CN116640580A - 一种土壤调理剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种土壤调理剂及其制备方法和应用，涉及土壤调理剂技术领域。所述土壤调理剂的制备方法为：将农林废弃物经风干、水热反应制得生物炭，将生物炭、黄腐酸钾、黄腐酸钾废弃物和复合微生物菌剂混匀，加入粘合剂，经挤压造粒得到土壤调理剂，所述复合微生物菌剂包括解淀粉芽孢杆菌、鞘氨醇单胞菌和紫云英根瘤菌。所制得土壤调理剂可有效利用黄腐酸钾废弃物，还能克服生物炭基肥本身养分不足等缺陷，同时，通过解淀粉芽孢杆菌、鞘氨醇单胞菌和紫云英根瘤菌的协同促进作用，有利于植株的生长，具有养分全面、制备工艺简单易行和成本低等问题。
Description
技术领域
本发明涉及肥料技术领域，具体涉及一种土壤调理剂及其制备方法和应用。
背景技术
生物炭是一种高碳，细颗粒的残留物，目前通过现代热解工艺产生。生物炭含有矿质养分，可有效提供土壤磷、钾、钙、镁、微量元素等矿质元。生物pH值天然呈弱碱性，可以改良酸性土壤。生物炭具有非常好的吸附能力和化学反应性，可作为肥料缓释载体，延缓肥料养分在土壤中释放，避免土壤溶液盐分过高，减少养分流失。生物炭有利于土壤保温，且其特有的孔隙结构及水肥吸附作用，土壤透气性好，可以为土壤微生物创造良好的栖息环境，为土壤微生物提供保护。与有机肥、秸秆还田相比，生物炭能有效克服腐熟不充分、病虫害传播、养分易流失等缺陷，还能固持重金属、吸附有机污染物、抑制土传病害。因此，生物炭被视为改良酸化土、沙化土、白浆土等低产土壤的理想选择，在国际学术界有着“黑色黄金”之称。
但由于生物炭矿物养分含量很低，其直接为植物提供养分的作用还是有限的，而且生物炭本身质地非常轻，直接施入土壤很容易造成损失，因此，常常需要将生物炭与其他物质进行复配使用，以克服生物炭直接作为肥料施入土壤中存在的缺陷。
黄腐酸可疏松板结土壤，促进各种瓜果蔬菜和农作物的生理代谢，促进根系发达、茎叶繁茂，黄腐酸通常作为农药增效剂用于提高防治效果。黄腐酸钾富含羟基、羧基等多种官能团及氨基酸、蛋白质和糖类等物质，它是由动植物残体经微生物的分解和转化以及地球上一系列物理化学的相互作用而形成的。矿源黄腐酸的主要原料是褐煤，在利用褐煤生产黄腐酸钾的工艺中，伴随着黄腐酸钾的制备还产生了大量的黄腐酸钾废渣，具体的，实际生产中，黄腐酸钾与废弃物的重量比为(4-4.5):(5.5-6)，对于生成的大量黄腐酸钾废弃物，如果进行丢弃处理，浪费人力物力，并没有将黄腐酸钾生产废渣进行循环利用。
复合微生物菌剂主要通过各种菌促进土壤中难溶性养分的溶解和释放，使被土壤固定的无效养分转化成有效养分。改善土壤中通气状况、养分供应，对原病原菌具有拮抗、抑制作用，从而减轻作物因有害微生物引起的病症。复合微生物菌剂一般是将两种或多种微生物按照一定比例混合进行繁殖培养，充分发挥菌群的相互作用，从而达到最佳应用效果。
因此，黄腐酸钾废弃物和生物炭为原料制备一种土壤调理剂，以实现黄腐酸钾生产过程中产生的废弃物充分利用，变废为宝，进而实现资源的可持续利用，同时，解决生物炭直接施入土壤中肥效低、易损失的缺陷。
发明内容
