CN107954809A - 一种土壤修护剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及农业土壤污染、质量退化的修复、保护技术，具体地说是一种土壤修护剂及其制备方法。土壤修护剂按重量份计，交联γ‑聚谷氨酸9‑25份，益生菌菌液10‑20份，农药解毒酶1‑10份，吸附剂40‑80份。本发明土壤修护剂是通过将农药解毒酶、聚谷氨酸、益生菌、有机质有效结合，利用农药解毒酶分解土壤中的农药残留，能有效遏制由农药残留造成的土壤环境恶化、避免有益微生物被杀死；利用聚谷氨酸的络合性及生物相容性，促进作物根系发育，增强根系吸收能力，提高作物抗性；利用有机质修复土壤理化性质和团粒结构，提高土壤保肥、保水能力。

Description

一种土壤修护剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及农业土壤污染、质量退化的修复、保护技术，具体地说是一种土壤修护剂及其制备方法。
背景技术
设施农业是指设具有一定的设施，能在局部范围改善或创造出适宜的气象环境因素，为作物生长发育提供良好的环境条件而进行的有效生产。农业部印发《全国设施蔬菜重点区域发展规划(2015-2020年)》显示，截至2013年底，我国设施蔬菜面积近370万公顷，设施蔬菜产量2.5亿吨左右，人均占有量180千克以上，约占当年蔬菜总产量的32％，设施蔬菜产业的发展为我国蔬菜周年均衡供应提供了重要保障。
然而，设施蔬菜生产复种指数高，农药、化肥、有机肥等生产资料的大量投入，及其特殊的生产种植环境，导致设施蔬菜土壤面临一系列的问题：如农药污染物残留超标、土壤盐渍化加重、微生物环境遭到破坏等，上述问题的发生致使设施作物发生根系发育不良、吸收能力弱，死苗、僵苗现象严重，土传病害发生较为普遍，农作物品质及产量受到严重影响；土壤生态环境恶化，质量下降，严重影响了设施蔬菜的可持续性发展。
目前，市面已存在的土壤修复剂产品主要有两类，且功能均较为单一，一类只能调节土壤PH值，补充少量中微元素，然而作物吸收中微量元素主要依赖土壤微生物的活动，退化后的土壤中微生物含量很低，无法起到促进中微量元素吸收的作用。而另一类微生物土壤修复剂注重微生物有益菌的补充，但是忽略了土壤中残留的大量农药，特别是杀菌剂类农药对微生物群体的破坏是毁灭性的，所以简单增加土壤中微生物的量也起不到良好作用。
发明内容
本发明目的在于提供一种土壤修护剂及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种土壤修护剂，其特征在于：按重量份计，交联γ-聚谷氨酸9-25份，益生菌菌液10-20份，农药解毒酶1-10份，吸附剂40-80份。
所述交联γ-聚谷氨酸是将聚谷氨酸发酵液与食品级硅藻土按1-10：10的比例混合，加入交联剂炭化二亚胺，室温放置1-2h进行交联，将交联产物在真空度20-50pa、温度70-80℃条件下，真空干燥4-5h，制得交联γ-聚谷氨酸，分子量分布在10万-200万Dal。
所述益生菌菌液为解淀粉酶芽孢杆菌菌液、胶质芽孢杆菌菌液和地衣芽孢杆菌菌液，通过如下方法制备：分别制备解淀粉酶芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌发酵相对应的培养基，培养基PH调至7.2，在121℃条件下灭菌25min，按1％接菌量分别接入菌种，在30℃，220转/分钟气浴摇床振荡20h。将上述振荡完成的工作菌种分别加入到灭菌后发酵罐中，投入适量121℃灭菌后的培养基，保证发酵温度为30℃，均发酵48h结束下罐，分别得到解淀粉酶芽孢杆菌菌液、胶质芽孢杆菌菌液和地衣芽孢杆菌菌液菌液。将三种菌液按体积比为1-2：0.5-1：0.5-1的比例混合，混合菌液中有效菌含量2-5亿CFU/ml。
