CN103073337A

CN103073337A - 一种利用纤维素酶促进秸秆降解来提高土壤肥力的方法

Info

Publication number: CN103073337A
Application number: CN2013100429845A
Authority: CN
Inventors: 韩玮; 何明; 聂俊华
Original assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Priority date: 2013-02-04
Filing date: 2013-02-04
Publication date: 2013-05-01

Abstract

本发明提供一种利用纤维素酶促进秸秆降解来提高土壤肥力的方法，属于生物降解及土壤肥料技术领域。所述方法，包括如下步骤：在日平均温度为20-29℃条件下，（1）将秸秆粉碎成长度为0.1-8cm小段，得到粉碎秸秆；（2）将纤维素酶液喷洒在粉碎秸秆上；（3）将喷洒了纤维素酶液的粉碎秸秆埋入土壤中。本发明提高土壤肥力的方法，利用外源纤维素酶加快秸秆还田后的腐解速度，减轻由于秸秆不能快速腐解而对下茬作物造成的负面影响，缓解焚烧秸秆对环境造成的压力的同时变废为宝；防止和减少化肥利用不当而对土壤环境造成的破坏，增加土壤养分，促进作物生长。

Description

一种利用纤维素酶促进秸秆降解来提高土壤肥力的方法

技术领域

本发明属于生物降解及土壤肥料技术领域，具体涉及一种利用纤维素酶促进秸秆降解来提高土壤肥力的方法。

背景技术

秸秆，古称藁，又称禾秆草，是指水稻、小麦、玉米等禾本科农作物成熟脱粒后剩余的茎叶部分，其中水稻的秸秆常被称为稻草、稻藁，小麦的秸秆则称为麦秆。在工业化以前，农民对秸秆的利用五花八门，非常丰富。比如在中国南方，人们将稻秆晒干储藏，可用作柴火，编织座垫、床垫、扫帚等家用品，铺垫牲圈、喂养牲畜，堆沤肥还田，甚至用于制作简易房屋的屋顶等，很少被直接浪费掉。中国近二十年来由于煤、电、天然气的普及、各种工业制品的丰富，农村对秸秆的需求减少，大量秸秆的处理成为了一个严重的社会问题，虽然法律禁止，但很多地方农民仍然直接在田地里燃烧秸秆，引发空气污染、火灾、飞机无法正常起降等后果。

作物生长时，需要从土壤吸收各种养分。向土壤中添加各种化肥，会增加生产成本，影响农民收入，而且化肥会引起环境面源污染等问题。

纤维素酶是一组可以水解纤维素的酶的总称，广泛应用于纺织，饲料，食品，轻工等各个领域。一般将纤维素酶分为三类：l）内切葡萄糖苷酶；2）外切葡萄糖苷酶；3）纤维二糖酶（β-葡萄糖苷酶），纤维素的分解需要纤维素内切酶、外切酶和纤维二糖酶的协同作用。首先，纤维素的晶体消失，继而纤维素发生分解，生成纤维二糖、戊二糖，最后纤维二糖酶将其分解成葡萄糖。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高土壤肥力的方法，利用外源纤维素酶加快秸秆还田后的腐解速度，减轻由于秸秆不能快速腐解而对下茬作物造成的负面影响，缓解焚烧秸秆对环境造成的压力的同时变废为宝；防止和减少化肥利用不当而对土壤环境造成的破坏，增加土壤养分，促进作物生长。

本发明的目的采用如下技术方案实现。

一种利用纤维素酶促进秸秆降解来提高土壤肥力的方法，包括如下步骤：在日平均温度为20-29 ℃条件下，

（1）将秸秆粉碎成长度为0.1-8 cm小段，得到粉碎秸秆；

（2）将纤维素酶液喷洒在粉碎秸秆上；

（3）将喷洒了纤维素酶液的粉碎秸秆埋入土壤中。

每克粉碎秸秆喷洒的酶液中纤维素酶活力为5-50 U。

所述纤维素酶的来源为绿色木霉。

所述秸秆为水稻秸秆、小麦秸秆和玉米秸秆。

每亩土壤秸秆的使用量为300-500 kg。

有益效果

1.采用本发明提供的方法，能够将土壤中秸秆的降解率提高25%以上，促进秸秆腐殖化进程，提高土壤有机质质量，有效缓解由于秸秆分解速度慢而对作物根系生长产生的不良影响。

2. 对比试验发现，添加外源纤维素酶的秸秆还田比秸秆直接还田的土壤中有效氮、磷等养分含量提高：有效氮含量可提高10%以上，有效磷含量可提高20%以上，增强了土壤肥力。另外，对比试验还发现，秸秆添加纤维素酶还田比秸秆直接还田能够促进后季作物生长，提高作物产量。