针对上述现有技术，本发明的目的是提供一种土壤调理剂及其制备方法和应用。将黄腐酸钾生产废弃物、生物炭、黄腐酸钾和复合微生物菌剂通过挤压造粒，制得土壤调理剂，实现了黄腐酸钾生产废弃物的循环利用，挤压造粒可节约生产成本、保护环境，制得土壤调理剂还可提高植物产量，解决单一生物炭肥肥效低的缺陷。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一方面，提供一种土壤调理剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将农林固体废弃物风干、粉碎后，经水热反应后，得生物炭；
(2)将生物炭、黄腐酸钾、黄腐酸钾废弃物和复合微生物菌剂混匀后，加入粘合剂，挤压造粒，得到土壤调理剂。
优选的，步骤(1)中，所述农林固体废弃物为树枝、番茄秸秆、玉米骨或花生壳中的一种或多种。
优选的，步骤(1)中，水热反应的压强1.0-1.5MPa，水热反应的温度为180-200℃，水热反应时间为10-12h。
优选的，步骤(1)中，生物炭的粒径为80-100目。
优选的，步骤(2)中，黄腐酸钾的制备方法为：将褐煤粉、水和氢氧化钾经反应、离心，得上清液，再将上清液蒸干研磨得到的黄腐酸钾。
进一步优选的，所述褐煤粉、水和氢氧化钾的质量比为1：0.12：3.5。
进一步优选的，所述反应温度为100℃，反应时间为1h。
进一步优选的，所述离心转速为4000r/min。
进一步优选的，蒸干温度为120℃，黄腐酸钾的粒径≤1mm。
优选的，所述黄腐酸钾废弃物为黄腐酸钾制备过程中离心后的固体沉淀。
优选的，所述复合微生物菌剂包括解淀粉芽孢杆菌、鞘氨醇单胞菌和紫云英根瘤菌。
进一步优选的，所述复合微生物菌剂中解淀粉芽孢杆菌、鞘氨醇单胞菌和紫云英根瘤菌的重量比为(3.5-4.5)：(3.5-4.5)：(1.5-2.5)。
进一步优选的，所述复合微生物菌剂的总活菌数≥108cfu/g。
优选的，步骤(2)中，所述粘合剂为黄土。
优选的，步骤(2)中，生物炭、黄腐酸钾、黄腐酸钾废弃物和复合微生物菌剂的质量比为2:1:1:(0.4-0.5)。
优选的，步骤(2)中，粘合剂的添加量为生物炭、黄腐酸钾、黄腐酸钾废弃物和复合微生物菌剂的总质量的5-7％。
本发明的第二方面，提供一种土壤调理剂。
本发明的第三方面，提供一种土壤调理剂在蔬菜种植中的应用。
优选的，将待施肥农田表层土壤进行翻耕后，再将土壤调理剂施于翻耕后的农田中并进行覆土，再对覆土后的农田进行翻耕，并种植蔬菜。
优选的，所述待施肥农田表层土壤的翻耕深度为20-25cm。
优选的，所述土壤调理剂的施加量为100-200千克/公顷。
进一步优选的，所述土壤调理剂的施加量为150千克/公顷。
优选的，覆土后的农田翻耕深度为8-12cm。
本发明的有益效果：
本发明利用微生物复合菌剂、黄腐酸钾、生物炭和黄腐酸钾废弃物制得土壤调理剂，将解淀粉芽孢杆菌、鞘氨醇单胞菌和紫云英根瘤菌三种微生物组合使用，这三株菌间物任何拮抗作用，将其用于土壤调理剂，对蔬菜植株发育具有协同增效作用。
本发明将黄腐酸钾废弃物作为原料制备可提升植株产量的土壤调理剂，实现了进行黄腐酸钾废弃物的循环利用。同时，将其与生物炭、黄腐酸钾进行复配，经挤压造粒，得到土壤调理剂，挤压造粒克服了现有技术中生物炭基肥生产成本高的缺陷，充分发挥了生物炭基肥环保经济，废物利用，养分充足，提高作物产量等优点。
附图说明
图1：土壤调理剂的制备流程图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
正如背景技术所述，生物炭中矿物养分含量低，其直接为植物提供养分的作用有限，且生物炭质轻，直接施入土壤中会造成损失；另外，黄腐酸钾生产过程中伴随着大量废弃物，现有技术中，直接将黄腐酸钾废弃物进行丢弃处理。
