CN107556065A - 一种用于沙漠、沙地沙质土壤的生物菌肥及制备和应用 - Google Patents

一种用于沙漠、沙地沙质土壤的生物菌肥及制备和应用 Download PDF

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武永智
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曲娜
张胜男
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Abstract

本发明一种用于沙漠、沙地沙质上壤环境的生物菌肥，其中，所述生物菌肥由至少一种芽孢杆菌属的菌种及一种根瘤菌属的菌种制备得到，所述菌种选自根瘤菌、巨大芽孢杆菌和胶冻样芽孢杆菌组合，所述生物菌肥由根瘤菌肥、巨大芽孢杆菌肥和胶冻样芽孢杆菌肥混合制备得到，其中三种菌肥的活菌数量比例为2∶(1～3)∶(1～2)。本发明适用于沙漠、沙地沙质土土壤改良、品类丰富、适用于多种树种造林、种草等施用途径、具有良好的促进植物生长效果的生物菌肥。

Description

一种用于沙漠、沙地沙质土壤的生物菌肥及制备和应用
技术领域
本发明涉及生物领域，具体的说，本发明涉及一种用于沙漠、沙地沙质土壤的生物菌肥及制备和应用。
背景技术
生物菌肥又被称为细菌肥料、微生物肥料，是指一种含有活性微生物的特定制剂。生物菌肥不破坏土壤结构、不污染环境，改善土壤肥力，促进植物生长，原料多为废弃物、果渣、垃圾等，配套生产设备的要求不高，成本较低，使用效果不受环境条件(如营养、水分、温度、pH等)的影响。其品质可通过现代生物技术对发酵工艺和菌种纯化、改良、基因重组得到改进和提高。近些年来，农业生物菌肥也开始在农业生产中广泛使用，不但可以对目前的板结酸化的土壤进行改良，而且还可以营造对作物成长的良好微生态环境，对农业的可持续发展具有很好的作用。
芽孢杆菌是一群好氧或兼性厌氧、产芽孢的G+杆菌的总称，其生理特征丰富多样，分布极其广泛，是土壤和植物体表、根际的重要微生物种群，而且对动植物没有致病性。
目前已经出现使用芽孢杆菌制备的生物菌肥，但目前使用的芽孢杆菌生物菌肥存在如下技术问题：(1)使用环境、使用范围单一，无法在多个领域使用，目前的芽孢杆菌生物菌肥仅用于适于种植农作物的土壤中以起到农作物增产的作用，没有现有技术将芽孢杆菌生物菌肥用于沙漠、风沙土或砂质土以促进沙生植物的生长；(2)芽孢杆菌生物菌肥品类单一、施用方法受到限制，生物菌释放到环境中后可能存在水土不服，造成繁殖速度极慢甚至逐渐灭亡，影响其活性，不能达到预期的效果，使用后的植物生长效果不能达到令人满意的效果。目前仍需开发适用于沙质土、品类丰富、适用于多种施用途径、具有良好的促进植物生长效果的生物菌肥。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种生物菌肥。
本发明的另一目的在于提供所述的生物菌肥的制备方法。
本发明的再一目的在于提供所述的生物菌肥的应用。
为达上述目的，一方面，本发明提供了一种用于沙漠、沙地沙质土壤的生物菌肥，其中，所述生物菌肥由至少一种芽孢杆菌属的菌种及一种根瘤菌属的菌种制备得到。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述菌种选自胶冻样芽孢杆菌(Bacillusmucilaginosus)、巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)、根瘤菌(Rhizobium)组合。