3. 采用本发明方法解决了秸秆资源的利用问题，变废为宝，防止焚烧秸秆带来的环境污染。

4. 本发明方法不会对环境造成二次污染，秸秆在土壤中可以降解，并增加土壤养分；减少了化肥的使用，避免了化肥污染，改善土壤生态环境，促进农业的可持续发展。

5. 成本适中，虽然酶制剂价格相对较高，活力在1000U/g的纤维素酶制剂价格在30元/kg左右。但是，外源纤维素酶用量很小。按秸秆半量还田计每亩地需要投入约50-500元即可，与使用化肥的价格相近。另外，随着发酵工艺的发展，酶制剂生产系统的多样化，酶制剂价格在今后很有可能继续降低，外源纤维素酶更可以作为肥料用在促进秸秆降解和增加土壤肥力上。

具体实施方式

为了说明采用本发明提高土壤肥力的方法对土壤进行处理能带来的有益效果，每个实施例中均设置对照处理方法。为了描述方便，将本发明提高土壤肥力的方法简称为施酶处理方法。施酶处理方法处理后的土壤简称为施酶处理土壤，对照处理法处理后的土壤简称为对照处理土壤。

日平均温度为一天2时、8时、14时、20时的平均气温。

实例1

选用羧甲基纤维素酶活性为1034 U/g，滤纸糖酶活性为9.92 FPU/g的绿色木霉产纤维素酶粉剂，购自北京房山酶制剂总厂。

土样来自上海市闵行区吴泾镇稻田土壤，水稻秸秆与土壤取自相同地块。在日平均温度为25-29 ℃条件下，对该土样分别采用施酶处理法和对照处理法进行处理。

施酶处理法如下：

（1）将水稻秸秆粉碎成长度为1mm的小段，得到粉碎秸秆。秸秆使用量为333kg/亩。

（2）将绿色木霉产纤维素酶粉剂配制成浓度为100U/g的纤维素酶液。将纤维素酶液喷洒在粉碎秸秆上。每克粉碎秸秆喷洒的酶液中纤维素酶活为25U。喷洒后，将粉碎秸秆与酶液混合均匀。

（3）将喷洒了酶液的粉碎秸秆埋入土壤（20cm的耕层深度内），将粉碎秸秆与土壤充分混合。

对照处理法与施酶处理法不同之处在于粉碎秸秆不添加酶液，直接翻埋入土壤。

分别向施酶处理土壤和对照处理土壤中移栽培育15天的水稻幼苗（秀水110），保持水深5-6 cm，水稻生长45天后检测地上部分生物量、地下部分生物量以及土壤有效氮、磷含量。

检测结果：各土壤移栽的水稻幼苗生长45天时，施酶处理土壤中有效氮、磷含量分别比对照处理土壤高出10.47%和 18.92%。施酶处理土壤上生长45天的水稻幼苗，其地上部分生物量、地下部分生物量和水稻幼苗叶绿素总量分别比对照处理土壤上的水稻幼苗高出33.15%、54.10%和28.63%。该结果说明外源纤维素酶可以通过促进纤维素降解，秸秆降解矿化而显著提高土壤肥力，促进土壤良性循环。

实例2

土样来自上海市闵行区吴泾镇稻田壤土，小麦秸秆与土壤取自相同地块。在日平均温度为25-29 ℃条件下，对该土样分别采用施酶处理法和对照处理法进行处理。

施酶处理法具体如下：

（1）将小麦秸秆粉碎成长度为1mm的小段，得到粉碎秸秆；秸秆使用量为333kg/亩，

（2）将绿色木霉产纤维素酶粉剂配制成浓度为100U/g的纤维素酶液。将纤维素酶液喷洒在粉碎秸秆上。每克粉碎秸秆喷洒的酶液中纤维素酶活为50U。喷洒后，将粉碎秸秆与酶液混合均匀。

（3）将喷洒过酶液的粉碎秸秆埋入土壤（20cm的耕层深度内），将粉碎秸秆与土壤充分混合。对照处理法与施酶处理法不同之处在于粉碎秸秆不添加酶液，直接翻埋入土壤。

分别向施酶处理土壤和对照处理土壤，移栽培育15天的水稻幼苗（秀水110），保持水深5-6 cm，水稻生长45天后检测地上部分生物量、地下部分生物量以及土壤有效氮、磷含量。

