一種土壤重金屬修復生物改良劑及其製備方法與流程

2023-11-06 05:55:12 2

本發明涉及生物土壤改良劑
技術領域：
，具體而言，涉及一種土壤重金屬修復生物改良劑及其製備方法。
背景技術：
：重金屬汙染在環境中易富集難降解，被作物吸收後抑制作物生長、降低產量，通過食物鏈的傳遞最終危害人體健康。我國有近2000萬公頃重金屬汙染耕地，重金屬汙染的糧食1200萬噸/年，嚴重影響我國農產品質量安全。當前，相關技術中對重金屬汙染土壤修復技術主要有：物理修復、化學修復、生物修復，其中生物修復是近幾年研究的熱點，但「微生物怕遇重金屬」這一瓶頸問題長期制約著微生物修復的發展使用，相關技術難以保證微生物在重金屬汙染的惡劣環境下順利生長繁殖。此外，相關技術中所採用的土壤改良劑改良效果不佳，改良範圍不全面，易造成土壤二次汙染等負面問題，對重金屬汙染的修復效果也不明顯。有鑑於此，特提出本發明。技術實現要素：本發明的第一目的在於提供一種土壤重金屬修復生物改良劑，所述的土壤重金屬修復生物改良劑能夠利用生物手段有效修復土壤重金屬汙染，改良土壤理化性狀，改善土壤微生物環境，平衡土壤養分，提高土壤肥力，促進農作物生長，從而提高糧食產量和品質。本發明的第二目的在於提供一種所述的土壤重金屬修復生物改良劑的製備方法，該方法工藝簡單，適於大規模生產。為了實現本發明的上述目的，特採用以下技術方案：一種土壤重金屬修復生物改良劑，主要由以下質量分數的成分製備得到：微生物菌劑5-30份、生物質炭10-25份、有機矽10-25份、氮原料10-30份、速效鈣10-20份、磷礦粉10-20份和胺基酸3-8份；優選地，主要由以下質量分數的成分製備得到：微生物菌劑10-20份、生物質炭15-25份、有機矽10-20份、氮原料10-20份、速效鈣10-15份、磷礦粉15-20份和胺基酸4-5份；進一步優選地，主要由以下質量分數的成分製備得到：微生物菌劑15份、生物質炭20份、有機矽15份、氮原料15份、速效鈣10份、磷礦粉20份和胺基酸5份。本發明土壤重金屬修復生物改良劑採用特定比例的微生物菌劑、生物質炭、有機矽、氮原料、速效鈣、磷礦粉和胺基酸復配得到，能夠利用生物手段有效修復土壤重金屬汙染，改良土壤理化性狀，改善土壤微生物環境，平衡土壤養分，提高土壤肥力，促進農作物生長，從而提高糧食產量和品質。可選地，所述微生物菌劑包括側孢芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌和解澱粉芽孢桿菌中的一種或多種，優選包括孢芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌和解澱粉芽孢桿菌中的兩種。可選地，所述有機矽中含有鈣、鎂、硫、鉀、鐵、錳、鋅、銅、硒、蛋白質、甘露醇、多糖、生物鹼、有機酸和酵素中的一種或多種，優選含有鈣、鎂、硫、鉀、鐵、錳、鋅、銅和硒中的4種以上，及蛋白質、甘露醇、多糖、生物鹼、有機酸和酵素中的2種以上。可選地，所述氮原料包括尿素、磷酸一銨、磷酸二銨和硝酸銨中的一種或多種，優選包括尿素、磷酸一銨、磷酸二銨和硝酸銨中的一種。可選地，所述速效鈣包括硝酸銨鈣，優選包括工業級硝酸銨鈣。可選地，所述磷礦粉包括天然磷礦粉。