一种靶向控制氮转化微生物功能的土壤调理剂及应用方法

1.本发明涉及土壤调理技术领域，具体为一种靶向控制氮转化微生物功能的土壤调理剂及应用方法。


背景技术：

2.随着当下经济的快速发展，对农作物的需求不断扩大，为了能够促进农作物得于增产，投入于农业生产的化肥和农药的量都格外庞大。这种“输营养液”的掠夺耕作模式长期使用的结果就是：严重破坏了土壤的地质结构，使得土壤内部的营养成分失去了应有的平衡，从而导致土壤出现土壤板结、质地变差、储水功能弱化等众多问题。同时，农药的大量使用也会导致土壤污染，并且在土壤污染后又进一步影响了种植在土壤之中的农作物，使得农作物的质量遭受破坏。
3.面对土壤理化状态不佳的问题，现有技术是通过施加土壤调理剂以对土壤进行调理、修复。土壤调理剂是一种主要用于改良土壤的物理、化学和生物性质，使其更适宜于植物生长。但现有的土壤调理剂难以同时满足对硝化细菌、反硝化细菌生长的靶向调控，以及对重金属、有机污染物的有效吸附处理功能作用，没有将生物炭技术与土壤调理剂进行有效结合，以实现对土壤肥力的增加，对重金属、有机污染物的吸附处理，实现稻田综合温室效应的降低以及作物能值效益的提升。


技术实现要素：

4.(一)解决的技术问题
5.针对现有技术的不足，本发明提供了一种靶向控制氮转化微生物功能的土壤调理剂及应用方法，解决了现有的土壤调理剂难以同时满足对硝化细菌、反硝化细菌生长的靶向调控，以及对重金属、有机污染物的有效吸附处理功能作用，没有将生物炭技术与土壤调理剂进行有效结合，以实现对土壤肥力的增加，对重金属、有机污染物的吸附处理，实现稻田综合温室效应的降低以及作物能值效益的提升的问题。
6.(二)技术方案
7.本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
8.一种靶向控制氮转化微生物功能的土壤调理剂，包括复合颗粒，所述复合颗粒由外至依次包括土壤结构改良层、硝化抑制层和有机污染物核心处理层，其中，所述土壤结构改良层用于改良土壤结构，提高土壤透气性，从而提高土壤内氧气含量，在好氧情况下达到抑制反硝化细菌生长的目的，所述土壤结构改良层是由重量比为4～6：1～3的有机肥层和微生物菌层组成，所述硝化抑制层用于减少硝态氮在土壤中的生成和累积，起到抑制土壤硝化作用，所述有机污染物核心处理层是由沸石粉以及包裹于沸石粉内的改性秸秆生物炭颗粒组成，所述沸石粉与改性秸秆生物炭颗粒的重量比为0.5～1：0.8～1.5，所述有机污染物核心处理层用于吸附土壤中的有机污染物，所述土壤结构改良层、硝化抑制层和有机污染物核心处理层的重量份比例为65～75：1～3：24～32。
9.进一步地，所述土壤结构改良层是由重量比为4～5：2～3的有机肥层和微生物菌层组成。
10.进一步地，所述有机肥层是由重量比为3～6：2～3：1～2：1～2的大豆饼、棉籽饼、玉米秸秆和腐殖酸组成。
11.进一步地，所述微生物菌层是由重量比为2～5：2～3：2～3：1～2的枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、侧龅芽孢杆菌和胶质芽孢杆菌组成。
12.进一步地，所述改性秸秆生物炭颗粒的原料采用完成虫卵清除的棉花秸秆，该棉花秸秆是在限氧裂解的条件下制得秸秆生物炭，通过对该秸秆生物炭进行磷酸预处理，再利用表氯醇、乙二胺和三甲胺进行有机物改性即得改性秸秆生物炭颗粒。