检测结果：各土壤移栽的水稻幼苗生长45天时，施酶处理土壤中有效氮、磷含量分别比对照处理土壤高出13.89%和 25.71%，施酶处理土壤上水稻幼苗地上部分生物量、地下部分生物量和叶绿素总量分别比对照处理土壤上的水稻幼苗高出54.79%、66.6%和38.84%。

实例3

选用羧甲基纤维素酶活性为1,000 U/g的绿色木霉产纤维素酶粉剂，购自北京房山酶制剂总厂。

土样来自山东省泰安市山东农业大学试验场地，玉米秸秆与土壤取自相同地块。在日平均温度为20-25 ℃条件下，对该土样分别采用施酶处理法和对照处理法进行处理。

施酶处理法如下：

（1）将玉米秸秆切割成长度为2cm长的小段，得到粉碎秸秆；秸秆使用量为500kg/亩。

（3）将喷洒过酶液的粉碎秸秆埋入土壤（20cm的耕层深度内），将粉碎秸秆与土壤充分混合。

分别在施酶处理土壤和对照处理土壤中播种小麦（山农优麦3号）。播种180 d后，检测各土壤上小麦的叶绿素含量、根系活力、株高、茎叶生物量，并都留部分小麦继续栽培，收获测定小麦产量。

检测结果为：播种180天后，施酶处理土壤上小麦的叶绿素含量、根系活力、株高、茎叶生物量分别比对照处理土壤上提高33.83%、48.60%、13.98%、44.53%；施酶处理土壤上小麦产量与对照处理土壤相比高出29.61%。

实例4

土样来山东省泰安市山东农业大学试验场地，玉米秸秆与土壤取自相同地块。在日平均温度为20-25 ℃条件下，对该土样分别采用施酶处理法和对照处理法进行处理。

施酶处理法如下：

（2）将绿色木霉产纤维素酶粉剂配制成浓度为100U/g的纤维素酶液。将纤维素酶液喷洒在粉碎秸秆上。每克粉碎秸秆喷洒的酶液中纤维素酶活为5U。喷洒后，将粉碎秸秆与酶液混合均匀。

检测结果为：播种180天后，与对照处理土壤相比，施酶处理土壤上小麦的叶绿素含量、根系活力、株高、茎叶生物量提高16.87%、23.65%、7.42%和30.74%；施酶处理土壤上小麦产量提高17.52%。

实例5

土样来山东省泰安市山东农业大学试验场地，小麦秸秆与土壤取自相同地块。在日平均温度为22-25 ℃条件下，对该土样分别采用施酶处理法和对照处理法进行处理。

施酶处理法如下：

（1）将小麦秸秆切割成长度为8cm长的小段，得到粉碎秸秆；秸秆使用量为500kg/亩。

分别在施酶处理土壤和对照处理土壤中播种玉米（农大108）。播种45 d后，检测土壤上玉米幼苗生长各项指标。

检测结果为：施酶处理土壤上玉米幼苗的茎叶生物量和根系生物量分别比对照处理土壤提高45.81%,51.70%；株高增加了13.15%，叶面积提高了12.07%，叶绿素含量提高了24.81%；主根长、根条数和根系活力分别增加了32.63%，19.51%，14.48%。

通过实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和实施例5可以看出，秸秆还田条件下外源纤维素酶可以显著增强土壤肥力，添加外源纤维素酶后土壤有效氮、有效磷分别有显著提高。并且可以改善了后季作物生长的养分环境，促进后季作物尤其是苗期的生长并显著提高产量。

Claims

1.一种利用纤维素酶促进秸秆降解来提高土壤肥力的方法，其特征在于包括如下步骤：在日平均温度为20-29 ℃条件下，

（1）将秸秆粉碎成长度为0.1-8 cm小段，得到粉碎秸秆；

（2）将纤维素酶液喷洒在粉碎秸秆上；

（3）将喷洒了纤维素酶液的粉碎秸秆埋入土壤中。

2.根据权利要求1所述利用纤维素酶促进秸秆降解来提高土壤肥力的方法，其特征在于每克粉碎秸秆喷洒的酶液中纤维素酶活力为5-50 U。

3.根据权利要求2所述利用纤维素酶促进秸秆降解来提高土壤肥力的方法，其特征在于所述纤维素酶的来源为绿色木霉。

4.根据权利要求3所述利用纤维素酶促进秸秆降解来提高土壤肥力的方法，其特征在于所述秸秆为水稻秸秆、小麦秸秆和玉米秸秆。

5.根据权利要求4所述利用纤维素酶促进秸秆降解来提高土壤肥力的方法，其特征在于每亩土壤秸秆的使用量为300-500 kg。