CN115215692A - 一种微生物硅藻有机肥及其制备方法和应用 - Google Patents

一种微生物硅藻有机肥及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种微生物硅藻有机肥及其制备方法和应用，属于肥料技术领域；所述微生物硅藻有机肥的原料按重量份计包括：复合菌剂10～20份、硅藻剂10～30份，硅藻土15～35份及生物有机质60～80份；将生物有机质与硅藻土混合后加入所述复合菌剂进行一次发酵，之后加入所述硅藻剂进行二次发酵即得所述微生物硅藻有机肥；本发明提供的微生物硅藻有机肥能增加土壤有机碳储量；且其肥效高，能有效促进植物生长，实现增产；本发明中的各类菌剂、硅藻剂与硅藻土综合作用，能阻控降解农残，钝化吸附重金属，培育健康作物并修复土壤。

Description

一种微生物硅藻有机肥及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于肥料技术领域，具体涉及一种微生物硅藻有机肥及其制备方法和应用。
背景技术
气候变化对农业生产的影响日益明显，固碳减排的要求也日益强烈。目前部分地区采用了调整粮食作物种植结构，优化农业产能；增加有机物料还田比例；免耕、休耕、退耕还草等方式来减排固碳。但这给农业生产带来不便的同时，固碳减排效果也十分有限。而当前流行的用“生物炭”固碳减排的方法存在一定的生态健康风险，生物炭制备过程中，重金属等污染物富集，同时产生多环芳烃、二恶英等有机污染物，对自然环境和人类都有着一定的危害。因此研究一种新型土壤固碳技术变得十分必要。
当前普通的微生物有机肥同样具有局限性，有机质如禽畜粪便中营养物质过剩易烧苗；作物秸秆处理不当易发病虫害；部分有机质含重金属，导致生产的有机肥重金属含量超标等。且当前微生物有机肥虽有一定修复土壤的效果，但在增产方面能力有限。
由此可见，亟需一种固碳、增产、修复的技术来推进农业绿色发展，寻求新型有机肥料成为农业生产和现代经济社会可持续发展的必然要求。
发明内容
为解决现有技术中的上述问题，本发明提供了一种微生物硅藻有机肥及其制备方法和应用，以同时实现固碳、增加土壤有机碳储量、延长肥效、高效增产、吸附农残和重金属以及修复土壤的效果。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
本发明提供了一种微生物硅藻有机肥，按重量份计，包括以下原料：复合菌剂10～20份、硅藻剂10～30份，硅藻土15～35份及生物有机质60～80份。
进一步地，所述复合菌剂包括数量比为(2～8)∶(1～3)∶(2～8)∶(1～3)的甲基营养型芽孢杆菌、巴氏葡萄球菌、嗜热侧孢霉和地衣芽孢杆菌。
进一步地，所述硅藻剂包括活性硅藻和硅藻有益菌剂；其中硅藻有益菌剂与活性硅藻的数量比为(1～2)∶100。
进一步地，所述活性硅藻包括梅尼小环藻、舟形藻、菱形藻、针杆藻和脆杆藻中的一种或多种。特别地，所述微生物硅藻有机肥应用于水田时所述的活性硅藻包括梅尼小环藻、舟形藻和菱形藻中的一种或多种。
进一步地，所述硅藻有益菌剂包括数量比为(1.5～2.5)∶1的深红红螺菌和枯草芽孢杆菌。
进一步地，所述生物有机质包括秸秆、果渣和禽畜粪便中的一种或多种。
本发明还提供了一种上述所述的微生物硅藻有机肥的制备方法，包括以下步骤：将生物有机质与硅藻土混合后加入所述复合菌剂进行一次发酵，之后加入所述硅藻剂进行二次发酵，即得所述微生物硅藻有机肥。
进一步地，所述一次发酵的时间为8～10天，控制发酵最高温度不超过60℃。
进一步地，所述二次发酵的温度为15～35℃，时间为4～6天。
本发明同时提供了上述所述的微生物硅藻有机肥在提高土壤有机碳含量、提高农作物产量或降低农作物中重金属含量中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明在制备有机肥时引入的活性硅藻，可采用C4高效光合途径，额外生物固碳，增加土壤有机碳储量；同时在硅藻剂中加入硅藻有益菌落，与活性硅藻相辅相成，形成稳定而复杂的根系微生物环境，延长并增强肥效，促进植物生长，实现增产。
