CN108410471A - 一种石墨烯土壤修复剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种石墨烯土壤修复剂及其制备方法，该修复剂包括活性液体肥基底制剂1000份、石墨烯2~7份、根瘤菌5~12份、青霉菌1~3份、壳聚糖12~26份、氨基酸35~42份；本发明创造性的通过根瘤菌发酵，安全环保，而微生物发酵制备的菌种培养物和青霉菌两者结合产生多种微生物细菌，可持久改善土壤酸碱平衡，该修复剂不仅有效促进了植株的生长发育，同时增强植株根部抓力，适应沙化土地。

Description

一种石墨烯土壤修复剂
技术领域
本发明属于修复剂的技术领域，更具体地，涉及一种石墨烯土壤修复剂。
背景技术
目前，我国多地出现土壤贫瘠，致使土地无法种植农作物，使得土地大面积荒废。土壤环境以及土壤物理、化学和生物特性劣化的综合表征，表现出有机质含量下降，营养元素亏缺，土壤结构破坏，土壤被侵蚀，土层变薄，土壤板结，易引发土壤发生酸化、碱化、沙化等。在这些表征中，有机质含量的下降可以作为土壤退化的一项重要标志，其与土壤的许多属性是相关联。例如，我国东北地区初垦的黑土，有机质含量在7～10％，但开垦不到百年，土壤有机质已下降到3～4％，有的甚至仅在2％左右。黄淮海地区的耕地中尚有大面积的旱涝盐碱地未曾改良，过去为了提高产量，曾开展灌溉而未考虑排水条件，结果引起严重的次生盐渍化。南方地区森林被砍伐后，土壤有机质含量由5～8％下降到1～2％，土壤肥力明显减退。因此，合理开垦土地和保护土壤资源是环境保护工作所面临的重大问题之一。
土壤的酸碱度对植物生长至关重要的，大多数农作物都会在中性或微酸性土壤中茁壮生长，但为了追求产量,传统农业施用石灰、烧火粪、施家肥等的小缺失慢性累计,造成耕地土壤理性结构失衡。由于化肥的种植技术过分依赖,长期大量施用化肥更是造成土壤板结酸化的重要原因之一，也是造成中国土壤酸化板结的罪魁祸首。
但是，现有土壤修复剂中往往只能针对一种土壤贫瘠问题进行解决，而土壤贫瘠往往是由多种因素引发，因此现有技术中的土壤修复剂往往疗效慢，无法根治土壤问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有土壤修复剂单一疗效的问题，提供一种石墨烯土壤修复剂及其制备方法可根治多种因素引发的土壤问题。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
一种石墨烯土壤修复剂，由以下重量份的物质组成：
活性液体肥基底制剂1000份、石墨烯2～7份、根瘤菌5～12份、青霉菌1～3份、壳聚糖12～26份、氨基酸35～42份。
优选地，所述石墨烯土壤修复剂由以下物质组成：活性液体肥基底制剂1000份、石墨烯5份、根瘤菌10份、青霉菌2份、壳聚糖19份、氨基酸38份。
优选地，所述氨基酸为蛋氨酸、络氨酸、苯丙氨酸、天冬氨酸按1:1:1:1比例混合。
进一步地，所述根瘤菌为豌豆根瘤菌、苜蓿根瘤菌、百脉根瘤菌和大豆根瘤菌中的一种。
一种所述石墨烯土壤修复剂的制备方法，包括以下步骤：
S1.制备培养基：将丙三醇、甘露醇、葡萄糖浓度、鼠李糖、果糖、α-酮戊二酸、酵母粉、丝氨酸、精氨酸、磷酸氢二钾、七水合硫酸镁、二水合氯化钙、七水合硫酸铁、氯化钠、二水合钼酸钠依次加入到纯水中混合均匀，调节pH，得根瘤菌培养基；
