CN115386380A - 一种盐碱化土壤改良生态修复剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于盐碱地改良技术领域，具体涉及一种盐碱化土壤改良生态修复剂及其制备方法，本发明公开的盐碱化土壤改良生态修复剂，由下列重量份数的原料制备而成，其中包括：生物质炭10‑15份，腐殖酸15‑20份，微藻溶液25‑30份，功能复合微生物菌剂40‑50份。本发明提供的盐碱化土壤改良生态修复剂及其制备方法，利用功能复合微生物菌和生物质炭为主要基质制备土壤改良生态修复剂，改良效果好，稳定性强，不易受环境的影响。

Description

一种盐碱化土壤改良生态修复剂及其制备方法

技术领域

本发明属于盐碱地改良技术领域，具体涉及一种盐碱化土壤改良生态修复剂及其制备方法。

背景技术

土壤盐碱化是影响干旱和半干旱地区农业生产和可持续性利用的主要障碍。盐碱地改良一直被称为世界难题，中国有大量的盐碱地和受盐碱危害的中低产田，解决了盐碱地改良的难题，可以大大提高国家的粮食产量和土地的利用率，具有极大的经济效益、社会效益以及生态效益。

土地受到自然或人为等因素的影响，导致盐类物质逐渐渗透到土壤中去，从而使土壤的含盐和含碱量较多，并造成这类土地无法被使用，我国盐碱地大致分布区域在西北、东北、华北及滨海地区，盐碱地主要形成原因是较为干旱地区的土地在蒸发的作用下，水分被蒸发成水蒸气，并排放至空气中，但水中的盐分却无法排除而留于土壤之中，经过长时间的积累，土壤中盐分逐渐增多，因此而形成盐碱地，由于盐碱地土壤本身所含盐分过高，根据植物细胞渗透作用原理，植物细胞很难吸收到无机营养物质和水分，导致植物因自身缺少无机营养物质和水而死亡，由此又造成盐碱地生态的恶性循环。

目前改良盐碱地主要措施包括：水利改良措施、化学改良措施、物理改良措施、农业耕作措施、盐生植物改良措施等方法已普遍应用，但效果并不理想。其中水利改良措施必须有条件：一是地下水位较深，表土不易返盐；二是地势较高，有完备的排碱渠系，使农田排压出的盐碱水能顺利排向下游，否则耕作时间越长，盐碱向表土聚积越多，造成土地盐碱化，更加无法耕种；化学改良措施虽然可以快速改变土壤结构，但会引起二次污染；物理改良措施需要客土，成本高、工程量大，只适用于规模较小的区域；农业措施需要耗费大量的人力、物力和财力；生物改良无法针对盐碱地盐碱浓度进行逐渐改良，效果较差，时间较长。

发明内容

针对背景技术中存在的问题，本发明提供了一种盐碱化土壤改良生态修复剂及其制备方法，利用功能复合微生物菌和生物质炭为主要基质制备土壤改良生态修复剂，改良效果好，稳定性强，不易受环境的影响。

为了达到上述目的，本发明公开了一种盐碱化土壤改良生态修复剂，由下列重量份数的原料制备而成，其中包括：生物质炭10-15份，腐殖酸15-20份，微藻溶液25-30份，功能复合微生物菌剂40-50份。

进一步的，功能复合微生物菌剂包括枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、侧孢芽孢杆菌、酵母菌、植物乳酸杆菌以及嗜酸乳杆菌。

进一步的，微藻溶液包括藻属和藻种，其中：藻属为固氮蓝藻；藻种包括柱孢藻、念珠藻、螺旋藻以及微鞘藻。

此外，本发明还公开了一种制备盐碱化土壤改良生态修复剂的方法，包括如下步骤：步骤1：制备功能复合微生物菌剂；步骤2：制备生物质炭；步骤3：制备微藻溶液；步骤4：将制备好的功能复合微生物菌剂、生物质炭、微藻溶液以及腐殖酸按比例混合均匀，即可制备得到盐碱化土壤改良生态修复剂。

