一种双层微胶囊生物土壤调理剂及其制备方法
1.技术领域
2.本发明涉及土壤调理剂技术领域，特别是涉及一种双层微胶囊生物酶调理剂及其制备方法。
3.

背景技术：

4.近年来，由于化学肥料的施用方法、习惯以及施用量不当，造成土壤的理化性质变差、土壤的肥力逐年降低、土壤板结及酸化等较为严重的问题。我国如今面临严峻的土壤环境污染问题，氮磷钾和多环芳烃超标过量是土壤面临的严重问题之一。针对土壤中农药残余量高、土壤板结及存在有毒有害有机物多的问题，现有技术也有不少利用微生物对土壤进行的修复的技术，如公开号为cn103305497b的中国专利文献公开了一种用于固定化酶修复有机污染土壤的微胶囊及其制备方法，公开号为cn111607404a的中国专利文献公开了一种复合菌土壤改良剂的制备方法及其制品，公开号为cn106190883a的中国专利文献公开了一种土壤改良复合菌组合物及其制备方法，这些现有技术在一定程度起到修复土壤的作用，但现有技术的生物土壤调理剂普遍存在有效时间短、需要反复补充使用，消耗量大但调理修复速度慢。
5.因此，针对现有技术中的存在问题，亟需提供一种对土壤调理修复效果好、速度快及持久有效的生物土壤调理技术。
6.

技术实现要素：

7.本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种对土壤调理修复效果好、速度快及持久有效的生物土壤调理双层微胶囊。
8.本发明的目的通过以下技术方案实现：提供一种生物土壤调理剂双层微胶囊，包括有外层缓释膜，外层缓释膜内含有基材、复合菌、有机磷降解酶和植物提取物微胶囊，按照重量份计算，基材包括有10份-25份葡萄糖、10份-20份白云石粉、50份-70份海藻酸钠；所述复合菌包括有2份-5份粉状毕赤氏酵母，2份-5份德克酵母，2份-5份乳酸片球菌、em菌3-6份；有机磷降解酶的含量为1份~3份；植物提取物微胶囊包括有缓释核膜和包裹于缓释核膜内的2份~5份植物提取物，植物提取物包括黄芪提取物和陈皮提取物。
9.优选的，所述黄芪提取物和陈皮提取物含量的比例为1：1。
10.优选的，按照重量份，所述基材包括有10份葡萄糖、10份白云石粉、50份海藻酸钠；所述复合菌包括有2份粉状毕赤氏酵母，2份德克酵母，2份乳酸片球菌、em菌3份；所述有机
磷降解酶的含量为1份；植物提取物微胶囊2份。
11.另一优选的，按照重量份，所述基材包括有25份葡萄糖、25份白云石粉、70份海藻酸钠；所述复合菌包括有5份粉状毕赤氏酵母，5份德克酵母，5份乳酸片球菌、em菌6份；所述有机磷降解酶的含量为3份；植物提取物微胶囊5份。
12.又一优选的，按照重量份，所述基材包括有18份葡萄糖、17份白云石粉、60份海藻酸钠；所述复合菌包括有3份粉状毕赤氏酵母，3份德克酵母，3份乳酸片球菌、em菌4份；所述有机磷降解酶的含量为2份；植物提取物微胶囊3份。
13.优选的，每颗双层微胶囊重量为1~5g，每颗双层微胶囊中复合菌总量超过1*107cfu/g。
14.本发明的另一目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种对土壤调理修复速度快且持久有效的生物土壤调理双层微胶囊。
