柑橘专用刺激响应型生物炭基微生物菌肥及制备方法

技术领域

本申请涉及农业技术领域，特别涉及一种柑橘专用刺激响应型生物炭基微生物菌肥及制备方法。

背景技术

当前，柑橘主产区主要存在以下问题：受酸雨和氮肥过施影响，南方土壤偏酸性，盐基性阳离子淋湿现象严重，不适宜有益菌群繁殖；缺乏微量元素，作物生长缓慢、植株矮小、叶片黄化萎缩；重金属沉积在土壤底部造成环境污染；大量单一施用无机肥，而微生物肥和有机肥施用占比低。

为充分利用土壤养分，使用微生物菌剂分解土壤有机质，但当在多雨、温度过高和过低条件下，与杀菌剂、除草剂、杀虫剂和未腐熟的农家肥等一同使用时，会降低活性菌群数量，影响菌剂效果；还有的农户不注意保存和使用微生物菌剂，使得杂菌进入，降低有益菌种群优势。微生物菌剂的储存载体构建、环境响应控释以及延长菌剂作用时间成为柑橘园土壤修复、养分吸收研究的热点和解决途径。

为提高生防菌活菌数，一些相关技术以生物质炭为基础，构建适合土壤生防细菌扩繁的载体。

为延长微生物菌肥的保质期，一些相关技术公开了一种复合微生物菌肥及其制备方法和应用，包括如下重量份原料：双壁层复合微生物菌微胶囊3～5份、草木灰20～25份、增效剂4～6份，膨润土1～3份、硝酸铵钙20～30份、重过磷酸钙10～20份、硫酸钾10～20份、蒙脱石粉5～10份和螯合锌微肥5～10份，提高土壤肥力，降低病害。但制备工艺复杂，难以按照土壤性质和作物需求智能释放菌肥。

发明内容

本申请实施例提供一种柑橘专用刺激响应型生物炭基微生物菌肥及制备方法，以解决相关技术中复合微生物菌肥难以按照土壤性质和作物需求智能释放菌肥的问题。

第一方面，提供了一种柑橘专用刺激响应型生物炭基微生物菌肥的制备方法，其包括：

将生物质原料粉碎并热解，得到生物炭粉末；

将设定元素负载在生物炭粉末上，得到生物炭基肥，所述设定元素包括大量元素、中量元素和微量元素中的一种或几种；

利用马铃薯综合培养基和完全培养基，活化扩大培养微生物菌剂；

将微生物菌剂接种至固体发酵培养基，培养一段时间，得到固体发酵培养基菌剂；

将生物炭基肥与固体发酵培养基菌剂混合，并进行造粒，得到生物炭基微生物菌肥颗粒；

调整生物炭基微生物菌肥颗粒的含水率，并将刺激响应材料与生物炭基微生物菌肥颗粒均匀混合。

一些实施例中，所述生物质原料包括废弃椰壳、煤矸石和膨润土。

一些实施例中，废弃椰壳、煤矸石和膨润土的质量比为(6-8):(1-3)：1。

一些实施例中，刺激响应材料与生物炭基微生物菌肥颗粒的质量比为1:(0.5～4)；

设定元素与生物炭粉末的质量比为(30～1):30；

和/或，固体发酵培养基菌剂和生物炭基肥的质量比为1：(5-20)；

和/或，调整生物炭基微生物菌肥颗粒的含水率至0.9％～3％。

一些实施例中，所述微生物菌剂包括枯草芽孢杆菌类微生物。

一些实施例中，所述刺激响应材料包括温度刺激响应材料和/或pH刺激响应材料。

一些实施例中，所述温度刺激响应材料包括聚(N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶、聚N-乙烯基己内酰胺中的一种或几种；

