CN115231963A - 一种针对土壤板结的复合调理剂及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对土壤板结的复合调理剂及其制备方法与应用，属于土壤调理技术领域。复合调理剂包括解淀粉芽孢杆菌、纤维素酶、植物乳杆菌、矿源黄腐酸粉、γ‑聚谷氨酸、聚丙烯酰胺、生猪养殖场粪污有机物料，所述生猪养殖场粪污有机物料的制备方法包括：1)收集生猪养殖场粪污，将粪污与聚丙烯酰胺按重量比混合，利用滚筒筛分对粪污进行固液分离；2)将稻草与固相粪污充分混匀获得发酵物料，将发酵菌液、解淀粉芽孢杆菌、黑曲霉、纤维素酶复合菌剂加入到发酵物料中，充分搅拌形成高温堆肥料，在一定湿度、温度、通风条件下发酵，制成生猪养殖粪污有机物料。经添加复合调理剂后，土壤保水率明显提升，解决了土壤存在的板结问题。

Description

一种针对土壤板结的复合调理剂及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于土壤调理技术领域，具体涉及一种用于土壤板结的复合调理剂制备方法及其应用。

背景技术

近年来，由于不合理的耕作、过量施肥等，我国土地板结问题日趋严重，已成为土壤退化研究的重要内容。土壤板结导致农业耕地土壤质量大幅下降，直接影响到我国粮食的安全生产，已经成为制约农业可持续发展的一大障碍。因此，土壤板结改良已经成为我国土地利用与整理工作中亟需解决的问题。

目前，针对土壤板结问题的调理剂主要分为“治”与“养”两类。“治”主要是通过改良物质施入直接改变不良的土壤理化性质，如碳酸盐。这种方式见效果，但无法从根本上解决土壤板结问题。“养”主要是基于有机物料、微生物菌等，增强土壤自调节能力，以解决土壤板结问题。这种方式见效较慢，但是从根本上解决了土壤板结退化的问题。

随着我国生猪养殖业集约化和规模化的发展，产生了大量的养殖粪污。若不进行集中处理和合理利用，随意堆放会严重影响农田、水体或空气的质量，极易导致土壤生态破坏、水体富营养化等问题，对环境安全造成了巨大的压力。生猪养殖粪污中含有丰富的营养物质，是一种开发有机肥料的重要资源，资源化利用与安全处理对有机肥产业和生猪养殖废水处理都具有重要意义，不仅能够解决生猪养殖废水的污染问题，且有机肥可培肥地力和改善土壤结构。

聚丙烯酰胺作为一种常用的土壤结构改良剂，可以显著提高土壤的持水性和抗蚀性，从而改善土壤的团聚体结构，大大减少土壤表面结皮的形成。通过改善土壤团聚体结构，增加土壤的通气孔隙和持水孔隙，为植物的生长创造一个良好的生长空间，从而提高植物产量。同时，由于成本低、分散性强、溶液黏度特性高等优势，聚丙烯酰胺也广泛用作废水净化中的絮凝剂和脱水剂。因此，聚丙烯酰胺可以用于生猪养殖粪污的快速固液分离，克服生猪养殖粪污体积大且含水量高而不利于资源化利用的问题。中国专利文献CN107805500B(申请号：201711039699.2)公开了一种利用盐藻皮和聚丙烯酰胺制备的土壤板结调理剂，具有保水保肥和调酸控粘的功效，但盐藻皮含有一定盐分和碱分，向土壤中施用时仍存在一定风险。

发明内容

1.要解决的问题

针对土壤板结的问题，本发明利用聚丙烯酰胺和团队培养的解淀粉芽孢杆菌，提供一种包含生猪养殖粪污、聚丙烯酰胺、解淀粉芽孢杆菌、纤维素酶、植物乳杆菌、矿源黄腐酸粉、γ-聚谷氨酸等的复合调理剂，达到生猪养殖粪污高效、快速、安全利用的目的，同时得到用于改善土壤板结的有机-无机调理剂。该发明不仅有助于生猪养殖粪污的资源化利用，也克服了传统调理剂“治”与“养”分离的问题，所用原料来源广泛，工艺设备简单，成本低廉，操作方便，同时解决土壤板结和生猪养殖粪污资源化利用问题。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种针对土壤板结的复合调理剂，包括生猪养殖场粪污有机物料、聚丙烯酰胺、解淀粉芽孢杆菌、纤维素酶、植物乳杆菌、矿源黄腐酸粉、γ-聚谷氨酸，所述生猪养殖场粪污有机物料的制备方法包括：