15.本发明的另一目的通过以下技术方案实现：提供一种生物土壤调理剂双层微胶囊的制备方法，用于制备上述的生物土壤调理剂双层微胶囊，包括有以下主要步骤：（1）植物提取物微胶囊制备1.1 将壳聚糖溶于1%醋酸溶液中搅拌均匀，再加入黄芪提取物及陈皮提取物，35~40℃温度下搅拌至完全溶解，制得壳聚糖植物提取物溶液备用；1.2 将3：1体积比的液体石蜡和石油醚置于反应器中，加入乳化剂共同搅拌10~15min；1.3将壳聚糖植物提取物溶液缓慢加入到1.2的反应器中，38~45℃恒温超声分散；1.4 往1.3步骤中加入交联剂恒温搅拌反应2~4h；1.5 将1.4步骤的反应产物离心处理收集沉淀物用石油醚清洗，反复清洗至上层清液澄清；1.6 将1.5步骤清洗干净产物抽滤获得含有黄芪提取物和陈皮提取物的植物提取物微胶囊；（2）复合菌培养发酵2.1 将复合菌菌群放入发酵罐中，在往发酵罐里放入米糠、黄豆粉、牛奶、植物提取物微胶囊和水，保温培养发酵3~7天；（3）土壤调理剂制备3.1 将海藻酸钠粉末加入超纯水中，超声辅助搅拌，其中，海藻酸钠与水的质量比是1：50；3.2 将培养好的复合菌、机磷降解酶、葡萄糖、白云石粉和植物提取物微胶囊加入到凝胶中，搅拌混合，将混合液倒入模具中40~50℃烘干。
16.优选的，乳化剂占液体石蜡和石油醚的重量的0.5%～10%。
17.优选的，乳化剂占液体石蜡和石油醚的重量的5%。
18.优选的，所述的海藻酸钠粘度≥2000 cp。
19.本发明的有益效果：（1）本发明的生物土壤调理剂双层微胶囊主要成分是复合菌、有机磷降解酶和植物提取物微胶囊，三种有效成分被包括与缓释膜内，其中植物提取物微胶囊被包裹于外层
缓释膜内形成双层微胶囊结构，能够持久释放调理剂，从而延长生物土壤调理剂的作用时间，而且，植物提取物内的成分可以促进菌生长及产生有利于土壤调理的生物酶，既可迅速生效又保持了长期有效调理的作用，避免频繁多次施加，降低土壤调理的成本及工作量。
20.（2）本发明的复合菌包括有粉状毕赤氏酵母，德克酵母、乳酸片球菌和em菌，整体的复合菌具有生命力强、活性长的特点，能够对土壤进行持久有效的生物调理。em菌由大约80种微生物组成，是日本琉球大学的比嘉照夫教授研发的，该菌剂可以较快而稳定地占据土壤中的生态地位，形成有益的微生物菌的优势群落，对植物生长有益，对土壤也有一定的调理作用。经研究，本发明在em菌基础上再配以乳酸片球菌、毕赤氏酵母和德克酵母这三种菌以产生协同作用，获得的复合菌不仅对贫瘠的土壤具有营养化的作用，而且配合有机磷降解酶后对于氮磷钾含量过高的土壤也具有降低氮磷钾含量的有益效果，并让土壤的氮磷钾含量稳定于正常范围内，并且能够有效降低土壤中多环芳香烃的含量。其中，毕赤氏酵母可以跟乳酸菌及em菌协调发酵，相互促进发酵能力将有害物质变为无害物质并调理土壤有机质，同时，毕赤酵母刺激复合菌中的其它菌的增殖生长，延长整体调理剂的生物活性。德克酵母常用于酿酒增加香味，其它用途甚少，经研究，本发明将德克酵母跟乳酸片球菌、毕赤氏酵母及em菌制成复合菌配合本发明的植物提取物后具有非常突出的效果，德克酵母本身不具有发酵及直接调理土壤的功能，但其能够利用本发明的植物体植物微胶囊缓释出来物质很好地繁殖生产，同时和乳酸片球菌混合后能够激活酸性蛋白酶的活性，增强乳酸片球菌分解有机物及调理土壤的能力，而且德克酵母及其代谢产物对土壤中的病原微生物具有颉颃作用，可能抑制有害病原微生物，让土壤处于“健康”的状态。
