CN111718221A - 一种复合土壤修复剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合土壤修复剂及其制备方法，包括微生物有机肥和磷酸盐，其中，微生物有机肥中的微生物菌株是黑曲霉，磷酸盐为地质磷灰石、生物磷灰石或磷酸氢盐中的一种，磷酸盐在复合土壤修复剂中的质量含量为5％‑25％，并提供该复合土壤修复剂的制备方法，本发明的复合土壤修复剂具有价格低，持续时间长，无二次污染的特点，结合磷真菌(黑曲霉)的解磷能力和磷酸盐的磷源，通过微生物有机肥技术，使得复合修复剂具有长期释放有效磷的优点。

Description

一种复合土壤修复剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种土壤修复剂及其制备方法，尤其涉及一种复合土壤修复剂及其制备方法，属于环境生物技术领域。
背景技术
磷(P)是植物生长的必需营养元素，在植物新陈代谢过程中发挥着重要作用。土壤中95％以上的P以难溶态或存在。土壤有效磷缺乏是全世界面临的农业问题，我国有74％的耕地土壤缺P。地球上90％以上的P都储藏在磷灰石中，它是土壤生态系统中的主要磷素来源。但作为磷肥主要来源的磷矿石资源日趋耗竭，按目前的消耗速度只能支撑不到100年。同时，磷酸盐也是目前应用最为广泛的重金属修复剂，对Pb,Cd,As等常见重金属具有良好的修复能力。限于磷酸盐的低溶解性，无论是作为肥料还是作为修复剂，其应用都受到极大的限制。因此，如何提高磷的释放是关键。
如上所述，单纯的磷酸盐材料是优良的土壤重金属修复剂以及磷肥产品。但是限于磷酸盐溶解度低，很难发挥其效力。
发明内容
发明目的：本发明的第一目的为提供一种长期释放有效磷、显著提高磷酸盐溶解度、修复重金属污染的复合土壤修复剂，本发明的第二目的为提供该复合土壤修复剂的制备方法。
技术方案：本发明的复合土壤修复剂，包括微生物有机肥和磷酸盐，其中，微生物有机肥中的微生物菌株是黑曲霉，磷酸盐为地质磷灰石、生物磷灰石或磷酸氢盐中的一种，磷酸盐在复合土壤修复剂中的质量含量为5％-25％。
进一步地，地质磷灰石是氟基磷灰石矿石，其中磷灰石矿物含量大于70％，生物磷灰石为动物骨骼中的磷灰石，磷酸氢盐为磷肥。微生物有机肥中磷的质量含量为1-10％。
本发明的复合土壤修复剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将黑曲霉菌株扩大培养获得黑曲霉液体种子；
(2)将黑曲霉液体种子接种到混合基质中进行固体发酵至孢子总数不小于1010个/g，其中，混合基质是生物发酵基质和磷酸盐材料的混合物。
进一步地，生物发酵基质为麸皮、秸秆、土豆或动物粪便中的一种或几种。混合基质的含水率为40％～50％，混合基质的pH值为6.0～7.5，混合基质中有机质的质量含量为10％～40％。磷酸盐材料在与生物发酵基质混合前先研磨至粉末，磷酸盐材料粒径为50微米以下。
优选的，步骤(1)中，黑曲霉菌株扩大培养的过程如下：将黑曲霉菌株接种到液体种子培养基中，在25～35℃条件下，摇床上培养36～48h，摇床转速为180-200rpm，液体种子培养基为PDA培养基。
进一步地，黑曲霉液体种子的接种比例为1-5％。固体发酵的条件为发酵温度28～30℃，发酵通气量2～5m3/h，发酵6-7天。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：黑曲霉能分泌大量草酸，将磷酸盐溶解度提升近1000倍；本复合修复剂的主要特征是结合了解磷真菌(黑曲霉)的解磷能力和磷酸盐的磷源，通过微生物有机肥技术，使得复合修复剂具有长期释放有效磷的优点；本发明提供的NJDL-03菌株在50mL PDA培养基中，培养4天对羟基磷灰石(Sigma-Aldrich标准羟基磷灰石样品，纯度大于99.9％)的最大溶解量为0.11g，即2.2g/L，而水中标准羟基磷灰石的溶解度为0.4ppm，即0.4mg/L，可显著提高羟基磷灰石的溶解度，释放出的磷酸根离子(PO4 3-)与环境中Pb2+反应，生成极易沉淀且十分稳定的羟基磷灰石(化学式Pb10(PO4)6(OH)2)，用于降低铅在环境中的有效性，修复铅污染环境。
