一种炭基微生物有机肥及其制备方法与流程

本发明涉及土壤改良技术领域，特别涉及一种炭基微生物有机肥及其制备方法。

背景技术：

生物炭是在缺氧或低氧条件下以较低温度(＜700℃)对生物质进行热解而产生的含碳极其丰富、稳定、高度芳香化的固态物质。生物炭主要由芳香烃和单质碳或具有类石墨结构的碳组成，一般含有60％以上的c元素，还有h、o、n、s等其它元素。生物炭的可溶性极低，溶沸点极高，具有高度羧酸酯化、芳香化结构和脂肪族链状结构，羧基、酚羟基、羟基、脂族双键以及芳香化等典型结构特征，使生物炭具备了极强的吸附能力和抗氧化能力。在制炭过程中，原生物质的细微孔隙结构被完好地保留在生物炭中，使其具有较大的比表面积。含碳率高、孔隙结构丰富、比表面积大、理化性质稳定是生物炭固有的特点，也是生物炭能够还田改土、提高农作物产量、实现碳封存的重要结构基础。

近年来，化肥农药的大量使用及常年的不合理连作造成的一系列农业面源污染及连作障碍等问题，如土壤酸化板结，养分降低、重金属污染、肥料利用率低、温室效应加剧等，严重影响了农业发展和生态环境平衡。过量的施用化肥农药，严重恶化土壤理化性质，造成重金属污染，降低作物的产量及品质。长期连作引起土壤板结，降低土壤养分，增加病虫害发生，影响作物产量，甚至还造成土壤盐渍化和土壤酸化，抑制作物根系生长发育，使植株生长缓慢营养不良，抗病能力降低。此外，在农业生产中，大量的烟草、玉米、大豆等作物秸秆、中草药渣、菌菇渣等废弃物的随意丢置或焚烧处理，都会对农田及空气环境造成严重污染，破坏地表微生物群落，矿化腐殖质和有机质，加重土壤板结，改变土壤的物理性状，影响耕地农作物的生长。随着畜牧业以及养殖业的快速发展，粪便污染已经成为一大难题。平均1头450kg重的肉牛在牛舍每天可生产23kg的粪便，有的地方牛粪对环境的污染已经超过了工业污染的总量，有的甚至高达2倍以上。不能够正确处理牛粪，不仅会对水源、空气造成污染，还会影响土壤地表微生物平衡，恶化土壤理化性质，不利于农牧业的持续发展。如何有效减缓化肥农药的大量使用，减缓农业面源污染、连作障碍以及农业废弃物污染和畜禽养殖污染等所引起的农业生态环境问题，已成为中国经济、生态和环境可持续协调发展亟需解决的问题。

技术实现要素：

发明目的：针对土壤连作障碍、重金属污染等问题，本发明提出了一种炭基微生物有机肥及其制备方法，本发明旨在缓解农业面源污染，可有效改善土壤结构和孔性，疏松土壤，消除板结，调节土壤ph，促进有机物质积累和转化，增加土壤有机质和n、p、k养分含量，吸附、固定、钝化土壤中的重金属，增加微生物活性，修复土壤重金属污染及连作障碍，促进作物生长。

技术方案：为实现上述技术目的，本发明提供了一种炭基微生物有机肥，包括如下重量份数的组分制备而成：生物炭15～25份、牛粪25～40份、糠麸25～35份、em菌1～5份、氯化铁10～25份、柠檬酸5～10份、纳米铁粉10～15份、蒸馏水90～100份，蜂蜜1～10份。

其中，所述改性生物炭是将氯化铁溶液与生物炭以质量体积比为1∶25～1∶30g/ml混合高温裂解制得。

其中，所述的牛粪是经充分的腐熟后得到，一般新鲜牛粪的含水量为85-90％，由于新鲜牛粪含水量较高，易影响其透气性，因此需要加入适量的糠麸充分混合后调节牛粪含水量至55～68％。

其中，所述糠麸可根据生产地，因地制宜，选择粉碎后的稻糠、小麦麸、高粱糠、玉米糠中的一种或几种。

其中，所述氯化铁为黑棕色结晶，易溶于水并且有强烈的吸水性，可购买于山东钰来化工科技公司。

其中，所述柠檬酸为市售优级纯试剂。

其中，所述纳米铁粉为黑色粉末，平均粒径30-80nm，可购买于郑州市金得硕金属材料有限公司.