21.（3）本发明的植物提取物微胶囊含有黄芪提取物和陈皮提取物，黄芪提取物主要含有皂苷、黄酮、多糖以及氨基酸等几类，陈皮提取物含有多糖、氨基素颜、多种小分子烯和醇以及类柠檬苦素。其中，多糖和氨基酸能够为复合菌提供丰富的影响，促进复合菌的生长、繁殖及代谢，延长整体调理剂的使用时间。皂苷由于苷元具有不同程度的亲脂性，糖链具有较强的亲水性而具有表面活性剂的功能，在土壤中能够疏松土壤的结构，促进土壤被复合菌发酵产出小分子有机酸，加快土壤调理恢复的速度及改善土壤板结状况。同时，黄芪提取物具有吸湿锁水的功能，有利于微生物的生长，营造良好的生物群落生存环境。陈皮提取物的醇类物质能够捕获有机污染物（如多环芳烃污染物）再由复合菌和降解酶处理有机污染物，醇类氧化生成有机酸使土壤复酸，同时，黄芪提取物也含有胆碱和甜菜碱等生物碱，共同营造ph值适合微生物生长繁殖的环境。黄芪提取物和陈皮提取物被包裹于缓释膜内，缓慢持久释放，带来长时间的有益作用。此外，陈皮提取物中的烯和醇具有挥发性能够吸引土壤中的小动物（蚯蚓、蚂蚁及跳虫等）并促进小动物的消化，利用小动物的生长、消化及活动来调理土壤。
22.（4）本发明通过植物提取物微胶囊持续提供微生物发酵所需的刺激性物质，可显著提升微生物制剂的浓度水平；采用本发明在土壤改良中加入特定的微胶囊包裹的微生物制剂，针对环境中某一特定的污染采取针对性处理，微生物酶可以高效分解有机污染物，产生对环境无害的二氧化碳和水，使这个体系的环境得到改善。
23.（5）本发明生物土壤调理剂双层微胶囊制备方法简单方便，而且制备的微胶囊缓释性能好，能够持久缓慢地释放有效成分，延长土壤调理剂的使用时间，减少使用次数，降低土壤调理的成本。
具体实施方式
24.结合以下实施例对本发明作进一步说明。
25.实施例1本实施例的生物土壤调理剂双层微胶囊包括有外层缓释膜，外层缓释膜内含有基材、复合菌、有机磷降解酶和植物提取物微胶囊，按照占微胶囊总质量的质量分数计算：基材包括有10kg葡萄糖、10kg白云石粉、70kg海藻酸钠；所述复合菌包括有2kg粉状毕赤氏酵母，2kg德克酵母，2kg乳酸片球菌、em菌3kg；有机磷降解酶的含量为1kg；植物提取物微胶囊包括有缓释核膜和包裹于缓释核膜内的2kg植物提取物，植物提取物包括黄芪提取物和陈皮提取物，本实施例中，黄芪提取物和陈皮提取物含量的比例为1：1。
26.其中，每颗双层微胶囊重量为1~5g，每颗双层微胶囊中复合菌总量超过1*107cfu/g。
27.本实施例的生物土壤调理剂双层微胶囊的制备方法，包括有以下主要步骤：（1）植物提取物微胶囊制备1.1 将壳聚糖溶于1%醋酸溶液中搅拌均匀，再加入黄芪提取物及陈皮提取物，35℃温度下搅拌至完全溶解，制得壳聚糖植物提取物溶液备用；1.2 将3：1体积比的液体石蜡和石油醚置于反应器中，加入乳化剂共同搅拌10min；乳化剂占液体石蜡和石油醚的重量的0.5%。
28.1.3将壳聚糖植物提取物溶液缓慢加入到1.2的反应器中，38℃恒温超声分散；1.4 往1.3步骤中加入交联剂恒温搅拌反应2h；1.5 将1.4步骤的反应产物离心处理收集沉淀物用石油醚清洗，反复清洗至上层清液澄清；1.6 将1.5步骤清洗干净产物抽滤获得含有黄芪提取物和陈皮提取物的植物提取物微胶囊；（2）复合菌培养发酵2.1 将复合菌菌群放入发酵罐中，在往发酵罐里放入米糠、黄豆粉、牛奶、植物提取物微胶囊和水，保温培养发酵3天；（3）土壤调理剂制备3.1 将海藻酸钠粉末加入超纯水中，超声辅助搅拌，其中，海藻酸钠与水的质量比是1：50；其中，海藻酸钠粘度≥2,000 cp；3.2 将培养好的复合菌、机磷降解酶、葡萄糖、白云石粉和植物提取物微胶囊加入到凝胶中，搅拌混合，将混合液倒入模具中40℃烘干。