进一步的，步骤1中将枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、侧孢芽孢杆菌、酵母菌、植物乳酸杆菌、嗜酸乳杆菌按重量配比为1:1.2:0.8:1.5:0.7:0.6的组份混合，制备出功能复合微生物菌剂。

进一步的，步骤2中将打包好的农作物秸秆，经破碎压块成型后，利用生物质热解炭气联产设备，以空气为气化剂，在500℃中进行厌氧热解炭化处理，冷却后制备出生物质炭，然后用粉碎机粉碎成粉末，粉末粒径为200-300目，备用。

进一步的，步骤3制备微藻溶液包括以下过程：S1：筛选藻种，选择固氮蓝藻作为基本藻属，选择柱孢藻、念珠藻、螺旋藻或者微鞘藻作为藻种；S2：耐盐度驯化，通过调整培养基的配方，对其进行耐盐度驯化、降低氮磷含量驯化以及适应待处理水质驯化；S3：微藻扩繁，采用当地水源将藻种与培养基按体积比为1:4-1:8的比例接种，培养液体系为50-100L，培养条件为：温度25-35℃，光照10000-30000勒克斯，pH为7-9，在密闭反应容器中培养5-8天后，培养液中微藻的细胞干重最高可达到1.1-3.1g/L，完成微藻溶液的制备。

进一步的，S2耐盐度驯化包括以下过程：S2.1：针对藻种配制培养基，培养条件为：温度23-33℃，光照8000-30000勒克斯，pH：7-10，经过30-50天的驯化后，选取出镜检活性较强的藻种；S2.2：将S2.1中选出后的藻种继续进行驯化，逐步降低培养基中氮、磷等大量元素的含量，使氮磷浓度降低到待处理水质浓度的2倍，培养条件在自然环境下，经过30-50天的驯化后，再次选取镜检活性较强的藻种；S2.3：将S2.2中选出后的藻种继续进行驯化，取当地的水源经无菌过滤，作为驯化培养基，培养基的营养元素为当地水源主要的营养元素，培养条件为自然环境下，经过30-50天的驯化后，选取镜检活性较强的藻种；S2.4：将S2.3中选出后的藻种继续进行驯化，用当地的水源，不做任何处理，作为驯化培养基，藻种培养条件为自然环境下，经过30-50天，完成藻种的耐盐度驯化。

本发明提供的一种盐碱化土壤改良生态修复剂及其制备方法，具有以下有益效果：

1、本发明中的功能复合微生物菌菌种选择适宜盐碱地改良的微生物种类，在盐碱地的环境中达到协同生长和繁殖，同时新陈代谢程中产生多种有机酸，在生物酶的作用下，与盐碱地中的盐、碱发生复杂的生物化学反应，降低了土壤中的pH值，使盐碱地的pH值逐渐接近中性，达到适合植物生长的环境，有效改良盐碱地土壤，并且本发明所选微生物通过竞争、拮抗、溶解等作用抑制有害菌的生长，减少土传病害的发生，达到生态修复的作用。

2、微生物产生的有机酸可以提高盐碱地中碳酸钙的溶解度，激活土壤中被固化的钙离子，被激活的钙离子大量置换被土壤胶体吸附的钠离子，被置换出的钠离子与羧基集团结合成相对稳定的络合物不再危害植物，钾离子在解钾菌的作用下被激活，供植物直接利用，碳酸根被分解成二氧化碳和水。同时由于钠离子被固化，活性钙离子增加，促进植物对磷的吸收；钙离子替代盐碱地中的钠离子，有助于土壤形成团粒结构，增强土壤保水保肥能力；储存在土壤团粒中的磷酸盐缓冲溶液，有利于土壤pH值的稳定。

