CN113714269A - 一种土壤养分优化调控技术方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种土壤养分优化调控技术方法，该方法包括向土壤中添加复合土壤改良剂的步骤，其中，所述复合土壤改良剂由适当比例的具有生物活性的生物炭和腐殖酸制备得到，能够快速、高效对有机污染土壤进行修复优化，且不造成二次污染。

Description

一种土壤养分优化调控技术方法
技术领域
本发明涉及土壤修复技术领域，具体涉及一种有机污染的的土壤养分优化调控技术方法。
背景技术
土壤是人类赖以生存和发展的最基本、最重要的自然资源之一，也是人类生态环境的重要组成部分。土壤与环境之间原本存在一种物质与能量的动态平衡，但随着人类活动的加强和影响，土壤与环境之间的动态平衡逐渐发生了变化：土壤在逐步被污染，其中，有机污染对土壤及环境的影响和危害日益严重。
有机污染是指以碳水化合物、蛋白质、氨基酸以及脂肪等形式存在的天然有机质及某些其他可生物降解的人工合成有机物质为组成的污染物。有机污染会破坏土壤中原有碳、氮、磷的比值，容易使土壤板结，酸碱度改变，使土壤的结构和组成遭到破坏，从而给污染地区的生态环境、农作物生产和人类的生存带来极大的负面影响。因此，修复、优化有机污染的土壤是一项涉及人类生存的重要工作。
目前采用的修复技术主要有气相抽提法、热脱附法、化学淋洗法、氧化还原法和生物修复法等，但是上述方法存在去除效果差、成本高、易造成二次污染、耗时长等问题。
因此，有必要提供一种有机污染物去除效果好的土壤养分优化调控技术方法。
发明内容
为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，结果发现：在有机污染的土壤中，添加具有生物活性的生物炭和腐殖酸制备的土壤改良剂，能够安全、高效的改良土壤，其中，由红壤地区种植植物制备富铁生物炭，并复合多种微生物菌液，使得生物炭具有活性，能够协同增加生物炭和微生物的作用，能够快速、高效对有机污染土壤进行修复优化，从而完成了本发明。
具体来说，本发明的目的在于提供一种土壤养分优化调控技术方法，其中，所述方法包括向土壤中添加复合土壤改良剂的步骤，
所述复合土壤改良剂包括以下重量配比的组分：
生物炭 20份
腐殖酸 30～60份。
其中，所述生物炭具有生物活性，优选按照包括以下步骤的方法制备：
步骤1，制备生物炭；
步骤2：制备菌液；
步骤3，制备具有生物活性的生物炭。
其中，步骤1中，所述生物炭为富铁生物炭，优选由红壤地区生长的富铁植物高温热解得到。
其中，步骤1包括以下子步骤：
步骤1-1，栽培富铁植物；
步骤1-2，将富铁植物炭化，得到富铁生物炭。
其中，所述富铁植物选自水稻、香蒲、油菜、美人蕉和苎麻中的一种或多种。
其中，步骤1-2中，所述炭化包括以下步骤：
步骤1-2-1，收割富铁植物，干燥、粉碎；
步骤1-2-2，高温炭化；
步骤1-2-3，炭化后降温至室温并粉碎。
其中，步骤2中，所述菌液中的菌种选自木霉菌、固氮菌、酵母菌、巨大芽孢杆菌、光合菌、盐单胞菌、枯草芽孢杆菌和铜绿假单胞菌中的一种或多种。
其中，步骤2中，所述菌液中的菌种选自酵母菌、巨大芽孢杆菌、盐单胞菌、枯草芽孢杆菌和铜绿假单胞菌中的一种或多种。
其中，步骤3中，所述具有活性的生物炭按照如下步骤进行制备：
首先，将步骤1制备得到的生物炭浸泡于步骤2制备的菌液中一段时间；
然后，取出生物炭，在预定温度下培养一段时间，得到所述具有生物活性的生物炭。
其中，所述浸泡的时间为1～2h。
本发明所具有的有益效果包括：
(1)本发明提供的土壤养分优化调控技术方法，采用红壤地区栽培植物作为生物炭，安全、环保，不会造成二次污染，提高了植物的资源化利用率，能够对土壤中有机污染物进行长效去除；
