一种生物质炭基调理剂的制备方法及应用 |
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| 申请号 | CN202311731158.1 | 申请日 | 2023-12-15 | 公开(公告)号 | CN117886651A | 公开(公告)日 | 2024-04-16 |
| 申请人 | 江苏省中国科学院植物研究所; | 发明人 | 于金平; 刘壮壮; 周冬琴; 吕世鹏; 贾明云; 李琦; 侯炤琪; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种 生物 质 炭基调理剂的制备方法及应用，属于盐 碱 地改良调理剂制备技术领域。本发明将芦苇炭生物质炭、芽孢杆菌 发酵 液和保菌剂混匀制备生物质炭基菌剂；然后按照比例将尿素、 磷酸 一铵、 硫酸 钾 、 黄腐酸 钾、 硫酸镁 、鸡粪 有机肥 、菜籽饼、 钙 基 膨润土 依次加入至生物质炭基菌剂中，在 搅拌机 中搅拌均匀，即制备得到生物质炭基调理剂。结果表明，施用不同剂量的生物质炭基调理剂均可促进海滨锦葵在砂质盐碱土中生长；添加0.8‰、1.2‰和2.0‰生物质炭基调理剂有利于紫花苜蓿生物量的积累，其中添加1.2‰生物质炭基调理剂对砂质盐碱土中紫花苜蓿鲜重的促进效果最为突出；生物质炭基调理剂可明显促进大豆豆粒重的提高。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种生物质炭基调理剂的制备方法，其特征在于，包括：将芦苇炭生物质炭、芽孢杆菌发酵液和保菌剂混匀制备生物质炭基菌剂；然后按照比例将尿素、磷酸一铵、硫酸钾、黄腐酸钾、硫酸镁、鸡粪有机肥、菜籽饼、钙基膨润土依次加入至生物质炭基菌剂中，在搅拌机中搅拌均匀，即制备得到生物质炭基调理剂。 |
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| 说明书全文 | 一种生物质炭基调理剂的制备方法及应用技术领域背景技术[0002] 盐碱土是盐土和碱土的总称。盐土主要指含氯化物或硫酸盐较高的盐渍化土壤，土壤呈碱性，但pH值不一定很高。碱土是指含碳酸盐或重磷酸盐的土壤，pH值较高，土壤呈碱性，盐碱土的有机质含量少，土壤肥力低，理化性状差，对作物有害的阴、阳离子多，作物不易促苗。在利用过程当中，可以分为轻盐碱地(pH值为7.1‑8.5)、中度盐碱地(pH值为8.5‑9.5)和重盐碱地(pH值为9.5以上)。轻盐碱地是指出苗率在70％‑80％，含盐量在千分之三以下；重盐碱地是指含盐量超过千分之六，出苗率低于50％。 [0003] 基于生物质炭所特有的理化性质，生物质炭基土壤调理剂在许多方面均具有优异的性能，如优化土壤结构、改善土壤孔隙度、增加土壤持水能力、调节土壤pH、提高土壤阳离子交换量、增加土壤肥力、减缓温室气体排放等等。但目前关于生物质炭基土壤调理剂的研究仍处于初级阶段，制备生物质炭基土壤调理剂的生物质炭与肥料的混合比、实际施用量的不同对土壤与作物产生作用的差异，还未有深入研究，生物质炭基土壤调理剂的肥效随时间动态变化的研究不足，生物质炭基肥应用后对农业生态环境的影响研究尚浅。中国专利CN110272744A公开了一种复合脱硫石膏生物质炭基碱化土壤调理剂及其制备方法与应用，施入盐碱地可有效提高土壤的阳离子交换量，降低土壤碱化度；但是脱硫石膏产量巨大，处理成本高昂，使用过程中含有一些重金属元素和有机物质，如果没有充分处理和监管会造成污染。中国专利CN111073659A公开了黏重盐碱地用碳基土壤改良剂，以秸秆低温裂解固体生物质碳、液体木醋液为主体，搭配生化腐殖酸、磷石膏、糠醛渣和硫酸铝制成的一种粘土型盐碱土适用的土壤改良剂，该专利中制备碳基土壤改良所用的磷石膏中含有氟化物、重金属和放射性杂质，如大面积施用利用磷石膏制备的碳基土壤改良剂，其可能会对环境和人体健康带来潜在的风险。