CN108299122A - 一种用于修复酸化土壤的土壤调理剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于修复酸化土壤的土壤调理剂，包括由生物炭、草木灰、腐熟牛粪有机肥、氨基酸废液吸附物、碳酸钙混合获得的基础调理剂和解淀粉芽孢杆菌L3，该调理剂水分含量低于35%，解淀粉芽孢杆菌L3含量为0.2亿CFU/克；本申请首次将氨基酸废液用作土壤调理剂的成分，不仅实现了资源的合理利用，还可以增加土壤调理剂产品中氨基酸的含量，在改良土壤酸碱度的同时改善土壤的养分状况，提高作物抗逆性，促进作物生长；此外，本发明充分利用生物炭的比表面积大、官能团多样、疏松多孔、吸附性强的特点，可以吸附固持土壤中多种对土壤酸化有促进作用的阴阳离子，从而抑制土壤酸化加剧。

Description

一种用于修复酸化土壤的土壤调理剂

技术领域

本发明涉及农业废弃物和有益微生物综合利用领域，特别是一种修复酸化土壤的土壤调理剂。

背景技术

我国目前已经成为世界第二大经济综合体，国际地位显著提高，农业领域发展的贡献率功不可没，化肥的施用对保障我国粮食安全起到了决定的作用，但与此同时，多年来农业的粗放式发展，特别是化学肥料的长期大量、不合理施用，近30年来，我国土壤pH平均下降0.5个单位，全国酸化土壤的面积接近4亿多亩，如此大面积的酸化土壤如果不能尽快修复和有效利用，将对我国粮食安全产生巨大影响，因此这一问题也引起社会各阶层的广泛关注。

土壤调理剂是可以有效修复酸化土壤的产品，目前在研究和应用层面均取得较好的效果，显示巨大的市场前景，但综观已有的应用于酸化土壤的调理剂产品，绝大部分是由化学物质复配或混合而成，少部分产品增加了有机肥或者有机物料成分，其中最主要的化学原料包括：石灰、过磷酸钙、钙镁磷肥、硅钙肥、石灰氮、硼泥、富钾硅酸盐石等，有机原料主要包括：腐殖酸、贝壳粉、各种动物和植物产生的废弃物制作的有机肥等或者生物炭。这些由化学原料制成的土壤调理剂，主要是通过直接中和土壤酸度而达到提高土壤pH的效果，对土壤物理、生物学和养分性状的改善效果甚微，因此对酸化土壤修复的持效性不好；而使用有机肥调节酸化土壤主要是利用有机肥对土壤性状的综合改良作用，特别是提高土壤有机质含量，但由于有机肥的高碳氮比，仅由有机肥制备的土壤调理剂可能会造成土壤或作物的氮素相对缺乏，因此，实际生产上更需要既能快速且持效提高土壤pH，又能全面提升土壤物理、化学(包括养分)、生物学性状的土壤调理剂。

生物炭是一种新型的土壤改良剂，因其独特的物理化学性质，在改善土壤物理结构、提高土壤肥力、改善土壤酸碱度、改良土壤微生物生长环境等方面具有重要的潜在应用价值，但已有的研究和应用表明，由于生物炭的碳氮比极高(一般是60-90)，单独应用生物炭改良土壤,往往会造成作物氮素缺乏，现有技术中通常与氮肥配合施用，但目前未有生物炭与氮肥复配用作土壤pH调理剂的报道。