(2)本发明提供的土壤养分优化调控技术方法，生物炭与复合菌液共同用于土壤修复，提高了微生物的活性，提高了对土壤的修复效率，同时提高了土壤的肥力；
(3)本发明提供的土壤养分优化调控技术方法，土壤改良剂中添加适当比例的腐殖酸，加速了土壤中有机污染物的降解效率，提高了土壤的肥力；
(4)本发明提供的土壤养分优化调控技术方法，步骤简单，操作方便，条件可控，成本较低。
具体实施方式
下面通过优选实施方式和实施例对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
本发明提供了一种土壤养分优化调控技术方法，所述方法包括向土壤中添加复合土壤改良剂的步骤。
根据本发明一种优选的实施方式，所述复合土壤改良剂包括以下重量配比的组分：
生物炭 20份
腐殖酸 30～60份。
在进一步优选的实施方式中，所述复合土壤改良剂包括以下重量配比的组分：
生物炭 20份
腐殖酸 30～50份。
根据本发明一种优选的实施方式，所述生物炭具有生物活性，优选按照包括以下步骤的方法制备：
步骤1，制备生物炭。
根据本发明一种优选的实施方式，所述生物炭为富铁生物炭，优选由红壤地区生长的富铁植物高温热解得到。
在进一步优选的实施方式中，所述步骤1包括以下子步骤：
步骤1-1，栽培富铁植物。
优选地，所述富铁植物选自水稻、香蒲、油菜、美人蕉和苎麻中的一种或多种。
更优选地，所述富铁植物为美人蕉。
步骤1-2，将富铁植物炭化，得到富铁生物炭。
其中，步骤1-2包括以下子步骤：
步骤1-2-1，收割富铁植物，干燥、粉碎。
在本发明中，优选将富铁植物风干，使得植物含水量16％～18％。，然后切碎，优选在93～100℃下干燥3～3.5h。
根据本发明一种优选的实施方式，在干燥植物之前，对植物进行清洗，优选用去离子水清洗，然后于稀盐酸中浸泡。
步骤1-2-2，高温炭化。
根据本发明一种优选的实施方式，以3～8℃/min的速率升温至550～750℃进行隔氧炭化，保温反应1～1.5h。
在进一步优选的实施方式中，以3～5℃/min的速率升温至600～700℃进行隔氧炭化，保温反应1～1.5h。
本发明人研究发现，采用上述炭化条件制备得到的富铁生物炭(如：美人蕉生物炭)，对土壤中有机污染物的去除效率较高。
步骤1-2-3，炭化后降温至室温并粉碎。
根据本发明一种优选的实施方式，所述降温速率为10～15℃/min，优选为11～13℃/min。
本发明人研究发现，采用上述降温方式，有利于提高制备得到的生物炭的土壤修复效果。
在本发明中，将上述制备得到的富铁生物炭施入土壤后，可以持肥缓释，对土壤进行有效修复。
优选地，将炭化后的产物粉碎至粒径小于2mm。
步骤2：制备菌液。
在本发明中，所述菌液为复合菌液，优选所述复合菌液按照包括以下步骤的方法制备：
步骤2-1，培养液体菌种。
根据本发明一种优选的实施方式，所述菌种选自木霉菌、固氮菌、酵母菌、巨大芽孢杆菌、光合菌、盐单胞菌、枯草芽孢杆菌和铜绿假单胞菌中的一种或多种。
在进一步优选的实施方式中，所述菌种选自酵母菌、巨大芽孢杆菌、盐单胞菌、枯草芽孢杆菌和铜绿假单胞菌中的一种或多种。
优选地，所述菌种为酵母菌、巨大芽孢杆菌、盐单胞菌、枯草芽孢杆菌和铜绿假单胞菌。
在更进一步优选的实施方式中，将菌种扩大培养成菌体浓度为107～109个/mL的液体菌种。
步骤2-2，将液体菌种混合，得到复合菌液。
根据本发明一种优选的实施方式，所述酵母菌、巨大芽孢杆菌、盐单胞菌、枯草芽孢杆菌和铜绿假单胞菌的液体菌种质量比为(2～4)：(1～3)：(2～5)：(1～4):1，优选为(2～3)：(1～2.5)：(2～4)：(2～3.5):1。
