一种共热解耐盐促生生物炭菌剂的制备方法

技术领域

本发明涉及生物炭基肥领域，具体是一种共热解耐盐促生生物炭菌剂的制备方法。

背景技术

农业生产中过量使用化肥肥料，使土壤中肥料残留不断积累会导致土壤盐渍化，土壤盐渍化使耕地有机质含量降低，土壤pH下降，土壤盐分增加。这种现象在干旱或半干旱地区日益严重，造成作物出苗慢且出苗率低、营养不良、产量下降，严重影响现代农业发展和经济可持续发展。

研究表明，生物菌剂的使用能有效促进作物生长和改善土壤盐渍化。CN103203356A公开了一种次生盐渍化土壤微生物菌剂及其制备、用途。该专利申请以巨大芽孢杆菌、稻麦秸秆和葡萄糖制备菌剂，以达到改善土壤盐渍化，并促进作物生长；CN114410543A公开了一种用于盐渍化土壤的土壤微生物修复菌剂、制备装置以及方法，该专利利用多种微生物协同作用，其对盐渍的植物生长有良好促进作用同时对土壤中重金属盐有降解作用；CN110106105A提供了一种复合微生物菌剂，其包括地衣芽孢杆菌、丁酸梭菌、乳酸杆菌、奥尔森氏菌、红蝽菌和枯草芽孢杆菌，能有效改善土壤板结、酸化、次生盐渍化，以及抑制土传病虫害等目的。

但是游离微生物受环境影响较大，如环境温度和湿度、土壤酸碱度、土壤原有微生物等因素，会使生物菌剂在土壤中生长代谢不稳定甚至是失效。因此大大限制了生物菌剂的实际推广应用。

近年研究发现，生物炭可作为盐碱地改良物质，改善土壤理化性质，增加土壤肥力，调节微生物群落结构和活性，促进植物生长。CN109168397A公开了一种生物炭改良盐渍土方法，在种植盐渍土中加入生物炭，进行常规施肥，利用生物炭理化性质改善盐渍地。

同时生物炭的多孔隙结构、较大的表面积和较高的碳含量为微生物的生长和生长创造了良好的环境。CN109320355A公开了一种改良设施土壤盐渍化的生物活性调理剂，以生物炭和有机肥为主，利用绿色木霉TV41菌剂和解淀粉芽孢杆菌BS211菌剂而制备的调理剂能有效降低土壤盐分，提高土壤肥力，但是对土壤盐渍化改善不明显，并且没能完全解决作物品质差的问题。

发明内容

为解决以上问题，本发明提出一种共热解耐盐促生生物炭菌剂的制备方法。

本发明提出的共热解耐盐促生生物炭菌剂的制备方法，其步骤如下：

清洗废弃生物质，干燥后粉碎过筛，加入离子水搅拌。完全混合后干燥过筛，放入管式炉内在氮气环境下350～500℃热解炭化90～120min，冷却至室温的生物质炭。

清洗废弃生物质，干燥后粉碎过筛，加入磷酸盐再加入离子水搅拌。完全混合后干燥过筛，放入管式炉内在氮气环境下350～500℃热解炭化90～120min，冷却至室温的生物质炭。

清洗废弃生物质，干燥后粉碎过筛，加入磷酸盐和氧化矿物质再加入离子水搅拌。完全混合后干燥过筛，放入管式炉内在氮气环境下350～500℃热解炭化90～120min，冷却至室温的生物质炭。

