[發明專利]一種利用生物炭降低土壤及蔬菜中抗生素和抗性基因的方法

在審

• 申請號: 201710414408.7
• 申請日: 2017-06-05
• 公開（公告）號: CN107306563A
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發明（設計）人: 段曼莉;谷潔;王小娟;李海超;高華
• 申請（專利權）人: 西北農林科技大學;楊凌維豐生物科技有限公司
• 主分類號: A01C21/00
• 分類號: A01C21/00;A01G1/00;C05G3/04
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所61215
• 代理人: 段俊濤

技術領域

本發明屬于農田土壤修復技術領域，特別涉及一種利用生物炭降低土壤及蔬菜中抗生素和抗性基因的方法。

背景技術

由于抗生素不僅能夠防治疾病，而且能夠提高飼料利用效率、促進畜禽生長，因此，獸用抗生素作為飼料添加劑在集約化畜禽養殖場得到了廣泛使用。2010年，中國是全球抗生素消費最大國，約占世界抗生素使用量的23％。但抗生素不能在動物體內完全代謝降解、吸收，30％～90％的抗生素以母體的形式隨糞便排出體外，導致畜禽糞便中殘留高濃度的抗生素。并且這些抗生素是耐藥菌有效的選擇器，它的濫用會導致抗生素抗性基因的增加。由于未經處理的畜禽糞便農用、地表徑流、污水灌溉，抗生素和抗性基因會在土壤中富集，促使土壤成為抗生素和抗性基因的重要儲存庫。這些抗性基因作為一種新型環境污染物，不僅能在菌株間垂直傳播，還可以整合到一些可移動基因元件上(如質粒、轉座子、整合子等)，通過基因水平轉移在微生物之間轉移，一旦通過食物鏈轉移到人類的致病菌中，將會導致抗生素治療失效，人類無藥可用。因此，土壤和作物中抗生素和抗性基因的有效去除是未來確保食品安全和人類健康的重要研究課題。

使用土壤吸附劑是降低土壤中抗生素有效性的一種主要方式，以此防止抗生素向植物體內積累和轉移，從而減少抗生素對植物和人類的影響。研究表明傳統的吸附劑例如沸石、高嶺石等對有機物的吸附能力較生物炭弱。生物炭可通過它與抗生素所帶的芳香環組成的π-π鍵來吸附抗生素，降低土壤中抗生素的有效性，并且生物炭巨大的比表面積和微孔結構為土壤微生物提供更大的空間和營養物質，便于其生長繁殖，從而促進抗生素的微生物降解。一般情況下，高溫生物炭比低溫生物炭對有機物的吸附效果更明顯，所以，選擇合適的生物炭裂解溫度是極為重要的。現有研究中對生物炭修復土壤有機物的添加比例沒有統一的認識。根據土壤性質、作物種類和生物炭性質的不同，生物炭的添加比例一般為1％、2％或5％，如果生物炭添加過多或過少都會損害土壤質量，降低農產品產量和品質，這就需要大量實驗驗證，選擇最優的生物炭添加比例來作為土壤改良材料。另外，雖然生物炭的添加對土壤質量和有機物的吸附方面有了大量研究，但是對土壤和植物中抗性基因的影響尚未報道。因此，尋找一種高效低成本的土壤改良劑來降低土壤和蔬菜中抗生素和抗性基因是具有現實意義的。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種利用生物炭降低土壤及蔬菜中抗生素和抗性基因的方法，通過制備吸附效果較強的生物炭，并將其施入受抗生素和抗性基因污染的土壤中，實現土壤修復，以保護食品安全和人類健康。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種利用生物炭降低土壤及蔬菜中抗生素和抗性基因的方法，包括如下步驟：

(1)生物炭原料和預處理；

(2)炭化裂解；

(3)生物炭的生成；

(4)有機肥來源：將曬干的畜禽糞便和作物秸稈進行混合，調節C:N比為25:1，含水量為55％～60％，好氧堆肥50天左右制成腐熟的有機肥；

(5)農田培肥：將所得有機肥和生物炭作為添加物施入土壤，充分混勻；

(6)蔬菜種植過程：平衡兩周后種植蔬菜，種子發芽后進行間苗，培養期間保持土壤含水量為最大持水量的70％，待蔬菜成熟后收獲。

所述步驟(1)中，生物炭原料選用修剪果樹后的廢棄枝條，初步烘干后粉碎至1cm左右，所述步驟(2)中，將果樹枝條放入炭化爐內，高溫缺氧炭化3h進行熱解氣化反應，所述步驟(3)中，待固體冷卻至室溫后取出黑色殘渣，磨碎過1mm篩得到生物炭。

所述步驟(2)中，炭化爐設定熱解終溫為500℃。

所述有機肥施用比例為土壤質量的10％，以保證為作物生長提供足夠的營養成分，生物炭施用比例為土壤質量的2％。

本發明所修復的土壤為長期施用畜禽糞肥導致抗生素和抗性基因含量較高的土壤。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

(1)本發明中生物炭的制備方法簡單，原料豐富，時間和經濟成本較小。用果樹枝條為原料和熱解溫度為500℃條件下生產的生物炭比一般秸稈生物炭的比表面積較大，微孔結構較多，是較理想的土壤改良材料。

(2)本發明的施肥方式操作簡單，適用于小型盆栽種植也可應用于農田土壤改良。