CN109937841A - 一种生物源高效土壤及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种生物源高效土壤，包括发酵底物、生物炭材料和土壤，其重量比为：发酵底物：生物炭材料：土壤＝1‑5：1‑3：3‑6，其中发酵底物包括以下按照重量份数计的原料：沼渣10‑20份、猪粪40‑50份、植物纤维废料5‑10份。本发明提供的生物源高效土壤具有较高的营养价值，且符合营养互补原则，能够为作物提供均衡、丰富的养分。另一方面，本发明通过以生物炭材料作为生物源高效土壤的原料，有效地降低了生物源高效土壤中的重金属含量，符合绿色环保的可持续发展方向。

Description

一种生物源高效土壤及其制备方法

技术领域

本发明属于有机肥料栽培技术领域，具体地，涉及一种生物源高效土壤及其制备方法。

背景技术

我国养殖业的高密度发展给环境带来了大量的畜禽养殖排泄物，据统计，我国每年产生的畜禽粪高达6亿多吨。畜禽排泄物因富含N、P、K等植物生长的必需元素而被广泛用作农作物的有机肥。然而，为缩短养殖周期和控制病虫害，重金属通常被作为饲料添加剂，被动物摄入的重金属大部分会通过动物粪便和尿液排出体外，导致畜禽排泄物中含有较高浓度的重金属，容易引发环境风险和农产品安全问题，阻碍了畜禽粪便源有机肥的普及应用和发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种生物源高效土壤及其制备方法，以解决上述技术问题中的至少一个。

根据本发明的一个方面，提供一种生物源高效土壤，包括发酵底物、生物炭材料和土壤，其重量比为：发酵底物：生物炭材料：土壤＝1-5：1-3：3-6，其中发酵底物包括以下按照重量份数计的原料：沼渣10-20份、猪粪40-50份、植物纤维废料5-10份。

优选地，还包括煤粉，发酵底物和煤粉的重量比为3:0.5-1.5。

优选地，植物纤维废料选自秸秆、落叶、土豆藤、腐烂橙渣中的一种或多种。

优选地，生物炭材料包括草炭、花生壳生物炭和木屑炭中的一种或多种。

优选地，生物炭包括花生壳生物炭和木屑炭，其中，花生壳生物炭和木屑炭的重量比为3:1-5。

优选地，花生壳生物炭和木屑炭的重量比为3:2。

优选地，包括以下按照重量份数计的原料：沼渣4.5份、猪粪20份、土壤45份、生物炭材料15份、植物纤维废料5.5份，还包括煤粉10份；植物纤维废料包括落叶和腐烂橙渣。

优选地，植物纤维废料由落叶和腐烂橙渣组成，具体地，落叶2.5份，腐烂橙渣3份。

根据本发明的另一个方面，提供如上所述生物源高效土壤的制备方法，包括以下步骤：步骤(1)，配制所述发酵底物；步骤(2)，将发酵底物和部分生物炭材料混合；步骤(3)，加水调节步骤(2)所得混合物的含水量为58-65％；步骤(4)，自然好氧发酵至腐熟，自然降温，制得腐熟有机肥；步骤(5)，将腐熟有机肥和剩余的生物炭材料及其余原料混合，制得成品。

优选地，包括以下步骤：步骤(1)，配制所述发酵底物；(2)将发酵底物和10份生物炭材料混合；步骤(3)，加水调节步骤(2)所得混合物的含水量为62％；步骤(4)，自然好氧发酵至腐熟，制得腐熟有机肥；步骤(5)，将腐熟有机肥和5份生物炭材料、10份煤粉、45份土壤混合，制得成品。

本发明采用落叶与腐烂橙渣作为辅料，按照特定的配比，与猪粪、沼渣共同组成发酵底物，在堆肥发酵的过程中能够为其中的微生物提供良好的生长增殖环境，使微生物能够保持较高的生物活性，有效地分解、转化发酵底物提供的营养物质，促进发酵底物达到腐熟状态，腐熟产物具有较高的全氮、全磷和全钾含量，各种营养物质的搭配符合营养互补原则，能够为作物提供均衡、丰富的养分。另外，使花生壳生物炭和木屑炭按照一定的比例复配，作为生物炭材料同时参与发酵底物的腐熟发酵过程以及直接作为土壤成品的原料添加，有效地减少了重金属元素在培养基质中的积累，使培养基质及使用该培养基质栽培的作物具有更高的安全性，同时促进作物的生长发育。另一方面，本发明以煤粉作为土壤成品的原料辅料，使培养基质中的细菌、放线菌、真菌、硝化菌和氨化菌等益生菌的活菌数显著增多，基质中的丰富营养物质被有效地利用、转化，最终被作物吸收，提高了作物的免疫力，从而进一步地促进作物的生长发育。

