CN105272611B - 一种园艺作物栽培基质的配方及其生产方法 - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
本发明公开了一种园艺作物栽培基质，包括有机物、生物菌剂、填料，按照重量份的组分构成，其中有机物料包括：秸秆600‑1000份、禽畜粪便200‑300份；填料包括：草炭160‑180份、蛭石30‑50份、珍珠岩20‑40份；式I化合物0.1‑0.5份；生物菌剂包括：用于与有机物混合的发酵菌剂2‑15份、用于控制基质有害菌的复合菌剂5‑20份。通过上述配方得到的基质，具有良好的抗病虫害效果。
Description
技术领域
本发明涉及农业领域，更具体地说，它涉及一种园艺作物栽培基质的配方及其生产方法。
背景技术
随着设施农业和园艺作物种植业的发展，一般的土壤已经无法满足园艺作物育苗栽培的需要，因此，开发适用于特定园艺作物的营养基质已成为必然趋势。现阶段，园艺作物栽培中常用的有机物料有秸秆、草炭、椰糠、禽畜粪便等；常用的填料基质有蛭石、珍珠岩等堆肥原料，但根据不同植物的生长特性，如何科学地对有机物料及填料进行配比成为了亟待解决的重要问题。
无土栽培基质与土壤相比，它的容重更小，可以为作物生长发育提供良好的通气孔隙度、持水力和营养成分；使用无土栽培基质可以缓解土壤因连续耕作造成的肥力下降，避免土壤次生盐渍化；以及作物重茬种植对土壤造成的损害；另外，使用无土栽培基质还有利于保护土壤耕地资源，促进农业可持续发展。目前，园艺作物栽培基质的配方种类较多，由于不同基质理化性状不同，适宜栽培的园艺作物也不同，现代化无土栽培多采用有机物料与填料的混合物作为基质原料，可以更好的培育出无病菌无毒害的优质壮苗，但在有机物料的发酵过程中由于复合菌剂使用不当，往往会造成发酵菌剂活性降低甚至失效，因此，如何改进发酵工艺，保护发酵菌剂活性，提高基质中的菌剂利用率则需要更加系统化的研究。
发明内容
本发明的目的：在于提供一种能够保护发酵菌剂活性，提高基质中菌剂利用率，并且能防治各种植物病毒的园艺作物栽培基质。
在传统栽培基质的基础上，改良基质配方及发酵工艺，同时综合考虑作物生长特性及需肥特点，保证基质具有良好的适宜作物生长的理化条件和保温性、保水性、透气性和保肥性，从而能够更好的促进作物对氮、磷、钾、锰、锌、铜等营养元素的吸收，防止土传病害的发生，促进作物生长并提高产量。
本发明中的技术方案：园艺作物育苗栽培基质由秸秆、禽畜粪便、草炭、蛭石、珍珠岩、微生物菌肥按照一定比例复配而成。栽培基质按照重量份的组分包括：
秸秆：600-1000份
禽畜粪便：200-300份
草炭：160-180份
蛭石：30-50份
珍珠岩：20-40份
发酵菌剂：2-15份
复合菌剂：5-20份；
优选地，含有式I化合物0.1-0.5份，式I化合物如下所示：
其中，用于与有机物混合的发酵菌剂为常用的腐熟菌剂，这是本领域技术人员所熟知的。用于控制基质有害菌的复合菌剂为：有效菌数30-40亿/g的枯草芽孢杆菌和有效菌数0.5-0.8亿/g的胶冻样芽孢杆菌。常规育苗基质所含微生物种类和数量较少，菌群结构不平衡，生物学活性低，不利于养分转化，植物体对病原菌的抑制力也较弱。通过添加外源微生物增多有益微生物菌群的数量、减少有害微生物所占比例，可以预防病虫害的发生，促进植物生长，有效的改良育苗基质的性能；该微生物配肥复合菌剂有效菌数达到了每克30亿以上，主要含有枯草芽孢杆菌和胶冻样芽孢杆菌等高效菌群。枯草芽胞杆菌，是芽胞杆菌属的一种，其菌体在生长过程中能够产生枯草菌素、多粘菌素、制霉菌素、短杆菌肽等活性物质，这些活性物质对土壤内的致病菌和内源性感染的病菌可以起到明显的抑制作用；胶冻样芽孢杆菌可在基质中繁殖生长，并产生有机酸、荚膜多糖等代谢产物，破坏硅铝酸盐的晶格结构、难溶性磷化合物等，分解释放出可溶的磷钾元素及钙、硫、镁、铁、锌、钼、锰等中微量元素，既能够提高基质肥力等级，又为作物提供了可吸收利用的营养元素，同时还可以产生赤霉素、细胞激动素、微生物酶、细菌多糖等生理活性物质，促进作物营养吸收和生长代谢，增强作物抗寒、抗旱、抗病和抗逆能力，可以有效提高作物产量并改善产品品质。
