CN116477993A - 一种覆土栽培类食用菌用的碳基土壤调理剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及土壤调理技术领域，具体涉及一种覆土栽培类食用菌用的碳基土壤调理剂。本发明的土壤调理剂以球磨镁改性生物炭和有机肥为主要材料，以膨润土改性壳聚糖、磷矿粉改性保水剂和增效剂为辅料，其中球磨镁改性生物炭可增加土壤有机碳及镁含量，阻控重金属；膨润土改性壳聚糖可增强重金属在污染土壤中的吸附强度，降低了重金属的解吸；磷矿粉改性保水剂为基于磺化玉米淀粉‑聚丙烯酸包埋磷酸盐岩的高吸水性聚合物，可提高土壤保水能力。本发明的碳基土壤调理剂能改善食用菌覆土土壤结构，提高土壤质量，增加土壤保水能力，增加土壤钾、磷、镁养分，又能阻控食用菌覆土栽培中重金属的富集作用，显著提高覆土栽培食用菌的产量与质量。
Description
技术领域
本发明涉及土壤调理技术领域，具体涉及一种覆土栽培类食用菌用的碳基土壤调理剂。
背景技术
近年来，食用菌的需求不断增加，食用菌覆土栽培种类及栽培面积大幅上升。但由于耕地数量有限，许多作物多年连续种植，土地难以得到轮作倒茬的现象较为普遍，加之工业污染和化肥使用不当等活动，使土壤的某些物理变化发生改变，如土壤团粒结构被破坏，致使土壤板结、土壤透水、通气性越来越差、土壤盐渍化加剧及其土壤水分、养分的失衡，同时造成土壤重金属累积和污染。造成食用菌产量和品质的下降和食用菌重金属铅、镉等含量超标，严重威胁食用菌产业的健康发展。另外，作物连作障碍会导致作物种子的发芽、根系的吸水吸肥均不能正常进行，作物产量和品质下降，严重影响了作物生产的可持续发展。
羊肚菌和竹荪是珍稀食用菌品种，都含有多种人体需要的氨基酸、矿物元素等有益物质，具有较高的食用和医用价值。但目前人工栽培羊肚菌因为缺少高养分覆土和连作障碍的问题导致产量较低，且营养价值也低于野生羊肚菌的营养价值。另外竹荪在栽培时除了需要使用栽培基种植之外，往往需要一层或多层土壤起到保湿、有机营养等作用。珍稀食用菌品种对覆土要求高，而目前大多土壤调理剂无法满足该条件，因此，需要研发一种有效促进覆土栽培类食用菌生长发育的碳基土壤调理剂。
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覆土栽培类食用菌用的碳基土壤调理剂，该土壤调理剂以球磨镁改性生物炭和有机肥为主要材料，以膨润土改性壳聚糖、磷矿粉改性保水剂和增效剂为辅料，能改善食用菌覆土土壤结构，提高土壤质量，增加土壤保水能力，增加土壤钾、磷、镁养分，又能阻控食用菌覆土栽培中重金属的富集作用，显著提高覆土栽培食用菌的产量与质量。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
本发明提供了一种覆土栽培类食用菌用的碳基土壤调理剂，包括以下重量份的原料：有机肥40-70份、球磨镁改性生物炭40-70份、膨润土改性壳聚糖5-10份、磷矿粉改性保水剂1-10份、增效剂2-5份；
所述有机肥接种有复合菌剂；
所述磷矿粉改性保水剂是以磺化玉米淀粉-聚丙烯酸包埋磷酸盐岩为基础的高吸水性聚合物。
优选地，所述有机肥的制备步骤为：以鲜园林剪枝、干酒糟、秸秆为原料，先经高温好氧堆肥工艺处理制成园林剪枝堆肥，然后将混合菌剂接种到园林剪枝堆肥中并充分混合，再经二次高温好氧堆肥工艺处理得到有机肥。
优选地，所述园林剪枝、干酒糟、高粱秸秆的比例范围为1:(2～5):(3～8)。
优选地，所述复合菌剂为哈茨木霉和EM菌混合菌剂。
优选地，所述球磨镁改性生物炭的制备步骤为：将氧化镁和园林剪枝的混合粉碎物在保护气氛下以2～3℃/min的加热速率加热至250-850℃并保持2～3h。
