CN105732230A - 一种酸性土壤微生物改良剂及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种酸性土壤微生物改良剂及其应用，属土壤改良技术领域。该微生物改良剂用菌种保藏号为CGMCC No.11852的Bacillus horneckiae JA?1菌株，经试管斜面种子培养、液体培养、发酵罐大量培养、及改良剂的制备步骤得到。所述的酸性土壤改良剂在水稻和番茄酸性土壤改良中的应用。所述的酸性土壤微生物改良剂也能在酸性土壤改良、提高土壤pH、提高作物产量中的应用。本发明的有益效果在于：1、施用酸性土壤微生物改良剂一次能使酸性水稻土壤pH值提高0.5以上，水稻产量增产17％以上；施用该微生物改良剂一次能使酸性番茄土壤pH值提高0.6以上，番茄产量增产16％以上；2、酸性土壤微生物改良剂具有成本低、无残留、对人畜安全的特点，能显著提高酸性土壤的pH值，提高作物产量。

Description

一种酸性土壤微生物改良剂及其应用
技术领域：
本发明涉及一种酸性土壤微生物改良剂及其应用，属农业土壤改良技术领域。
背景技术：
土地资源可持续利用是整个社会经济发展的基础，也是农业可持续发展最基本的基础。土壤酸化是指土壤中氢离子(H+)的增加引起土壤pH值降低和盐基饱和度减少的过程。土壤酸化是土壤退化的一种表现形式，是全球普遍关注的重要问题之一。全世界酸性土壤395亿hm2，其中可耕种面积为l79亿hm2，主要分布在热带、亚热带及温带地区，尤其是发展中国家(Kochian,1995)。我国酸性土壤总面积2030万hm2，约占全国土地面积的21％，其中大部分土壤的酸度在pH4.0-6.3之间(熊毅,李庆逵，1987)。我国酸化土壤主要分布在长江以南的广大热带和亚热带地区；在我国北方土壤钙含量较高，具有较强的耐酸性，但大量研究表明北方土壤也发生了严重的酸化现象。在1980-2000年的20年间，我国高达90％的农田土壤发生不同程度的酸化，pH值平均下降约0.5个单位，而在我国北方经济作物土壤中，pH平均下降了0.58个单位，尤其是果园土壤呈现极强酸性，平均pH值仅为4.4(Guoetal.,2010)。
土壤酸化对农业生产的影响主要有：①土壤酸化会造成土壤板结、抑制根系发育；②导致大部分中、微量元素吸收利用率很低；③导致作物营养不良，缺素症严重；④导致土壤有益微生物多样性降低；⑤促进有毒元素(Al3+、重金属离子等)的释放和活化。
导致土壤酸度的两大类型是活性酸和潜性酸。活性酸是土壤溶液中氢离子(H+)浓度的直接反映，其强度用pH来表示。土壤pH越小，表示土壤活性酸越强。而潜性酸是由交换态的H+和铝离子(Al3+)等离子决定。当这些离子处于吸附态时，潜性酸不显示出来。当它们被交换入土壤溶液后，土壤H+浓度增加，才显示出酸性。造成土壤酸化的原因有：酸雨、降雨的淋溶作用、长期过量施用氮(N)肥、微生物产酸、植物脱盐基、漫灌流失碱性盐基、少施碱性农家肥等。其中，施用氮肥是导致中国土壤酸化的主要原因(Guoetal.,2010)。施用氮肥导致土壤酸化的机理有(许中坚等,2002)：①NH4 +的积累，硝化作用加大，从而产生更多的H+；②植物对NH4 +的吸收增强，从而释放更多的H+；③NH4 +有效竞争阳离子吸附点位，一方面释放H+，另一方面加速了土壤中盐基离子的淋失；④增加了NH3的挥发，NH3进入大气，而H+则留在土壤中；⑤NO3 -的增加，频繁灌水，NO3 -的淋洗也增加，而NO3 -的淋洗会带走盐基阳离子。在这些过程中，NH4 +的硝化所起的作用最大。
