CN116354766A - 一种促进蔬菜生长及改良土壤的炭基生物有机肥及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于有机肥技术领域，具体涉及一种促进蔬菜生长及改良土壤的炭基生物有机肥及其制备方法。本发明提供了一种炭基生物有机肥，由以下质量百分比计的原料组成：稻壳炭15～20％、甲壳素0.08～0.1％、白糖0.5～2％、矿源黄腐酸钾1～1.6％、氨基酸粉3～4％、枯草芽孢杆菌2～5％和有机物料66～78％；其中枯草芽孢杆菌采用多级培养的方法进行增殖，该方法能有效地减少杂菌且保证功能菌株快速扩繁。本发明以稻壳炭作为炭基生物有机肥的有机载体，其大比表面积可为功能菌株提供生存空间，该复合炭基生物有机肥功能丰富，能够促进作物养分吸收、改善土壤理化性质和提高肥料利用率。
Description
技术领域
本发明属于有机肥技术领域，具体涉及一种促进蔬菜生长及改良土壤的炭基生物有机肥及其制备方法。
背景技术
土壤是人类环境的重要组成部分，是不可缺少、不可再生的自然资源，是一切生物赖以生存的重要基础，是地球生态系统物质、能量交换与循环的重要场所。生产实践中，农民片面地追求粮食高产，长期大量施用化肥，不仅造成了农作物产量和品质严重下降，而且还引起了土壤元素偏耗、养分失衡、土壤内有益微生物多样性降低、土壤板结盐渍化等多种土壤品质下降的现象。因此，如何改良土壤以促进植物生长是亟待解决的问题。
施用生物有机肥是目前农业土壤污染修复的常用措施。生物有机肥主要指农业和畜牧业的废弃物或有机垃圾经有益微生物发酵、加工而成的有机肥料，其含大量有机质和有益微生物及微生物代谢产物，兼有微生物接种剂和有机肥料的效用，是最具发展潜力的新型肥料之一。传统畜禽粪有机肥生产成本低，施用后不仅增产，而且能提高或改善作物品质，但其生产方式落后，堆肥过程麻烦，有效养分含量低，体积庞大施用不便，不能适应现代农业和商品经济的发展。
近几年，有研究通过在生物有机肥的基础上添加炭基材料制备成炭基生物有机肥，但这些材料功能较为单一，对促进作物生长与改良土壤皆有一定的局限性。因此，需要研究一种能有效改良土壤的炭基生物有机肥。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种促进蔬菜生长及改良土壤的炭基生物有机肥，将生物质炭、甲壳素、白糖、矿源黄腐酸钾、氨基酸粉和枯草芽孢杆菌剂复合有机肥使用，既能够改善土壤结构，又能够促进作物养分吸收。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
本发明提供了一种促进蔬菜生长及改良土壤的炭基生物有机肥，由以下质量百分比计的原料组成：生物质炭15～20％、甲壳素0.08～0.1％、白糖0.5～2％、矿源黄腐酸钾1～1.6％、氨基酸粉3～4％、枯草芽孢杆菌2～5％和有机物料66～78％；
所述炭基生物有机肥的制备方法如下：
S1、将生物质清洗干燥，经粉碎和热解后得到生物质炭；
S2、将枯草芽孢杆菌粉放入经过高温灭菌冷却后的营养肉汤中摇床培养备用，再将枯草芽孢杆菌液接种到营养琼脂平板中培养，然后使用灭菌后的接种环挑取枯草芽孢杆菌单菌落接种到营养肉汤中摇床培养；
S3、将S2中多级培养得到的枯草芽孢杆菌液接种到有机物料中，加入稻壳炭、甲壳素、矿源黄腐酸钾、白糖和氨基酸粉后搅拌混合，混合后物料水分保持60～70％，然后将该混合物料发酵培养7～9天，发酵期间每2～3天将发酵池内的物料搅拌一次，制得富含枯草芽孢杆菌的有机载体；
S4、将S3得到的富含枯草芽孢杆菌的有机载体自然风干至水分含量≤15％，即可获得促进蔬菜生长及改良土壤的炭基生物有机肥。
优选地，所述步骤S1中，将生物质清洗干燥待用，粉碎后过10目筛，然后以10℃/min的升温速率加热到500～800℃，持续热解4～5_h得到生物质炭。
