CN115232629A - 一种复合土壤调理剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种复合土壤调理剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种复合土壤调理剂及其制备方法和应用，属于土壤修复技术领域，包括以下步骤：S1.藻类的处理；S2.营养液的配制；S3.改性硅藻土的制备；S4.培养基的制备；S5.复合微生物菌的制备；S6.接种和发酵；S7.复合土壤调理剂的制备。本发明复合土壤调理剂的制备中制备了改性硅藻土，硅藻土表面比较具有极大的比表面积，可以提供大量的微生物繁殖，经过改性后的硅藻土表面的活性基团可以与营养物质发生氢键键连，从而固定营养物质，促进微生物的繁殖以及次级代谢产物的生成和稳定，从而提高土壤肥力。

Description

一种复合土壤调理剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及土壤修复技术领域，具体涉及一种复合土壤调理剂及其制备方法和应用。
背景技术
我国耕种土壤中，砂土占了很大的面积，由于砂土自身土壤理化结构的原因，使得砂土保水、保肥性能很差，大部分的砂土地都属于低产土地。改善砂土的土壤理化结构，提高砂土的肥力，是提升砂土地的生产水平的有效方法。目前对砂土地的耕种，一是加大对土地的肥料施用量，以满足作物需要；二是采用传统的秸秆还田的方法以增加土壤中有机质含量，以改善土壤理化结构、提高土壤肥力。但这种方法效果并不明显，向砂质土壤中施放大量肥料，会加大肥料的渗漏，不但增加了生产成本，还对环境造成严重污染；另外，因为砂土理化结构很差，土壤水、气调节不理想，因此土壤中微生物活动能力低，秸秆施入土壤后并不能及时腐解为土壤有机质。也有资料显示使用聚丙烯酰胺(以下简称PAM)等共聚新型功能高分子材料来改善土壤结构，但单纯使用PAM并不能提高土壤养分等肥力提标，另外，只依靠高分子材料改善土壤结构不但成本高，而且不能彻底解决砂土改良的问题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种复合土壤调理剂及其制备方法和应用，通过藻类的混合后，添加营养液和改性硅藻土，得到培养基，用于进行复合微生物好氧发酵，发酵产物后混入腐殖酸、木醋液、以及磷石膏等改良剂，进行高温堆肥，得到复合土壤调理剂，其中复合微生物菌剂通过改善植物根际环境，减轻盐分对作物生长的抑制作用，从而改良盐碱地，属于微生物改良；磷石膏作为Ca2+来源被用于改良盐碱土壤，利用Ca2+置换土壤胶体上吸附的交换性Na+。该土壤调理剂降低了土壤全盐量、钠吸附比和pH，改善了土壤化学性质，增加了总有机碳含量及其组分含量，并提高了土壤肥力。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供一种复合土壤调理剂的制备方法，包括以下步骤：
S1.藻类的处理：将葛仙米、小球藻、褐藻洗净，干燥，然后粉碎，过筛，得到混合藻粉；
S2.营养液的配制：将碳源、氮源、维生素、氨基酸、微量矿物质混合溶于无菌水中，制得营养液；
S3.改性硅藻土的制备：将硅藻土浸泡在碱液中浸泡5-10min后，过滤，洗净，然后分散在乙醇中，加入硅烷偶联剂，加热至80-90℃，反应2-3h，过滤，洗净，得到改性硅藻土；
S4.培养基的制备：将步骤S3制得的改性硅藻土和步骤S1制得的混合藻粉加入步骤S2中的营养液中，搅拌混合均匀后，得到培养基；
S5.复合微生物菌的制备：将地衣芽孢杆菌、干酪乳杆菌、黑曲霉、枯草芽孢杆菌、克雷伯氏菌、铜绿假单胞杆菌、红螺菌、假单胞杆菌中的至少2种的菌混合，得到复合菌制剂；
