CN102627482A - 微生物肥料土壤节水技术 - Google Patents

Abstract

微生物肥料土壤节水技术属于生物工程技术领域。我国耕地面积的一半以上处于水资源紧缺的干旱、半干旱地区，农业节水是提高粮食总产和保障粮食安全的战略需要。本发明选用半干旱土样中优秀功能菌枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌。在15%含水量条件下正常生长，进行工业化生产以不同浓度适配制成复合微生物菌剂和菌肥。该菌剂和菌肥改善土壤结构，提高通透性，切断毛细管限制土壤水分蒸腾散发，细菌胶体复合体和菌体比表面积大亲水性保水性好，达到节水30%效果，并能提高单产。

Description

微生物肥料土壤节水技术

技术领域

《微生物肥料土壤节水技术》属于生物工程技术领域。涉及生物学的微生物学、分子生物、土壤微生物学、生物化学和细胞学，涉及土壤动力学、土壤化学，土壤水动力学；结合化工、机械等现代工程技术。 

背景技术

我国是一个干旱缺水严重的国家。淡水资源总量为28000亿立方米，占全球水资源的6％，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，居世界第四位。但人均只有2200立方米，仅为世界平均水平的1／4、美国的1／5，在世界上名列121位，到2030年还要降到1800立方米，是全球13个人均水资源最贫乏的国家之一。 扣除难以利用的洪水泾流和散布在偏远地区的地下水资源后，中国现实可利用的淡水资源量则更少，仅为11000亿立方米左右，人均可利用水资源量约为900立方米。 

土壤水通量。根据陆面蒸散发量和地下水排泄量估算，全国土壤水通量约为4.2万亿立方米(约占降水总量的67%)，其中约有16%通过重力作用补给地下含水层，最后由河道排泄形成河川基流量，其余3.5万亿立方米消耗于土壤和植被的蒸散发。在不开采地下水的情况下，部分水量以潜水蒸发的形式消耗，通过地下水开采，可以从蒸发中夺取部分水量加以利用。经过计算，平均年潜水蒸发量在北方平原地区为844亿立方米，在南方平原地区为119亿立方米。 

我国水资源的时空分布不均衡，与耕地、人口的地区分布也不相适应。在全国总量中，耕地约占36％、人口约占54％的南方，水资源却占81％，而耕地占45％、人口占38％的北方七省市，水资源仅占9．7％。在时空分布上也不平衡，70％左右的雨水又集中在夏、秋两季，多以暴雨形式出现。大量淡水资源集中在南方，北方淡水资源只有南方水资源的1／4。水资源是量与质的高度统一，水的污染降低了水资源的质量，由于污水排放量和毒性的增加，污水排放前又未能全部妥善处理，更加剧了水资源的紧缺。日趋严重的水污染不仅降低了水体的使用功能，对中国正在实施的可持续发展战略带来了严重影响，而且还严重威胁到城市居民的饮水安全和人民群众的健康。 

我国对水土资源不合理的开发利用，加剧了水土流失。目前，中国水土流失面积356万平方公里，占国土面积37%，每年流失的土壤总量达50亿吨。严重的水土流失，导致土地退化、生态恶化，造成河道、湖泊泥沙淤积，加剧了江河下游地区的洪涝灾害。由于干旱和超载过牧，导致草原出现退化、沙化现象。我国耕地面积的一半以上处于水资源紧缺的干旱、半干旱地区。如果说北方资源性缺水日益严重令人忧心，南方多水的的局面也发生了变化，近年广西、四川、云南大旱已造成生活用水的困难。就生产用水来说，在宁夏的一些地方，每亩水稻一年大约需要浇2000多立方米水，一亩小麦得1200多立方米水。中国农村普遍的水资源利用率只有40％左右。在宁夏，每公斤大米耗水超过两吨。大水漫灌如果真的对庄稼有好处，倒也罢了，但事实上这种做法是引起土地盐碱化的最根本原因。在河北省这个人均水资源比以色列还少的地区，靠大量超采地下水，掩盖着极度缺水这一重要事实。全省累计超采地下水600亿立方米，其中深层地下水300亿立方已无法补充。再有15年，石家庄的地下水就能采完。现在，华北平原已拥有全世界面积最大的地下复合漏斗区，达四五万平方公里。西部的许多地区，因地下水超采严重，大片已成活多年的树木枯死。时间上不均匀的水资源的变化需要由水库来调节。建国以来，我国兴建了大量水库，但由于水源工程建设投资额大，投资回报率不高，难以吸引更多建设资金。这种由工程滞后原因造成的工程型缺水在中部和西部地区尤其明显。 

进入21世纪，我国经济发展速度较快，全国总用水量比80年代增加了30%，而农业用水总量基本没有增加。全国农业用水量在总用水量中所占比例不断下降，水资源供需矛盾进一步加剧。2010年全国总供水量为6200～6500亿立方米，相应的总需水量将达7300亿立方米，供需缺口近1000亿立方米，2030年全国总需水量将达10000亿立方米，全国将缺水4000～4500亿立方米。也就是说，在今后30年中，水资源供水量要增加4000～4500亿立方米，完成这项任务非常艰巨。 

以色列的自然条件比我国西部的许多地方更为恶劣，但以色列不但居家过日子极重节水———马桶上都有两个按钮，小便用小水、大便用大水。在生产中，享誉世界的节水农业不但使世界上最缺水国家之一的以色列成为世界农产品出口大国，同时，它出口节水农业技术与设备的收入更超过出口农产品的收入。我国近年来安排大量的西部省区领导人去以色列访问，但除了进口一些以色列的节水设备以外并无大的收益。 

