CN112410038A - 盐碱土壤调理剂及其制备方法和应用 - Google Patents

盐碱土壤调理剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种盐碱土壤调理剂及其制备方法和应用。该盐碱土壤调理剂的制备方法包括以下步骤:在含有造纸废水、碳源和生长因子的混合物料中接种铜绿假单胞菌菌剂后进行发酵,得到鼠李糖脂发酵液;将所述鼠李糖脂发酵液与有机酸和壳聚糖混合,得到盐碱土壤调理剂。本发明的方法所用原料种类少,生产工艺简单,生产周期短,成本低,且实现了造纸废水的资源化再利用,所制备的盐碱土壤调理剂施于盐碱土壤中能够实现优异的改良修复效果。

Description

盐碱土壤调理剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及土壤改良技术领域,特别是涉及一种盐碱土壤调理剂及其制备方法和应用。
背景技术
盐碱土是一种在世界范围内分布广泛的障碍性土壤,遍及各个大陆及亚大陆地区。土壤盐渍化与次生盐渍化也是当今世界土壤退化的主要问题之一。我国沿海有大量的滩涂资源,总面积约200万公顷,是我国重要的后备土地资源,其中80%左右将用作农林、生态用地,需要进行适用植物生长的土壤调理和改良。目前的盐碱土改良剂具有成分复杂、生产成本高、对土壤的改良效果较差的缺陷。
发明内容
基于此,有必要提供一种成分简单、生产成本低、对土壤的修复改良效果较好的盐碱土壤调理剂的制备方法。
一种盐碱土壤调理剂的制备方法,包括以下步骤:
在含有造纸废水、碳源和生长因子的混合物料中接种铜绿假单胞菌菌剂后进行发酵,得到鼠李糖脂发酵液;
将所述鼠李糖脂发酵液与有机酸和壳聚糖混合,得到盐碱土壤调理剂。
在其中一个实施例中,所述造纸废水、碳源和生长因子的重量比为100:(2~4):(0.01~0.2);所述铜绿假单胞菌菌剂与所述混合物料的体积比为(8~12):100;所述铜绿假单胞菌菌剂中,铜绿假单胞菌的浓度为1×109个/mL~5×109个/mL。
在其中一个实施例中,所述发酵的条件包括:温度为28℃~30℃,时间为3~4天。
在其中一个实施例中,在将所述发酵液与有机酸和壳聚糖混合之前,先对所述发酵液进行杀菌处理,所述杀菌处理包括:将所述发酵液在70℃~90℃下处理20min~40min。
在其中一个实施例中,在将所述发酵液与有机酸和壳聚糖混合之前,先将所述发酵液进行浓缩,以使得所述发酵液中的鼠李糖脂的浓度为40g/L~60g/L。
在其中一个实施例中,以100重量份的所述盐碱土壤调理剂为基准,所述鼠李糖脂发酵液的用量为60~96重量份,所述有机酸的用量为3~25重量份,所述壳聚糖的用量为0.1~15重量份。
在其中一个实施例中,以100重量份的所述盐碱土壤调理剂为基准,所述鼠李糖脂发酵液的用量为80~94.5重量份,所述有机酸的用量为5~15重量份,所述壳聚糖的用量为0.5~5重量份。
在其中一个实施例中,所述碳源选自植物油和甘油中的至少一种;及/或,所述生长因子为酵母提取物;及/或,所述有机酸为乙酸。
由上述方法制备得到的盐碱土壤调理剂。
上述盐碱土壤调理剂在盐碱土壤修复中的应用。
本发明的方法所用原料种类少,生产工艺简单,生产周期短,成本低,且实现了造纸废水的资源化再利用,所制备的盐碱土壤调理剂施于盐碱土壤中能够实现优异的改良修复效果。
附图说明
图1为一实施方式的盐碱土壤调理剂的制备方法的流程图。
具体实施方式
为了便于理解本发明,下面将具体实施方式对本发明进行更全面的描述。具体实施方式给出了本发明的较佳的实施例。但是,本发明可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施例。相反地,提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。
一实施方式的盐碱土壤调理剂的制备方法,参考图1,包括以下步骤:
S1:在含有造纸废水、碳源和生长因子的混合物料中接种铜绿假单胞菌菌剂后进行发酵,得到鼠李糖脂发酵液。
其中,造纸废水是指制浆造纸工艺过程中产生的废水,包括制浆蒸煮废液、洗涤废水、漂白废水与纸机白水等,是我国排量非常大的一类造纸废水。本发明采用造纸废水为发酵用水,降低了生产成本,实现了废水的资源化再利用。此外,造纸废水中含有丰富的营养元素,重金属含量较少,主要是有机物污染,特别适合作为发酵用水使用。进一步地,造纸废水中,重金属(如Cd、Cr、Mn、Pd)含量可以在0.1mg/L以下,硝态氮含量可以在1.5mg/L以上,有效磷含量可以2mg/L以上,钾含量可以在50mg/L以上,钙含量可以在20mg/L以上、镁含量可以在20mg/L以上。更优选地,在进行发酵前,可以先将造纸废水进行浓缩处理,或添加适量营养盐,以进一步提高发酵效果。
