一种农田炭基土壤修复剂及其制备方法与流程

1.本发明属于环境生态修复技术领域，具体涉及一种农田炭基土壤修复剂及 其制备方法。


背景技术：

2.土壤是人类赖以生存的资源，是生态系统中物质、能量循环的重 要场所。
3.目前，我国化肥的单位面积用量是世界平均水平的3.7倍，随着化肥使用年 限的增加，土壤呈现出板结、孔隙度降低、重金属超标、有机质含量减少、土 壤养分含量不均匀、土壤养分流失率高等退化现象，严重影响着作物的正常生 长发育，导致作物产量和品质下降；另外为防止病害的侵染，使用大量的杀菌 剂、杀虫剂，农药使用量居世界第一，农药、化肥滥用不仅会破坏土壤中的生 物多样性，还会通过饮用水或土壤-植物系统经食物链进入人体，危害人体健康。
4.针对土壤污染问题，通常通过物理、化学或生物修复技术进行修复处理， 其中，物理修复主要利用电迁移或电渗流等方式从土壤中将污染物去除，或利 用电能加热，使污染物从土壤颗粒中解析出来，这类修复方法极大程度的依赖 于电能，成本较高，且受污染物的溶解性及挥发性的限制，适用范围有限；化 学修复通常是利用氧化还原反应或沉淀反应将污染物去除，这类方法通常会需 要加入化学试剂，若加入的量控制不当，则会引发二次污染。
5.微生物修复技术是利用具有特定功能的微生物在适宜的环境条件下，通过 自身的代谢作用，降低土壤中的有害污染物活性或降解成无害物质的修复技术， 因此，微生物修复技术更为环保，目前，以微生物为主的生物修复，由于其经 济高效、不产生二次污染优点已被公认为最有前途、环保的方法，但微生物在 复杂的土壤环境中不易生存、易被水冲走等因素导致在田间环境中应用时降解 效率很低。


技术实现要素：

6.针对背景技术中存在的问题，本发明提供了一种农田炭基土壤修复剂及其 制备方法，可以吸附固定农药，提高微生物的生物量和活性，在土壤环境中更 加容易存活和繁衍，降解效果更好。
7.为了达到上述目的，本发明提供了一种农田炭基土壤修复剂，包括改性生 物炭和有益菌，改性生物炭的重量占比为10％-25％，有益菌的重量占比为 75％-90％，其中：有益菌包括植物乳杆菌、嗜酸乳杆菌、酿酒酵母菌、枯草芽 孢杆菌、地衣芽孢杆菌以及巨大芽孢杆菌。
8.进一步的，改性生物炭为矿物改性生物炭。
9.进一步的，植物乳杆菌的菌落总数为1.0
×
108cfu/ml-1.0
×
109cfu/ml， 嗜酸乳杆菌的菌落总数为1.0
×
108cfu/ml-1.0
×
109cfu/ml，酿酒酵母菌的菌 落总数为1.0
×
108cfu/ml-5.0
×
108cfu/ml，枯草芽胞杆菌的菌落总数为2.0
×ꢀ
109cfu/ml-5.0
×
109cfu/
ml，地衣芽胞杆菌的菌落总数为1.0
×
109cfu/ml-5.0
ꢀ×
109cfu/ml，巨大芽胞杆菌的菌落总数为1.0
×
108cfu/ml-1.0
×
109cfu/ml。
10.进一步的，修复剂总菌落总数≥1.0
×
109cfu/ml。
11.此外，本发明还提供了一种制备农田炭基土壤修复剂的方法，包括如下步 骤：步骤1：改性生物炭制备，将磁铁矿和蒙脱石按1:1重量混合，形成矿物泥 浆，将长度5-10cm秸秆浸入泥浆里6-12h，干燥秸秆，使其含水率≤20％，将 秸秆自动上料进入生物质炭气联产系统，中温(450～500℃)限氧燃烧得到改 性生物炭；步骤2：将酿酒酵母接种于液体培养基内，摇床震荡培养18-24h，然 后按照1-2％接种量接种于不锈钢发酵罐中，液体通风发酵12-16h，得到发酵液 a液；步骤3：将植物乳杆菌和嗜酸乳杆菌分别接种于液体培养基内，在培养箱 内静置发酵18-24h，然后分别按照1-2％接种量种于不锈钢发酵罐中，液体厌氧 静置发酵18-24h，得到发酵液b和发酵液c；步骤4：将枯草芽孢杆菌和地衣芽 孢杆菌接种于液体培养基内，摇床震荡培养18-24h，然后分别按照1-2％接种量 接种于不锈钢发酵罐中，液体通风发酵12-16h，得到发酵液d和发酵液e；步 骤5：将巨大芽孢杆菌接种于液体培养基内，摇床震荡培养18-24h，然后按照1-2％接种量接种于不锈钢发酵罐中，液体通风培养12-16h，得到发酵液f；步 骤6：将发酵液a、发酵液b、发酵液c、发酵液d、发酵液e以及发酵液f按 照配方比例在无菌条件下复配，得到有益菌；步骤7：将改性生物质炭加水配成 溶液，在混合罐内进行高温灭菌，冷却，在一定温度和无菌条件下把有益菌倒 入混合罐内，搅拌吸附固定，保证一定吸附时间，检验合格后无菌灌装，得到 农田炭基土壤修复剂。