上述菌种选择现有市售菌种或者按照常规方法培育即可，譬如是符合《复合微生物肥料》(NY 227-1994)中制备菌肥的菌种选择标准进行选择。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述生物菌肥由根瘤菌肥、巨大芽孢杆菌肥和胶冻样芽孢杆菌肥混合制备得到，其中三种菌的活菌数量比例为2∶(1～3)∶(1～2)。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述生物菌肥中还含有活菌载体，所述生物菌肥中活菌数量大于等于2亿/g。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述生物菌肥中含水量36.63％。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述活菌载体为草炭、植物秸秆、黏土和膨润土中的一种或多种的混合。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述植物秸秆为玉米秸秆或高粱秸秆。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述生物菌肥由包括如下步骤的方法制备得到：将根瘤菌、巨大芽孢杆菌和胶冻样芽孢杆菌菌液用无菌水稀释，分别喷洒于载体上，并充分混合，分别形成根瘤菌肥、巨大芽孢杆菌肥和胶冻样芽孢杆菌肥；三种菌肥分开存放，在使用时充分混合即可。
另一方面，本发明提供了所述的生物菌肥的制备方法。
再一方面，本发明提供了所述的生物菌肥在沙漠、沙地沙质土壤中的应用。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述生物菌肥的施加量为沙土与菌肥的体积比为(2～3)∶1。
根据本发明一些具体实施方案，其中，生物菌肥的施加方式选自混施、沟施或蘸根。
综上所述，本发明提供了一种用于沙漠、沙地沙质土壤的生物菌肥及制备和应用。本发明的菌肥具有如下优点：采用根瘤菌、巨大芽孢杆菌和胶冻样芽孢杆菌组合，解决了生物菌释放到环境中后可能存在水土不服，造成繁殖速度极慢甚至逐渐灭亡，影响其活性，不能达到预期的效果；根瘤菌、巨大芽孢杆菌和胶冻样芽孢杆菌菌液用无菌水稀释，分别喷洒于载体上，并充分混合，分别形成根瘤菌肥、巨大芽孢杆菌肥和胶冻样芽孢杆菌肥；三种菌肥分开存放，在使用时充分混合即可，适用于沙质土、品类丰富、适用于多种施用途径、具有良好的促进植物生长效果的生物菌肥。
附图说明
图1为4种施用肥料类型处理的供试植物生长情况；
图2为4种施用肥料类型处理的一年生苏丹草生长情况；
图3为沙冬青植株生长情况；
图4为甘草植株生长情况；
图5为不同的菌肥施用量对杨柴生长情况的影响。
具体实施方式
以下通过具体实施例详细说明本发明的实施过程和产生的有益效果，旨在帮助阅读者更好地理解本发明的实质和特点，不作为对本案可实施范围的限定。
实施例1
1生物菌肥制备
根据沙漠、沙地高温、低湿、沙质土壤透气性高等特殊环境条件，选用以下适宜菌种(同时这些菌种符合《复合微生物肥料》(NY 227-1994)中制备菌肥的菌种选择标准)：胶冻样芽孢杆菌Bacillus mucilaginosus、巨大芽孢杆菌Bacillus megaterium、根瘤菌Rhizobium。
根据沙漠、沙地土壤贫瘠、寡营养等特点，选用草炭为活菌载体。草炭初始理化性质特征如下表：
每种肥料活菌数量2亿个/g以上，共计生产菌肥10m3。生物菌肥微生物载体为草炭。
由内蒙古蒙肥有限责任公司提供车间(遮光，温度20-25℃，空气湿度41.5％-55.0％)，进行菌肥制备。需要将三种菌液用纯净水稀释后分别喷洒在草炭载体上，同时翻动载体，使菌液与载体混合均匀，不需要堆置，将形成的粉剂直接灌装包装袋内，运至试验地即可使用。本次固氮菌肥、解磷菌肥、解钾菌肥各3m3，空白草炭1m3。
制备的三种菌肥，活菌数量均在2亿/g以上(＞0.2亿/g)，含水量36.63％，符合中华人民共和国农业行业标准《复合微生物肥料》(NY/T 798-2004)。
2供试植物
(1)幼苗栽植：杨柴一年生幼苗(裸根苗)；
(2)种子直播：杨柴、甘草、沙冬青、苏丹草种子(颗粒饱满、无虫害、色泽好)；
3施用方式
(1)混合施用(简称混施)：营养杯盆栽，将3种菌肥、风沙土分别按照不同比例混合，灌装在营养杯中，进行播种和幼苗栽植；
(2)拌种施用(简称沟施)：田间开沟，在各小区内开窄沟，将菌肥分别按照不同比例混合后置于窄沟内，播种或者栽植幼苗；
(3)蘸根施用(简称蘸根)：田间开沟，将供试植物幼苗用清水蘸根后，置于不同配方肥料中，使植株根部与肥料充分接触并附着后，在开沟内栽植。