栽培基质复配工艺流程：
1、有机物料及填料的制备：将秸秆、禽畜粪便晾晒后，碾压成颗粒，并按照比例充分混合，得到有机物料；将一定量的草炭、蛭石、珍珠岩按照比例充分混合得到填料；
2、有机混合物的制备：将预处理好的发酵菌剂加入到有机物料中，经过补水、堆叠、覆膜、翻堆等工艺处理，制备出经过发酵后的有机混合物；
3、填料混合物的制备：在制备好的填料中加入复合菌剂；
4、基质制备：将发酵后的有机混合物及填料混合物进行混合得到基质。
本发明的优点是：
1、将发酵菌剂和复合菌剂分开加入到有机物料和填料中。发酵菌剂选用常见的腐熟菌剂，主要是将秸秆通过腐熟菌剂使其纤维素等大分子发酵分解成可被植物吸收的小分子营养物质。同时，将用于控制基质有害菌的复合菌剂先和填料混合，不参与有机物料的发酵，使得腐熟菌剂在发酵过程中不会受到复合菌剂的影响。复合菌剂选用有效菌数为30-40亿/g的枯草芽孢杆菌和有效菌数为0.5-0.8亿/g的胶冻样芽孢杆菌。
2、应用了新颖的式I化合物，所述化合物可以有效防治多种农作物病害。
实施例：
下面通过实施例对本发明作进一步说明。应该理解的是，本发明实施例所述制备方法仅仅是用于说明本发明，而不是对本发明的限制，在本发明的构思前提下对本发明制备方法的简单改进都属于本发明要求保护的范围。实施例中用到的所有原料和溶剂均购自Sigma Biochemical and Organic Compounds for Research and Diagnostic ClinicalReagents公司。
制备实施例1：式I化合物的制备
(1)25毫升单口烧瓶中加入2mmol吲哚醌，10毫升丙酮，2.5mmol碳酸钾，室温下缓慢滴加3mmol溴乙酸乙酯，升温回流反应，4小时之后停止反应，冷却至室温后将反应液倒入冰水中，析出大量白色固体，抽滤、水洗、烘干得到白色固体，收率70％。
(2)25毫升单口瓶内加入2mmol步骤(1)制备的产物，15毫升无水乙醇，搅拌下加入9mmol的80％水合肼，升温回流反应；2小时后停止反应，冷却至室温，抽滤，烘干得到白色固体，无水乙醇重结晶得到白色固体，收率65％。
(3)25毫升单口烧瓶中加入1mmol步骤(2)的产物，6毫升无水乙醇，搅拌下加入0.9mmol苯基异硫氰酸酯，升温回流反应，3小时之后停止反应，冷却至室温，抽滤，烘干，得到白色固体，收率87％。
(4)25毫升单口烧瓶中加入1mmol步骤(3)产物，7毫升5％的碳酸钾溶液，升温回流反应，5小时之后停止反应，趁热抽滤，待滤液冷却之后用10％盐酸调溶液pH至中性，析出大量白色固体，抽滤，烘干，DMF-H2O(5：1，V/V)重结晶得到白色固体，收率61％。
(5)25毫升单口烧瓶内加入0.4mmol步骤(4)的产物，6毫升DMF，将其溶解后加入1.1mmol的碳酸钾，0.4mmol苄溴，室温下继续搅拌2小时后停止反应，向体系内加入适量冷水，析出白色固体，继续搅拌半小时，抽滤，烘干，乙醇-二氯甲烷(10：1，V/V)重结晶后得到白色块状晶体0.09克式I化合物，m.p.196～197℃，
1H NMR(CDCl3,500MHz)δ:4.36(s,CH22H),4.89(s,CH22H),7.12(d,CH 1H),7.25(m,CH 1H),7.27(t,2CH 2H),7.38(t,2CH 2H),7.42(t,2CH 2H),7.48(t,2CH 2H),7.54(d,CH 1H),7.62(m,CH 1H),7.89(d,CH 1H),7.90(t,CH 1H).