附图说明

图1为对比实施例2中对应各处理组的重金属总含量统计图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。

实施例1

本实施例制备的生物源高效土壤所采用的原料及其对应重量分数已在表1中列出，按照表1所列出的原料组分对应重量份数称取各原料。

表1 本实施例的生物源高效土壤的原料及其重量份数

发酵底物的配制：将按份称量的猪粪、沼渣、落叶和腐烂橙渣混合均匀，配制得到发酵底物，由此配制而成的发酵底物所占的总重量份数为30份；

生物炭材料的配制：将按份称量的花生壳生物炭和木屑炭混合均匀，配制得到生物炭材料，由此配制而成的生物炭材料所占的总重量份数为15份；

发酵体系的准备：将30份发酵底物与其中10份生物炭材料混合均匀，向混合物中加水调节水分，至含水量为62％；

堆肥发酵：自然好氧发酵至腐熟，制得腐熟有机肥；

成品的配制：将腐熟有机肥和剩下的5份生物炭材料、10份煤粉、45份土壤混合，制得成品。

对比实施例1

1.实验组设置方式

本实施例以组成发酵底物的植物纤维废料为变量，配制不同的发酵底物，并将发酵底物与10份生物炭材料混合后，进行自然好氧发酵至腐熟，制得腐熟有机肥，该生物炭材料与实施例1中配制得到的生物炭材料组成一致，以探究组成植物纤维废料种类对腐熟有机肥的养分组成和堆肥发酵过程的影响，各实验组的发酵底物的具体设置方式如表2所示。

表2 本实施例各实验组的发酵底物具体配制方式

2.测试项目

2.1发酵温度测定：试验期当天及以后每隔3天的上午10点左右，用热敏温度计直接插入堆肥以下25cm处，测量堆肥温度。

2.2堆肥腐熟度测定：每隔3天取堆肥物样品，用生理盐水，按堆肥物：生理盐水＝1：5的比例，制得堆肥浸提液备用。在一培养皿上均匀放入20颗黄瓜种子，同时加入堆肥浸提液5mL，在25℃黑暗的生活培养箱中培养48h后，计算出芽率。

2.3全氮、全磷和全钾含量测定：

分别在堆肥发酵开始前和试验期结束后在发酵体系中取100g样品进行全氮、全磷和全钾的含量测定。

全氮含量的测定：经风干、粉碎、细化、均一化的样品过0.15mm筛后用锡箔纸包被，使用元素分析仪(Vario EL)，通过干烧法进行全碳和全氮含量的测定。每个样品设置3次重复。

全磷和全钾的含量测定：将风干、粉碎、均一化后的样品过0.85mm筛，准确称取样品0.5～1.0g(精确到0.001g)，用硫酸和过氧化氢进行消化、定容、静置澄清、过滤。参照有机肥料农业行业标准，用钒钼酸铵比色法测定全磷含量；用火焰光度计法测定全钾含量。每个样品进行3次重复。

3.测试结果

腐熟发酵过程中的温度反应了发酵体系中的微生物活性，达到的温度越高，高温阶段(≥55℃)持续时间越长，微生物活性越强。各实验组腐熟发酵过程中的温度变化如表3所示，其中，进入试验期的第6天时，几乎所有实验组都进入了高温阶段，高温阶段的持续时间都为9天左右，其中，对照组进入高温阶段后，其测得的最高温度不高于60℃，而其余各组测得的最高温度都达到62℃以上，各实验组在进入试验期第6-15天内测得的平均温度分别是：对照组58.25℃、实验1组59.75℃、实验2组62.75℃、实验3组60℃、实验4组62.5℃、实验5组66℃、实验6组65.75℃、实验7组62.75℃。

种子的发芽指数可作为评判堆肥发酵腐熟度的一项重要生物指标，当种子的发芽指数超过了50％，则说明堆肥基本腐熟。在堆肥试验期内，各实验组对应的种子发芽指数如表4所示：所有实验组在进入试验期的第15天时，各自对应的发芽指数都超过了50％，说明所有实验组对应的发酵体系在高温阶段结束之前，均达到基本腐熟的状态；在试验期结束时，实验5-7组所达到的发芽指数较高，高达90％甚至以上。