4菌肥施用方案对比
4.1施肥方式1-混合施肥方法
4.1.1试验材料准备
(1)杨柴幼苗(一年生)；
(2)胶冻样类芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、根瘤菌生物菌肥，复合肥(含氮磷钾肥)及有机肥(草炭)；
(3)营养杯：规格上口直径18cm×高度15cm，用营养杯进行盆栽实验；
4.1.2施肥量
取试验区周边沙土分别与5种肥料(3种菌肥、1种无机肥、1种空白载体)，其中3种菌肥及1种空白载体(无添加微生物草炭)分别各自按照表2比例充分混合，灌装在营养杯内。灌装与栽植尽量在短时间内完成。
表2混合施肥方式菌肥添加量(沙∶肥，体积比)
添加水平类型 0 1 2 3 4 5
肥料添加量 100％风沙土 1∶1 2∶1 3∶1 4∶1 5∶1
复合肥：N≥17％，Zn≥1％，S≥17％，B≥1％，K≥6％，复合肥采用常规用量约0.5g/营养杯，详细添加量见表3。
表3混合施肥方式复合肥添加量 单位：g/营养杯
添加水平类型 1 2 3 4
肥料添加量 0.3 0.5 0.7 1.0
4.1.3施肥方法及步骤
(1)采用土肥混合施肥，与沙土按比例混合，灌装在营养杯内；
(2)整地及小区设置
选择平整的流沙地，首先进行试验地规划，再进行整地，铲除杂草(连同地下根系)，设置保护行、实验小区，设计喷灌。小区面积1m×2m，约放置50个营养杯，各小区间隔30cm，中间设置土埂，顶部放砖1层。采用随机区组排列，将每种处理的小区随机分布。
(3)幼苗栽植
首先用配置好的营养土填装底部，在杯内中心处放置幼苗，继续灌装营养土，敦实，营养土装至距离杯口1cm处即可。
(4)营养杯放置
将营养杯按着小区规划，同一处理整齐、紧凑摆放在同一小区。
4.2施肥方式2-沟施操作方法
4.2.1试验材料
(1)杨柴、甘草、沙冬青、苏丹草种子；
(2)3种生物菌肥、无机肥(复合肥)、空白载体(无添加菌草炭)；
4.2.2施肥量
表4沟施方式5种肥料添加量 单位：kg/m2
添加量水平 0 1 2 3
肥料添加量 0 0.2 0.5 1
4.2.3施肥方法及步骤
(1)采用开沟条施、浅施方式；
(2)整地及小区设置
选择平整的流沙地，规划实验小区，小区面积1m×2m，各小区间隔30cm，中间设置土埂，顶部放砖1层。采用随机区组排列，将每种处理的小区随机分布。
(3)种子直播
在小区内分别开窄沟，宽(上部15cm、下部10cm)×深10cm，长度1m，开沟间距10cm。在沟底部均匀覆盖混合的菌肥，将种子撒播后再覆盖风沙土，播种量5-10g/m，播种深度在5cm，踩实即可。
4.3施肥方式3-蘸根操作方法
4.3.1材料准备
(1)杨柴一年生幼苗；
(2)3种生物菌混合肥、无机肥(复合肥)、空白载体(无添加菌草炭)；
4.3.2施肥量
本年度仅进行了胶冻样类芽孢杆菌肥、巨大芽孢杆菌肥、根瘤菌肥＝1∶1∶1的配方试验，将3种肥充分混合后，与清水沾湿的杨柴根部充分接触，杨柴根部能够附着最大肥料量最佳，经过测试(30株杨柴根部附着量均值)附着肥量为3.10g/株。
4.3.3蘸根方法及步骤
(1)肥料溶液配置
将肥料置于PVC方盒内，按照比例与纯净水混合均匀，静置，在蘸根前充分扰动，使之均匀。
(2)供试区准备
在供试区小区内分别开沟，开沟方式同上。
(3)对照
以仅蘸根纯净水、未做任何蘸根处理为对照。
4.4浇水及后期管护
每种施肥方式实验设置完成后，一次性浇透，采用漫灌方式。在连续7-10天无降雨的条件下，适当适量浇水。
5肥效调查
2016年8月11-12日、9月15-18日、11月3-4日分别进行了肥效调查，对每个处理小区的全部植株进行调查，计算杨柴成活率、苏丹草出苗率；杨柴高度每个小区随机抽查30株，计算平均值；杨柴地上地下生物量等指标，采用随机抽查法，在每个处理小区内随机挖取5株，进行测量，对全部小区内苏丹草地上和地下部分全部采集，带回实验室自然风干后，称重地上地下部分。
6生物菌肥肥效研究
6.1菌肥施用效果整体情况
6.1.1菌肥对杨柴生长情况的影响
