一种能修复氮磷面源污染的玉米秸秆生物炭及修复方法技术

本发明专利技术属于面源污染修复技术领域，具体涉及一种能修复氮磷面源污染的玉米秸秆生物炭及修复方法，所述玉米秸秆生物炭由以下重量份的原料组分制成：玉米秸秆炭50～200份、微生物菌剂0.1～0.5份；所述修复方法包括制备玉米秸秆生物炭、施用玉米秸秆生物炭、种植作物等步骤。本发明专利技术利用氯化钙溶液对对玉米秸秆进行预处理，增加其吸附性能，被吸附至秸秆上的氮元素和磷元素在微生物菌剂以及土壤中微生物的作用下集中处理降解掉，从而达到高效修复氮磷面源污染的目的。本发明专利技术的修复方法采用玉米秸秆生物炭将粪便堆积区以及粪便堆积区周围农田土壤分块截留，降低氮元素和磷元素在土壤中的迁移速度，从土壤源头上解决污染问题。

A kind of corn straw biochar which can repair nitrogen and phosphorus non-point source pollution and its repair method

The invention belongs to the technical field of non-point source pollution remediation, in particular relates to a maize straw biochar capable of remediating nitrogen and phosphorus non-point source pollution and a remediation method. The maize straw biochar is made of the following weight components: 50-200 copies of maize straw charcoal, 0.1-0.5 copies of microbial inoculant; the remediation method comprises the preparation of maize. Straw biochar, corn straw biochar, crop planting and other steps. The invention uses calcium chloride solution to pretreat corn stalk to increase its adsorption performance, and the nitrogen and phosphorus elements adsorbed on the stalk are centralized and degraded under the action of microbial agents and microorganisms in the soil, so as to achieve the goal of high-efficient repair of nitrogen and phosphorus non-point source pollution. The remediation method adopts corn stalk biochar to intercept the farmland soil around the dung accumulation area and the dung accumulation area, thereby reducing the migration speed of nitrogen and phosphorus elements in the soil and solving the pollution problem from the soil source.

