一种降酸微生物土壤改良剂及其制备方法与应用与流程

1.本发明涉及土壤改良技术领域，具体涉及一种降酸微生物土壤改良剂及其制备方法与应用。


背景技术：

2.公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
3.土壤酸化改变了土壤微生态环境，有害微生物在酸性条件下大量繁殖，而植物的根系抗逆力弱，在这种酸化的土壤中容易受病菌侵蚀。同时，还会导致土壤有益微生物种群变化，细菌个体生长变小，生长繁殖速度降低，如分解有机质及其蛋白质的主要微生物类群芽孢杆菌、放线菌、甲烷极毛杆菌和有关真菌数量降低，影响营养元素的良性循环，造成农业减产。特别是降低土壤中氨化细菌和固氮细菌的数量，使土壤微生物的氨化作用和硝化作用能力下降，对农作物大为不利。


技术实现要素：

4.针对上述的问题，本发明提供一种降酸微生物土壤改良剂及其制备方法与应用，其不仅能够有效降低土壤酸度，而且能构建微生物补给系统，实现土壤活性的可持续性。为实现上述目的，本发明如下所述的技术方案。
5.在本发明的第一方面，提供一种降酸微生物土壤改良剂，该改良剂包括外壳以及包覆在该外壳中的内核，其中：所述外壳的原料包括：硅酸三钙、改性电石渣和水，该改性电石渣的有效成分为氧化钙；所述内核的原料包括网络状基体、肠膜明串珠菌、环氧丙烷、土壤微生物菌粉、降酸微球和水。
6.进一步地，所述外壳的原料中，硅酸三钙、改性电石渣、水的添加比例依次序为：5～10重量份、90～115重量份、5～15重量份。
7.进一步地，所述内核的原料中，网络状基体、肠膜明串珠菌、环氧丙烷、土壤微生物菌粉、降酸微球和水的添加比例依次序为：160～180重量份、5～10重量份、3～7重量份、10～30重量份、10～30重量份、20～40重量份。
8.进一步地，所述网络状基体为经过发酵的甘蔗渣，甘蔗渣经过制糖榨汁后，剩余的主要成分为大量的纤维丝，其经过发酵后形成的网络结构可为添加在内核中的微生物菌提供生态网。
9.进一步地，所述降酸微球为多孔微粒，其原料包括双氧水、硅酸三钙、改性电石渣和水，该多孔微粒的孔隙中由润湿的改性电石渣填充。这种润湿的改性电石渣由于少部分氧化钙溶解在水中形成碱性环境，并伴随着反应放热。双氧水呈弱酸性，在这种碱性环境以及水化热形成的高温环境中，容易分解产生氧气，从而得到多孔状的降酸微球。
10.进一步地，所述降酸微球中的改性电石渣的有效成分同样为氧化钙，改性电石渣
充填在降酸微球的孔隙中，便于在初期快速释放氧化钙，尽快改善土壤酸度。
11.进一步地，所述润湿的改性电石渣包括经过水等润湿剂润湿的改性电石渣，改性电石渣与水等润湿剂混合后形成的稠状膏体具有良好的粘性，便于填充在降酸微球的孔隙中。
12.进一步地，所述多孔微粒中，双氧水、硅酸三钙、改性电石渣和水的添加比例依次序为：0.5～5重量份、5～15重量份、50～65重量份、5～10重量份。如果水加入过量，改性电石渣中的氧化钙会重新转变为氢氧化钙，而氢氧化钙具有易溶性，降低酸度的效率无法控制。另外，由于控制了加水量，硅酸三钙未完全发生水化，在降酸微球使用过程中灌溉水等与硅酸三钙继续水化，水化相体积收缩，同时改性电石渣的氧化钙与灌溉水反应生成氢氧化钙，体积膨胀，在二者的协同作用下外壳产生裂纹，继而破碎，氢氧化钙释放降低土壤酸度。
13.进一步地，所述降酸微球的直径不大于3mm；所述内核的直径不超过7mm，所述外壳的厚度控制在2～4mm厚度内为宜。
14.在本发明的第二方面，提供所述降酸微生物土壤改良剂的制备方法，包括如下步骤：
15.(1)将电石渣煅烧至其中的ca(oh)2转换为cao，得改性电石渣。
16.(2)将硅酸三钙、改性电石渣加入双氧水和水的混合液中，养护后破碎，得到多孔微粒，将所述多孔微粒和湿改性电石渣混合后搅拌，使湿改性电石渣填充在多孔微粒的孔隙中，得降酸微球。
17.(3)将制糖甘蔗渣、肠膜明串珠菌、环氧丙烷和水混匀后发酵，完成后加入土壤微生物菌粉继续发酵，完成后加入降酸微球和水进行造粒，得到内核。
18.(4)将硅酸三钙、改性电石渣和水混合成浆体后包裹于步骤(3)制备的内核表面，干燥，即得降酸微生物土壤改良剂。