对施用三种菌肥、空白载体、无机肥及未施用任何材料的CK共4种施用肥料类型处理的供试植物生长情况进行了调查，调查时间2016年9月12-15日，对比结果如图1所示。
从图1中可以看出，4种处理对杨柴成活率、高度、生物量的影响均具有显著差异性。菌肥的施用对杨柴的成活率有显著的促进作用，显著高于空白载体和CK处理，菌肥处理的杨柴成活率是CK的1.35倍；菌肥对杨柴的高度、地上和根系生物量均有显著的影响，分别是CK的5.74倍、8.56倍、4.66倍，空白载体与CK并未产生显著差异。说明在沟施方式条件下，菌肥对杨柴的成活率和生长情况均有显著的促进作用，无机肥对杨柴的高度和地上生物量作用效果明显，但是作用效果弱于菌肥处理。6.1.2菌肥对苏丹草生长情况的影响
对施用菌肥、空白载体、无机肥及未施用任何材料的裸地CK共4种施用肥料类型处理的一年生苏丹草生长情况进行了调查，对比结果如图2所示。
从图2(沟施方式)中可以看出，4种处理对苏丹草成活率、高度、生物量的影响均具有显著差异性。菌肥对苏丹草成活率与CK相比差异显著，菌肥处理的苏丹草成活率比CK高11.02％；菌肥对苏丹草的高度、地上和根系生物量的影响显著高于无机肥，而无机肥仅对苏丹草高度、地上生物量产生显著影响。菌肥处理苏丹草高度、地上和根系生物量分别比CK高53.35％、45.67％、43.65％。空白载体对苏丹草成活率、高度的影响显著高于CK，而在生物量的促进方面并未产生差异影响。说明空白载体在添加功能微生物以后，对苏丹草的促进作用会显著提高，且其作用效果优于无机肥。
6.1.3菌肥对沙冬青生长情况的影响
于2016年9月16日，对沙冬青的高度及数量进行了调查，由于沙冬青植株当年生长量较小，未对其地上和地下生物量进行测试。
图3(沟施方式)可以看出，菌肥处理肥力作用效果显著优于空白载体和无机肥，空白载体和无机肥在沙冬青的高度、数量(反应出苗情况)与CK相比并未产生显著影响。沙冬青为播种方式，其出苗情况较差，但是依然能够发现，菌肥对其产生较强的促进作用，沙冬青出苗数量达到32.85株/m2，比CK高165.99％，且能够有效促进沙冬青生长，其高度比CK高123.12％。
6.1.4菌肥对甘草生长情况的影响
于2016年9月16日，对沙冬青的高度及数量进行了调查，由于沙冬青植株当年生长量较小，未对其地上和地下生物量进行测试。
如图4(沟施方式)所示，甘草在施用菌肥后，其数量和高度均有显著性提高，分别较CK提高了187.76％和202.48％。而空白载体和无机肥并未对甘草的数量和高度产生显著影响。
6.2菌肥用量对杨柴生长情况的影响
2016年9月17日，对菌肥的不同用量肥效进行了调查，主要是针对供试植物杨柴的成活率、高度、生物量指标进行调查，此部分试验仅进行了混施方式+杨柴处理。
从图5可以看出，不同的菌肥施用量对杨柴的成活率、高度及生物量指标均产生差异作用效果。从成活率对比来看，用量B达到了最大，到E、F最小，但是用量A并未作用效果不及B、C、D，整体看来，随着菌肥用量的减小，成活率呈现先增加后减小的趋势。杨柴高度、地上生物量指标的变化也出现相同的趋势。但是杨柴高度对比来看，用量B、C、D的作用效果无差异，与其他用量相比作用效果最大；地上生物量比较，作用效果顺序为用量C＞B＞D\A＞E\F。根系生物量的随着肥料用量减小也呈现递减的方式，差异不显著(p＞0.05)，比较来看，用量A\B\C＞D\E\F差异显著。
总体分析认为，菌肥用量越多，并不能保证对供试植物生长有显著促进作用，但是用量极度减少后，对植物促进作用效果显著降低。沙与肥的1∶1比例形成的培养基质，杨柴的成活率较低，此配比用量对杨柴的高度和地上生物量的作用效果也并未达到最大，而用量B、C对杨柴成活和生长均有较好的促进作用，所以，在考虑菌肥用量时应该考虑沙肥比在2∶1-3∶1之间。
6.3不同施肥方式对杨柴生长情况的影响
表6复合生物菌肥不同施肥方式杨柴生长情况
施肥方式 成活率(％) 高度(cm) 地上生物量(g/株) 根系生物量(g/株)
混施 80.77A 60.31A 13.89A 8.49A
沟施 79.75A 63.11A 27.38B 11.64B
蘸根 88.89B 54.05B 10.25A 7.01A
注：不同大写字母代表同列处理差异显著，p＜0.05