13.本发明还提供了一种靶向控制氮转化微生物功能的土壤调理剂的应用方法，所述土壤调理剂采用复合层包膜制备所得，所述土壤调理剂的使用方式为通过机械或人工进行撒施、沟施、穴施，主要用于改良土壤结构，提高土壤肥力，在好氧情况下达到抑制反硝化细菌生长的目的，防止硝酸态的氮被快速还原为气态氮，抑制土壤硝化、反硝化作用，减少氮肥以硝态氮形式的损失及对生态环境的影响，以及对于土壤中有机污染物的吸附与降解的应用。
14.(三)有益效果
15.与现有技术相比，本发明提供了一种靶向控制氮转化微生物功能的土壤调理剂及应用方法，具备以下有益效果：
16.本发明，制得的靶向控制氮转化微生物功能的土壤调理剂较之普通土壤调理剂具有明显优势，对土壤的调理与修复效果更佳，能够有效抑制与调控硝化细菌、反硝化细菌生长，防止硝酸态的氮被还原成气态氮，造成氮素大量损失，能有效地吸附土壤中cu等重金属和有机污染物，降低农药残留，有助于作物生长、土壤改良，能够显著降低ch4排放，较大程度上降低了稻田的综合温室效应，同时增加了水稻生物量能值产出，综合性能更为优异。
附图说明
17.图1为本发明的结构示意图；
18.图2为本发明由实施例1-3制得的靶向控制氮转化微生物功能的土壤调理剂与现有技术普通土壤调理剂的性能比较示意图。
19.图中：1、土壤结构改良层；101、有机肥层；102、微生物菌层；2、硝化抑制层；3、有机污染物核心处理；301、沸石粉；302、改性秸秆生物炭颗粒。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.实施例1
22.如图1-2所示，本发明一个实施例提出的一种靶向控制氮转化微生物功能的土壤调理剂，包括复合颗粒，复合颗粒由外至依次包括土壤结构改良层1、硝化抑制层2和有机污
染物核心处理层3，其中，土壤结构改良层用于改良土壤结构，提高土壤透气性，从而提高土壤内氧气含量，在好氧情况下达到抑制反硝化细菌生长的目的，土壤结构改良层1是由重量比为4：3的有机肥层101和微生物菌层102组成，硝化抑制层2用于减少硝态氮在土壤中的生成和累积，起到抑制土壤硝化作用，有机污染物核心处理层3是由沸石粉301以及包裹于沸石粉301内的改性秸秆生物炭颗粒302组成，沸石粉301与改性秸秆生物炭颗粒302的重量比为0.5：0.8，有机污染物核心处理层3用于吸附土壤中的有机污染物，土壤结构改良层、硝化抑制层和有机污染物核心处理层的重量份比例为65：3：32。
23.在一些实施例中，有机肥层101是由重量比为3：3：2：2的大豆饼、棉籽饼、玉米秸秆和腐殖酸组成。
24.在一些实施例中，微生物菌层102是由重量比为2：3：3：2的枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、侧龅芽孢杆菌和胶质芽孢杆菌组成。
25.在一些实施例中，改性秸秆生物炭颗粒302的原料采用完成虫卵清除的棉花秸秆，该棉花秸秆是在限氧裂解的条件下制得秸秆生物炭，通过对该秸秆生物炭进行磷酸预处理，再利用表氯醇、乙二胺和三甲胺进行有机物改性即得改性秸秆生物炭颗粒302。
26.实施例2
27.如图1-2所示，本发明一个实施例提出的一种靶向控制氮转化微生物功能的土壤调理剂，包括复合颗粒，复合颗粒由外至依次包括土壤结构改良层1、硝化抑制层2和有机污染物核心处理层3，其中，土壤结构改良层用于改良土壤结构，提高土壤透气性，从而提高土壤内氧气含量，在好氧情况下达到抑制反硝化细菌生长的目的，土壤结构改良层1是由重量比为6：1的有机肥层101和微生物菌层102组成，硝化抑制层2用于减少硝态氮在土壤中的生成和累积，起到抑制土壤硝化作用，有机污染物核心处理层3是由沸石粉301以及包裹于沸石粉301内的改性秸秆生物炭颗粒302组成，沸石粉301与改性秸秆生物炭颗粒302的重量比为1：1.5，有机污染物核心处理层3用于吸附土壤中的有机污染物，土壤结构改良层、硝化抑制层和有机污染物核心处理层的重量份比例为75：1：24。
