CN103333694B - 一种将土壤无效磷转化为有效磷的微生物菌剂及其制备方法和应用 - Google Patents
一种将土壤无效磷转化为有效磷的微生物菌剂及其制备方法和应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种将土壤无效磷转化为有效磷的微生物菌剂及其制备方法和应用,包括如下步骤:(1)在有覆水的水稻田中取土样,在ORP≤-300mV的厌氧环境中、避光且持续添加培养基进行培养,从中富集具有产磷化氢能力的混合菌株;(2)将微生物菌剂与水稻土混合,然后将上述混合物与产碱性磷酸酶菌株混合均匀,经干燥制得微生物菌剂。本发明应用功能微生物复合菌剂对低产土壤中无效磷的应用状况进行改善,增加土壤中特定微生物的数量,改善土壤的微生态条件,提高土壤中有效磷的含量及植物对土壤磷的利用率,同时可以使作物增产增质。
Description
技术领域
本发明涉及生物技术领域,具体地涉及一种能将土壤无效磷转化为有效磷的微生物方法。
背景技术
土壤是人类赖以生存和发展的极其重要的物质基础,磷是土壤中最重要的元素之一。目前在我国74%的耕地土壤缺磷,土壤本身所含磷大多呈无效态,但是促进植物生长所需的磷主要是可溶性磷酸盐。由于土壤酸度的影响和磷肥的固定作用以及植物的低利用性,使用示踪磷肥料,测定当季作物对磷肥的吸收率只有10%-30%。
由于缺乏配方施肥,为了求得高产,菜农超高量使用氮、磷肥料,最终导致土壤中磷大量富集。土壤中富集的磷95%以上为无效磷,不仅会造成不必要的浪费,还会影响植物对其他营养元素的吸收。同时磷过量会影响土壤的酸碱度,进而影响土壤中的微生物。此外,土壤中磷大量富集也会导致水体磷含量的提高,污染水体而使水体富营养化,破坏生态环境。20世纪80年代以来,蔬菜大棚大力发展,由于其很弱的雨水淋溶作用,磷的利用率进一步下降。
要解决土体中磷过量的问题,目前的解决办法就是在土壤中施入微生物解磷菌肥。关于解磷增效的机理普遍认为主要是由于解磷菌株的在代谢和活动中产酸或土壤环境由于有机质腐解作用产酸,沉积在土壤中的以无机磷酸盐形式存在的磷在酸性条件下解出,难溶有机磷酸盐则是通过解磷微生物的矿化作用被解出。但是由于菌剂施加不均匀等原因,土壤中能被植物所利用的有效磷分布并不均匀,植物吸收利用受到部分限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种能将土壤无效磷转化为有效磷的微生物方法,能提高土壤中无效磷的利用率。将无效磷转化为有效磷可提高植物对土壤磷的利用率,本发明采用的方法是对水稻田的土样采用自制的厌氧混合连续流反应装置进行培养,从中富集具有产磷化氢能力的混合菌株,然后将现有的产碱性磷酸酶的菌株与具有产磷化氢能力的菌株混合,制成微生物制剂,最后将微生物制剂施加到植物的根际土中以实现将土壤中的无效磷转化为有效磷。
本发明的目的通过以下技术方案实现:
一种将土壤无效磷转化为有效磷的微生物菌剂的制备方法,包括如下步骤:
(1)在有覆水的水稻田中取土样,在ORP≤-300mV的厌氧环境中、避光且持续添加培养基进行培养,从中富集具有产磷化氢能力的混合菌株;
(2)将微生物菌剂与水稻土混合,然后将上述混合物与产碱性磷酸酶菌株混合均匀,经干燥制得微生物菌剂。
优选地,所述微生物菌剂、水稻土与碱性磷酸酶菌株的质量比为1:2:1,所述水稻土含水量≤10%。
优选地,所述培养基为:酵母膏0.13g,KH2PO40.5g,K2HPO40.5g,MgSO4·7H2O0.12g,CaCl20.12g,(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O0.11g,pH6.10~7.10;碳源为葡萄糖1.0g,乙酸钠0.15g,氮源为蛋白胨1.0g,氯化铵0.15g,蒸馏水1000ml。
优选地,所述产碱性磷酸酶菌株为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)。