3、通过添加微藻，施入盐碱地后，微藻液中的固氮蓝藻利用光合作用大量繁殖，并吸收、固定大气和水中的氮元素及水源中的磷元素，此时微藻里含有丰富的氮磷等营养元素，腐烂的微藻降解之后，可大大提高盐碱地中的氮磷含量，可使土壤肥力逐渐得到增强，并可从根本上解决土壤盐碱化的问题，最终达到改善生态环境的目的。

4、通过加入生物质炭，可有效提高复合微生物菌、微藻的稳定性，不易受环境影响。生物质炭的孔隙结构及其对有机质的吸附作用使其成为土壤微生物的良好栖息环境，并促进微生物繁殖，在微生物群落的这种影响下，改善了土壤理化特性，增加了农作物对养分的有效利用。由于生物质炭表面结构的多样性，无论疏水性和亲水性物质，还是酸性物质和碱性物质，都能被生物质炭所吸附，增加了土壤生物多样性，特别是对盐碱土改良其重要作用的微生物，可提高有益微生物的繁殖能力和活性，同时调控土壤微环境的理化性质，影响和调控土壤微生物的生长和代谢，从而增加微生物对矿物分解及多糖分泌，而多糖是土壤团聚体形成和稳定的重要物质，即生物质炭有稳定和增加土壤团聚体的作用。同时，通过利用农作物秸秆制成生物质炭，不仅可对土壤进行改良，利于植物生长，增加土壤肥力、净化水质，在一定程度上为气候变化、环境污染和土壤功能退化等全球关切的热点问题提供解决方案，且成本低。

5、通过添加腐殖酸，一方面可以降低盐碱地土壤的pH，另一方面可以改善微生物在盐碱地的生存环境，同时也可以为微生物和植物的生长提供大量的生长元素。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，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，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明公开了一种盐碱化土壤改良生态修复剂，由下列重量份数的原料制备而成，其中包括：生物质炭10-15份，腐殖酸15-20份，微藻溶液25-30份，功能复合微生物菌剂40-50份。

具体的，本发明实施例公开的盐碱化土壤改良生态修复剂，在降低成本的基础的上，达到初步抑盐、逐步改盐、优化土壤的目的，从而降低后期土壤处理成本，实现土壤的可持续利用，其中生物质炭主要用于提高功能复合微生物菌以及微藻的稳定性，使其性能不易受环境影响，增加了土壤生物的多样性。微藻溶液主要用于提高盐碱地中的氮磷含量，可使土壤肥力逐渐得到增强，并可从根本上解决土壤盐碱化的问题，最终达到改善生态环境的目的。功能复合微生物菌剂在生物酶的作用下，可以与盐碱地中的盐、碱发生复杂的生物化学反应，降低土壤中的pH值，使盐碱地的pH值逐渐接近中性，达到适合植物生长的环境，有效改良盐碱地土壤。腐殖酸一方面可以降低盐碱地土壤的pH，另一方面可以改善微生物在盐碱地的生存环境，同时也可以为微生物和植物的生长提供大量的生长元素。

进一步的，功能复合微生物菌剂包括枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、侧孢芽孢杆菌、酵母菌、植物乳酸杆菌以及嗜酸乳杆菌。根据实际情况功能复合微生物菌剂选择枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、侧孢芽孢杆菌、酵母菌、植物乳酸杆菌以及嗜酸乳杆菌中的一种或者多种。