所述农药解毒酶通过如下方法制备，按培养基配方要求制备培养基(基础培养基主要成分为甘油、蛋白胨、酵母浸粉、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、硫酸镁和氯化钠)，调节培养基PH值到7.2，在121℃条件下灭菌25min，按0.2％接菌量接入农药解毒酶菌种，在37℃条件下、转数220转/min的气浴摇床中振荡20h，制得工作菌种。将上述振荡完成的工作菌种加入到灭菌后发酵罐中，按发酵培养基要求投入灭菌后的培养基进行发酵，发酵温度保持37℃，发酵48h结束，得到农药解毒酶发酵液，之后经管式离心机离心，离心得到的菌体进行冷冻干燥，得到农药解毒酶酶粉，酶活性≧2000IU。所述农药解毒酶菌种将细胞色素氧化还原酶P450CYP9G2、细胞色素P450还原酶的基因克隆到表达载体pETDuet-1上，构建得到融合表达载体pETDuet-CYP-POR，然后转化到大肠杆菌，筛选得到。筛选的菌株于2005年11月10日保藏于《中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心》，保藏编号为CGMCCNo.1529。
所述吸附剂为黄腐酸，黄腐酸含量≧43％，水分含量≤5％，目数150目。
上述的土壤修护剂的制备方法：首先将益生菌菌液与吸附剂按重量比1：3-4的比例搅拌混匀，搅拌15-20分钟，搅拌速度60转/min，待吸附剂将菌液完全吸附后，按上述比例加入聚谷氨酸、农药解毒酶粉，继续搅拌，直至所有物质搅拌均匀，搅拌20-30分钟，搅拌速度100转/min，即得土壤修护剂。制备的土壤修护剂在作物播种或移栽时以条施或穴施的方式施入土壤中，亩用量30-40kg。
本发明的有益效果：
本发明土壤修护剂是通过将农药解毒酶、交联γ-聚谷氨酸、益生菌菌液、吸附剂黄腐酸有效结合，将其应用在土壤修护上。利用农药解毒酶分解土壤中的农药残留，能有效遏制由农药残留造成的土壤环境恶化、避免有益微生物被杀死；利用交联γ-聚谷氨酸的络合性、保水保肥及生物相容性，促进作物根系发育，增强根系吸收能力，提高作物抗性；利用生化黄腐酸修复土壤理化性质和团粒结构，提高土壤保肥、保水能力；利用益生菌补充到土壤当中，成分中的益生菌一部分作为土壤中有益微生物的补充，修复土壤微生物环境，分解土壤有机质，产生多种生物刺激激素，促进作物生长，另一部分功能菌可以有效杀死土壤中的有害细菌和线虫，减少土传病害，改良土壤、增加农作物产量与改善农作物品质。本发明克服了市面上销售的土壤修复剂产品功能单一的问题，将去除农药残留、改善土壤理化性状、恢复土壤微生物环境、促进作物养分吸收等功能有效结合，从多方面对收到污染及生产力退化的土壤进行修复。
具体实施方式：
下面结合实例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种土壤修护剂，生化黄腐酸24kg，交联γ-聚谷氨酸8kg，益生菌菌液6kg，农药解毒酶2kg；
制备方法：
(1)交联γ-聚谷氨酸制备：将聚谷氨酸发酵液8kg与食品级硅藻土7.2kg混合，加入交联剂炭化二亚胺，室温放置1.5h进行交联，将交联产物在真空度20-50pa、温度70-80℃条件下，真空干燥4h，制得交联γ-聚谷氨酸，分子量平均分布在114万Dal。本方法制备的交联聚谷氨酸相较于发酵直接得到的聚谷氨酸具有更强的保水能力，可大大提高土壤保水、保肥性能,具体制备详见，专利号为201410324554.7,发明名称为一种交联γ-聚谷氨酸及其制备和应用，专利文件中的记载制备获得。
(2)益生菌菌液制备：分别制备解淀粉酶芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌发酵所需的培养基，其中，所述培养基均采用现有公知培养基，培养基PH值调至7.2，在121℃条件下灭菌25min，按1％接菌量分别接入菌种，在30℃，220转/分钟气浴摇床振荡20h。将上述振荡完成的工作菌种分别加入到灭菌后发酵罐中，投入适量121℃灭菌后的培养基，保证发酵温度为30℃，发酵48h结束下罐，分别得到解淀粉酶芽孢杆菌菌液、胶质芽孢杆菌菌液和地衣芽孢杆菌菌液菌液。将三种菌液按体积比为2：1：1的比例混合，混合菌液中有效菌含量≧2亿CFU/ml。