其中,铜绿假单胞菌菌剂是指含有铜绿假单胞菌的活菌制剂,例如可以为铜绿假单胞菌种子液。进一步地,铜绿假单胞菌菌剂中,铜绿假单胞菌的浓度可以为1×109个/mL~5×109个/mL。铜绿假单胞菌的英文名称为Pseudomonas aeruginosa,可以商购或实验室筛选分离得到。
其中,生长因子可以为酵母提取物。碳源可以选自植物油和甘油中的至少一种,进一步地,植物油可以为花生油、豆油、亚麻油、蓖麻油或菜籽油等。
其中,造纸废水、碳源和生长因子的重量比可以为100:(2~4):(0.01~0.2)。铜绿假单胞菌菌剂与含有造纸废水、碳源和生长因子的混合物料的体积比为(8~12):100。在上述用量范围内时能够获得较好的发酵效果。
其中,发酵的条件可以包括:温度为28℃~30℃,时间为3~4天。
以铜绿假单胞菌为发酵菌株,采用造纸废水作为发酵用水,在适宜条件下发酵完成后,可得到鼠李糖脂发酵液。鼠李糖脂可在碱性环境中电离出鼠李糖基与H+,与碱性土壤中的OH-中和改善土壤的碱性,从而改变土壤板结环境条件;同时,鼠李糖脂能够使得无机盐在结晶初期无法形成稳定晶核,这也是改变土壤板结的重要因素。此外,鼠李糖脂具有较强的抑菌活性,可有效防治土传病害,还有助于促进植物对微量元素离子的吸收和重金属污染的富集清除,并促使粘重土壤亲水化,进而增加其可湿性,使肥料和农药能够均匀地分布于土壤中。鼠李糖脂的抗逆性强,耐酸耐碱,可生物降解,绿色环保,不会给盐碱土壤带来新的污染,采用鼠李糖脂发酵液制备的盐碱土壤调理剂具有优异的盐碱土壤修复改良效果。
S2:对鼠李糖脂发酵液进行杀菌处理,得到杀菌处理后的鼠李糖脂发酵液。
其中,杀菌处理可以包括:将鼠李糖脂发酵液在70℃~90℃下处理20min~40min。杀菌处理完成后,可以通过过滤的方式去除细胞和油脂等不溶于水的成份,得到无细胞的杀菌处理后的鼠李糖脂发酵液。
S3:将杀菌处理后的发酵液鼠李糖脂进行浓缩,得到浓缩后的鼠李糖脂发酵液。
其中,可以通过本领域技术人员熟知的方式进行浓缩,然后可采用例如苯酚-硫酸法或蒽酮-硫酸法测定发酵液中鼠李糖脂的浓度,以使得浓缩后的发酵液中的鼠李糖脂的浓度为40g/L~60g/L。鼠李糖脂的浓度在上述范围时有利于提高盐碱土壤调理剂的修复改良效果。
S4:将浓缩后的鼠李糖脂发酵液与有机酸和壳聚糖混合,得到盐碱土壤调理剂。
有机酸可用于调节盐碱土壤的酸碱度。在一个实施例中,有机酸为乙酸。
壳聚糖对改善盐碱土壤的结构等理化性质有促进作用,同样有利于盐碱土壤的调理。
进一步地,以100重量份的盐碱土壤调理剂为基准,以100重量份的盐碱土壤调理剂为基准,鼠李糖脂发酵液的用量为60~96重量份,有机酸的用量为3~25重量份,壳聚糖的用量为0.1~15重量份。在上述用量范围内得到的盐碱土壤调理剂具有优异的修复改良效果。
在进一步优选的情况下,以100重量份的盐碱土壤调理剂为基准,鼠李糖脂发酵液的用量为80~94.5重量份,有机酸的用量为5~15重量份,壳聚糖的用量为0.5~5重量份。
将鼠李糖脂发酵液与有机酸和壳聚糖合理复配,能够使各组分本身的作用相互配合,产生协同效应,使产品达到较优的盐碱土壤修复改良效果。
上述方法所用原料种类少,生产工艺简单,生产周期短,成本低,且实现了造纸废水的资源化再利用。采用上述方法制备得到的盐碱土壤调理剂可有效修复盐碱土壤的理化性质,脱盐降碱,提高土壤酸碱缓冲能力和螯合能力,并迅速改善土质,促进土壤团粒结构形成,使盐碱化、板结、施肥过度导致的污染土壤快速恢复活力,提高土壤的有机质含量和保水能力和肥力,为植物生长提供适宜的土壤环境,有利于土壤的良性循环,达到调理土壤理化状况和栽培特性的目的,促进滩涂农林业的发展。
上述盐碱土壤调理剂的使用方法简便,可在施用量较小的情况下取得较好的盐碱土壤修复改良效果。一实施方式的上述盐碱土壤调理剂在盐碱土壤修复中的应用,包括:将上述盐碱土壤调理剂稀释50~200倍后施于盐碱土壤中。
以下对本发明的优选实施例进行说明,应当理解,此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例中所采用的铜绿假单胞菌为铜绿假单胞菌Z2,其分类命名为铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa),已于2014年4月25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(地址:北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学微生物研究所),保藏编号为:CGMCC No.9091。
实施例中的造纸废水来源于胜达集团江苏省双灯纸业有限公司,其Cd含量为0.002mg/L,Cr含量为0.011mg/L,Mn含量为0.05mg/L,Pd含量为0.017mg/L,硝态氮含量为1.78mg/L,有效磷含量为2.35mg/L,钾含量为53.8mg/L,钙含量为46.8mg/L,镁含量为24.5mg/L。酵母提取物、植物油、乙酸和壳聚糖均为商购产品。
