一种酸性土壤修复菌剂及其制备方法与流程

[0001]
本发明属于微生物菌剂生产技术领域，涉及一种酸性土壤修复菌剂极其制备方法。


背景技术：

[0002]
土壤酸化是指土壤接受输入其中的h
+
后，一方面与土壤胶体上的盐基性阳离子发生交换反应从而而被吸附在土粒表面，被交换下来的盐基性阳离子进而随渗漏水淋失；另一方面，土粒表面的h
+
会自发地和矿物晶格表面的铝发生反应，迅速转化为交换性铝。由于土壤酸化是土壤风化成土过程中的一个重要方面，它将导致土壤值下降，形成酸性土壤后，影响土壤中生物的活性，改变土壤中养分的形态，降低养分的有效性，促使游离的锰、铝离子等有毒金属元素溶入土壤溶液中，从而对作物产生毒害作用。
[0003]
土壤酸化对果树生长的影响主要是通过影响k、fe、mn、al、p、b、zn、cu 等土壤营养元素的存在状态和有效性，因而对植物的生长发育有直接的影响。施用石灰被认为是目前酸化土壤最有效的和最直接的改良酸化土壤的方法，施用石灰可以增加养分有效性，并增加农作物对养分的吸收利用。但石灰不宜常年施用，长期、过量施用石灰会造成耕层土壤物理性质变差，造成土壤石灰性板结，影响作物根系生长和营养元素吸收。磷石膏是化工产业的副产品，能提高土壤值，增加土壤负电荷量，这些改良剂中的大多数含有一定量的有毒重金属元素，要防止施用后对土壤的重金属污染。


技术实现要素：

[0004]
为解决上述技术问题，本发明提供一种酸性土壤修复菌剂极其制备方法。
[0005]
本发明技术方案是：
[0006]
一种酸性土壤修复菌剂，所述酸性土壤修复菌剂的有效活菌数(cfu)≥5.0 亿/g，杂菌率≤20％，有机质的质量分数≥20％，ph值4.0-6.0，包括按照重量份计的以下组分：微生物复合菌剂1-5份，磷石膏粉10-15份，草木灰12-25份，稻壳粉10-20份，麦麸粉10-15份。
[0007]
优选地，所述枯草芽孢杆菌、侧孢短芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、淡紫拟青霉的活菌数比例为(5-15)：(3-10)：(2-6)：(10-15)。
[0008]
所述酸性土壤修复菌剂的制作方法，所述方法包括以下步骤：
[0009]
s1、将磷石膏粉、草木灰、稻壳粉、麦麸粉混合，磨粉,得混合粉末；
[0010]
s2、将混合粉末加入微生物复合菌剂混合均匀，在30-45℃条件下发酵3-5d，得到混合物；
[0011]
s3、将混合物、磷石膏粉，混合制成粉剂或颗粒后进行干燥，即可。
[0012]
优选地，所述步骤3还可以进行包覆处理：将混合物、磷石膏粉混合加入到流化床中，进风温度为70-95℃，将二氧化硅溶胶加热至50-60℃，然后喷入到混合颗粒上进行包膜，冷却、筛分即得。
[0013]
进一步优选地，所述步骤3中，还加入按重量份计的菌渣5-15份。
[0014]
更进一步优选地，所述菌渣为氨基酸发酵液，菌渣经处理再应用到步骤3 中，处理方法为：菌渣调ph 9-12，再于0.3-0.7mpa，110-150℃处理2-4h，加热浓缩。
[0015]
优选地，所述步骤3中，磷石膏粉制备方法为：将含水量为18-30％磷石膏，在回转窑内通入200-250℃热空气烘干，在烘干过程中，回转窑内设有破碎机构将磷石膏破碎为磷石膏粉。
[0016]
进一步优选地，所述步骤3中，磷石膏中还加入熟石灰，熟石灰与磷石膏的质量比为1：(5-6)，熟石灰的含水量为20-30％。
[0017]
更进一步优选地，所述步骤3中，烘干至含水量为14-15％。
[0018]
本发明有益效果：
[0019]