目前，针对酸化土壤的改良措施主要有：①合理选择氮肥品种，增施有机肥。②合理的水肥管理。③施用改良剂。④其他措施。如：覆盖栽培，减轻淋溶；秸秆还田；施测土配方施肥，科学施肥。
改良剂可分为两大类：①有机物料改良剂；②化学改良剂。
有机物料改良剂如各种农作物的秸秆、绿肥和草木灰等，不仅能提供作物需要的养分，提高土壤的肥力水平，还能增加土壤微生物的活性，增强土壤对酸的缓冲性能。有机物料还能与单体铝结合，降低铝毒。但见效相对化学改良剂较慢。
化学改良剂种类较多，有如生石灰、熟石灰、磷石膏、磷矿粉、白云石、水镁石、牡蛎壳粉等，还有如粉煤灰、碱渣和制浆废液污泥等工业废弃物。其中，生石灰、熟石灰、白云石、水镁石、牡蛎壳粉等都属于石灰类改良剂，施用过量或长期施用生石灰、熟石灰等会造成土壤复酸化(石灰的碱性消耗后土壤再次发生酸化，且酸化程度比施用石灰前有所加剧)、板结、营养元素失衡等问题。白云石、水镁石、牡蛎壳粉等不会造成这种情况，还能为土壤提供钙、镁等必需元素，且有后效。但白云石、水镁石作为宝贵的矿产资源存在价格昂贵的缺点。一般白云石每亩施用100-200kg，水镁石每亩地施用4-10kg，与基肥尤其是有机肥混合施用最佳，但效果相对较缓慢。牡蛎壳粉还具有改良土壤结构的优点，因此，这类改良剂在市面上很受欢迎。磷石膏、磷矿粉、粉煤灰以及碱渣等工业废弃物，虽然也能降低土壤pH，并为土壤提供多种必需养分，但由于其含有多种限量元素，如镉、铬、铅等，因此，不宜长期大量施用。其中，磷石膏和磷矿粉主要用作酸性心土层改良剂，中国农科院土壤肥料研究所推荐每亩用100-200kg，可长期施用而无污染。粉煤灰一般每亩施15000kg；但我国很早就对农用粉煤灰的污染物用量进行了限定，并规定每亩累积用量不得超过30000kg。
美国人Vaishampayan等2010年从肯尼迪空间站的航天器装配洁净仓分离到一株细菌菌株1P01SC，鉴定后作为新种Bacillushorneckiae发表(Vaishampayanetal.,2010)。该微生物在酸性土壤改良方面的应用至今未见公开报道。
主要参考文献
GuoJH，LiuXJ，ZhangY，eta1.，2010.SignificantacidificationinmajorChinesecroplands.Science，327(5968):1008-1010.
KochianLV.1995.Cellularmechanismsofaluminumtoxicityandresistanceinplants.AnnuRevPlantPhysiolPlantMolBiol.,46:237-260.
VaishampayanP,ProbstA,KrishnamurthiS,etal.2010.Bacillushorneckiaesp.nov.,isolatedfromaspacecraft-assemblycleanroom.InternationalJournalofSystematicandEvolutionaryMicrobiology,60,1031-1037.
熊毅,李庆逵.1987.中国土壤.北京：科学出版,p39.
许中坚,刘广深,俞佳栋.2002.氮循环的人为干扰与土壤酸化.地质地球化学，30(2):74-78.