优选地，所述步骤S2中，将枯草芽孢杆菌粉放入经过高温灭菌冷却后的营养肉汤中，37℃摇床培养30min，转速200rpm，备用；随后将枯草芽孢杆菌液接种到营养琼脂平板中，放入电热培养箱设置37℃培养12h；然后使用灭菌后的接种环挑取枯草芽孢杆菌单菌落接种到营养肉汤中，37℃摇床培养24h，转速200rpm。
优选地，所述营养肉汤配方为蛋白胨10g/L、氯化钠5g/L、牛肉膏粉3g/L，水为余量，pH为7.4±0.2。
优选地，所述营养琼脂平板配方为蛋白胨10g/L、氯化钠5g/L、牛肉膏粉3g/L、琼脂15g/L，水为余量，pH为7.3±0.2。
优选地，步骤S3中，所述发酵温度为32～37℃。
优选地，所述生物质包括稻壳、玉米秸秆、水稻秸秆、龙虾壳。
优选地，所述有机肥为牛羊粪有机肥或秸秆有机肥。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明将稻壳炭、甲壳素、白糖、矿源黄腐酸钾、氨基酸粉和枯草芽孢杆菌剂复合有机肥使用，其中枯草芽孢杆菌作为功能菌株，具有较强的耗氧分解能力，可活化土壤有益微生物，形成优势种群，有效促进作物根部的抗病能力；甲壳素作为主要配料之一，能够可替代种衣剂，保护种子正常发育，增强植株抗倒伏能力；白糖作为配料，在肥料发酵的过程中转化为葡萄糖，为功能菌株的扩繁提供能量；生物质炭，其比表面积大可以在制备发酵的过程中为肥料中的功能菌株提供扩繁空间，施入土壤后也可为土壤微生物提供生存空间，对促进土壤微生物群落多样化有着积极作用，且稻壳炭中高含量的硅和钾对土壤有着极大的改良潜力；矿源黄腐酸钾相比于普通的黄腐酸钾，其富含羟基、羧基、酚羟基、甲氧基等官能团，同时能够形成土壤团粒结构，分子量也较大，储存也更为稳定。
本发明的炭基生物有机肥的制备方法为先采用多级培养的方法对枯草芽孢杆菌进行增殖，该方法能有效地减少杂菌且保证功能菌株快速扩繁，固定的菌种和丰富的有效菌数保证后续发酵过程充分，能够降解更多有机质，有利于植物吸收。本发明的促进蔬菜生长及改良土壤的炭基生物有机肥用于空心菜生长时，能显著提高空心菜株茎和根部生长量。
附图说明
图1为不同施肥处理对土壤pH和阳离子交换量的影响；
图2为不同施肥处理对土壤氮磷钾、有机质含量的影响；
图3为不同施肥处理对空心菜植株生长的影响；
图4为不同施肥处理对空心菜植株根系生长的影响。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为可通过常规的商业途径购买得到的。
实施例1促进蔬菜生长及改良土壤的炭基生物有机肥的制备
本实施例中枯草芽孢杆菌粉购自于山东蔚蓝生物科技有限公司，所使用的有机物料购自江苏思威博生物科技有限公司。炭基生物有机肥的具体制备步骤如下：
1、将稻壳废弃物清洗干燥待用，粉碎后过10目筛，然后以10℃/min的升温速率加热到600℃，持续热解4h得到稻壳生物炭；
2、将枯草芽孢杆菌粉放入经过高温灭菌冷却后的营养肉汤中，37℃摇床培养30min，转速200rpm，备用；随后将枯草芽孢杆菌液以4×103CFU/g的接种量接种到营养琼脂平板中，放入电热培养箱设置37℃培养12h；然后使用灭菌后的接种环挑取枯草芽孢杆菌单菌落接种到营养肉汤中，37℃摇床培养24h，转速200rpm；
其中，营养肉汤配方为：蛋白胨10g/L、氯化钠5g/L、牛肉膏粉3g/L，余量为蒸馏水，pH为7.4±0.2；营养琼脂平板配方为：蛋白胨10g/L、氯化钠5g/L、牛肉膏粉3g/L、琼脂15g/L，余量为蒸馏水，pH为7.3±0.2。