将烧制的生物炭取一定干燥的生物炭与耐盐促菌悬液混合，在170rpm，30℃下振荡80～120min，得到生物炭菌剂。

上述制备方法，优选的，步骤(1)中干燥粉碎粒度〈80目，完全混合后干燥过筛粒度为20～60目，干燥温度为70～80℃，干燥时间24h。

上述制备方法，优选的，步骤(1)中N2流量为30mL/min，升温速率为10℃/min。

上述制备方法，优选的，步骤(2)中废弃生物质与磷酸盐质量比1:0.4～1:0.8。

上述制备方法，优选的，步骤(2)中废弃生物质与磷酸盐、氧化矿物质质量比1:0.8:0.2～1:0.8:0.4。

上述制备方法，优选的，步骤(4)中所用烧制的生物炭质量与耐盐促菌体积之比为(m:V)5:3。

上述制备方法，步骤(1)～(3)中废弃生物质可以是秸秆、稻壳、苹果木中的一种。

上述制备方法，步骤(2)～(3)中废弃生物质可以是Ca3(PO4)2、Mg3(PO4)2、K3PO4中的一种。

上述制备方法，步骤(3)中氧化矿物质可以是MgO、MnO、CaO中的一种。

上述制备方法，步骤(4)中耐盐促菌可以是Wu-15、Sl-44、Wu-9、Rs-2中的一种。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1.本发明共热解耐盐促生生物炭菌剂，采用的是价格低廉、分布广的秸秆、果木枝等农林废弃物作为生物质原材料，其作为盐碱地改良物质，改善土壤理化性质，提高土壤养分含量和有效性，增加土壤肥力，调节微生物群落结构和活性，促进植物生长；

2.本发明利用高温热解方法，通过调控磷酸钙、氧化镁、苹果生物质的比例，使生物炭比表面积更大，出现更多的孔隙，利于菌剂的负载；

3.本发明共热解耐盐促生生物炭菌剂提高了盐渍化土壤的有效磷、有机质、阳离子交换量，不仅能改善盐碱地的土壤质量，也能促进植物生长。

附图说明

图1为步骤(1)～(3)所制备生物炭电镜扫描图。

图2为N2吸附－脱附曲线及孔容分布曲线。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明提供共热解耐盐促生生物炭菌剂的方法做进一步说明。有必要指出，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员根据上述发明内容，对本发明做出一些非本质的改进和调整进行具体实施，仍属于本发明保护的范围。

实施例1

(1)生物炭的制备

将50份苹果木粉中加入去离子水，在350rpm下搅拌45min，以完全的进行混合。混合均匀的溶液在烘箱中80℃烘干，然后粉碎通过60目的筛子。最后，将20份置于管式炉内进行热解。在N2流量为30mL/min的条件下，升温速率为10℃/min，升至温度500℃，并维持2h，冷却降温后取出得到生物炭。

(2)生物炭菌剂制备

取一定干燥的生物炭与Wu-15菌悬液按照5:3(m:V)混合，在170rpm，30℃下振荡2h，得到生物炭Wu-15菌剂。

结果

生物炭比表面积为43.5117m2/g，孔径为39.065nm。

生物炭菌剂使土壤有机质138.3％，有效磷增加了1.47倍，土壤碱度降低12.6％。

实施例2

(1)生物炭的制备

将50份苹果木粉和20份Ca3(PO4)2混合后加入去离子水，在350rpm下搅拌45min，以完全地进行混合。混合均匀的溶液在烘箱中80℃烘干，然后粉碎通过60目的筛子。最后，将20份置于管式炉内进行热解。在N2流量为30mL/min的条件下，升温速率为10℃/min，升至温度500℃，并维持2h，冷却降温后取出得到生物炭。

(2)生物炭菌剂制备

取一定干燥的生物炭与Wu-15菌悬液按照5:3(m:V)混合，在170rpm，30℃下振荡2h，得到生物炭Wu-15菌剂。

结果

生物炭比表面积89.6420m2/g，孔径为33.533nm。

生物炭菌剂使土壤有机质增加了45.24％，有效磷增加了3.95倍，土壤碱度降低38.6％。

实施例3

(1)生物炭的制备

将50份苹果木粉和30份Ca3(PO4)2混合后加入去离子水，在350rpm下搅拌45min，以完全地进行混合。混合均匀的溶液在烘箱中80℃烘干，然后粉碎通过60目的筛子。最后，将20份置于管式炉内进行热解。在N2流量为30mL/min的条件下，升温速率为10℃/min，升至温度500℃，并维持2h，冷却降温后取出得到生物炭。