1)收集生猪养殖场粪污，将生猪养殖场粪污与聚丙烯酰胺按重量比混合，利用滚筒筛分对粪污进行固液分离；

2)将稻草与固相粪污充分混匀获得发酵物料，发酵菌液、解淀粉芽孢杆菌、黑曲霉、纤维素酶复合菌剂加入到发酵物料中，充分搅拌形成高温堆肥料，在一定湿度、温度、通风条件下发酵，制成生猪养殖粪污有机物料。

本发明中采用的解淀粉芽孢杆菌Bacillus amyloliquefaciens保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏号为CGMCC No.17809，保藏日期为2019年5月15日，保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心。

所述发酵菌液型号为HW-E-12，购买自安徽全民环保科技有限公司。

优选地，所述步骤1)中粪污收集自冲洗水冲洗生猪养殖区域后的猪粪尿混合物。

优选地，所述步骤1)中聚丙烯酰胺为阴离子型，分子量为300～400万。

优选地，所述步骤1)中粪污与聚丙烯酰胺的质量比为800～1000:0.1～0.15。

优选地，所述步骤2)中发酵C/N比为20～30:1，发酵时控制水分含量为40～65％。

优选地，所述步骤2)中控制生猪养殖粪污有机物料的含水率不大于35％。

优选地，所述步骤2)中稻草与固相粪污质量比为3～4:20。

优选地，所述步骤2)中所用复合菌剂为市售发酵菌液、解淀粉芽孢杆菌、黑曲霉、纤维素酶混合而成，每克含有益总菌数≥200亿CFU。

优选地，所述步骤2)中发酵菌液、解淀粉芽孢杆菌、黑曲霉、纤维素酶的质量比为1～2.5:1.5～3:1～2.5:1～3。所述复合菌剂每克含有益总菌数≥200亿CFU。

优选地，步骤2)所述湿度为65～75％，温度控制为40～70℃，发酵时间为6～7天。

优选地，所述复合调理剂中解淀粉芽孢杆菌、纤维素酶、植物乳杆菌、矿源黄腐酸粉、γ-聚谷氨酸、聚丙烯酰胺、生猪养殖场粪污有机物料的质量比为 1:1:1:5:0.5:5:25000～35000。

优选地，所述复合调理剂中聚丙烯酰胺为阴离子型，分子量为300-400万。

如前所述的针对农田土壤板结的复合调理剂的制备方法，包括以下步骤：

S1制备生猪养殖粪污有机物料；

S2复合调理剂的制备：分别将1份解淀粉芽孢杆菌、1份纤维素酶、1份植物乳杆菌、5 份矿源黄腐酸粉、0.5份γ-聚谷氨酸和5份聚丙烯酰胺加入到25000～35000份生猪养殖粪污有机物料中，利用搅拌机混合均匀获得复合调理剂初料；

S3复合调理剂造粒：复合调理剂初料经粉碎机粉碎，利用造粒机获得直径2～3mm的土壤板结调理剂颗粒。

优选地，所述步骤S3中加造粒粘结剂的质量占3～6％。

如前所述的针对土壤板结的复合调理剂在土壤中的应用。

优选地，所述复合调理剂在土壤中的施用量为1500～2500kg/亩。

进一步地，所述步骤2)中发酵C/N比为25:1，发酵时控制水分含量为40～65％。

其中，有机物料、淀粉芽孢杆菌、植物乳酸菌、聚丙烯酰胺、矿源黄腐酸粉、γ-聚谷氨酸具有土壤板结调理作用。

其中，有机物料、淀粉芽孢杆菌、纤维素酶、植物乳酸菌、矿源黄腐酸粉和γ-聚谷氨酸具有培肥地力作用。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的复合调理剂中，植物乳杆菌、有机物料可以疏松土壤，形成良好的团粒结构，提升土壤温度，增强土壤的透气保水性；纤维素酶能提高土壤本身有机质转化，改善土壤理化性质；生猪养殖场粪污有机肥一方面能够为土壤提供肥力，另一方面能够为土壤调理剂中的微生物以及土壤中的微生物生长繁殖提供养分；矿源黄腐酸粉具有胶体特性，能促进土壤小颗粒团聚，增大土壤空隙，解决土壤板结等一系列问题，使土壤肥沃松软，更利于土壤水、肥、气、热的合理调节，给土壤中有益微生物的生存繁衍提供了良好的环境；γ-聚谷氨酸可提高作物养分利用效率，增强作物抗病性，提高作物产量；聚丙烯酰胺可以快速提高土壤保水特性，消除土壤板结问题；有机物质和解淀粉芽孢杆菌可作为团粒结构剂，改善土壤团聚体结构，调节土壤的水、肥、气、热状况，提高土壤肥力；本发明基于生猪养殖粪污、聚丙烯酰胺，解淀粉芽孢杆菌、纤维素酶等制备针对土壤板结的有机-无机复合调理剂，所用原料来源广泛，工艺设备简单，成本低廉，操作方便；经添加有机-无机复合调理剂后，土壤保水率明显提升，解决了土壤中存在的板结问题，同时达到了生猪养殖粪污的高效利用；