草木灰(一般呈碱性)是公认的改良酸化土壤的肥料产品，但由于成分较为简单，单独施用效果不稳定或者持效性不好。

此外，国内外许多生产食品和药品氨基酸的企业，其生产工艺是将动物毛发或者其他高蛋白原料先水解成混合氨基酸(18-20种氨基酸)，再通过等电点调节提取目标氨基酸，当把目标氨基酸(一般是2-3种)从氨基酸混合液中提出后，剩余液体即被称为氨基酸废液，这些废液中富含多种非目标氨基酸和其他有机及无机营养物质。因为酸度较大、成分复杂、有机物含量高等特点，至今仍没有较好的处置方法；而如果处理不当或者随意排放，不仅是资源的浪费，还将对环境造成严重污染。一个中等规模的企业平均每天约产生50-200吨的氨基酸废液，全国范围内每天的产生量是巨大而惊人的。一直以来，虽然不乏这种氨基酸废液处理技术的研究和应用报道，如浓缩法、膜过滤法和生物降解法等，但如此量大和高酸度的废液，现有的处理措施难以满足要求，致使许多生产氨基酸的企业仍然面临巨大的环境保护压力。目前尚未见将氨基酸废液用于酸化土壤调理剂的报道。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种修复酸化土壤的土壤调理剂，以实现抑制土壤酸化，改善土壤的生物学性性状并促进作物生长之目的。该目的是通过如下技术方案实现的：

一种修复酸化土壤的土壤调理剂，包括基础调理剂和解淀粉芽孢杆菌L3液体培养物；其中，所述基础调理剂是由生物炭、草木灰、腐熟牛粪有机肥、氨基酸废液吸附物、碳酸钙依次按照重量百分比10-15％、20-25％、40-45％、15-30％、 5％混合后获得；该土壤调理剂产品水分含量低于35％，解淀粉芽孢杆菌L3的数量达到0.2亿CFU/克。

本发明中，生物炭是由农作物秸秆、稻壳、花生壳或者园林植物枝条等经适当破碎后经40℃以上温度燃烧获得，并过3毫米孔径的筛网后使用，生物炭pH 不低于8.0。

本发明中，所述草木灰由常规发电厂购买；腐熟牛粪有机肥由牛粪经过常规好氧堆肥发酵工艺(如参照文献：刘超，2017，《土壤通报》；或者文献：余粮， 2017，《科技与创新》；或者文献：朱新梦，2017，《农业工程学报》中所公开的堆肥方法)获得，有机肥产品符合农业部有机肥标准NY525-2012。

本发明中的氨基酸废液吸附物是这样获得的：将氨基酸废液与颗粒直径在 0.5-2毫米范围内的珍珠岩以5-8:1(重量比)比例混合，以没有氨基酸废液从珍珠岩中流出为宜；氨基酸废液中的氨基酸总浓度为9.21-10.43％。

本发明中，所属的氨基酸废液是将动物毛发或其他高蛋白含量的原料水解物提取完目标氨基酸后，仍含有多种其他氨基酸的液体。

上述技术方案中，解淀粉芽孢杆菌L3液体培养物是这样获得的：将冻干粉保藏的解淀粉芽孢杆菌L3转接到新鲜的NA平板上，25--28℃培养3-4天即为活化好的微生物菌种；将活化好L3的菌种接种到NB液体培养基中，160rpm,28℃培养24小时后以10％(体积比)的接种量接种液体生产培养基中，28℃，160rpm 培养48-72小时后即为解淀粉芽孢杆菌L3液体培养物。

本发明申请中，解淀粉芽孢杆菌L3为申请人自行筛选，并于2016年5 月9日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(CGMCC)，地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所，邮编100101，菌种保藏号：CGMCC7No.12419，其分类学命名为解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)。

进一步，本发明还提供了该土壤调理剂的制备方法，具体如下：先将生物炭、草木灰、腐熟牛粪有机肥按照比例配好，再将氨基酸废液吸附物按照相应比例加入，通过自然晾晒使得混合物料的水分含量在20％左右；然后再加入解淀粉芽孢杆菌L3液体培养物，再自然晾晒至物料含水量在35％以下，即获得土壤调理剂产品，产品中解淀粉芽孢杆菌L3含量不低于0.2亿CFU/克。

与现有土壤pH调理剂相比，本发明的优点在于：

1、本发明首次将氨基酸废液用作土壤调理剂的成分，不仅实现了资源的合理利用，还可以增加土壤调理剂产品中氨基酸的含量。而氨基酸是多种农作物和微生物生长必须的优质营养成分，氨基酸废液的加入，对提升土壤质量具有显著的促进作用，在改良土壤酸碱度的同时改善土壤的养分状况，提高作物抗逆性，促进作物生长。本发明充分利用生物炭的比表面积大、官能团多样、疏松多孔、吸附性强的特点，可以吸附固持土壤中多种对土壤酸化有促进作用的阴阳离子，从而抑制土壤酸化加剧。