中国专利CN105367335A公开了生物质炭基滨海盐碱地改良调理剂及其制备方法和应用，该专利并未对炭基改良剂的配方进行优化和筛选，比如生物质炭和菌剂的比例未通过试验进行明确，如菌剂添加量超过其最优配入量，则会增加炭基改良剂的成本。中国专利CN202210955491公开了一种炭基微生物土壤调理剂及其制备方法和应用，该专利中涉及的炭基调理剂在盐碱地植物中的应用效果并不明确。 [0004] 目前关于利用生物质炭负载功能菌株修复中度盐碱地土壤，恢复其高效生产功能的研究尚未见报道。 发明内容[0005] 针对现有技术存在的上述问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种生物质炭基调理剂，用于修复中度盐碱地土壤，恢复其高效生产功能。本发明所要解决的另一个问题是提供一种生物质炭基调理剂的制备方法，制备用于修复中度盐碱地土壤的生物质炭基调理剂。本发明还要解决的技术问题是提供一种生物质炭基调理剂的应用，将该生物质炭基调理剂应用于修复中度盐碱地土壤，从而提高植物耐盐性、促进植物生长与提升作物产量。 [0006] 为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下： [0007] 一种生物质炭基调理剂的制备方法，包括：将芦苇炭生物质炭、芽孢杆菌发酵液和保菌剂混匀制备生物质炭基菌剂；然后按照比例将尿素、磷酸一铵、硫酸钾、黄腐酸钾、硫酸镁、鸡粪有机肥、菜籽饼、钙基膨润土依次加入至生物质炭基菌剂中，在搅拌机中搅拌均匀，即制备得到生物质炭基调理剂。 [0008] 所述芦苇炭生物质炭的制备方法为将芦苇秸秆晾干、粉碎、造粒后装入中试炭化炉中，设置初始炉温为室温，程序升温速率为10℃/min，最终炭化温度为500℃，滞留时间1h；自然冷却后卸出，得到芦苇炭生物质炭。 [0010] 所述生物质炭基菌剂的制备方法为将生物质炭置于鼓风干燥箱105℃中烘干6～8h，过20目筛后，置于鼓风干燥箱180℃中灭菌1.5h；取10g无菌生物质炭均匀平铺与250mL烧杯中，然后吸取6mL芽孢杆菌发酵液加入烧杯中，与生物质炭混合均匀，将烧杯使用封口膜密封后置于室温下培养，即得生物质炭基菌剂。 [0011] 所述生物质炭基调理剂的配方为35％芦苇炭生物质炭、21％芽孢杆菌发酵液、7％尿素、6.6％磷酸一铵、7.4％硫酸钾、2％黄腐酸钾、2％硫酸镁、5％德沃多鸡粪有机肥、5％菜籽饼、6％钙基膨润土、4％保菌剂。 [0012] 所述芽孢杆菌发酵液的制备方法为将枯草芽孢杆菌和巨大芽孢杆菌菌株冻存在‑80℃冰箱中的保菌管取出，用接种环挑取适量菌液涂于NA固体平板上，将平板置于30℃下恒温培养24±2h，后挑取单菌落至总体积为5mL的NB液体培养基中培养，继而以5％的接种量接种至总体积为200mL的NB培养基中，培养24h后，将两种芽孢杆菌菌液按照体积比1:1的 9 比例混匀制备芽孢杆菌发酵液，有效活菌数≥1.0×10 cfu/mL；所述尿素中氮含量为46％； 所述磷酸一铵中氮含量为12％、P2O5含量为61％；所述硫酸钾中K2O含量为52％；所述黄腐酸钾中K2O含量为10％、黄腐酸含量为48％；所述硫酸镁中硫酸镁含量为98％。 [0013] 生物质炭基调理剂的制备方法制备得到的生物质炭基调理剂。 [0014] 生物质炭基调理剂在促进海滨锦葵在砂质盐碱土中生长的应用。 [0015] 生物质炭基调理剂在促进紫花苜蓿在砂质盐碱土中生长的应用。 [0016] 生物质炭基调理剂在促进大豆在黏质盐碱土中生长的应用。 [0017] 相比于现有技术，本发明的有益效果为： [0018] 1)本发明将生物质炭置于鼓风干燥箱105℃烘干6～8h，过20目筛后，置于鼓风干燥箱180℃中灭菌1.5h；取10g无菌生物质炭均匀平铺与250mL烧杯中，然后吸取6mL芽孢杆菌发酵液加入烧杯中，与生物质炭混合均匀，将烧杯使用封口膜密封后置于室温下培养，制得生物质炭基菌剂；然后按照比例将尿素、磷酸一铵、硫酸钾、黄腐酸钾、硫酸镁、鸡粪有机肥、菜籽饼、钙基膨润土依次加入至生物质炭基菌剂中，在搅拌机中搅拌均匀，即制备得到7 生物质炭基调理剂。结果表明，生物质炭基调理剂中有效活菌数为8.2×10 cfu/g，总养分含量高于12％，有机质含量高于21％，水分含量低于20％，其基本指标均满足NY/T798‑2015中对复合微生物肥料的规定。 [0019] 2)施用不同剂量的生物质炭基调理剂均可促进海滨锦葵在砂质盐碱土中生长，添加0.4‰和0.8‰生物质炭基调理剂的处理下海滨锦葵株高最大，在减施养分的条件下，炭基调理剂仍可明显促进海滨锦葵在盐碱土中的生长；添加0.8‰、1.2‰和2.0‰生物质炭基调理剂有利于紫花苜蓿生物量的积累，其中添加1.2‰生物质炭基调理剂对砂质盐碱土中紫花苜蓿鲜重的促进效果最为突出；生物质炭基调理剂可明显促进大豆豆粒重的提高，相对于复合肥处理，添加0.4‰和0.8‰生物质炭基调理剂处理中，黏质盐碱土壤中生长的每株大豆产量分别提升了72％和81％。附图说明 [0020] 图1为生物质炭负载菌比例的筛选图； [0021] 图2为生物质炭基调理剂中保菌剂添加量的筛选图； [0022] 图3为生物质炭基调理剂的施用量对砂质盐碱土中海滨锦葵生长(株高)的影响图； [0023] 图4为生物质炭基调理剂的施用量对砂质盐碱土中紫花苜蓿生物量(鲜重)的影响图； [0024] 图5为生物质炭基调理剂的施用量对黏质盐碱土中大豆生长(豆粒重)及产量的影响图。 具体实施方式[0025] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。以下实施例中如无详细说明，所用的技术手段均为本领域技术人员所熟知的常规手段。 [0026] 实施例1 [0027] 以江苏沿海滩涂收集的芦苇秸秆为原料，将其晾干、粉碎、造粒后装入中试炭化炉中，采用热裂解工艺制备芦苇炭生物质炭；初始炉温为室温，设置程序升温速率为10℃/min，最终炭化温度为500℃，滞留时间1h；自然冷却后卸出，得到芦苇炭生物质炭。 [0028] 对芦苇炭生物质炭进行性质测定，结果表明，其灰分、挥发分和固定碳含量分别为22.57％、29.32和48.11％，酸碱度(pH)和可溶性盐浓度(EC)分别为7.25和677.5μS/cm，全氮、全磷、全钾的含量分别为10.66g/kg、1.20g/kg和6.83g/kg。 [0029] 实施例2 [0030] 生物质炭容易吸潮，在后续实验前，将上述生物质炭于鼓风干燥箱中105℃烘干6～8h，过20目筛后，置于鼓风干燥箱中180℃灭菌1.5h，取出备用；将枯草芽孢杆菌和巨大芽孢杆菌菌株冻存在‑80℃冰箱中的保菌管取出，用接种环挑取适量菌液涂于NA固体平板上，将平板置于30℃下恒温培养24±2h，后挑取单菌落至总体积为5mL的NB液体培养基中培养，继而以5％的接种量接种至总体积为200mL的NB培养基中，培养24h后，将两种芽孢杆菌菌液按照体积比1:1的比例混匀制备芽孢杆菌发酵液，备用，混合菌液有效活菌数≥1.0×9 10cfu/mL；分别取10g无菌生物质炭均匀平铺于250mL烧杯中，然后分别吸取6mL、7mL、8mL混合芽孢杆菌发酵液加入烧杯中，与生物质炭混合均匀，将烧杯使用封口膜密封后置于室温下培养；在培养3天后检测生物质炭负载微生物的含水率，在培养10天后，利用国标平板计数法分别检测不同负载比例的生物质炭基菌剂中生物质炭基微生物的负载浓度。 [0031] 具体检测方法为：将生物质炭负载微生物和无菌水按照1：10(g/mL)的比例，用无菌水将生物质炭负载微生物洗入含玻璃珠的锥形瓶中，静置20min后置于震荡培养箱中，以4 25℃、200r/min的条件培养30min，得到基础菌悬液；将基础菌悬液稀释10倍后，准确吸取 0.1mL稀释后的基础菌悬液，涂板培养12h，无菌水做为空白对照；培养结束后取出培养皿，选取菌落数在20～300个/皿的培养皿进行计数。若有2个稀释度的菌落平均数均在范围内，按两者菌落总数的比值决定。若比值≤2，则计算两者平均数；若比值＞2，则以低稀释度的平均数计算。生物质炭负载菌的浓度按下列公式计算： [0032] 炭负载菌浓度： (单位：亿个/g) [0033] 式中， 菌落平均数(个)，k：稀释倍数，为稀释度的倒数；v1：基础菌悬液体积(mL)；m0：固体试样量(g)；v2：悬液加样量(mL)。 [0034] 结果如图1所示，生物质炭负载菌液10d后，生物质炭和菌液按照10:6培养得到的8 生物质炭基菌剂，其生物质炭负载菌比例最高，为6.6×10 cfu/g，10:6、10:7、10:8分别表示10g无菌生物质炭中加入6mL、7mL、8mL芽孢杆菌发酵液培养得到的生物质炭基菌剂。 [0035] 实施例3 [0036] 按照表1所示的保菌剂添加量，将30g生物质炭基菌剂(10:6配比)，分别与①1.28g麦芽糊精+1.28g氨基酸、②2.56g麦芽糊精、③2.56g氨基酸混合均匀，不添加保菌剂为作为对照组，24h后测定生物质炭基菌剂中生物质炭基微生物的负载浓度，检测方法同实施例2。 [0037] 结果如图2所示，添加保菌剂均可提高生物质炭基菌剂中生物质炭基微生物的负载浓度。单独添加氨基酸处理中生物质炭基菌剂中生物质炭基微生物的负载浓度最高，约为不添加保菌剂处理的生物质炭基菌剂中生物质炭基微生物负载浓度的3倍。结果表明，添加氨基酸作为保菌剂有利于生物质炭基菌剂中生物质炭基微生物的存活。 [0038] 表1保菌剂添加量 [0039]组分 CK MA M A 炭负载菌(10:6) 30g 30g 30g 30g 麦芽糊精(M) 1.28g 2.56g 氨基酸(A) 1.28g 2.56g [0040] 实施例4 [0041] 1、生物质炭基调理剂的配方为：35％芦苇炭生物质炭、21％芽孢杆菌发酵液(枯草9 芽孢杆菌与巨大芽孢杆菌的体积比为1：1，有效活菌数≥1.0×10cfu/mL)、7％尿素(氮含量46％)、6.6％磷酸一铵(氮含量12％，P2O5含量61％)、7.4％硫酸钾(K2O含量52％)、2％黄腐酸钾(K2O含量10％，黄腐酸含量48％)、2％硫酸镁(硫酸镁含量98％)、5％德沃多鸡粪有机肥、5％菜籽饼、6％钙基膨润土、4％氨基酸。 [0042] 提前将所有固体原料烘干并粉碎，过20目筛。 [0043] 2、生物质炭基调理剂的制备方法 [0044] 将芦苇炭生物质炭、芽孢杆菌发酵液和氨基酸混匀后制备生物质炭基菌剂，按照上述配方中给出的比例，将尿素、磷酸一铵、硫酸钾、黄腐酸钾、硫酸镁、鸡粪有机肥、菜籽饼、钙基膨润土依次加入，在搅拌机中搅拌均匀，即制备得到生物质炭基调理剂。 [0045] 结果如表2所示，生物质炭基调理剂中有效活菌数为8.2×107cfu/g，总养分含量高于12％，有机质含量高于21％，水分含量低于20％，其基本指标均满足NY/T798‑2015中对复合微生物肥料的规定。 [0046] 表2生物质炭基调理剂的测定结果 [0047] [0048] [0049] 实施例5 [0050] 1、生物质炭基调理剂用于砂质盐碱土中栽培海滨锦葵 [0051] 将砂质盐碱土壤掺混3％有机肥作为栽培用土，每盆装3.5kg栽培用土。