本发明中的各类菌剂、硅藻剂与硅藻土综合作用，能阻控降解农残，钝化吸附重金属，培育健康作物并修复土壤。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。
另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
一种微生物硅藻有机肥，按重量份计，包括以下原料：复合菌剂10～20份、硅藻剂10～30份，硅藻土15～35份及生物有机质60～80份。
在一些优选实施例中，所述复合菌剂包括数量比为(2～8)∶(1～3)∶(2～8)∶(1～3)的甲基营养型芽孢杆菌(Bacillus methylotrophicus)、巴氏葡萄球菌(Staphylococcuspasteuri)、嗜热侧孢霉(Sporotrichum thermophile)和地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)四种有机肥菌种。
在一些优选实施例中，所述硅藻剂包括活性硅藻和硅藻有益菌剂；其中硅藻有益菌剂与活性硅藻的数量比为(1～2)∶100。
在一些优选实施例中，所述活性硅藻包括梅尼小环藻、舟形藻、菱形藻、针杆藻和脆杆藻中的一种或多种。
在一些优选实施例中，微生物硅藻有机肥应用于水稻种植时，所述活性硅藻包括梅尼小环藻(Cyclotella)、舟形藻(Navicula)及菱形藻(Nitzschia)中的一种或多种。
在一些优选实施例中，所述硅藻有益菌剂包括数量比为(1.5～2.5)∶1的深红红螺菌(Rhodospirillum rubrum)和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)两种硅藻有益菌落。
在一些优选实施例中，所述生物有机质包括秸秆、果渣和禽畜粪便中的一种或多种。
一种上述微生物硅藻有机肥的制备方法，包括以下步骤：将生物有机质与硅藻土混合后加入所述复合菌剂进行一次发酵，之后加入所述硅藻剂进行二次发酵，即得所述微生物硅藻有机肥。
在一些优选实施例中，所述一次发酵的时间为8～10天，控制发酵最高温度不超过60℃。
在一些优选实施例中，所述二次发酵的温度为15～35℃，时间为4～6天。
以下实施例中，所采用的梅尼小环藻、菱形藻、舟形藻、针杆藻和脆杆藻购自中国科学院淡水藻种库，编号分别为FACHB-2594、FACHB-511、FACHB-1950、FACHB-2597和FACHB-2851；所采用的甲基营养型芽孢杆菌、巴氏葡萄球菌、嗜热侧孢霉、地衣芽孢杆菌购自中国农业微生物菌种保藏管理中心(ACCC)，菌株编号分别为ACCC 06474、ACCC 01682、ACCC30346、ACCC 19744；所采用的深红红螺菌购自中国普通微生物菌种保藏管理中心(CGMCC)，菌株编号CGMCC 1.5005；所采用的枯草芽孢杆菌购自中国农业微生物菌种保藏管理中心(ACCC)，菌株编号ACCC 19743。其余原料均为市售。
实施例1
微生物硅藻有机肥的制备，步骤如下：
(1)将秸秆、麦麸和果渣进行粉碎，加入鸡粪和羊粪调节碳氮比为20∶1，加入KH2PO4调节氮磷比7.5∶1，获得生物有机质。
(2)取步骤(1)得到的生物有机质70份，加入硅藻土35份，得到复合原料。
(3)将甲基营养型芽孢杆菌、巴氏葡萄球菌、嗜热侧孢霉和地衣芽孢杆菌按照数量比为2∶1∶2∶3混合得到复合菌剂，将所得复合菌剂15份与步骤(2)所得复合原料混合，进行一次发酵，发酵时间为9天，控制发酵最高温度不超过60℃，得到一次发酵物。
(4)将梅尼小环藻(Cyclotella)和舟形藻(Navicula)混合在NaNO3(500mg/L)、KH2PO4(80mg/L)、Na2SiO3(200mg/L)、其它营养物质采用CSI培养基，光照强度2000lx、温度20℃、pH为8的条件下扩大培养5天。
