一种土壤改良剂及其制备方法、应用

技术领域

本发明涉及土壤治理技术领域，具体是一种土壤改良剂及其制备方法和应用。

背景技术

为了提高植物成活率，矿山排土场通常采用添加土壤改良剂的方式来改善土壤性质，传统土壤改良剂主要针对土壤结构、酸碱度和营养成分进行改良，但是对土壤生物多样性改善效果较差，且无法促使砾石风化为土壤，这种方法只能短时间改善土壤，需要持续添加，最终导致土壤系统失衡，消耗大量人力和财力却无法达到持续效果。

基于此，针对以砾石和含砾石土壤为主的矿山排土场，如何实现其持续的土壤修复和改良，保持土壤系统平衡，增加土壤各种营养元素和有机质，是我们迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种土壤改良剂，该土壤改良剂可以长期存在于土壤中，持续促进砾石风化成土，补充土壤中缺少的各种营养元素，吸附固定土壤中的重金属离子，并且能够调节土壤颗粒组成和粒径结构，增加保水功能、土壤有机质及土壤微生物多样性，提高土壤孔隙度，还可以有效地利用废弃物减少对环境的污染，对于土壤改良和环境保护均具有很好的效果。同时本发明还公开了该土壤改良剂的制备方法及其应用。

本发明的目的主要通过以下技术方案实现：土壤改良剂，包括前置剂和混合剂；所述前置剂包括硅酸盐细菌菌剂；所述混合剂包括复合生物炭、食用菌菌渣及黄原胶的混合物。

在该土壤改良剂中，所述硅酸盐细菌菌剂中硅酸盐细菌的浓度为10~600亿cfu/g。

在该土壤改良剂中，所述前置剂由硅酸盐细菌菌剂与纯净水按照体积比0.8~1.2:800~1200混合稀释制得。

在该土壤改良剂中，所述复合生物炭由质量比2: 2: 1的马尾松松针、麻疯树果实榨油残渣、茶渣混合后厌氧加热制得。

在该土壤改良剂中，所述混合剂为复合生物炭、食用菌菌渣及黄原胶按照质量比4~6:4~6:2~4混合制得。

在该土壤改良剂中，所述食用菌菌渣由以下质量份的原料组成：40~60份 碎竹片、15~25份 锯末粉、6~12份 石膏、3~7份 蛭石、3~7份 核桃壳粉末、3~7份 枇杷核粉末、3~7份松针及1~2份 硫酸铜磷酸二氢钾。

在该土壤改良剂中，所述食用菌菌渣混合前进行堆肥处理制成生物发酵绿肥。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：该土壤改良剂可以长期存在于土壤中，其中的前置剂中硅酸盐细菌可持续促进砾石风化成土，减少砾石含量，增加土壤含量，而复合生物炭、食用菌菌渣又可为硅酸盐细菌长期提供生长环境，形成持续的砾石风化，且利用混合剂还可补充土壤中缺少的各种营养元素，吸附固定土壤中的重金属离子，并且能够调节土壤颗粒组成和粒径结构，增加保水功能、土壤有机质及土壤微生物多样性，提高土壤孔隙度，且复合生物炭原料为工农业废弃物，还可有效地利用废弃物减少对环境的污染，对于土壤改良和环境保护均具有很好的效果，特别适用于含砾石土壤的改良和治理。

本发明基于以上土壤改良剂，提供了上述土壤改良剂的制备方法，该制备方法包括以下步骤：将硅酸盐细菌菌剂与纯净水按照体积比0.8~1.2:800~1200混合稀释，得前置剂；取质量比2:2:1的马尾松松针、麻疯树果实榨油残渣、茶渣，混合后在700℃条件下厌氧加热，得复合生物炭；取食用菌菌渣进行堆肥处理，制成生物发酵绿肥；将复合生物炭、生物发酵绿肥及黄原胶按照质量比4~6:4~6:2~4混合，制得混合剂。通过本制备方法制得的土壤改良剂，具有上述土壤改良剂的全部特点，可广泛应用于土壤环境治理中。

最后，本发明还基于以上土壤改良剂，提供了上述土壤改良剂在治理含砾石土壤中的应用。应用时，先取前置剂均匀挥洒至砾石土壤表面，完成后将混合剂按照4000~6000kg/hm

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为土壤改良剂的制备方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

本发明针对含有砾石的土壤治理，为了实现砾石风化和持续的土壤改良、治理，特提出了土壤改良剂及其制备方法、应用。本土壤改良剂利用各类原料的合理的比例分配和适宜的工艺，提高了土壤改良剂的可持续性和改良效果，其可以长期存在于土壤中，其中的前置剂中硅酸盐细菌可持续促进砾石风化成土，减少砾石含量，增加土壤含量，而复合生物炭、食用菌菌渣又可为硅酸盐细菌长期提供生长环境，形成持续的砾石风化，且利用混合剂还可补充土壤中缺少的各种营养元素，吸附固定土壤中的重金属离子，并且能够调节土壤颗粒组成和粒径结构，增加保水功能、土壤有机质及土壤微生物多样性，提高土壤孔隙度，且复合生物炭原料为工农业废弃物，还可有效地利用废弃物减少对环境的污染，对于土壤改良和环境保护均具有很好的效果，特别适用于含砾石土壤的改良和治理。