附图说明
图1为本发明生产复合土壤修复剂的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1
本实施例的复合土壤修复剂，包括微生物有机肥和磷酸盐，其中，微生物有机肥中的微生物菌株是黑曲霉，磷酸盐为氟基磷灰石，磷酸盐在复合土壤修复剂中的质量含量为20％，磷灰石矿物含量为72％，微生物有机肥中磷的质量含量为1％。
如图1所示，本发明的复合土壤修复剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将黑曲霉菌株接种到液体种子培养基中，在30℃条件下，摇床上培养36h，制得黑曲霉液体种子，摇床转速为180rpm，液体种子培养基为PDA培养基；
(2)将黑曲霉液体种子接种到混合基质中进行固体发酵至孢子总数不小于1010个/g，黑曲霉液体种子的接种比例为1％，固体发酵的条件为发酵温度30℃，发酵通气量4m3/h，发酵7天，混合基质是麸皮、秸秆和磷酸盐材料的混合物。
混合基质的含水率为40％，混合基质的pH值为6.0，混合基质中有机质的质量含量为10％。磷酸盐材料在与生物发酵基质混合前先研磨至粉末，磷酸盐材料粒径为50微米以下。
土壤重金属修复实验
实验室模拟配比重金属严重污染的土壤1kg，铅(Pb)的浓度为500mg/kg(硝酸铅加入),镉(Cd)的浓度为50mg/kg(硝酸镉加入)。添加复合土壤修复剂后，30摄氏度培养一个月，维持土壤水分为50％。然后用TCLP提取有效铅和有效镉，结果如表1所示(单位都为mg/kg)。
表1
Pb Cd
0天 431 45
10天 213 21
20天 72 13
30天 31 7
土壤有效磷测试实验
实验用土壤采自南京黄棕壤，pH值为7.1，初始速效磷为8.29mg/kg。取200g过20目筛风干的石土壤，转入500mL塑料培养瓶中。用去离子水调节土壤含水量至50％，取之前制备的复合土壤修复剂加入到培养瓶中，混匀，于室温(25℃)培养，设置不添加复合土壤修复剂的对照，培养30天后，取样检测土壤中速效磷含量为35.48mg/kg，相比较不添加复合土壤修复剂的土壤提高342.7％。土培实验表明复合土壤修复剂具有显著的增加土壤有效磷的能力。
实施例2
本实施例的复合土壤修复剂，包括微生物有机肥和磷酸盐，其中，微生物有机肥中的微生物菌株是黑曲霉，磷酸盐为动物骨骼中的磷灰石，磷酸盐在复合土壤修复剂中的质量含量为5％。微生物有机肥中磷的质量含量为10％。
本发明的复合土壤修复剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将黑曲霉菌株接种到液体种子培养基中，在28℃条件下，摇床上培养40h，制得黑曲霉液体种子，摇床转速为200rpm，液体种子培养基为PDA培养基；
(2)将黑曲霉液体种子接种到混合基质中进行固体发酵至孢子总数不小于1010个/g，黑曲霉液体种子的接种比例为3％，固体发酵的条件为发酵温度25℃，发酵通气量2m3/h，发酵6天，混合基质是动物粪便和磷酸盐材料的混合物。
测试方法与实施例1相同，混合基质的含水率为50％，混合基质的pH值为7.5，混合基质中有机质的质量含量为40％。磷酸盐材料在与生物发酵基质混合前先研磨至粉末，磷酸盐材料粒径为50微米以下。