(2)本发明中生猪养殖场粪污有机物料的制备中需要控制发酵C/N比在20：1～30：1 范围内，而发酵C/N比高于或低于该范围均无法达到发明目的；

(3)本发明的解淀粉芽孢杆菌、植物乳杆菌、矿源黄腐酸粉、γ-聚谷氨酸和聚丙烯酰胺对于调理剂发挥作用至关重要，其范围在上述要求之内才能取得好的保水培肥效果；

(4)本发明制备的复合调理剂由有机物料、菌剂、酶和聚丙烯酰胺复配组成，彼此间互相协同，互相促进，达到土壤板结“养”“治”结合的目的。

具体实施方式

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；本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

如本文所使用，术语“约”用于提供与给定术语、度量或值相关联的灵活性和不精确性。本领域技术人员可以容易地确定具体变量的灵活性程度。

浓度、量和其他数值数据可以在本文中以范围格式呈现。应当理解，这样的范围格式仅是为了方便和简洁而使用，并且应当灵活地解释为不仅包括明确叙述为范围极限的数值，而且还包括涵盖在所述范围内的所有单独的数值或子范围，就如同每个数值和子范围都被明确叙述一样。例如，约1至约4.5的数值范围应当被解释为不仅包括明确叙述的1至约4.5的极限值，而且还包括单独的数字(诸如2、3、4)和子范围(诸如1至3、2至4等)。相同的原理适用于仅叙述一个数值的范围，诸如“小于约4.5”，应当将其解释为包括所有上述的值和范围。此外，无论所描述的范围或特征的广度如何，都应当适用这种解释。

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1

一、制备复合调理剂

步骤包括：

S1制备生猪养殖粪污有机物料：

1)收集生猪养殖场粪污，将粪污与分子量为400万的阴离子型聚丙烯酰胺按1000：0.1 的重量比混合，利用滚筒筛分方法对粪污进行固液分离；

2)将稻草按照1:5的质量比与固相粪污充分混匀获得发酵物料，将1份发酵菌液(购买自安徽全民环保科技有限公司，型号为HW-E-12，名称为畜禽粪便专用腐熟剂)、2份解淀粉芽孢杆菌(保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏号为CGMCCNo.17809)、2份黑曲霉(购买自沂源康源生物科技有限公司，型号为3.758)、2份纤维素酶(购买自沂源康源生物科技有限公司)复合菌剂加入到4000份发酵物料中，其中复合菌剂每克含有益总菌数≥200亿CFU；充分搅拌形成高温堆肥料，相对湿度70％、温度50℃、 C/N比为25:1，发酵过程中水分含量为40～65％，通风条件下发酵7天后，制成生猪养殖粪污有机物料(水分含量为30％)。

S2复合调理剂的制备：分别将1份解淀粉芽孢杆菌、1份纤维素酶、1份植物乳杆菌(购买自朝阳华星生物工程有限公司)、5份矿源黄腐酸粉(购买自济南浩企生物科技有限公司)、0.5份γ-聚谷氨酸(购买自山东萍聚生物科技有限公司，CAS：25513-46-6)和5份聚丙烯酰胺(分子量为400万)加入到25000份步骤S1制备的生猪养殖粪污有机物料中，利用搅拌机混合均匀获得复合调理剂初料；

S3复合调理剂造粒：复合调理剂初料经粉碎机粉碎，按质量比5％添加造粒粘结剂，利用造粒机，将粉碎的复合调理剂初料制成直径2～3mm的土壤板结调理剂颗粒。

二、保水率实验

本实施例中所用土壤为褐土，土壤有机质含量为18.24g/kg，pH7.05。试验地点为山东省农业科学院农业资源与环境研究所温室。

保水性能：室内模拟试验，分对照处理(未加调理剂)和加0.02％复合调理剂处理。将 100目尼龙网盖在有机玻璃管底部，首先在底层铺1.5cm厚的石英砂，然后加入500g土壤样品(颗粒尺寸<2mm)。将有机玻璃管放入盛水烧杯中进行充分吸水，取出竖直放置待无水滴滴下后记录有机玻璃管总重量，每隔2d重复测定一次，记录10d，土壤含水率如表1。

