一种利用生物炭对农作物轮作土壤修复的方法

本技术涉及土壤修复，更具体地说，它涉及一种利用生物炭对农作物轮作土壤修复的方法。背景技术：1、长期使用化肥会导致土壤酸化速度加快，加速钙、镁从土壤中流失，有益微生物含量也会降低，导致土壤菌群变化，影响土壤中有毒有害物质的含量；不仅容易降低农作物产量，而且还容易增加农作物的毒素进而影响人体健康。2、土壤修复是使遭受污染的土壤恢复正常功能的技术措施；其中包括物理修复、化学修复和生物修复等方式，物理修复一般包括抽取法、筛分法、渗透法、挖掘法和覆盖法；抽取法是指将污染土壤的污染物抽出，筛分法是将受污染土壤筛分，渗透法是指将污染物移除土壤，挖掘法是指将受污染的土壤挖出，覆盖法是指将污染物覆盖，阻止其溢出，但是物理修复不适用于东北地区大面积土壤修复情况，不仅操作负载、工序繁重，而且可操作时间不足；化学修复包括固化-稳定法、淋洗法、氧化-还原法，固化-稳定法是将污染物在污染介质中固定，淋洗是将水或含有冲洗助剂的水溶液、酸碱溶液、络合剂或表面活性剂等淋洗剂注入到污染土壤或沉积物中，洗脱和清洗土壤中的污染物的过程，氧化-还原法是指通过向土壤中投加化学氧化剂，利用其与污染物的反应实现净化土壤，但是化学试剂的添加虽然处理了重金属污染，但是还容易残留金属污染，影响农作物健康；生物修复包括植物修复、微生物修复、生物联合修复等，植物修复是利用植物超积累或积累性功能的植物吸取修复、利用植物根系控制污染扩散和恢复生态功能的修复方式，但是对于农作物土地来说，一般不会种植其他植物，而是种植农作物，所以不适用于农作物土壤修复，微生物修复是指利用微生物分解有机物、转化养分、增加土壤孔隙度和通透性的同时抑制土壤中病原菌的生长繁殖，使用范围广，能够用于农作物土壤修复。3、对于东北地区的来说，每年都需要产出粮食，不仅保证了农民的收入，而且保证了国家粮食的供给，但是由于东北地区的冬季较长，微生物在寒冷环境下活性容易受到抑制，所以供给微生物修复土壤的时间较短，并且微生物分解与土壤中有机物接触需要时间，完全分解有机物还需要较长时间，但夏季又要重新播种，而且要保证农作物的产量。4、因此，如何对农作物轮作土壤进行快速、高效的修复，从而保证作物的生长，是一个有待解决的问题。技术实现思路1、为了对农作物轮作土壤进行快速、高效的修复，从而保证作物的生长，本技术提供一种利用生物炭对农作物轮作土壤修复的方法。2、本技术提供的一种利用生物炭对农作物轮作土壤修复的方法，采用如下的技术方案：一种利用生物炭对农作物轮作土壤修复的方法，包括如下步骤：3、s1、按质量比为6-10:1称取耕地土壤与复合填料混合均匀，制得初混料；复合填料由质量比为1:0.5-0.8:0.2-0.5的载料生物炭颗粒、载料棉籽壳和包膜紫苏粕组成；4、s2、将初混料添加到耕地土壤中，1亩耕地中复合填料为250-300kg，经翻耕、喷水即可。