优选地,步骤(1)所述土样还经如下预处理:将所取得土样置于磷化氢浓度为200ppm的密封容器中,置于摇床上运行24小时,再在大气环境中置于摇床运行10min,静止20min;以上操作为一个周期,连续三个周期。
优选地,步骤(2)所述干燥的条件为温度35℃,时间5小时,水份控制≤24%。
农田土壤中AL-P和Ca-P是土壤中有效磷的主要来源之一,通过人工的作用,在土壤中施加能够产生磷化氢的微生物,然后土壤中的无效磷可以通过产磷化氢微生物的作用还原成磷化氢;磷化氢在非厌氧环境中可以被氧化为次磷酸盐以及亚磷酸盐,最终以植物可利用的磷酸盐的形式存在于土壤环境中被植物吸收利用;未被植物吸收利用的磷酸盐又可能会转化为难以被植物吸收利用的无效磷的形式,产磷化氢微生物继续作用;在这样的循环中,通过产磷化氢微生物的作用可以将土壤中植物难以利用的无效磷转化为有效磷,从而实现将土壤中的磷最大化地被植物吸收利用;碱性磷酸酶(alkaline phosphatase EC3.1.3.1简称为AP)是一种水解酶,能催化几乎所有的磷酸单醋的水解反应,产生无机磷酸和相应的醇、酚或糖,其可以实现将植物难以吸收利用的有机磷转化为磷酸盐。将能产生碱性磷酸酶的微生物和产磷化氢的微生物按照一定的比例混合,可以最大化地把土壤中的无效磷转化为可被植物利用的形式。
与现有技术相比,本发明具有如下优点:
(1)本发明应用功能微生物复合菌剂对低产土壤中无效磷的应用状况进行改善,增加土壤中特定微生物的数量,改善土壤的微生态条件,提高土壤中有效磷的含量及植物对土壤磷的利用率,同时可以使作物增产增质。
(2)本发明中将无效磷转化为有效磷是通过产磷化氢混合菌株的作用,与现有的解磷菌不同,磷化氢在土壤中的扩散氧化过程使得土壤有效磷含量普遍提高。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
图2为自制的厌氧混合连续流反应装置图;气袋1,吸收液2,在线ORP5,三相分离器6,厌氧反应器主体7,磁力搅拌器8,排泥口9,采样口10,放空口11,水封12,恒流泵13,污泥回流口14,基础培养基15。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述,但本发明的实施方式不限于此,对于未特别注明的工艺参数,可参照常规技术进行。
本发明的采用微生物方法实现将土壤无效磷转化为有效磷的方法,原理流程图见附图1所示,包括以下步骤:
(1)土样采自广州市华农实验基地,采样深度为0~20cm,采样采用5点采集法,共采集水稻土样5份;然后将上述5份样品混合均匀,除去大颗粒物质,比如石粒等;
(2)将所取得样品置于磷化氢浓度为200ppm的密封锥形瓶中,置于摇床上运行24小时,再在大气环境中置于摇床运行10min,静止20min;以上操作为一个周期,连续三个周期;
(3)在厌氧混合连续流反应装置(参见图2)内进行厌氧除磷产生气态磷化氢功能菌的富集;培养过程监测反应器进出水的TP、PO4 3--P、PH3浓度和pH、ORP值。并定期对反应器内微生物的VSS、细菌总数进行测定,同时采用PCR-DGGE技术检测水稻土中微生物群落的变化情况;当监测到对总磷的去除率≥35%时完成对产磷化氢微生物的富集;
其中富集的培养基为:酵母膏:0.13g,KH2PO4:0.5g,K2HPO4:0.5g,MgSO4·7H2O:0.12g,CaCl2:0.12g,(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O:0.11g,pH:6.10~7.10;碳源为葡萄糖:1.0g,乙酸钠:0.15g,氮源为蛋白胨:1.0g,氯化铵:0.15g,蒸馏水:1000ml。
(4)将(3)所得的富集产物放在培养干燥箱,温度控制在35℃左右,时间为5小时,干燥后物料的水粉控制在≤24%;
(5)从广州市华元生物科技有限公司购得生物产碱性磷酸酶菌株枯草芽孢杆菌,将其置于80mg/L蛋白陈和酵母粉、2g/I谷氨酸、0.5g/I.葡萄糖,基本元素同MD培养基的培养基中进行培养7天,然后放在培养干燥箱,温度控制在35℃左右,时间为5小时,干燥后物料的水粉控制在≤24%;