本发明采用农业生物技术进行节水，使土壤节水达30%。本发明用活体微生物进行大面积农田节水获得成功。2003年开始本发明采用枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌制成的《丹路复合微生物菌剂》、《丹路生物有机肥》，在河北张家口，山西大同，内蒙临河、乌兰察布；国外澳大利亚南部维多利亚红壤沙荒地都有成功的示范。节水效果主要表现在：作物成活率高，达75%以上，对比10-23%；枯死率低20-30%，对比80-100%；节水高于对比30%以上。 

本技术土壤节水主要原理。①《丹路复合微生物菌剂》、《丹路生物有机肥》施入土壤丹路功能菌产生多糖、胶质促使土壤团粒结构生成，切断土壤毛细管限制水分蒸腾散发，促使土壤保肥保水。②丹路菌剂、菌肥细菌胶体复合体的比表面积为145 ㎡/g,分别是红壤胶体和高岭石的 3.5和7倍，远高于周围土壤。土壤的亲水性是土壤胶体的一个重要属性。它不仅与土壤胶体的许多其它重要性质(如胶体的分散、絮固、胶溶、胶凝和老化等)密切相关,而且对土壤的结构特性,水分状况和吸附性能等也有一定的影响。土壤胶体颗粒具有亲水性主要在于它的水合作用。细菌胶体复合体的比表面积大蓄水功能是作物根系周围土壤3-4倍。在农业生产节水方面尤其重要。③丹路功能菌生命过程凝絮水分，菌体明显地吸水膨胀水分占体重98%以上。当外界湿度低于体内时并不失水。因为菌体内有液泡，液泡内充满水分和盐分，有时含有异染颗粒、类脂。液泡具有调节渗透压的功能，防止失水并保障液泡内物质与细胞质进行物质交换维持生命。当极度干旱时这部分水仍能维持植物根系数周甚至数月，遇水后立即复原。丹路微生物肥活菌含量2亿/克，菌体长1.6-4.0μm宽0.5-0.8μm，比表面积147 ㎡/g，蓄水功能强，并且能凝结吸收空气水分（附表1-3）。 

发明内容

本发明选用北方干旱土壤中优秀功能菌进行工业化生产制成菌剂，用菌剂适配有机质制成生物有机肥。从来自北京郊区、河北、内蒙古、甘肃等地区的半干旱土样中分离得到5株枯草芽孢杆菌，5株地衣芽孢杆菌，3株胶质芽孢杆菌。三种菌各筛选出一株能够在15%水分条件下正常生长的菌株，经工业化生产，以不同浓度适配制成复合微生物菌剂。复合微生物菌剂与草炭、腐植酸、农业废弃物饼粕等有机物复配制成生物有机肥。该菌剂和菌肥改善土壤结构，提高通透性，切断毛细管限制土壤水分蒸腾散发，细菌胶体复合体和菌体亲水性保水性好，达到节水30%效果。丹路复合微生物菌剂和生物有机肥均获得农业部正式登记证。 

具体实施方法 

一、制造粉状农用微生物菌剂主要工艺分两部分，液体发酵和固体吸附。

1.液体菌剂发酵工艺过程是将菌种接入一级发酵罐发酵，控制罐内温度、溶氧、压力、pH值、搅拌转速等数据，使菌体快速分裂生长。当菌数达到要求后，就可以停止发酵降温放罐结束工作。也可以根据需要和设备条件继续接入二级发酵罐发酵，三级发酵罐发酵扩大产量。 

2.固体吸附工艺过程是将经过发酵合格菌液按比例掺入粉状吸附剂，经过搅拌就成为粉状农用微生物菌剂。固体吸附剂为草炭和腐植酸一般要求颗粒度80目以上。 

3.复合微生物菌剂制造工艺过程是将草芽孢杆菌，地衣芽孢杆菌，胶质芽孢杆菌按5:3:3比例混合。 

4.复合微生物菌剂总含菌量5亿/克。 

二、制作生物有机肥的具体方法。 

1. 粉状生物有机肥制造，复合微生物菌剂:草炭:腐植酸:农业废弃物饼粕,按1:3:3:3比例混合。要求含有活体杆菌＞0.2亿/克。 

2. 颗粒状生物有机肥制造，复合微生物菌剂:草炭:腐植酸:农业废弃物饼粕按1:2:5:2比例混合造粒。要求含有活体杆菌＞0.1亿/克。 

   附表： 

表1.  丹路菌剂、丹路菌肥对乌兰布和沙地文冠果出苗率、枯死率的影响    

处 理	出苗率(%)	比对照高(%)	枯死率(%)	比对照低(%)
					丹路菌肥	75.00	324	26.30	31.91
丹路菌剂	77.25	334	24.92	30.24
					对照	23.13	0	82.42	0

表2.            澳大利亚南部维多利亚丹路菌剂红壤小麦节水对比

处 理	喷灌 (公升/公顷)	产量(公斤/公顷)	对照节水(%)
				丹路菌剂	1000	1821	33.3
对照	1500	1743	—

表3.     内蒙临河丹路菌剂、丹路菌肥对土壤含水量的影响

 

Claims (10)

1.使用微生物菌剂土壤节水。

2.使用复合微生物菌剂土壤节水。

3.使用枯草芽孢杆菌土壤节水。

4.使用地衣芽孢杆菌土壤节水。

5.使用胶质芽孢杆菌土壤节水。

6.使用枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌复合微生物菌剂土壤节水。

7.使用含有枯草芽孢杆菌生物有机肥土壤节水。

8.使用含有地衣芽孢杆菌生物有机肥土壤节水。

9.使用含有胶质芽孢杆菌生物有机肥土壤节水。

10.使用含有枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌复合微生物菌剂生物有机肥土壤节水。