S6.接种和发酵：将步骤S5中复合菌制剂接种于步骤S4制得的培养基中，发酵2-4天；
S7.复合土壤调理剂的制备：向步骤S6中加入腐殖酸、木醋液、以及磷石膏，进行高温堆肥，得到复合土壤调理剂。
作为本发明的进一步改进，步骤S1中所述葛仙米、小球藻、褐藻的质量比为(2-5)：(5-10)：(3-7)。
作为本发明的进一步改进，步骤S2中碳源选自葡萄糖、果糖、蔗糖、乳糖中的至少一种；所述氮源选自蛋白胨、牛肉膏、酵母膏、蚕蛹粉、尿素、中的至少一种；所述维生素选自维生素B12、维生素B2、维生素C、维生素E、维生素 D3中的至少一种；所述氨基酸选自甲氨酸、缬氨酸、赖氨酸、异亮氨酸、苯氨酸、亮氨酸、色氨酸、苏氨酸、丙氨酸、苯丙氨酸中的至少一种；所述微量矿物质选自硫酸镁、硫酸铜、硫酸钾、硝酸钠、氯化铵、磷酸钾中的至少一种。
作为本发明的进一步改进，所述碳源、氮源、维生素、氨基酸、微量矿物质的质量比为(20-40)：(10-30)：(2-4)：(5-10)：(1-2)。
作为本发明的进一步改进，步骤S3中所述碱液为5-10wt％的NaOH溶液或KOH 溶液；所述硅烷偶联剂为带有氨基的硅烷偶联剂、带有巯基的硅烷偶联剂和带有环氧基的硅烷偶联剂的复配混合，质量比为(3-5)：(2-4)：1，所述带有氨基的硅烷偶联剂选自KH550、KH602、KH792中的至少一种；所述带有巯基的硅烷偶联剂选自KH580、KH590中的至少一种；所述带有环氧基的硅烷偶联剂为KH560；优选地，为KH550、KH580、KH560的复配混合物，质量比为4：3：1。
作为本发明的进一步改进，步骤S4中所述改性硅藻土、混合藻粉和营养液的质量比为(10-22)：(3-10)：50。
作为本发明的进一步改进，步骤S6中所述接种量为5-7％；所述发酵条件为空气条件下，湿度为50-70％，温度为35-40℃。
作为本发明的进一步改进，步骤S7中所述腐殖酸、木醋液、磷石膏的添加量分别为培养基质量的(2-4)％、(5-10)％和(3-12)％；所述高温堆肥的温度为40-45℃。
本发明进一步保护一种上述制备方法制得的复合土壤调理剂。
本发明进一步保护一种上述复合土壤调理剂在改良低肥力、盐碱土壤中的应用。
本发明具有如下有益效果：本发明通过藻类的混合后，添加营养液和改性硅藻土，得到培养基，用于进行复合微生物好氧发酵，发酵产物后混入腐殖酸、木醋液、以及磷石膏等改良剂，进行高温堆肥，得到复合土壤调理剂，其中复合微生物菌剂通过改善植物根际环境，减轻盐分对作物生长的抑制作用，从而改良盐碱地，属于微生物改良；磷石膏作为Ca2+来源被用于改良盐碱土壤，利用Ca2+置换土壤胶体上吸附的交换性Na+。该土壤调理剂降低了土壤全盐量、钠吸附比和 pH，改善了土壤化学性质，增加了总有机碳含量及其组分含量，并提高了土壤肥力。
本发明中复合微生物为地衣芽孢杆菌、干酪乳杆菌、黑曲霉和枯草芽孢杆菌以及其他中的至少2种的混合物的复配，具有协同增效的作用；
本发明复合土壤调理剂的制备中制备了改性硅藻土，硅藻土表面比较具有极大的比表面积，可以提供大量的微生物繁殖，经过改性后的硅藻土表面的活性基团可以与营养物质发生氢键键连，从而固定营养物质，促进微生物的繁殖以及次级代谢产物的生成和稳定，从而提高土壤肥力。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种复合土壤调理剂的制备方法，包括以下步骤：
S1.藻类的处理：将2g葛仙米、5g小球藻、3g褐藻洗净，干燥，然后粉碎，过筛，得到混合藻粉；
S2.营养液的配制：将2g葡萄糖、1g牛肉膏、0.1g维生素B12、0.1g维生素B2、0.3g苏氨酸、0.2g丙氨酸、0.02g硫酸镁、0.03g硫酸铜、0.05g磷酸钾混合溶于50mL无菌水中，制得营养液；
