贫瘠化的重要原因之一，造成土壤含水率降低、养分失衡、肥力和有机质下降。通过向贫瘠土壤添加改良剂，包括粉煤灰、硅藻土、磷石膏、硫酸铝粉、累托石、膨润土、黄沙、硼砂、煤泥、蛭石、粘土、海泡石、风化煤等，可使土壤理化性质得到改良，一定程度上改善土壤贫瘠化的现状。然而，这些改良剂孔隙度较差，吸附能力不足，难以达到理想效果。因此，需使用孔隙度高、具较好吸水和吸肥特性的多孔材料作土壤改良剂，达到良好的保水保墒效果，实现贫瘠土壤的高效改良。
甲烷(CH4)是仅次于二氧化碳(CO2)的第二大温室气体，其温室效应是CO2的25倍，对全球变暖的贡献率高达15％。全球大气中的甲烷浓度逐年递增，其中，土壤施肥过程中，一些土壤微生物会降解有机质释放甲烷，是大气甲烷的重要来源之一，因此，应采取有效措施减少土壤甲烷的排放。大气甲烷的吸收方式有两种：一是与大气中的-OH基团反应形成CO2，二是一些甲烷氧化菌通过好氧途径氧化甲烷，将其转化为能量、生物质及CO2。目前，国内外多项研究采用生物法减排甲烷，构建甲烷氧化菌生物滤器，用于去除养殖场、污水池、沼气净化装置等排放源的微量甲烷。生物法简单易行、成本低、去除率高、环境友好。然而，土壤面积广阔，释放的甲烷难以收集并进行生物滤器处理，因此，需开发适于土壤的甲烷生物去除技术，使甲烷氧化菌可以高效地吸收土壤释放的甲烷，从而起到减排甲烷的作用。
发明内容
本发明的内容在于提供一种联合土壤保水保墒和减排甲烷的方法。
为实现上述目的，本发明采用技术方案为：
一种联合土壤保水保墒和减排甲烷的方法，将多孔材料和富集培养物同时施加于土壤，多孔材料施加于土壤的百分质量比为1-2％，富集培养物施加于土壤的量为3-5g/m2。
所述多孔材料为工农林业废弃物。
所述多孔材料为孔径范围是10nm-50μm的秸秆、木屑或矿质废弃物；其可吸附土壤中的水分和含氮、磷、钾的离子。
所述富集培养物为取垃圾填埋场覆盖层土壤于培养液中，在10-20％的甲烷下进行富集驯化传代培养，传至十代，所得培养物即为富集培养物；其中，每次传代培养条件为：温度25℃，转速140rpm，培养3-5天。
所述富集培养物是以垃圾填埋场覆盖层土壤为原料，原料中含有一定量的有机质以及滋生的微生物(如，利用甲烷做碳源的微生物，例如，嗜甲基菌属(Methylophilus)，甲基单胞菌属(Methylomonas)等)原料土壤在培养基和10-20％甲烷浓度下持续传代培养，使其能够在利用甲烷作为碳源的环境下生长繁殖的物质得以大量的扩增富集，经十代传代后，使得富集大量具甲烷氧化能力稳定的富集培养物。
所述培养液为每升中MgSO4·7H2O(0.9-1.1g/L)、KNO3(0.9-1.1g/L)、KH2PO4(0.25-0.3g/L)、Na2HPO4(0.25-0.3g/L)、CaCl2·2H2O(0.06-0.15g/L)和0.1％(v/v)微量元素；微量元素溶液成分是：EDTA-2Na(0.8-1.0g/L),FeSO4·7H2O(0.4-0.6g/L)、ZnSO4·7H2O(0.06-0.8g/L)、MnCl2·4H2O(0.02-0.04g/L)、H3BO3(0.2-0.4g/L)、CoCl2·6H2O(0.5-0.7g/L)、NiCl2·6H2O(0.01-0.03g/L)、Na2MoO4·2H2O(0.02-0.04g/L)和CuCl2·H2O(0.01-0.02g/L)。
本发明所具有的效果是：
本发明方法不仅有保水、保墒的作用，使土壤贫瘠化现状得到改善，并可高效吸收土壤排放的甲烷，减少甲烷排放，缓解温室效应，具体：
1)本发明方法中多孔材料具有高孔隙率和良好的吸附特性，可吸收并锁住水分子和含氮、磷、钾的离子，并将其缓慢释放至土壤当中，具有保水、保墒的效果，使贫瘠土壤得到改良；
2)本发明方法中通过富集培养物附着在多孔材料上，材料表面和内部丰富的孔隙为富集培养物提供了良好的生存和庇护场所，提高其稳定性和对不良环境的抵抗力，并减少水的冲刷造成的有意流失，有利于其生长繁殖和代谢活动，促进对甲烷的吸收；
3)本发明方法中多孔材料的孔隙可延长甲烷在土壤中的滞留时间，大幅增加甲烷与富集培养物的接触机会，进一步促进富集培养物对甲烷的氧化作用。
附图说明
图1为本发明实施例提供的单位质量多孔材料的吸水量效果图。
图2为本发明实施例提供的单位质量多孔材料对NH4 +、NO3 -、PO4 3-、K+离子的吸附量效果图。
图3为本发明实施例提供的多孔材料和复合菌剂联合对低浓度CH4(～1％)的去除率效果图。
具体实施方式：
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的解释说明。
本方法不仅提高了土壤的含水率和肥力，达到保水、保墒的效果，还可高效吸收土壤排放的甲烷，缓解温室效应。本发明操作简单，原料廉价易得，在土壤改良和甲烷去除方面有显著作用，具很高经济效益。
实施例1