(2)生物炭菌剂制备

取一定干燥的生物炭与Wu-15菌悬液按照5:3(m:V)混合，在170rpm，30℃下振荡2h，得到生物炭Wu-15菌剂。

结果

生物炭比表面积95.3820m2/g，孔径为30.879nm。

生物炭菌剂使土壤有机质增加了39.83％，有效磷增加了4.23倍，土壤碱度降低42.14％。

实施例4

(1)生物炭的制备

将50份苹果木粉和40份Ca3(PO4)2混合后加入去离子水，在350rpm下搅拌45min，以完全地进行混合。混合均匀的溶液在烘箱中80℃烘干，然后粉碎通过60目的筛子。最后，将20份置于管式炉内进行热解。在N2流量为30mL/min的条件下，升温速率为10℃/min，升至温度500℃，并维持2h，冷却降温后取出得到生物炭。

(2)生物炭菌剂制备

取一定干燥的生物炭与Wu-15菌悬液按照5:3(m:V)混合，在170rpm，30℃下振荡2h，得到生物炭Wu-15菌剂。

结果

生物炭表面积99.3270m2/g，孔径为32.157nm。

生物炭菌剂使土壤有机质增加了37.43％，有效磷增加了5.50倍，土壤碱度降低45.8％。

实施例5

(1)生物炭的制备

将50份苹果木粉和40份Ca3(PO4)2和10份MgO混合后加入去离子水，在350rpm下搅拌45min，以完全地进行混合。混合均匀的溶液在烘箱中80℃烘干，然后粉碎通过60目的筛子。最后，将20份置于管式炉内进行热解。在N2流量为30mL/min的条件下，升温速率为10℃/min，升至温度500℃，并维持2h，冷却降温后取出得到生物炭。

(2)生物炭菌剂制备

取一定干燥的生物炭与Wu-15菌悬液按照5:3(m:V)混合，在170rpm，30℃下振荡2h，得到生物炭Wu-15菌剂。

结果

生物炭表面积225.9453m2/g，孔径为3.1431nm。

生物炭菌剂使土壤有机质增加了27.83％，有效磷增加了12.83倍，土壤碱度降低45.9％。

实施例6

(1)生物炭的制备

将50份苹果木粉和40份Ca3(PO4)2和15份MgO混合后加入去离子水，在350rpm下搅拌45min，以完全地进行混合。混合均匀的溶液在烘箱中80℃烘干，然后粉碎通过60目的筛子。最后，将20份置于管式炉内进行热解。在N2流量为30mL/min的条件下，升温速率为10℃/min，升至温度500℃，并维持2h，冷却降温后取出得到生物炭。

(2)生物炭菌剂制备

取一定干燥的生物炭与Wu-15菌悬液按照5:3(m:V)混合，在170rpm，30℃下振荡2h，得到生物炭Wu-15菌剂。

结果

生物炭比表面积229.4581m2/g，孔径为2.4026nm。

生物炭菌剂使土壤有机质增加了26.34％，有效磷增加了13.45倍，土壤碱度降低46.2％。

实施例7

(1)生物炭的制备

将50份苹果木粉和40份Ca3(PO4)2和15份MgO混合后加入去离子水，在350rpm下搅拌45min，以完全地进行混合。混合均匀的溶液在烘箱中80℃烘干，然后粉碎通过60目的筛子。最后，将20份置于管式炉内进行热解。在N2流量为30mL/min的条件下，升温速率为10℃/min，升至温度500℃，并维持2h，冷却降温后取出得到生物炭。

(2)生物炭菌剂制备

取一定干燥的生物炭与Wu-15菌悬液按照5:3(m:V)混合，在170rpm，30℃下振荡2h，得到生物炭Wu-15菌剂。

结果

生物炭比表面积239.1264m2/g，孔径为2.2026nm。

生物炭菌剂使土壤有机质增加了25.94％，有效磷增加了13.85倍，土壤碱度降低46.7％。

实施例8

(1)生物炭的制备

将50份苹果木粉和20份Mg3(PO4)2混合后加入去离子水，在350rpm下搅拌45min，以完全地进行混合。混合均匀的溶液在烘箱中80℃烘干，然后粉碎通过60目的筛子。最后，将20份置于管式炉内进行热解。在N2流量为30mL/min的条件下，升温速率为10℃/min，升至温度500℃，并维持2h，冷却降温后取出得到生物炭。