基质制备实施例：
1.有机物料的制备：将充分晾晒后的作物秸秆用粉碎机粉碎至2-3cm长，禽畜粪便充分晾晒后用拖拉机碾压至粒径2-3cm，剔除石块等杂物，堆放备用。
填料的制备：选用草炭、蛭石、珍珠岩等，用以固定作物、调整基质保水性和透气性的平衡，经碾压、过筛后，选用粒径2-3cm的填料与复合菌剂混合堆放至原料库备用。
2.发酵菌剂预处理：在有机物料发酵之前，将腐熟菌剂、麦麸、水按重量比1:20:15混合均匀，置于阴凉处用塑料膜覆盖，发酵4-5小时后备用。
发酵：将预处理后的腐熟菌剂与有机物料混合置放在发酵场地内进行发酵。发酵场地建设于塑料拱棚内，棚室内地势平坦、开阔、光照充足、易于大型设备作业，采用地面塑料膜覆盖或地下水泥池发酵方式进行，配备螺旋式翻堆机，在发酵过程中对物料进行充分的堆翻，保证物料发酵充分均匀。在具体堆积过程中，将预处理后的作物秸秆置于发酵场地，平铺成宽2-3m，并以每15-20cm厚度为一层，把预处理后的腐熟菌剂按比例均匀撒到秸秆表面，连续堆放5-6层秸秆，每层分别撒入腐熟菌剂，同时按每1000Kg秸秆配5-8Kg尿素的比例，在每层秸秆上面均匀喷洒800-1000倍尿素水溶液来调节碳氮比，秸秆堆一般高为1-1.2m，长度依发酵原料数量和场地大小而定，堆积后进行补水使有机物料含水重量保持在30％-60％之间，以湿透秸秆但又不流出为宜。禽畜粪便以及禽畜粪便与秸秆的混合物料发酵时，可直接按比例将发酵原料与预发酵的腐熟菌剂混合均匀，补水至物料含水量约为50％-60％，后将最终混合后的物料堆积成宽约2-3m，高约1-1.2m，长度不限的物料堆进行发酵。物料堆积完成后，应在堆体表面覆盖一层塑料膜(厚度为0.06-0.1mm)，侧面每平方米预留直径1cm通风孔15-20个，底部不能压实，防止多余水分聚集。
为保证堆体中好氧微生物生存所需的充足氧气，自建堆之日起3-4d使温度上升至60℃(将温度计插入距离堆体表面30cm处检测温度)以上并维持48h时，使用翻堆机或装载机进行第一次翻堆，以后每3-5d翻混一次，翻堆时要将堆体表面与中心部分混翻均匀，保证堆体内外层均达到腐熟标准。通过温度监测，当距离堆体顶端30cm处温度接近环境温度、颜色变褐、有轻微泥香味时发酵完成，总发酵时间为20-25d。将发酵好的有机物料晾晒风干，储存备用。
有机物料的发酵适宜在光照好、温度较高的季节进行，以满足发酵微生物的生长、发育、繁殖对环境条件的需求，根据北方地区气候特点，一般在5-8月高温季节较适宜，通过这一时期集中进行多次发酵，储存大量发酵物料，供全年生产使用。
3.填料混合物的制备：在制备好的填料中按重量份数加入复合菌剂和/或式I化合物。
4.基质制备：将发酵后的有机混合物及填料混合物进行混合得到基质。
以相同组分构成的栽培基质按照菌剂的两种不同混合方法，在相同的栽培管理条件下进行对比试验，验证本发明育苗基质在番茄栽培上的应用效果，其对比结果如下：
表1
将上述组分构成的基质按三种不同重量份配比充分搅拌混合均匀，使用拌土法对番茄苗株进行病原菌接种，接种的病原菌分别为能够引起番茄立枯病的立枯丝核菌和能够引起番茄枯萎病的镰刀菌，之后在番茄生长过程中对苗株发病情况进行观察记录，结果表明本发明中育苗基质所培育的番茄苗株的枯萎病发病率分别为6％，3％，4％，11％；立枯病发病率分别为8％，5％，6％，11％。
表2
将上述对比例一、对比例二、对比例三、对比例四组分构成的基质按三种不同重量份配比充分搅拌混合均匀，使用拌土法对番茄苗株进行病原菌接种，接种的病原菌分别为能够引起番茄立枯病的立枯丝核菌和能够引起番茄枯萎病的镰刀菌，之后在番茄生长过程中对苗株发病情况进行观察记录，结果表明本发明中育苗基质所培育的番茄苗株的枯萎病发病率分别为28％，21％，25％，15％；立枯病发病率分别为32％，27％，31％，15％。