基于此，本发明第一个实施例公开了一种土壤改良剂，包括前置剂和混合剂；所述前置剂为硅酸盐细菌菌剂；所述混合剂为复合生物炭、食用菌菌渣及黄原胶的混合物。

作为成分之一，前置剂早于混合剂前使用，硅酸盐细菌可以分解砾石中硅酸盐，使砾石风化，逐步形成土壤，其中的硅酸盐细菌菌剂中硅酸盐细菌的浓度为10~600亿cfu/g。硅酸盐细菌的含量选择，可根据土壤中砾石量、粒径大小等进行适宜性选择。具体的，硅酸盐细菌为胶冻样芽胞杆菌（购买至成都绿金生物科技有限公司），在该硅酸盐细菌菌剂中，菌剂载体成分包含糖蜜或蔗糖40％、麦麸60％，二者均为质量分数。

在具体实施时，前置剂由硅酸盐细菌菌剂与纯净水按照体积比0.8~1.2:800~1200混合稀释制得。进一步的，前置剂由硅酸盐细菌菌剂与纯净水按照体积比1:1000混合稀释制得。

作为成分之二，混合剂主要为复合生物炭、食用菌菌渣及黄原胶的混合物。

在具体实施时，复合生物炭、食用菌菌渣及黄原胶按照质量比4~6:4~6:2~4混合。复合生物炭、食用菌菌渣及黄原胶在具体配比时，可根据土壤贫瘠程度，重金属污染情况，砾石含量等来合理选择配比，以针对土壤不同的特点进行针对性使用。具体的，复合生物炭、食用菌菌渣及黄原胶按照质量比5:5:3混合，进而在治理后土壤在重金属含量、有益微生物含量、微量元素含量、砾石风化效果上均有较好的表现。

在此基础上，复合生物炭由质量比2: 2: 1的马尾松松针、麻疯树果实榨油残渣、茶渣混合后厌氧加热制得。复合生物炭利用马尾松松针、麻疯树果实榨油残渣、茶渣三种农林业废弃物作为生物炭的基础原料进行混合，再将混合物视为一种物质进行厌氧加热制成，使得该复合生物炭的元素组成、孔隙率、比表面积、吸附能力、产率等均比单一原材料制成生物炭更优质，具有优质的有机污染物和重金属吸附能力，可广泛应用于含有重金属/有机污染物的土壤中，且该复合生物炭原料为农林业废弃物，充分发挥了原料的二次作用，实现了废弃资源综合利用，减少了环境污染。具体的，厌氧加热可采用马弗炉。具体的，马尾松松针可选用枯落的马尾松松针。

需要说明的是，本步骤中的麻疯树果实榨油残渣，为麻疯树的果实（种子）在榨油后余下的固体残渣，榨油后可将渣饼揉散形成分散的固体残渣，以便于后续均匀混合；此外，茶渣为茶叶在浸泡后剩余的茶叶，茶叶的种类具体可以是绿茶、黄茶、乌龙茶、红茶、黑茶、白茶等中的一种或多种。

在此基础上，食用菌菌渣为种植松茸、牛肚菌、羊肚菌、竹荪等食用菌后剩余的菌渣，混合前进行堆肥处理制成生物发酵绿肥即可。

具体的，所述食用菌菌渣由以下质量份的原料组成：40~60份 碎竹片、15~25份 锯末粉、6~12份 石膏、3~7份 蛭石、3~7份 核桃壳粉末、3~7份 枇杷核粉末、3~7份 松针及1~2份 硫酸铜磷酸二氢钾。进一步实施选择时，食用菌菌渣可具体选择以下质量份的原料组成：50份 碎竹片、20份 锯末粉、9份 石膏、5份 蛭石、5份 核桃壳粉末、5份 枇杷核粉末、5份 松针及1份 硫酸铜磷酸二氢钾。

具体的，作为具体的堆肥处理方式：将去除杂质的新鲜菌渣成堆，采用不透明薄膜覆盖，每天翻料一次确保堆心温度低于65℃,室内常温放置5-7天，无太阳光直射，完成后即可用于后续混合。具体的，不透明薄膜为可降解薄膜。