优选地，所述膨润土改性壳聚糖的制备步骤为：首先往壳聚糖溶液加入过硫酸铵溶液，在60～70℃下反应一段时间，然后往反应体系中加入丙烯酸、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺和钠基膨润土，在70～80℃下反应3h，反应后收集固体得到膨润土改性壳聚糖。
更优选地，所述壳聚糖与钠基膨润土的质量比为(1～1.2)：1。
优选地，所述磷矿粉改性保水剂的制备步骤为：
S1、将氯磺酸在冰水浴条件下缓慢加入吡啶中进行氯磺化反应，反应一段时间后得到三氧化硫吡啶络合物；
S2、将玉米淀粉添加到S1的三氧化硫吡啶络合物中，在40～60℃下反应4～5h，将反应产物用醇沉淀，收集固体得到磺化玉米淀粉；
S3、先用碱溶液中和丙烯酸单体，再依次加入过硫酸钾和N,N′-亚甲基双丙烯酰胺制得丙烯酸预聚体；
S4、将S2的磺化玉米淀粉与磷矿粉溶于水中，反应一段时间后往反应体系加入S3的丙烯酸预聚体，然后在70～85℃下聚合反应3～4h，收集固体得到磷矿粉改性保水剂。
优选地，所述增效剂为吲哚乙酸、赤霉素、天冬酰胺、植物脱落酸中的一种或多种。
本发明所述的碳基土壤调理剂应用于覆土栽培类食用菌的土壤改良。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的土壤调理剂以球磨镁改性生物炭和有机肥为主要材料，以膨润土改性壳聚糖、磷矿粉改性保水剂和增效剂为辅料，各组分的改性效果如下：
将富含蒙脱土的膨润土与壳聚糖接枝共聚对壳聚糖进行改性，改性后壳聚糖的分子量更低、结构更均匀，从而提高其生物利用度，使食用菌更容易吸收和利用。改性壳聚糖增强了重金属在污染土壤中的吸附强度，降低了重金属的解吸，可作为重金属固定剂修复污染土壤。另外改性壳聚糖还具有良好的抗菌性能，可以有效地抑制食用菌生长过程中的病原微生物，降低疾病发生的概率。
球磨镁改性生物炭由于添加了球磨镁这种物质，可以提高生物炭的表面活性，增加其对菌丝体的吸附作用，从而促进食用菌的生长和发育。球磨镁改性生物炭不仅质轻、比表面大，改善土壤结构、增加土壤有机碳及镁含量、阻控重金属的同时，还能显著提高了土壤对水分和钾氮磷养分的保留能力。将球磨镁改性生物炭和复合菌生物有机肥等土壤调理剂材料配伍制成的碳基土壤调理剂能够发挥协同作用，更有效提升对酸性土壤的改良效果，同时对土壤氮磷钾的持留性能和作物养分的吸收起着重要作用，从而提高覆土栽培食用菌的产量和质量。
磷矿粉改性保水剂是一种以磺化玉米淀粉-聚丙烯酸包埋磷酸盐岩为基础的农业高吸水性聚合物，相对于传统的化学合成保水剂来说，具有更好的环保性、保水效果、营养物质含量更高、并能增加土壤通气性，因此在食用菌栽培中被越来越多的农民和种植户使用。其次，磷矿粉是一种天然矿物质，不含有害物质，对环境和人体无毒无害，同时其改性保水剂能够有效减少土壤水分蒸发，提高土壤水分利用效率，增加土壤保水能力，并且含有丰富的矿物质和微量元素，可以为食用菌的生长提供必要的营养物质。此外，磷矿粉具有良好的通气性能，能够增加土壤的通气性，促进食用菌的根系发育，提高产量和质量。
园林剪枝有机肥在营养成分均衡、植物病虫害影响小、改善土壤质地、减少环境污染等方面可能更加优越。原因是园林剪枝有机肥来自于园林中的植物，其中含有的病虫害和杂草种子相对较少，同时能够改善土壤质地，增加土壤保水保肥能力，更加环保。但使用时需选择新鲜的，未经过腐熟的有机物，以避免对食用菌造成不良影响。
综上，本发明的碳基土壤调理剂可通过改善覆土栽培食用菌的土壤结构、促进土壤中微生物的活动、提高土壤有机质含量、调节土壤酸碱度和增加土壤中的微量元素含量等多种作用来促进食用菌的生长和发育。
附图说明
图1为60L高温好氧堆肥发酵装置的示意图；
图2为不同施用量的碳基土壤调理剂用于竹荪栽培试验的结果。
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覆土栽培类食用菌用的碳基土壤调理剂的制备