29.需要说明的是，以上所有原料均可从市面世界购买获得。
30.实施例2本实施例的主要技术方案与实施例1基本相同，在本实施例中未作解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。本实施例的生物土壤调理剂双层微胶囊与实施例1的不同之处在于：基材包括有25kg葡萄糖、20kg白云石粉、50kg海藻酸钠；
所述复合菌包括有5kg粉状毕赤氏酵母， 5kg德克酵母， 5kg乳酸片球菌、em菌4kg；有机磷降解酶的含量为3kg；植物提取物微胶囊包括有缓释核膜和包裹于缓释核膜内的5kg植物提取物，植物提取物包括黄芪提取物和陈皮提取物，黄芪提取物和陈皮提取物含量的比例为1：1。
31.本实施例的生物土壤调理剂双层微胶囊制备方法与实施例1的不同之处在于：1.1 在40℃温度下搅拌至完全溶解；1.2搅拌15min，乳化剂占液体石蜡和石油醚的重量的10%；1.3 在45℃温度下恒温超声分散；1.4搅拌反应4h；2.1保温培养发酵7天；3.2 在50℃温度下烘干。
32.实施例3本实施例的主要技术方案与实施例1或者实施例2基本相同，在本实施例中未作解释的特征，采用实施例1或者实施例2中的解释，在此不再进行赘述。本实施例的生物土壤调理剂双层微胶囊与实施例1的不同之处在于：基材包括有18kg葡萄糖、17kg白云石粉、60kg海藻酸钠；所述复合菌包括有3kg粉状毕赤氏酵母，3kg德克酵母，3kg乳酸片球菌、em菌6kg；有机磷降解酶的含量为2kg；3kg植物提取物。
33.本实施例的生物土壤调理剂双层微胶囊制备方法与实施例1的不同之处在于：1.1 在38℃温度下搅拌至完全溶解；1.2搅拌12min，乳化剂占液体石蜡和石油醚的重量的5%；1.3 在40℃温度下恒温超声分散；1.4搅拌反应3h；2.1保温培养发酵5天；3.2 在45℃温度下烘干。
34.对比试验测试1：缓释复合菌含量测试精准称取20mg实施例1、2和3制备生物土壤调理剂双层微胶囊，溶于40ml ph值为6.8的pbs缓冲液，于37℃、150r/min 条件下进行溶出实验。于设定的时间点（0.5h，1h，3h，6h，12h,24h,72h，120h）取样5ml，4000r/min 下离心5min，测定上清液吸光度值计算复合菌浓度。其中，在分光光度计上测定od值时以含有与实施例1~3分别相同含量黄芪提取物及陈皮提取物、ph值为6.8的pbs缓冲液作为空白对照调零，即测试实施例1~3均需预先做空白对照调零再测定被测溶度中复合菌的吸光度。为了对比黄芪提取物及陈皮提取物对复合菌影响，另增加一个对照试验，对照试验中的生物土壤调理剂双层微胶囊除了不添加植物提取物微胶囊，其它用料及操作方法均相同。测试数据(复合菌浓度单位为cfu/ml)如下：表1上述四个实验结束后，每个试验取5ml 混悬液离心分离出微胶囊，加5ml 新鲜pbs，超声破坏微胶囊结构，将处理后混悬液于4000r/min 下离心5min，测定上清液吸光度
值计算未溶出有效成分占比（未释放含量，重量百分比含量），测试数据如下：表2观察表1可知，加入植物提取物微胶囊的土壤调理剂可以促进复合菌的生产繁殖，使得使用过程复合菌的菌数量大于投入时的数量，由此可推断，本发明的土壤调理剂能够对土壤进行长时间地调理。