19.进一步地，步骤(1)中，所述煅烧的温度为300～550℃，煅烧保温时间为0.5～2小时，煅烧完成后冷却至室温再粉磨，即得改性电石渣。
20.进一步地，步骤(1)中，煅烧之前先对电石渣在100～120℃下烘干1～3小时，以去除电石渣中的水分，便于后期进行煅烧。
21.进一步地，步骤(2)中，所述养护的条件为：在20～35℃和相对湿度40～60％的条件下养护10～18小时。通过养护能够提高降酸微球中多孔结构硬化体的性能，防止破碎体过小。由于硅酸三钙是快硬快凝矿物，并伴随着大量的水化放热和体积收缩，养护温度过高容易导致硬化体开裂。
22.进一步地，步骤(2)中，所述湿改性电石渣是由50～65重量份改性电石渣和5～10重量份水混合而成。
23.进一步地，步骤(3)中，所述发酵条件为：在65～85℃和相对湿度40～60％的条件下发酵24～48小时；继续发酵的条件为：在65～85℃和相对湿度40～60％的条件下发酵10～20小时。
24.在本发明的第三方面，提供所述降酸微生物土壤改良剂在农业工程、环境工程等领域中的应用。
25.相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
26.(1)本发明的这种土壤改良剂为核壳式结构，其特点在于：外壳中改性电石渣含有大量氧化钙，其和硅酸三钙在灌溉水的溶解作用下能持续释放oh
‑
，快速降低土壤酸度。内核主要成分为含有微生物的降酸微球，由于降酸微球具有发泡多孔结构，能调控碱性组分(oh
‑
)的释放速率，有效防止土壤二次酸化。另外，内核中的网络状基体能为微生物提供长期生存的生态网络系统，能持续地向土壤释放微生物菌和养分。
27.(2)电石渣是一种主要成分为ca(oh)2，并少量杂质sio2、al2o3的工业废渣。经过本发明在300～550℃煅烧后ca(oh)2转变为cao，在灌溉水的溶解作用下能持续释放oh
‑
，快速降低土壤酸度，同时实现了固废的资源化利用。
28.(3)本发明的降酸微球是由双氧水、改性电石渣和硅酸三钙等组分组成的多孔结构的水化硬化微粒，并在这种水化硬化微粒的孔隙中填充了改性电石渣。其特点在于：在降酸微球服役过程中，孔隙中改性电石渣中的氧化钙快速释放，快速有效改善土壤酸度。之后，由于受水化硅酸三钙相的胶结作用，有助于控制降酸微球本身含有的改性电石渣中氧化钙缓释。因此，降酸微球在快速减低酸度后能持续缓慢地释放氧化钙，防止土壤二次酸化。
29.(4)本发明通过肠膜明串珠菌、环氧丙烷促进制糖甘蔗渣纤维发酵，为所添加的微生物菌提供生态网络状基体，保证内核中菌种的成活率和多样性，从而能持续向土壤提供微生物菌群。同时，附着微生物菌群的发酵后的制糖甘蔗渣能改善土壤胶性能的同时，有效增大土壤孔隙率，提高透气性，解决土壤板结问题，改善土壤的微生态环境。
附图说明
30.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：
31.图1为本发明第一实施例制备的土壤改良剂的效果图。
32.图2为本发明第一实施例制备的土壤改良剂剖开后的内部效果图。
具体实施方式
33.下面结合具体实施例进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。
34.除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。本发明所使用的试剂或原料均可通过常规途径购买获得，如无特殊说明，本发明所使用的试剂或原料均按照本领域常规方式使用或者按照产品说明书使用。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。
35.下列实施例中，所述电石渣是电化厂用乙炔法生产聚氯乙烯过程中产生的工业废渣，主其要成分是ca(oh)2，并含有少量杂质sio2、al2o3等。
36.下列实施例中，所述制糖甘蔗渣是甘蔗经过榨汁后剩余的部分，其含有大量的纤维。