可選地，所述胺基酸包括賴氨酸、甘氨酸、色氨酸、絲氨酸、蛋氨酸、天冬氨酸、穀氨酸、異亮氨酸、蘇氨酸、脯氨酸、精氨酸、酪氨酸、組氨酸、丙氨酸、半胱氨酸、纈氨酸、苯丙氨酸和亮氨酸中的一種或多種，優選包括賴氨酸、甘氨酸、色氨酸、絲氨酸、蛋氨酸、天冬氨酸、穀氨酸、異亮氨酸、蘇氨酸、脯氨酸、精氨酸、酪氨酸、組氨酸、丙氨酸、半胱氨酸、纈氨酸、苯丙氨酸和亮氨酸中的兩種。上述的一種土壤重金屬修復生物改良劑的製備方法，按比例將微生物菌劑、生物質炭、有機矽、氮原料、速效鈣、磷礦粉和胺基酸均勻混合，得到一種土壤重金屬修復生物改良劑。本發明土壤重金屬修復生物改良劑的製備方法工藝簡單，適於大規模生產。可選地，所述微生物菌劑的製備方法包括：將微生物菌劑的菌種進行液體培養，得到發酵液；離心，收集菌泥；將所得菌泥與硅藻土充分混合，得到微生物菌劑。可選地，所述發酵液中每毫升中含有的有效活菌數為1×1011個以上。可選地，所述離心的轉速為3000rpm以上，優選為3000-5000rpm。可選地，所述離心的時間為3min以上，優選為3-5min。可選地，所述菌泥與硅藻土的質量比為1：10-50，優選為1：30-40，進一步優選為1：30。可選地，將所得菌泥與硅藻土充分混合後進行乾燥、粉碎、過篩，得到微生物菌劑。優選地，所述乾燥的溫度為70℃以上，優選為70-80℃。優選地，所述乾燥的時間為2h以上，優選為2-6h。優選地，所述過篩的目數為100目以上。可選地，將兩種以上微生物菌劑復配，得到複合微生物菌劑。可選地，所述生物質炭的製備方法包括：將生物質炭原料進行熱裂解炭化，得到生物質炭。可選地，所述生物質炭原料包括園林或農業廢棄物中的一種或幾種，優選包括樹木枯枝落葉和農作物秸稈中的一種或多種。可選地，所述熱裂解炭化的溫度為350℃以上，優選為350-700℃。可選地，所述熱裂解炭化的時間為2.5h以上，優選為2.5-4h。與現有技術相比，本發明的有益效果為：本發明土壤重金屬修復生物改良劑採用特定比例的微生物菌劑、生物質炭、有機矽、氮原料、速效鈣、磷礦粉和胺基酸復配得到，能夠利用生物手段有效修復土壤重金屬汙染，改良土壤理化性狀，改善土壤微生物環境，平衡土壤養分，提高土壤肥力，促進農作物生長，從而提高糧食產量和品質。本發明土壤重金屬修復生物改良劑的製備方法工藝簡單，適於大規模生產。具體實施方式下面將結合具體實施方式對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，但是本領域技術人員將會理解，下列所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例，僅用於說明本發明，而不應視為限制本發明的範圍。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。實施例中未註明具體條件者，按照常規條件或製造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未註明生產廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規產品。本發明具體實施方式提供了一種土壤重金屬修復生物改良劑，主要由以下質量分數的成分製備得到：微生物菌劑5-30份、生物質炭10-25份、有機矽10-25份、氮原料10-30份、速效鈣10-20份、磷礦粉10-20份和胺基酸3-8份；優選地，主要由以下質量分數的成分製備得到：微生物菌劑10-20份、生物質炭15-25份、有機矽10-20份、氮原料10-20份、速效鈣10-15份、磷礦粉15-20份和胺基酸4-5份；進一步優選地，主要由以下質量分數的成分製備得到：微生物菌劑15份、生物質炭20份、有機矽15份、氮原料15份、速效鈣10份、磷礦粉20份和胺基酸5份。