称取陶粒、油页岩半焦、生物炭、火山岩各1g混入盛有100g土壤的土柱模拟装置中，放入恒温摇床振荡24h。处理后对上述分离多孔材料，根据材料吸水量，得到单位质量多孔材料的吸水量如图1所示，根据材料吸附NH4+、NO3 -、PO4 3-、K+离子的量，得到单位质量多孔材料对NH4+、NO3 -、PO4 3-、K+离子吸收量如图2所示。
由图1可得，四种多孔材料均具有良好的吸水性，这是由于材料表面和内部遍布孔隙，可吸收和容纳水分子。因此，将这些多孔材料施加到土壤中，可吸收大量水分，减少土壤水分流失，提高土壤保水力。
由图2可得，四种多孔材料对NH4 +、NO3 -、PO4 3-、K+离子均具有良好的吸附能力，这是由于材料孔隙可吸附并锁住土壤中的盐离子。因此，将多孔材料添加到土壤当中，可吸附大量含氮、磷、钾盐离子，并将吸附的盐离子缓慢释放到土壤当中，可减少肥力流失，长期改善土壤肥力。
实施例2
1)将陶粒、油页岩半焦分别粉碎，取目数为10-20目的颗粒，待用。
2)取垃圾填埋场覆盖层土壤，于含有终浓度为10％甲烷的培养液中，富集驯化传代培养，传至十代，所得培养物即为稳定的具甲烷氧化能力的富集培养物；其中，每次传代培养条件为：温度25℃，转速140rpm，培养3-5天，而后进行下一次的传代培养。
所述培养液为每升中MgSO4·7H2O(0.9-1.1g/L)、KNO3(0.9-1.1g/L)、KH2PO4(0.25-0.3g/L)、Na2HPO4(0.25-0.3g/L)、CaCl2·2H2O(0.06-0.15g/L)和0.1％(v/v)微量元素；微量元素溶液成分是：EDTA-2Na(0.8-1.0g/L),FeSO4·7H2O(0.4-0.6g/L)、ZnSO4·7H2O(0.06-0.8g/L)、MnCl2·4H2O(0.02-0.04g/L)、H3BO3(0.2-0.4g/L)、CoCl2·6H2O(0.5-0.7g/L)、NiCl2·6H2O(0.01-0.03g/L)、Na2MoO4·2H2O(0.02-0.04g/L)和CuCl2·H2O(0.01-0.02g/L)。
3)称取陶粒、油页岩半焦各1g分别放入盛有100g土壤的土柱模拟装置，并添加上述获得的富集培养物0.5g，对照组只加土壤和富集培养物。
4)密封，以1％甲烷置换上空气体，放入恒温摇床振荡。定期测定甲烷浓度(气相色谱，GC2014，SHIMADZU，Japan)，经公式(1)计算得，得到甲烷去除率(RE)如图3所示。
其中，Ci表示初始甲烷浓度，Ct表示一段时间后的甲烷浓度。
由图3结果显示，陶粒组的甲烷去除率最高，油页岩半焦组次之，对照组最低，在11h时，陶粒组和油页岩半焦组的甲烷去除率与对照组相比，分别提高了9.93％和26.77％。出现此现象的原因是富集培养物附着于多孔材料的孔隙并大量增殖，孔隙对富集培养物有保护作用，避免其受到恶劣条件的影响，有利于富集培养物中营养物质生长繁殖，提高相对的耐性和稳定性；并且，与对照中悬浮的富集培养物相比，附着于材料孔隙的富集培养物具更高的细胞密度，因而具有更快的甲烷氧化速度。因此，将多孔材料和富集培养物同时施加到土壤当中，能够提高甲烷氧化能力和稳定性，可高效去除土壤排放的甲烷。
利用多孔材料和富集培养物联合土壤保水保墒和减排甲烷的方法，可有效提高土壤的含水率和肥力，起到保水、保墒的作用，并且，还可高效吸收土壤释放的甲烷，有效缓解温室效应。

Claims (5)

1.一种联合土壤保水保墒和减排甲烷的方法，其特征在于，将多孔材料和富集培养物同时施加于土壤，多孔材料施加于土壤的百分质量比为1-2％，富集培养物施加于土壤的量为3-5g/m2。
2.根据权利要求1所述的联合土壤保水保墒和减排甲烷的方法，其特征在于：所述多孔材料为工农林业废弃物。
3.根据权利要求1或2所述的联合土壤保水保墒和减排甲烷的方法，其特征在于：所述多孔材料为孔径范围是10nm-50μm的秸秆、木屑或矿质废弃物。
4.根据权利要求1所述的联合土壤保水保墒和减排甲烷的方法，其特征在于：所述富集培养物为取垃圾填埋场覆盖层土壤于培养液中，在10-20％的甲烷下进行富集驯化传代培养，传至十代，所得培养物即为富集培养物。
5.根据权利要求4所述的联合土壤保水保墒和减排甲烷的方法，其特征在于：所述培养液为每升中MgSO4·7H2O(0.9-1.1g/L)、KNO3(0.9-1.1g/L)、KH2PO4(0.25-0.3g/L)、Na2HPO4(0.25-0.3g/L)、CaCl2·2H2O(0.06-0.15g/L)和0.1％(v/v)微量元素；微量元素溶液成分是：EDTA-2Na(0.8-1.0g/L),FeSO4·7H2O(0.4-0.6g/L)、ZnSO4·7H2O(0.06-0.8g/L)、MnCl2·4H2O(0.02-0.04g/L)、H3BO3(0.2-0.4g/L)、CoCl2·6H2O(0.5-0.7g/L)、NiCl2·6H2O(0.01-0.03g/L)、Na2MoO4·2H2O(0.02-0.04g/L)和CuCl2·H2O(0.01-0.02g/L)。
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