2、本发明充分利用草木灰的碱性特点，直接中和土壤pH。

3、本发明借助助牛粪有机肥的低盐和疏松特点，增加土壤的疏松性和对不良环境的缓冲性能，与猪、鸡粪便相比，牛粪具有盐分含量低、纤维素含量高和碳氮比高的特点，此外再通过强化氨基酸，全面补充调理剂的营养成分。

4、解淀粉芽孢杆菌L3是江苏省农科院分离并保藏、对多种蔬菜具有促生作用的有益微生物，将其添加到土壤调理剂中，可以改善土壤的生物学性性状并促进作物生长。

5、本发明充分考虑已有酸化土壤调理剂产品的不足之处，基于有机、无机和生物相结合的原理，研发形成了具有调节土壤酸度和全面改良土壤多种性状的土壤调理剂，该土壤调理剂具有碳氮养分比例合理、对土壤缓冲作用大以及快速增加土壤有机质含量的作用本发明申请整个制备过程简单、高效、经济，适宜推广易于操作，为农业废弃物资源利用和土壤改良开辟新的思路。

附图说明

图1为实施例1解淀粉芽孢杆菌L3促番茄生长试验中盆栽苗照片。

图2为实施例1解淀粉芽孢杆菌L3促辣椒生长试验中盆栽苗照片。

图3为实施例1解淀粉芽孢杆菌L3促番茄生长试验中番茄地上部和地下部鲜重示意图。

图4为实施例1解淀粉芽孢杆菌L3促辣椒生长试验中辣椒地上部和地下部鲜重示意图。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明思想做进一步说明。

实施例中解淀粉芽孢杆菌L3为申请人筛选并保藏的解淀粉芽孢杆菌(菌种保藏号：CGMCC No.12419)。

实施例中氨基酸废液来自江苏汉菱肥业有限公司，废液中主要氨基酸为脯氨酸、精氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、谷氨酸、丝氨酸、甘氨酸、丙氨酸、苏氨酸、天门冬氨酸等15种氨基酸，氨基酸总含量为9.21-10.43％(重量比)。

实施例中所涉及的培养基/培养物：

NA平板：称取蛋白胨10g，牛肉膏3～5g，NaCl5g，琼脂粉20g，加水1000mL， pH7.0，平均分装到2个1000毫升的三角瓶中，121度高压灭菌20分钟，取出后冷却到50度左右，在超净工作台中倒平板备用(直径8.5厘米)。

NB液体培养基：称取蛋白胨10g，牛肉膏3～5g，NaCl5g，加水1000mL，pH7.0，平均分装到2个1000毫升的三角瓶中，121度高压灭菌20分钟，冷却至室温后备用。

液体生产培养基：首先将按照如下配方：果糖6g，大豆蛋白胨12g， KCl2.0g，MgSO₄0.5g，加水至1000mL；pH7.2；121℃高压灭菌20分钟，然后向冷却的培养基中加入1MCa(NO₃)₂1ml，0.1M MnCl₂lml，lmM FeSO₄lml。

解淀粉芽孢杆菌L3液体培养物：将冻干粉保藏的解淀粉芽孢杆菌L3转接到新鲜的NA平板上，25--28℃培养3-4天即为活化好的微生物菌种；将活化好L3 的菌种接种到NB液体培养基中，160rpm,28℃培养24小时后以10％(体积比) 的接种量接种到液体生产培养基中，28℃，160rpm培养48-72小时后即获得L3 液体培养物。

生物炭是由农作物秸秆、稻壳、花生壳或者园林植物枝条等破碎后经400℃上温度燃烧获得；具体制备方法参见：张春燕等，《齐鲁工业大学学报：自然科学版》2016年第6期，并过3毫米孔径的筛网后使用，生物炭pH值在8.0以上。