实施例3
本实施例的复合土壤修复剂，包括微生物有机肥和磷酸盐，其中，微生物有机肥中的微生物菌株是黑曲霉，磷酸盐为磷肥，磷酸盐在复合土壤修复剂中的质量含量为25％。微生物有机肥中磷的质量含量为5％。
本发明的复合土壤修复剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将黑曲霉菌株接种到液体种子培养基中，在28℃条件下，摇床上培养48h，制得黑曲霉液体种子，摇床转速为190rpm，液体种子培养基为PDA培养基；
(2)将黑曲霉液体种子接种到混合基质中进行固体发酵至孢子总数不小于1010个/g，黑曲霉液体种子的接种比例为5％，固体发酵的条件为发酵温度35℃，发酵通气量5m3/h，发酵6.5天，混合基质是麸皮、秸秆和磷酸盐材料的混合物；
测试方法与实施例1相同，混合基质的含水率为45％，混合基质的pH值为6.5，混合基质中有机质的质量含量为25％。磷酸盐材料在与生物发酵基质混合前先研磨至粉末，磷酸盐材料粒径为50微米以下；
(3)培养实验种，每公斤土壤添加10g复合土壤修复剂，30摄氏度培养一个月，维持土壤水分为50％，结果如表2所示(单位都为mg/kg)。
表2
总磷 有效磷
0天 120 7
10天 574 29
20天 562 51
30天 579 78

Claims (10)

1.一种复合土壤修复剂，其特征在于：包括微生物有机肥和磷酸盐，其中，所述微生物有机肥中的微生物菌株是黑曲霉，所述磷酸盐为地质磷灰石、生物磷灰石或磷酸氢盐中的一种，所述磷酸盐在复合土壤修复剂中的质量含量为5％-25％。
2.根据权利要求1所述复合土壤修复剂，其特征在于：所述地质磷灰石是氟基磷灰石矿石，其中磷灰石矿物含量大于70％，所述生物磷灰石为动物骨骼中的磷灰石，所述磷酸氢盐为磷肥。
3.根据权利要求1所述复合土壤修复剂，其特征在于：所述微生物有机肥中磷的质量含量为1-10％。
4.一种权利要求1所述复合土壤修复剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将黑曲霉菌株扩大培养获得黑曲霉液体种子；
(2)将所述黑曲霉液体种子接种到混合基质中进行固体发酵至孢子总数不小于1010个/g，其中，所述混合基质是生物发酵基质和磷酸盐材料的混合物。
5.根据权利要求4所述复合土壤修复剂的制备方法，其特征在于：所述生物发酵基质为麸皮、秸秆、土豆或动物粪便中的一种或几种。
6.根据权利要求4所述复合土壤修复剂的制备方法，其特征在于：所述混合基质的含水率为40％～50％，所述混合基质的pH值为6.0～7.5，所述混合基质中有机质的质量含量为10％～40％。
7.根据权利要求4所述复合土壤修复剂的制备方法，其特征在于：所述磷酸盐材料在与生物发酵基质混合前先研磨至粉末，所述磷酸盐材料粒径为50微米以下。
8.根据权利要求4所述复合土壤修复剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述黑曲霉菌株扩大培养的过程如下：将黑曲霉菌株接种到液体种子培养基中，在28～30℃条件下，摇床上培养36～48h，所述摇床转速为180-200rpm，所述液体种子培养基为PDA培养基。
9.根据权利要求4所述复合土壤修复剂的制备方法，其特征在于：所述黑曲霉液体种子的接种比例为1-5％。
10.根据权利要求4所述复合土壤修复剂的制备方法，其特征在于：所述固体发酵的条件为发酵温度25～35℃，发酵通气量2～5m3/h，发酵6-7天。
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