CN114271058A - 一种土壤中磷素的钝化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于土壤磷素钝化技术领域，具体涉及一种土壤中磷素的钝化方法。本发明提供的土壤中磷素的钝化方法，包括以下步骤，将碳酸盐矿化菌菌液喷洒到待修复土壤中进行翻耕。本发明提供的土壤磷素钝化方法，其外源添加的只有养分和碳酸盐矿化菌，并未大量添加盐分和金属离子进入土壤体系，从长远角度看不会增加土壤对磷素的吸附位点和饱和容量，不会显著提高植物对磷素的吸收难度。
Description
技术领域
本发明属于土壤磷素钝化技术领域，具体涉及一种土壤中磷素的钝化方法。
背景技术
目前农田种植仍采用粗暴的大量施肥模式，无论是粪肥还是化肥，其施用量均远高于植物所需的量，而这也造成了农田土壤中大量的氮磷盈余，不同于氮元素，磷元素在土壤中易与矿物结合而被存储在土壤耕层，但当超过矿物结合能力上限的磷被加入土壤后，未被吸附的磷则会向下淋洗，带来富营养化的风险，因此需要考虑对过量的磷进行去除或钝化。
大量已有研发的关于磷元素钝化的方法都是通过外源添加不同形态的钙、铁和铝盐，通过金属离子和磷酸根的结合沉淀，以及金属氧化物对磷酸根的吸附以达到对磷元素的钝化。
例如，现有技术中公开了一种人工湿地除磷多孔复合基质填料及其制备方法，其中公开了一种人工湿地除磷用多孔复合基质填料，由以下重量百分比的原料制得：钢渣40-50％，碳酸钙粉体15-25％，农作物秸秆和树叶10-25％，粘结剂10-20。
但是现有技术中的磷素钝化方法中都加入了外源的钙、铁、铝和镁等金属离子，在总量上增加了金属离子的含量，土壤对磷元素的饱和吸附量增加，因此也会导致植物生长过程中吸收磷时与更多的金属离子进行竞争吸附。从长远角度看，若土壤经过多次化学钝化，土壤中金属元素含量会逐渐增加，植物越来越难吸收磷元素，需要投加更大量的磷元素以保证植物吸收营养。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中磷素钝化过程中会引入钙、铁、铝、镁等金属元素，影响作物养分吸收等缺陷，从而提供一种土壤中磷素的钝化方法。
为此，本发明提供了以下技术方案，
本发明提供了一种土壤中磷素的钝化方法，包括以下步骤，
将碳酸盐矿化菌菌液喷洒到待修复土壤中进行翻耕。
可选的，所述碳酸盐矿化菌菌液的喷洒量为0.6-0.85L/m2。
可选的，所述碳酸盐矿化菌菌液的制备方法包括：将碳酸盐矿化菌菌粉，硫酸铵，尿素投加至水中，进行发酵培养。
可选的，以所述碳酸盐矿化菌菌液的总体积计，所述碳酸盐矿化菌菌粉的投加量为20g/L-30g/L；
和/或，在25-37℃的温度下进行发酵培养，发酵培养时间为24-72h。
可选的，以所述碳酸盐矿化菌菌液的总体积计，所述硫酸铵的投加量为、15-20g/L，所述尿素的投加量为10-15g/L；
和/或，所述培养基的pH在6.5-9.5之间。
可选的，所述碳酸盐矿化菌包括黄色粘球菌、硫酸盐还原菌、反硝化菌或巴氏芽孢杆菌。
可选的，所述硫酸盐还原菌包括普通脱硫弧菌、脱硫螺菌、脱硫芽孢弧菌中的至少一种；
和/或，所述反硝化菌包括硫杆菌属、假单胞菌属、产碱杆菌属中的至少一种。
其中，所述硫杆菌属典型非限定性的可以为脱氮硫杆菌；
所述假单胞菌属包括铜绿假单胞菌、荧光假单胞菌、鼻疽假单胞菌、类鼻疽假单胞菌中的一种或多种。
所述产碱杆菌属包括类产碱杆菌，去硝产碱杆菌和芳香产碱杆菌中的一种或多种。
可选的，还包括在翻耕以后，养护，再次进行翻耕。
可选的，所述养护的时间为5-10天。
可选的，在喷洒菌液前，先对待修复土壤进行施肥、翻耕。
本发明提供的技术方案，具有如下优点，