1、优化施肥增施灭活菌剂土壤容重较对照平均降低、总孔隙度增加，表明施用土壤微生物修复菌剂能使土壤变得疏松、土壤孔隙度增加，通透性增强，有利于土壤中水、气、热交换和微生物的活动，从而为作物根系吸收养分和水分提供良好的土壤条件。
[0020]
2、优化施肥增施灭活菌剂和优化施肥增施土壤微生物修复菌剂都有提高土壤ph的作用，而且三年内能持续提高土壤ph，提高土壤ph程度有所不同，以优化施肥增施土壤微生物修复菌剂效果为较优。
[0021]
3、施用土壤微生物修复菌剂具有降低土壤中真菌数量，增加土壤中放线菌和细菌的数量的效果，较农民习惯处理相比，真菌数量减少了33％，放线菌和细菌数量分别增加了2.1倍和2.2倍。施用土壤微生物修复菌剂处理细菌/真菌的数量比最高，达到57.6。
[0022]
4、优化施肥增施士壤微生物修复菌剂的地块比优化施肥增施灭活土壤微生物修复菌的白菜亩产增产。
[0023]
5、本发明在菌剂制作过程中，二氧化硅包覆可以使得菌剂中的微生物繁殖速度增加的没有那么迅速，使其菌株在发酵过程中产生的孢子能够缓慢激活，这样可以使得菌株在土壤中存活效力较长，从而降低其使用量，且由于包膜效果，可以对磷石膏中的重金属成分起到一定的包覆效果，使得其缓慢释放，降低对土壤的重金属伤害，且利用磷石膏的微膨胀特性，改善土壤的容重。
[0024]
6、本发明磷石膏是在磷酸生产中用硫酸处理磷矿时产生的固体废渣，其主要成分为硫酸钙，采用磷石膏可中和土壤酸碱性，使得酸性土壤中的重金属不易转为离子，降低其水溶性，降低重金属离子的迁移，减少伤害。
[0025]
7、菌渣调节ph至碱性后，可使菌体细胞壁的主要组成成分“肽聚糖”一定程度水解，再使用一定的压力和温度处理，会让菌体更容易破碎，菌渣寡肽含量大于92％，分子量小于600，有利于植物吸收，且在改善酸性土壤中，相对于不进行处理的菌渣，其产生的多肽分子量更小，与磷石膏和土壤中的重金属元素结合的位点更多，形成沉淀后固化不会重新变为游离状态，不会被植物吸收，降低土壤溶液中重金属的活性。
[0026]
8、磷石膏破碎使其晶格内磷离子被释放，使f、磷酸盐与熟石灰中的钙离子进行反应形成难溶于水的沉淀物质。加热处理在破坏磷石膏晶格时，原料磷石膏和熟石灰具有一定的含水量，易溶水的氟离子、磷酸根离子和钙离子在 200-250℃下能够进行反应生成难溶于水的ca
3
(po
4
)
2
、氟化钙，这样不易被植物吸收，避免对植物的伤害。
具体实施方式
[0027]
下面结合实施例来进一步说明本发明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。
[0028]
本发明修复剂的技术性指标和无害化指标要求为表1-2。
[0029]
表1修复菌剂产品的技术指标
[0030][0031][0032]
表2无害化指标要求
[0033]
指标名称标准极限粪大肠杆菌群数(个/g)≤100蛔虫卵死亡率(％)≥95汞及其化合物(以hg计)/(mg/kg)≤5砷及其化合物(以as计)/(mg/kg)≤10镉(及其化合物(以cd计)/(mg/kg)≤10铅及其化合物(以pb计)/(mg/kg)≤100铬及其化合物(以cr计)/mg/kg)≤150
[0034]
实施例1
[0035]
一种酸性土壤修复菌剂，所述酸性土壤修复菌剂的有效活菌数(cfu)≥5.0 亿/g，杂菌率≤20％，有机质的质量分数≥20％，ph值4.0-6.0，包括按照重量份计的以下组分：微生物复合菌剂3份，磷石膏粉12份，草木灰15份，稻壳粉 15份，麦麸粉13份。
[0036]
优选地，所述枯草芽孢杆菌、侧孢短芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、淡紫拟青霉的活菌数比例为8：7：5：12。