(2)生物炭菌剂制备

取一定干燥的生物炭与Wu-15菌悬液按照5:3(m:V)混合，在170rpm，30℃下振荡2h，得到生物炭Wu-15菌剂。

结果

生物炭比表面积88.2682m2/g，孔径为33.214nm。

生物炭菌剂使土壤有机质增加了45.23％，有效磷增加了3.84倍，土壤碱度降低37.9％。

实施例9

(1)生物炭的制备

将50份苹果木粉和30份Mg3(PO4)2混合后加入去离子水，在350rpm下搅拌45min，以完全地进行混合。混合均匀的溶液在烘箱中80℃烘干，然后粉碎通过60目的筛子。最后，将20份置于管式炉内进行热解。在N2流量为30mL/min的条件下，升温速率为10℃/min，升至温度500℃，并维持2h，冷却降温后取出得到生物炭。

(2)生物炭菌剂制备

取一定干燥的生物炭与Wu-15菌悬液按照5:3(m:V)混合，在170rpm，30℃下振荡2h，得到生物炭Wu-15菌剂。

结果

生物炭比表面积94.369m2/g，孔径为31.829nm。

生物炭菌剂使土壤有机质增加了41.96％，有效磷增加了3.98倍，土壤碱度降低40.97％。

实施例10

(1)生物炭的制备

将50份苹果木粉和40份Mg3(PO4)2混合后加入去离子水，在350rpm下搅拌45min，以完全地进行混合。混合均匀的溶液在烘箱中80℃烘干，然后粉碎通过60目的筛子。最后，将20份置于管式炉内进行热解。在N2流量为30mL/min的条件下，升温速率为10℃/min，升至温度500℃，并维持2h，冷却降温后取出得到生物炭。

(2)生物炭菌剂制备

取一定干燥的生物炭与Wu-15菌悬液按照5:3(m:V)混合，在170rpm，30℃下振荡2h，得到生物炭Wu-15菌剂。

结果

生物炭表面积98.2141m2/g，孔径为32.973nm。

生物炭菌剂使土壤有机质增加了38.42％，有效磷增加了4.89倍，土壤碱度降低43.8％。

实施例11

(1)生物炭的制备

将50份苹果木粉和40份Mg3(PO4)2和10份MgO混合后加入去离子水，在350rpm下搅拌45min，以完全地进行混合。混合均匀的溶液在烘箱中80℃烘干，然后粉碎通过60目的筛子。最后，将20份置于管式炉内进行热解。在N2流量为30mL/min的条件下，升温速率为10℃/min，升至温度500℃，并维持2h，冷却降温后取出得到生物炭。

(2)生物炭菌剂制备

取一定干燥的生物炭与Wu-15菌悬液按照5:3(m:V)混合，在170rpm，30℃下振荡2h，得到生物炭Wu-15菌剂。

结果

生物炭表面积220.6453m2/g，孔径为3.1530nm。

生物炭菌剂使土壤有机质增加了28.63％，有效磷增加了12.32倍，土壤碱度降低44.8％。

实施例12

(1)生物炭的制备

将50份苹果木粉和40份Mg3(PO4)2和15份MgO混合后加入去离子水，在350rpm下搅拌45min，以完全地进行混合。混合均匀的溶液在烘箱中80℃烘干，然后粉碎通过60目的筛子。最后，将20份置于管式炉内进行热解。在N2流量为30mL/min的条件下，升温速率为10℃/min，升至温度500℃，并维持2h，冷却降温后取出得到生物炭。

(2)生物炭菌剂制备

取一定干燥的生物炭与Wu-15菌悬液按照5:3(m:V)混合，在170rpm，30℃下振荡2h，得到生物炭Wu-15菌剂。

结果

生物炭比表面积228.4211m2/g，孔径为2.5526nm。

生物炭菌剂使土壤有机质增加了27.09％，有效磷增加了13.04倍，土壤碱度降低45.9％。

实施例13

(1)生物炭的制备

将50份苹果木粉和40份Mg3(PO4)2和15份MgO混合后加入去离子水，在350rpm下搅拌45min，以完全地进行混合。混合均匀的溶液在烘箱中80℃烘干，然后粉碎通过60目的筛子。最后，将20份置于管式炉内进行热解。在N2流量为30mL/min的条件下，升温速率为10℃/min，升至温度500℃，并维持2h，冷却降温后取出得到生物炭。