本發明土壤重金屬修復生物改良劑採用特定比例的微生物菌劑、生物質炭、有機矽、氮原料、速效鈣、磷礦粉和胺基酸復配得到，能夠利用生物手段有效修復土壤重金屬汙染，改良土壤理化性狀，改善土壤微生物環境，平衡土壤養分，提高土壤肥力，促進農作物生長，從而提高糧食產量和品質。本發明一種優選的具體實施方式中，所述微生物菌劑包括側孢芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌和解澱粉芽孢桿菌中的一種或多種，優選包括孢芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌和解澱粉芽孢桿菌中的兩種。採用含有特定菌種的微生物菌劑，能夠有針對性的的鈍化環境中的重金屬離子，通過微生物的可通過細胞表面電荷吸附作用、分泌代謝產物的絡合作用、化學沉澱作用等與重金屬離子結合，降低土壤重金屬離子的活性，減少植物根系可直接吸收態含量，減少植物對重金屬的吸收、利用和富集，從而達到鈍化土壤中重金屬離子，阻隔土壤中重金屬向植株遷移、轉化和利用，實現重金屬汙染耕地的安全種植，同時活化土壤養分平衡土壤肥力。本發明一種優選的具體實施方式中，所述有機矽中含有鈣、鎂、硫、鉀、鐵、錳、鋅、銅、硒、蛋白質、甘露醇、多糖、生物鹼、有機酸和酵素中的一種或多種，優選含有鈣、鎂、硫、鉀、鐵、錳、鋅、銅和硒中的4種以上，及蛋白質、甘露醇、多糖、生物鹼、有機酸和酵素中的2種以上。採用含有特定成分的有機矽，一方面作為複合微生物的促生劑，為微生物的順利生長繁殖提供充足的營養，另一方面可促進作物生長、提高抗逆性、改善作物品質。本發明一種優選的具體實施方式中，所述氮原料包括尿素、磷酸一銨、磷酸二銨和硝酸銨中的一種或多種，優選包括尿素、磷酸一銨、磷酸二銨和硝酸銨中的一種。本發明一種優選的具體實施方式中，所述速效鈣包括硝酸銨鈣，優選包括工業級硝酸銨鈣。本發明一種優選的具體實施方式中，所述磷礦粉包括天然磷礦粉。本發明一種優選的具體實施方式中，所述胺基酸包括賴氨酸、甘氨酸、色氨酸、絲氨酸、蛋氨酸、天冬氨酸、穀氨酸、異亮氨酸、蘇氨酸、脯氨酸、精氨酸、酪氨酸、組氨酸、丙氨酸、半胱氨酸、纈氨酸、苯丙氨酸和亮氨酸中的一種或多種，優選包括賴氨酸、甘氨酸、色氨酸、絲氨酸、蛋氨酸、天冬氨酸、穀氨酸、異亮氨酸、蘇氨酸、脯氨酸、精氨酸、酪氨酸、組氨酸、丙氨酸、半胱氨酸、纈氨酸、苯丙氨酸和亮氨酸中的兩種。採用特定成分的氮元素、速效鈣、磷礦粉和胺基酸，是在土壤調理過程中進行必要的肥效設計，能夠減少肥料的使用頻次，使土壤得到充足的緩衝，又保證的作物的產量和品質。上述的一種土壤重金屬修復生物改良劑的製備方法，按比例將微生物菌劑、生物質炭、有機矽、氮原料、速效鈣、磷礦粉和胺基酸均勻混合，得到一種土壤重金屬修復生物改良劑。本發明土壤重金屬修復生物改良劑的製備方法工藝簡單，適於大規模生產。本發明一種優選的具體實施方式中，所述微生物菌劑的製備方法包括：將微生物菌劑的菌種進行液體培養，得到發酵液；離心，收集菌泥；將所得菌泥與硅藻土充分混合，得到微生物菌劑。本發明一種優選的具體實施方式中，所述發酵液中每毫升中含有的有效活菌數為1×1011個以上，以保證微生物有針對性的的鈍化環境中的重金屬離子的效果。