S2.发酵：将步骤S1得到的根瘤菌培养基加入到发酵罐中，灭菌，冷却后将根瘤菌接种至根瘤菌培养基中发酵、搅拌，控制空气流量与罐内压力，即得发酵液。
S3.终止发酵：将发酵液灌装密闭静置15天，得到所述活性液体肥基底制剂；
S4.石墨烯分散液制备：将石墨烯、二甲基甲酰胺、烷基苯磺酸钠进行超声波分散，得到分散的石墨烯溶液。
S5.修复剂的配置：向所述活性液体肥基底制剂中添加石墨烯分散液高速搅拌后加入青霉素、壳聚糖、氨基酸搅拌均匀，得到所述修复剂。
优选地，步骤S2中发酵温度为28～32℃，灭菌时间为15～25min，搅拌速度为90～110r/min。
优选地，步骤S2中罐内压力为0.5～1.5kPa，空气流量为0.35～0.50v/v/m。
优选地，步骤S4中超声分散功率为900～950W，超声波分散处理时间为35～45min。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明创造性的通过根瘤菌发酵，可持久调节酸性土壤，安全环保，而微生物发酵制备的菌种培养物和青霉菌两者结合产生多种微生物细菌，可持久改善土壤酸碱平衡，细菌是土壤中数量最大的一种生物，在根际圈中其数量和品种也是最大、最多。尽管土壤中许多细菌关于污染物均有不一样程度的修正效果，但在根际圈中，因为植物根系分泌物及其他营养物质的供给，其生命活动反常活泼，对酸性土壤的修正效果也极为明显。同时微生物具有生命，可根据土壤情况调节合适的适宜的生长环境，有效保障土壤生态平衡。
丰富的根瘤菌会分泌过剩的氮到根区周围的土壤中，提供可溶解的氮给植物利用；另一方面，这些根瘤菌会从植物身上获得能量，进而产生固氮作用。豆科植物都是土壤改良剂，能提供养分，其叶子的含氮量比其它植物高出25％。土壤酸化起因于土壤中有不溶解于水的磷肥，根瘤菌可从特殊土壤微生物和细菌分离出，借着分泌有机酸，把土壤中不溶于水的磷肥转变成可溶形式，如此一来土壤的酸性就能够被逆转。
本发明制备的生物修复剂还可有效促进植物根部生长，增强植株根部抓力，适应沙化土地。
本发明创造性的将石墨烯与根瘤菌结合，由于分散后的石墨烯具有较高的比表面积和抗菌作用，使得石墨烯通过吸附交联氨基酸后通过吸附和交联作用，既能通过氨基态的修复剂快速补充植株所需营养，将多余的氨基酸中的N、P、K及微量元素吸附于其表面，可后期慢慢释放，防止多余养分的流失，同时石墨烯又能保障植被不受病菌侵害双管齐下提高植株抵抗力，提高了修复剂的利用效率和持久性。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
实施例1一种石墨烯土壤修复剂的制备
一种石墨烯土壤修复剂的制备方法包括以下步骤：
S1.制备培养基：按照丙三醇3克、甘露醇3克、葡萄糖3克、鼠李糖4克、果糖浓度为2克、α-酮戊二酸1克、酵母粉4克、丝氨酸0.18克、精氨酸0.15克、磷酸氢二钾1.2克、七水合硫酸镁0.2克、二水合氯化钙0.15克、七水合硫酸铁8毫克、氯化钠0.1克、二水合钼酸钠0.02克，称取上述物质，并依次加入到1L纯水中混合均匀，调节pH至7，得根瘤菌培养基；
S2.发酵：将步骤S1得到的根瘤菌培养基加入到发酵罐中，在罐压1kPa、温度121℃条件下灭菌20min，待培养基温度降至30℃时，将10份大豆根瘤菌按体积百分含量为8％的接种量接种至根瘤菌培养基中，在发酵温度为30℃、搅拌速度为100r/min、空气流量为0.45v/v/m、罐压为0.1kPa、溶氧为70％、调节pH为7的条件下，发酵100h即得发酵液。