S3.改性硅藻土的制备：将硅藻土浸泡在5wt％的NaOH溶液中浸泡5min后，过滤，洗净，然后分散在乙醇中，加入硅烷偶联剂，加热至80℃，反应2h，过滤，洗净，得到改性硅藻土；硅烷偶联剂为KH550、KH580、KH560的复配混合物，质量比为3：2：1。
S4.培养基的制备：将10g步骤S3制得的改性硅藻土和3g步骤S1制得的混合藻粉加入50g步骤S2中的营养液中，搅拌混合均匀后，得到培养基；
S5.复合微生物菌的制备：将地衣芽孢杆菌、假单胞杆菌按质量比3:2混合，得到复合菌制剂；
S6.接种和发酵：将步骤S5中复合菌制剂接种于步骤S4制得的培养基中，接种量为5-7％，空气条件下，湿度为50％，温度为35℃，发酵2天；
S7.复合土壤调理剂的制备：向步骤S6中加入腐殖酸、木醋液、以及磷石膏，腐殖酸、木醋液、磷石膏的添加量分别为培养基质量的2％、5％和3％，进行40℃高温堆肥，得到复合土壤调理剂。
实施例2
本实施例提供一种复合土壤调理剂的制备方法，包括以下步骤：
S1.藻类的处理：将5g葛仙米、10g小球藻、7g褐藻洗净，干燥，然后粉碎，过筛，得到混合藻粉；
S2.营养液的配制：将4g蔗糖、3g蛋白胨、0.2g维生素B2、0.2g维生素C、 1g氨基酸、0.04g硫酸镁、0.06g硫酸铜、0.1g磷酸钾混合溶于50mL无菌水中，制得营养液；
S3.改性硅藻土的制备：将硅藻土浸泡在10wt％的NaOH溶液中浸泡10min后，过滤，洗净，然后分散在乙醇中，加入硅烷偶联剂，加热至90℃，反应3h，过滤，洗净，得到改性硅藻土；硅烷偶联剂为KH550、KH580、KH560的复配混合物，质量比为5：4：1。
S4.培养基的制备：将22g步骤S3制得的改性硅藻土和10g步骤S1制得的混合藻粉加入50g步骤S2中的营养液中，搅拌混合均匀后，得到培养基；
S5.复合微生物菌的制备：将地衣芽孢杆菌、假单胞杆菌按质量比3:2混合，得到复合菌制剂；
S6.接种和发酵：将步骤S5中复合菌制剂接种于步骤S4制得的培养基中，接种量为7％，空气条件下，湿度为70％，温度为40℃，发4天；
S7.复合土壤调理剂的制备：向步骤S6中加入腐殖酸、木醋液、以及磷石膏，腐殖酸、木醋液、磷石膏的添加量分别为培养基质量的4％、10％和12％，进行45℃高温堆肥，得到复合土壤调理剂。
实施例3
本实施例提供一种复合土壤调理剂的制备方法，包括以下步骤：
S1.藻类的处理：将3g葛仙米、7g小球藻、5g褐藻洗净，干燥，然后粉碎，过筛，得到混合藻粉；
S2.营养液的配制：将2g蔗糖、1g乳糖、1g牛肉膏、1g尿素、0.1g维生素 B12、0.1g维生素B2、0.1g维生素C、0.2g甲氨酸、0.2g缬氨酸、0.3g赖氨酸、 0.03g硫酸镁、0.04g硫酸铜、0.03g硫酸钾、0.05g硝酸钠混合溶于50mL无菌水中，制得营养液；
S3.改性硅藻土的制备：将硅藻土浸泡在7wt％的NaOH溶液中浸泡7min后，过滤，洗净，然后分散在乙醇中，加入硅烷偶联剂，加热至85℃，反应2.5h，过滤，洗净，得到改性硅藻土；硅烷偶联剂为KH550、KH580、KH560的复配混合物，质量比为4：3：1。
S4.培养基的制备：将17g步骤S3制得的改性硅藻土和6g步骤S1制得的混合藻粉加入50g步骤S2中的营养液中，搅拌混合均匀后，得到培养基；
S5.复合微生物菌的制备：将地衣芽孢杆菌、假单胞杆菌按质量比3:2混合，得到复合菌制剂；
S6.接种和发酵：将步骤S5中复合菌制剂接种于步骤S4制得的培养基中，接种量为6％，空气条件下，湿度为60％，温度为37℃，发酵3天；
S7.复合土壤调理剂的制备：向步骤S6中加入腐殖酸、木醋液、以及磷石膏，腐殖酸、木醋液、磷石膏的添加量分别为培养基质量的3％、7％和9％，进行42℃高温堆肥，得到复合土壤调理剂。