1.本发明提供了一种土壤中磷素的钝化方法，包括以下步骤，将碳酸盐矿化菌菌液喷洒到待修复土壤中进行翻耕。本发明提供的土壤磷素钝化方法，其外源添加的只有养分和碳酸盐矿化菌，并未大量添加盐分和金属离子进入土壤体系，从长远角度看不会增加土壤对磷素的吸附位点和饱和容量，不会显著提高植物对磷素的吸收难度。
2.本发明提供的一种土壤中磷素的钝化方法，该方法基于碳酸盐矿化菌矿化技术，部分功能型碳酸盐矿化菌可在体系中有钙离子的条件下，分解有机物，合成碳酸钙。在土壤中本身包含交换性钙离子，或施用的肥料中包含交换性钙离子时，通过外源添加功能型碳酸盐矿化菌菌液，利用碳酸盐矿化菌矿化作用，在土壤中合成碳酸钙，由于合成的碳酸钙会粘连土壤颗粒，填补土壤孔隙，吸附磷酸根，因此通过直接和间接作用达到了对磷素的钝化。
3.本发明提供的一种土壤中磷素的钝化方法，在翻耕后养护5-10天内再次进行翻耕，主要是为了破坏第一次翻耕后，生长出的碳酸盐结构。矿化菌在生成碳酸盐时会填补土壤孔隙，若不翻耕则容易固化土壤。在碳酸盐矿化菌生长一段时间后，翻耕土壤，则可以将固化结构打碎，使碳酸盐在固化土壤中磷元素的同时并不会显著固化土壤。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
为了便于数据之间的对比，实施例、对比例和空白例中的待修复土壤都是位于山东寿光地区一处普通农田，面积100m2，此处土壤交换性钙含量31.38mg/kg土，交换性镁含量480mg/kg土，有效磷含量250mg/kg土。该区域拟施肥纯N 26kg/m2、P2O5 25kg/m2、K2O3.75kg/m2。所有实施例和对比例均在同一天喷洒或施用钝化剂。喷洒或施用前会根据实施例和对比例要求，反推时间开始配制钝化剂。所有翻耕均是对0-30cm的土壤进行旋耕混匀。
所用黄色粘球菌，保藏号：ATCC 25232，购自美国典型培养物保藏中心。
所用硫酸盐还原菌为普通脱硫弧菌，保藏号：CGMCC 1.5190，购自中国普通微生物菌种保藏管理中心。
所用反硝化细菌为脱氮硫杆菌，保藏号：DSM 26407，购自德国微生物及细胞保藏中心。
所用巴氏芽孢杆菌保藏号：ATCC 11859，购自美国典型培养物保藏中心。
实施例中所用硫酸铵、尿素、稀硫酸、氨水和对比例中所用白云石，均为常规材料，采购自阿里巴巴。
实施例1
本实施例提供了一种土壤中磷素的钝化方法，包括以下步骤，
1.配置菌液：以菌液的总体积计，按巴氏芽孢杆菌菌粉20g/L、硫酸铵15g/L、尿素10g/L的投加量与水混合，使用0.1mol/L的稀硫酸和稀氨水调节培养基的pH至7.5，在35℃下发酵培养24h，得到碳酸盐矿化菌菌液；
2.对待修复土壤进行施肥、翻耕；
3.喷洒菌液0.75L/m2，进行翻耕；
4.养护8d后对土壤再次进行翻耕。
实施例2(跟实施例1相比，采用不同的菌液)
本实施例提供了一种土壤中磷素的钝化方法，包括以下步骤，
1.配置菌液：以菌液的总体积计，按普通脱硫弧菌菌粉20g/L、硫酸铵15g/L、尿素10g/L的投加量与水混合，使用0.1mol/L的稀硫酸和稀氨水调节培养基的pH至7.5，在35℃下发酵培养24h，得到碳酸盐矿化菌菌液；
2.对待修复土壤进行施肥、翻耕；
3.喷洒菌液0.75L/m2，进行翻耕；
4.养护8d后对土壤再次进行翻耕。
实施例3(跟实施例1相比，采用不同的菌液)
本实施例提供了一种土壤中磷素的钝化方法，包括以下步骤，
1.配置菌液：以菌液的总体积计，按脱氮硫杆菌菌粉20g/L、硫酸铵15g/L、尿素10g/L的投加量与水混合，使用0.1mol/L的稀硫酸和稀氨水调节培养基的pH至7.5，在35℃下发酵培养24h，得到碳酸盐矿化菌菌液；
2.对待修复土壤进行施肥、翻耕；
3.喷洒菌液0.75L/m2，进行翻耕；