发明内容：
本发明的目的在于提供一种酸性土壤微生物改良剂及其应用。
本发明的一种酸性土壤微生物改良剂经如下步骤得到：
(1)、利用分离细菌的常规方法从云南省峨山县大棚番茄新鲜植株中分离到BacillushorneckiaeJA-1菌株；B.horneckiaeJA-1菌株已于2015年12月9日保存于中国微生物菌种保藏委员会普通微生物中心，地址北京市朝阳区北辰西路1号院3号；保藏号：CGMCCNo.11852；
(2)、B.horneckiaeJA-1菌株试管斜面种子培养：将该菌株的菌体接种到常规牛肉膏蛋白胨固体培养基斜面上，36℃下培养3天后获得斜面种子；
(3)、B.horneckiaeJA-1菌株液体种子的液体培养：将斜面种子接种到三角瓶中的常规牛肉膏蛋白胨液体培养基中，36℃，200rpm条件下摇床培养3天；
(4)、B.horneckiaeJA-1菌株发酵罐大量培养：将液体种子按V/V为2.5‰的比例接入发酵罐中常规的牛肉膏蛋白胨液体培养基中，在10-10000升发酵罐中的培养条件控制在：温度36℃，搅拌速度200rpm，发酵时间3天；
(5)、酸性土壤微生物改良剂的制备：经发酵罐培养获得的B.horneckiaeJA-1菌体及其代谢物经过喷雾干燥获B.horneckiaeJA-1菌体原粉，将B.horneckiaeJA-1菌体原粉与磷矿粉混合即制成本发明的酸性土壤微生物改良剂，在此微生物改良剂中：B.horneckiaeJA-1菌株的活菌数含量需大于1×109个/克，磷矿粉在微生物改良剂所占的重量比率在10％-95％之间。
本发明的酸性土壤微生物改良剂在水稻酸性土壤和番茄酸性土壤改良及作物增产中的应用。
本发明的酸性土壤微生物改良剂也能在其它酸性土壤改良及作物增产中的应用。
本发明所用仪器和装置为市场购买。
本发明的有益效果在于：
1、施用该酸性土壤微生物改良剂一次能使酸性水稻土壤pH值提高0.5以上，水稻产量增产17％以上；施用该酸性土壤微生物改良剂一次能使酸性番茄土壤pH值提高0.6以上，番茄产量增产16％以上。
2、本发明的酸性土壤微生物改良剂具有成本低、无残留、对人畜安全的特点，能显著提高酸性土壤的pH值，提高作物产量。
具体实施方式：
1.本发明中B.horneckiaeJA-1菌株的培养及酸性土壤微生物改良剂的制备
本发明的酸性土壤微生物改良剂经如下步骤得到：
(1)、利用分离细菌的常规方法从云南省峨山县大棚番茄新鲜植株中分离到BacillushorneckiaeJA-1菌株；B.horneckiaeJA-1菌株已于2015年12月9日保存于中国微生物菌种保藏委员会普通微生物中心，保藏号：CGMCCNo.11852；
利用细菌16SrRNA基因扩增通用引物(5’-GGTTACCTTGTTACGACTT-3’，5’-AGAGTTTGATCMTGGCTCAG-3’)经PCR扩展B.horneckiaeJA-1菌株的DNA，获得其16SrRNA基因序列并提交到GeneBank公共数据库，B.horneckiaeJA-1菌株16SrRNA基因序列在GeneBank公共数据库的序列号为KU297171，此序列是鉴定该菌株的主要特征依据。
(2)、B.horneckiaeJA-1菌株试管斜面种子培养：将该菌株的菌体接种到常规牛肉膏蛋白胨固体培养基斜面上，36℃下培养3天后获得斜面种子；
(3)、B.horneckiaeJA-1菌株液体种子的液体培养：将斜面种子接种到三角瓶中的常规牛肉膏蛋白胨液体培养基中，35℃，180rpm条件下摇床培养2天；
(4)、B.horneckiaeJA-1菌株发酵罐大量培养：将液体种子按V/V为3‰的比例接入发酵罐中的常规牛肉膏蛋白胨液体培养基中，在10-10000升发酵罐中的培养条件控制在：温度37℃，搅拌速度180rpm，发酵时间3天；