5、通过采用上述技术方案，先用土壤与复合填料混合，初混料中的有益菌数量逐渐增加，而且载料生物炭颗粒、载料棉籽壳和包膜紫苏粕能够均匀分散在初混料中，并且初混料中的菌体提前适应土壤环境，便于在耕地土壤中更好的生长、繁殖，以抑制有害菌、害虫的生长、繁殖；同时生物炭颗粒、棉籽壳、紫苏粕能够疏松土壤结构、中和土壤酸碱度、为有益菌提供营养物质需求，提高土壤中的碳基、氮基等有机质含量，同时还能够吸附重金属以及其他有害物质，达到快速修复更低土壤的效果。6、优选的，所述载料生物炭颗粒采用如下方法制备而成：7、称取生物炭颗粒置于水中分散，然后添加枯草芽孢杆菌菌粉，生物炭颗粒与枯草芽孢杆菌菌粉的质量比为1:0.01-0.03，继续分散，然后过滤出生物炭颗粒，制得半成品；按质量比为1:0.2-0.4:0.1-0.3在半成品表面依次均匀喷涂粘结液、纤维丝，经干燥、分散，制得成品载料生物炭颗粒。8、通过采用上述技术方案，利用生物炭颗粒中较高的孔隙率和较好的负载效果，便于负载枯草芽孢杆菌菌粉，然后利用粘结液的粘性，便于将纤维丝粘附在生物炭颗粒表面。9、当载料生物炭颗粒添加到土壤中后，利用生物炭颗粒较好的孔隙率，提高土壤的孔隙率，并且纤维丝的存在，能够使载料生物炭颗粒负载在土壤表面，并且纤维丝的透气性和纤维丝之间的孔隙结构透气效果以及生物炭颗粒中的孔隙透气性，能够保证枯草芽孢杆菌与氧气接触，由于枯草芽孢杆菌好氧生长，所以能够在生物炭颗粒中保证枯草芽孢杆菌的生长繁殖，同时枯草芽孢杆菌能够分解利用粘结液和纤维丝，从而进一步为枯草芽孢杆菌的生长繁殖提供营养物质，进一步保证菌体的生长繁殖，当纤维丝和粘结液被生物炭颗粒中的枯草芽孢杆菌以及土壤中的菌体逐渐分解后，枯草芽孢杆菌能逐渐释放，枯草芽孢杆菌逐渐从生物炭孔隙中出来，作用于土壤中，调节土壤透气性、酸碱度、团粒效果以及吸附重金属污染，以修复土壤。10、生物炭颗粒、粘结液和纤维丝相配合，以纤维丝为接枝纤维在生物炭表面呈现分散结构，不仅疏松土壤，而且还能够促进重金属附着在纤维丝表面，实现载料生物炭颗粒对重金属的团聚负载，降低土壤中重金属，保证作物生长。11、优选的，所述粘结液由质量比为1:1-2的海藻酸钠溶液和岩藻多糖溶液组成。12、通过采用上述技术方案，海藻酸钠溶液、岩藻多糖溶液相配合，不仅具有较高的粘结效果，而且还容易形成透气的粘结层，不仅保证枯草芽孢杆菌与氧气的接触，而且保证纤维丝在生物炭颗粒表面较为稳定的附着。13、利用岩藻多糖的多糖性，能够被枯草芽孢杆菌所逐渐分解利用，以供给菌体的生长、繁殖，而粘结层的逐渐破坏，容易使得繁殖出的枯草芽孢杆菌逐渐朝向载料生物炭颗粒表现迁移，从而作用于与载料生物炭颗粒表面相接处的土壤，起到疏松土壤、提高土壤通透性的效果；配合海藻酸钠的碱性，中和土壤酸碱度，从而进一步实现土壤修复。14、优选的，所述纤维丝由质量比为1:1-2:0.2-0.5:0.1-0.3的竹纤维、棉纤维、淀粉液和酪蛋白组成。15、通过采用上述技术方案，竹纤维、棉纤维、淀粉液和酪蛋白相配合，利用淀粉液和酪蛋白的颗粒分散效果，便于粘附、填充在竹纤维、棉纤维的纤维孔隙之间；竹纤维和棉纤维均具有较高的孔隙率，能够疏松土壤的同时提高土壤的透气性；淀粉和酪蛋白的填充，配合粘结液的透气效果，进一步提高土壤的透气率；淀粉液和酪蛋白能够与粘结液相互交联连接，酪蛋白作为填充桥梁，进一步保证了透气效果，便于将竹纤维和棉纤维较为稳定的粘结在生物炭颗粒表面。