CN108040565A - 改良作物根际真菌群落结构的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改良作物根际真菌群落结构的方法:在对植物进行种植前,按照每亩施用0.7~4吨生物炭的比例,在10~20cm深度的耕层内加入生物炭均匀混合;生物炭粒径为≤2mm。采用本发明的方法能使作物根际土壤的真菌群落结构发生显著变化,多样性指数提高。本发明将粪肥原料制备成生物炭,并用来改良作物根际真菌群落结构,有针对性的提高根际土壤理化指标,改善真菌群落结构,提高作物产量。
Description
技术领域
本发明涉及作物增产领域,具体涉及利用粪肥生物炭改良作物根际真菌群落结构的方法。
背景技术
作物根际土壤是指直接受作物根系影响的微域土壤,是植物能量和物质代谢最活跃的部位之一。受作物生理活动的影响,根际土壤的理化性质(如pH、有机碳、氧化还原电位等)与非根际土壤存在明显差异。根际土壤也是作物根系跟土壤微生物相互作用的重要场所,根际土壤中的微生物数量大于非根际土壤,且微生物的种类、结构和功能都存在差异。根际土壤微生物是土壤中最活跃的组分之一,不仅参与根际土壤的养分(C、N、P、S)循环,它与作物之间的交互作用直接影响作物的生长和发育。
真菌是土壤中具有种类繁多、分布广泛的一类真核微生物,与细菌相比,真菌具有个体大、异养、孢子繁殖和适应能力强等特性。土壤真菌具有功能多样性,可分为分解菌、共生菌和致病菌三大类。分解菌在土壤有机质降解过程中起重要作用,即能将高分子有机质分解为简单的有机分子和矿质养分,也可将根际分泌物等有机质矿化为二氧化碳,降低有机质含量。同时,共生菌(以丛枝真菌为主)可与植物根系形成共生体,促进作物根系水分运输和养分吸收,提高作物对养分的利用率。共生菌还可以富集重金属和降解有机污染物(如多环芳烃、农药等),提升作物抗病害、抗毒害能力。当然,土壤中也存在一些土传致病真菌,可入侵植物体内,对植物器官造成危害,如枯萎病、根腐病等,最终引起作物减产或品质下降。综上所述,改善作物根际土壤真菌群落结构,提高多样性,充分发挥有益菌的生态功能,在作物增产和农产品质量提升等方面起着至关重要的作用。
目前,生物炭是以生物有机质为原料,在200~700℃下无氧环境下热解而成的固体材料,具有高pH、高芳香度、高比表面积等特点,已被证实在土壤固碳、肥力提升和微生物群落结构改良等方面具有重要应用价值。我国粪肥的产量巨大并逐渐增长,将粪肥原料转化为生物炭,既可以解决大量粪肥难以处理的难题,又可以发挥粪肥生物炭在酸性土壤改良和污染土壤修复等方面发挥重要作用,在农业方面实现经济和环境效益最大化。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种改良作物根际真菌群落结构的方法,本发明的粪肥原料制备成生物炭、并用来改良作物根际真菌群落结构的方法,有针对性的提高根际土壤理化指标,改善真菌群落结构,提高作物产量。
为了解决上述技术问题,本发明提供一种改良作物根际真菌群落结构的方法,在对植物进行种植前,按照每亩施用0.7~4吨生物炭的比例(即,按照每千克干土添加5-30克的生物炭的比例),在10~20cm深度的耕层内加入生物炭均匀混合;
生物炭粒径为≤2mm(一般≤0.15mm效果最佳)。
即,先在10~20cm深度的耕层内加入生物炭均匀混合,然后按照作物的常规种植方式进行施肥、种植、灌溉等。
作为本发明的改良作物根际真菌群落结构的方法的改进:
生物炭是由风干的畜禽粪便在500~550℃无氧条件下(容器中可通氮气或氩气等惰性气体)热解烧制而成,热解时间为1.5~2.5小时。
作为本发明的改良作物根际真菌群落结构的方法的进一步改进:按照15~25℃/每分钟的升温速率升温至500~550℃进行热解烧制。
作为本发明的改良作物根际真菌群落结构的方法的进一步改进:所述畜禽粪便为猪粪、鸡粪、牛粪。
作为本发明的改良作物根际真菌群落结构的方法的进一步改进:作物根际土壤的真菌群落结构发生显著变化,多样性指数提高。
作为本发明的改良作物根际真菌群落结构的方法的进一步改进:在功能分类学上,真菌共生菌丰度增加,病原菌丰度并未增加;