在本试验研究中，采用了3种施肥方式，分别为混施、沟施、蘸根方式，以杨柴为供试植物，采用一年生幼苗开展试验。分别调查3种方式处理杨柴成活率、高度和生物量指标，比较结果如表6所示。
从表中可以看出，3种施肥方式相比，沟施方式对杨柴的生长促进作用最大，其次为混施方式，蘸根方式对杨柴幼苗的生长情况促进作用最小，但是其对杨柴幼苗的成活率有显著的影响，其比沟施、混施方式提高了11.46％、10.05％。同时，调查时发现，蘸根方式处理的小区内部杂草显著少于其他处理，杂草数量分别比沟施、混施施肥方式低82.22％、60.00％。
综合分析认为，混施和沟施2种施肥方式在单位体积内肥料用量及肥料配方一致，但是沟施方式菌肥材料比较集中，菌肥材料能够形成微生物繁殖的大空间，这将有利于微生物数量的快速增加，进而为植物提供尽量多的有机物质。而混施方式是将肥料与沙土充分混合，充分分散了微生物繁殖载体，菌肥携带的微生物与外界空间接触，其繁殖受到一定程度的抑制。这可能是造成杨柴生长差异的原因之一。而蘸根处理，增加了根部微生物数量，在缓苗期间微生物繁殖增加了大量的营养物质、热量等，有助于幼苗快速进行生理活动。但是在后期，随着幼苗根系的增长，有限量的菌肥不能供给幼苗生长的更多营养所需，杨柴生长缓慢，低于其他2种方式。
6.4不同菌肥配方对供试植物生长情况的影响
6.4.1不同配方对杨柴生长情况的影响
通过供试植物生长指标对14种配方处理进行比较，结果如表所示。
表7 14种配方处理杨柴生长情况
注：N表示根瘤菌；P表示巨大芽孢杆菌；K表示冻胶样类芽胞杆菌；平均值由编号2-14数据计算，编号1为空白载体处理；优势指标数量指大于均值的指标个数。(下同)
6.4.2不同配方对苏丹草生长情况的影响
以一年生苏丹草生长情况数据对14种配方进行对比，对比结果如表8所示。
表8 14种配方处理苏丹草生长情况
从表8中可以看出，优势指标数量(5个)第一位的配方为N1P1K2、N1P2K1，第二位优势指标数量(4个)的配方为N0P2K2、N2P2K3、N3P2K2、N2P1K1，对苏丹草生长有较强促进作用的配方为N1P1K2、N1P2K1、N0P2K2、N2P2K3、N3P2K2、N2P1K1共计6种配方。
6.4.3不同配方对其他供试植物生长情况的影响
以多年生沙冬青和药用植物甘草为供试植物进行了肥效测试，14种配方肥效比较结果如表所示。
表9 14种配方处理沙冬青、甘草生长情况
对沙冬青和甘草生长效果显著的配方为N2P2K1、N2P2K3、N3P2K23种配方。

Claims (10)

1.一种用于沙漠、沙地沙质土壤的生物菌肥，其中，所述生物菌肥由至少一种芽孢杆菌属的菌种制备得到。
2.根据权利要求1所述的生物菌肥，其中，所述菌种选自根瘤菌、巨大芽孢杆菌和胶冻样芽孢杆菌组合。
3.根据权利要求2所述的生物菌肥，其中，所述生物菌肥由根瘤菌肥、巨大芽孢杆菌肥和胶冻样芽孢杆菌肥混合制备得到，其中三种菌的活菌比例为2∶(1～3)∶(1～2)。
4.根据权利要求3所述的生物菌肥，其中，所述生物菌肥中还含有活菌载体，所述生物菌肥中活菌数量大于等于2亿/g。
5.根据权利要求4所述的生物菌肥，其中，所述活菌载体为草炭、植物秸秆、黏土和膨润土中的一种或多种的混合。
6.根据权利要求5所述的生物菌肥，其中，所述植物秸秆为玉米秸秆或高粱秸秆。
7.根据权利要求3～6任意一项所述的生物菌肥，其中，所述生物菌肥由包括如下步骤的方法制备得到：将根瘤菌、巨大芽孢杆菌和胶冻样芽孢杆菌菌液用无菌水稀释，分别喷洒于载体上，并充分混合，分别形成根瘤菌肥、巨大芽孢杆菌肥和胶冻样芽孢杆菌肥；三种菌肥分开存放，在使用时充分混合即可。
8.权利要求7所述的生物菌肥的制备方法。
9.权利要求1～7任意一项所述的生物菌肥在沙漠、沙地沙质土中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其中，所述生物菌肥的施加量为沙土与菌肥的体积比为(2～3)∶1，优选生物菌肥的施加方式选自混施、沟施或蘸根。
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