其中，采用上述种类和配比的复合菌液，有利于高效提升有机污染土壤的修复效率和修复质量，同时还能提升土壤的费力，利于植物对矿质元素的吸收。
步骤3，制备具有生物活性的生物炭。
本发人研究发现，将生物炭浸泡在菌液中，使得生物炭具有生物活性，能够显著提高土壤优化效果。
根据本发明一种优选的实施方式，所述具有活性的生物炭按照如下步骤进行制备：
首先，将步骤1制备得到的生物炭浸泡于步骤2制备的菌液中一段时间；
然后，取出生物炭于预定温度下培养一段时间，得到所述具有生物活性的生物炭。
在进一步优选的实施方式中，所述浸泡的时间为1～2h，优选为1.5h。
在更进一步优选的实施方式中，所述预定温度为30～35℃，培养时间为10～20h，优选为13～15h。
其中，所述腐殖酸为煤炭腐殖酸，可以采用现有技术中常用的腐殖酸，如由山东农大肥业科技有限公司生产的新疆风化煤制备的腐殖酸。
本发明人发现，将具有生物活性的富铁生物炭与腐殖酸配合使用，能够有效提高有机污染土壤的优化效果，同时能够提高土壤的肥力。
根据本发明一种优选的实施方式，所述添加的复合土壤改良剂与待优化的土壤的质量比为(5～15)：100，优选为(6～10)：100。
优选地，所述复合土壤改良剂在将待优化的土壤深耕25～35cm后，按照上述比例添加。
实施例
以下通过具体实例进一步描述本发明，不过这些实例仅仅是范例性的，并不对本发明的保护范围构成任何限制。
实施例1
制备复合土壤改良剂：
(1)制备生物炭
在红壤中种植美人蕉，将栽培得到的美人蕉整株拔出，使用去离子水洗净，在0.01M稀盐酸中浸泡1小时，风干至含水量为16％，切碎，在95℃下干燥3.5h；
在马弗炉中，以3℃/min的速率升温至680℃进行隔氧炭化，保温反应1.2h，然后以12℃/min的速率降温至室温，得到富铁生物炭；将其粉碎成粒径小于2.0mm的粉末。
制备菌液：
将酵母菌、巨大芽孢杆菌、盐单胞菌、枯草芽孢杆菌和铜绿假单胞菌扩大培养成菌体浓度为109个/mL的液体菌种，按照液体质量比为2:1.5:3:3:1的比例混合。
制备具有生物活性的生物炭：
将生物炭浸泡于菌液中1.5h，于30℃恒温培养箱中培养13h。
将具有活性的生物炭与煤炭腐殖酸(山东农大肥业科技有限公司生产)按重量比为20:35混合，得到复合土壤改良剂。
(2)将待优化的土壤深耕30cm后，按复合土壤改良剂与待优化的土壤的质量比为6:100的比例添加复合土壤改良剂。
实施例2
制备复合土壤改良剂：
(1)制备生物炭
在红壤中种植美人蕉，将栽培得到的美人蕉整株拔出，使用去离子水洗净，在0.01M稀盐酸中浸泡1小时，风干至含水量为16％，切碎，在95℃下干燥3.5h；
在马弗炉中，以5℃/min的速率升温至700℃进行隔氧炭化，保温反应1.0h，然后以10℃/min的速率降温至室温，得到富铁生物炭；将其粉碎成粒径小于2.0mm的粉末。
制备菌液：
将酵母菌、巨大芽孢杆菌、盐单胞菌、枯草芽孢杆菌和铜绿假单胞菌扩大培养成菌体浓度为109个/mL的液体菌种，按照液体质量比为3:1:2.5:3.5:1的比例混合。
其中，所述酵母菌、巨大芽孢杆菌、盐单胞菌、枯草芽孢杆菌和铜绿假单胞菌的菌粉，购自上海一研生物科技有限公司。
制备具有生物活性的生物炭：
将生物炭浸泡于菌液中1.5h，于35℃恒温培养箱中培养13h。
将具有活性的生物炭与煤炭腐殖酸(山东农大肥业科技有限公司生产)按重量比为20:40混合，得到复合土壤改良剂。
(2)将待优化的土壤深耕30cm后，按复合土壤改良剂与待优化的土壤的质量比为7:100的比例添加复合土壤改良剂。
实验例
实验例1