37.下列实施例中，肠膜明串珠菌是乳酸菌中的明串珠菌属的重要菌种，所述肠膜明串珠菌作为新型微生态制剂，其主要作用是发酵蔗糖产生特征性的葡聚糖粘质物，该粘性物质能附着于甘蔗渣的纤维结构中，同时为土壤微生物菌粉的存活提供有效环境。
38.下列实施例中，所述土壤微生物菌粉购自潍坊康恩地生物技术有限公司，其中包括凝结芽孢杆菌4
×
108个/g、地衣芽孢杆菌4
×
108个/g、侧孢芽孢杆菌1
×
108个/g。
39.第一实施例
40.一种降酸微生物土壤改良剂的制备方法，包括如下步骤：
41.(1)改性电石渣的制备：先将电石渣在105℃下烘干1小时，然后置于马沸炉中在300℃煅烧保温2小时，完成后冷却至室温，置于研磨机中粉磨5分钟，得到改性电石渣粉。
42.(2)降酸微粒：将0.5重量份双氧水和5重量份水混合均匀，然后加入5重量份硅酸三钙和50重量份步骤(1)制备的改性电石渣，搅拌均匀后在20℃和相对湿度60％的条件下养护10小时，完成后破碎得到直径小于3毫米的多孔微粒，将50重量份改性电石渣和5重量份水混合均匀后与该多孔微粒混合，使改性电石渣填充于多孔微粒的孔隙，得降酸微粒。
43.(3)将160重量份制糖甘蔗渣、5重量份肠膜明串珠菌、3重量份环氧丙烷和15重量份水混合后搅拌均匀，然后在85℃和相对湿度40％的条件下发酵24小时，再加入10重量份土壤微生物菌粉拌合均匀后在65℃和相对湿度60％的条件下发酵20小时。再依次加入10重量份降酸微粒和5重量份水后通过造粒剂造粒成球，得到直径不大于7毫米的内核。
44.(4)将5重量份水、5重量份硅酸三钙和90重量份改性电石渣混合均匀制成浆体，然后与步骤(3)得到的内核混合，使所述浆体包裹于内核的外表上形成厚度约2毫米的外壳，得到核壳式的球状降酸微生物土壤改良剂。
45.第二实施例
46.一种降酸微生物土壤改良剂的制备方法，包括如下步骤：
47.(1)改性电石渣的制备：先将电石渣在100℃下烘干3小时，然后置于马沸炉中在550℃煅烧保温0.5小时，完成后冷却至室温，置于研磨机中粉磨10分钟，得到改性电石渣粉。
48.(2)降酸微粒：将5重量份双氧水和10重量份水混合均匀，然后加入15重量份硅酸三钙和65重量份步骤(1)制备的改性电石渣，搅拌均匀后在35℃和相对湿度40％的条件下养护18小时，完成后破碎得到直径小于3毫米的多孔微粒，将65重量份改性电石渣和10重量份水混合均匀后与该多孔微粒混合，使改性电石渣填充于多孔微粒的孔隙，得降酸微粒。
49.(3)将180重量份制糖甘蔗渣、10重量份肠膜明串珠菌、7重量份环氧丙烷和30重量份水混合后搅拌均匀，然后在85℃和相对湿度40％的条件下发酵48小时，再加入10重量份土壤微生物菌粉拌合均匀后在65℃和相对湿度60％的条件下发酵10小时。再依次加入30重量份降酸微粒和10重量份水后通过造粒剂造粒成球，得到直径不大于7毫米的内核。
50.(4)将15重量份水、10重量份硅酸三钙和115重量份改性电石渣混合均匀制成浆体，然后与步骤(3)得到的内核混合，使所述浆体包裹于内核的外表上形成厚度约3.5毫米的外壳，得到核壳式的球状降酸微生物土壤改良剂。
51.第三实施例
52.一种降酸微生物土壤改良剂的制备方法，包括如下步骤：
53.(1)改性电石渣的制备：先将电石渣在120℃下烘干1小时，然后置于马沸炉中在
450℃煅烧保温1.5小时，完成后冷却至室温，置于研磨机中粉磨10分钟，得到改性电石渣粉。
54.(2)降酸微粒：将4.5重量份双氧水和7重量份水混合均匀，然后加入7重量份硅酸三钙和57重量份步骤(1)制备的改性电石渣，搅拌均匀后在28℃和相对湿度55％的条件下养护15小时，完成后破碎得到直径小于3毫米的多孔微粒，将59重量份改性电石渣和8重量份水混合均匀后与该多孔微粒混合，使改性电石渣填充于多孔微粒的孔隙，得降酸微粒。
55.(3)将170重量份制糖甘蔗渣、6重量份肠膜明串珠菌、4重量份环氧丙烷和20重量份水混合后搅拌均匀，然后在72℃和相对湿度52％的条件下发酵37小时，再加入20重量份土壤微生物菌粉拌合均匀后在78℃和相对湿度49％的条件下发酵11小时。再依次加入23重量份降酸微粒和8重量份水后通过造粒剂造粒成球，得到直径不大于7毫米的内核。