所述pH刺激响应材料包括聚丙烯胺和聚苯乙烯磺酸钠的交联共聚物、聚L-赖氨酸中的一种或几种。

一些实施例中，按照质量份数计，完全培养基包括：葡萄糖18-22份、蛋白胨1-3份、酵母膏1-3份、磷酸二氢钾0.43-0.49份、磷酸氢二钾0.5-1.5份、七水硫酸镁0.25-0.75份和琼脂18～20份；

按照质量份数计，马铃薯综合培养基包括：去皮马铃薯180-220份、磷酸二氢钾1-3份、葡萄糖18-22份和硫酸镁0.75-1.25份；

按照质量份数计，固体发酵培养基包括：47-53份糙米、25-35份甘薯粉、12-18份麸皮、1-3份葛渣、1.5-2.5份磷酸氢二钾和0.5-1.5份硫酸镁。

一些实施例中，添加高岭土和沸石后，进行造粒。

第二方面，提供了一种柑橘专用刺激响应型生物炭基微生物菌肥，其采用如上任一所述的柑橘专用刺激响应型生物炭基微生物菌肥的制备方法制备而成。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

本申请实施例制备的柑橘专用刺激响应型生物炭基微生物菌肥，其为核壳型的炭基菌肥结构，生物炭和刺激响应材料阻止了外部杂菌污染菌肥肥芯，同时增加碳基菌肥结构层次，延缓菌剂释放速度，增加释放时间，降低成本，提高微生物肥效率，本申请的菌肥6个月后有效活菌数可达到1.6亿CFU/g，达到农用微生物菌剂执行标准(GB 20287-2006)，是一种具有智能响应、缓释和绿色特点的柑橘肥料。

本申请实施例制备的柑橘专用刺激响应型生物炭基微生物菌肥，根据温度和土壤pH刺激信号的变化智能响应菌肥释放，配合生物炭的缓释效果，减少施肥次数，满足柑橘因生长环境、季节变化产生的肥料需求。

本申请实施例制备的柑橘专用刺激响应型生物炭基微生物菌肥，煤矸石、膨润土等钙镁元素来源物和微量元素来源物，配合固体发酵培养基的大量元素成分不仅能够更好促进微生物繁殖，还起到缓释供给作物所需的中微肥的作用，补充了因土壤pH降低而淋失的盐基性离子。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的柑橘专用刺激响应型生物炭基微生物菌肥的制备方法流程图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参见图1所示，本申请实施例提供了一种柑橘专用刺激响应型生物炭基微生物菌肥的制备方法，其包括如下步骤：

101：将生物质原料粉碎并热解，得到生物炭粉末。

其中，所述生物质原料包括废弃椰壳、煤矸石和膨润土。废弃椰壳、煤矸石和膨润土的质量比为(6-8):(1-3)：1，作为优选示例，废弃椰壳、煤矸石和膨润土的质量比为6:3:1。

步骤101具体如下：

将粉碎椰壳、煤矸石和膨润土过60-80目筛，40-60℃下烘干10-14h，按比例混合均匀，得到原料粉末。

将原料粉末置于管式炉中，惰性气体比如N

102：将设定元素负载在生物炭粉末上，得到生物炭基肥。

可以通过吸附法、共热解法等进行负载。

其中，所述设定元素包括大量元素、中量元素和微量元素中的一种或几种，可以根据实际需要进行选择。此外，大量元素、中量元素和微量元素具体采用何种元素，也可以根据实际需要进行选择。

比如，作为示例，步骤102具体如下：

配制0.05-0.15mol/L微量元素溶液100-150ml和0.01-0.02mol/L混合氯化铵、磷酸二氢钾、氯化钾大量元素溶液100-150ml，采用加热磁力搅拌混合生物炭粉末与上述混合溶液，使微量、大量元素吸附至生物炭表面，烘干。在管式炉中以350-450℃焙烧0.75-1.25h冷却，得到负载微量元素、大量元素的生物炭基肥粉末。