本实施例所使用的园林剪枝、干酒糟、秸秆购自广东润田肥业有限公司。碳基土壤调理剂的具体制备步骤如下：
1、制备园林剪枝有机肥
以新鲜园林剪枝(主要包括：柑桔、荔枝、龙眼、葡萄等)、干酒糟、高粱秸秆为原料，园林剪枝、干酒糟、高粱秸秆的质量比例为1:2:3，经高温好氧堆肥装置(附图1)充分发酵48小时后，制成园林剪枝堆肥，粉碎过50目筛；采用60L的固废高温好氧堆肥桶进行好氧发酵，将哈茨木霉和EM菌混合菌剂分别按1％(v/w)的比例接种到园林剪枝堆肥中，将二次堆肥料充分混合，加水调节混合料含水率至60％左右，再进行为期7天的第二次高温好氧堆肥处理，两次高温好氧堆肥的空气流量控制在120L/h，发酵时维持体系的含氧率≥90％，发酵温度为80℃，得到园林剪枝有机肥。
2、制备球磨镁改性生物炭
园林剪枝粉碎物过60目筛，将氧化镁和园林剪枝以质量比为1:1混合球磨，球磨工艺条件为：二氧化锆球的直径为6.0mm，行星盘的转速设定为350rpm，球磨时间为10h；然后将所得球混合样品放入管式炉中，在N2下以2℃/min的加热速率加热至500℃并保持2h，制得球磨镁改性生物炭。
3、制备改性壳聚糖
(1)将5g壳聚糖溶解在300mL 1％乙酸中，在90℃下持续搅拌5小时配成壳聚糖溶液，再冷却至60℃后，通入高纯氮气30min去除溶液中的氧气；
(2)取0.94g硫酸铵溶解于10mL蒸馏水中配置过硫酸铵水溶液，将硫酸铵水溶液加入壳聚糖溶液中，并在60℃下反应15分钟；
(3)冷却至50℃后，往反应体系加入360mL丙烯酸、1.198g N,N'-亚甲基双丙烯酰胺和4.79g钠基膨润土，在连续搅拌下温度维持70℃反应3小时，然后通过滴加2mol L-1的氢氧化钠以中和混合物，收集颗粒状产品，经蒸馏水洗涤、70℃下干燥、研磨、过100目筛后得到膨润土改性壳聚糖。
4、制备磷矿粉改性保水剂
(1)将200mL吡啶加入500mL三颈圆底烧瓶中，在磁力搅拌和冰水浴下，将10mL氯磺酸缓慢滴入烧瓶中反应1h，得到中间产物三氧化硫吡啶络合物；
(2)在搅拌下，将10g玉米淀粉添加到三氧化硫吡啶络合物中，在45℃下持续反应4h，加入与反应溶液等体积的无水乙醇，搅拌均匀使淀粉充分沉淀，滤渣用95％乙醇和少量蒸馏水洗涤3次，干燥得到中间产物磺化玉米淀粉；
(3)将4.67g KOH溶解在25mL蒸馏水配置KOH溶液，用KOH溶液中和10g丙烯酸，然后加入1.7wt.％过硫酸钾和0.3wt.％N,N′-亚甲基双丙烯酰胺，得到丙烯酸预聚体；
(4)将1.67g磺化玉米淀粉和3.0g磷矿粉溶解在35mL蒸馏水中，在室温搅拌30分钟，并在磁力搅拌下将丙烯酸预聚体加入反应体系，然后油浴缓慢加热至75℃持续3小时以完成聚合，最后将所得产物在100℃下干燥至恒重，研磨过20目筛后得到磷矿粉改性保水剂。
5、制备碳基土壤调理剂
按重量份取步骤1～4制得的70份园林剪枝有机肥、70份球磨镁改性生物炭、10份改性壳聚糖、10份磷矿粉改性保水剂和5份吲哚乙酸(增效剂)，将各组分混合均匀，制得碳基土壤调理剂。
实验例1碳基土壤调理剂应用于修复羊肚菌连作障碍土壤
本实验例所使用的土壤来源于贵州省某市羊肚菌连作三年的土壤(基础理化性质见表1)。本试验采用完全随机设计，将土壤分为实验组和对照组。实验组将碳基土壤改良剂分别以0.5％(BC1)、1％(BC2)和2％(BC3)的添加量(质量比)与土壤混合，对照组土壤不添加任何修复剂(CK)。观测指标包括土壤酸碱度、土壤有机质含量和作物生长状况。土壤基本理化性状测定采用土壤农化常规分析方法：pH值用电位法(土水质量比1:2.5)测定；有机质用重铬酸钾容量法测定；全氮用半微量开氏法测定；速效钾用火焰光度法测定；速效磷用0.05mol/LNaHCO3提取钼蓝比色法测定；碱解氮使用碱解扩散法测定。表1和表2分别为土壤基础理化性质和不同处理土壤理化性质：
表1土壤基础理化性质
表2不同处理土壤理化性质
