CN109265286A - 一种提高土壤磷利用的生物激活剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了属于农业土壤改善技术领域的一种提高土壤磷利用的生物激活剂及其制备方法和应用。所述提高土壤磷利用的生物激活剂，按质量份数包括如下原料：葡萄糖400‑600份、柠檬酸200‑300份、果糖20‑30份、岩藻糖20‑30份、槲皮素0.5‑3份。本发明的生物激活剂通过滴施、条施或穴施的方式施入土壤，来调控土壤微生物活性，提高土壤累积态磷利用效率。使用本发明的生物激活剂后，土壤磷酸酶活性显著增强，作物产量显著提高。

Description

一种提高土壤磷利用的生物激活剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于农业土壤改善技术领域，具体涉及一种提高土壤磷利用的生物激活剂及其制备方法和应用。
背景技术
土壤微生物在土壤累积态磷(主要包括难溶性无机磷和有机磷等)活化、利用过程中发挥着重要作用，它们可以分泌质子、有机酸来溶解土壤难溶性无机磷或者分泌磷酸酶水解土壤有机磷。由于受碳源限制，土壤微生物活性往往不强，只有5％左右处于活性状态。因此，如何提高微生物活性，增强其活化土壤累积态磷的效率成为研究的热点和难点。
根系分泌物是土壤微生物的重要碳源，其主要成分包括糖类、羧酸类、氨基酸类、类黄酮类、酚类等几大类化合物。这些物质一方面可以作为碳源，提高微生物活性(Bais etal.,The role of root exudates in rhizosphere interactions with plants andother organisms.Annual Review of Plant Biology,2006,57:233-266)；另一方面也可以作为信号分子，刺激微生物活化磷相关的代谢过程或者促进植物与土壤微生物(如菌根真菌)形成共生关系(Smith and Read,Mycorrhizal symbiosis,2008)。前人针对根分泌物关键成分对微生物的影响开展了一系列研究，例如：Shi等在室内培养条件下，用葡萄糖、蔗糖、果糖、奎宁酸、乳酸和顺丁烯二酸模拟的根系分泌物加到土壤中，发现微生物释放的脱氢酶活性显著提高，微生物群落构成发生显著变化(Shi et al.,Effects of selectedroot exudate components on soil bacterial communities. FEMS MicrobiologyEcology,2011,77:600–610)。Meier等在田间条件下，用葡萄糖、蔗糖、果糖、延胡索酸、丙二酸、草酸和莽草酸模拟的根分泌物加到土壤中，发现微生物释放的蛋白水解酶活性显著增强 (Meier et al.,Root exudates increase N availability by stimulatingmicrobial turnover of fast-cycling N pools.Soil Biology and Biochemistry,2017,106:119-128)。但上述报道没有考虑根系分泌物中信号分子(如类黄酮)的作用，也没有将微生物活性变化同土壤累积态磷的微生物活化周转联系起来。
目前部分专利的配方中涉及到一些有机化合物，如葡萄糖、柠檬酸、果糖等。其做法是将上述化合物添加到有机肥中(一种有机肥料添加剂，中国专利申请号CN201810045336.8)、土壤改良剂中(一种有机农家肥及其制作方法，中国专利申请号CN201711259129.4)、或者作为微生物菌剂培养基的成分(一种用于农场现场发酵的解淀粉芽孢杆菌药肥及其应用，中国专利申请号CN201510975546.3)。涉及到槲皮素(菌根促生因子)的专利十分有限。在现有的专利中，槲皮素被用来处理脱毒苗木，将苗木根系浸泡在含有槲皮素的热药水中，提高苗木移栽的成活率(一种高矮化砧无毒苹果苗的培育方法，中国专利申请号CN201710738789.4)。
目前还缺乏应用多种根系分泌物成分复合配制进行调控土壤微生物活化土壤累积态磷的技术方案。
发明内容
为了克服现有技术中的问题，本发明提供一种调控土壤微生物活性、提高土壤累积态磷利用效率的生物激活剂及其制备方法和应用。
为此本发明的技术方案如下：