35.观察表2可知，经过120小时后，使用本发明方法制备的生物土壤调理剂双层微胶囊还有30%以上的含量，缓释性能优异。
36.对比试验测试2：土壤残余农药调理测试试验方法：（1）准备7份从具有残余农药土壤样本备用，每份土壤重量100g，并将土壤装入培养盒，试验过程中保持相同的，恒定的温度、湿度及通气条件；（2）准备5份调理剂，分别为1~5号调理剂，每份调理剂的重量为3g；1号调理剂：实施例2制备的生物土壤调理剂；2号调理剂：除了不添加毕赤氏酵母，其它与1号调理剂相同，少了的毕赤氏酵母的量用1：1：1德克酵母、乳酸片球菌和em菌等量替代；3号调理剂：除了不添加德克酵母，其它与1号调理剂相同，少了的德克酵母的量用1：1：1毕赤氏酵母乳酸片球菌和em菌等量替代；4号调理剂：除了不添加乳酸片球菌，其它与1号调理剂相同，少了的乳酸片球菌的量用1：1：1德克酵母、毕赤氏酵母和em菌等量替代；5号调理剂：除了不添加植物提取物微胶囊，其它与1号调理剂相同；6号调理剂：除了不添加em菌，其它与1号调理剂相同，少了的em菌的量用1：1：1德克酵母、毕赤氏酵母和乳酸片球菌等量替代。
37.（3）将5份调理剂分别溶于20ml水配成一次调理液，并分别喷淋到1份土壤样品中，留一份空白土壤样品作为对照，开始调理土壤3个月。每10天喷淋一次调理液，第92天取样测试，每种测试取样重量为10g，（4）选取几种特定物质测定含量变化4.1 土壤中六六六总量测定，测定方法参照《gb/t 14550土壤质量六六六和滴滴涕的测定气相色谱法》；4.2 土壤中滴滴涕总量测定，测定方法参照测定方法参照《gb/t 14550土壤质量六六六和滴滴涕的测定气相色谱法》；4.3土壤中多环芳烃总量测定，测定方法参照《iso 13859-2014 土壤质量. 利用气相质谱法 (gc) 和高性能液相色谱法 (hplc) 进行多环芳烃 (pah) 的测定》。
38.测试数据（含量单位为mg/kg）如下：表3从表3可知，本发明能够很好地降低土壤中残余农药及多环芳烃的含量，而且1号符合菌的效果明显比其它的好，可见总体复合菌调理土壤的效果比其他混合菌效果好，原因在于本发明特定几种菌能够产生1+1＞2的效果，具有显著的进步。其中，在本试验中，3号和5号产品去除多环芳烃的效果尽管比6号稍好，但是比其他调理剂效果差得多，由此可反推德克酵母在去除多环芳烃具有不错的效果，同样通过不含植物提取物微胶囊的5号调理
剂效果比1至4号差可以反推植物提取物微胶囊本身具有消除多环芳烃的作用，或者可以促进复合菌去除有机农药残余无及多环芳烃，又或者植物提取物微胶囊内某些成分在复合菌作用下可以与有机有害物发生反应（具体机理尚未明确），尽管植物提取物微胶囊中的成分如何与多种菌反应达到消除有毒有害物的机理尚未明确，但不影响整体产生的有益效果。
39.对比试验测试3：较低氮磷钾含量土壤调理测试试验方法：（1）准备7份从同一地方采集的氮磷钾含量较低需调理的土壤样本备用，每份土壤重量100g，并将土壤装入培养盒，试验过程中保持相同的，恒定的温度、湿度及通气条件；（2）准备5份调理剂，分别为1~5号调理剂，每份调理剂的重量为3g；1号调理剂：实施例2制备的生物土壤调理剂；2号调理剂：除了不添加毕赤氏酵母，其它与1号调理剂相同，少了的毕赤氏酵母的量用1：1：1德克酵母、乳酸片球菌和em菌等量替代；3号调理剂：除了不添加德克酵母，其它与1号调理剂相同，少了的德克酵母的量用1：1：1毕赤氏酵母乳酸片球菌和em菌等量替代；4号调理剂：除了不添加乳酸片球菌，其它与1号调理剂相同，少了的乳酸片球菌的量用1：1：1德克酵母、毕赤氏酵母和em菌等量替代；5号调理剂：除了不添加植物提取物微胶囊，其它与1号调理剂相同；6号调理剂：除了不添加em菌，其它与1号调理剂相同，少了的em菌的量用1：1：1德克酵母、毕赤氏酵母和乳酸片球菌等量替代。