从表2测试结果看出，碳基土壤改良剂可以改善土壤环境多项理化性质。碳基土壤改良剂通过调节土壤pH值、增加土壤有机质和全氮含量、提高土壤速效钾和速效磷含量、增加土壤碱解氮含量等方式，促进羊肚菌的生长和发育，提高其产量。在连作3年的土壤中使用碳基土壤改良剂可以将羊肚菌的产量提高55.4％以上。
实验例2碳基土壤调理剂应用于修复酸化土壤。
本实验例所使用的土壤来源于广东省清远市佛冈县迳头镇的土壤(基础理化性质见表3)。本试验采用完全随机设计，将土壤分为实验组和对照组。实验组将碳基土壤改良剂分别以0.5％(BC1)、1％(BC2)和2％(BC3)的添加量(质量比)与土壤混合，对照组土壤不添加任何修复剂(CK)。观测指标包括土壤酸碱度、土壤有机质含量和作物生长状况。土壤基本理化性状测定采用土壤农化常规分析方法如实施例1。表3和表4分别为土壤基础理化性质和不同处理土壤理化性质：
表3土壤基础理化性质
表4不同处理土壤理化性质
从表4测试结果看出，碳基土壤改良剂可以改善土壤环境多项理化性质。碳基土壤改良剂通过调节土壤pH值、增加土壤有机质和全氮含量、提高土壤速效钾和速效磷含量、增加土壤碱解氮含量等方式，促进竹荪菌的生长和发育，提高其产量。在连作3年的土壤中使用碳基土壤改良剂可以将羊肚菌的产量提高20％以上。
为了探究理想的投料量，实验组将碳基土壤改良剂分别以3％BC、4％BC和5％BC的添加量(质量比)与土壤混合，结果如图2所示，BC3(即2％BC)对羊肚菌产量提高最大。
实验例3碳基土壤调理剂应用于改善食用菌栽培土壤的微生态改善功能
本实验例所使用的土壤来源于广东省佛山市三水区的酸性红壤。本试验采用完全随机设计，将土壤分为实验组和对照组。实验组将碳基土壤改良剂分别以0.5％(BC1)、1％(BC2)、2％(BC3)和3％(BC4)的添加量(质量比)与土壤混合，对照组土壤不添加任何修复剂(CK)。观测指标包括土壤pH，细菌群落多样性指数，土壤碱性磷酸酶活性、酸性过磷酸酶活性和过氧化氢酶活性，β葡糖苷酶。表5和表6分别为土壤基础理化性质和不同处理土壤理化性质：
表5土壤原始理化性质
表6不同处理土壤理化性质
对于食用菌栽培来说，土壤pH对菌丝生长、子实体形成、产量和品质等方面有很大影响。不同种类的食用菌对土壤pH有不同的要求。例如，羊肚菌适宜在pH 6.5-7.5的中性或微碱性土壤中生长。细菌群落多样性指数是描述土壤微生物多样性的指标，包括丰富度(Chao1)、丰富度/均匀度(Shannon、Simpson)，对于食用菌栽培来说，土壤微生物的多样性与菌丝生长、生长速度和产量等方面密切相关。高多样性的微生物群落可以提供更多的养分和其他有益物质，促进食用菌的生长。土壤碱性磷酸酶活性、酸性过磷酸酶活性和过氧化氢酶活性是描述土壤中某些重要酶类活性的指标。这些酶类在土壤中分解有机质、促进养分循环、提高土壤肥力等方面起着重要作用，并与菌丝生长和产量等方面密切相关。β葡糖苷酶是一种水解木质纤维素的酶类，β葡糖苷酶可以分解木质纤维素，释放出有机酸、糖类等养分，促进食用菌的生长。此外，β葡糖苷酶也可以改善土壤结构，增加土壤通气性和透水性，提高土壤肥力。因此，β葡糖苷酶在食用菌栽培中起着重要作用。从表5测试结果可以看出，碳基土壤调理剂可以改善土壤环境的细菌群落多样性指数，使用调理剂后的土壤剂具有高多样性的微生物群落，可以提供更多的养分和其他有益物质，促进食用菌的生长；另外碳基土壤调理剂可以改善壤土壤的β葡糖苷酶活性、碱性磷酸酶活性、酸性过磷酸酶活性和过氧化氢酶活性。
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 (9)
1.一种覆土栽培类食用菌用的碳基土壤调理剂，其特征在于，包括以下重量份的原料：有机肥40-70份、球磨镁改性生物炭40-70份、膨润土改性壳聚糖5-10份、磷矿粉改性保水剂1-10份、增效剂2-5份；