其中，设定元素与生物炭粉末的质量比为(30～1):30。

103：利用马铃薯综合培养基和完全培养基，活化扩大培养微生物菌剂。

其中，所述微生物菌剂包括枯草芽孢杆菌类微生物。

按照质量份数计，完全培养基包括：葡萄糖18-22份、蛋白胨1-3份、酵母膏1-3份、磷酸二氢钾0.43-0.49份、磷酸氢二钾0.5-1.5份、七水硫酸镁0.25-0.75份和琼脂18～20份。

比如，作为示例，称取葡萄糖20g、蛋白胨2g、酵母膏2g、磷酸二氢钾0.46g、磷酸氢二钾1g、七水硫酸镁0.5g、琼脂18～20g，移入灭菌培养皿，制备完全培养基(CYM，1L)。

按照质量份数计，马铃薯综合培养基包括：去皮马铃薯180-220份、磷酸二氢钾1-3份、葡萄糖18-22份和硫酸镁0.75-1.25份。

比如，作为示例，称取去皮马铃薯200g、磷酸二氢钾2g、葡萄糖20g、硫酸镁1g，移入灭菌三角瓶，制备马铃薯综合培养基(PDA，1L)。

104：将微生物菌剂接种至固体发酵培养基，培养一段时间，得到固体发酵培养基菌剂。

按照质量份数计，固体发酵培养基包括：47-53份糙米、25-35份甘薯粉、12-18份麸皮、1-3份葛渣、1.5-2.5份磷酸氢二钾和0.5-1.5份硫酸镁。

比如，作为示例，称取50g糙米、30g甘薯粉、25g甘薯粉、12g麸皮(煮汁)、2g葛渣、2g磷酸氢二钾、1g硫酸镁，粉碎并混合均匀，移入50ml灭菌试管，制备固体发酵培养基。

通过PDA和CYM活化菌株后，挑取直径4mm圆形PDA，移入固体发酵培养基，置于生化培养箱28℃培养5天，得到固体发酵培养基菌剂。

105：将生物炭基肥与固体发酵培养基菌剂混合，并添加高岭土和沸石后，进行造粒，得到生物炭基微生物菌肥颗粒。

固体发酵培养基菌剂和生物炭基肥的质量比为1：(5-20)。

生物炭基肥、固体发酵培养基菌剂、高岭土和沸石质量比为20:4:2:1。

106：调整生物炭基微生物菌肥颗粒的含水率，并将刺激响应材料与生物炭基微生物菌肥颗粒均匀混合。

刺激响应材料与生物炭基微生物菌肥颗粒的质量比为1:(0.5～4)。

调整生物炭基微生物菌肥颗粒的含水率至0.9％～3％。

所述刺激响应材料包括温度刺激响应材料和/或pH刺激响应材料。

所述温度刺激响应材料包括聚(N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶、聚N-乙烯基己内酰胺中的一种或几种；

所述pH刺激响应材料包括聚丙烯胺和聚苯乙烯磺酸钠的交联共聚物、聚L-赖氨酸中的一种或几种。

当仅加入温度刺激响应材料，则得到的肥料为温度响应型生物炭基微生物菌肥。温度响应型生物炭基微生物菌肥肥芯为生物炭基肥粉末和固体发酵培养基菌剂。

当仅加入pH刺激响应材料，则得到的肥料为pH响应型生物炭基微生物菌肥。pH响应型生物炭基微生物菌肥肥芯为生物炭基肥粉末和固体发酵培养基菌剂。

当同时加入温度刺激响应材料和pH刺激响应材料，则得到的肥料为温度-pH响应型生物炭基微生物菌肥。

本申请实施例制备的柑橘专用刺激响应型生物炭基微生物菌肥，其为核壳型的炭基菌肥结构，生物炭和刺激响应材料阻止了外部杂菌污染菌肥肥芯，同时增加碳基菌肥结构层次，延缓菌剂释放速度，增加释放时间，降低成本，提高微生物肥效率，本申请的菌肥6个月后有效活菌数可达到1.6亿CFU/g，达到农用微生物菌剂执行标准(GB 20287-2006)，是一种具有智能响应、缓释和绿色特点的柑橘肥料。