16、竹纤维、棉纤维、淀粉液、酪蛋白、粘结液相配合，在寒冷的冬季，利用竹纤维和棉纤维的隔寒效果，降低低温环境下对菌体活性的影响，并且纤维能够为冰晶的膨胀提供空间，尽量避免冰晶的生长对菌体活性产生影响；同时竹纤维和棉纤维冬天收缩，第二年开春气温回暖后会部分膨胀，并且吸收水分，开春后快速瓦解竹纤维和棉纤维的结构，从而促进菌体快速对纤维进行分解，不仅能够实现菌体快速释放，而且还能够促进菌体生长繁殖，同时还能够丰富土壤中的有机质含量，起到快速修复土壤、促进土壤中作物生长的效果。17、优选的，所述载料棉籽壳采用如下方法制备而成：18、称取棉籽壳置于水中分散搅拌，然后添加乳酸菌菌粉分散搅拌，棉籽壳与乳酸菌菌粉的质量比为1:0.005-0.015，然后过滤出棉籽壳，再均匀喷涂覆膜液，棉籽壳与覆膜液的质量比为1:0.2-0.5，经干燥、分散，制得成品载料棉籽壳。19、通过采用上述技术方案，棉籽壳负载乳酸菌粉后进行包膜，利用膜层的阻氧效果，保证厌氧的乳酸菌生长，棉籽壳富含纤维素、蛋白质，能够逐渐被乳酸菌以及土壤中的菌体所分解利用，从而增加土壤中有机质含量，还能够提高土壤中菌体含量。20、优选的，所述覆膜液为乙基纤维素溶液。21、通过采用上述技术方案，乙基纤维素溶液成膜后具有较好的阻氧效果，从而使厌氧生存的乳酸菌能够保证其活性，乳酸菌能逐渐分解纤维素，乙基纤维素被乳酸菌乙基土壤中的其他菌体逐渐分解，不仅供给菌体生长，而且还能提高土壤中的有机质含量。22、优选的，所述乙基纤维素溶液由质量比为10:0.5-1:1-2的乙基纤维素乙醇溶液、贝壳粉和月桂酸组成。23、通过采用上述技术方案，乙基纤维素乙醇溶液、贝壳粉和月桂酸相配合，利用贝壳粉的填充作用，乙基纤维素负载有贝壳粉的位置膜层更薄，更容易被菌体分解，从而促进乳酸菌与土壤接触，同时贝壳粉具有孔隙率，能够提高土壤的疏松效果和通透度，而且贝壳粉含有钙碳酸盐能够与月桂酸相配合，利用月桂酸对重金属的吸附配合钙碳酸盐与月桂酸对重金属的吸附结合，降低土壤中重金属的可移动性，从而达到土壤修复效果。24、优选的，所述包膜紫苏粕采用如下方法制备而成：25、称取紫苏粕置于葡萄糖内酯溶液中浸泡分散，然后添加地衣芽孢杆菌菌粉，紫苏粕与地衣芽孢杆菌的质量比为1:0.01-0.035，经分散处理，过滤出紫苏粕，得到载料紫苏粕；26、按质量比为1:0.001-0.003在载料紫苏粕表面均匀喷涂地衣芽孢杆菌菌粉，然后均匀喷涂聚乳酸溶液，载料紫苏粕与聚乳酸溶液的质量比为1:1-2，经干燥，制得成品包膜紫苏粕。27、通过采用上述技术方案，紫苏粕、葡萄糖内酯、地衣芽孢杆菌、聚乳酸溶液相配合，利用葡萄糖内酯中的酯基与紫苏粕中的脂类基团相互吸引连接，使葡萄糖内酯的亲水基朝外，并且促进地衣芽孢杆菌被紫苏粕所负载，利用聚乳酸中的羟基与葡萄糖内酯中羟基，便于吸附连接，形成聚乳酸膜层包覆在载料紫苏粕表面，起到部分阻隔氧气的效果，保证兼性厌氧型地衣芽孢杆菌的活性，同时配合葡萄糖内置的糖分，进一步保证地衣芽孢杆菌的生长活性。