CN113248331A - 一种生物炭基微生物土壤改良剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于土壤改良剂技术领域，公开了一种生物炭基微生物土壤改良剂及其制备方法，所述生物炭基微生物土壤改良剂按照质量份数由生物炭15～20份、腐殖酸3～5份、微生物菌剂2～4份、有机肥料5～8份组成；所述微生物菌剂按照质量份数由光合细菌3～4份、短小芽孢杆菌2～4份、蜡状芽孢杆菌2～3份、枯草芽孢杆菌1～2份组成。本发明使用木柴与玉米秸秆进行生物质炭的制备，得到的生物质炭能够有效的改善土壤，调节土壤中的养分，以及通过对生物质炭的改性实现对土壤的改善效果的提升；在土壤改良剂中加入有机肥料，能够实现对土壤改良的同时进行土壤肥力的提升，实现土壤改良效果的增强。

Description

一种生物炭基微生物土壤改良剂及其制备方法
技术领域
本发明属于土壤改良剂技术领域，尤其涉及一种生物炭基微生物土壤改良剂及其制备方法。
背景技术
目前：生物炭是生物质在完全或者部分缺氧的情况下热裂解产生的一种高度芳香化难溶性固态物质。生物炭对土壤有很好的改良作用，大部分生物炭呈碱性，施入土壤可提高酸性土壤pH值。生物炭具有复杂的多孔隙结构和较大的比表面积，施入土壤可增大土壤通透性、改善土壤团聚体，吸附更多的水分和养分离子，提高土壤水容量和养分吸持容量。生物质炭中含有一定量的易分解有机化合物，土壤微生物可以将其作为碳源，能够提高土壤微生物的生物量和活性，生物质炭具有复杂的孔隙结构，能够作为微生物及其有效养分的载体，有利于土壤中微生物群落生长。
光合细菌普遍存在于自然界中，具有光能合成体系的原核生物，是一类没有形成芽孢能力的革兰氏阴性菌，是一类以光作为能源、能在厌氧光照或好氧黑暗条件下利用自然界中的有机物、硫化物、氨等作为供氢体兼碳源进行光合作用的微生物。可以促进动植物生长，提高抗病力，对动植物生命活动和生长发育发挥作用。现有技术中进行生物炭基微生物土壤改良剂的制备的方法复杂，并且制备的生物炭基微生物土壤改良剂对于土壤肥力的提升效果较差。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术中进行生物炭基微生物土壤改良剂的制备的方法复杂，并且制备的生物炭基微生物土壤改良剂对于土壤肥力的提升效果较差。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种生物炭基微生物土壤改良剂及其制备方法。
本发明是这样实现的，一种生物炭基微生物土壤改良剂的制备方法，其特征在于，所述生物炭基微生物土壤改良剂的制备方法包括以下步骤：
步骤一，使用木柴、玉米秸秆进行生物炭的制备：取规格为4cm×8cm的块状木柴置于烘干箱中烘干得到木柴炭；将玉米秸秆铡成8～10cm的玉米秸秆段，将玉米秸秆段置于阳光下晾晒至含水率＜10％得到干燥玉米秸秆；将玉米秸秆段置于秸秆改性液中浸泡，得到改性玉米秸秆段，将改性玉米秸秆段放入热解装置进行热解，得到秸秆炭；将木柴炭与秸秆炭按1:2～3的比例混合，研磨后过筛，得到生物炭粉末；
步骤二，使用腐殖酸对生物炭粉末进行改性，得到改性生物炭：将氢氧化钠溶液与二硫化碳溶液混合，搅拌均匀得到改性剂；将生物炭粉末缓慢倒入改性剂中，对生物炭粉末进行20～25min浸泡得到混合液；将混合液进行45～90℃加热，加热结束后进行混合液的离心，保留固态物质并对固态物质进行干燥，得到中间产物；将中间产物与含铁溶液混合，超声分散，得到含铁混合液，将含铁混合液进行减压浓缩，蒸干混合液中的水分，研磨并过筛，得到改性生物炭；
步骤三，进行微生物菌剂的制备与活化：将短小芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌按照质量份数进行混合，搅拌均匀得到混合菌液；将混合菌液与光合细菌混合，搅拌均匀得到微生物菌剂；
步骤四，进行有机肥料的制备：将动物粪便置于纯净水中，搅拌均匀后去除底部沉淀，得到粪便浆液；将粪便浆液置于发酵池中，加入发酵菌剂，搅拌均匀后进行密封发酵；进行发酵池内温度的监测，当发酵池内温度高于50℃时解除密封，进行搅拌，得到有机肥料；
步骤五，进行生物炭基微生物土壤改良剂的制备：将改性生物炭、有机肥料、微生物菌剂进行混合，置于造粒机中造粒，得到生物炭基微生物土壤改良剂。