本申请实施例制备的柑橘专用刺激响应型生物炭基微生物菌肥，根据温度和土壤pH刺激信号的变化智能响应菌肥释放，配合生物炭的缓释效果，减少施肥次数，满足柑橘因生长环境、季节变化产生的肥料需求。

本申请实施例制备的柑橘专用刺激响应型生物炭基微生物菌肥，煤矸石、膨润土等钙镁元素来源物和微量元素来源物，配合固体发酵培养基的大量元素成分不仅能够更好促进微生物繁殖，还起到缓释供给作物所需的中微肥的作用，补充了因土壤pH降低而淋失的盐基性离子。

下面以实验案例来说明具体实施方式。

实施例1：

柑橘冬肥制备方法：

(1)称取360g椰壳、180g煤矸石和60g膨润土，共热解得到生物炭粉末。配置0.1mol/L硫酸铵、过磷酸钙和硫酸钾溶液1000ml，得到浸渍大量元素的生物炭基肥粉末；

(2)称取马铃薯(去皮)200g、磷酸二氢钾2g、葡萄糖20g、硫酸镁1g，移入灭菌三角瓶，制备马铃薯综合培养基(PDA，1L)；

称取葡萄糖20g、蛋白胨2g、酵母膏2g、磷酸二氢钾0.46g、磷酸氢二钾1g、七水硫酸镁0.5g、琼脂18～20g，移入灭菌培养皿，制备完全培养基(CYM，1L)；

称取50g糙米、30g甘薯粉、12g麸皮(煮汁)、2g葛渣、2g磷酸氢二钾、1g硫酸镁，粉碎并混合均匀，移入50ml灭菌试管，制备固体发酵培养基。

(3)本实验采用的枯草芽孢杆菌购自中国普通微生物菌种保藏管理中心(CGMCC编号1.4255)。通过CYM和PDA活化菌株，转移4mm圆形PDA至固体发酵培养基，置于生化培养箱28℃培养5天，得到固体发酵培养基菌剂。

(4)将生物炭基肥、固体发酵培养基菌剂、高岭土和沸石按20:4:2:1质量比混合，进行造粒操作，得到生物炭基微生物菌肥颗粒。

测得生物炭基微生物菌肥颗粒活菌数为2.57×10

(5)在柑橘采收期结束后7天果树进入休眠期前施入温度响应型生物炭基微生物菌肥，在树体周围挖6个深坑施肥，坑的直径11～13cm左右，深45cm左右。秋冬季温度逐渐降低，微生活活性降低，聚(N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶在小于32℃时加快溶胀，缓释出生物炭表面和孔内的氮磷钾钙镁等元素，补充柑橘树体第二年养分需求。由表1可知，果实产量和糖酸比(TSS/TA)显著增加，6个月后活菌数为1.52×10

表1不同处理对第二年果实产量和品质的影响

实施例2：

柑橘雨季保花保果肥制备方法：

(1)称取360g椰壳、180g煤矸石和60g膨润土，共热解得到生物炭粉末。配置0.1mol/L七水硫酸锌和硼砂微量元素溶液2000ml，添加生物炭粉末浸渍吸附，得到负载微量元素的生物炭基肥粉末。

(2)称取马铃薯(去皮)200g、磷酸二氢钾2g、葡萄糖20g、硫酸镁1g，移入灭菌三角瓶，制备马铃薯综合培养基(PDA，1L)；

称取葡萄糖20g、蛋白胨2g、酵母膏2g、磷酸二氢钾0.46g、磷酸氢二钾1g、七水硫酸镁0.5g、琼脂18～20g，移入灭菌培养皿，制备完全培养基(CYM，1L)；