对比例1
与实施例3相比，复合微生物菌为单一的地衣芽孢杆菌，其他条件均不改变。
对比例2
与实施例3相比，复合微生物菌为单一的假单胞杆菌，其他条件均不改变。
对比例3
与实施例3相比，步骤S7中未添加磷石膏，其他条件均不改变。
S1.藻类的处理：将3g葛仙米、7g小球藻、5g褐藻洗净，干燥，然后粉碎，过筛，得到混合藻粉；
S2.营养液的配制：将2g蔗糖、1g乳糖、1g牛肉膏、1g尿素、0.1g维生素 B12、0.1g维生素B2、0.1g维生素C、0.2g甲氨酸、0.2g缬氨酸、0.3g赖氨酸、 0.03g硫酸镁、0.04g硫酸铜、0.03g硫酸钾、0.05g硝酸钠混合溶于50mL无菌水中，制得营养液；
S3.改性硅藻土的制备：将硅藻土浸泡在7wt％的NaOH溶液中浸泡7min后，过滤，洗净，然后分散在乙醇中，加入硅烷偶联剂，加热至85℃，反应2.5h，过滤，洗净，得到改性硅藻土；硅烷偶联剂为KH550、KH580、KH560的复配混合物，质量比为4：3：1。
S4.培养基的制备：将17g步骤S3制得的改性硅藻土和6g步骤S1制得的混合藻粉加入50g步骤S2中的营养液中，搅拌混合均匀后，得到培养基；
S5.复合微生物菌的制备：将地衣芽孢杆菌、假单胞杆菌按质量比3:2混合，得到复合菌制剂；
S6.接种和发酵：将步骤S5中复合菌制剂接种于步骤S4制得的培养基中，接种量为6％，空气条件下，湿度为60％，温度为37℃，发酵3天；
S7.复合土壤调理剂的制备：向步骤S6中加入腐殖酸、木醋液，腐殖酸、木醋液、磷石膏的添加量分别为培养基质量的3％、16％，进行42℃高温堆肥，得到复合土壤调理剂。
对比例4
与实施例3相比，步骤S7中未添加木醋液，其他条件均不改变。
S1.藻类的处理：将3g葛仙米、7g小球藻、5g褐藻洗净，干燥，然后粉碎，过筛，得到混合藻粉；
S2.营养液的配制：将2g蔗糖、1g乳糖、1g牛肉膏、1g尿素、0.1g维生素 B12、0.1g维生素B2、0.1g维生素C、0.2g甲氨酸、0.2g缬氨酸、0.3g赖氨酸、 0.03g硫酸镁、0.04g硫酸铜、0.03g硫酸钾、0.05g硝酸钠混合溶于50mL无菌水中，制得营养液；
S3.改性硅藻土的制备：将硅藻土浸泡在7wt％的NaOH溶液中浸泡7min后，过滤，洗净，然后分散在乙醇中，加入硅烷偶联剂，加热至85℃，反应2.5h，过滤，洗净，得到改性硅藻土；硅烷偶联剂为KH550、KH580、KH560的复配混合物，质量比为4：3：1。
S4.培养基的制备：将17g步骤S3制得的改性硅藻土和6g步骤S1制得的混合藻粉加入50g步骤S2中的营养液中，搅拌混合均匀后，得到培养基；
S5.复合微生物菌的制备：将地衣芽孢杆菌、假单胞杆菌按质量比3:2混合，得到复合菌制剂；
S6.接种和发酵：将步骤S5中复合菌制剂接种于步骤S4制得的培养基中，接种量为6％，空气条件下，湿度为60％，温度为37℃，发酵3天；
S7.复合土壤调理剂的制备：向步骤S6中加入腐殖酸、磷石膏，腐殖酸、木醋液、磷石膏的添加量分别为培养基质量的3％、16％，进行42℃高温堆肥，得到复合土壤调理剂。
测试例1
试验材料：试验土壤采自湖南省湘乡市泉塘镇低肥力砂土地块，试验前土样风干，过2mm筛，剔除植物根系及小石子等杂物。
测试对象：实施例1-3和对比例1-4的复合土壤调理剂。
试验方法：每盆沙土重1500g，每盆中混入10g复合土壤调理剂，空白组混入等量沙土，混合均匀，测定各项指标。结果见表1。
表1
Figure 1