对比例与实施例的区别点在于：
首先，将秸秆、禽畜粪便、蛭石、珍珠岩、腐熟菌剂、复合菌剂共同混合之后进行发酵后制得对比例基质。通过实施例一、实施例二、实施例三和实施例四与对比例一、对比例二、对比例三、对比例四进行对比，可以看出使用本发明制备的基质，在作物栽培上能够明显降低发病率。
同时，在相同的栽培管理条件下进行对比试验，在番茄的不同生理时期分别检测番茄的株高、茎粗、根系生长情况等，验证本发明栽培基质在番茄栽培上的应用效果，结果表明本发明中的栽培基质可以有效减少番茄的弱苗率，并对番茄生长有着更好的促进作用。
同时通过实施例三可以的出通过加入复合菌剂和腐熟菌剂，不加入化合物I就能够起到降低发病率和促进生长的作用。同时，通过对比例四的数据可以的出，单一化合物I的效果虽然能起到一定的降低发病率和促进生长的作用，但是其效果远不如同时加入化合物I和复合菌剂、腐熟菌剂的效果。
更重要的是，使用本发明的式I化合之后，显著降低了发病率，提高了产率。
此外，对番茄的产量进行统计，结果如下：
| 基质配比案例 | 实施例一 | 实施例二 | 实施例三 | 实施例四 | 对比例二 |
| 产量(kg/667m<sup>2</sup>) | 11840 | 11750 | 11670 | 11269 | 10450 |
番茄产量统计结果表明，使用无土栽培基质均能够有效提高番茄产量，本发明中的栽培基质相较常规栽培基质番茄产量均有明显提高。
式I化合物的活性实验：
活性实验(1)：
本发明的由式I表示的化合物的PPARδ活性通过转染检测确认。另外，对于PPAR亚型PPARα和PPARγ的选择性也进行检验。通过MTT检测测试细胞毒性，通过动物实验研究体内活性。
本检测中使用的是CV-1细胞。将所述细胞接种至含有添加有10％FBS、DBS(非特异性牛血清，经脱脂)和1％青霉素/链霉素的DMEM的96孔板中，并在37℃、5％CO2的培养箱中培养。实验按照接种、转染、样品施用和确认的步骤进行。具体地说，将CV-1细胞接种至96孔板(5000个细胞/孔)，24小时后转染。将全长PPAR质粒DNA、因具有荧光素酶活性而可以确认PPAR活性的报告DNA、提供有关转染效率信息的β-半乳糖苷酶DNA和转染试剂用于转染。将样品溶解在二甲亚砜(DMSO)中，通过介质将其以不同浓度施用到细胞中。在培养箱中培养细胞24小时后，通过使用裂解缓冲液使细胞裂解。使用光度计和酶标仪测量荧光素酶活性和β-半乳糖苷酶活性。使用β-半乳糖苷酶的值修正获得的荧光素酶的值。利用这些值绘制图形，并计算出EC50。
由此可见本发明的化合物对于PPARδ具有高选择性。
执行MTT检测是为了测试本发明的由式I表示的化合物的细胞毒性。MTT是溶于水的黄色物质，但是当其被引入活细胞中时会通过线粒体中的脱氢酶变成紫色不溶的晶体。在将MTT溶解在二甲亚砜中后可以通过测量OD550确认细胞毒性。实验如下进行。
将CV-1细胞接种于96孔板中(5000个细胞/孔)。在37℃、5％CO2的培养箱中培养所述细胞24小时，并对其施用不同浓度的样品。然后，再次将所述细胞培养24小时，向其中加入MTT试剂。培养15分钟后，生成的紫色晶体溶解在二甲亚砜中。使用酶标仪测量光密度，以确认细胞毒性。
结果，由式I表示的化合物被确认对于PPAR不具有细胞毒性，即使在其浓度为EC50值的100倍～1000倍时亦如此。
活性实验(2)：