称取50g糙米、30g甘薯粉、12g麸皮(煮汁)2g葛渣、2g磷酸氢二钾、1g硫酸镁，粉碎并混合均匀，移入50ml灭菌试管，制备固体发酵培养基。

(3)本实验采用的枯草芽孢杆菌购自中国普通微生物菌种保藏管理中心(CGMCC编号1.4255)。通过CYM和PDA活化菌株，转移4mm圆形PDA至固体发酵培养基，置于生化培养箱28℃培养5天，得到固体发酵培养基菌剂。

(4)将生物炭基肥、固体发酵培养基菌剂、高岭土和沸石按20:4:2:1质量比混合，进行造粒操作，得到生物炭基微生物菌肥颗粒。

测得生物炭基微生物菌肥颗粒活菌数为2.19×10

(5)雨季时，光合作用不足，为减少生理落果，柑橘施肥采用撒施方式，将肥料撒施在树冠下。肥料尽量撒均匀，翻入土内。由表2可知，雨水酸性较强会淋失去阳离子，导致土壤酸化，而聚苯乙烯磺酸钠在酸性环境下质子化，使聚合物连的负电性减弱，从而导致两种聚电解质之间的作用力减弱，介孔表面聚电解质之间变的疏松，生物炭基微量元素肥会释放出来，提高土壤pH，补充淋失的金属阳离子。

表2不同处理对土壤养分和pH的影响

实施例3：

柑橘高温壮果肥制备方法：

(1)称取360g椰壳、180g煤矸石和60g膨润土，共热解得到生物炭粉末。配置0.1mol/L七水硫酸锌和硼砂微量元素溶液2000ml，添加生物炭粉末浸渍吸附，得到负载微量元素的生物炭基肥粉末。

(2)称取马铃薯(去皮)200g、磷酸二氢钾2g、葡萄糖20g、硫酸镁1g，移入灭菌三角瓶，制备马铃薯综合培养基(PDA，1L)；

称取葡萄糖20g、蛋白胨2g、酵母膏2g、磷酸二氢钾0.46g、磷酸氢二钾1g、七水硫酸镁0.5g、琼脂18～20g，移入灭菌培养皿，制备完全培养基(CYM，1L)；

称取50g糙米、30g甘薯粉、8％麸皮(煮汁)、2.5％葛渣、2g磷酸氢二钾、1g硫酸镁，粉碎并混合均匀，移入50ml灭菌试管，制备固体发酵培养基。

(3)本实验采用的枯草芽孢杆菌购自中国普通微生物菌种保藏管理中心(CGMCC编号1.4255)。通过CYM和PDA活化菌株，转移4mm圆形PDA至固体发酵培养基，置于生化培养箱28℃培养5天，得到固体发酵培养基菌剂。

(4)将生物炭基肥、固体发酵培养基菌剂、高岭土和沸石按20:4:2:1质量比混合，进行造粒操作，得到生物炭基微生物菌肥颗粒。

测得生物炭基微生物菌肥颗粒活菌数为2.26×10

(5)柑橘在7-8月时由于白天高温干旱需要补充水肥，聚(N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶在＞32℃时，溶解性降低，形成凝胶，抑制菌剂释放，保护菌剂避免高温影响，延缓菌剂活性，同时生物炭基微生物菌肥的外层生物炭基微量元素肥释放出去，补充果实膨大期需要的钙镁锌硼元素；夜间温度下降，聚(N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶重新增加在水中的溶解性，微生物菌剂重新释放出，进一步分解有机质，补充氮磷钾元素。

实施例4：

一种柑橘专用刺激响应型生物炭基微生物菌肥保藏：

经过6个月储藏，菌剂中有效活菌数保持在1.6×10

实施例5：

一种柑橘专用刺激响应型生物炭基微生物菌肥改良柑橘土壤：

采用实施例3中的温度响应型生物炭基微生物菌肥，有效活性菌数≥2.26×10

表3土壤部分理化指标

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。