其中，所述改性生物炭中的生物炭是将自然风干的水稻、小麦、玉米或烟草秸秆中的一种或几种，进行破碎、筛分、灭菌后，放入定制的烘盘内，置于马弗炉中在氮气保护下进行炭化得到，炭化温度为300～700℃，升温速度10℃/min，恒温时间0.5h。

其中，所述的蜂蜜均为市售。

本发明所述的炭基微生物有机肥及其制备方法，包括如下步骤：

(1)改性生物炭的制备：先将10～25份的氯化铁与65～75份的蒸馏水混合，再将混合后的氯化铁溶液与生物炭以质量体积比为1∶25～1∶30g/ml在氯化铁溶液中浸渍3～12h，并冲洗，80-105℃烘干，在氮气氛围下高温裂解，制得改性生物炭；

(2)牛粪物料a的制备：牛粪含水量的调节：选择粉碎的糠麸，将新鲜牛粪堆置成条垛，按重量份数在新鲜牛粪中添加15～20份的糠麸，并使用翻抛机充分混合翻抛5～8次，得到调节含水量及容重后的牛粪物料a；

(3)em活性液的制备：将em原液、蜂蜜和蒸馏水按相应份量的混合，并将其移入发酵瓶中，放入恒温培养箱中在密闭条件下发酵7～8天，发酵温度为37℃，摇床转速为150-200r/min，制得em活性液；em原液含有光合菌、双歧杆菌、乳酸菌、酵母菌、放线菌等复合微生物，活菌数不少于1亿个/毫升，ph不小于3.8，颜色为黄褐色，半透明液体改土效果好，且其复壮液含有促生因子，对作物生长有刺激作用；蜂蜜的作用是在微生物复壮过程中作为能源物质，快速地使em复壮成功；

(4)em菌固体粉末b的制备：取步骤(3)中得到的em活性液，加入10～15份的糠麸，加蒸馏水充分混匀后，好氧发酵后经过滤得到em菌固体粉末b；

(5)炭基微生物有机肥的发酵：再将步骤(1)、(2)和(3)中得到的改性生物炭、牛粪物料a和em菌固体粉末充分混合，混匀后，在混合物中加入相应配方量的柠檬酸和纳米铁粉，混堆发酵，当温度在50～60℃间时使用翻抛机不断的混合翻抛，待温度不在升高时，完成腐熟发酵，制得炭基微生物有机肥半成品。

(6)再将步骤(5)中得到的半成品喷洒稀释50～100倍1～3份的em菌稀释液，二次发酵，发酵2～3天，晾晒、粉碎后，即制得炭基微生物有机肥。

本发明以水稻、小麦、玉米或烟草秸秆等废弃物制作的生物炭为主要原料得到生物炭，然后通过氯化铁改性获得改性生物炭，固定化复合微生物，将生物炭、有效微生物、牛粪及柠檬酸和纳米铁粉按比例混合，制成一种炭基微生物有机肥，生物炭可作为微生物、营养元素及重金属吸附成分的载体，为其提供较大的栖息环境，可延缓养分和有效微生物的释放，增加对土壤养分、重金属的吸附交换，从而降低土壤养分淋失，降低土壤重金属、农药污染，促进土壤微生物生物量、活性和多样性，提高作物生长、产量和品质，化害为利，综合利用，既能解决秸秆等废弃物污染、化肥农药污染、牛粪的处理及连作障碍问题，又能够提供一种炭基微生物有机肥料以满足我国日益增长的农业可持续发展需要。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明适用于大田、设施大棚、盆栽及重金属污染等土地、作物的施肥，有利于减缓土壤连作障碍、重金属污染及温室气体排放。