进一步，步骤一中，所述玉米秸秆段置于秸秆改性液中浸泡时，所述玉米秸秆段与秸秆改性液的比例为1kg：2.2～3.5L，浸泡时间为50～80min；
所述秸秆改性液采用钛酸四丁酯、异丙醇和硝酸按5：18：1比例混合而成。
进一步，步骤一中，所述取块状木柴置于烘干箱中烘干，包括：设定烘干温度为55～65℃，烘干时间为12～25h。
进一步，步骤一中，所述热解的温度为500-520℃，热解的时间为20～60min。
进一步，步骤二中，所述超声分散的频率为55～60kHz，超声分散的时间为20～30min。
进一步，所述超声分散采用超声信号强弱交替的方法进行，具体步骤包括：
控制单元控制超声波发生单元发出超声波信号；
通过超声波接收单元、时间脉宽采集单元分别接收超声波信号；
所述超声波接收单元接收到超声波信号后产生波形轮廓线与峰值，控制单元采集波形轮廓线与峰值后运行幅度调制算法，并通过波形幅度增益控制电路调整超声波幅度；
所述时间脉宽采集单元接收到超声波信号后产生波形脉宽，控制单元采集波形脉宽后运行脉宽调制算法，控制超声信号强弱交替。
进一步，步骤四中，所述发酵菌剂为地衣芽孢杆菌与巨大芽孢杆菌的混合菌剂。
进一步，步骤五中，所述造粒的温度为55～70℃。
本发明的另一目的在于提供一种生物炭基微生物土壤改良剂，所述生物炭基微生物土壤改良剂按照质量份数由生物炭15～20份、腐殖酸3～5份、微生物菌剂2～4份、有机肥料5～8份组成。
进一步，所述微生物菌剂按照质量份数由光合细菌3～4份、短小芽孢杆菌2～4份、蜡状芽孢杆菌2～3份、枯草芽孢杆菌1～2份组成。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明使用木柴与玉米秸秆进行生物质炭的制备，得到的生物质炭能够有效的改善土壤，调节土壤中的养分，以及通过对生物质炭的改性实现对土壤的改善效果的提升；在土壤改良剂中加入有机肥料，能够实现对土壤改良的同时进行土壤肥力的提升，实现土壤改良效果的增强。本发明通过采用超声信号强弱交替的方法进行超声分散能够使得超声分散的工序更加充分，超声效果更好。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的生物炭基微生物土壤改良剂的制备方法流程图。
图2是本发明实施例提供的使用木柴、玉米秸秆进行生物炭的制备流程图。
图3是本发明实施例提供的使用腐殖酸对生物炭粉末进行改性，得到改性生物炭流程图。
图4是本发明实施例提供的进行微生物菌剂的制备与活化流程图。
图5是本发明实施例提供的进行有机肥料的制备流程图。
图6是本发明实施例提供的生物炭基微生物土壤改良剂对土壤性质的影响。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种生物炭基微生物土壤改良剂及其制备方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
本发明实施例提供的生物炭基微生物土壤改良剂按照质量份数由生物炭15～20份、腐殖酸3～5份、微生物菌剂2～4份、有机肥料5～8份组成。
本发明实施例提供的微生物菌剂按照质量份数由光合细菌3～4份、短小芽孢杆菌2～4份、蜡状芽孢杆菌2～3份、枯草芽孢杆菌1～2份组成。
如图1所示，本发明实施例提供的生物炭基微生物土壤改良剂的制备方法包括以下步骤：
S101，使用木柴、玉米秸秆进行生物炭的制备；
S102，使用腐殖酸对生物炭粉末进行改性，得到改性生物炭；
S103，进行微生物菌剂的制备与活化；
S104，进行有机肥料的制备；
S105，进行生物炭基微生物土壤改良剂的制备。
如图2所示，步骤S101中，本发明实施例提供的使用木柴、玉米秸秆进行生物炭的制备，包括：
S201，取规格为4cm×8cm的块状木柴置于烘干箱中烘干得到木柴炭；
S202，将玉米秸秆铡成8～10cm的玉米秸秆段，将玉米秸秆段置于阳光下晾晒至含水率＜10％得到干燥玉米秸秆；
S203，将玉米秸秆段置于秸秆改性液中浸泡，得到改性玉米秸秆段，将改性玉米秸秆段放入热解装置进行热解，得到秸秆炭；
S204，将木柴炭与秸秆炭混合，研磨后过筛，得到生物炭粉末。