28.在一些实施例中，有机肥层101是由重量比为6：2：1：1的大豆饼、棉籽饼、玉米秸秆和腐殖酸组成。
29.在一些实施例中，微生物菌层102是由重量比为5：2：2：1的枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、侧龅芽孢杆菌和胶质芽孢杆菌组成。
30.在一些实施例中，改性秸秆生物炭颗粒302的原料采用完成虫卵清除的棉花秸秆，该棉花秸秆是在限氧裂解的条件下制得秸秆生物炭，通过对该秸秆生物炭进行磷酸预处理，再利用表氯醇、乙二胺和三甲胺进行有机物改性即得改性秸秆生物炭颗粒302。
31.实施例3
32.如图1-2所示，本发明一个实施例提出的一种靶向控制氮转化微生物功能的土壤调理剂，包括复合颗粒，复合颗粒由外至依次包括土壤结构改良层1、硝化抑制层2和有机污染物核心处理层3，其中，土壤结构改良层用于改良土壤结构，提高土壤透气性，从而提高土壤内氧气含量，在好氧情况下达到抑制反硝化细菌生长的目的，土壤结构改良层1是由重量比为5：2的有机肥层101和微生物菌层102组成，硝化抑制层2用于减少硝态氮在土壤中的生成和累积，起到抑制土壤硝化作用，有机污染物核心处理层3是由沸石粉301以及包裹于沸石粉301内的改性秸秆生物炭颗粒302组成，沸石粉301与改性秸秆生物炭颗粒302的重量比
为0.8：1.2，有机污染物核心处理层3用于吸附土壤中的有机污染物，土壤结构改良层、硝化抑制层和有机污染物核心处理层的重量份比例为70：2：28。
33.在一些实施例中，有机肥层101是由重量比为5：2：2：1的大豆饼、棉籽饼、玉米秸秆和腐殖酸组成。
34.在一些实施例中，微生物菌层102是由重量比为4：2：3：1的枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、侧龅芽孢杆菌和胶质芽孢杆菌组成。
35.在一些实施例中，改性秸秆生物炭颗粒302的原料采用完成虫卵清除的棉花秸秆，该棉花秸秆是在限氧裂解的条件下制得秸秆生物炭，通过对该秸秆生物炭进行磷酸预处理，再利用表氯醇、乙二胺和三甲胺进行有机物改性即得改性秸秆生物炭颗粒302。
36.本发明还提供了一种靶向控制氮转化微生物功能的土壤调理剂的应用方法，土壤调理剂采用复合层包膜制备所得，在有机污染物核心处理层3的外表面包膜一层硝化抑制层2，在硝化抑制层2的外表面包膜一层土壤结构改良层1，土壤调理剂的使用方式为通过机械或人工进行撒施、沟施、穴施，主要用于改良土壤结构，提高土壤肥力，在好氧情况下达到抑制反硝化细菌生长的目的，防止硝酸态的氮被快速还原为气态氮，抑制土壤硝化、反硝化作用，减少氮肥以硝态氮形式的损失及对生态环境的影响，以及对于土壤中有机污染物的吸附与降解的应用，具有靶向控制氮转化微生物功能，能够提高半干旱地区中低产田肥力水平。
37.本发明还提供了一种靶向控制氮转化微生物功能的土壤调理剂的制备方法，包括以下制备步骤：
38.s1、制备改性秸秆生物炭颗粒302：对棉花秸秆进行虫卵清除，在限氧裂解的条件下将棉花秸秆制成秸秆生物炭，通过对该秸秆生物炭进行磷酸预处理，再利用表氯醇、乙二胺和三甲胺进行有机物改性，造粒后即得改性秸秆生物炭颗粒302；
39.s2、制备有机污染物核心处理颗粒：按比例将改性秸秆生物炭颗粒302掺入沸石粉301中，混合均匀后，造粒得有机污染物核心处理颗粒，即有机污染物核心处理层3；