56.(4)将9重量份水、12重量份硅酸三钙和108重量份改性电石渣混合均匀制成浆体，然后与步骤(3)得到的内核混合，使所述浆体包裹于内核的外表上形成厚度约4毫米的外壳，得到核壳式的球状降酸微生物土壤改良剂。
57.第四实施例
58.一种降酸微生物土壤改良剂的制备方法，包括如下步骤：
59.(1)电石渣：未经干燥和煅烧处理，其有效成分为ca(oh)2。
60.(2)降酸微粒：将0.5重量份双氧水和5重量份水混合均匀，然后加入5重量份硅酸三钙和50重量份步骤(1)的电石渣，搅拌均匀后在20℃和相对湿度60％的条件下养护10小时，完成后破碎得到直径小于3毫米的多孔微粒，将50重量份电石渣和5重量份水混合均匀后与该多孔微粒混合，使电石渣填充于多孔微粒的孔隙，得到降酸微粒。
61.(3)将160重量份制糖甘蔗渣、5重量份肠膜明串珠菌、3重量份环氧丙烷和15重量份水混合后搅拌均匀，然后在85℃和相对湿度40％的条件下发酵24小时，再加入10重量份土壤微生物菌粉拌合均匀后在65℃和相对湿度60％的条件下发酵20小时。再依次加入10重量份降酸微粒和5重量份水后通过造粒剂造粒成球，得到直径不大于7毫米的内核。
62.(4)将5重量份水、5重量份硅酸三钙和90重量份电石渣混合均匀制成浆体，然后与步骤(3)得到的内核混合，使所述浆体包裹于内核的外表上形成厚度约2毫米的外壳，得到核壳式的球状降酸微生物土壤改良剂。
63.第五实施例
64.一种降酸微生物土壤改良剂的制备方法，包括如下步骤：
65.(1)改性电石渣的制备：先将电石渣在105℃下烘干1小时，然后置于马沸炉中在300℃煅烧保温2小时，完成后冷却至室温，置于研磨机中粉磨5分钟，得到改性电石渣粉。
66.(2)降酸微粒：将0.5重量份双氧水和5重量份水混合均匀，然后加入5重量份硅酸三钙和50重量份步骤(1)制备的改性电石渣，搅拌均匀后在20℃和相对湿度60％的条件下养护10小时，完成后破碎得到直径小于3毫米的多孔微粒，将50重量份改性电石渣和5重量份水混合均匀后与该多孔微粒混合，使改性电石渣填充于多孔微粒的孔隙，得到降酸微粒。
67.(3)将160重量份制糖甘蔗渣、5重量份肠膜明串珠菌、3重量份环氧丙烷和15重量份水混合后搅拌均匀，然后在85℃和相对湿度40％的条件下发酵24小时，再加入10重量份土壤微生物菌粉拌合均匀后在65℃和相对湿度60％的条件下发酵20小时。再依次加入10重量份降酸微粒和5重量份水后通过造粒剂造粒成球，得到直径不大于7毫米的内核。
68.第六实施例
69.一种降酸微生物土壤改良剂的制备方法，包括如下步骤：
70.(1)改性电石渣的制备：先将电石渣在105℃下烘干1小时，然后置于马沸炉中在300℃煅烧保温2小时，完成后冷却至室温，置于研磨机中粉磨5分钟，得到改性电石渣粉。
71.(2)降酸微粒：将0.5重量份双氧水和5重量份水混合均匀，然后加入5重量份硅酸三钙和50重量份步骤(1)制备的改性电石渣，搅拌均匀后在20℃和相对湿度60％的条件下养护10小时，完成后破碎得到直径小于3毫米的多孔微粒，将其作为降酸微粒。
72.(3)将160重量份制糖甘蔗渣、5重量份肠膜明串珠菌、3重量份环氧丙烷和15重量份水混合后搅拌均匀，然后在85℃和相对湿度40％的条件下发酵24小时，再加入10重量份土壤微生物菌粉拌合均匀后在65℃和相对湿度60％的条件下发酵20小时。再依次加入10重量份降酸微粒和5重量份水后通过造粒剂造粒成球，得到直径不大于7毫米的内核。
73.(4)将5重量份水、5重量份硅酸三钙和90重量份改性电石渣混合均匀制成浆体，然后与步骤(3)得到的内核混合，使所述浆体包裹于内核的外表上形成厚度约2毫米的外壳，得到核壳式的球状降酸微生物土壤改良剂。
74.第七实施例
75.一种降酸微生物土壤改良剂的制备方法，包括如下步骤：
76.(1)改性电石渣的制备：先将电石渣在105℃下烘干1小时，然后置于马沸炉中在300℃煅烧保温2小时，完成后冷却至室温，置于研磨机中粉磨5分钟，得到改性电石渣粉。