步骤S201中，本发明实施例提供的取块状木柴置于烘干箱中烘干，包括：设定烘干温度为55～65℃，烘干时间为12～25h。
步骤S203中，本发明实施例提供的将玉米秸秆段置于秸秆改性液中浸泡，浸泡时间为50～80min。
步骤S203中，本发明实施例提供的热解的温度为500-520℃，热解的时间为20～60min。
如图3所示，步骤S102中，本发明实施例提供的使用腐殖酸对生物炭粉末进行改性，得到改性生物炭，包括：
S301，将氢氧化钠溶液与二硫化碳溶液混合，搅拌均匀得到改性剂；
S302，将生物炭粉末缓慢倒入改性剂中，对生物炭粉末进行20～25min浸泡得到混合液；
S303，将混合液进行45～90℃加热，加热结束后进行混合液的离心，保留固态物质并对固态物质进行干燥，得到中间产物；
S304，将中间产物与含铁溶液混合，超声分散，得到含铁混合液，将含铁混合液进行减压浓缩，蒸干混合液中的水分，研磨并过筛，得到改性生物炭。
步骤S304中，本发明实施例提供的超声分散的频率为55～60kHz，超声分散的时间为20～30min。
步骤S304中，本发明实施例中的超声分散采用超声信号强弱交替的方法进行，具体步骤包括：
控制单元控制超声波发生单元发出超声波信号；
通过超声波接收单元、时间脉宽采集单元分别接收超声波信号；
所述超声波接收单元接收到超声波信号后产生波形轮廓线与峰值，控制单元采集波形轮廓线与峰值后运行幅度调制算法，并通过波形幅度增益控制电路调整超声波幅度；
所述时间脉宽采集单元接收到超声波信号后产生波形脉宽，控制单元采集波形脉宽后运行脉宽调制算法，控制超声信号强弱交替。
如图4所示，步骤S103中，本发明实施例提供的进行微生物菌剂的制备与活化，包括：
S401，将短小芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌按照质量份数进行混合，搅拌均匀得到混合菌液；
S402，将混合菌液与光合细菌混合，搅拌均匀得到微生物菌剂。
如图5所示，步骤S104中，本发明实施例提供的进行有机肥料的制备，包括：
S501，将动物粪便置于纯净水中，搅拌均匀后去除底部沉淀，得到粪便浆液；
S502，将粪便浆液置于发酵池中，加入发酵菌剂，搅拌均匀后进行密封发酵；
S503，进行发酵池内温度的监测，当发酵池内温度高于50℃时解除密封，进行搅拌，得到有机肥料。
步骤S502中，本发明实施例提供的发酵菌剂为地衣芽孢杆菌与巨大芽孢杆菌的混合菌剂。
步骤S105中，本发明实施例提供的进行生物炭基微生物土壤改良剂的制备：将改性生物炭、有机肥料、微生物菌剂进行混合，置于造粒机中造粒，得到生物炭基微生物土壤改良剂。
本发明实施例提供的造粒的温度为55～70℃。
下面结合具体试验对本发明进一步进行说明。
在同一地域选择三块大小相同的地块，各处理基施有机肥3000kg/hm，一次施入，灌水量统一为4500m3/hm。
在第一地块追肥为自制NPK复合肥600kg/hm，标记为CK；
在第二地块施用本发明实施例提供的生物炭基微生物土壤改良剂量为200kg/hm，标记为J1；在第三地块施用本发明实施例提供的生物炭基微生物土壤改良剂量为300kg/hm，标记为J2。播前作为基肥1次施入。大田试验采用水肥一体管理，宽窄行设计，每公顷约90900株，1个处理3个重复，小区面积80m2。
如图6所示，施用微生物土壤改良剂处理JI、J2，相对CK，土壤容重呈显著下降趋势(P<0.05)，总孔隙度呈显著上升趋势(P<0.05)，容重的下降，说明土壤物理状况有明显改善，有利于根系的扩展生长，有利于保水保肥和土壤通气。总孔隙度呈上升趋势，说明土壤团粒体结构得到了改善，原因为土壤微生物活动的增加，通过产气、分泌化学物质、释放酶类促进土壤团粒体结构的形成。J2的田间持水量相对J1和CK呈显著增加趋势(P<0.05)，说明施用微生物土壤改良剂，能提高田间持水量，促进耕地保水。
以上所述，仅为本发明较优的具体的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种生物炭基微生物土壤改良剂的制备方法，其特征在于，所述生物炭基微生物土壤改良剂的制备方法包括以下步骤：