盐碱土壤pH、可溶性盐、有机质、全氮、全磷、全钾含量分别为8.77、0.10％、13.82g/kg、0.38g/kg、0.64g/kg、14.64g/kg，有机肥有机质、全氮、全磷、全钾分别为268.23g/kg、16.89g/kg、 8.30g/kg、8.19g/kg。①按照复合肥施用量要求，在栽培用土中掺混0.3‰的复合肥(史丹利 18‑18‑18)作为对照(不添加生物质炭基调理剂)。②根据生物质炭基调理剂中的养分含量，计算得到施用1.35‰的生物质炭基调理剂和施用0.3‰复合肥中的氮磷钾含量大致相等，因此在生物质炭基调理剂处理中，设置向栽培土中分别添加0.4‰、0.8‰、1.2‰、1.6‰、 2‰的生物质炭基调理剂，其中0.4‰、0.8‰、1.2‰生物质炭基调理剂中的氮磷钾含量低于施用的复合肥中的养分含量。将海滨锦葵幼苗(株高小于10cm)，移栽至容器中，每盆栽植1株。一个月后，测定其株高。 [0052] 结果如图3所示，施用不同剂量的生物质炭基调理剂均可促进海滨锦葵在盐碱土中生长，添加0.4‰和0.8‰生物质炭基调理剂的处理下海滨锦葵株高最大。说明在减施养分的条件下，炭基调理剂仍可明显促进海滨锦葵在盐碱土中的生长。 [0053] 2、生物质炭基调理剂用于砂质盐碱土中栽培紫花苜蓿 [0054] 将砂质盐碱土壤掺混3％有机肥作为栽培用土，每盆装3.5kg栽培用土。盐碱土壤pH、可溶性盐、有机质、全氮、全磷、全钾含量分别为8.77、0.10％、13.82g/kg、0.38g/kg、0.64g/kg、14.64g/kg，有机肥有机质、全氮、全磷、全钾分别为268.23g/kg、16.89g/kg、 8.30g/kg、8.19g/kg。①按照复合肥施用量要求，在栽培用土中掺混0.3‰的复合肥(史丹利 18‑18‑18)作为对照(不添加生物质炭基调理剂)。②根据生物质炭基调理剂中的养分含量，计算得到施用1.35‰的生物质炭基调理剂和施用0.3‰复合肥中的氮磷钾含量大致相等，因此在生物质炭基调理剂处理中，设置向栽培土中分别添加0.4‰、0.8‰、1.2‰、1.6‰、 2‰的生物质炭基调理剂，其中0.4‰、0.8‰、1.2‰生物质炭基调理剂中的氮磷钾含量低于施用的复合肥中的养分含量。选用‘苜丰’紫花苜蓿作为试验材料，每盆播种10粒种子，发芽后留3株。待紫花苜蓿生长两个月后，收获地上部分，测定其鲜重。 [0055] 结果如图4所示，添加0.8‰、1.2‰和2.0‰生物质炭基调理剂有利于紫花苜蓿生物量的积累，其中添加1.2‰生物质炭基调理剂对砂质盐碱土中紫花苜蓿鲜重的促进效果最为突出。 [0056] (3)应用于黏质盐碱土大豆栽培 [0057] 将黏质盐碱土壤掺混3％有机肥(其中，土壤pH、可溶性盐、有机质含量分别为8.67、0.95％、8.16g/kg)作为栽培基质，每盆装基质3.5kg。①按照复合肥施用量要求，在栽培用土中掺混0.3‰的复合肥(史丹利18‑18‑18)作为对照(不添加生物质炭基调理剂)。②根据生物质炭基调理剂中的养分含量，计算得到施用1.35‰的生物质炭基调理剂和施用 0.3‰复合肥中的氮磷钾含量大致相等，因此在生物质炭基调理剂处理中，设置向栽培基质中分别添加0.4‰、0.8‰的生物质炭基调理剂，使生物质炭基调理剂中氮磷钾的含量低于施用的复合肥中的养分含量。选用大豆作为试验材料，每盆播种5粒大豆，发芽后留1株。一个月后测定大豆株高，3个月后收获大豆，测定其每棵大豆所产的豆粒重量。 [0058] 结果如图5所示，生物质炭基调理剂可明显促进大豆豆粒重的提高，相对于复合肥处理，添加0.4‰和0.8‰生物质炭基调理剂处理中，在减施养分的条件下，黏质盐碱土壤中生长的每株大豆产量分别提升了72％和81％。 |
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