(2)可有效调节设施土壤ph，改善土壤结构和孔性，疏松土壤，促进有机物质积累和转化，减少土壤硝态氮和有效磷淋失，增加土壤有机质和n、p、k养分含量。

(3)增加微生物活性，有效吸附、固定、钝化土壤中的重金属，修复土壤重金属污染及连作障碍，提高作物的产量和品质。

(4)本发明原料来源广泛，制备工艺简单，成本低廉，无副作用。

附图说明

图1为炭基微生物有机肥的制备工艺。

具体实施方式

试剂来源：

本发明使用的em原液为爱睦乐环保生物技术(南京)有限公司生产，蜂蜜为超市中购置的蜂蜜产品，牛粪、氯化铁、糠麸、柠檬酸、纳米铁粉均购买自市场，秸秆生物质炭是在贵州时科金年生物科技有限公司生产制备的。

下面通过具体的实施例详细说明本发明。

实施例1：炭基微生物有机肥t1的制备

一种炭基微生物有机肥，按重量份数包括以下组分制备而成：生物炭15份、氯化铁10份、em菌2.5份、牛粪25份、糠麸25份、柠檬酸5份、纳米铁粉10份、蒸馏水95份，蜂蜜5份。

炭基微生物有机肥的制备方法如下：

(1)改性生物炭的制备：先将10份的氯化铁与65份的蒸馏水混合，再将混合后的氯化铁溶液与生物炭以质量体积比为1∶25g/ml在氯化铁溶液中浸渍5h，并冲洗，80℃烘干，在氮气氛围下高温裂解，制得改性生物炭；

(2)牛粪物料a的制备：牛粪含水量的调节：选择粉碎的糠麸，将新鲜牛粪堆置成条垛，按重量份数在新鲜牛粪中添加15份的糠麸，并使用翻抛机充分混合翻抛5次，得到调节含水量及容重后的牛粪物料a；

(3)em活性液的制备：将1.5份的em原液、5份的蜂蜜和20份蒸馏水的混合，并将其移入发酵瓶中，放入恒温培养箱中在密闭条件下发酵7天，发酵温度为37℃，摇床转速为150r/min，制得em活性液；

(4)em菌固体粉末b的制备：取步骤(3)中得到的em活性液，加入10份的糠麸，加10份的蒸馏水充分混匀后，好氧发酵后经过滤得到em菌固体粉末b；

(5)炭基微生物有机肥的发酵：再将步骤(1)、(2)和(3)中得到的改性生物炭、牛粪物料a和em菌固体粉末充分混合，混匀后，在混合物中加入相应配方量的柠檬酸和纳米铁粉，混堆发酵，当温度在50℃间时使用翻抛机不断的混合翻抛，待温度不在升高时，完成腐熟发酵，制得炭基微生物有机肥半成品。

(6)再将步骤(5)中得到的半成品喷洒稀释50倍1份的em菌的稀释液，二次发酵，发酵2天，晾晒、粉碎后，即制得炭基微生物有机肥。其中，50倍的em菌稀释液是将em菌原液用蒸馏水稀释50倍得到。

实施例2：炭基微生物有机肥t2的制备

一种炭基微生物有机肥及其制备方法与应用，按重量份数包括以下组分制备而成：

生物炭15份、氯化铁25份、em菌5份、牛粪25份、糠麸25份、柠檬酸5份、纳米铁粉10份、蒸馏水95份，蜂蜜5份。

炭基微生物有机肥的制备方法如下：

(1)改性生物炭的制备：先将25份的氯化铁与50份的蒸馏水混合，再将混合后的氯化铁溶液与生物炭以质量体积比为1∶25～1∶30g/ml在氯化铁溶液中浸渍12h，并冲洗，105℃烘干，在氮气氛围下高温裂解，制得改性生物炭；

(2)牛粪物料a的制备：牛粪含水量的调节：选择粉碎的糠麸，将新鲜牛粪堆置成条垛，按重量份数在新鲜牛粪中添加15份的糠麸，并使用翻抛机充分混合翻抛8次，得到调节含水量及容重后的牛粪物料a；

(3)em活性液的制备：将3份的em原液、5份的蜂蜜和30份蒸馏水的混合，并将其移入发酵瓶中，放入恒温培养箱中在密闭条件下发酵8天，发酵温度为37℃，摇床转速为200r/min，制得em活性液；