(2)生物炭菌剂制备

取一定干燥的生物炭与Wu-15菌悬液按照5:3(m:V)混合，在170rpm，30℃下振荡2h，得到生物炭Wu-15菌剂。

结果

生物炭比表面积238.9941m2/g，孔径为2.3820nm。

生物炭菌剂使土壤有机质增加了26.41％，有效磷增加了13.25倍，土壤碱度降低46.2％。

实施例14

(1)生物炭的制备

将50份苹果木粉和20份K3PO4混合后加入去离子水，在350rpm下搅拌45min，以完全地进行混合。混合均匀的溶液在烘箱中80℃烘干，然后粉碎通过60目的筛子。最后，将20份置于管式炉内进行热解。在N2流量为30mL/min的条件下，升温速率为10℃/min，升至温度500℃，并维持2h，冷却降温后取出得到生物炭。

(2)生物炭菌剂制备

取一定干燥的生物炭与Wu-15菌悬液按照5:3(m:V)混合，在170rpm，30℃下振荡2h，得到生物炭Wu-15菌剂。

结果

生物炭比表面积88.1147m2/g，孔径为33.753nm。

生物炭菌剂使土壤有机质增加了45.01％，有效磷增加了3.21倍，土壤碱度降低37.1％。

实施例15

(1)生物炭的制备

将50份苹果木粉和30份K3PO4混合后加入去离子水，在350rpm下搅拌45min，以完全地进行混合。混合均匀的溶液在烘箱中80℃烘干，然后粉碎通过60目的筛子。最后，将20份置于管式炉内进行热解。在N2流量为30mL/min的条件下，升温速率为10℃/min，升至温度500℃，并维持2h，冷却降温后取出得到生物炭。

(2)生物炭菌剂制备

取一定干燥的生物炭与Wu-15菌悬液按照5:3(m:V)混合，在170rpm，30℃下振荡2h，得到生物炭Wu-15菌剂。

结果

生物炭比表面积94.2013m2/g，孔径为31.969nm。

生物炭菌剂使土壤有机质增加了42.36％，有效磷增加了3.46倍，土壤碱度降低40.85％。

实施例16

(1)生物炭的制备

将50份苹果木粉和40份K3PO4混合后加入去离子水，在350rpm下搅拌45min，以完全地进行混合。混合均匀的溶液在烘箱中80℃烘干，然后粉碎通过60目的筛子。最后，将20份置于管式炉内进行热解。在N2流量为30mL/min的条件下，升温速率为10℃/min，升至温度500℃，并维持2h，冷却降温后取出得到生物炭。

(2)生物炭菌剂制备

取一定干燥的生物炭与Wu-15菌悬液按照5:3(m:V)混合，在170rpm，30℃下振荡2h，得到生物炭Wu-15菌剂。

结果

生物炭表面积97.3143m2/g，孔径为33.373nm。

生物炭菌剂使土壤有机质增加了38.66％，有效磷增加了4.32倍，土壤碱度降低42.9％。

实施例17

(1)生物炭的制备

将50份苹果木粉和40份K3PO4和10份MgO混合后加入去离子水，在350rpm下搅拌45min，以完全地进行混合。混合均匀的溶液在烘箱中80℃烘干，然后粉碎通过60目的筛子。最后，将20份置于管式炉内进行热解。在N2流量为30mL/min的条件下，升温速率为10℃/min，升至温度500℃，并维持2h，冷却降温后取出得到生物炭。

(2)生物炭菌剂制备

取一定干燥的生物炭与Wu-15菌悬液按照5:3(m:V)混合，在170rpm，30℃下振荡2h，得到生物炭Wu-15菌剂。

结果

生物炭表面积220.2470m2/g，孔径为3.3530nm。

生物炭菌剂使土壤有机质增加了29.63％，有效磷增加了12.03倍，土壤碱度降低43.7％。

实施例18

(1)生物炭的制备

将50份苹果木粉和40份K3PO4和15份MgO混合后加入去离子水，在350rpm下搅拌45min，以完全地进行混合。混合均匀的溶液在烘箱中80℃烘干，然后粉碎通过60目的筛子。最后，将20份置于管式炉内进行热解。在N2流量为30mL/min的条件下，升温速率为10℃/min，升至温度500℃，并维持2h，冷却降温后取出得到生物炭。