在物种分类学上,粪壳菌纲(子囊菌门)、座囊菌纲(子囊菌门)和伞菌纲(担子菌门)的丰度显著增加(且最明显),最终促进作物增产。
本发明适宜于改良作物根际真菌群落结构,进而促进作物生长。
本发明具有如下有益效果:施用猪粪生物炭后,可明显提高土壤pH、有机碳、有效磷、总盐基离子含量,改变根际土壤中真菌的群落结构,显著提高真菌群落结构的丰富度和多样性,提高共生菌的相对丰度,且不会促进土传病原菌的生长,并对粪壳菌纲(子囊菌门)、座囊菌纲(子囊菌门)、伞菌纲(担子菌门)和银耳纲(担子菌门)具有强烈的正效应(促生作用)。最终,促进作物根系生长,提高作物生物量,起到明显的增产效果。
与现有技术相比,本发明具备如下技术优势:(1)用于制备生物炭的粪肥获取容易、成本低,且可以解决我国大量粪肥难以处理的问题,制备方法简单易懂,易于被接受。(2)与传统的植物促生菌相比,该发明不需接种菌,使用成本低,除提高作物产量外,还可以提升土壤肥力,具有双重效应。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
图1为非度量多维尺度分析(NMDS)描述下的粪肥生物炭和秸秆生物炭对水稻根际真菌群落结构影响的对比图;
图中,NMDS1代表群落结构数据降到二维之后在X坐标上的射影,两个样点在X轴上的坐标值差异越大,说明两个样点的群落结构差异越大;NMDS2代表群落结构差异在Y坐标上的射影,两个样点在Y轴上的坐标值差异越大,说明两个样点的群落结构差异越大。
图2为粪肥生物炭施用下水稻根际土壤共生菌、降解菌、病原菌相对丰度的变化规律。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。
将收集到的粪肥(以猪粪为例)作为原料进行如下处理:
原料风干后粉碎磨碎(水分含量≤12%,过10目的筛),放入自动炭化装置中,升温速率为15℃/分钟,升温至550℃条件下无氧热解,热解时间为2小时,冷却至室温后研磨至过1mm孔径筛,得猪粪生物炭。
收集水稻秸秆,按上述相同方法制备,获得水稻秸秆生物炭作为对照。
实施例1:
采用黄泥田土作为供试土壤,风干并磨碎过2mm孔径筛。
将4kg黄泥田和120g猪粪生物炭或秸秆生物炭充分均匀混合后,装入盆内,盆内土的厚度为15cm,添加量为3%(质量比)。
全部处理统一配施肥料,肥料用量如下:尿素:0.65g/kg;磷酸二氢钾:0.44g/kg;氯化钾:0.34g/kg。每个处理3次重复,按完全随机排列组合摆放。
调节土壤为淹水状态,每盆移栽15株水稻幼苗到盆中,待长出两片真叶后每盆留5株。根据水稻不同生长时期,调节适合的土壤含水量。置于温室内,含光照。
收获后测定水稻的生物量和根长;收集水稻根际土壤,测定土壤pH、有机碳、有效磷和总盐基离子含量;具体如表1所述。提取根际土壤中微生物的DNA,进行高通量测序(ITS测序),测序引物为
its1:5′-CTTGGTCATTTAGAGGAAGTAA-3′和
its2:5′-GCTGCGTTCTTCATCGATGC-3′。
获取真菌群落结构和多样性等数据。将所得数据进行非度量多维尺度分析,获得不同生物炭作用下真菌群落结构的差异图,具体如图1所示;将测序数据与相关数据库对比,获得真菌在不同生物分类学水平上的相对丰度(如表2所示)和真菌三大功能分类(降解菌、共生菌和病原菌)的相对丰度(如图2所示)。
表1、粪肥生物炭对水稻根际土壤理化性质、微生物指标和作物产量指标的影响效果表
字母a,b,c代表不同处理之间是否存在显著差异,如字母不同,说明差异显著。
由表1所示:添加粪肥生物炭后,水稻根系土壤pH提高了1.8个单位,有机碳提升了0.6%,总盐基离子总量提升了1.05cmol/kg,有效磷含量提升了20mg/kg,土壤质量得到较大改善。粪肥生物炭对土壤理化性质的提升效益高于秸秆生物炭。同时,粪肥生物炭明显提高根际土壤微生物的丰富度(Chao 1指数)和多样性(Shannon指数),且提升效果优于秸秆生物炭。添加粪肥生物炭后,水稻生物量增加68.0%,根长增加27.9%,显著提高作物产量。