抗植物病原细菌活性实验(浑浊度法)
采用浑浊度法，以引起番茄立枯病的立枯丝核菌和能够引起番茄枯萎病的镰刀菌为测试对象，以商品化杀菌剂噻菌酮为阳性对照药剂，在样品浓度为200微克/毫升和100微克/毫升浓度下，对式I化合物进行了离体抗菌活性筛选。
将药剂和对照药剂分别设置成浓度为200和100微克/毫升，并将其分别加入到NB液体培养基的试管中，测定OD值，该值为无菌培养基OD值。然后介入受试菌种，在28℃、180rpm恒温摇床振荡培养24-48h，将各个浓度的菌液在分光光度计上测定OD值，该值为含菌培养基的OD值。
校正OD值＝含菌培养基OD值–无菌培养基OD值
抑菌率＝(校正后对照培养基OD值–校正后样品培养基OD值)/校正后对照培养基OD值×100％
按照上述实验方法可以得出，200微克/毫升的噻菌铜对立枯丝核菌和能够引起番茄枯萎病的镰刀菌的抑制率分别为35％和45％；100微克/毫升的噻菌铜对立枯丝核菌和能够引起番茄枯萎病的镰刀菌的抑制率分别为29％和17％。
200微克/毫升的式I化合物对立枯丝核菌和能够引起番茄枯萎病的镰刀菌的抑制率分别为52％和49％；100微克/毫升的式I化合物对立枯丝核菌和能够引起番茄枯萎病的镰刀菌的抑制率分别为31％和20％。
Claims (6)
1.一种园艺作物栽培基质，包括下述以重量份表示的组分：
有机物料：秸秆600-1000份；禽畜粪便200-300份；
填料：草炭160-180份；蛭石：30-50份；珍珠岩20-40份；
生物菌剂：发酵菌剂2-15份；复合菌剂5-20份；
式I化合物0.1-0.5份，式I化合物如下所示：
I。
2.根据权利要求1所述的园艺作物栽培基质，其特征在于：所述秸秆、禽畜粪便、填料粒径为2-3cm；所述发酵菌剂为腐熟菌剂。
3.根据权利要求1所述的园艺作物栽培基质，其特征在于所述复合菌剂包括：
枯草芽孢杆菌：有效菌数为30-40亿/g
胶冻样芽孢杆菌：有效菌数为0.5-0.8亿/g。
4.根据权利要求1所述的园艺作物栽培基质的生产方法，其特征在于：
步骤一：有机物料制备：将秸秆、禽畜粪便晾晒后，碾压成颗粒，并按照比例充分混合，得到有机物料；
填料制备：先将草炭、蛭石、珍珠岩按照权利要求1中所述的比例充分混合，之后碾压成颗粒，或者先将草炭、蛭石、珍珠岩分别碾压成颗粒，再按照比例充分混合得到填料；
步骤二：有机物料发酵：将步骤一中的有机物料中加入经过预
发酵的发酵菌剂，进行发酵，得到发酵后有机物料；
步骤三：将步骤一的填料中加入复合菌剂和/或式I化合物，得到填料混合物；
步骤四：将步骤二中发酵后的有机物与步骤三中的填料混合物进行混合，得到基质。
5.根据权利要求4所述的园艺作物栽培基质的生产方法，其特征在于所述步骤二包括：
发酵菌剂预处理：将发酵菌剂、麦麸、水按重量比1:(10-30):(5-20)混合均匀，置于阴凉处用塑料膜覆盖，初步发酵1-8小时后得到预发酵菌剂；
发酵：有机物料中加入预发酵菌剂；
补水：补水至有机物料含水重量约为30%-60%；
堆叠：将最终混合后的物料堆积成宽约2-3 m，高约1-1.2 m的堆肥；
覆膜：物料堆积完成后，在堆体表面覆盖一层塑料膜，侧面每平方米预留直径0.5-2cm的通风孔10-30个；
翻堆：建堆之日起3-4天温度上升至60℃以上并维持48小时时，使用翻堆机或装载机进行第一次翻堆，以后每3-5天翻混一次，翻堆时要将堆体表面与中心部分混翻均匀。
6.权利要求1中所述的式I化合物在防治番茄立枯病和番茄枯萎病方面的用途。
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