(3)农药解毒酶制备：采用专利“一种超级工程菌及其表达的解毒酶和其构建方法及应用，ZL200510086957.3)”提供的降解农药残留的超级工程菌发酵提纯制得。首先按农药解毒酶发酵培养基配方要求进行培养基配置，培养基调节PH值到7.2，在121℃条件下灭菌25min，按0.2％接菌量接入农药解毒酶菌种，在37℃条件下、220转/分钟气浴摇床振荡20h，制得工作菌种。将上述振荡完成的工作菌种加入到灭菌后发酵罐中，按比例灭菌后的发酵原料基进行发酵，发酵温度为37℃，发酵48h结束下罐，得到农药解毒酶发酵液，之后经离心机离心，离心得到的菌体进行冷冻干燥，得到农药解毒酶酶粉，酶活性≧2000IU。利用本方法制得的农药解毒酶，可有效降解土壤中残留的有机磷、菊酯类、氨基甲酸酯类农药，降解谱广泛。所述农药解毒酶菌种将细胞色素氧化还原酶P450CYP9G2、细胞色素P450还原酶的基因克隆到表达载体pETDuet-1上，构建得到融合表达载体pETDuet-CYP-POR，然后转化到大肠杆菌，筛选得到。筛选的菌株于2005年11月10日保藏于《中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心》，保藏编号为CGMCCNo.1529。
(4)黄腐酸，黄腐酸含量≧43％，水分含量≤5％，目数150目，购自山东泉林嘉有肥料有限责任公司。
(5)将混合菌液与生化黄腐酸投入到搅拌器中进行搅拌，搅拌20分钟，搅拌速度60转/min，待生化黄腐酸将混合菌液完全吸附后，再将交联γ-聚谷氨酸、农药解毒酶粉按上述用量投入至搅拌器中，继续搅拌20分钟，搅拌速度调到100转/分钟，直至所有物质搅拌均匀即得土壤修护剂。
实施例2
一种土壤修护剂，包括生化黄腐酸60kg，交联γ-聚谷氨酸15kg，益生菌20kg，农药解毒酶5kg
制备方法：
(1)交联γ-聚谷氨酸制备：将聚谷氨酸发酵液15kg与活性硅藻土13.5kg混合，加入交联剂炭化二亚胺，室温放置2h进行交联，将交联产物在真空度20-50pa、温度70-80℃条件下，真空干燥4h，制得交联γ-聚谷氨酸，分子量平均分布在114万Dal。本方法制备的交联聚谷氨酸相较于发酵直接得到的聚谷氨酸具有更强的保水能力，可大大提高土壤保水、保肥性能,具体制备详见，专利号为201410324554.7,发明名称为一种交联γ-聚谷氨酸及其制备和应用，专利文件中的记载制备获得。
(2)益生菌菌液制备：分别制备解淀粉酶芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌发酵所需的培养基，培养基PH值调至7.2，在121℃条件下灭菌25min，按1％接菌量分别接入菌种，在30℃，220转/分钟气浴摇床振荡20h。将上述振荡完成的工作菌种分别加入到灭菌后发酵罐中，投入适量121℃灭菌后的培养基，保证发酵温度为30℃，发酵48h结束下罐，分别得到解淀粉酶芽孢杆菌菌液、胶质芽孢杆菌菌液和地衣芽孢杆菌菌液菌液。将三种菌液按体积比为1：0.5：1的比例混合，混合菌液中有效菌含量≧3亿CFU/ml。
(3)农药解毒酶制备：采用专利“一种超级工程菌及其表达的解毒酶和其构建方法及应用，ZL200510086957.3)”提供的降解农药残留的超级工程菌发酵提纯制得。首先按农药解毒酶发酵培养基配方要求进行培养基配置，培养基调节PH值到7.2，在121℃条件下灭菌25min，按0.2％接菌量接入农药解毒酶菌种，在37℃条件下、220转/分钟气浴摇床振荡20h，制得工作菌种。将上述振荡完成的工作菌种加入到灭菌后发酵罐中，按比例灭菌后的发酵原料基进行发酵，发酵温度为37℃，发酵48h结束下罐，得到农药解毒酶发酵液，之后经离心机离心，离心得到的菌体进行冷冻干燥，得到农药解毒酶酶粉，酶活性≧2000IU。利用本方法制得的农药解毒酶，可有效降解土壤中残留的有机磷、菊酯类、氨基甲酸酯类农药，降解谱广泛。