步骤一，使用木柴、玉米秸秆进行生物炭的制备：取规格为4cm×8cm的块状木柴置于烘干箱中烘干得到木柴炭；将玉米秸秆铡成8～10cm的玉米秸秆段，将玉米秸秆段置于阳光下晾晒至含水率＜10％得到干燥玉米秸秆；将玉米秸秆段置于秸秆改性液中浸泡，得到改性玉米秸秆段，将改性玉米秸秆段放入热解装置进行热解，得到秸秆炭；将木柴炭与秸秆炭按1:2～3的比例混合，研磨后过筛，得到生物炭粉末；
步骤二，使用腐殖酸对生物炭粉末进行改性，得到改性生物炭：将氢氧化钠溶液与二硫化碳溶液混合，搅拌均匀得到改性剂；将生物炭粉末缓慢倒入改性剂中，对生物炭粉末进行20～25min浸泡得到混合液；将混合液进行45～90℃加热，加热结束后进行混合液的离心，保留固态物质并对固态物质进行干燥，得到中间产物；将中间产物与含铁溶液混合，超声分散，得到含铁混合液，将含铁混合液进行减压浓缩，蒸干混合液中的水分，研磨并过筛，得到改性生物炭；
步骤三，进行微生物菌剂的制备与活化：将短小芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌按照质量份数进行混合，搅拌均匀得到混合菌液；将混合菌液与光合细菌混合，搅拌均匀得到微生物菌剂；
步骤四，进行有机肥料的制备：将动物粪便置于纯净水中，搅拌均匀后去除底部沉淀，得到粪便浆液；将粪便浆液置于发酵池中，加入发酵菌剂，搅拌均匀后进行密封发酵；进行发酵池内温度的监测，当发酵池内温度高于50℃时解除密封，进行搅拌，得到有机肥料；
步骤五，进行生物炭基微生物土壤改良剂的制备：将改性生物炭、有机肥料、微生物菌剂进行混合，置于造粒机中造粒，得到生物炭基微生物土壤改良剂。
2.如权利要求1所述生物炭基微生物土壤改良剂的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述玉米秸秆段置于秸秆改性液中浸泡时，所述玉米秸秆段与秸秆改性液的比例为1kg：2.2～3.5L，浸泡时间为50～80min；
所述秸秆改性液采用钛酸四丁酯、异丙醇和硝酸按5：18：1比例混合而成。
3.如权利要求1所述生物炭基微生物土壤改良剂的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述取块状木柴置于烘干箱中烘干，包括：设定烘干温度为55～65℃，烘干时间为12～25h。
4.如权利要求1所述生物炭基微生物土壤改良剂的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述热解的温度为500-520℃，热解的时间为20～60min。
5.如权利要求1所述生物炭基微生物土壤改良剂的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述超声分散的频率为55～60kHz，超声分散的时间为20～30min。
6.如权利要求1所述生物炭基微生物土壤改良剂的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述超声分散采用超声信号强弱交替的方法进行，具体步骤包括：
控制单元控制超声波发生单元发出超声波信号；
通过超声波接收单元、时间脉宽采集单元分别接收超声波信号；
所述超声波接收单元接收到超声波信号后产生波形轮廓线与峰值，控制单元采集波形轮廓线与峰值后运行幅度调制算法，并通过波形幅度增益控制电路调整超声波幅度；
所述时间脉宽采集单元接收到超声波信号后产生波形脉宽，控制单元采集波形脉宽后运行脉宽调制算法，控制超声信号强弱交替。
7.如权利要求1所述生物炭基微生物土壤改良剂的制备方法，其特征在于，步骤四中，所述发酵菌剂为地衣芽孢杆菌与巨大芽孢杆菌的混合菌剂。
8.如权利要求1所述生物炭基微生物土壤改良剂的制备方法，其特征在于，步骤五中，所述造粒的温度为55～70℃。
9.一种利用权利要求1～8任意一项所述的生物炭基微生物土壤改良剂的制备方法制备的生物炭基微生物土壤改良剂，其特征在于，所述生物炭基微生物土壤改良剂按照质量份数由生物炭15～20份、腐殖酸3～5份、微生物菌剂2～4份、有机肥料5～8份组成。
10.如权利要求9所述生物炭基微生物土壤改良剂，其特征在于，所述微生物菌剂按照质量份数由光合细菌3～4份、短小芽孢杆菌2～4份、蜡状芽孢杆菌2～3份、枯草芽孢杆菌1～2份组成。
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