【技术实现步骤摘要】
一种能修复氮磷面源污染的玉米秸秆生物炭及修复方法
本专利技术属于面源污染修复
，具体涉及一种能修复氮磷面源污染的玉米秸秆生物炭及修复方法。
技术介绍
氮磷是重要的生命元素，是生命支持系统不可替代的成分，也是促进农业持续发展的根本要素。但是其也有两面性，土壤中过度的氮磷肥料投入，或者养殖场中禽兽粪便的长时间堆积，不仅造成氮磷元素的损失浪费，而且会导致土壤和地下水污染，甚至造成河流和湖泊水质的富营养化，破坏水生生物的正常生长条件，引起鱼类死亡，同时也将严重危害人类健康。当污染点产生后，从产生点开始，随着水流途径可迁移至不同的区域，形成面源污染。针对面源污染的迁移过程，国内外主要采取的治理措施有：(1)源头控制，即合理控制肥料施用量，避免过度施肥；(2)污染物截留，即通过设置生态沟渠、制备缓冲带等措施，控制并阻断污染物迁移途径，缩小污染面积；(3)内源治理，一旦污染迁移至河流、湖泊等水体中，即使采用清除底泥等措施，降低水体富营养化产生的风险。比如中国专利CN101555071A公开了一种利用缓冲带控制平原感潮河网地区农业面源污染的方法，该专利提出选择农田和河道之间的河岸为缓冲带，依径流流向种植不同植物，形成制备缓冲带，利用植物对径流中营养物质的截留、吸收功能取得较好的净化效果。又如中国专利CN102839632B公开了一种基于生物强化截留清除面源污染的生态护坡的方法，该专利将河流传统生态修复与面源污染控制相结合，运用生物强化技术，实现对面源污染中难降解有机物的去除。然而，这些现有技术都是基于农田与河流、湖泊的相接处进行处理的，目前针对禽兽养殖场中的动物粪便造成的氮磷面源污染仍缺乏有效的控制方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能修复氮磷面源污染的玉米秸秆生物炭及修复方法，从土壤本身出发有效控制污染源的扩散，解决了禽兽养殖场中的动物粪便氮磷面源污染源问题。本专利技术提供了一种能修复氮磷面源污染的玉米秸秆生物炭，由以下重量份的原料组分制成：玉米秸秆炭50～200份、微生物菌剂0.1～0.5份；所述微生物菌剂为酵母菌粉剂、解磷功能菌粉剂或者二者的混合物；所述玉米秸秆炭是按照以下方法制成的：将玉米秸秆粉碎成秸秆碎段，加入质量分数5％的氯化钙溶液中浸泡36～48h，过滤后烘干秸秆碎段，然后进行炭化，得到玉米秸秆炭；所述解磷功能菌为具有降解磷功能的芽孢杆菌。优选的，上述能修复氮磷面源污染的玉米秸秆生物炭，所述炭化采用管式炉进行炭化，炭化时通入氮气进行气氛保护，加热速率为25℃/min，达到650℃后维持1h，冷却至室温。本专利技术还提供了一种利用上述玉米秸秆生物炭修复氮磷面源污染的方法，包括以下步骤：S1，按以下重量份称取各原料组分：玉米秸秆炭50～200份、微生物菌剂0.1～0.5份；将称取的各组分混合，得到玉米秸秆生物炭；S2，施用玉米秸秆生物炭S21，在养殖场中选择一片区域作为粪便堆积区，在粪便堆积区以及养殖场周围农田中挖沟渠，沟渠内填充玉米秸秆生物炭；S22，在粪便堆积区以及养殖场周围农田中未挖沟渠的区域内均匀撒入玉米秸秆生物炭，翻耕，翻耕深度≥20cm；S22中，玉米秸秆生物炭的用量按照以下方式变化：4年为一个循环；每个循环中的第1年用量每亩20～40kg，第2～4年中每年用量为上一年用量的1/2；S3，在粪便堆积区内堆积粪便，并在养殖场周围农田中种植作物，进行氮磷面源污染的修复。优选的，利用上述玉米秸秆生物炭修复氮磷面源污染的方法，所述沟渠的宽度为5～10cm，深度为100～200cm。优选的，所述沟渠沿与地下水径流方向垂直的方向延伸，所有的沟渠沿地下水径流方向间隔排列设置，间隔距离为5～50m。与现有技术相比，本专利技术提供的一种能修复氮磷面源污染的玉米秸秆生物炭及修复方法，具有以下有益效果：针对禽兽粪便造成的氮磷污染以及养殖场周边农田污染的问题，本专利技术提供了能修复氮磷面源污染的玉米秸秆生物炭，采用了新的玉米秸秆炭制备方法和生物炭配方，利用氯化钙溶液对对玉米秸秆进行预处理，增加其吸附性能，被吸附至秸秆上的氮元素和磷元素在微生物菌剂以及土壤中微生物的作用下集中处理降解掉，从而达到高效修复氮磷面源污染的目的。基于同一种专利技术构思，本专利技术还采用了新的修复方法，首先选择粪便堆积区，将粪便集中堆积，降低扩散风险；接着采用本专利技术制备的玉米秸秆生物炭将粪便堆积区以及粪便堆积区周围农田土壤分块截留，降低氮元素和磷元素在土壤中的迁移速度，降低污染源的扩散速度，从土壤源头上解决污染问题。具体试验研究证明，利用本专利技术的修复方法，在一定范围内可使试验农田附近池塘水中的氮元素和磷元素含量得到有效控制。吸附实验数据显示，6h内对氮和磷的去除率可达97％以上，效果显著。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术进行详细说明，但应当理解本专利技术的保护范围并不受具体实施方式的限制。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件操作，未注明的实验材料来源均为市售，由于不涉及专利技术点，故不对其步骤进行详细描述。下述实施例1～3及实验中，所述酵母菌粉剂为济宁市金益菌生物科技有限公司所有酵母菌粉；所述解磷功能菌为具有解磷功能的巨大芽孢杆菌粉，购自山东绿陇生物技术有限公司。本专利技术提供了一种能修复氮磷面源污染的玉米秸秆生物炭，由以下重量份的原料组分制成：玉米秸秆炭50～200份、微生物菌剂0.1～0.5份；所述微生物菌剂为酵母菌粉剂、解磷功能菌粉剂或者二者的混合物；所述玉米秸秆炭是按照以下方法制成的：将玉米秸秆粉碎成秸秆碎段，加入质量分数5％的氯化钙溶液中浸泡36～48h，过滤后烘干秸秆碎段，然后进行炭化，得到玉米秸秆炭；所述解磷功能菌为具有降解磷功能的芽孢杆菌。基于同一种专利技术构思，本专利技术还提供了一种利用所述玉米秸秆生物炭修复氮磷面源污染的方法，包括以下步骤：S1，按以下重量份称取各原料组分：玉米秸秆炭50～200份、微生物菌剂0.1～0.5份；将称取的各组分混合，得到玉米秸秆生物炭；S2，施用玉米秸秆生物炭S21，在养殖场中选择一片区域作为粪便堆积区，在粪便堆积区以及养殖场周围农田中挖沟渠，沟渠内填充玉米秸秆生物炭；S22，在粪便堆积区以及养殖场周围农田中未挖沟渠的区域内均匀撒入玉米秸秆生物炭，翻耕，翻耕深度≥20cm；S22中，玉米秸秆生物炭的用量按照以下方式变化：4年为一个循环；每个循环中的第1年用量每亩20～40kg，第2～4年中每年用量为上一年用量的1/2；S3，在粪便堆积区内堆积粪便，并在养殖场周围农田中种植作物，进行氮磷面源污染的修复。具体包括以下实施例。下述实施例中试验污染农田的选取位置为禽兽养殖场及其周边农田。实施例1一种能修复氮磷面源污染的玉米秸秆生物炭，由以下重量份的原料组分制成：玉米秸秆炭50份、微生物菌剂0.1份；所述微生物菌剂为酵母菌粉剂；所述玉米秸秆炭是按照以下方法制成的：将玉米秸秆粉碎成1～2cm的秸秆碎段，加入质量分数5％的氯化钙溶液中浸泡36h，过滤后105℃烘干(水分含量≤10％)秸秆碎段，然后进行炭化，得到玉米秸秆炭。所述炭化采用管式炉进行炭化，炭化时通入氮气进行气氛保护，加热速率为25℃/min，达到650℃后维持1h，冷却至室温。利用实施例1所述玉米秸秆生物炭修复氮磷面源污染的方法，包括以下步骤：S1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种能修复氮磷面源污染的玉米秸秆生物炭，其特征在于，由以下重量份的原料组分制成：玉米秸秆炭50～200份、微生物菌剂0.1～0.5份；所述微生物菌剂为酵母菌粉剂、解磷功能菌粉剂或者二者的混合物；所述玉米秸秆炭是按照以下方法制成的：将玉米秸秆粉碎成秸秆碎段，加入质量分数5％的氯化钙溶液中浸泡36～48h，过滤后烘干秸秆碎段，然后进行炭化，得到玉米秸秆炭；所述解磷功能菌为具有降解磷功能的芽孢杆菌。