(2)生物炭菌剂制备

取一定干燥的生物炭与Wu-15菌悬液按照5:3(m:V)混合，在170rpm，30℃下振荡2h，得到生物炭Wu-15菌剂。

结果

生物炭比表面积228.2103m2/g，孔径为2.6798nm。

生物炭菌剂使土壤有机质增加了27.88％，有效磷增加了12.94倍，土壤碱度降低44.6％。

实施例19

(1)生物炭的制备

将50份苹果木粉和40份K3PO4和15份MgO混合后加入去离子水，在350rpm下搅拌45min，以完全地进行混合。混合均匀的溶液在烘箱中80℃烘干，然后粉碎通过60目的筛子。最后，将20份置于管式炉内进行热解。在N2流量为30mL/min的条件下，升温速率为10℃/min，升至温度500℃，并维持2h，冷却降温后取出得到生物炭。

(2)生物炭菌剂制备

取一定干燥的生物炭与Wu-15菌悬液按照5:3(m:V)混合，在170rpm，30℃下振荡2h，得到生物炭Wu-15菌剂。

结果

生物炭比表面积237.0239m2/g，孔径为2.5040nm。

生物炭菌剂使土壤有机质增加了27.01％，有效磷增加了13.15倍，土壤碱度降低45.2％。

实施例20

(1)生物炭的制备

将50份苹果木粉和40份Mg3(PO4)2和10份MnO混合后加入去离子水，在350rpm下搅拌45min，以完全地进行混合。混合均匀的溶液在烘箱中80℃烘干，然后粉碎通过60目的筛子。最后，将20份置于管式炉内进行热解。在N2流量为30mL/min的条件下，升温速率为10℃/min，升至温度500℃，并维持2h，冷却降温后取出得到生物炭。

(2)生物炭菌剂制备

取一定干燥的生物炭与Wu-15菌悬液按照5:3(m:V)混合，在170rpm，30℃下振荡2h，得到生物炭Wu-15菌剂。

结果

生物炭表面积220.5521m2/g，孔径为3.1430nm。

生物炭菌剂使土壤有机质增加了27.93％，有效磷增加了12.12倍，土壤碱度降低44.1％。

实施例21

(1)生物炭的制备

将50份苹果木粉和40份Mg3(PO4)2和15份MnO混合后加入去离子水，在350rpm下搅拌45min，以完全地进行混合。混合均匀的溶液在烘箱中80℃烘干，然后粉碎通过60目的筛子。最后，将20份置于管式炉内进行热解。在N2流量为30mL/min的条件下，升温速率为10℃/min，升至温度500℃，并维持2h，冷却降温后取出得到生物炭。

(2)生物炭菌剂制备

取一定干燥的生物炭与Wu-15菌悬液按照5:3(m:V)混合，在170rpm，30℃下振荡2h，得到生物炭Wu-15菌剂。

结果

生物炭比表面积228.2546m2/g，孔径为2.65236nm。

生物炭菌剂使土壤有机质增加了27.79％，有效磷增加了12.89倍，土壤碱度降低45.6％。

实施例22

(1)生物炭的制备

将50份苹果木粉和40份Mg3(PO4)2和15份MnO混合后加入去离子水，在350rpm下搅拌45min，以完全地进行混合。混合均匀的溶液在烘箱中80℃烘干，然后粉碎通过60目的筛子。最后，将20份置于管式炉内进行热解。在N2流量为30mL/min的条件下，升温速率为10℃/min，升至温度500℃，并维持2h，冷却降温后取出得到生物炭。

(2)生物炭菌剂制备

取一定干燥的生物炭与Wu-15菌悬液按照5:3(m:V)混合，在170rpm，30℃下振荡2h，得到生物炭Wu-15菌剂。

结果

生物炭比表面积238.6299m2/g，孔径为2.4235nm。

生物炭菌剂使土壤有机质增加了26.32％，有效磷增加了13.10倍，土壤碱度降低45.9％。

上面对本发明实施例结合附图进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。