[0037]
所述酸性土壤修复菌剂的制作方法，所述方法包括以下步骤：
[0038]
s1、将磷石膏粉、草木灰、稻壳粉、麦麸粉混合，磨粉,得混合粉末；
[0039]
s2、将混合粉末加入微生物复合菌剂混合均匀，在37℃条件下发酵4.5d，得到混合物；
[0040]
s3、将混合物、磷石膏粉，混合制成粉剂或颗粒后进行干燥，即可。
k
2
o 12kg；
[0067]
(2)处理2为优化施肥处理，每亩施商品有机肥200kg，n15kg，p
2
o
5
6kg，k
2
o 12kg；
[0068]
(3)处理3是在优化施肥基础上，施用与处理4等量的经过高温高压灭活的土壤微生物修复菌剂(实施例1制作)，同肥料一起包施在垄内。
[0069]
(4)处理4在优化施肥的基础上，基施土壤微生物修复菌剂(实施例1制作) 40公斤/亩，同肥料一起包施在垄内。
[0070]
(5)处理5(k4)：在优化施肥的基础上，+土壤微生物修复菌剂(实施例2 制作)(40kg/亩)。
[0071]
(6)处理6(k5)：在优化施肥的基础上，+土壤微生物修复菌剂(实施例3 制作)(40kg/亩)。
[0072]
(7)处理7(k6)：在优化施肥的基础上，+土壤微生物修复菌剂(实施例4 制作)(40kg/亩)。
[0073]
(8)处理8(k7)：在优化施肥的基础上，+土壤微生物修复菌剂(实施例5 制作)(40kg/亩)。
[0074]
2.3.3田间管理及种植时间
[0075]
商品有机肥和土壤微生物修复菌剂全部基施，30％氮肥，70％磷肥和30％钾肥做基肥，起垄播种前撒施基肥，剩余肥料做追肥，于莲座期沟施。各处理除试验肥料不同外，其它农艺措施和田间管理均一致。
[0076]
每年8月中下旬种植，当年11月收获。每次采收时都按小区单独采收、称重、计产，其他栽培管理措施同当地农民习惯一致。
[0077]
2.3.4样品采集和测定
[0078]
土壤样品在每季作物收获后，每个小区采集0～20cm土壤样品测定容重。土壤容重采用环刀法测定；土壤总孔隙度根据公式[孔隙度＝(1-容重/比重)x100％]计算而得，比重按常规值2.65g/cm
3
计算。数据统计分析采用excel2010和dpsv7.05统计软件。
[0079]
3结果与分析
[0080]
3.1不同处理对土壤物理性状的影响
[0081]
土壤容重是反映土壤紧实度的一个重要指标，影响土壤水肥气热条件的变化与作物根系在土壤中的穿插，进而影响作物生长。土壤孔隙度在土壤结构形成、土壤水分和养分保持、微生物多样性的保护等方面起着非常重要的作用。从表5、表 6可以看出：施用土壤微生物修复菌剂的处理容重有所降低，总孔隙度有所增加。三年试验结果表明：施用土壤微生物修复菌剂后，各个处理间土壤容重和孔隙度差异显著；第一年白菜收获后，处理2、处理3和处理4土壤容重较对照分别降低3.47％、6.67％、11.73％，总孔隙度分别增加3.10％、5.95％、10.48％。第二年白菜收获后，处理2、处理3和处理4土壤容重较对照分别降低3.52％、5.69％、 8.94％，总孔隙度分别增加3.29％、5.18％、8.00％。第三年白菜收获后，处理 2、处理3和处理4土壤容重较对照分别降低4.34％、8.13％、1.65％，总孔隙度分别增加4.00％、7.29％、10.35％。从以上结果可知，随着合理施肥或土壤微生物修复菌剂的使用，可以改善土壤的物理性状。
[0082]
处理2：土壤容重较对照平均降低3.78％、总孔隙度增加2.99％，表明合理的肥料施用量和比例能从一-定程度上培肥土壤。处理3土壤容重较对照平均降低 6.83％、总孔隙