S3.终止发酵：将发酵液灌装密闭静置15天，得到活性液体肥基底制剂；
S4.石墨烯分散液制备：将5份石墨烯、32份二甲基甲酰胺、25份烷基苯磺酸钠进行超声波分散处理40min，超声功率为930W，得到分散的石墨烯溶液；
S5.修复剂的配置：向所述活性液体肥基底制剂中添加石墨烯分散液高速搅拌后加入2份青霉菌、19份壳聚糖、38份氨基酸搅拌均匀，得到所述修复剂。
实施例2一种石墨烯土壤修复剂的制备
S1.制备培养基：按照丙三醇3克、甘露醇3克、葡萄糖3克、鼠李糖4克、果糖浓度为2克、α-酮戊二酸1克、酵母粉4克、丝氨酸0.18克、精氨酸0.15克、磷酸氢二钾1.2克、七水合硫酸镁0.2克、二水合氯化钙0.15克、七水合硫酸铁8毫克、氯化钠0.1克、二水合钼酸钠0.02克，称取上述物质，并依次加入到1L纯水中混合均匀，调节pH至7，得根瘤菌培养基；
S2.发酵：将步骤S1得到的根瘤菌培养基加入到发酵罐中，在罐压0.5kPa、温度121℃条件下灭菌15min，待培养基温度降至30℃时，将5份大豆根瘤菌按体积百分含量为8％的接种量接种至根瘤菌培养基中，在发酵温度为28℃、搅拌速度为90r/min、空气流量为0.35v/v/m、溶氧为70％、调节pH为7的条件下，发酵100h即得发酵液。
S3.终止发酵：将发酵液灌装密闭静置15天，得到所述活性液体肥基底制剂；
S4.石墨烯分散液制备：将2份石墨烯、32份二甲基甲酰胺、25份烷基苯磺酸钠进行超声波分散处理35min，超声功率为900W，得到分散的石墨烯溶液；
S5.修复剂的配置：向所述活性液体肥基底制剂中添加石墨烯分散液高速搅拌后加入1份青霉素、19份壳聚糖、35份氨基酸搅拌均匀，得到所述修复剂。
实施例3一种石墨烯土壤修复剂的制备
S1.制备培养基：按照丙三醇3克、甘露醇3克、葡萄糖3克、鼠李糖4克、果糖浓度为2克、α-酮戊二酸1克、酵母粉4克、丝氨酸0.18克、精氨酸0.15克、磷酸氢二钾1.2克、七水合硫酸镁0.2克、二水合氯化钙0.15克、七水合硫酸铁8毫克、氯化钠0.1克、二水合钼酸钠0.02克，称取上述物质，并依次加入到1L纯水中混合均匀，调节pH至7，得根瘤菌培养基；
S2.发酵：将步骤S1得到的根瘤菌培养基加入到发酵罐中，在罐压1.5kPa、温度121℃条件下灭菌25min，待培养基温度降至30℃时，将12份大豆根瘤菌按体积百分含量为8％的接种量接种至根瘤菌培养基中，在发酵温度为32℃、搅拌速度为110r/min、空气流量为0.5v/v/m、溶氧为70％、调节pH为7的条件下，发酵100h即得发酵液。
S3.终止发酵：将发酵液灌装密闭静置15天，得到所述活性液体肥基底制剂；
S4.石墨烯分散液制备：将7份石墨烯、56份二甲基甲酰胺、28份烷基苯磺酸钠进行超声波分散处理45min，超声功率为950W，得到分散的石墨烯溶液；
S5.修复剂的配置：向所述活性液体肥基底制剂中添加石墨烯分散液高速搅拌后加入青霉菌3份、壳聚糖26份、氨基酸42份搅拌均匀，得到所述修复剂。
对比例1一种土壤修复剂的制备
S1.制备培养基：按照丙三醇3克、甘露醇3克、葡萄糖3克、鼠李糖4克、果糖浓度为2克、α-酮戊二酸1克、酵母粉4克、丝氨酸0.18克、精氨酸0.15克、磷酸氢二钾1.2克、七水合硫酸镁0.2克、二水合氯化钙0.15克、七水合硫酸铁8毫克、氯化钠0.1克、二水合钼酸钠0.02克，称取上述物质，并依次加入到1L纯水中混合均匀，调节pH至7，得根瘤菌培养基；