77.(2)降酸微粒：将0.5重量份双氧水和5重量份水混合均匀，然后加入5重量份硅酸三钙和50重量份步骤(1)制备的改性电石渣，搅拌均匀后在20℃和相对湿度60％的条件下养护10小时，完成后破碎得到直径小于3毫米的多孔微粒，将50重量份改性电石渣和5重量份水混合均匀后与该多孔微粒混合，使改性电石渣填充于多孔微粒的孔隙，得到降酸微粒。
78.(3)将160重量份秸秆(在本步骤中发酵后无法形成纤维网络结构)、5重量份肠膜明串珠菌、3重量份环氧丙烷和15重量份水混合后搅拌均匀，然后在85℃和相对湿度40％的条件下发酵24小时，再加入10重量份土壤微生物菌粉拌合均匀后在65℃和相对湿度60％的条件下发酵20小时。再依次加入10重量份降酸微粒和5重量份水后通过造粒剂造粒成球，得到直径不大于7毫米的内核。
79.(4)将5重量份水、5重量份硅酸三钙和90重量份改性电石渣混合均匀制成浆体，然后与步骤(3)得到的内核混合，使所述浆体包裹于内核的外表上形成厚度约2毫米的外壳，得到核壳式的球状降酸微生物土壤改良剂。
80.性能测试
81.第一实施例制备的土壤改良剂的效果图如图1和图2所示，可以看出，该土壤改良剂呈规则的球状结构。该土壤改良剂为核壳式结构，其外壳的有效成分为硅酸三钙和改性电石渣，在灌溉水的溶解作用下，外壳中的改性电石渣和硅酸三钙能持续释放oh
‑
，快速降低土壤酸度。内核中具有发泡多孔结构的降酸微球能够调控碱性组分(oh
‑
)的释放速率，有效防止土壤二次酸化。另外，内核中的网络状基体能为微生物提供长期生存的生态网络系统，能持续地向土壤释放微生物菌和养分。
82.将上述实施例所制备的土壤改良剂按照1500千克/亩的施加量加入耕作层，使用托普云农tzs
‑
ph
‑
ig土壤ph值测试仪测定土壤ph值变化规律，结果如表1所示。同时，测定了
土壤的shannon多样性指数表征生物群落多样性(指数越大，多样性越高)，土壤微生物群体构成信息采用illumina miseq测序平台进行16srdna测定，然后使用microsoft excel对测定数据处理得到shannon多样性指数，结果如表2所示。
83.表1土壤ph值
[0084] 初始10天20天30天60天120天第一实施例4.895.776.146.526.336.29第二实施例4.895.625.976.416.276.27第三实施例4.895.515.796.405.995.91第四实施例4.895.826.186.276.166.05第五实施例4.894.995.145.235.185.20第六实施例4.895.756.126.486.226.04第七实施例4.895.796.116.546.316.30
[0085]
表2 shannon多样性指数
[0086] 初始10天30天60天120天第一实施例9.199.259.559.659.77第二实施例9.199.299.539.639.72第三实施例9.199.249.529.699.74第四实施例9.199.219.459.489.43第五实施例9.199.369.249.269.27第六实施例9.199.229.419.389.32第七实施例9.199.229.249.219.18
[0087]
从表1和表2的检测数据可以看出，相对于第五至第七实施例制备的土壤改良剂，第一至第四实施例制备的土壤改良剂在施加初期能够更快地降低土壤酸度，而且持续性好，能够在长时间内平衡土壤的酸度，防止土壤二次酸化。另外，表2的检测数据可以看出，第一至第四实施例制备的土壤改良剂能够更加有效地构建微生物补给系统，提高了土壤活性的可持续性，这是因为微生物菌提供的生态网络状基体保证内核中菌种的成活率和多样性，从而能持续向土壤提供微生物菌群。同时，附着微生物菌群的发酵后的制糖甘蔗渣能改善土壤胶性能的同时，有效增大土壤孔隙率，提高透气性，解决土壤板结问题，改善土壤的微生态环境。
[0088]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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保护范围之内。