28、地衣芽孢杆菌以及土壤中的菌体能够分解聚乳酸，不仅能够促进菌体生长繁殖，而且还能够使菌体与土壤接触，从而提高土壤中菌体的均匀分散度，快速修复土壤；分解的聚乳酸和糖类、紫苏粕还能够提高土壤中的有机质含量；而紫苏粕在分解前，利用其多孔疏水性，不易形成土壤团聚，保证了土壤结构的孔隙度，从而使土壤透气性较好。29、优选的，所述聚乳酸溶液由质量比为10:0.1-0.4:0.1-0.2的聚乳酸水溶液、聚己内酯和果糖制成。30、通过采用上述技术方案，聚乳酸水溶液、聚己内酯、果糖相配合，聚己内酯和果糖在水溶液中不易溶解，通过填充作用促进菌体快速分解该处膜层，能够为菌体生长繁殖提供能量，而且还能增加土壤中的有机质含量；聚己内酯含有酯基便于与紫苏粕表面残存的亲脂基相互吸引连接，从而进一步保证聚乳酸膜层在紫苏粕表面的附着稳定性，从而保证地衣芽孢杆菌能够在土壤中均匀且高含量的分散，达到快速修复土壤的效果。31、优选的，所述葡萄糖内酯溶液的质量分数为0.5-2％32、通过采用上述技术方案，促进地衣芽孢杆菌被紫苏粕负载。33、综上所述，本技术具有以下有益效果：34、1、先用土壤与复合填料混合，初混料中的有益菌数量逐渐增加，而且载料生物炭颗粒、载料棉籽壳和包膜紫苏粕能够均匀分散在初混料中，并且初混料中的菌体提前适应土壤环境，便于在耕地土壤中更好的生长、繁殖，以抑制有害菌、害虫的生长、繁殖；同时生物炭颗粒、棉籽壳、紫苏粕能够疏松土壤结构、中和土壤酸碱度、为有益菌提供营养物质需求，提高土壤中的碳基、氮基等有机质含量，同时还能够吸附重金属以及其他有害物质，达到快速修复更低土壤的效果。35、2、枯草芽孢杆菌菌粉、乳酸菌菌粉和地衣芽孢杆菌菌粉如果直接添加到土壤中，由于土壤翻耕时也是块状翻耕，不易出现菌粉与土壤均匀接触的问题，而生物炭颗粒作为颗粒状结构，不易密度高于菌粉，而且便于混合的同时还不易浮于表面，菌粉由于质轻，不仅不易混合均匀而且容易浮于土壤表面，影响菌粉在土壤中的均匀度，从而影响菌粉对土壤修复的均匀效果和效率。36、3、东北秋季作物收割后，气温快速降低，开始寒冷，添加复载生物炭颗粒后，首先利用竹纤维和棉纤维的轻质效果，便于分散在土壤中靠近上表面的位置，土壤靠近上表面是土壤最为寒冷的部分，利用竹纤维和棉纤维的纤维隔寒效果，缓解寒气，配合粘结层以及生物炭颗粒的孔隙，进一步隔寒，保护枯草芽孢杆菌；随着春季的到来，湿度不断增加，冬季竹纤维和棉纤维中水分形成冰晶逐渐膨胀，改变了纤维结构，随着冰晶溶解，纤维孔隙被破坏的同时孔隙率进一步增加，使得竹纤维和棉纤维结构能够被快速被微生物所分解，被分解后的竹纤维、棉纤维、淀粉、酪蛋白、岩藻多糖等，不仅能够供给土壤中菌体生长所需营养物质的同时，而且能够提高土壤中的有机质含量，同时还能够束缚重金属，促进土壤快速修复。37、4、载料棉籽壳表面的膜层以及包膜紫苏粕表面的膜层均能够部分阻隔寒冷冬季的冰晶，尽量避免膨胀的冰晶对乳酸菌、地衣芽孢杆菌的活性产生影响；而回春之际，冰晶破坏的膜层结构配合紫苏粕表面聚乳酸的亲水效果，能快速促进膜层瓦解，被土壤和内部负载的菌体所分解、吸收、利用，增加有益菌含量的同时，使土壤被快速修复，以满足夏季耕种。