表3 本实施例各实验组的堆肥发酵温度统计

表4 本实施例各实验组的种子发芽指数统计

本节设置的实验组对应的全碳、全氮、全磷和全钾质量分数及对应的增长率如表5-7所示。与堆肥发酵前相比，堆肥后的各实验组的全氮、全磷、全钾质量分数均增加。对照组的全氮、全磷、全钾质量分数的增幅显著低于其余组别，说明植物纤维废料的加入，有利于提高经过堆肥发酵的发酵体系的营养价值。试验期结束后，对比实验1-4组，实验2组和实验4组对应的全氮、全磷、全钾含量较高，而对比实验2、4、5-7组，实验5-7组对应的全氮、全磷、全钾含量更高，说明落叶和腐烂橙渣的配伍使用能够达到更佳的堆肥发酵效果。

表5 原料种类对产品全氮含量的影响

表6 原料种类对产品全磷含量的影响

表7 原料种类对产品全钾含量的影响

对发酵体系的堆肥发酵过程和产品的养分组成进行综合考虑，以落叶2.5份+腐烂橙渣3份+猪粪20份+沼渣4.5份作为发酵底物的最佳原料组合，该原料组合与实施例1一致。

对比实施例2

1.处理组设置方式

本实施例以生物炭材料的投料方式作为变量，设置不同的处理组，具体的设置方式如表8所示。除了上述变量外，处理组涉及的所有组合物的原料种类及其重量份数、操作步骤均与实施例1保持一致。

表8 本实施例各处理组的具体设置方式

2.测试项目

盆栽试验验证：供试作物为黄瓜，每个处理设6个重复；待幼苗在育苗钵中长出3～5片真叶时移栽至盆砵中，分别以各处理组制得的土壤成品作为培养基质，期间不施其他肥料，浇水和除虫管理按照常规方式进行，两个月后测定农艺性状(株高、茎粗、叶长、叶宽)。

重金属含量测定：分别在盆栽试验开始前和结束后，从各处理组的培养基质中分别取100g样品，采用浓硝酸+高氯酸+氢氟酸，消煮样品，利用原子吸收分光光度计测试样品中的重金属总含量。

3.测试结果

本实施例的盆栽试验结果如表9所示，对比分析供试作物的生长指标，对照处理的供试作物的生长发育情况相对较差，植株较纤细、短小，在所有处理组中，处理Ⅲ的供试作物的植株形态最佳，其平均株高、茎粗、叶长和叶宽对应的数值都在所有处理组中达到了最大值。

表9 本实施例的盆栽试验结果

与盆栽试验开始前相比，盆栽试验结束后，如图1：对照处理和处理Ⅱ的重金属含量有所上升，其中，对应对照处理的重金属含量上升10.00％，对应处理Ⅱ的重金属含量上升7.48％；处理Ⅰ和处理Ⅲ的重金属含量有所下降，其中，对应处理Ⅰ的重金属含量下降11.17％，对应处理Ⅲ的重金属含量下降16.04％。

对比实施例3

1.生物源土壤的制备

本实施例制备的生物源土壤所采用的原料及其对应重量分数已在表9中列出，按照表10所列出的原料组分对应重量份数称取各原料。

表10 本实施例的生物源高效土壤的原料及其重量份数

发酵底物的配制：将按份称量的猪粪、沼渣、落叶和腐烂橙渣混合均匀，配制得到发酵底物，由此配制而成的发酵底物所占的总重量份数为30份；

生物炭材料的配制：将按份称量的花生壳生物炭和木屑炭混合均匀，配制得到生物炭材料，由此配制而成的生物炭材料所占的总重量份数为15份；

发酵体系的准备：将30份发酵底物与其中10份生物炭材料混合均匀，向混合物中加水调节水分，至含水量为62％；

堆肥发酵：自然好氧发酵至腐熟，制得腐熟有机肥；

成品的配制：将腐熟有机肥和剩下的5份生物炭材料、55份土壤混合，制得成品。

2.测试项目

盆栽试验验证：供试作物为黄瓜，每个处理设6个重复；待幼苗在育苗钵中长出3～5片真叶时移栽至盆砵中，分别以实施例1和本实施例制得的土壤成品作为培养基质，期间不施其他肥料，浇水和除虫管理按照常规方式进行，两个月后测定农艺性状(株高、茎粗、叶长、叶宽)。