(4)em菌固体粉末b的制备：取步骤(3)中得到的em活性液，加入15份的糠麸，加10份的蒸馏水充分混匀后，好氧发酵后经过滤得到em菌固体粉末b；

(5)炭基微生物有机肥的发酵：再将步骤(1)、(2)和(3)中得到的改性生物炭、牛粪物料a和em菌固体粉末充分混合，混匀后，在混合物中加入相应配方量的柠檬酸和纳米铁粉，混堆发酵，当温度在60℃间时使用翻抛机不断的混合翻抛，待温度不在升高时，完成腐熟发酵，制得炭基微生物有机肥半成品。

(6)再将步骤(5)中得到的半成品喷洒稀释100倍2份的em菌稀释液，二次发酵，发酵3天，晾晒、粉碎后，即制得炭基微生物有机肥。其中，100倍的em菌稀释液是将em菌原液用蒸馏水稀释100倍得到。

实施例3：炭基微生物有机肥t3的制备

一种炭基微生物有机肥及其制备方法与应用，按重量份数包括以下组分制备而成：改性生物炭15份、氯化铁25份、em菌5份、牛粪40份、糠麸35份、柠檬酸10份、纳米铁粉15份、蒸馏水95份，蜂蜜10份。

炭基微生物有机肥的制备方法如下：

(1)改性生物炭的制备：先将25份的氯化铁与50份的蒸馏水混合，再将混合后的氯化铁溶液与生物炭以质量体积比为1∶25～1∶30g/ml在氯化铁溶液中浸渍12h，并冲洗，105℃烘干，在氮气氛围下高温裂解，制得改性生物炭；

(2)牛粪物料a的制备：牛粪含水量的调节：选择粉碎的糠麸，将新鲜牛粪堆置成条垛，按重量份数在新鲜牛粪中添加20份的糠麸，并使用翻抛机充分混合翻抛8次，得到混合物调节含水量及容重后的牛粪物料a；

(3)em活性液的制备：将3份的em原液、10份的蜂蜜和35份蒸馏水的混合，并将其移入发酵瓶中，放入恒温培养箱中在密闭条件下发酵8天，发酵温度为37℃，摇床转速为200r/min，制得em活性液；

(4)em菌固体粉末b的制备：取步骤(3)中得到的em活性液，加入15份的糠麸，加10份的蒸馏水充分混匀后，好氧发酵后经过滤得到em菌固体粉末b；

(5)炭基微生物有机肥的发酵：再将步骤(1)、(2)和(3)中得到的改性生物炭、牛粪物料a和em菌固体粉末充分混合，混匀后，在混合物中加入相应配方量的柠檬酸和纳米铁粉，混堆发酵，当温度在60℃间时使用翻抛机不断的混合翻抛，待温度不在升高时，完成腐熟发酵，制得炭基微生物有机肥半成品。

(6)再将步骤(5)中得到的半成品喷洒稀释100倍2份的em菌稀释液，二次发酵，发酵3天，晾晒、粉碎后，即制得炭基微生物有机肥。其中，100倍的em菌稀释液是将em菌原液用蒸馏水稀释100倍得到。

实施例4：炭基微生物有机肥t4的制备

一种炭基微生物有机肥及其制备方法与应用，按重量份数包括以下组分制备而成：生物炭25份、氯化铁10份、em菌2.5份、牛粪25份、糠麸25份、柠檬酸5份、纳米铁粉10份、蒸馏水95份，蜂蜜10份。

炭基微生物有机肥的制备方法如下：

(1)改性生物炭的制备：先将10份的氯化铁与50份的蒸馏水混合，再将混合后的氯化铁溶液与生物炭以质量体积比为1∶25～1∶30g/ml在氯化铁溶液中浸渍12h，并冲洗，105℃烘干，在氮气氛围下高温裂解，制得改性生物炭；

(2)牛粪物料a的制备：牛粪含水量的调节：选择粉碎的糠麸，将新鲜牛粪堆置成条垛，按重量份数在新鲜牛粪中添加15份的糠麸，并使用翻抛机充分混合翻抛8次，得到混合物调节含水量及容重后的牛粪物料a；