本發明一種優選的具體實施方式中，所述離心的轉速為3000rpm以上，優選為3000-5000rpm。本發明一種優選的具體實施方式中，所述離心的時間為3min以上，優選為3-5min。本發明一種優選的具體實施方式中，所述菌泥與硅藻土的質量比為1：10-50，優選為1：30-40，進一步優選為1：30。採用特定菌泥與硅藻土的質量比，有助於充分吸附菌泥，使微生物藉助硅藻土分散，保證其在使用時充分生長繁殖，保證有針對性的的鈍化環境中的重金屬離子的效果。本發明一種優選的具體實施方式中，將所得菌泥與硅藻土充分混合後進行乾燥、粉碎、過篩，得到微生物菌劑。優選地，所述乾燥的溫度為70℃以上，優選為70-80℃。優選地，所述乾燥的時間為2h以上，優選為2-6h。優選地，所述過篩的目數為100目以上，使生物菌劑充分分散，以提高有針對性的的鈍化環境中的重金屬離子的效果。本發明一種優選的具體實施方式中，將兩種以上微生物菌劑復配，得到複合微生物菌劑，以提高有針對性的的鈍化環境中的重金屬離子的效果。本發明一種優選的具體實施方式中，所述生物質炭的製備方法包括：將生物質炭原料進行熱裂解炭化，得到生物質炭。本發明一種優選的具體實施方式中，所述生物質炭原料包括園林或農業廢棄物中的一種或幾種，優選包括樹木枯枝落葉和農作物秸稈中的一種或多種。採用特定生物質炭原料製備得到的生物質炭保水透氣且穩定性高。本發明一種優選的具體實施方式中，所述熱裂解炭化的溫度為350℃以上，優選為350-700℃。本發明一種優選的具體實施方式中，所述熱裂解炭化的時間為2.5h以上，優選為2.5-4h。本發明具體實施方式中所使用的原料來源：側孢芽孢桿菌，型號為amms-jzcb-003，生產商為北京世紀阿姆斯生物技術有限公司；地衣芽孢桿菌，型號為amms-jzdy-008，生產商為北京世紀阿姆斯生物技術有限公司；巨大芽孢桿菌，型號為amms-jzjd-012，生產商為北京世紀阿姆斯生物技術有限公司；枯草芽孢桿菌，型號為amms-jzkc-002，生產商為北京世紀阿姆斯生物技術有限公司；解澱粉芽孢桿菌，型號為amms-jzjf-005，生產商為北京世紀阿姆斯生物技術有限公司；有機矽，生產商為唐山德瑞豐科技有限公司；硝酸銨鈣，生產商為深圳市芭田生態工程股份有限公司；磷礦粉，生產商為深圳市芭田生態工程股份有限公司。實施例1一種土壤重金屬修復生物改良劑的製備方法，包括如下步驟：1、將所述枯草芽孢桿菌進行液體高密度培養，得到發酵液，並保證每毫升發酵液中含有效活菌數大於1×1011個；2、通過預先配置的離心機對上述發酵液進行高速離心處理，收集菌泥，其中，所述離心機的轉速為3000rpm，所述離心處理的時間為5min；3、將分別收集到的菌泥與預先配置的硅藻土，按菌泥：硅藻土＝1：10的質量比混合吸附，吸附後於70℃乾燥6h，粉碎，過100目篩，製成枯草芽孢桿菌粉；4、將小麥秸稈在350℃和厭氧條件下進行高溫裂解4小時，獲得生物質炭，備用；5、稱取複合微生物菌劑50kg、有機矽100kg、生物質炭100kg、磷酸一銨100kg、硝酸銨鈣100kg、磷礦粉100kg和脯氨酸30kg混合均勻，經篩分得到一種土壤重金屬修復生物改良劑。