(4)黄腐酸，黄腐酸含量≧43％，水分含量≤5％，目数150目，购自山东泉林嘉有肥料有限责任公司。
(5)将混合菌液与生化黄腐酸投入到搅拌器中进行搅拌，搅拌15分钟，搅拌速度60转/min，待生化黄腐酸将混合菌液完全吸附后，再将交联γ-聚谷氨酸、农药解毒酶粉按上述用量投入至搅拌器中，继续搅拌30分钟，搅拌速度调到100转/分钟，直至所有物质搅拌均匀即得土壤修护剂。
试验例：
试验对象：在辽宁省本溪市石桥子经济开发区一个长期种植蔬菜的暖棚中，该大棚土壤板结严重，酸碱失衡，农残严重超标，土传病害连年加剧，试验分为不使用土壤修护剂的对照，和使用本发明土壤修护剂的处理1，试验作物采用油菜。
试验方法：对照和处理1各取一亩地作为对比，处理1土壤中混入40kg上述实施例的土壤修复剂，然后两处理均按照正常种植油菜施用相同数量的基肥(基肥为45％含量(N-P2O5-K2O＝15:15:15)的硫酸钾复合肥)，在油菜生长周期中观察和记录两处理油菜出苗率、长势、根系发育状况、土壤中农残指标、土传病害发生率情况(表1)。
表1试验结果：
通过试验结果得知：施用本发明的土壤修护剂有效减少了土壤中农药残留的量，避免了农药残留对土壤中有益微生物的药害，同时土壤修护剂中益生菌的加入也有效降低油菜病害的发生率，恢复了土壤正常的微生物环境，聚谷氨酸也起到了促进作物生长，提高作物产量与品质的作用。而且，通过对两处理一平方米土壤的挖掘，其中的蚯蚓数量有明显差异，使用土壤修护剂的处理1土壤中蚯蚓的数量为11条，而对照处理土壤中只有2条，这也说明土壤修护剂改善了土壤理化性质和增加了土壤团粒结构，提高了土壤整体活力。
以上以将本发明做一详细说明，所述为本发明较优实例，但并不是对本发明保护范围的限制，即在此技术方案的基础上，所做的变化与修饰均为本发明保护范围以内。

Claims (8)

1.一种土壤修护剂，其特征在于，按重量份计，交联γ-聚谷氨酸9-25份，益生菌菌液10-20份，农药解毒酶1-10份，吸附剂40-80份。
2.按权利要求1所述的土壤修护剂，其特征在于，所述交联γ-聚谷氨酸是将聚谷氨酸发酵液与活性硅藻土按5-10：10的比例混合，加入交联剂炭化二亚胺，室温放置1-2h进行交联，将交联产物在真空度20-50pa、温度70-80℃条件下，真空干燥4-5h，制得交联γ-聚谷氨酸，分子量分布在10万-200万Dal。
3.按权利要求1所述的土壤修护剂，其特征在于，所述益生菌菌液为解淀粉酶芽孢杆菌菌液、胶质芽孢杆菌菌液和地衣芽孢杆菌菌液按体积比为1-2：0.5-1：0.5-1比例混合。
4.按权利要求3所述的土壤修护剂，其特征在于，所述益生菌菌液中有效菌含量2-4亿CFU/ml。
5.按权利要求1所述的土壤修护剂，其特征在于，所述农药解毒酶为将农药解毒酶菌种经发酵培养所得培养液,离心获得菌体冷冻干燥,得到农药解毒酶酶粉，酶活性≧2000IU。
6.按权利要求1所述的土壤修护剂，其特征在于，所述吸附剂为黄腐酸。
7.一种权利要求1所述的土壤修护剂的制备方法，其特征在于：
1)解淀粉酶芽孢杆菌菌液、胶质芽孢杆菌菌液和地衣芽孢杆菌菌液按体积比为1-2：0.5-1：0.5-1的比例混合，得益生菌菌液；
2)将上述获得益生菌菌液与吸附剂按重量比1：3-4的比例搅拌混匀，待吸附剂将菌液完全吸附后，按上述比例加入聚谷氨酸、农药解毒酶粉，继续搅拌，直至所有物质搅拌均匀，即得土壤修护剂。
8.一种权利要求1所述的土壤修护剂的使用方法，其特征在于：所述土壤修护剂在作物播种或移栽时以条施或穴施的方式施入土壤中，亩用量30-40kg。
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