微藻‑生物炭复合生物肥及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种微藻‑生物炭复合生物肥的制备方法，步骤包括：（1）分离土壤结皮中的代表性光合微生物，制备专属培养基；（2）在光生物反应器中，利用专属培养基筛选、培养具有高固氮能力和高固碳能力的藻种；（3）富集微藻；（4）规模化养殖微藻；（5）收集活性微藻；（6）收集生物质热解所得的生物炭，并干化处理；（7）将活性微藻和生物炭复配，制备微藻‑生物炭基质肥。本发明专利技术还公开了用上述方法制备的生物肥。本发明专利技术以高固氮能力的微藻与富含有机碳的热解生物炭为主要基质制备微藻‑生物炭复合生物肥，充分发挥了固氮微藻和生物炭各自的优势，不仅实现了土壤的有效改良和修复，还有利于推动绿色低碳农业的发展。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物领域，特别是涉及一种生物基复合有机肥及其生产方法。
技术介绍
土壤是维持地球表层生态系统生物量的物质基础，是不可脱离的自然资源和环境，同时还为人类提供包括粮食在内的各种农业、林业以及医药原料产品。然而，随着我国以集约利用为特征的现代农业的不断发展，对土地资源环境和人类生存的威胁日益显现。集约式现代农业的主要特点是通过农用化学品（主要是农药和化肥等）的高投入来保障和提高粮食作物的产量。我国化肥和农药的总用量居世界之首，单位土壤面积使用量分别为世界平均水平的3倍和2倍。农膜的年平均残留量高达35万吨，残膜率达40%。大量研究表明，集约农业模式导致土壤生态系统组成趋于单一化，系统生产力和稳定性需要巨大代价才能得以保持。长期施用化肥导致的速效养分积累和养分失衡现象已经相当严重，并且这种状况仍将持续下去，大量使用农药、除草剂也使农田土壤中这些化学品的残留量日益增加，对土壤资源环境构成了严重威胁。虽然我国人均耕地面积仅为1.43亩，显著低于世界平均水平，且中低产耕地土壤占总量的65%，但是我国在东部沿海具有较为广阔的盐碱地，在西部地区具有较大面积的沙化土地，这些都是我国的潜在土地资源。因此，如何缓解并阻止农业集约化导致的土壤及农业资源基础和环境加速恶化的趋势、将东部沿海盐碱地和西部沙化土地等潜在土地资源改良为可用耕地，提高我国土壤质量，维护农业生态环境的稳定性和可持续性，保障食品的安全性以及生命支撑系统的良好状态，是当前迫切需要解决的重大课题。目前，针对土壤退化的主要解决措施包括：物理技术、化学技术以及生物修复技术等。这些方法在一定程度上可以缓解土壤退化问题，但是仍存在以下缺点：（a）物理修复技术不能从本质上改善土壤肥力，而且相关设备价格昂贵、处理成本过高；（b）化学修复法只能在短时间改变退化土壤性质，而且一般化学修复技术都需要用水，所以修复场地要求靠近水源，同时因需要处理废水而增加成本；（c）生物修复法可增加有机质含量、减少盐碱土壤的盐度和碱度，但是其修复周期较长，监控和管理较为困难，且修复后土地一般只能作为绿化带。微藻是自然界中存在的天然固氮生物，是地球生态圈中氮循环的重要环节，其分布广泛，可以在沙漠和盐碱地等极端环境生存。固氮微藻通过其细胞中固氮酶的作用，将大气中游离态的分子氮还原成可供植物利用的氮素化合物，同时在其生长繁殖过程中不断分泌出氨基酸、多肽等含氮化合物和活性物质，加之固氮微藻死亡后释放出大量的氨态氮，因而可大大增加土壤肥力。生物炭是农林废弃物经高温热解后产生的一种稳定的、富含碳的固相产物。生物炭的多孔性和表面特性能够为土壤微生物提供附着位点和较大空间，同时调控土壤微环境的理化性质，影响和调控土壤微生物的生长、发育和代谢，进而改善土壤结构。生物炭本身富含有机碳，但是其矿质养分含量通常偏低，其对土壤养分的补充作用不如一般肥料明显，且不同材料生物炭的矿质养分含量存在较大差异。虽然生物炭本身可直接施入土壤达到改善土壤肥力、增加作物产量的目的，但是由于生物炭的C/N高于其他有机质，使其在土壤中的转化需要大量的N，严重地影响和制约了土壤N的供给。当生物炭施入土壤之后，会和作物争夺N，从而降低N的有效性。而且，生物炭直接施用于农田，其效果需要一定时间才能实现，在追求粮食增产和提高效益的现实驱动下，单纯依靠生物炭增加土壤肥力或改良土壤还存在一定难度。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题之一是提供一种微藻-生物炭复合生物肥的制备方法，它可以改良和修复土壤，增加土壤肥力，提高种植物产量。为解决上述技术问题，本专利技术的微藻-生物炭复合生物肥的制备方法，包括以下步骤：（1）分离土壤结皮中的代表性光合微生物，制备能代表该土壤原生微生物群落结构的属地藻种专属培养基；（2）在光生物反应器中，利用步骤（1）所得的培养基筛选、培养具有高固氮能力和高固碳能力的微藻藻种；（3）富集步骤（2）培养的微藻；（4）在保持微藻活性的条件下，规模化养殖步骤（3）富集的微藻；（5）收集活性微藻；（6）收集生物质热解所得的生物炭，并干化处理；（7）将步骤（5）中的活性微藻和步骤（6）中的生物炭复配，得到微藻-生物炭复合生物肥。