选取某地无污染的农田土壤，风化，磨细，过4mm筛，灭菌备用；制备被试污染土壤，使得其中甲苯的含量为110mg/kg，萘的含量为30mg/kg，二甲苯的含量为79mg/kg，苯并芘的含量为35mg/kg；
按照用实施例1所述方法处理被试土壤，处理42天后，对被试土壤进行检测，结果发现：被试土壤中甲苯的去除率达到了94.15％，萘的去除率达到了92.90％，二甲苯的去除率达到了95.45％，苯并芘的去除率达到了94.0％。
实验例2
选取某地无污染的农田土壤，风化，磨细，过4mm筛，灭菌备用；制备被试污染土壤，使得其中甲苯的含量为100mg/kg，萘的含量为32mg/kg，二甲苯的含量为81mg/kg，苯并芘的含量为30mg/kg；
按照用实施例2所述方法处理被试土壤，处理45天后，对被试土壤进行检测，结果发现：被试土壤中甲苯的去除率达到了95.02％，萘的去除率达到了93.11％，二甲苯的去除率达到了95.85％，苯并芘的去除率达到了95.22％。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种土壤养分优化调控技术方法，其特征在于，所述方法包括向土壤中添加复合土壤改良剂的步骤，
所述复合土壤改良剂包括以下重量配比的组分：
生物炭 20份
腐殖酸 30～60份。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物炭具有生物活性，优选按照包括以下步骤的方法制备：
步骤1，制备生物炭；
步骤2：制备菌液；
步骤3，制备具有生物活性的生物炭。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤1中，所述生物炭为富铁生物炭，优选由红壤地区生长的富铁植物高温热解得到。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤1包括以下子步骤：
步骤1-1，栽培富铁植物；
步骤1-2，将富铁植物炭化，得到富铁生物炭。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述富铁植物选自水稻、香蒲、油菜、美人蕉和苎麻中的一种或多种。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤1-2中，所述炭化包括以下步骤：
步骤1-2-1，收割富铁植物，干燥、粉碎；
步骤1-2-2，高温炭化；
步骤1-2-3，炭化后降温至室温并粉碎。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤2中，所述菌液中的菌种选自木霉菌、固氮菌、酵母菌、巨大芽孢杆菌、光合菌、盐单胞菌、枯草芽孢杆菌和铜绿假单胞菌中的一种或多种。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤2中，所述菌液中的菌种选自酵母菌、巨大芽孢杆菌、盐单胞菌、枯草芽孢杆菌和铜绿假单胞菌中的一种或多种。
9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤3中，所述具有活性的生物炭按照如下步骤进行制备：
首先，将步骤1制备得到的生物炭浸泡于步骤2制备的菌液中一段时间；
然后，取出生物炭，在预定温度下培养一段时间，得到所述具有生物活性的生物炭。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述浸泡的时间为1～2h。
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