实施例1
由冰箱保存的发酵菌株铜绿假单胞菌Z2斜面挑取菌落至装有肉汤培养基的摇瓶中,过夜振荡培养为发酵用铜绿假单胞菌种子液,其中铜绿假单胞菌的浓度为5×109个/mL。
在造纸废水中添加植物油、酵母提取物,造纸废水、植物油和酵母提取物的重量比为100:3:0.15,得到混合物料,按体积含量10%接种铜绿假单胞菌种子液,在30℃条件下发酵3天,获得鼠李糖脂发酵液,发酵结束后,将鼠李糖脂发酵液加热至80℃,保持30min,以杀灭发酵细菌,通过纸板过滤机过滤掉细胞和死伤油脂等不溶于水的成份。测定发酵液中的鼠李糖脂浓度,经浓缩处理,使鼠李糖脂终浓度为50g/L。将94.5重量份的上述鼠李糖脂发酵液,5重量份的乙酸,0.5重量份的壳聚糖混合,得到盐碱土壤调理剂。
实施例2
本实施例的盐碱土壤调理剂的制备过程与实施例1大致相同,区别在于,盐碱土壤调理剂的配方为:鼠李糖脂发酵液96重量份,乙酸3.6重量份,壳聚糖0.4重量份。
实施例3
本实施例的盐碱土壤调理剂的制备过程与实施例1大致相同,区别在于,发酵液经浓缩处理后的鼠李糖脂终浓度为30g/L。
测试例
将实施例1~3的盐碱土壤调理剂用清水稀释100倍成工作液,在盐碱地直接开沟浇施,每个处理3次重复,试验小区采用随机区组排列,每个小区设置为8m×6m,每667m2施用工作液300L左右,盖土。施用后种植小麦,种植方法为:条播,小麦灌浆期按照鲁如坤《土壤农业化学分析方法》测定20cm~40cm深度土壤有机质、pH值、盐分、容重等,收获后计算小麦产量,结果列于表1。
表1
Figure BDA0002174667930000071
Figure BDA0002174667930000081
由表1可见,施用本发明的盐碱土壤调理剂后,土壤中的盐分保持不变或略有上升,浸出液pH下降将近1,有机质含量增加8%以上,土壤容重下降2%~3%,小麦产量增加20%以上。以上数据说明,本发明的盐碱土壤调理剂是一种优良的盐碱土壤调理剂。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种盐碱土壤调理剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
在含有造纸废水、碳源和生长因子的混合物料中接种铜绿假单胞菌菌剂后进行发酵,得到鼠李糖脂发酵液;
将所述鼠李糖脂发酵液与有机酸和壳聚糖混合,得到盐碱土壤调理剂。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述造纸废水、碳源和生长因子的重量比为100:(2~4):(0.01~0.2);所述铜绿假单胞菌菌剂与所述混合物料的体积比为(8~12):100;所述铜绿假单胞菌菌剂中,铜绿假单胞菌的浓度为1×109个/mL~5×109个/mL。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述发酵的条件包括:温度为28℃~30℃,时间为3~4天。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在将所述鼠李糖脂发酵液与有机酸和壳聚糖混合之前,先对所述鼠李糖脂发酵液进行杀菌处理,所述杀菌处理包括:将所述鼠李糖脂发酵液在70℃~90℃下处理20min~40min。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在将所述鼠李糖脂发酵液与有机酸和壳聚糖混合之前,先将所述鼠李糖脂发酵液进行浓缩,以使得所述鼠李糖脂发酵液中的鼠李糖脂的浓度为40g/L~60g/L。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,以100重量份的所述盐碱土壤调理剂为基准,所述鼠李糖脂发酵液的用量为60~96重量份,所述有机酸的用量为3~25重量份,所述壳聚糖的用量为0.1~15重量份。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,以100重量份的所述盐碱土壤调理剂为基准,所述鼠李糖脂发酵液的用量为80~94.5重量份,所述有机酸的用量为5~15重量份,所述壳聚糖的用量为0.5~5重量份。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述碳源选自植物油和甘油中的至少一种;及/或,所述生长因子为酵母提取物;及/或,所述有机酸为乙酸。
9.由权利要求1~8中任意一项所述的方法制备得到的盐碱土壤调理剂。
10.权利要求9所述的盐碱土壤调理剂在盐碱土壤修复中的应用。
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