實施例2一種土壤重金屬修復生物改良劑的製備方法，包括如下步驟：1、將所述枯草芽孢桿菌和解澱粉芽孢桿菌分別進行液體高密度培養，得到發酵液，並保證每毫升發酵液中含有效活菌數大於1×1011個；2、通過預先配置的離心機對上述發酵液進行高速離心處理，收集菌泥，其中，所述離心機的轉速為5000rpm，所述離心處理的時間為3min；3、將分別收集到的菌泥與預先配置的硅藻土，按菌泥：硅藻土＝1：50的質量比混合吸附，吸附後於80℃乾燥2h，粉碎，過100目篩，製成單一功能菌粉；4、枯草芽孢桿菌粉和解澱粉芽孢桿菌粉按4：1的比例復配，形成複合菌粉，備用；5、將小麥秸稈在700℃和厭氧條件下進行高溫裂解2.5小時，獲得生物質炭，備用；6、稱取複合微生物菌劑300kg、有機矽250kg、生物質炭250kg、磷酸二銨300kg、硝酸銨鈣200kg、磷礦粉200kg、賴氨酸40kg和苯丙氨酸40kg混合均勻，經篩分得到一種土壤重金屬修復生物改良劑。實施例3一種土壤重金屬修復生物改良劑的製備方法，包括如下步驟：1、將所述側孢芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌分別進行液體高密度培養，得到發酵液，並保證每毫升發酵液中含有效活菌數大於1×1011個；2、通過預先配置的離心機對上述發酵液進行高速離心處理，收集菌泥，其中，所述離心機的轉速為4500rpm，所述離心處理的時間為3.5min；3、將分別收集到的菌泥與預先配置的硅藻土，按菌泥：硅藻土＝1：40的質量比混合吸附，吸附後於75℃乾燥5h，粉碎，過100目篩，製成單一功能菌粉；4、側孢芽孢桿菌粉和枯草芽孢桿菌粉按3：1的比例復配，形成複合菌粉，備用；5、將桃樹枯枝在400℃和厭氧條件下進行高溫裂解3.5小時，獲得生物質炭，備用；6、稱取複合微生物菌劑200kg、有機矽200kg、生物質炭150kg、尿素200kg、硝酸銨鈣150kg、磷礦粉150kg、異亮氨酸30kg和組氨酸10kg混合均勻，經篩分得到一種土壤重金屬修復生物改良劑。實施例4一種土壤重金屬修復生物改良劑的製備方法，包括如下步驟：1、將所述側孢芽孢桿菌和地衣芽孢桿菌分別進行液體高密度培養，得到發酵液，並保證每毫升發酵液中含有效活菌數大於1×1011個；2、通過預先配置的離心機對上述發酵液進行高速離心處理，收集菌泥，其中，所述離心機的轉速為4000rpm，所述離心處理的時間為4min；3、將分別收集到的菌泥與預先配置的硅藻土，按1:30質量比混合吸附，吸附後於80℃乾燥4h，粉碎，過100目篩，製成單一功能菌粉；4、將側孢菌粉和地衣菌粉按2:5的比例復配，得到複合微生物菌劑，備用；5、將桃樹枯枝在500℃和厭氧條件下進行高溫裂解3小時，獲得生物質炭，備用；6、稱取複合微生物菌劑200kg、有機矽150kg、生物質炭200kg、尿素100kg、硝酸銨鈣100kg、磷礦粉200kg、甘氨酸20kg和天冬氨酸30kg混合均勻，經篩分得到一種土壤重金屬修復生物改良劑。實施例5一種土壤重金屬修復生物改良劑的製備方法，包括如下步驟：1、將所述巨大芽孢桿菌和地衣芽孢桿菌分別進行液體高密度培養，得到發酵液，並保證每毫升發酵液中含有效活菌數大於1×1011個；2、通過預先配置的離心機對上述發酵液進行高速離心處理，收集菌泥，其中，所述離心機的轉速為4000rpm，所述離心處理的時間為4min；3、將分別收集到的菌泥與預先配置的硅藻土，按1:30質量比混合吸附，吸附後於80℃乾燥4h，粉碎，過100目篩，製成單一功能菌粉；4、將巨大菌粉和地衣菌粉按2:5的比例復配，得到複合微生物菌劑，備用；5、將桃樹枯枝在500℃和厭氧條件下進行高溫裂解3小時，獲得生物質炭，備用；6、稱取複合微生物菌劑150kg、有機矽150kg、生物質炭250kg、尿素100kg、硝酸銨鈣100kg、磷礦粉200kg、精氨酸40kg和半胱氨酸10kg混合均勻，經篩分得到一種土壤重金屬修復生物改良劑。