3、将步骤2中多级培养得到的枯草芽孢杆菌液接种到有机物料中，再加入稻壳炭、甲壳素、矿源黄腐酸钾、白糖和氨基酸粉后搅拌混合，混合后物料水分保持60～70％，最终发酵原料由按重量百分比计的稻壳炭20％、甲壳素0.1％、白糖1.9％、矿源黄腐酸钾1％、氨基酸粉4％、秸秆有机物料70％和枯草芽孢杆菌3％组成，然后将该混合物料在37℃下发酵培养7天，发酵期间每2天将发酵池内的物料搅拌一次，制得富含枯草芽孢杆菌的有机载体；
经平板计数法检测，添加20％稻壳炭的炭基生物有机肥可得到1.505×109CFU/g的枯草芽孢杆菌有效活菌数。
4、将步骤3得到的富含枯草芽孢杆菌的有机载体自然风干至水分含量≤15％，即可获得促进蔬菜生长及改良土壤的炭基生物有机肥。
对比例1生物有机肥的制备
生物有机肥与实施例1的炭基生物有机肥的制备方法相似，不同之处在于，没有添加生物质炭进行混合发酵。
实验例1炭基生物有机肥应用于空心菜生长
本实验例所使用的土壤来源于广东省佛山市(22°99′N，113°24′E)某农田表层土(0～20cm)。称取3.5kg过筛后的土壤装入塑料花盆(直径21.5cm，高14.8cm)，用自来水浇灌盆栽土壤至田间持水量的70％。试验设置4个处理：(1)CK，不施加肥料；(2)CF，100％化肥；(3)BOF，75％化肥+25％对比例1制得的生物有机肥；(4)BBOF，75％化肥+25％实施例1制得的炭基生物有机肥，化肥与生物有机肥或炭基生物有机肥配施处理比例采取75％的化肥(按氮含量计算)和25％的生物有机肥或炭基生物有机肥(按氮含量计算)，各个施肥一次性施入土壤。化肥处理的预定剂量设置为：N＝0.10g/kg，P＝0.02g/kg，K＝0.07g/kg，符合蔬菜生产实践中的常规施肥量。各试验处理施肥量如表1所示：
表1各试验处理施肥量
用穴盆育苗至空心菜长约12cm高时，选择长势一致的空心菜植株移栽至上述花盆中，花盆中预先加入混匀的土壤和肥料组合(具体见表1)。所有处理设置3个重复，盆子按随机区组方式排列，空心菜置于自然条件下培养，正常浇水管理，生长过程中不再施肥。分别在空心菜移栽33天、64天和97天时，收集植物材料分析不同收获期空心菜的生物量。移栽97天后收集土壤测定相关的一系列理化指标。
土壤pH值和阳离子交换量是反应土壤理化性质的最基础指标。不同施肥处理对土壤pH和阳离子交换量的影响如图1所示，BBOF处理后的土壤pH相比于其他对照组有提高，表明该炭基生物有机肥能有效改善土地酸化的问题；相比于CK，CF、BOF和BBOF的土壤阳离子交换量均显著提高，其中CF、BBOF最为显著。
不同施肥处理对土壤的氮磷钾、有机质含量的影响如图2所示，施用BBOF能够显著(P＜0.05)提高土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量，而CF和BOF处理均无显著变化，表明稻壳炭等原料能提高土壤的氮磷钾含量，而且实施例1的有机载体富含枯草芽孢杆菌，枯草芽孢杆菌可加速氮、磷与钾的矿化与释放，从而提高土壤养分。另外，BBOF的土壤有机质含量也高于其余对照组。
不同施肥处理对空心菜植株生长的影响如图3所示，与CK相比，CF、BOF和BBOF施肥处理均提高了不同收获期空心菜的生物量。其中，CF、BOF和BBOF处理下第一茬空心菜生物量较对照分别提高了31.15％、42.26％和59.19％，第二茬分别提高了29.97％、37.72％和40.70％，第三茬分别提高了22.99％、48.93％和30.77％。与CK相比，3种施肥处理对第一茬株高均无显著影响，第二茬分别提高了31.25％、23.08％和51.92％，第三茬均无显著影响。与CK相比，3种施肥处理对第一茬茎粗均无显著差异，第二茬分别提高了3.66％、22.30％和84.48％，BBOF处理下第三茬提高了219.49％，其他处理均无显著差异。