4.养护8d后对土壤再次进行翻耕。
实施例4(跟实施例1相比，采用不同的菌液)
本实施例提供了一种土壤中磷素的钝化方法，包括以下步骤，
1.配置菌液：以菌液的总体积计，按黄色粘球菌菌粉20g/L、硫酸铵15g/L、尿素10g/L的投加量与水混合，使用0.1mol/L的稀硫酸和稀氨水调节培养基的pH至7.5，在35℃下发酵培养24h，得到碳酸盐矿化菌菌液；
2.对待修复土壤进行施肥、翻耕；
3.喷洒菌液0.75L/m2，进行翻耕；
4.养护8d后对土壤再次进行翻耕。
实施例5(跟实施例1相比，采用范围数值的端点值)
本实施例提供了一种土壤中磷素的钝化方法，包括以下步骤，
1.配置菌液：以菌液的总体积计，按巴氏芽孢杆菌菌粉30g/L、硫酸铵20g/L、尿素15g/L的投加量与水混合，使用0.1mol/L的稀硫酸和稀氨水调节培养基的pH至7.5，在35℃下发酵培养24h，得到碳酸盐矿化菌菌液；
2.对待修复土壤进行施肥、翻耕；
3.喷洒菌液0.75L/m2，进行翻耕；
4.养护8d后对土壤再次进行翻耕。
实施例6(跟实施例1相比，采用范围数值的另一端点值)
本实施例提供了一种土壤中磷素的钝化方法，包括以下步骤，
1.配置菌液：以菌液的总体积计，按巴氏芽孢杆菌菌粉20g/L、硫酸铵15g/L、尿素10g/L的投加量与水混合，使用0.1mol/L的稀硫酸和稀氨水调节培养基的pH至7.5，在35℃下发酵培养24h，得到碳酸盐矿化菌菌液；
2.对待修复土壤进行施肥、翻耕；
3.喷洒菌液0.75L/m2，进行翻耕；
4.养护10d后对土壤再次进行翻耕。
实施例7(跟实施例1相比，不进行二次翻耕)
1.配置菌液：以菌液的总体积计，按巴氏芽孢杆菌菌粉20g/L、硫酸铵15g/L、尿素10g/L的投加量与水混合，使用0.1mol/L的稀硫酸和稀氨水调节培养基的pH至7.5，在35℃下发酵培养24h，得到碳酸盐矿化菌菌液；
2.对待修复土壤进行施肥、翻耕；
3.喷洒菌液0.75L/m2，进行翻耕；
实施例8(跟实施例1相比，不进行前期的施肥)
1.配置菌液：以菌液的总体积计，按巴氏芽孢杆菌菌粉20g/L、硫酸铵15g/L、尿素10g/L的投加量与水混合，使用0.1mol/L的稀硫酸和稀氨水调节培养基的pH至7.5，在35℃下发酵培养24h，得到碳酸盐矿化菌菌液；
2.喷洒菌液0.75L/m2，进行翻耕；
3.8d后对土壤再次进行翻耕。
对比例1(跟实施例1相比，采用常规除磷的方法)
1.研磨白云石至80目；
2.对待修复土壤进行施肥、翻耕；
3.施用白云石，施用量在10g/m2，进行翻耕；
4.养护8d后对土壤再次进行翻耕。
测试例
对实施例1-6和对比例1进行交换性钙、交换性镁和有效磷含量检测，取样方法为0-30cm土层多点多深度取样。
检测方法为：
交换性钙的检测方法是：NY/T 1121.13-2006土壤检测第13部分：土壤交换性钙和镁的测定；
有效磷的检测方法是：NY/T 1121.7-2014土壤检测第7部分：土壤有效磷的测定；
空白例1是不进行修复的土壤。
根据空白例和实施例以及对比例数据相比可以看出，添加磷素钝化剂可有效降低土壤有效磷含量，降低磷素的迁移能力，将磷素固定在土壤表层。
由实施例1-4可以看出，四种菌中，巴氏芽孢杆菌对磷素的钝化效果最好，同时降低交换性钙和交换性镁最多，说明施用巴氏芽孢杆菌可以合成更多的碳酸钙和碳酸镁，进而吸附钝化磷素。
由实施例1和实施例5-6对比可知，增加菌粉的量，以及增加施用量可以有效提高对磷素的钝化效果。
由实施例1和实施例7对比可知，后期不进行二次翻耕的话，可能存在施用时菌液喷洒不均的问题，导致部分地区磷素被固定、部分地区未被固定的现象。而二次翻耕后，矿化菌生成的碳酸钙和碳酸镁被再次与土壤混合均匀，便再次对土壤磷素进行吸附钝化，因此二次翻耕带来的效果更好。同时二次翻耕可解决喷洒不均带来的部分区域生成碳酸盐量过大带来的土壤板结问题。