基于此，本发明提出了一种土壤调理剂及其制备方法和应用。
一种土壤调理剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将农林废弃物经风干、粉碎后，于1.0-1.5MPa和180-200℃下进行水热反应10-12h，待反应结束后，冷却至室温，磨碎过筛得到粒径为80-100目的生物炭；
农林废弃物为树枝、番茄秸秆、玉米骨或花生壳中的一种或多种。
(2)将生物炭、黄腐酸钾、黄腐酸钾废弃物和复合微生物菌剂按质量比2:1:1：(0.4-0.5)混合后，加入黄土作为粘合剂，粘合剂的加入量为生物炭、黄腐酸钾、黄腐酸钾废弃物和复合微生物菌剂总质量的5-7％，经挤压造粒后，得到土壤调理剂。
其中，黄腐酸钾和黄腐酸钾废弃物的制备方法为：将褐煤粉、水和氢氧化钠按1：0.12：3.5的质量比混合后，于100℃下反应1h后，于4000r/min离心，离心所得固体沉淀即为黄腐酸钾废弃物，将离心所得上清液于120℃下蒸干、研磨，得到粒径≤1mm的黄腐酸钾。
复合微生物菌剂包括解淀粉芽孢杆菌、鞘氨醇单胞菌和紫云英根瘤菌，解淀粉芽孢杆菌、鞘氨醇单胞菌和紫云英根瘤菌的质量比为(3.5-4.5)：(3.5-4.5)：(1.5-2.5)。
将制得的土壤调理剂用于蔬菜种植上的应用，包括以下步骤：
将待施肥的农田表层土壤翻耕20-25cm深，将制得的土壤调理剂按100-200kg/公顷施于翻耕后的农田中，用覆土机对施肥后的农田进行覆土，再对覆土后的农田进行翻耕8-12cm，并种植蔬菜。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。
本发明实施例中所用的试验材料均为本领域常规的试验材料，均可通过商业渠道购买得到。
其中，解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)购于中国农业微生物菌种保藏管理中心(ACCC)，菌株编号为ACCC 60428，鞘氨醇单胞菌(Sphingomonas sp.)购于中国农业微生物菌种保藏管理中心，菌株编号为ACCC 60263，紫云英根瘤菌(Rhizobiumastragali)购于上海保藏生物技术中心(SHBCC)，菌株编号为SHBCC D80478。所述复合肥购于山东农大肥业科技股份有限公司，产品型号为农邮腐植酸复合肥16-7-22-农大肥业。
解淀粉芽孢杆菌和鞘氨醇单胞菌所需培养基：乳酸菌培养基II。具体的，乳酪蛋白胨10g、牛肉膏10g、酵母膏5g、葡萄糖5g、吐温-80 1g、K2HPO4 2g、醋酸钠5g、柠檬酸二胺2g、MgSO4·7H2O 0.2g、MnSO4·H2O 0.05g、蒸馏水1000mL，pH6.5-6.8。
紫云英根瘤菌培养基：酵母膏1g、土壤浸提液200mL、甘露醇10g、琼脂15.0g、蒸馏水800mL，pH7.2；其中土壤浸提液的制备方法为：取土壤50g加水200mL，蒸煮1h后，过滤，滤液加水补足至200mL。
实施例1：黄腐酸钾和黄腐酸钾废弃物的制备
将褐煤粉、水和氢氧化钠按1：0.12：3.5的质量比混合后，于100℃下反应1h后，于4000r/min离心，离心所得固体沉淀即为黄腐酸钾废弃物，将离心所得上清液于120℃下蒸干、研磨，得到粒径≤1mm的黄腐酸钾。