植物的根系是养分吸收和合成的重要器官，地上部分的生长、产量以及营养状况直接受到根系生长情况的影响。如图4所示，炭基生物有机肥与化肥配施能够显著地(P＜0.05)提高空心菜的根长，与CK相比，BBOF处理提高了142.54％；而其他处理对空心菜的根长无显著性影响。与不同施肥处理对根长结果类似，BBOF处理显著地(P＜0.05)提高了根表面积，较对照提高了104.15％。然而，不同施肥处理下空心菜根粗与CK相比无显著差异。与对照相比，BOF、BBOF处理下空心菜根的分支数的较对照分别提高118.71％和308.06％。
从上述数据看，相较于其余对照组，BBOF对空心菜植株茎和根部生长影响最大，主要是因为枯草芽孢杆菌通过改良土壤，为作物的根系创造良好的环境及营养条件，此外，枯草芽孢杆菌分泌活性物质可刺激作物生长型内源激素占比上升，如吲哚乙酸、赤霉素等含量增加，脱落酸含量降低等。而枯草芽孢杆菌的扩繁得益于本发明的多级培养方法，以及稻壳炭的比表面积大可以为肥料中的功能菌株提供生存空间，保证扩繁效果，而白糖在肥料发酵的过程中转化为葡萄糖，为功能菌株的扩繁提供能量。
以上对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种促进蔬菜生长及改良土壤的炭基生物有机肥，其特征在于，包括以下质量百分比的原料：生物质炭15～20％、甲壳素0.08～0.1％、白糖0.5～2％、矿源黄腐酸钾1～1.6％、氨基酸粉3～4％、枯草芽孢杆菌2～5％、有机物料66～78％；
所述炭基生物有机肥的制备方法如下：
S1、将生物质清洗干燥，经粉碎和热解后得到生物质炭；
S2、将枯草芽孢杆菌粉放入经过高温灭菌冷却后的营养肉汤中摇床培养备用，再将枯草芽孢杆菌液接种到营养琼脂平板中培养，然后挑取枯草芽孢杆菌单菌落接种到营养肉汤中摇床培养；
S3、将S2中多级培养得到的枯草芽孢杆菌液接种到有机物料中，再加入生物质炭、甲壳素、矿源黄腐酸钾、白糖和氨基酸粉后搅拌混合，混合后物料水分保持60～70％，然后将该混合物料发酵培养7～9天，发酵期间每2～3天将发酵池内的物料搅拌一次，制得富含枯草芽孢杆菌的有机载体；
S4、将S3得到的富含枯草芽孢杆菌的有机载体自然风干至水分含量≤15％，即可获得促进蔬菜生长及改良土壤的炭基生物有机肥。
2.根据权利要求1所述的一种促进蔬菜生长及改良土壤的炭基生物有机肥，其特征在于，所述步骤S1中，将生物质清洗干燥待用，粉碎后过10目筛，然后以10℃/min的升温速率加热到500～800℃，持续热解4～5h得到生物质炭。
3.根据权利要求1所述的一种促进蔬菜生长及改良土壤的炭基生物有机肥，其特征在于，所述步骤S2中，将枯草芽孢杆菌粉放入经过高温灭菌冷却后的营养肉汤中，37℃摇床培养30min，转速200rpm，备用；随后将枯草芽孢杆菌液接种到营养琼脂平板中，放入电热培养箱设置37℃培养12h；然后使用灭菌后的接种环挑取枯草芽孢杆菌单菌落接种到营养肉汤中，37℃摇床培养24h，转速200rpm。
4.根据权利要求1所述的一种促进蔬菜生长及改良土壤的炭基生物有机肥，其特征在于，所述营养肉汤配方为：蛋白胨10g/L、氯化钠5g/L、牛肉膏粉3g/L，余量为水，pH为7.4±0.2。
5.根据权利要求1所述的一种促进蔬菜生长及改良土壤的炭基生物有机肥，其特征在于，所述营养琼脂平板配方为：蛋白胨10g/L、氯化钠5g/L、牛肉膏粉3g/L、琼脂15g/L，余量为水，pH为7.3±0.2。
6.根据权利要求1所述的一种促进蔬菜生长及改良土壤的炭基生物有机肥，其特征在于，步骤S3中，所述发酵温度为32～37℃。
7.根据权利要求1所述的一种促进蔬菜生长及改良土壤的炭基生物有机肥，其特征在于，所述生物质包括稻壳、玉米秸秆、水稻秸秆、龙虾壳。
8.根据权利要求1所述的一种促进蔬菜生长及改良土壤的炭基生物有机肥，其特征在于，所述有机肥为牛羊粪有机肥或秸秆有机肥。
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