表1有机-无机复合调理剂施用的土壤改良试验结果

结果表明：与对照相比，调理剂的加入提高了不同时间段的土壤含水量，调理剂能够明显提升土壤的保水性能。

三、土壤容重实验

土壤容重：室内模拟试验，分对照处理(未加调理剂)和加0.02％复合调理剂处理。将 3kg土壤样品(颗粒尺寸<2mm)均匀填入花盆中，每盆浇水300mL，每隔7d浇一次，总共10次。最后用环刀取土壤样品测量土壤容重。

白菜盆栽实验：室内盆栽试验，供试作物为小白菜(上海青鸡毛菜)，分对照处理(未加调理剂)和加0.02％复合调理剂处理。盆内土重10kg，不同处理加入相同量的化学肥料 (N：0.02g/kg；P₂O₅：0.04g/kg；K₂O：0.03g/kg)。小白菜成熟后(40天)测定生物量。

土壤水稳性团聚体：取盆栽试验后土壤样品，将样品风干后取100g放于土壤团粒结构分析仪筛网中，筛网粒径从高到低分别为5mm、3mm、2mm、1mm、0.6mm、0.25mm，时间设置为30min，筛网上下升降速度为30次/分钟，筛分结束后将各筛网上的团聚体用细水流冲入铝盒，加热蒸干至恒重，称重计算各团聚体占土样的百分比。

试验结果见表2：

表2有机-无机复合调理剂施用的土壤改良试验结果

试验处理	容重(g/cm<sup>3</sup>)	生物量(g/盆)	>0.25mm水稳性团聚体含量(％)
				对照	1.32	268	45
0.02％调理剂	1.25	287	52

结果表明：本发明利用畜禽粪污为主要原料，加入其他有机无机物料制备的复合调理剂能够很好的改善土壤板结问题，培肥地力，同时也减少畜禽粪污不合理利用对环境产生的破坏。

实施例2

一、制备复合调理剂

步骤包括：

S1制备生猪养殖粪污有机物料：

1)收集生猪养殖场粪污，将粪污与分子量为400万的阴离子型聚丙烯酰胺按1200：0.1 的重量比混合，利用滚筒筛分方法对粪污进行固液分离；

2)将稻草按照1:5的质量比与固相粪污充分混匀获得发酵物料，将1份发酵菌液、2份解淀粉芽孢杆菌、2份黑曲霉、2份纤维素酶复合菌剂加入到4000份发酵物料中，其中复合菌剂每克含有益总菌数≥200亿CFU，发酵菌液购买自安徽全民环保科技有限公司；充分搅拌形成高温堆肥料，在相对湿度70％、温度50℃、控制发酵过程中水分含量为40～65％、通风条件下发酵7天，发酵C/N比达到25:1，制成生猪养殖粪污有机物料，(水分含量为 30％)。

S2复合调理剂的制备：分别将1份解淀粉芽孢杆菌、1份纤维素酶、1份植物乳杆菌、2 份矿源黄腐酸粉、0.1份γ-聚谷氨酸和3份聚丙烯酰胺加入到25000份步骤S1制备的生猪养殖粪污有机物料中，利用搅拌机混合均匀获得复合调理剂初料；

S3复合调理剂造粒：复合调理剂初料经粉碎机粉碎，按质量比5％添加造粒粘结剂，利用造粒机，将粉碎的复合调理剂初料制成直径2～3mm的复合调理剂颗粒，最终获得土壤板结调理剂。

二、保水率实验

本实施例中所用土壤为褐土，土壤有机质含量为18.24g/kg，pH7.05。试验地点为山东省农业科学院农业资源与环境研究所温室。

保水性能：室内模拟试验，分对照处理(未加调理剂)和加0.02％复合调理剂处理。将 100目尼龙网盖在有机玻璃管底部，首先在底层铺1.5cm厚的石英砂，然后加入500g土壤样品(颗粒尺寸<2mm)。将有机玻璃管放入盛水烧杯中进行充分吸水，取出竖直放置待无水滴滴下后记录有机玻璃管总重量，每隔2d重复测定一次，记录10d，土壤含水率如表3。

表3有机-无机复合调理剂施用的土壤改良试验结果

结果表明：与对照相比，调理剂的加入提高了不同时间段的土壤含水量。调理剂能够明显提升土壤的保水性能。

三、土壤容重实验

土壤容重：室内模拟试验，分对照处理(未加调理剂)和加0.02％复合调理剂处理。将 3kg土壤样品(颗粒尺寸<2mm)均匀填入花盆中，每盆浇水300mL，每隔7d浇一次，总共10次。最后用环刀取土壤样品测量土壤容重。