12.进一步的，步骤2中发酵液a的制备方法包括如下步骤：步骤2.1：选择原 料，按重量称取葡萄糖1-5份、蛋白胨1-2份、酵母粉0.1-1份、磷酸二氢钾0.1-1 份、硫酸镁0.01-0.1份；步骤2.2：向上述原料中加入90.9-97.79份的过滤水进 行溶解，高压灭菌20-40分钟后冷却，接种，摇床震荡发酵18-24h；步骤2.3： 按照1-2％接种量接种于不锈钢发酵罐中，28℃，液体通风发酵12-16h，得到发 酵液a。
13.进一步的，步骤3中发酵液b和发酵液c的制备方法包括如下步骤：步骤 3.1：选择原料，按重量称取葡萄糖1-5份、红糖1-5份、蛋白胨0.1-1份、酵母 粉0.1-1份、磷酸二氢钾0.1-1份、硫酸镁0.1-1份；步骤3.2：向上述原料中加 入86-97.6份的过滤水进行溶解，高压灭菌20-40分钟后冷却，接种，静置发酵 18-24h；步骤3.3：分别按照1-2％接种量接种于不锈钢发酵罐中，37℃，厌氧静 置发酵18-24h，得到发酵液b和发酵液c。
14.进一步的，步骤4中发酵液d和发酵液e的制备方法包括如下步骤：步骤 4.1：选择原料，按重量称取葡萄糖1-2份、淀粉1-5份、豆粕粉1-5份、硫酸镁 0.1-1份、氯化钠0.1-1份；步骤4.2：向上述原料中加入86-96.8份的过滤水进 行溶解，高压灭菌20-40分钟，摇床震荡培养18-24h；步骤4.3：分别按照1-2％ 接种量接种于不锈钢发酵罐中，30℃，液体通风发酵12-16h，得到发酵液d和 发酵液e。
15.进一步的，步骤5中发酵液f的制备方法包括如下步骤：步骤5.1：选择原 料，按重量称取蔗糖0.1-1份、淀粉0.1-1份、豆粕粉1-5份、酵母粉0.1-1份、 磷酸二氢钾0.1-1份、磷酸氢二钾0.1-1份；步骤5.2：向上述原料中加入90-96.5 份的过滤水进行溶解，高压灭菌20-40分钟后冷却，接种，摇床震荡发酵18-24h； 步骤5.3：按照1-2％接种量接种于不锈钢发酵罐中，30℃，液体通风发酵12-16h， 得到发酵液f。
16.本发明提供的一种农田炭基土壤修复剂及其制备方法，具有以下有益效果：
17.本发明的农田炭基土壤修复剂以改性生物炭固定吸附有益菌制成，改性生 物炭材料拥有无污染、可再生、丰富的孔隙度、较大的比表面积以及大量的表 面官能团等特性，在使用过程中表现出极强的吸附能力，可以吸附固定农药， 在土壤吸附改良方面具有比较大的应用潜力，用改性生物炭固定有益菌可以提 高微生物的生物量和活性，有利于有益微生物菌群的存活和繁衍，使有益菌具 有更高的代谢活性及对环境的变化有更强的耐受性，从而使微生物更好的发挥 作用。
具体实施方式
18.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。
19.本发明提供了一种农田炭基土壤修复剂，包括改性生物炭和有益菌，改性 生物炭的重量占比为10％-25％，有益菌的重量占比为75％-90％，其中：有益菌 包括植物乳杆菌、嗜酸乳杆菌、酿酒酵母菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌以 及巨大芽孢杆菌。
20.具体的，本发明实施例提供的农田炭基土壤修复剂通过生物炭固定微生物 制成，能够提高微生物的生物量和活性，有利于微生物菌群的存活和繁衍，使 其具有更高的代谢活性及对环境的变化有更强的耐受性，从而降低土壤中的有 害污染物的活性或者将其降解成无害物质，实现土壤质量安全的提高，有利于 作物的正常生长。