实施例2：复合微生物菌剂的制备
(1)将解淀粉芽孢杆菌活化后按5％(体积比)的接种量接种于乳酸菌培养基II中，30℃发酵培养至发酵液中活菌数≥108cfu/mL，离心，收集菌体沉淀，干燥，制备得到解淀粉芽孢杆菌粉；
将鞘氨醇单胞菌活化后按5％(体积比)的接种量接种于乳酸菌培养基II中，30℃发酵培养至发酵液中活菌数≥108cfu/mL，离心，收集菌体沉淀，干燥，制备得到鞘氨醇单胞菌粉；
将紫云英根瘤菌活化后按5％(体积比)的接种量接种于紫云英根瘤菌培养基中，25℃发酵培养至发酵液中活菌数≥108cfu/mL，离心，收集菌体沉淀，干燥，制备得到紫云英根瘤菌粉；
(2)将步骤(1)制得的解淀粉芽孢杆菌粉、鞘氨醇单胞菌粉和紫云英根瘤菌粉按质量比4:4:2混合均匀，即得复合微生物菌剂，所得复合微生物菌剂的总活菌数≥108cfu/g。
实施例3：复合微生物菌剂的制备
(1)本实施例中解淀粉芽孢杆菌粉、鞘氨醇单胞菌粉和紫云英根瘤菌粉的制备方法同实施例2；
(2)将解淀粉芽孢杆菌粉、鞘氨醇单胞菌粉和紫云英根瘤菌粉按质量比3.5:3.5:1.5混合均匀，即得复合微生物菌剂，所得复合微生物菌剂的总活菌数≥108cfu/g。
实施例4：复合微生物菌剂的制备
(1)本实施例中解淀粉芽孢杆菌粉、鞘氨醇单胞菌粉和紫云英根瘤菌粉的制备方法同实施例2；
(2)将解淀粉芽孢杆菌粉、鞘氨醇单胞菌粉和紫云英根瘤菌粉按质量比4.5:4.5:2.5混合均匀，即得复合微生物菌剂，所得复合微生物菌剂的总活菌数≥108cfu/g。
实施例5：土壤调理剂的制备
(1)将树枝和番茄秸秆风干后粉碎，于1.2MPa和190℃下进行水热反应11h，待反应结束后，冷却至室温，磨碎过筛，得到粒径为100目的生物炭；
(2)将步骤(1)制得的生物炭、实施例1制得的黄腐酸钾和黄腐酸钾废弃物、实施例2制得的复合微生物菌剂按质量比2:1:1:0.45混合均匀后，加入黄土作为粘合剂，粘合剂的添加量为生物炭、黄腐酸钾、黄腐酸钾废弃物和复合微生物菌剂的总质量的6％，经挤压造粒后，得到土壤调理剂。
实施例6：土壤调理剂的制备
(1)将树枝和花生壳风干后粉碎，于1.0MPa和180℃下进行水热反应10h，待反应结束后，冷却至室温，磨碎过筛，得到粒径为80目的生物炭；
(2)将步骤(1)制得的生物炭、实施例1制得的黄腐酸钾和黄腐酸钾废弃物、实施例3制得的复合微生物菌剂按质量比2:1:1:0.4混合均匀后，加入黄土作为粘合剂，粘合剂的添加量为生物炭、黄腐酸钾、黄腐酸钾废弃物和复合微生物菌剂的总质量的5％，经挤压造粒后，得到土壤调理剂。
实施例7：土壤调理剂的制备
(1)将玉米骨和花生壳风干后粉碎，于1.5MPa和200℃下进行水热反应12h，待反应结束后，冷却至室温，磨碎过筛，得到粒径为90目的生物炭；
(2)将步骤(1)制得的生物炭、实施例1制得的黄腐酸钾和黄腐酸钾废弃物、实施例4制得的复合微生物菌剂按质量比2:1:1:0.5混合均匀后，加入黄土作为粘合剂，粘合剂的添加量为生物炭、黄腐酸钾、黄腐酸钾废弃物和复合微生物菌剂的总质量的7％，经挤压造粒后，得到土壤调理剂。
对比例1：
(1)将树枝和番茄秸秆风干后粉碎，于1.2MPa和190℃下进行水热反应11h，待反应结束后，冷却至室温，磨碎过筛，得到粒径为100目的生物炭；
(2)将步骤(1)制得的生物炭、实施例1制得的黄腐酸钾和黄腐酸钾废弃物、解淀粉芽孢杆菌按质量比2:1:1:0.45混合均匀后，加入黄土作为粘合剂，粘合剂的添加量为生物炭、黄腐酸钾、黄腐酸钾废弃物和解淀粉芽孢杆菌的总质量的6％，经挤压造粒后，得到土壤调理剂。