白菜盆栽实验：室内盆栽试验，供试作物为小白菜(上海青鸡毛菜)，分对照处理(未加调理剂)和加0.02％复合调理剂处理。盆内土重10kg，不同处理加入相同量的化学肥料 (N：0.02g/kg；P₂O₅：0.04g/kg；K₂O：0.03g/kg)。小白菜成熟后(40天)测定生物量。

土壤水稳性团聚体：取盆栽试验后土壤样品，将样品风干后取100g放于土壤团粒结构分析仪筛网中，筛网粒径从高到低分别为5mm、3mm、2mm、1mm、0.6mm、0.25mm，时间设置为30min，筛网上下升降速度为30次/分钟，筛分结束后将各筛网上的团聚体用细水流冲入铝盒，加热蒸干至恒重称重计算各团聚体占土样的百分比。

试验结果见表4：

表4有机-无机复合调理剂施用的土壤改良试验结果

结果表明：与实施例1相比，改变复合调理剂制备过程中其他有机无机物料加入比例后获得的复合调理剂对于土壤板结的改良作用略有减弱，但仍高于对照组。

以上内容是对本发明及其实施方式进行了示意性的描述，该描述没有限制性，实施例中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的实施方式并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的实施方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种针对土壤板结的复合调理剂，其特征在于：包括解淀粉芽孢杆菌、纤维素酶、植物乳杆菌、矿源黄腐酸粉、γ-聚谷氨酸、聚丙烯酰胺、生猪养殖场粪污有机物料，所述生猪养殖场粪污有机物料的制备方法包括：

1)收集生猪养殖场粪污，将粪污与聚丙烯酰胺按重量比混合，利用滚筒筛分对粪污进行固液分离；

2)将稻草与固相粪污充分混匀获得发酵物料，并将发酵菌液、解淀粉芽孢杆菌、黑曲霉、纤维素酶复合菌剂加入到发酵物料中，搅拌形成高温堆肥料，在一定湿度、温度、通风条件下发酵，制成生猪养殖粪污有机物料；

所述解淀粉芽孢杆菌Bacillus amyloliquefaciens保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏号为CGMCC No.17809。

2.根据权利要求1所述针对土壤板结的复合调理剂，其特征在于，所述步骤1)中聚丙烯酰胺为阴离子型，分子量为300～400万。

3.根据权利要求2所述针对土壤板结的复合调理剂，其特征在于，所述步骤1)中粪污与聚丙烯酰胺的质量比为800～1000:0.1～0.15。

4.根据权利要求1所述针对土壤板结的复合调理剂，其特征在于，所述步骤2)中发酵C/N比为20～30:1。

5.根据权利要求4所述针对土壤板结的复合调理剂，其特征在于，所述步骤2)中稻草与固相粪污质量比为3～4:20。

6.根据权利要求5所述针对土壤板结的复合调理剂，其特征在于，所述步骤2)中发酵菌液、解淀粉芽孢杆菌、黑曲霉、纤维素酶的质量比为1～2.5:1.5～3:1～2.5:1～3；所述复合菌剂每克含有益总菌数≥200亿CFU。

7.根据权利要求6所述针对土壤板结的复合调理剂，其特征在于，步骤2)所述发酵湿度为65～75％，温度控制为40～70℃。

8.根据权利要求1所述针对土壤板结的复合调理剂，其特征在于，所述复合调理剂中解淀粉芽孢杆菌、纤维素酶、植物乳杆菌、矿源黄腐酸粉、γ-聚谷氨酸、聚丙烯酰胺、生猪养殖场粪污有机物料的比例为1:1:1:5:0.5:5:25000～35000。

9.根据权利要求1～8中任意一项所述的针对土壤板结的复合调理剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1制备生猪养殖粪污有机物料；

S2复合调理剂的制备：分别将1份解淀粉芽孢杆菌、1份纤维素酶、1份植物乳杆菌、5份矿源黄腐酸粉、0.5份γ-聚谷氨酸和5份聚丙烯酰胺加入到25000～35000份步骤S1制备的生猪养殖粪污有机物料中，利用搅拌机混合均匀获得复合调理剂初料；

S3复合调理剂造粒：复合调理剂初料经粉碎机粉碎，利用造粒机，获得直径2～3mm的土壤板结复合调理剂颗粒。

10.根据权利要求1～8中任意一项所述的针对土壤板结的复合调理剂在土壤中的应用。