S2.发酵：将步骤S1得到的根瘤菌培养基加入到发酵罐中，在罐压1.5kPa、温度121℃条件下灭菌25min，待培养基温度降至30℃时，将12份大豆根瘤菌按体积百分含量为8％的接种量接种至根瘤菌培养基中，在发酵温度为32℃、搅拌速度为110r/min、空气流量为0.5v/v/m、溶氧为70％、调节pH为7的条件下，发酵100h即得发酵液。
S3.终止发酵：将发酵液灌装密闭静置15天，得到所述活性液体肥基底制剂；
S4.修复剂的配置：向1000份活性液体肥基底制剂中添加青霉菌2份、壳聚糖19份、氨基酸38份搅拌均匀，得到所述修复剂。
对比例2一种土壤修复剂的制备
S1.制备培养基：按照丙三醇3克、甘露醇3克、葡萄糖3克、鼠李糖4克、果糖浓度为2克、α-酮戊二酸1克、酵母粉4克、丝氨酸0.18克、精氨酸0.15克、磷酸氢二钾1.2克、七水合硫酸镁0.2克、二水合氯化钙0.15克、七水合硫酸铁8毫克、氯化钠0.1克、二水合钼酸钠0.02克，称取上述物质，并依次加入到1L纯水中混合均匀，调节pH至7，得培养基；
S2.发酵：将步骤S1得到的酵母菌培养基加入到发酵罐中，在罐压1kPa、温度121℃条件下灭菌20min，待培养基温度降至30℃时，将10份酵母菌按体积百分含量为8％的接种量接种至培养基中，在发酵温度为30℃、搅拌速度为100r/min、空气流量为0.45v/v/m、罐压为0.1kPa、溶氧为70％、调节pH为7的条件下，发酵100h即得发酵液。
S3.终止发酵：将发酵液灌装密闭静置15天，得到所述活性液体肥基底制剂；
S4.石墨烯分散液制备：将5份石墨烯、32份二甲基甲酰胺、25份烷基苯磺酸钠进行超声波分散处理40min，超声功率为930W，得到分散的石墨烯溶液；
S5.修复剂的配置：向1000份活性液体肥基底制剂中添加石墨烯分散液高速搅拌后加入2份青霉菌、19份壳聚糖、38份氨基酸搅拌均匀，得到所述修复剂。
石墨烯土壤修复剂的应用效果评价：
该石墨烯土壤修复剂能快速补充植株生长所需的养分，改善土壤酸碱度。为验证本发明制备的修复剂在植株上大面积示范应用的实际效果，申请人选择在白菜上进行了试验示范。
材料与方法
1.1供试地点1设在资兴市某酸性土壤白菜种植基地内，试验地面积10亩，土壤肥力水平较均匀。
1.2供试作物白菜，株行距0.4m*0.5m，长势中庸且一致。
1.3供试土壤修复剂为实施例1～3制备的土壤修复剂、对比例1～2任一方法制得的土壤修复剂，产品剂型为液体。
1.4供试地点进行5个试验处理，每个实验处理分2亩实验地面积：
①实施例1组：将土壤浇透底水，移入白菜种子，将实施例1制备的土壤修复剂以1L/亩修复剂稀释100倍后均匀喷洒，此后每个月施肥一次，每亩施加5kg尿素和5kg硫酸钾对水淋施。
②实施例2组：将土壤浇透底水，移入白菜种子，将实施例2制备的土壤修复剂以1L/亩修复剂稀释100倍后均匀喷洒，此后每个月施肥一次，每亩施加5kg尿素和5kg硫酸钾对水淋施。
③实施例3组：将土壤浇透底水，移入白菜种子，将实施例3制备的土壤修复剂以1L/亩修复剂稀释100倍后均匀喷洒，此后每个月施肥一次，每亩施加5kg尿素和5kg硫酸钾对水淋施。
④对比例1组：将土壤浇透底水，移入白菜种子，将对比例1制备的土壤修复剂以1L/亩修复剂稀释100倍后均匀喷洒，此后每个月施肥一次，每亩施加5kg尿素和5kg硫酸钾对水淋施。