(5)、酸性土壤微生物改良剂的制备：经发酵罐培养获得的B.horneckiaeJA-1菌体及其代谢物经过喷雾干燥获B.horneckiaeJA-1菌体原粉，将B.horneckiaeJA-1菌体原粉与磷矿粉混合即制成本发明的酸性土壤微生物改良剂，在此微生物改良剂中：B.horneckiaeJA-1菌株的活菌数含量需大于1×109个/克，磷矿粉在微生物改良剂所占的重量比率在10％-95％之间。
2.本发明的B.horneckiae土壤微生物改良剂对水稻酸性土壤的改良效果
(1)试验方法
试验田土壤基本理化性状：碱解氮160mg/kg，速效磷14mg/kg，速效钾100mg/kg，有机质27g/kg，pH值5.25。
供试作物为水稻(鄂糯9号)；供试土壤微生物改良剂为本发明制备的B.horneckiae土壤微生物改良剂(B.horneckiaeJA-1活菌数含量1.0×109个/克；磷矿粉在微生物改良剂所占的重量比率95％)。
处理设置：a.不施改良剂对照(CK)；b.B.horneckiae土壤微生物改良剂30公斤/亩；c.B.horneckiae土壤微生物改良剂40公斤/亩；d.B.horneckiae土壤微生物改良剂50公斤/亩。B.horneckiae土壤微生物改良剂按相应的用量均匀撒在土壤表面后用旋耕机混入土壤中。各试验小区面积均为60m2，每处理重复3次，随机区组排列。其他田间管理按照常规栽培技术要求进行。2015年4月20日播种，5月26日移栽，移栽密度为1.7万穴/亩，穴苗数为3株，行距20cm，株距20cm，9月10日收割。各处理均按农民习惯施肥：氮(N)、磷(P2O5)、钾(K2O)肥的用量分别为13.5公斤/亩，4公斤/亩和4公斤/亩。其中磷、钾肥全部作基肥施用，氮肥66％作基肥，34％作追肥(水稻返青期追施18％，分蘖期追施15％)。
取样与分析：水稻成熟时，各小区单打单收，测定各小区的水稻籽粒产量，每处理的产量取3个重复的平均数。增产率(％)＝(施微生物改良剂处理的产量-对照产量)÷对照产量×100。试验前采集耕层混合土样1份；水稻收获后按小区采集耕层土壤。土壤样品取回后自然风干磨细过筛，按常规方法测定土壤pH值。
(2)试验结果
试验结果(表1)显示，施用B.horneckiae土壤微生物改良剂均能显著提高水稻的籽粒产量；亩施剂量分别为30、40、50公斤的B.horneckiae土壤微生物改良剂时，与对照相比，水稻籽粒产量的增产率分别为17.2％、23.1％和24.5％。随着B.horneckiae土壤微生物改良剂施用剂量的增加，水稻水稻籽粒产量增加，但亩施40、50公斤时增产效果无显著差异，因此，实际应用时以亩施40公斤为宜。
表1结果还显示，亩施剂量分别为30、40、50公斤的B.horneckiae土壤微生物改良剂时，土壤pH值分别比对照提高0.52、1.09和1.2，表明本发明的土壤微生物改良剂能显著提高土壤pH值。
表1不同剂量B.horneckiae土壤微生物改良剂对水稻籽粒产量及土壤pH值的影响
注：同一列数据后不同小写字母表不差异达到p<0.05显著水平。
3.本发明的B.horneckiae土壤微生物改良剂对番茄酸性土壤的改良效果
(1)试验方法
试验田土壤基本理化性状：碱解氮157mg/kg，速效磷15mg/kg，速效钾108mg/kg，有机质32g/kg，pH值5.54。
供试作物为番茄(嘉宝)；供试土壤微生物改良剂为本发明制备的B.horneckiae土壤微生物改良剂(B.horneckiaeJA-1活菌数含量10.5×109个/克；磷矿粉在微生物改良剂所占的重量比率10％)。