(3)em活性液的制备：将1.5份的em原液、10份的蜂蜜和35份蒸馏水的混合，并将其移入发酵瓶中，放入恒温培养箱中在密闭条件下发酵8天，发酵温度为37℃，摇床转速为200r/min，制得em活性液；

(4)em菌固体粉末b的制备：取步骤(3)中得到的em活性液，加入10份的糠麸，加10份的蒸馏水充分混匀后，好氧发酵后经过滤得到em菌固体粉末b；

(5)炭基微生物有机肥的发酵：再将步骤(1)、(2)和(3)中得到的改性生物炭、牛粪物料a和em菌固体粉末充分混合，混匀后，在混合物中加入相应配方量的柠檬酸和纳米铁粉，混堆发酵，当温度在60℃间时使用翻抛机不断的混合翻抛，待温度不在升高时，完成腐熟发酵，制得炭基微生物有机肥半成品。

(6)再将步骤(5)中得到的半成品喷洒稀释50倍1份的em菌稀释液，二次发酵，发酵3天，晾晒、粉碎后，即制得炭基微生物有机肥。其中，50倍的em菌稀释液是将em菌原液用蒸馏水稀释50倍得到。

实施例5：炭基微生物有机肥t5的制备

一种炭基微生物有机肥及其制备方法与应用，按重量份数包括以下组分制备而成：生物炭25份、氯化铁25份、em菌5份、牛粪25份、糠麸25份、柠檬酸10份、纳米铁粉15份、蒸馏水95份，蜂蜜10份。

炭基微生物有机肥的制备方法如下：

(1)改性生物炭的制备：先将25份的氯化铁与50份的蒸馏水混合，再将混合后的氯化铁溶液与生物炭以质量体积比为1∶25～1∶30g/ml在氯化铁溶液中浸渍12h，并冲洗，105℃烘干，在氮气氛围下高温裂解，制得改性生物炭；

(2)牛粪物料a的制备：牛粪含水量的调节：选择粉碎的糠麸，将新鲜牛粪堆置成条垛，按重量份数在新鲜牛粪中添加15份的糠麸，并使用翻抛机充分混合翻抛8次，得到混合物调节含水量及容重后的牛粪物料a；

(3)em活性液的制备：将3份的em原液、10份的蜂蜜和35份蒸馏水的混合，并将其移入发酵瓶中，放入恒温培养箱中在密闭条件下发酵8天，发酵温度为37℃，摇床转速为200r/min，制得em活性液；

(4)em菌固体粉末b的制备：取步骤(3)中得到的em活性液，加入10份的糠麸，加10份的蒸馏水充分混匀后，好氧发酵后经过滤得到em菌固体粉末b；

(5)炭基微生物有机肥的发酵：再将步骤(1)、(2)和(3)中得到的改性生物炭、牛粪物料a和em菌固体粉末充分混合，混匀后，在混合物中加入相应配方量的柠檬酸和纳米铁粉，混堆发酵，当温度在60℃间时使用翻抛机不断的混合翻抛，待温度不在升高时，完成腐熟发酵，制得炭基微生物有机肥半成品。

(6)再将步骤(5)中得到的半成品喷洒稀释100倍2份的em菌稀释液，二次发酵，发酵3天，晾晒、粉碎后，即制得炭基微生物有机肥。其中，100倍的em菌稀释液是将em菌原液用蒸馏水稀释100倍得到。

实施例6：炭基微生物有机肥t6的制备

一种炭基微生物有机肥及其制备方法与应用，按重量份数包括以下组分制备而成：生物炭25份、氯化铁25份、em菌5份、牛粪40份、糠麸35份、柠檬酸10份、纳米铁粉15份、蒸馏水95份，蜂蜜10份。

炭基微生物有机肥的制备方法如下：

(1)改性生物炭的制备：先将25份的氯化铁与50份的蒸馏水混合，再将混合后的氯化铁溶液与生物炭以质量体积比为1∶25～1∶30g/ml在氯化铁溶液中浸渍12h，并冲洗，105℃烘干，在氮气氛围下高温裂解，制得改性生物炭；