微生物数量测定：

盆栽试验结束后，各取1g实施例1和本实施例对应的栽培基质于无菌试管中，加入PBS缓冲液9mL，磁力振荡器振荡5分钟，此液为10^-1稀释液，吸取1mL此溶液装于盛有9mL无菌PBS缓冲液试管中进行10^-2稀释，振荡5分钟，并依次进行10^-3-10^-6倍稀释。采用平板计数法计数测定经过稀释的粪样中的细菌、放线菌、真菌、硝化菌和氨化菌。

3.测试结果

实施例1和本实施例制得的土壤成品中的微生物含量如表11所示，与本实施例所制得的土壤成品相比，实施例1所制得的土壤成品中各种微生物含量明显更高，由此，可以直观地说明，土壤基质中的煤粉能够显著地提高培养基质中的细菌、放线菌、真菌、硝化菌和氨化菌丰度。细菌是培养基质中活跃的生物因素，放线菌是重要的抗生素产生菌，真菌能够通过在基质中伸展蔓延改善基质的物理性质，而硝化菌和氨化菌则担当着氮转化、循环的重要角色，上述这些菌种对栽培基质中的各种物质循环有着重要的推动作用。由此，可以推断，实施例1采用煤粉与各种原料复配制得的生物源高效土壤，能够有效地促进作物的生长发育。

表11 本实施例的微生物活菌计数结果

本实施例的盆栽试验结果如表12所示，两组相对而言，对应实施例1的供试作物的生长发育状态更佳，植株体型更壮硕。从而，进一步地说明实施例1采用煤粉与各种原料复配制得的生物源高效土壤，能够有效地促进作物的生长发育。

表12 本实施例的盆栽试验结果

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，技术人员阅读本申请说明书后依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均未脱离本发明申请待批权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种生物源高效土壤，其特征在于，包括发酵底物、生物炭材料和土壤，其重量比为：所述发酵底物：所述生物炭材料：所述土壤＝1-5：1-3：3-6，其中，所述发酵底物包括以下按照重量份数计的原料：沼渣10-20份、猪粪40-50份、植物纤维废料5-10份。

2.如权利要求1所述生物源高效土壤，其特征在于：还包括煤粉，所述发酵底物和所述煤粉的重量比为3:0.5-1.5。

3.如权利要求1所述生物源高效土壤，其特征在于：所述植物纤维废料选自秸秆、落叶、土豆藤、腐烂橙渣中的一种或多种。

4.如权利要求1所述生物源高效土壤，其特征在于：所述生物炭材料包括草炭、花生壳生物炭和木屑炭中的一种或多种。

5.如权利要求4所述生物源高效土壤，其特征在于：所述生物炭包括花生壳生物炭和木屑炭，其中，所述花生壳生物炭和所述木屑炭的重量比为3:1-5。

6.如权利要求5所述生物源高效土壤，其特征在于：所述花生壳生物炭和所述木屑炭的重量比为3:2。

7.如权利要求6所述生物源高效土壤，其特征在于，包括以下按照重量份数计的原料：所述沼渣4.5份、所述猪粪20份、所述土壤45份、所述生物炭材料15份、所述植物纤维废料5.5份，还包括煤粉10份；所述植物纤维废料包括落叶和腐烂橙渣。

8.如权利要求7所述生物源高效土壤，其特征在于：所述植物纤维废料由所述落叶和所述腐烂橙渣组成，具体地，所述落叶2.5份，所述腐烂橙渣3份。

9.如权利要求1-8任一项所述生物源高效土壤的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(1)，配制所述发酵底物；

步骤(2)，将所述发酵底物和部分所述生物炭材料混合；

步骤(3)，加水调节所述步骤(2)所得混合物的含水量为58-65％；

步骤(4)，自然好氧发酵至腐熟，自然降温，制得腐熟有机肥；

步骤(5)，将所述腐熟有机肥和剩余的所述生物炭材料及其余所述原料混合，制得成品。

10.如权利要求9所述生物源高效土壤的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

所述步骤(1)，配制所述发酵底物；

所述步骤(2)，将所述发酵底物和10份所述生物炭材料混合；

所述步骤(3)，加水调节所述步骤(2)所得混合物的含水量为62％；

所述步骤(4)，自然好氧发酵至腐熟，制得腐熟有机肥；

所述步骤(5)，将所述腐熟有机肥和5份所述生物炭材料、10份所述煤粉、45份所述土壤混合，制得成品。