【技术特征摘要】
1.一种能修复氮磷面源污染的玉米秸秆生物炭，其特征在于，由以下重量份的原料组分制成：玉米秸秆炭50～200份、微生物菌剂0.1～0.5份；所述微生物菌剂为酵母菌粉剂、解磷功能菌粉剂或者二者的混合物；所述玉米秸秆炭是按照以下方法制成的：将玉米秸秆粉碎成秸秆碎段，加入质量分数5％的氯化钙溶液中浸泡36～48h，过滤后烘干秸秆碎段，然后进行炭化，得到玉米秸秆炭；所述解磷功能菌为具有降解磷功能的芽孢杆菌。2.根据权利要求1所述的能修复氮磷面源污染的玉米秸秆生物炭，其特征在于，所述炭化采用管式炉进行炭化，炭化时通入氮气进行气氛保护，加热速率为25℃/min，达到650℃后维持1h，冷却至室温。3.一种利用权利要求1所述玉米秸秆生物炭修复氮磷面源污染的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，按以下重量份称取各原料组分：玉米秸秆炭50～200份、微生物菌剂0.1～0.5份；将称取的各组...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘淑霞，王呈玉，王天野，高云航，李桥，吕雨，吴含，葛梦圆，王晗，申岳，
申请(专利权)人：吉林农业大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22