步骤（3），可以采用重力沉淀、过滤、气浮或离心的方法富集微藻。步骤（4），可以采用新型薄层干燥技术、空气干燥技术、喷雾干燥技术、真空干燥技术或冷冻干燥技术处理微藻，以保持微藻活性。步骤（7），微藻-生物炭复合生物肥中微藻占0.1-80%。为了便于包装、存储、装运以及最终的土壤施用，可以对微藻-生物炭复合生物肥进行粉碎化处理，将微藻-生物炭复合生物肥处理成薄片状、粉末状或者颗粒状。根据土壤类型，还可以将微藻-生物炭复合生物肥与占总肥料的比例为0-99.9%的有机肥、禽畜粪便、速效肥、矿渣、农作物废弃物或生物质热解残渣复配。本专利技术要解决的技术问题之二是提供用上述方法制备的微藻-生物炭复合生物肥。该微藻-生物炭复合生物肥以微藻和生物质热解所得的生物炭为主要作用基质，并可以针对不同土壤类型（板结或贫瘠土壤、盐碱土壤、酸化土壤、受污染土壤等），辅以其它常规有机肥、禽畜粪便、速效肥、矿渣、农作物废弃物或木醋、竹醋类生物质热解残渣。本专利技术以高固氮能力的微藻与富含有机碳的热解生物炭为主要基质制备微藻-生物炭复合生物肥，与传统土壤肥料相比，具有以下优点和有益效果：1.可以充分发挥固氮微藻和生物炭各自的优势，实现土壤的改良和修复，克服生物炭直接施用的缺陷；2.绿色低碳，可以减少化肥农药施用量，提高土壤肥力和种植植物产量；3.可以通过光合作用固定空气中的CO2（年固碳量达100g CO2/m2/年以上），实现土壤有机质含量的增加；4.可提高土壤酶活性，有利于提高土壤的吸收性能、缓冲性能和抗逆性能，将土壤颗粒胶结起来，变成稳定的团粒结构，改善土壤的物理、化学和生物特性，提高土壤保水、保肥和透气性能，为作物生长创造良好的土壤环境；5.生物肥中含有多种微量元素，其营养元素比较安全，而且这些物质是无毒、无害、无污染的自然物质，为生产高产、优质、无污染的绿色有机食品提供了必须条件，可以提高所种植作物的附加值30%以上；6.微藻可通过矿化有机磷增加土壤有效磷含量，为其他微生物的生存提供环境条件，从而有利于构建具有广适性的土壤微生物群落结构。附图说明图1是本专利技术的微藻-生物炭复合生物肥的制备流程示意图。具体实施方式为对本专利技术的
技术实现思路
、特点与功效有更具体的了解，本文档来自技高网...

【技术保护点】
微藻‑生物炭复合生物肥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1）分离土壤结皮中的代表性光合微生物，制备能代表该土壤原生微生物群落结构的属地藻种专属培养基；2）在光生物反应器中，利用步骤1）所得的培养基筛选、培养具有高固氮能力和高固碳能力的微藻藻种；3）富集步骤2）培养的微藻；4）在保持微藻活性的条件下，规模化养殖步骤3）富集的微藻；5）收集活性微藻；6）收集生物质热解所得的生物炭，并干化处理；7）将步骤5）中的活性微藻和步骤6）中的生物炭复配，得到微藻‑生物炭复合生物肥。

【技术特征摘要】
1.微藻-生物炭复合生物肥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）分离土壤结皮中的代表性光合微生物，制备能代表该土壤原生微生物群落结构的属地
藻种专属培养基；
2）在光生物反应器中，利用步骤1）所得的培养基筛选、培养具有高固氮能力和高固碳
能力的微藻藻种；
3）富集步骤2）培养的微藻；
4）在保持微藻活性的条件下，规模化养殖步骤3）富集的微藻；
5）收集活性微藻；
6）收集生物质热解所得的生物炭，并干化处理；
7）将步骤5）中的活性微藻和步骤6）中的生物炭复配，得到微藻-生物炭复合生物肥。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1），采用缺氮培养基平板法分离土壤
结皮中的代表性光合微生物。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2），光生物反应器条件为：1-15%CO2，
LED灯光照强度20-500μmol光子·m-2·s-1，20-35℃。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3），采用重力沉淀、过滤、气浮或离
心的方法富集微藻。
5.如权利要求1所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙予罕，非罗科，赵权宇，胡刚，范卫尧，孙鼎堃，肖亚宁，王东飞，
申请(专利权)人：中国科学院上海高等研究院，上海晋岳生物技术有限公司，山西潞安环保能源开发股份有限公司，埃克赛乐公司，
类型：发明
国别省市：上海;31