对比例2：
(1)将树枝和番茄秸秆风干后粉碎，于1.2MPa和190℃下进行水热反应11h，待反应结束后，冷却至室温，磨碎过筛，得到粒径为100目的生物炭；
(2)将步骤(1)制得的生物炭、实施例1制得的黄腐酸钾和黄腐酸钾废弃物、复鞘氨醇单胞菌按质量比2:1:1:0.45混合均匀后，加入黄土作为粘合剂，粘合剂的添加量为生物炭、黄腐酸钾、黄腐酸钾废弃物和鞘氨醇单胞菌的总质量的6％，经挤压造粒后，得到土壤调理剂。
对比例3：
(1)将树枝和番茄秸秆风干后粉碎，于1.2MPa和190℃下进行水热反应11h，待反应结束后，冷却至室温，磨碎过筛，得到粒径为100目的生物炭；
(2)将步骤(1)制得的生物炭、实施例1制得的黄腐酸钾和黄腐酸钾废弃物、紫云英根瘤菌按质量比2:1:1:0.45混合均匀后，加入黄土作为粘合剂，粘合剂的添加量为生物炭、黄腐酸钾、黄腐酸钾废弃物和紫云英根瘤菌的总质量的6％，经挤压造粒后，得到土壤调理剂。
试验例1：
(1)选取面积为10平方米、相同肥力的15块试验田用于种植辣椒，辣椒的品种为荆条2号，试验田土壤类型为弱酸性土壤，试验田地点在山大农大肥业科技股份有限公司试验站；
(2)2022年4月30-31日，对试验田进行表层土壤翻耕，翻耕深度为23cm，翻耕结束后，将上述试验田平均分为五组，分别进行如下处理：
试验组1的试验田：施加实施例5制得的土壤调理剂和复合肥；
试验组2的试验田：施加对比例1制得的土壤调理剂和复合肥；
试验组3的试验田：施加对比例2制得的土壤调理剂和复合肥；
试验组4的试验田：施加对比例3制得的土壤调理剂和复合肥；
试验组5的试验田：不施加土壤调理剂，施加80kg/亩复合肥作为空白对照组；
试验组1-4中，土壤调理剂的施加量为160kg/亩，土壤调理剂和复合肥的质量比为2:1；
然后用覆土机对施肥后的试验田进行覆土，再对覆土后的农田进行翻耕10cm，于2022年5月1日进行辣椒移栽播种，每块试验田辣椒播种量为80株，2022年9月25日收获辣椒，在辣椒播种到收获期间，各试验田的操作完全相同，辣椒成熟后，测量其亩产量、株高、单果重、果长，并取其平均值，结果如表1所示。
表1辣椒的生产指标
由图1可以看出，采用本发明制得的土壤调理剂可使得辣椒的平均亩产量达到3108.11kg/亩，平均株高为60.10cm，平均单果重为43.02g，平均果长为27.91cm，增产量、株高、单果重和果长远高于相较于采用单一菌制得的土壤调理剂和空白对照组，由此可见，通过解淀粉芽孢杆菌、鞘氨醇单胞菌和紫云英根瘤菌的协同促进作用，有利于白菜的生长。
试验例2：
白菜品种为鲁白春1号，试验时间为2022年8月10日-2022年11月14日，实验地点为山大农大肥业科技股份有限公司试验站。
选择面积为10m2、肥力相同的15块试验田用于种植白菜，共设5个试验组，每个试验组3次重复，分别对试验田进行表层土壤翻耕20cm后，对各组试验田进行如下处理：
试验组1的试验田：施加实施例5制得的土壤调理剂和复合肥；
试验组2的试验田：施加对比例1制得的土壤调理剂和复合肥；
试验组3的试验田：施加对比例2制得的土壤调理剂和复合肥；
试验组4的试验田：施加对比例3制得的土壤调理剂和复合肥；
试验组5的试验田：不施加土壤调理剂，施加60kg/亩复合肥作为空白对照组；