⑤对比例2组：将土壤浇透底水，移入白菜种子，将对比例2制备的土壤修复剂以1L/亩修复剂稀释100倍后均匀喷洒，此后每个月施肥一次，每亩施加5kg尿素和5kg硫酸钾对水淋施。
实施例组和对比例组均按当地常规栽培技术进行管理。试验各处理以每亩为小区，随机选取1株植株测定白菜品质状况，重复选取3次测定白菜生长状况，求得平均值。
结果与分析
2.1对白菜产量及土壤的影响
每亩种植3200颗大白菜，对单颗大白菜的高、重进行了测量，计算亩产量，同时还对相应土壤pH值进行了检测，由表1可知，施用该修复土壤的白菜单颗高度相比对比例组增加了约31％，单颗重量相比对比例组增加了近一半，亩产量也增长了约86％。
表1
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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包含范围之内。

Claims (8)

1.一种石墨烯土壤修复剂，其特征在于，所述修复剂由以下物质组成：活性液体肥基底制剂1000份、石墨烯2~7份、根瘤菌5~12份、青霉菌1~3份、壳聚糖12~26份、氨基酸35~42份。
2.根据权利要求1所述石墨烯土壤修复剂，其特征在于，所述修复剂由以下物质组成：活性液体肥基底制剂1000份、石墨烯5份、根瘤菌10份、青霉菌2份、壳聚糖19份、氨基酸38份。
3.根据权利要求1所述石墨烯土壤修复剂，其特征在于，所述氨基酸为蛋氨酸、络氨酸、苯丙氨酸、天冬氨酸按1:1:1:1比例混合。
4.根据权利要求1所述石墨烯土壤修复剂，其特征在于，所述根瘤菌为豌豆根瘤菌、苜蓿根瘤菌、百脉根瘤菌和大豆根瘤菌中的一种。
5.一种石墨烯土壤修复剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.制备培养基：将丙三醇、甘露醇、葡萄糖浓度、鼠李糖、果糖、α-酮戊二酸、酵母粉、丝氨酸、精氨酸、磷酸氢二钾、七水合硫酸镁、二水合氯化钙、七水合硫酸铁、氯化钠、 二水合钼酸钠依次加入到纯水中混合均匀，调节pH，得根瘤菌培养基；
S2.发酵：将步骤S1得到的根瘤菌培养基加入到发酵罐中，灭菌，冷却后将根瘤菌接种至根瘤菌培养基中发酵、搅拌，控制空气流量与罐内压力，即得发酵液；
S3. 终止发酵：将发酵液灌装密闭静置15天，得到所述活性液体肥基底制剂；
S4.石墨烯分散液制备：将石墨烯、二甲基甲酰胺、烷基苯磺酸钠进行超声波分散，得到分散的石墨烯溶液；
S5. 修复剂的配置：向所述活性液体肥基底制剂中添加石墨烯分散液高速搅拌后加入青霉素、壳聚糖、氨基酸搅拌均匀，得到所述修复剂。
6.根据权利要求5所述的石墨烯土壤修复剂的制备方法，其特征在于，步骤S2中发酵温度为28~32℃，灭菌时间为15~25min，搅拌速度为90~110r/min。
7.根据权利要求5所述的石墨烯土壤修复剂的制备方法，其特征在于，步骤S2中罐内压力为0.5~1.5kPa，空气流量为0.35~0.50v/v/m。
8.根据权利要求5所述的石墨烯土壤修复剂的制备方法，其特征在于，步骤S4中超声分散功率为900~950W，超声波分散处理时间为35~45min。
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