处理设置：a.不施改良剂对照(CK)；b.B.horneckiae土壤微生物改良剂30公斤/亩；c.B.horneckiae土壤微生物改良剂40公斤/亩；d.B.horneckiae土壤微生物改良剂50公斤/亩。B.horneckiae土壤微生物改良剂按相应的用量均匀撒在土壤表面后用旋耕机混入土壤中。各试验小区面积均为100m2，每处理重复3次，随机区组排列。其他田间管理按照常规栽培技术要求进行。2015年8月1日移栽，移栽密度为2500株/亩，2015年12月25采果完毕。各处理均按农民习惯施肥：氮(N)、磷(P2O5)、钾(K2O)肥的用量分别为17.5公斤/亩，5公斤/亩和6公斤/亩。其中60％的氮、磷、钾肥作基肥施用，40％的氮、磷、钾肥分2次作追肥施用(番茄挂果期追施15％，采二次果后追25％)。
取样与分析：番茄开始采果时，各小区分别采果称重，累计每次采果重量，每处理的番茄产量取3个重复的平均数。增产率(％)＝(施微生物改良剂处理的产量-对照产量)÷对照产量×100。试验前采集耕层混合土样1份；番茄收获后按小区采集耕层土壤。土壤样品取回后自然风干磨细过筛，按常规方法测定土壤pH值。
(2)试验结果
试验结果(表2)显示，施用B.horneckiae土壤微生物改良剂均能显著提高番茄产量；亩施剂量分别为30、40、50公斤的B.horneckiae土壤微生物改良剂时，与对照相比，番茄产量的增产率分别为16.1％、19.4％和20.3％。随着B.horneckiae土壤微生物改良剂施用剂量的增加，番茄产量增加，但亩施40、50公斤时增产效果无显著差异，因此，实际应用时以亩施40公斤为宜。
表2结果还显示，亩施剂量分别为30、40、50公斤的B.horneckiae土壤微生物改良剂时，土壤pH值分别比对照提高0.65、1.16和1.21，表明本发明的土壤微生物改良剂能显著提高土壤pH值。
表2不同剂量B.horneckiae土壤微生物改良剂对番茄产量及土壤pH值的影响
注：同一列数据后不同小写字母表不差异达到p<0.05显著水平。

Claims (2)

1.一种酸性土壤微生物改良剂，其特征在于该酸性土壤改良剂经如下步骤得到：
(1)、从云南省峨山县大棚番茄新鲜植株中分离到BacillushorneckiaeJA-1菌株；B.horneckiaeJA-1菌株已于2015年12月9日保存于中国微生物菌种保藏委员会普通微生物中心，保藏号：CGMCCNo.11852；
(2)、B.horneckiaeJA-1菌株试管斜面种子培养：将该菌株的菌体接种到牛肉膏蛋白胨固体培养基斜面上，36℃下培养3天后获得斜面种子；
(3)、B.horneckiaeJA-1菌株液体种子的液体培养：将斜面种子接种到三角瓶中的牛肉膏蛋白胨液体培养基中，36℃，200rpm条件下摇床培养3天；
(4)、B.horneckiaeJA-1菌株发酵罐大量培养：将液体种子按V/V为2.5‰的比例接入发酵罐中的牛肉膏蛋白胨液体培养基中，在10-10000升发酵罐中的培养条件控制在：温度36℃，搅拌速度200rpm，发酵时间3天；
(5)、酸性土壤改良剂的制备：经发酵罐培养获得的B.horneckiaeJA-1菌体及其代谢物经过喷雾干燥获B.horneckiaeJA-1菌体原粉，将B.horneckiaeJA-1菌体原粉与磷矿粉混合即制成酸性土壤改良剂，在此改良剂中：B.horneckiaeJA-1菌株的活菌数含量需大于1×109个/克，磷矿粉在改良剂所占的重量比率在10％-95％之间；
上述步骤中的培养基均为通用培养基。
2.权利要求1所述的微生物改良剂在水稻酸性土壤和番茄酸性土壤改良中的应用。
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