试验组1-4中，土壤调理剂的施加量为120kg/亩，土壤调理剂和复合肥的质量比为2:1；
然后对土壤进行覆土，再对覆土后的农田进行翻耕8cm，并于2022年8月14日播种白菜，每块试验田白菜播种量为60株，白菜成熟后，测量其亩产量和单株重量，取其平均值，结果如表2所示，试验期间，各试验田的操作完全一致。
表2白菜的生产指标
通过表2可以看出，采用本发明制得的土壤调理剂可使得白菜的平均亩产量达到6000.19kg/亩，平均单株重量为1.77kg/株，相较于空白对照组，平均亩产量增加了11.4％，平均单株重量增加了9.94％，增产量远高于相较于采用单一菌制得的土壤调理剂，由此可见，通过解淀粉芽孢杆菌、鞘氨醇单胞菌和紫云英根瘤菌的协同促进作用，有利于白菜的生长。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种土壤调理剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将农林固体废弃物风干、粉碎后，经水热反应后，得生物炭；
(2)将生物炭、黄腐酸钾、黄腐酸钾废弃物和复合微生物菌剂混匀后，加入粘合剂，挤压造粒，得到土壤调理剂；
所述复合微生物菌剂包括解淀粉芽孢杆菌、鞘氨醇单胞菌和紫云英根瘤菌。
2.如权利要求1所述的土壤调理剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述农林固体废弃物为树枝、番茄秸秆、玉米骨或花生壳中的一种或多种；
水热反应的压强1.0-1.5MPa，水热反应的温度为180-200℃，水热反应时间为10-12h。
3.如权利要求1所述的土壤调理剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，黄腐酸钾和黄腐酸钾废弃物的制备方法为：将褐煤粉、水和氢氧化钾经反应、离心，离心后的固体沉淀为黄腐酸钾废弃物，再将离心后的上清液经蒸干、研磨，得到的黄腐酸钾。
4.如权利要求3所述的土壤调理剂的制备方法，其特征在于，褐煤粉、水和氢氧化钾的质量比为1：0.12：3.5，反应温度为100℃，反应时间为1h，离心转速为4000r/min，蒸干温度为120℃。
5.如权利要求1所述的土壤调理剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，复合微生物菌剂中，解淀粉芽孢杆菌、鞘氨醇单胞菌和紫云英根瘤菌的质量比为(3.5-4.5)：(3.5-4.5)：(1.5-2.5)；
复合微生物菌剂的总活菌数≥108cfu/g。
6.如权利要求1所述的土壤调理剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，生物炭、黄腐酸钾、黄腐酸钾废弃物和复合微生物菌剂的质量比为2:1:1:(0.4-0.5)。
7.如权利要求1所述的土壤调理剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述粘合剂为黄土，粘合剂的添加量为生物炭、黄腐酸钾、黄腐酸钾废弃物和复合微生物菌剂的总质量的5-7％。
8.权利要求1-7任一项所述的制备方法制备得到的土壤调理剂。
9.权利要求8所述的土壤调理剂在蔬菜种植中的应用。
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