本发明中的腐熟牛粪有机肥由牛粪经过常规好氧堆肥发酵工艺获得，有机肥产品符合农业部有机肥标准NY525-2012。

以下实施例中涉及的原料，除非特殊说明，均为商业途径购买获得。

实施例1解淀粉芽孢杆菌L3促番茄/辣椒的生长试验

试验在江苏省农科院温室大棚中进行，时间是2017年9-10月，土壤采自常规设施蔬菜土壤，每盆装土壤1公斤。将解淀粉芽孢杆菌L3的液体培养物经过 10000rpm离心后，弃去上清液，收集菌体，将菌体用0.9％的生理盐水悬浮后再接种到土壤中，使得土壤中L3含量为0.2亿CFU/克，然后分别移栽4叶期的番茄苗和辣椒苗，正常水分管理。

试验同时设不加L3(CK),L3₁(L3-1)和L3₂(L3-2)三个处理，L3₁表示在辣椒移栽前按上述方法在土壤中施加一次L3；L3₂表示在辣椒移栽前在土壤中按上述方法施加一次L3，并且在番茄移栽后15天再以浇水的方式施加一次L3(使得土壤中L3含量为0.2亿/克)，即一共施加2次L3。

以上每个处理10盆，在番茄和辣椒移栽后30天破坏性采样，测定番茄/辣椒植株地上和地下部分鲜重，结果如图1-4所示。图1-4中，CK表示对照，即没施用L3；L3₁(L3-1)表示施用1次L3；L3₂(L3-2)表示施用2次L3。可以看出，施用L3对番茄和辣椒具有显著的生长促进作用，而且施用2次L3的促生效果好于施用1次。

实施例2不同配比的土壤调理剂对酸化土壤pH的调控效果

本实施例中，酸化土壤取自无锡市惠山区设施蔬菜园区，将土壤自然晾干后过2毫米筛备用。

本实施例中，氨基酸废液吸附物是由氨基酸废液与珍珠岩(直径0.5-2mm) 按照重量比5:1混合后获得。

将10公斤土壤平均分成5份，每份2公斤，每份土壤添加0.2％(重量比) 的不同配比的土壤调理剂，调节土壤水分含量为最大持水量的60％，然后平均分装到3个塑料盆中，将塑料盆放在25度恒温箱中培养20天，期间按照恒重法补充水分，20天后，取出塑料盆测定土壤pH。

同时设立不添加土壤调理剂的自然土壤作为对照组，检测结果见表1：

表1不同土壤调理剂配方对酸化土壤pH的改良效果(以重量比计)

由表1可见，与对照相比，添加土壤调理剂均能提高土壤pH，在4个处理中，处理3效果最好，其次是处理2，处理4虽然增加了生物炭和草木灰的比例，降低了氨基酸废液吸附物和腐熟牛粪有机肥的含量，但对土壤pH的提高效果反而不如处理2和处理3，可见土壤酸度的调节是多种效应的综合效果，生物炭和草木灰的用量并非越多越好。

实施例3制备土壤调理剂

基础调理剂：将生物炭、草木灰、腐熟牛粪有机肥、氨基酸废液吸附物和碳酸钙按照如下重量百分比依次混合：10％、25％、45％、15％、5％；然后添加解淀粉芽孢杆菌L3液体培养物，添加量为基础调理剂重量的10％；所获得的土壤调理剂产品水分含量低于35％，L3的数量达到0.2亿CFU/克。

制备方法：先将生物炭、草木灰、腐熟牛粪有机肥和碳酸钙按照上述比例配好，再将氨基酸废液吸附物按照相应比例加入，通过自然晾晒使得混合物料的水分含量在20％左右，然后再加入L3的液体培养物，再自然晾晒至物料含水量在 30％以下，即获得水分含量低于35％的土壤调理剂产品，产品中L3数量不低于0.2 亿/克。

本发明中的氨基酸废液吸附物是这样获得的：将氨基酸废液与颗粒直径在 0.5-2毫米范围内的珍珠岩以5:1(重量比)比例混合，该氨基酸废液是将动物毛发或其他高蛋白含量的原料水解物提取完目标氨基酸后，仍含有多种其他氨基酸的液体。