(2)牛粪物料a的制备：牛粪含水量的调节：选择粉碎的糠麸，将新鲜牛粪堆置成条垛，按重量份数在新鲜牛粪中添加20份的糠麸，并使用翻抛机充分混合翻抛8次，得到混合物调节含水量及容重后的牛粪物料a；

(3)em活性液的制备：将3份的em原液、10份的蜂蜜和35份蒸馏水的混合，并将其移入发酵瓶中，放入恒温培养箱中在密闭条件下发酵8天，发酵温度为37℃，摇床转速为200r/min，制得em活性液；

(4)em菌固体粉末b的制备：取步骤(3)中得到的em活性液，加入15份的糠麸，加10份的蒸馏水充分混匀后，好氧发酵后经过滤得到em菌固体粉末b；

(5)炭基微生物有机肥的发酵：再将步骤(1)、(2)和(3)中得到的改性生物炭、牛粪物料a和em菌固体粉末充分混合，混匀后，在混合物中加入相应配方量的柠檬酸和纳米铁粉，混堆发酵，当温度在60℃间时使用翻抛机不断的混合翻抛，待温度不在升高时，完成腐熟发酵，制得炭基微生物有机肥半成品。

(6)再将步骤(5)中得到的半成品喷洒稀释100倍2份的em菌稀释液，二次发酵，发酵3天，晾晒、粉碎后，即制得炭基微生物有机肥。其中，100倍的em菌稀释液是将em菌原液用蒸馏水稀释100倍得到。

实验例

试验于2019年5月在南京市江宁区横溪镇南京蔬菜花卉科学研究所内进行。烤烟品种选用云87。试验设置7个处理：ck对照(基肥)；t1、t2、t3、t4、t5、t6为本发明的实施例1～6制备的炭基微生物有机肥，各处理为小区试验，随机区组排列。于烤烟栽后50d和70d测定烤烟农艺性状，并测定土壤理化性质等指标。结果如表1～2所示。

从表1和2中可以看出，施用本发明的炭基微生物有机肥可显著提高烤烟的农艺性状，调节连作土壤ph，增加土壤微生物及n、p、k养分含量，提高总孔隙度，改善土壤结构和颗粒组成，有效降低重金属cd、cr和pb的含量。结果表明，t1、t2、t3、t4、t5和t6处理的株高较ck处理，分别提高了13.7、15.3、20.1、19.5、22和28.1cm；茎围较ck处理，分别提高了2.2、2.6、3.4、3.1、3.6和3.6cm；叶面积较ck处理，分别提高了176.7、152.51、268.47、213.85、283.01和387.99cm2；植烟土壤ph较ck处理，分别提高了0.26、0.1、0.42、0.48、0.36和0.32；碱解氮较ck处理，分别提高了3.28、2.81、7.88、4.05、6.29和8.92mg/kg；有效磷较ck处理，分别提高了6.13、6.65、8.24、7.27、6.52和9.67mg/kg；速效钾较ck处理，分别提高了22.47、38.42、41.08、56.65、50.3和67.12mg/kg；真菌较ck处理，分别提高了1.34、4.0、4.74、3.49、5.42和5.88×10⁴cfu·g^-1；总孔隙度较ck处理，分别提高了3.5、1.7、4.3、6.9、6和8.3％；cd较ck处理，分别降低了0.003、0.008、0.011、0.012、0.01和0.015mg/kg；cr较ck处理，分别降低了14.5、19.1、20.8、17.4、22.9和25.3mg/kg；pb较ck处理，分别降低了2、2.8、3.5、1.7、3.4和4mg/kg。

表1不同炭基微生物有机肥处理对烤烟农艺性状的影响

表2不同炭基微生物有机肥处理对理化性质及重金属的影响

综上，本发明实施例提供的一种炭基微生物有机肥及其制备方法与应用，本发明制备工艺简单、成本较低，用于农田、设施大棚及盆栽等土地、作物的施肥，可有效调节设施土壤ph，改善土壤结构和孔性，疏松土壤，促进有机物质积累和转化，减少土壤硝态氮和有效磷淋失，增加土壤有机质和n、p、k养分含量。并能增加微生物活性，有效吸附、固定、钝化土壤中的重金属，修复土壤重金属污染及连作障碍，提高作物的产量和品质。