由图1所示:粪肥生物炭明显改变水稻根际的真菌群落结构,且作用效果大于秸秆生物炭。
表2为粪肥生物炭作用下水稻根际土壤中相对丰度变化差异显著的真菌种类。差异性真菌的筛选标准为:若生物炭处理下的某一真菌与对照(不添加生物炭)相比,其丰度的差异倍数大于2倍的均定义为差异性真菌。负效应为粪肥生物炭降低了真菌的相对丰度,即抑制其生长;正效应为粪肥生物炭提高了真菌的相对丰度,即促进其生长。丰度差异倍数越大,生物炭的作用效果越明显。
表2
由表2所述:在属水平上,粪肥生物炭显著降低了8种真菌的相对丰度,其中对被孢霉目(Mortierellale,接合菌门)、盘菌目(Pezizales,子囊菌门)和黑粉菌目(Ustilaginales,担子菌门)的抑制效果最明显,相对丰度分别降低了59倍、50倍和29倍。粪肥生物炭显著增加了5种真菌的相对丰度,其中对粪壳菌纲(Sordariomycetes,子囊菌门)、座囊菌纲(Dothideomycetes,子囊菌门)和伞菌纲(Agaricomycetes,担子菌门)的促生效果最明显,相对丰度分别提升了52倍、28倍和21倍。
由图2所示:粪肥生物炭显著增加了水稻根际土壤中共生菌的相对丰度,而秸秆生物炭对共生菌的相对丰度没有影响,即粪肥生物炭可促进真菌与水稻根系形成联合体,互利互助,为水稻生长提供水分和养分,促进作物生长。同时,粪肥生物炭的添加并未提高根际土壤中病原菌的相对丰度,即粪肥生物炭的添加不会促进病原菌的生长,从而危害作物。粪肥生物炭的添加对根际土壤中的有机物降解菌相对丰度没有影响,说明生物炭的添加对根际土壤中有机质的降解和矿化没有影响,能够起到保肥作用。
最后,还需要注意的是,以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然,本发明不限于以上实施例,还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形,均应认为是本发明的保护范围。
序列表
<110> 浙江大学
<120> 改良作物根际真菌群落结构的方法
<160> 2
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 22
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 1
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<210> 2
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 2
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Claims (6)
1.改良作物根际真菌群落结构的方法,其特征是:在对植物进行种植前,按照每亩施用0.7~4吨生物炭的比例,在10~20cm深度的耕层内加入生物炭均匀混合;
生物炭粒径为≤2mm。
2.根据权利要求1所述的改良作物根际真菌群落结构的方法,其特征是:
生物炭是由风干的畜禽粪便在500~550℃无氧条件下热解烧制而成,热解时间为1.5~2.5小时。
3.根据权利要求2所述的改良作物根际真菌群落结构的方法,其特征是:按照15~25℃/每分钟的升温速率升温至500~550℃进行热解烧制。
4.根据权利要求2或3所述的改良作物根际真菌群落结构的方法,其特征是:所述畜禽粪便为猪粪、鸡粪、牛粪。
5.根据权利要求1~4任一所述的利用粪肥生物炭改良作物根际真菌群落结构的方法,其特征是:作物根际土壤的真菌群落结构发生显著变化,多样性指数提高。
6.根据权利要求5所述的利用粪肥生物炭改良作物根际真菌群落结构的方法,其特征是:
在功能分类学上,真菌共生菌丰度增加,病原菌丰度并未增加;
在物种分类学上,粪壳菌纲(子囊菌门)、座囊菌纲(子囊菌门)和伞菌纲(担子菌门)的丰度显著增加,最终促进作物增产。
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