进一步的，微藻溶液包括藻属和藻种，其中：藻属为固氮蓝藻；藻种包括柱孢藻、念珠藻、螺旋藻以及微鞘藻。藻属优选为固氮蓝藻，主要由于其固氮能力较强，藻种的旋转根据盐碱地不同的盐碱度进行选择，其中，柱孢藻植物体为不定形胶质块，生物量最高时可达到2.5g(干重)/L，细胞平均含氮量为8.1％(w/w)，柱孢藻经驯化后适合生长在土壤、静止或流水水体，较适于处理轻度盐碱地；念珠藻幼植物体为球形，成熟后扩展成具皱褶的片状，生物量最高时可达到2.2g(干重)/L，细胞平均含氮量为8.4％(w/w)，念珠藻经驯化后适合生长在潮湿土壤、沙地、草地，适用于轻度或中度盐碱地；螺旋藻藻丝有规则的螺旋卷曲，生物量最高时可达到2.0g(干重)/L，细胞平均含氮量为9.2％(w/w)，螺旋藻经驯化后适合生长在静止或流动的水体，潮湿土壤上，盐湖混生或在其他藻类中，适用于中度或重度盐碱地；微鞘藻植物体为丝体单条，匍匐或形成暗绿色的卷曲植物体，通常彼此黏合，生物量最高时可达到1.8g(干重)/L，细胞平均含氮量为9.7％(w/w)，微鞘藻经驯化后适合生长在潮湿土壤上，适用于重度盐碱地。

为了进一步理解本发明实施例，现在对本发明实施例提供的盐碱化土壤改良生态修复剂的制备方法进行具体的说明：

选择中度盐碱地进行改良，其中试验地块0-20cm耕地层土壤盐分含量为2.1-3.7g/kg，平均含量为2.9g/kg，pH值为8.97，平均有机质含量为7.78g/kg，有效磷8.33mg/kg，速效钾221.15mg/kg，全氮量0.36g/kg，碱解氮33.73g/kg。

实施例1

步骤1：准备功能复合微生物菌溶液：将已筛选好的，并经过逐级扩大培养的有效活菌数达20亿/g的功能复合微生物菌剂准备450mL；

步骤2：制备生物质炭：利用当地玉米秸秆，采用控风控氧热解技术，在500-700℃裂解产生的生物质炭粉碎后过200目筛，称取100g；

步骤3：准备微藻溶液：将放大培养后，微藻的细胞干重达到1.1-3.1g/L的微藻溶液准备300mL；

步骤4：准备腐植酸：选取粉末腐殖酸，有机质含量≥75％，过200目筛后，称取150g；

步骤5：制备生态修复剂：将上述4种原料混合后，搅拌均匀；

步骤6：生态修复剂的施用：将制备的生态修复剂，加入10L水稀释后，均匀喷洒入土壤，然后利用旋耕机将0-20cm土壤翻混后，进行播种；

步骤7：对改良生态修复剂用量设置3个对照组和1个常规组，实验开始前测量土壤的盐分、pH值、有机质含量，一段时间后再次进行测量，具体含量数据和效果如下表所示：

通过对比，可明显看出在本发明实施例中，施用生态修复剂处理的0-20cm耕地层土壤盐分降低了15％以上，pH值降低了5％以上，有机质含量提高了10％以上。

实施例2

步骤1：准备功能复合微生物菌溶液：将已筛选好的，并经过逐级扩大培养的有效活菌数达20亿/g的功能复合微生物菌剂准备500mL；

步骤2：制备生物质炭：利用当地玉米秸秆，采用控风控氧热解技术，在500-700℃裂解产生的生物质炭粉碎后过200目筛，称取150g；

步骤3：准备微藻溶液：将放大培养后，微藻的细胞干重达到1.1-3.1g/L的微藻溶液准备250mL；

步骤4：准备腐植酸：选取粉末腐殖酸，有机质含量≥75％，过200目筛后，称取100g；

步骤5：制备生态修复剂：将上述4种原料混合后，搅拌均匀；

步骤6：生态修复剂的施用：将制备的生态修复剂，加入10L水稀释后，均匀喷洒入土壤，然后利用旋耕机将0-20cm土壤翻混后，进行播种；

步骤7：对改良生态修复剂用量设置3个对照组和1个常规组，实验开始前测量土壤的盐分、pH值、有机质含量，一段时间后再次进行测量，具体含量数据和效果如下表所示：

通过对比，可明显看出在本发明实施例中，施用生态修复剂处理的0-20cm耕地层土壤盐分降低了10％以上，pH值降低了5％以上，有机质含量提高了10％以上。

以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。

Claims (8)