由实施例1和实施例8对比可知，实施例1的结果是矿化菌钝化磷和外源投加磷相结合的结果，外源施肥会促进有效磷上升，而钝化磷会使磷下降，两相叠加形成了实施例1的结果。针对未施磷肥的土壤进行磷素钝化，效果自然比在施磷肥后土壤中钝化效果好，但是实际应用中一般是施肥后活性磷素含量升高，迁移风险增大，因此需要钝化。因此就对比结果可知，无论是在施磷肥还是未施磷肥的土壤上，本申请所用技术都表现出良好的磷素钝化效果，有效降低磷素迁移风险。
由实施例1-8和对比例对比可知。实施例的所有方法都是在用土壤中原有的钙和镁钝化磷素，整个过程不会提升土壤钙镁元素的含量，只改变形态。而对比例的方法却向土壤中投加了钙镁，虽然部分钙镁会被用于钝化磷素转化为惰性态，但仍有部分钙镁会转化为活性态，提升土壤有效态钙镁含量。若按对比例的方法长此以往，则土壤中有效态钙镁的含量会逐渐提高，一方面造成浪费，另一方面在土壤中养分的动态平衡中，有效态钙镁和惰性钙镁在含量上是有平衡的，一方的增加也会导致增加的一方向未增加的一方的转化，最终带来平衡。所有有效态钙镁的增加会导致惰性钙镁的增加，最终提升整体钙镁含量，易造成土壤板结。
钙镁、以及铁铝等元素的引入，会在较长的时间尺度(月、季度、年)与磷酸根结合形成磷酸盐沉淀，这种沉淀植物难以吸收利用其中的营养元素。但若金属元素在投加时或投加后短期内被转化为碳酸盐，之后使用碳酸盐吸附磷素，这种吸附结构虽然没有沉淀稳定，但可以阻隔金属离子和磷酸根，极大地延长金属磷酸盐生成的时间。而植物相对容易吸收碳酸盐中的金属离子和被吸附的磷酸根，因此本申请采样生成碳酸盐吸附磷素的模式，更适合用于农田磷素的钝化。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种土壤中磷素的钝化方法，其特征在于，包括以下步骤，
将碳酸盐矿化菌菌液喷洒到待修复土壤中进行翻耕。
2.根据权利要求1所述土壤中磷素的钝化方法，其特征在于，所述碳酸盐矿化菌菌液的喷洒量为0.6-0.85L/m2。
3.根据权利要求1所述土壤中磷素的钝化方法，其特征在于，所述碳酸盐矿化菌菌液的制备方法包括：将碳酸盐矿化菌菌粉，硫酸铵，尿素投加至水中，进行发酵培养。
4.根据权利要求3所述土壤中磷素的钝化方法，其特征在于，以所述碳酸盐矿化菌菌液的总体积计，所述碳酸盐矿化菌菌粉的投加量为20g/L-30g/L；
和/或，在25-37℃的温度下进行发酵培养，发酵培养时间为24-72h。
5.根据权利要求3或4所述土壤中磷素的钝化方法，其特征在于，以所述碳酸盐矿化菌菌液的总体积计，所述硫酸铵的投加量为15-20g/L，所述尿素的投加量为10-15g/L；
和/或，所述培养基的pH在6.5-9.5之间。
6.根据权利要求3或4所述土壤中磷素的钝化方法，其特征在于，所述碳酸盐矿化菌包括黄色粘球菌、硫酸盐还原菌、反硝化菌或巴氏芽孢杆菌。
7.根据权利要求6所述土壤中磷素的钝化方法，其特征在于，所述硫酸盐还原菌包括普通脱硫弧菌、脱硫螺菌、脱硫芽孢弧菌中的至少一种；
和/或，所述反硝化菌包括硫杆菌属、假单胞菌属、产碱杆菌属中的至少一种。
8.根据权利要求1所述土壤中磷素的钝化方法，其特征在于，还包括在翻耕以后，养护，再次进行翻耕。
9.根据权利要求8所述的土壤中磷素的钝化方法，其特征在于，所述养护的时间为5-10天。
10.根据权利要求1-9任一项所述土壤中磷素的钝化方法，其特征在于，在喷洒菌液前，先对待修复土壤进行施肥、翻耕。
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