所述有机肥接种有复合菌剂；
所述磷矿粉改性保水剂是以磺化玉米淀粉-聚丙烯酸包埋磷酸盐岩为基础的高吸水性聚合物。
2.根据权利要求1所述的覆土栽培类食用菌用的碳基土壤调理剂，其特征在于，所述有机肥的制备步骤为：以鲜园林剪枝、干酒糟、秸秆为原料，先经高温好氧堆肥工艺处理制成园林剪枝堆肥，然后将混合菌剂接种到园林剪枝堆肥中并充分混合，再经二次高温好氧堆肥工艺处理得到有机肥。
3.根据权利要求1所述的覆土栽培类食用菌用的碳基土壤调理剂，其特征在于，所述复合菌剂为哈茨木霉和EM菌混合菌剂。
4.根据权利要求1所述的覆土栽培类食用菌用的碳基土壤调理剂，其特征在于，所述球磨镁改性生物炭的制备步骤为：将氧化镁和园林剪枝的混合粉碎物在保护气氛下以2～3℃/min的加热速率加热至250-850℃并保持2～3h。
5.根据权利要求1所述的覆土栽培类食用菌用的碳基土壤调理剂，其特征在于，所述膨润土改性壳聚糖的制备步骤为：首先往壳聚糖溶液加入过硫酸铵溶液，在60～70℃下反应一段时间，然后往反应体系中加入丙烯酸、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺和钠基膨润土，在70～80℃下反应3h，反应后收集固体得到膨润土改性壳聚糖。
6.根据权利要求5所述的覆土栽培类食用菌用的碳基土壤调理剂，其特征在于，所述壳聚糖与钠基膨润土的质量比为(1～1.2)：1。
7.根据权利要求1所述的覆土栽培类食用菌用的碳基土壤调理剂，其特征在于，所述磷矿粉改性保水剂的制备步骤为：
S1、将氯磺酸在冰水浴条件下缓慢加入吡啶中进行氯磺化反应，反应一段时间后得到三氧化硫吡啶络合物；
S2、将玉米淀粉添加到S1的三氧化硫吡啶络合物中，在40～60℃下反应4～5h，将反应产物用醇沉淀，收集固体得到磺化玉米淀粉；
S3、先用碱溶液中和丙烯酸单体，再依次加入过硫酸钾和N,N′-亚甲基双丙烯酰胺制得丙烯酸预聚体；
S4、将S2的磺化玉米淀粉与磷矿粉溶于水中，反应一段时间后往反应体系加入S3的丙烯酸预聚体，然后在70～85℃下聚合反应3～4h，收集固体得到磷矿粉改性保水剂。
8.根据权利要求1所述的覆土栽培类食用菌用的碳基土壤调理剂，其特征在于，所述增效剂为吲哚乙酸、赤霉素、天冬酰胺、植物脱落酸中的一种或多种。
9.权利要求1至8任一项所述的碳基土壤调理剂应用于覆土栽培类食用菌的土壤改良。
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310452328.6A Pending CN116477993A (zh) | 2023-04-25 | 2023-04-25 | 一种覆土栽培类食用菌用的碳基土壤调理剂 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116477993A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117185873A (zh) * | 2023-09-20 | 2023-12-08 | 中国科学院沈阳应用生态研究所 | 一种用于提高土壤产能的肥料及其制备方法 |
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2023
- 2023-04-25 CN CN202310452328.6A patent/CN116477993A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117185873A (zh) * | 2023-09-20 | 2023-12-08 | 中国科学院沈阳应用生态研究所 | 一种用于提高土壤产能的肥料及其制备方法 |
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