上表可知，本发明制得的盐碱地复合土壤改良剂调节低肥力酸性高镉土壤后，能明显提高土壤肥力，降低土壤中重金属含量，调整土壤pH值。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复合土壤调理剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.藻类的处理：将葛仙米、小球藻、褐藻洗净，干燥，然后粉碎，过筛，得到混合藻粉；
S2.营养液的配制：将碳源、氮源、维生素、氨基酸、微量矿物质混合溶于无菌水中，制得营养液；
S3.改性硅藻土的制备：将硅藻土浸泡在碱液中浸泡5-10min后，过滤，洗净，然后分散在乙醇中，加入硅烷偶联剂，加热至80-90℃，反应2-3h，过滤，洗净，得到改性硅藻土；
S4.培养基的制备：将步骤S3制得的改性硅藻土和步骤S1制得的混合藻粉加入步骤S2中的营养液中，搅拌混合均匀后，得到培养基；
S5.复合微生物菌的制备：将地衣芽孢杆菌、干酪乳杆菌、黑曲霉、枯草芽孢杆菌、克雷伯氏菌、铜绿假单胞杆菌、红螺菌、假单胞杆菌中的至少2种的菌混合，得到复合菌制剂；
S6.接种和发酵：将步骤S5中复合菌制剂接种于步骤S4制得的培养基中，发酵2-4天；
S7.复合土壤调理剂的制备：向步骤S6中加入腐殖酸、木醋液、以及磷石膏，进行高温堆肥，得到复合土壤调理剂。
2.根据权利要求1所述复合土壤调理剂的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述葛仙米、小球藻、褐藻的质量比为(2-5)：(5-10)：(3-7)。
3.根据权利要求1所述复合土壤调理剂的制备方法，其特征在于，步骤S2中碳源选自葡萄糖、果糖、蔗糖、乳糖中的至少一种；所述氮源选自蛋白胨、牛肉膏、酵母膏、蚕蛹粉、尿素、中的至少一种；所述维生素选自维生素B12、维生素B2、维生素C、维生素E、维生素D3中的至少一种；所述氨基酸选自甲氨酸、缬氨酸、赖氨酸、异亮氨酸、苯氨酸、亮氨酸、色氨酸、苏氨酸、丙氨酸、苯丙氨酸中的至少一种；所述微量矿物质选自硫酸镁、硫酸铜、硫酸钾、硝酸钠、氯化铵、磷酸钾中的至少一种。
4.根据权利要求3所述复合土壤调理剂的制备方法，其特征在于，所述碳源、氮源、维生素、氨基酸、微量矿物质的质量比为(20-40)：(10-30)：(2-4)：(5-10)：(1-2)。
5.根据权利要求1所述复合土壤调理剂的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述碱液为5-10wt％的NaOH溶液或KOH溶液；所述硅烷偶联剂为带有氨基的硅烷偶联剂、带有巯基的硅烷偶联剂和带有环氧基的硅烷偶联剂的复配混合，质量比为(3-5)：(2-4)：1，所述带有氨基的硅烷偶联剂选自KH550、KH602、KH792中的至少一种；所述带有巯基的硅烷偶联剂选自KH580、KH590中的至少一种；所述带有环氧基的硅烷偶联剂为KH560；优选地，为KH550、KH580、KH560的复配混合物，质量比为4：3：1。
6.根据权利要求1所述复合土壤调理剂的制备方法，其特征在于，步骤S4中所述改性硅藻土、混合藻粉和营养液的质量比为(10-22)：(3-10)：50。
7.根据权利要求1所述复合土壤调理剂的制备方法，其特征在于，步骤S6中所述接种量为5-7％；所述发酵条件为空气条件下，湿度为50-70％，温度为35-40℃。
8.根据权利要求1所述复合土壤调理剂的制备方法，其特征在于，步骤S7中所述腐殖酸、木醋液、磷石膏的添加量分别为培养基质量的(2-4)％、(5-10)％和(3-12)％；所述高温堆肥的温度为40-45℃。
9.一种如权利要求1-8任一项所述制备方法制得的复合土壤调理剂。
10.一种如权利要求9所述复合土壤调理剂在改良低肥力、盐碱土壤中的应用。
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