(5)硅藻剂调配：将数量比1∶1的梅尼小环藻和舟形藻混合得到混合藻，将数量比1.5∶1的深红红螺菌(Rhodospirillum rubrum)和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)两种硅藻有益菌落混合得到混合菌落，将混合菌落和混合藻按照数量比为1∶100混合，得到硅藻剂；取10份硅藻剂加入步骤(3)所得一次发酵物中，继续二次发酵4天，发酵温度为15℃，将得到的发酵产物烘干至含水率为25wt％，得到微生物硅藻有机肥。
实施例2
微生物硅藻有机肥的制备，步骤如下：
(1)将秸秆、麦麸和果渣进行粉碎，加入鸡粪和羊粪调节碳氮比为22∶1，加入KH2PO4调节氮磷比7∶1，获得生物有机质。
(2)取步骤(1)得到的生物有机质80份，加入硅藻土25份，得到复合原料。
(3)将甲基营养型芽孢杆菌、巴氏葡萄球菌、嗜热侧孢霉和地衣芽孢杆菌按照数量比为5∶2∶8∶2混合得到复合菌剂，将所得复合菌剂20份与步骤(2)所得复合原料混合，进行一次发酵，发酵时间为10天，控制发酵最高温度不超过60℃，得到一次发酵物。
(4)将舟形藻(Navicula)和菱形藻(Nitzschia)混合在NaNO3(500mg/L)、KH2PO4(80mg/L)、Na2SiO3(200mg/L)、其它营养物质采用CSI培养基，光照强度2000lx、温度20℃、pH为8的条件下扩大培养5天。
(5)硅藻剂调配：将数量比1∶1的舟形藻和菱形藻混合得到混合藻，将数量比2∶1的深红红螺菌(Rhodospirillum rubrum)和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)两种硅藻有益菌落混合得到混合菌落，将混合菌落和混合藻按照数量比为1.5∶100混合，得到硅藻剂；取20份硅藻剂加入步骤(3)所得一次发酵物中，继续二次发酵5天，发酵温度为25℃，将得到的发酵产物烘干至含水率为20wt％，得到微生物硅藻有机肥。
实施例3
微生物硅藻有机肥的制备，步骤如下：
(1)将秸秆、麦麸和果渣进行粉碎，加入鸡粪和羊粪调节碳氮比为18∶1，加入KH2PO4调节氮磷比8∶1，获得生物有机质。
(2)取步骤(1)得到的生物有机质60份，加入硅藻土15份，得到复合原料。
(3)将甲基营养型芽孢杆菌、巴氏葡萄球菌、嗜热侧孢霉和地衣芽孢杆菌按照质量比为8∶3∶5∶1混合得到复合菌剂，将所得复合菌剂10份与步骤(2)所得复合原料混合，进行一次发酵，发酵时间为8天，控制发酵最高温度不超过60℃，得到一次发酵物。
(4)将梅尼小环藻(Cyclotella)和菱形藻(Nitzschia)混合在NaNO3(500mg/L)、KH2PO4(80mg/L)、Na2SiO3(200mg/L)、其它营养物质采用CSI培养基，光照强度2000lx、温度20℃、pH为8的条件下扩大培养5天。
(5)硅藻剂调配：将数量比1∶1的梅尼小环藻和菱形藻混合得到混合藻，将数量比2.5∶1的深红红螺菌(Rhodospirillum rubrum)和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)两种硅藻有益菌落混合得到混合菌落，将混合菌落和混合藻按照数量比为1∶50混合，得到硅藻剂；取30份硅藻剂加入步骤(3)所得一次发酵物中，继续二次发酵6天，发酵温度为35℃，将得到的发酵产物烘干至含水率为30wt％，得到微生物硅藻有机肥。
实施例4
同实施例2，区别在于，步骤(4)和(5)中的硅藻藻种为舟形藻(Navicula)和针杆藻(Synedra)。
实施例5
同实施例2，区别在于，步骤(4)和(5)中的硅藻藻种为针杆藻(Synedra)和脆杆藻(Fragilaria)。
对比例1
同实施例2，区别在于，将步骤(3)中的地衣芽孢杆菌等量替换为枯草芽孢杆菌。
对比例2
同实施例2，区别在于，步骤(3)中的甲基营养型芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌等量替换为胶质芽孢杆菌和巨大芽孢杆菌。
对比例3
同实施例3，区别在于，步骤(5)中只采用深红红螺菌作为硅藻有益菌落(硅藻有益菌落和混合藻的数量比不变，为1∶50)。