(6)将(4)所得的干燥混合菌剂与含水量≤10%的水稻土以及枯草芽孢杆菌2:1:1(质量比)混合均匀,制成微生物菌剂。
将微生物菌剂施加到水稻土中,监测水稻土中有效磷的变化情况如表1所示(采样深度为土壤深5cm处,检测方法为碳酸氢钠提取一钳锑抗比色法):
表1水稻土中有效磷含量变化
时间 | 0d | 7d | 15d | 30d | 45d |
有效磷含量(mg/kg) | 4.02 | 6.04 | 7.56 | 9.48 | 10.21 |
随着时间的增加,水稻土中有效磷的含量逐渐增加,初始的30天增幅最快,接下来的时间有效磷含量的增加趋于平缓。
将微生物菌剂施加到水稻的根际土附近,通过与空白组的对比,水稻根际土中全磷含量(g/kg)的变化如表2所示:
表2施用后全磷对比分析
时间 | 幼苗期 | 分蘖期 | 拔节期 | 抽穗期 | 灌浆期 |
实验组 | 0.31 | 0.25 | 0.20 | 0.22 | 0.12 |
空白组 | 0.38 | 0.32 | 0.29 | 0.30 | 0.26 |
将微生物菌剂施加到水稻的根际土附近,实验组和空白组水稻株高(cm)的变化如下表3所示:
表3施用后水稻高度对比分析
时间 | 幼苗期 | 分蘖期 | 拔节期 | 抽穗期 | 灌浆期 |
实验组 | 34.26 | 67.64 | 80.46 | 85.73 | 87.52 |
空白组 | 35.15 | 58.93 | 73.22 | 79.84 | 82.31 |
从水稻根际土中全磷的含量以及水稻株高与空白组对比之下可以发现,施加过生物菌剂的水稻株高在相同时期明显高于空白组,同时根际土中总磷的含量明显低于同期空白组水稻根际土中的总磷含量。
表4施用后产品质量对比分析
从表4可以看出,施用微生物菌剂后,水稻产品的质量明显提高。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种将土壤无效磷转化为有效磷的微生物菌剂的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)在有覆水的水稻田中取土样,在ORP≤-300mV的厌氧环境中、避光且持续添加培养基进行培养,从中富集具有产磷化氢能力的混合菌株;所述土样还经如下预处理:将所取得土样置于磷化氢浓度为200ppm的密封容器中,置于摇床上运行24小时,再在大气环境中置于摇床运行10min,静止20min;以上操作为一个周期,连续三个周期;所述培养基为:酵母膏0.13g,KH2PO40.5g,K2HPO4 0.5g,MgSO4·7H2O 0.12g,CaCl2 0.12g,(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O 0.11g,pH6.10~7.10;碳源为葡萄糖1.0g,乙酸钠0.15g,氮源为蛋白胨1.0g,氯化铵0.15g,蒸馏水1000ml;
(2)将步骤(1)的混合菌株与水稻土混合,然后将上述混合物与产碱性磷酸酶菌株混合均匀,经干燥制得微生物菌剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述微生物菌剂、水稻土与碱性磷酸酶菌株的质量比为2:1:1,所述水稻土含水量≤10%。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法,其特征在于,所述产碱性磷酸酶菌株为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)所述干燥的条件为温度35℃,时间5小时,水份控制≤24%。
5.权利要求1~4任一项所述方法制备的微生物菌剂。
6.权利要求5所述微生物菌剂的应用,其特征在于,将微生物菌剂施加到水稻田的水稻根际土中。
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