CN110627534A - 一种利用空气氮源的液态氮肥制备系统 - Google Patents

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Abstract

一种利用空气氮源的液态氮肥制备系统，包括：培养箱，顶部周边设置有通气孔；LED光源，安装在所述培养箱顶部中间，用于提供持续的光照；汽液混合器，设置于所述培养箱底部，用于将汽液混合器中的培养液与空气充分混合，所述培养液包括圆褐固氮菌以及营养素。用LED光源模拟太阳光，将空气中的氮气转化成作为能够吸收的氮元素，溶于水中形成液态氮肥。本发明能有效降低化肥的使用量，保护土壤环境。并且该过程绿色无污染，装置简单，原料为空气，方便易得。

Description

一种利用空气氮源的液态氮肥制备系统
技术领域
本发明涉及一种氮肥，尤其涉及一种利用空气氮源的液态氮肥制备系统。
背景技术
氮素是构成生命物质最重要的元素之一，在自然界里只有某些微生物能直接将大气中的氮气通过固氮酶还原成NH4 +，氮肥对农作物产量具有重要作用。生物固氮是指自然界的某些微生物将大气中的不能被植物利用的氮气变成可利用氮的过程。生物固氮不需要消耗大量石油或煤能源，不降低土壤性能，不污染环境。
目前，根瘤菌豆科植物共生固氮体系是自然界固氮效率最高的一个体系，据估计其年固氮量约占各种生物同氮体系总量(17500万吨)的50％，成为农业生产的主要氮源。但是由于受土壤环境和作物种类的限制，一些不是以豆科植物作为主要农作物的土壤，远远不能满足作物对氮肥的需求。目前还是会大量使用化肥，过量使用氮肥会使土壤酸化，板结，丧失耕种价值。
发明内容
鉴于以上问题，本发明公开了一种利用空气氮源的液态氮肥制备系统。圆褐固氮菌是一种好氧性自生固氮菌，具有较强的固氮能力。在光照和空气的环境中，能够将空气中的氮气通过固氮酶还原成NH4 +，溶于水中后形成液态氮肥。
本发明的技术方案如下：
一种利用空气氮源的液态氮肥制备系统，包括：培养箱，为中空的腔体，顶部周边设置有通气孔；LED光源，安装在所述培养箱顶部中间，用于提供持续的光照；汽液混合器，设置于所述培养箱底部，用于将汽液混合器中的培养液与空气充分混合，所述培养液包括圆褐固氮菌以及营养素。
优选的，圆褐固氮菌的浓度为1×1010~1×1015CFU/mL。圆褐固氮菌属于自生固氮菌，具有较强的固氮能力，可以自行固定空气中的分子态氮,对植物没有依存关系，并且能够分泌生长素，促进植株的生长和果实的发育，可以提高农作物的产量。
进一步的，营养素包括葡萄糖、Mn、B、Zn、Mo，浓度为0.01~0.1g/L。优选的，培养液的pH为6~7。
进一步的，培养箱的温度为30~35℃。
进一步的，LED光源的波长为450~550nm，光照强度为1000~3000lux，光照时间为10~20天。
进一步的，汽液混合器底部还安装有空气进气管，所述空气进气管的进口端连通培养箱外的空气，所述空气进气管中安装有电子空气泵，将培养箱外的空气泵入汽液混合器底部并与所述培养液混合。
进一步的，空气进气管的出口浸没于汽液混合器中的培养液中。
进一步的，空气进气管的出口安装有喷嘴，所述喷嘴表面有一系列小孔组成，所述小孔的直径为0.1~1mm。
本发明的有益效果：
本发明利用圆褐固氮菌的自生固氮能力，用LED光源模拟太阳光，将空气中的氮气转化成作为能够吸收的氮元素，溶于水中形成液态氮肥。本发明能有效降低化肥的使用量，保护土壤环境。并且该过程绿色无污染，装置简单，原料为空气，方便易得。
附图说明
图1为一种利用空气氮源的液态氮肥制备系统一种实施例的示意图。
图中，1.培养箱，2.LED光源，3.汽液混合器，4.空气进气管，11.通气孔，41.空气泵，42.喷嘴。
具体实施方式
实施例1
参考图1，该图为本发明实施例提供的一种利用空气氮源的液态氮肥制备系统示意图，该系统中包括培养箱1，该培养箱为中空的腔体，形状可以为立方体、圆柱体或者其他任何形状，该培养箱具有保温作用，能够根据制备要求设置所需的温度。培养箱顶部四周设置有通气孔11，该通气孔连通培养箱1和外部空气，用于通风换气，使培养箱中不断有新鲜空气进入。在培养箱顶部中间位置安装有LED光源，该光源能够充分照射到培养箱1中的汽液混合器，并且能够持续的提供光照，有利于固氮菌持续的进行工作。在培养箱1底部安装有汽液混合器3，该汽液混合器3为具有一定高度和宽度的开口容器，用于将汽液混合器3中的培养液与空气充分混合，为了提高培养箱1的利用率，汽液混合器3的尺寸尽可能的大一些，以光源能够全面照射到汽液混合器3为准。本实施例中的固氮菌为圆褐固氮菌，在光照和空气环境中，能够将空气中的氮气转化为离子态氮元素，达到固氮的目的，本发明中，将离子态氮溶液水中，制备成作物能够直接吸收的液体氮肥。
本实施例中，培养液中圆褐固氮菌的浓度为1×1010CFU/mL，为了提高圆褐固氮菌的活性，以及固氮能力，在培养液中加入了葡萄糖、Mn、B、Zn、Mo作为营养素，其中葡萄糖浓度为0.1g/L，Mn、B、Zn、Mo的浓度为0.01g/L，圆褐固氮菌的活性对培养液的pH和温度有要求，在pH为6~7，温度为30~35℃时，有利于圆褐固氮菌的生存。在一定环境条件下，光照的波长和强弱决定着圆褐固氮菌固氮的速率，在饱和光照强度内，随着光强的增加，固氮菌的固氮速率加快，超过饱和强度，固氮菌的固氮速率反而减弱直至停止。本实施例中，圆褐固氮菌的光照强度为1000lux，LED光源的波长为450nm。
本实施例中，汽液混合器3底部还安装有空气进气管4，空气进气管4的进口端连通培养箱外的空气，空气进气管中安装有电子空气泵，将培养箱1外的空气泵入汽液混合器3底部并与所述培养液混合。为了使空气与培养液充分混合，空气进气管的出口安装有喷嘴42，喷嘴42表面有一系列小孔组成，小孔的直径为0.1mm。从喷嘴中喷出的空气分成很多小股空气流，能够与培养液充分混合。经过10天的光照，该培养液经过圆褐固氮菌的固氮作用成为液体氮肥，经检测，该液体氮肥中含有NO3－、NH4 ＋总含量为53g/kg。
实施例2
根据实施例1中的装置和方法，本实施例中培养液中圆褐固氮菌的浓度为1×1012CFU/mL，在培养液中加入了葡萄糖、Mn、B、Zn、Mo作为营养素，其中葡萄糖浓度为0.1g/L，Mn、B、Zn、Mo的浓度为0.05g/L，圆褐固氮菌的活性对培养液的pH和温度有要求，在pH为6~7，温度为30~35℃时，圆褐固氮菌的光照强度为2000lux，LED光源的波长为500nm。为了使空气与培养液充分混合，空气进气管的出口安装有喷嘴42，喷嘴42表面有一系列小孔组成，小孔的直径为0.5mm。从喷嘴中喷出的空气分成很多小股空气流，能够与培养液充分混合。经过15天的光照，该培养液经过圆褐固氮菌的固氮作用成为液体氮肥，经检测，该液体氮肥中含有NO3－、NH4 ＋总含量为62g/kg。
实施例3
根据实施例1中的装置和方法，本实施例中培养液中圆褐固氮菌的浓度为1×1015CFU/mL，在培养液中加入了葡萄糖、Mn、B、Zn、Mo作为营养素，其中葡萄糖浓度为0.1g/L，Mn、B、Zn、Mo的浓度为0.1g/L，在pH为6~7，温度为30~35℃时，圆褐固氮菌的光照强度为3000lux，LED光源的波长为550nm。为了使空气与培养液充分混合，空气进气管的出口安装有喷嘴42，喷嘴42表面有一系列小孔组成，小孔的直径为1mm。从喷嘴中喷出的空气分成很多小股空气流，能够与培养液充分混合。经过20天的光照，该培养液经过圆褐固氮菌的固氮作用成为液体氮肥，经检测，该液体氮肥中含有NO3－、NH4 ＋总含量为71g/kg。