1.一种盐碱化土壤改良生态修复剂，其特征在于，由下列重量份数的原料制备而成，其中包括：生物质炭10-15份，腐殖酸15-20份，微藻溶液25-30份，功能复合微生物菌剂40-50份。

2.根据权利要求1所述的盐碱化土壤改良生态修复剂，其特征在于，所述功能复合微生物菌剂包括枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、侧孢芽孢杆菌、酵母菌、植物乳酸杆菌以及嗜酸乳杆菌。

3.根据权利要求1所述的盐碱化土壤改良生态修复剂，其特征在于，所述微藻溶液包括藻属和藻种，其中：

所述藻属为固氮蓝藻；

所述藻种包括柱孢藻、念珠藻、螺旋藻以及微鞘藻。

4.一种制备权利要求1-3任一项所述的盐碱化土壤改良生态修复剂的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：制备功能复合微生物菌剂；

步骤2：制备生物质炭；

步骤3：制备微藻溶液；

步骤4：将制备好的功能复合微生物菌剂、生物质炭、微藻溶液以及腐殖酸按比例混合均匀，即可制备得到盐碱化土壤改良生态修复剂。

5.根据权利要求4所述的制备盐碱化土壤改良生态修复剂的方法，其特征在于，步骤1中将枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、侧孢芽孢杆菌、酵母菌、植物乳酸杆菌、嗜酸乳杆菌按重量配比为1:1.2:0.8:1.5:0.7:0.6的组份混合，制备出功能复合微生物菌剂。

6.根据权利要求4所述的制备盐碱化土壤改良生态修复剂的方法，其特征在于，步骤2中将打包好的农作物秸秆，经破碎压块成型后，利用生物质热解炭气联产设备，以空气为气化剂，在500℃中进行厌氧热解炭化处理，冷却后制备出生物质炭，然后用粉碎机粉碎成粉末，粉末粒径为200-300目，备用。

7.根据权利要求4所述的制备盐碱化土壤改良生态修复剂的方法，其特征在于，步骤3制备微藻溶液包括以下过程：

S1：筛选藻种，选择固氮蓝藻作为基本藻属，选择柱孢藻、念珠藻、螺旋藻或者微鞘藻作为藻种；

S2：耐盐度驯化，通过调整培养基的配方，对其进行耐盐度驯化、降低氮磷含量驯化以及适应待处理水质驯化；

S3：微藻扩繁，采用当地水源将藻种与培养基按体积比为1:4-1:8的比例接种，培养液体系为50-100L，培养条件为：温度25-35℃，光照10000-30000勒克斯，pH为7-9，在密闭反应容器中培养5-8天后，培养液中微藻的细胞干重达到1.1-3.1g/L，完成微藻溶液的制备。

8.根据权利要求7所述的制备盐碱化土壤改良生态修复剂的方法，其特征在于，所述S2耐盐度驯化包括以下过程：

S2.1：针对藻种配制培养基，培养条件为：温度23-33℃，光照8000-30000勒克斯，pH：7-10，经过30-50天的驯化后，选取出镜检活性较强的藻种；

S2.2：将S2.1中选出后的藻种继续进行驯化，逐步降低培养基中氮、磷等大量元素的含量，使氮磷浓度降低到待处理水质浓度的2倍，培养条件在自然环境下，经过30-50天的驯化后，再次选取镜检活性较强的藻种；

S2.3：将S2.2中选出后的藻种继续进行驯化，取当地的水源经无菌过滤，作为驯化培养基，培养基的营养元素为当地水源主要的营养元素，培养条件为自然环境下，经过30-50天的驯化后，再次选取镜检活性较强的藻种；

S2.4：将S2.3中选出后的藻种继续进行驯化，用当地的水源，不做任何处理，作为驯化培养基，藻种培养条件为自然环境下，经过30-50天，完成藻种的耐盐度驯化。