度增加6.14％，但与处理2差异不显著；尤其处理4土壤容重较对照平均降低10.78％、总孔隙度增加9.61％，表明施用土壤微生物修复菌剂能使土壤变得疏松、土壤孔隙度增加，通透性增强，有利于土壤中水、气、热交换和微生物的活动，从而为作物根系吸收养分和水分提供良好的土壤条件。说明土壤微生物修复菌剂对土壤结构的改良效果更为明显。
[0083]
表5不同处理对土壤容重的影响
[0084][0085]
表6不同处理对土壤孔隙度的影响
[0086][0087]
3.2不同处理对土壤ph的影响
[0088]
定位试验结果表明：同基础土样的ph 5.28相比，对照处理和处理2优化施肥的土壤在试验第三年ph值分别降低0.04和0.01；处理3和处理4的土壤ph值分别增加了0.12和0.23个单位，处理4土壤的ph值提高的幅度更大。对照处理土壤ph值2017年降低为5.25，2018年降低为5.24，2019年为5.24；处理2土壤ph值2017年、2018年和2019年分别为5.29、5.30和5.27，因此优化施氮只能减缓土壤酸化的速度，不能从根本上改良酸化土壤。处理3和4都有提高土壤ph的作用，而且三年内能持续改良土壤ph，提高土壤ph程度有所不同，以处理4效果为最好，2017年土壤ph为5.44，提高0.22个单位，2018年土壤 ph为5.46，2019年土壤ph为5.51。对照和处理2第一年和第三年的土壤ph 值变化差异不显著，而处理3和处理4在三年的土壤ph值变化差异达5％显著水平，说明土壤微生物修复菌剂中的微生物对土壤酸碱度的改良具有重要作用。
[0089]
表7不同处理对土壤ph的影响
[0090][0091][0092]
4.4不同处理对白菜产量的影响
[0093]
定位试验结果表明(见表8)；与对照处理相比，处理2、3、4均能提高白菜的产量，其中处理2白菜产量2017年、2018年、2019年分别增加3.67％、2.91％、 5.29％；处理3白菜产量2017年、2018年分、2019年别增加9.3％、11.25％、 1.49％；处理4白菜产量2017年、2018年、2019年分别增加14.77％、18.46％、 16.50％。三年试验中，各处理间产量差异水平都显著，说明优化施肥对白菜具有增产作用，灭活土壤微生物修复菌剂对白菜同样具有增产作用；处理3和处理 4白菜产量也达到了显著性水平，且差异达到了5％的显著水平，说明土壤微生物修复菌中的微生物对白菜具有增产效果。第二年对照和处理2差异达到了5％显著水平，说明土壤酸化导致白菜产量持续降低：与处理3、4差异达到了显著性水平，说明灭活土壤微生物修复菌剂、土壤微生物修复菌剂都对白菜具有增产作用：处理3和处理4之间白菜产量也达到了显著性水平，说明土壤微生物修复菌中的微生物对白菜具有增产效果，且差异达到了5％的显著水平。
[0094]
表8.不同处理对白菜产量的影响
[0095][0096]
5试验经济效益分析
[0097]
比较了不同处理白菜的经济效益，因为其他农艺措施相同，只计算施用肥料和土壤微生物修复菌的投入与产出。按土壤微生物修复菌2000元/t的价格、纯氮磷钾平均7元/公斤的价格(按照45％的复合肥3200元/吨)、白菜2017年、2018年和2019年平均价格分别是0.8元/kg、0.84元/kg和0.88元/kg，见表9、表 10和表11。
[0098]
由表9可见，酸化土壤上种植白菜，2017年施用土壤微生物修复菌剂的处理k3比农民习惯施肥处理亩纯增收995.1元，投入产出比为1：4.3，比优化施肥加施灭活基质处理纯增收384.9元/亩。
[0099]
表9. 2017年效益情况分析表
[0100][0101]
注：土壤微生物修复菌2元公斤(市场销售)，2017年白菜价格0.8元公斤。
[0102]