如图1所示，本发明第二个实施例公开了上述土壤改良剂的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

S1 将硅酸盐细菌菌剂与纯净水按照体积比0.8~1.2:800~1200混合稀释，得前置剂；

S2 取质量比2:2:1的马尾松松针、麻疯树果实榨油残渣、茶渣，混合后在700℃条件下厌氧加热，得复合生物炭；

S3 取食用菌菌渣进行堆肥处理，制成生物发酵绿肥；

S4 将复合生物炭、生物发酵绿肥及黄原胶按照质量比4~6:4~6:2~4混合，制得混合剂。

本发明三个实施例公开了一种利用上述的土壤改良剂在治理含砾石土壤中的应用。

应用时，先取前置剂均匀挥洒至砾石土壤表面，待前置剂浸透砾石土壤后将混合剂按照4000~6000kg/hm

为了更好的理解和实施本发明，并明晰本发明的特性和优点，下面将结合具体实施例和对照数据对本发明进一步的解释和说明。

实施例1

制备土壤改良剂1：

将硅酸盐细菌菌剂与纯净水按照体积比1:1000混合稀释，其中硅酸盐细菌菌剂10g，纯净水1Kg，得前置剂；

取质量比2:2:1的马尾松松针、麻疯树果实榨油残渣、茶渣，混合后在700℃条件下利用马弗炉厌氧加热，得复合生物炭；

取食用菌菌渣去除杂质，采用不透明薄膜覆盖，每天翻料一次确保堆心温度低于65℃,室内常温放置5-7天，无太阳光直射，进行堆肥处理，制成生物发酵绿肥；

将复合生物炭、生物发酵绿肥及黄原胶按照质量比4:4:2混合，制得混合剂。

实施例2

制备土壤改良剂2：

将硅酸盐细菌菌剂与纯净水按照体积比1:1000混合稀释，其中硅酸盐细菌菌剂10g，纯净水1Kg，得前置剂；

取质量比2:2:1的马尾松松针、麻疯树果实榨油残渣、茶渣，混合后在700℃条件下利用马弗炉厌氧加热，得复合生物炭；

取食用菌菌渣去除杂质，采用不透明薄膜覆盖，每天翻料一次确保堆心温度低于65℃,室内常温放置5-7天，无太阳光直射，进行堆肥处理，制成生物发酵绿肥；

将复合生物炭、生物发酵绿肥及黄原胶按照质量比6:6:4混合，制得混合剂。

实施例3

制备土壤改良剂3：

将硅酸盐细菌菌剂与纯净水按照体积比1:1000混合稀释，其中硅酸盐细菌菌剂10g，纯净水1Kg，得前置剂；

取质量比2:2:1的马尾松松针、麻疯树果实榨油残渣、茶渣，混合后在700℃条件下利用马弗炉厌氧加热，得复合生物炭；

取食用菌菌渣去除杂质，采用不透明薄膜覆盖，每天翻料一次确保堆心温度低于65℃,室内常温放置5-7天，无太阳光直射，进行堆肥处理，制成生物发酵绿肥；

将复合生物炭、生物发酵绿肥及黄原胶按照质量比5:5:3混合，制得混合剂。

对照试验：

基于实施例1~实施例3：

取相同条件的含砾石土壤，在相同环境下设置三个独立的土壤实验区，记为实验区1、实验区2及实验区3，并测定任意土壤实验区的原始数据值：土壤重金属镉有效态含量、有益微生物比例、氮磷钾营养元素含量、粒径1mm以上砾石含量、0.01~0.05粉粒含量；

取土壤改良剂1、土壤改良剂2及土壤改良剂3分别对应实验区1、实验区2及实验区3使用，使用时，先取对应的前置剂均匀挥洒至砾石土壤表面，使用量为前置剂浸透砾石土壤表层20cm，完成后将对应的混合剂均匀挥洒至砾石土壤表面，完成后进行土壤翻埋即可，不同的：土壤改良剂1的混合剂使用量为4000kg/hm

使用3个月后，分别测定实验区1、实验区2及实验区3的对应数据如下表：

表一：实验区1~实验区3各类数据测定表

通过表一可知：

实验区1土壤改良3个月后，土壤重金属镉有效态含量降低10%，土壤微生物多样性更高，有益微生物比例提高10%，氮磷钾等营养元素含量提高28%，机械组成中砾石含量降低2%，粉质土壤含量增加20%；

实验区2土壤改良3个月后，土壤重金属镉有效态含量降低8%，土壤微生物多样性更高，有益微生物比例提高12%，氮磷钾等营养元素含量提高35%，机械组成中砾石含量降低5%，粉质土壤含量增加30%。

实验区3土壤改良3个月后，土壤重金属镉有效态含量降低12%，土壤微生物多样性更高，有益微生物比例提高15%，氮磷钾等营养元素含量提高32%，机械组成中砾石含量降低3%，粉质土壤含量增加24%。

由此可知，本发明制备的土壤改良剂可以长期存在于土壤中，砾石风化效果显著，砾石含量减少明显，且土壤中有益微生物、营养元素含量明显增高，重金属镉有效态含量明显降低，能够调节土壤颗粒组成和粒径结构，增加了土壤保水功能、土壤有机质及土壤微生物多样性，并且三者不同配比、不同用量的土壤改良剂均对应有不同的技术效果，进而本发明的土壤改良剂对于土壤改良特别是含砾石土壤改良有明显效果，具有很好的应用前景。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。