21.进一步的，改性生物炭为矿物改性生物炭。改性生物炭材料拥有无污染、 可再生、丰富的孔隙度、较大的比表面积以及大量的表面官能团等特性，在使 用过程中表现出极强的吸附能力，可以吸附固定农药。
22.进一步的，修复剂总菌落总数≥1.0
×
109cfu/ml。其中，在本技术实施例 中，植物乳杆菌的菌落总数为0.2
×
108cfu/ml-3.0
×
108cfu/ml，嗜酸乳杆菌 的菌落总数为0.2
×
108cfu/ml-3.0
×
108cfu/ml，酿酒酵母菌的菌落总数为0.2
ꢀ×
108cfu/ml-3.0
×
108cfu/ml，枯草芽胞杆菌的菌落总数为2.0
×ꢀ
109cfu/ml-8.0
×
109cfu/ml，地衣芽胞杆菌的菌落总数为2.0
×
109cfu/ml-8.0
ꢀ×
109cfu/ml，巨大芽胞杆菌的菌落总数为2.0
×
108cfu/ml-8.0
×
108cfu/ml。
23.此外，本发明还提供了一种制备农田炭基土壤修复剂的方法，包括如下步 骤：步骤1：改性生物炭制备，将磁铁矿和蒙脱石按1:1重量混合，形成矿物泥 浆，将长度5-10cm秸秆浸入泥浆里6-12h，干燥秸秆，使其含水率≤20％，将 秸秆自动上料进入生物质炭气联产系统，中温(450～500℃)限氧燃烧得到改 性生物炭；步骤2：将酿酒酵母接种于液体培养基内，摇床震荡培养18-24h，然 后按照1-2％接种量接种于不锈钢发酵罐中，液体通风发酵12-16h，得到发酵液 a液；步骤3：将植物乳杆菌和嗜酸乳杆菌分别接种于液体培养基内，在培养箱 内静置发酵18-24h，然后分别按照1-2％接种量种于不锈钢发酵罐中，液体厌氧 静置发酵18-24h，得到发酵液b和发酵液c；步骤4：将枯草芽孢杆菌和地衣芽 孢杆菌接种于液体培养基内，摇床震荡培养18-24h，然后分别按照1-2％接种量 接种于不锈钢发酵罐中，液体通风发酵12-16h，得到发酵液d和发酵液e；步 骤5：将巨大芽孢杆菌接种于液体培养基内，摇床震荡培养18-24h，然后按照 1-2％接种量接种于不锈钢发酵罐中，液体通风培养
12-16h，得到发酵液f；步 骤6：将发酵液a、发酵液b、发酵液c、发酵液d、发酵液e以及发酵液f按 照配方比例在无菌条件下复配，得到有益菌；步骤7：将改性生物质炭加水配成 溶液，在混合罐内进行高温灭菌，冷却，在一定温度和无菌条件下把有益菌倒 入混合罐内，搅拌吸附固定，保证一定吸附时间，检验合格后无菌灌装，得到 农田炭基土壤修复剂。
24.进一步的，步骤2中发酵液a的制备方法包括如下步骤：步骤2.1：选择原 料，按重量称取葡萄糖1-5份、蛋白胨1-2份、酵母粉0.1-1份、磷酸二氢钾0.1-1 份、硫酸镁0.01-0.1份；步骤2.2：向上述原料中加入90.9-97.79份的过滤水进 行溶解，高压灭菌20-40分钟后冷却，接种，摇床震荡发酵18-24h；步骤2.3： 按照1-2％接种量接种于不锈钢发酵罐中，28℃，液体通风发酵12-16h，得到发 酵液a。
25.进一步的，步骤3中发酵液b和发酵液c的制备方法包括如下步骤：步骤3.1：选择原料，按重量称取葡萄糖1-5份、红糖1-5份、蛋白胨0.1-1份、酵母 粉0.1-1份、磷酸二氢钾0.1-1份、硫酸镁0.1-1份；步骤3.2：向上述原料中加 入86-97.6份的过滤水进行溶解，高压灭菌20-40分钟后冷却，接种，静置发酵 18-24h；步骤3.3：分别按照1-2％接种量接种于不锈钢发酵罐中，37℃，厌氧静 置发酵18-24h，得到发酵液b和发酵液c。
26.进一步的，步骤4中发酵液d和发酵液e的制备方法包括如下步骤：步骤 4.1：选择原料，按重量称取葡萄糖1-2份、淀粉1-5份、豆粕粉1-5份、硫酸镁 0.1-1份、氯化钠0.1-1份；步骤4.2：向上述原料中加入86-96.8份的过滤水进 行溶解，高压灭菌20-40分钟，摇床震荡培养18-24h；步骤4.3：分别按照1-2％ 接种量接种于不锈钢发酵罐中，30℃，液体通风发酵12-16h，得到发酵液d和 发酵液e。