对实施例1～5及对比例1～3制备得到的微生物硅藻有机肥的肥效进行验证试验。试验作物：水稻(龙稻21)，地点：方正县研究院(草甸土，肥力均一)。将试验区域平均分为A～I共9个地块，各地块间水肥不通。同一批苗按照相同的方法移栽至各地块，一周后施底肥，其中A～H地块分别施用实施例1～5及对比例1～3制备得到的微生物硅藻有机肥，I地块施用总养分含量≥45％的市售复合化肥(18-12-15)，施用量均为30kg/亩。其他栽培管理模式与当地常规水稻栽培管理模式一致。
水稻收割后，计算水稻产量和相较于化肥的微生物硅藻有机肥增产率；并检测各地块的土壤有机碳(SOC)含量(检测依据为重铬酸钾外加热法《土壤农业化学分析方法》)和重金属Cd、Cr含量(检测依据为石墨炉原子吸收分光光度法GB/T 17141、火焰原子吸收分光光度法HJ 491)，结果如表1所示：
表1施用微生物硅藻有机肥和复合化肥对比
Figure BDA0003804655760000101
表1表明：A～H地块的水稻产量、土壤有机碳均高于I地块，且具有有效的重金属Cd、Cr削减效果。可见实施例1～5及对比例1～3制备的微生物硅藻有机肥在水稻增产、土壤固碳、阻控重金属Cd、Cr具有显著的应用效果。尤其实施例2～3制备的微生物硅藻有机肥的水稻增产效果、土壤有机碳改良和土壤重金属修复最为显著，水稻增产率、有机碳含量、Cd去除率、Cr去除率分别为14.3％、12.3％，22.9g/kg、22.5g/kg，34.4％、26.7％，14.3％、18.1％。因此，微生物硅藻有机肥优于市售复合化肥，可替代化肥使用，助力我国化肥减量增效、农业农村固碳减排行动。同时，对B地块与F、G地块的数据进行对比可以看出：复合菌剂中的部分菌种进行替换后，其效果下降，说明本发明的复合菌剂中的四种菌组合在一起能更好地发挥协同增效的作用；对C地块与H地块的数据进行对比可以看出，深红红螺菌和枯草芽孢杆菌共同作为硅藻有益菌落的效果显著高于仅仅以等量的深红红螺菌作为硅藻有益菌落的效果，说明两种菌落组合使用能够发挥协同增效的作用。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种微生物硅藻有机肥，其特征在于，按重量份计，包括以下原料：复合菌剂10～20份、硅藻剂10～30份，硅藻土15～35份及生物有机质60～80份。
2.根据权利要求1所述的微生物硅藻有机肥，其特征在于，所述复合菌剂包括数量比为(2～8)∶(1～3)∶(2～8)∶(1～3)的甲基营养型芽孢杆菌、巴氏葡萄球菌、嗜热侧孢霉和地衣芽孢杆菌。
3.根据权利要求1所述的微生物硅藻有机肥，其特征在于，所述硅藻剂包括活性硅藻和硅藻有益菌剂；其中硅藻有益菌剂与活性硅藻的数量比为(1～2)∶100。
4.根据权利要求3所述的微生物硅藻有机肥，其特征在于，所述活性硅藻包括梅尼小环藻、舟形藻、菱形藻、针杆藻和脆杆藻中的一种或多种。
5.根据权利要求3所述的微生物硅藻有机肥，其特征在于，所述硅藻有益菌剂包括数量比为(1.5～2.5)∶1的深红红螺菌和枯草芽孢杆菌。
6.根据权利要求1所述的微生物硅藻有机肥，其特征在于，所述生物有机质包括秸秆、果渣和禽畜粪便中的一种或多种。
7.一种权利要求1～6任一项所述的微生物硅藻有机肥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将生物有机质与硅藻土混合后加入所述复合菌剂进行一次发酵，之后加入所述硅藻剂进行二次发酵，即得所述微生物硅藻有机肥。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述一次发酵的时间为8～10天，控制发酵最高温度不超过60℃。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述二次发酵的温度为15～35℃，时间为4～6天。
10.权利要求1～6任一项所述的微生物硅藻有机肥在提高土壤有机碳含量、提高农作物产量或降低农作物中重金属含量中的应用。
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