40.（3）将5份调理剂分别溶于20ml水配成一次调理液，并分别喷淋到1份土壤样品中，留一份空白土壤样品作为对照，开始调理土壤3个月。每10天喷淋一次调理液，第92天取样测试，每种测试取样重量为10g，（4）特定物质含量测定4.1 碱解氮的测定；4.2 速效磷的测定；4.3 有效钾的测定；4.1~4.3均采用土壤检测仪检测,测试数据（含量单位为mg/kg）如下：表4通过表4数据分析可知，仅经过3个月的调理，有效可吸收的氮磷钾含量均有一定程度的上升，可见本发明的土壤调理剂双层微胶囊对土壤具有费力恢复作用，实际调理时，对于营养贫瘠土壤本发明的土壤调理剂双层微胶囊还可搭配粪便等有机肥共同使用，达到快速调理且肥力持久的效果。从表4还可知，缺少em菌的6号调理剂对土壤富营养化的效果最差，乳酸片球菌次之，由此推出em菌和乳酸片球菌是调理土壤营养化的主要成分，其他成分辅助协同反应。1号和其它调理剂相比调理效果最好，由此推出复合菌比其它组分效果更好，菌种之间产生了相互促进的有益协同作用。2号调理剂、3号和4号调理剂也可以增加有效氮磷钾的含量，其中，3号调理剂调理能力比2号好，4号和6号调理剂调理能力较差，对比分析可知，具有植物提取物微胶囊的复合菌调理土壤效果最好，毕赤氏酵母、德克酵母可与乳酸片球菌及em菌发挥协同作用，获得比单一菌或者两种菌的调理效果好。
41.5号调理效果比1号效果差，可推出植物提取物微胶囊中的黄芪提取物和陈皮提取
物也能够促进复合菌代谢以提高调理能力。此外，实验中，间隔10天补充调理剂仍能获得优异的土壤恢复效果，可间接本发明的双层微胶囊结构具有良好的缓释性能，能够持久生效。
42.对比试验测试4：土壤ph值测试（1）准备4份从同一地方采集的土壤样本备用，每份土壤重量100g；（2）取1份土壤样品作为对照样品，编号为1号；将3份土壤样本分别混入5g实施例1的生物土壤调理剂双层微胶囊，分别编号为2号、3号和4号；（3）将4份土壤样品放入相同的培养箱中，保持温度为22~28℃，每隔24小时喷洒蒸馏水以及翻动一次，水量能够使土壤润湿即可，如此培养调理至第30天取出；（4）从1至4号分别取出10g土壤于4个小烧杯中，往烧杯加入100ml蒸馏水充分搅拌；（5）校准ph计；（6）将ph分别插入4个小烧杯溶液中测试1至4号溶液的ph值，每次测量不同溶液前要用蒸馏水将ph计的电极清洗干净。
43.测试数据如下：表5从表5可知，经过30天的调理，土壤的ph有一定的下降，由此可推出本发明的产品能够解决土壤板结板结的问题。
44.最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案说明而非对权利要求保护范围的限制。本领域的普通技术人员参照较佳实施例应当理解，并可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，但属于本发明技术方案的实质相同和保护范围。