40.s3、有机污染物核心处理颗粒包膜：在包膜机中喷雾硝化抑制剂，使在有机污染物核心处理颗粒外形成一层硝化抑制层2，得包膜有机污染物核心处理颗粒；
41.s4、制备土壤结构改良颗粒：按比例将大豆饼、棉籽饼、玉米秸秆和腐殖酸混合均匀，造粒得有机肥颗粒；按比例将枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、侧龅芽孢杆菌和胶质芽孢杆菌混合均匀，得微生物制剂；将微生物制剂均匀覆盖于包膜有机污染物核心处理颗粒外表面，形成微生物菌层102，再将有机肥颗粒均匀覆盖于微生物菌层102表面，形成有机肥层101，微生物菌层102与有机肥层101组成土壤结构改良层1；最终得复合颗粒，即具有复合层包膜的靶向控制氮转化微生物功能的土壤调理剂。
42.在本发明的一些实施例中，硝化抑制层2采用硝化抑制剂制成，该硝化抑制剂为硝化抑制剂hct、硝化抑制剂cp、硝化抑制剂mdct中的一种。
43.实施例1-3制得的靶向控制氮转化微生物功能的土壤调理剂与现有技术普通土壤调理剂的性能比较如图2表中所示。
44.从图2表中可看出，本发明制得的靶向控制氮转化微生物功能的土壤调理剂较之普通土壤调理剂具有明显优势，对土壤的调理与修复效果更佳，能够有效抑制与调控硝化细菌、反硝化细菌生长，防止硝酸态的氮被还原成气态氮，造成氮素大量损失，能有效地吸
附土壤中cu等重金属和有机污染物，降低农药残留，有助于作物生长、土壤改良，能够显著降低ch4排放，较大程度上降低了稻田的综合温室效应，同时增加了水稻生物量能值产出，综合性能更为优异。
45.具体来说，本发明通过采用复合层包膜的方式制成的靶向控制氮转化微生物功能的土壤调理剂，通过有机肥层101和微生物菌层102组成土壤结构改良层1，利用有机肥层101高土壤透气性，改善土壤性状，使土壤内的氧气含量提高；通过枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、侧龅芽孢杆菌和胶质芽孢杆菌组成微生物菌层1022，通过掺入上述微生物菌剂，能够起到活化、疏松土壤的作用，对改良土壤结构、增加土壤透气性有明显的促进作用，配合有机肥层101的使用，能够在好氧情况下达到抑制反硝化细菌生长的目的，从而使制得的土壤调理剂具备调控抑制反硝化细菌的功能，能够防止硝酸状态的氮被还原为气态氮；通过添加硝化抑制剂，在有机污染物核心处理层3的表面喷雾成硝化抑制层2，能够通过减少硝态氮在土壤中的生成和累积，从而减少氮肥以硝态氮形式的损失及对生态环境的影响；通过在沸石粉301内掺入改性秸秆生物炭颗粒302，沸石粉301能够改良土壤，提高土壤肥力，改性秸秆生物炭颗粒302的添加，通过将完成虫卵清除的棉花秸秆在限氧裂解的条件下制成秸秆生物炭，并对秸秆生物炭进行复合改性，得到改性秸秆生物炭，经过改性后的秸秆生物炭的比表面积增加了12.3％，介孔比例得到提高，使其具有更为发达的孔隙结构，吸附量为29.35mg/g，高于原生物炭的12.36mg/g，能有效地吸附土壤中cu等重金属和有机污染物，降低农药残留，有助于作物生长、土壤改良；另外，施加改性秸秆生物炭能够显著降低多达12.5％的ch4排放，可降低稻田的综合温室效应多达38.94％，对稻季温室气体排放产生较大影响；同时，施加改性秸秆生物炭还增加了水稻生物量能值产出，比常规施肥处理增加最多达13.98％，比普通土壤调理剂采用的秸秆颗粒还田增加了最多达26.12％，对作物能值效益提升明显。
46.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。