在具体实施过程中，氨基酸废液与颗粒直径在0.5-2毫米范围内的珍珠岩以重量比5-8:1的范围内混合，以没有氨基酸废液从珍珠岩中流出为宜。

实施例4土壤调理剂对桃园酸化土壤的改良效果试验

试验在无锡阳山水蜜桃园进行。

试验设对照组(即不施用土壤调理剂)和处理组(施用土壤调理剂)，包括两种树龄的桃园土壤，土壤调理剂(实施例3制备)用量为每次每棵桃树5公斤，在距离桃树中心30厘米到90厘米处的圆环中、纵向辐射状均匀开10厘米深度的土沟，均匀撒施后再盖上土壤，分别在11月份和次年3月份施用，在7月份采集土样测定土壤pH,结果见表2:

表2土壤改良剂对不同种植年限桃园酸化土壤的改良效果

由表2可以看出，土壤改良剂在三个试验地点，对不同种植年限、不同品种的水蜜桃均具有非常显著的改良效果，对土壤pH的提高幅度分别为0.49、0.91 和1.0。

实施例5土壤调理剂对设施蔬菜酸化土壤的改良效果

试验在无锡市惠山区塑料大棚进行，试验设对照组(不施用土壤调理剂)和处理组(施用实施例3制备的土壤调理剂)，苋菜和小青菜两个蔬菜品种，每种蔬菜一个塑料大棚，大棚规格为6米宽，80米长，中间一分为二，对照组和处理组各占一半面积，即各自224平米，处理组土壤调理剂施用量为每亩300公斤，每个处理3个重复，均匀撒施后与土壤混匀，然后撒入苋菜种子，出苗后30天收割，测定苋菜产量、土壤pH，检测结果如表3所示。

表3土壤改良剂对叶菜酸化土壤的改良效果

由表3可以看出，施用土壤调理剂对两种叶菜酸化土壤均具有显著的改良作用，两种土壤pH分别提高了0.78和0.88，两种蔬菜的产量分别比对照增加了13.7％和16.9％。

Claims (8)

1.一种用于修复酸化土壤的土壤调理剂，其特征在于，该土壤调理剂包括基础调理剂和解淀粉芽孢杆菌液体培养物；

所述基础调理剂是由生物炭、草木灰、腐熟牛粪有机肥、氨基酸废液吸附物、碳酸钙依次按照重量百分比10-15%、20-25%、40-45%、15-30%、5%混合后获得；

解淀粉芽孢杆菌液体培养物添加量为基础调理剂重量的10-15%。

2.根据权利要求1所述用于修复酸化土壤的土壤调理剂，其特征在于，所述土壤调理剂水分含量低于35%；所述解淀粉芽孢杆菌的保藏编号为CGMCC No.12419，土壤调理剂中解淀粉芽孢杆菌的含量为0.2亿CFU/克。

3.根据权利要求2所述用于修复酸化土壤的土壤调理剂，其特征在于，所述氨基酸废液吸附物由氨基酸废液与珍珠岩按照质量比5-8:1混合后获得。

4.根据权利要求3所述用于修复酸化土壤的土壤调理剂，其特征在于，所述氨基酸废液吸附物中，氨基酸废液中的氨基酸总浓度为9.21-10.43%。

5.根据权利要求3所述用于修复酸化土壤的土壤调理剂，其特征在于，所述生物炭粒径为3mm，pH不低于8.0。

6.根据权利要求3所述用于修复酸化土壤的土壤调理剂，其特征在于，所述解淀粉芽孢杆菌液体培养物是通过如下方法获得的：

将解淀粉芽孢杆菌转接到NA平板上，25-28℃活化3-4天，然后接种到NB液体培养基中，28℃，160rpm培养24小时，再按体积比10%接种于液体生产培养基中，28℃，160rpm培养48-72小时，即获得解淀粉芽孢杆菌液体培养物。

7.根据权利要求4所述用于修复酸化土壤的土壤调理剂，其特征在于，所述珍珠岩直径为0.5-2mm。

8.如权利要求1-7之一所述土壤调理剂的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

1）将生物炭、草木灰、腐熟牛粪有机肥和碳酸钙按比例混合后，加入氨基酸废液吸附物，自然晾晒至混合物料的水分含量为20%；

2）加入解淀粉芽孢杆菌液体培养物，自然晾晒至物料含水量低于35%，即获得所述土壤调理剂，其中解淀粉芽孢杆菌数量不低于0.2亿CFU/克。