Claims (9)

1.一种利用空气氮源的液态氮肥制备系统，其特征在于，包括：
培养箱，所述培养箱为中空的腔体，顶部周边设置有通气孔；
LED光源，安装在所述培养箱顶部中间，用于提供持续的光照；汽液混合器，设置于所述培养箱底部，用于将汽液混合器中的培养液与空气充分混合，所述培养液包括圆褐固氮菌以及营养素。
2.根据权利要求1所述的制备系统,其特征在于，所述圆褐固氮菌的浓度为1×1010~1×1015CFU/mL。
3.根据权利要求1所述的制备系统,其特征在于，所述营养素包括葡萄糖、Mn、B、Zn、Mo，浓度为0.01~0.1g/L。
4.根据权利要求1所述的制备系统,其特征在于，所述培养液的pH为6~7。
5.根据权利要求1所述的制备系统,其特征在于，控制所述培养箱的温度为30~35℃。
6.根据权利要求1所述的制备系统,其特征在于，所述LED光源的波长为450~550nm，光照强度为1000~3000lux，光照时间为10~20天。
7.根据权利要求1所述的制备系统,其特征在于，所述汽液混合器底部还安装有空气进气管，所述空气进气管的进口端连通培养箱外的空气，所述空气进气管中安装有电子空气泵，将培养箱外的空气泵入汽液混合器底部并与所述培养液混合。
8.根据权利要求7所述的制备系统,其特征在于，所述空气进气管的出口浸没于汽液混合器中的培养液中。
9.根据权利要求7所述的制备系统,其特征在于，所述空气进气管的出口安装有喷嘴，所述喷嘴表面有一系列小孔组成，所述小孔的直径为0.1~1mm。
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