由表10可见，酸化土壤上种植白菜，2018年施用土壤微生物修复菌剂的处理k3比农民习惯施肥处理亩纯增收892.1元，投入产出比为1：3.9，比优化施肥加施灭活基质处理纯增收365.9元/亩。
[0103]
表10. 2018年效益情况分析表
[0104][0105]
注：土壤微生物修复菌2元公斤(市场销售)，2018年白菜价格0.84元公斤。
[0106]
由表11可见，酸化土壤上种植白菜，2019年施用土壤微生物修复菌剂的处理k3比农民习惯施肥处理亩纯增收769.5元，投入产出比为1：3.4，比优化施肥加施灭活基质处理纯增收247.4元/亩。
[0107]
表11. 2019年效益情况分析表
[0108][0109]
注：土壤微生物修复菌2元公斤(市场销售)，2018年白菜价格0.84元公斤。
[0110]
实施例2
[0111]
在实施例1的基础上，步骤3进行包覆处理：将混合物、磷石膏粉混合加入到流化床中，进风温度为85℃，将二氧化硅溶胶加热至55℃，然后喷入到混合颗粒上进行包膜，冷却、筛分即得。其他同实施例1。
[0112]
实施例3
[0113]
在实施例2的基础上，所述步骤3中，还加入按重量份计的菌渣12份。
[0114]
所述菌渣为氨基酸发酵液，菌渣经处理再应用到步骤3中，处理方法为：菌渣调ph 10，再于0.5mpa，120℃处理3h，加热浓缩。其他同实施例2。
[0115]
实施例4
[0116]
在实施例3的基础上，所述步骤3中，磷石膏粉制备方法为：将含水量为 20％磷石膏，在回转窑内通入210℃热空气烘干，在烘干过程中，回转窑内设有破碎机构将磷石膏破碎为磷石膏粉。烘干至含水量为15％。其他同实施例3。
[0117]
实施例5
[0118]
步骤3中，磷石膏中还加入熟石灰，熟石灰与磷石膏的质量比为1：5.5，熟石灰的含水量为25％。步骤3中，烘干至含水量为15％。
[0119]
表12实施例2-5对土壤ph改良的效果
[0120][0121][0122]
表13实施例2-5对土壤中重金属镉(及其化合物(以cd计)/(mg/kg)含量的检测结
果
[0123][0124]
表14实施例2-5对土壤中重金属铅(及其化合物(以pb计)/(mg/kg)含量的检测
[0125][0126]
由表12-14可知，菌渣调节ph至碱性后，可使菌体细胞壁的主要组成成分“肽聚糖”一定程度水解得到多肽，与磷石膏和土壤中的重金属元素结合的位点更多，降低土壤溶液中重金属的活性。采用磷石膏可中和土壤酸碱性，使得酸性土壤中的重金属不易转为离子，降低其水溶性，降低重金属离子的迁移，减少伤害。
[0127]
对实施例1-5制备的修复菌剂的氟释放量进行检测，具体检测方法为：将 5g微生物复合菌剂置于100ml血清瓶中(聚乙烯塑料血清瓶)，加入100ml超纯水(即浸提剂)，在室温(25
±
2℃)下以250r/min转速振荡20min取样。用一次性注射器抽取瓶内液体3ml，用0.45醋酸纤维素过滤器过滤，最后采用《水质氟离子的测定离子选择电极法》(gb7484-87)测定滤液中氟离子的含量。结果如下表15。
[0128]
表15不同实施例制作土壤修复剂氟含量的检测
[0129] 氟释放量mg/g实施例10.35实施例20.34实施例30.34实施例40.14实施例50.03
[0130]
由表15可知，实施例4-5的经过磷石膏预处理，可以降低氟的释放量，且氟离子、磷
酸根离子和钙离子在200-250℃下能够进行反应生成难溶于水的 ca
3
(po
4
)
2
、氟化钙，从而进一步降低氟的释放量。
[0131]
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。