27.进一步的，步骤5中发酵液f的制备方法包括如下步骤：步骤5.1：选择原 料，按重量称取蔗糖0.1-1份、淀粉0.1-1份、豆粕粉1-5份、酵母粉0.1-1份、 磷酸二氢钾0.1-1份、磷酸氢二钾0.1-1份；步骤5.2：向上述原料中加入90-96.5 份的过滤水进行溶解，高压灭菌20-40分钟后冷却，接种，摇床震荡发酵18-24h； 步骤5.3：按照1-2％接种量接种于不锈钢发酵罐中，30℃，液体通风发酵12-16h， 得到发酵液f。
28.下面结合具体的实施例，对本发明提供的农田炭基土壤修复剂及其制备方 法进行具体的说明：
29.(1)对土传病害的防治
30.实施例1
31.制备农田炭基土壤修复剂，包括以下重量份的组分，5份改性生物炭、40 份枯草芽孢杆菌、15份地衣芽孢杆菌、10份嗜酸乳杆菌、10份植物乳杆菌、10 份酿酒酵母菌、10份巨大芽孢杆菌。
32.实施例2
33.制备农田炭基土壤修复剂，包括以下重量份的组分，15份改性生物炭、35 份枯草芽孢杆菌、10份地衣芽孢杆菌、10份嗜酸乳杆菌、10份植物乳杆菌、10 份酿酒酵母菌、10份巨大芽孢杆菌。
34.实施例3
35.制备农田炭基土壤修复剂，包括以下重量份的组分，40份枯草芽孢杆菌、 20份地衣芽孢杆菌、10份嗜酸乳杆菌、10份植物乳杆菌、10份酿酒酵母菌、 10份巨大芽孢杆菌。
36.实验条件及过程：选取连续种植5年生姜试验地的地块，共设3个实施例 及1个常
规种植对照组，每处理设3次重复，共12个实验小区，试验小区随机 区组排列，每个小区面积为333.5m2，种植密度均为4000株/667m2。实施例 1-3，在生姜播种完成后和三杈期，分别随水冲施农田炭基土壤修复剂5l，在施 肥、灌水、施药等其它农事管理措施方面完全一致。
37.姜瘟病病害的测定：6月30日至9月30日，以处理小区为调查对象，每30 天调查一次，进行3次姜瘟(生姜腐烂病)发病情况调查，姜瘟病发病率采用 直接计数，即通过调查姜瘟病发病植株的数目与调查植株总数的比值，求得发 病率，植株其它病害和生理死亡不计在内(姜瘟病发病速度较快，往往整株得 病后即死亡)，具体结果见下表：
[0038][0039]
通过上述对比，可以明显看出使用本发明实施例提供的农田炭基土壤修复 剂，姜瘟病发病率明显较低，特别是实施例2中选用15份改性生物质炭的修复 剂，发病率最低，由此可见，本发明实施例可以有效防治土传病害，提高土壤 的质量。
[0040]
(2)土壤氯氰菊酯降解特性
[0041]
实施例4
[0042]
制备农田炭基土壤修复剂，包括以下重量份的组分，5份改性生物炭、40 份枯草芽孢杆菌、15份地衣芽孢杆菌、10份嗜酸乳杆菌、10份植物乳杆菌、10 份酿酒酵母菌、10份巨大芽孢杆菌。
[0043]
实施例5
[0044]
制备农田炭基土壤修复剂，包括以下重量份的组分，15份改性生物炭、35 份枯草芽孢杆菌、10份地衣芽孢杆菌、10份嗜酸乳杆菌、10份植物乳杆菌、10 份酿酒酵母菌、10份巨大芽孢杆菌。
[0045]
实施例6
[0046]
制备农田炭基土壤修复剂，包括以下重量份的组分，40份枯草芽孢杆菌、 20份地衣芽孢杆菌、10份嗜酸乳杆菌、10份植物乳杆菌、10份酿酒酵母菌、 10份巨大芽孢杆菌。
[0047]
实验条件及过程：称取1000g土壤，加入氯氰菊酯使土壤中含药浓度为 2mg/kg，实施例4-6加入农田炭基土壤修复剂，未处理土样加入清水，保持土壤 相对含水量为25％，置于30℃培养箱中黑暗条件下恒温培养，14天后取土样测 定其残留量，具体结果见下表：
[0048][0049]
通过上述对比，可以明显看出使用本发明实施例提供的农田炭基土壤修复 剂，土壤的氯氰菊酯降解率会明显提高，特别是实施例5中选用15份改性生物 质炭的修复剂，降解率最好，由此可见，本发明实施例可以有效的降低土壤中 有害污染物的活性，提高土壤的质量。
[0050]
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。