將上述製備的實施例1-5土壤重金屬修復生物改良劑應用於湖南湘潭地區的重度鎘汙染耕地修復田間小區試驗，試驗設3個處理，3次重複；每個小區面積20m2，小區間設隔離行、用塑料薄膜鋪蓋至田面30cm以下，各小區間採取單灌單排，避免串灌串排；各處理間除撒施重金屬修復劑種類不同外，其餘農事操作相同；土壤重金屬修復生物改良劑於土壤翻耕前一次性施入(水稻移栽前1周以上)，然後施用基肥，翻耕後充分耙勻，移栽水稻秧苗；處理1：(ck)常規施肥；處理2：(ckca)常規施肥+施用生石灰(cao，80kg/畝)；處理3：(abr)常規施肥+土壤重金屬修復生物改良劑80kg/畝；所述常規施肥為水稻移栽前7天用質量分數為45％(n、p、k的質量分數依次為15％、15％、15％)的複合肥40公斤/畝作基肥，移栽後15天施追施尿素10公斤/畝；所述質量分數為45％的複合肥、尿素，生產商均為深圳市芭田生態工程股份有限公司。樣品採集與處理：實驗開始前取基礎土樣，測定土壤基本理化性質以及重金屬有效態含量；水稻收穫後每個試驗小區，取0-15cm深土壤樣，測定理化性質以及重金屬有效態含量；水稻成熟後各小區單打單收(一年只有一季收成)，測產，取樣分析大米中的重金屬含量，大米採用微波消解後用icp-ms進行重金屬含量測定，所得結果如下：1、土壤重金屬修復生物改良劑對水稻增產效果：表1水稻稻穀增產效果修復劑種類處理產量(kg/畝)較常規增產率(％)較生石灰增產率(％)原始ck497.52----對照ckca491.32-1.25--實施例一abr518.444.205.23實施例二abr516.863.894.94實施例三abr519.294.385.39實施例四abr507.301.973.15實施例五abr521.414.805.77通過表1可以看出，施用本發明土壤重金屬修復生物改良劑與常規施肥和施用生石灰相比，均能夠有效提高水稻產率。2、土壤重金屬修復生物改良劑降低稻米重金屬含量的效果：表2稻米中重金屬含量測定結果表3稻米中重金屬含量降低效果通過表2和表3可以看出，施用本發明土壤重金屬修復生物改良劑與常規施肥和施用生石灰相比，均能夠使所得稻米中的重金屬含量顯著降低。3、土壤重金屬修復生物改良劑降低土壤中重金屬有效態：表4土壤重金屬有效態含量表5土壤重金屬有效態含量降低效果通過表4和表5可以看出，施用本發明土壤重金屬修復生物改良劑與常規施肥和施用生石灰相比，均能夠使土壤中重金屬的有效態含量顯著降低。4、土壤重金屬修復生物改良劑對土壤理化性質的改良：表6土壤理化性質的改良效果通過表6可以看出，施用本發明土壤重金屬修復生物改良劑與常規施肥和施用生石灰相比，均能夠有效改良土壤的理化性質。儘管已用具體實施例來說明和描述了本發明，然而應意識到，以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；本領域的普通技術人員應當理解：在不背離本發明的精神和範圍的情況下，可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的範圍；因此，這意味著在所附權利要求中包括屬於本發明範圍內的所有這些替換和修改。當前第1頁12