一种提高土壤磷利用的生物激活剂，按质量份数包括如下原料：
葡萄糖400-600份、柠檬酸200-300份、果糖20-30份、岩藻糖 20-30份、槲皮素0.5-3份。
上述生物激活剂中，优选的，按质量份数包括如下原料：
葡萄糖450-550份、柠檬酸220-270份、果糖22-26份、岩藻糖 23-27份、槲皮素0.5-1.5份。
上述生物激活剂中，最优选的，按质量份数包括如下原料：
葡萄糖500份、柠檬酸250份、果糖25份、岩藻糖25份、槲皮素1份。
上述生物激活剂的制备方法，包括如下步骤：
将特定份量的葡萄糖、柠檬酸、果糖和岩藻糖溶于水，得到混合水溶液；将槲皮素用热的乙醇溶解后，加入到上述水溶液中，搅拌制备生物激活剂溶液；
或者将特定份量的葡萄糖、柠檬酸、果糖和岩藻糖混合均匀后制备生物激活剂粉剂；使用时，先将槲皮素用热的乙醇溶解，与生物激活剂粉剂同时施用；
或者将特定份量的葡萄糖、柠檬酸、果糖和岩藻糖混合均匀；将槲皮素与适量细沙混合，然后再与上述其他成分混匀。
上述生物激活剂的制备方法中，水溶液中葡萄糖、柠檬酸、果糖和岩藻糖的总质量和水的质量体积比为：1g-5g：100ml。
例如，可以选择葡萄糖、柠檬酸、果糖和岩藻糖的总质量和水的质量体积比为：1g：100ml、2g：100ml、3g：100ml、4g：100ml、 5g：100ml。
上述生物激活剂的制备方法中，所述槲皮素和乙醇的质量体积比为1mg-2.5mg：100ml，所述热的乙醇的温度为70-75℃。
例如，可以选择槲皮素和乙醇的质量体积比为1mg：100ml、 1.5mg：100ml、2mg：100ml、2.5mg：100ml。
一种提高土壤磷利用效率的方法，包括如下步骤：
将上述生物激活剂施加到农田里。
上述提高土壤磷利用效率的方法中，所述施加到农田的方法为滴灌、条施或穴施，施用量按生物激活剂的原料计为0.5kg-3kg/亩。
上述提高土壤磷利用效率的方法中，所述滴灌的方法为：将生物激活剂的溶液加到施肥罐中随水滴施，所述生物激活剂分2-3次施入土壤。
上述提高土壤磷利用效率的方法中，所述条施或者穴施的方法为：在作物苗期，于作物根系附近开7-15cm深的沟，沟内均匀撒施生物激活剂的粉剂，并在沟内喷施槲皮素的溶液，随后覆土并及时灌溉；或者将生物激活剂各原料与细沙混合后，与肥料一起施入土壤，施用后及时灌溉，所述生物激活剂分2-3次施入土壤。
本发明的有益效果：
本发明的生物激活剂含有特定的含量的组分，施用后，可以调控土壤种的微生物活性，提高土壤累积态磷利用效率。
附图说明
图1为施用磷肥、生物激活剂及不施磷肥对玉米和棉花产量的影响；A表示石河子试验玉米的产量，B表示沙湾试验棉花的产量。不同的小写字母表示差异显著(P≤0.05)。
图2为施用磷肥、生物激活剂及不施磷肥对土壤酸性磷酸酶活性的影响；不同小写字母表示处理间差异显著(P≤0.05)。
图3为施用磷肥、生物激活剂及不施磷肥对玉米地上生物量和土壤碱性磷酸酶活性的影响；不同的小写字母表示差异显著(P≤0.05)。
具体实施方式：
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或成分比例上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围内。本发明中所使用的材料和装置，如无特殊说明，均为市售。
实施例1滴施生物激活剂
本实施例的生物激活剂包括原料：
葡萄糖0.8kg、柠檬酸0.4kg、果糖0.04kg、岩藻糖0.04kg、槲皮素1.6g。
按上述原料总质量计，每亩施用1.28kg。
制备和施用方法为：
采用滴施，在每次滴水时，先将葡萄糖、柠檬酸、果糖和岩藻糖加水溶解(按生物激活剂:水＝5g:100ml)得到混合水溶液，将槲皮素用70℃的无水乙醇溶解(槲皮素:乙醇＝1.5mg:100ml)得到槲皮素的醇溶液，然后将醇溶液加入上述水溶液中，制备生物激活剂溶液。将生物激活剂溶液随肥料加入施肥罐中搅拌混匀，随水滴施。
以玉米和棉花作物为例，在玉米和棉花的出苗水中施入生物激活剂(按原料计)总用量的40％，即施入0.512kg/亩。在第二水(出苗后第一水)时施入生物激活剂总用量的40％，即施入0.512kg/亩。在第三水施入剩余20％的生物激活剂，即施入0.256kg/亩。
4、其余的施肥和田间管理与实际生产一致。
施用效果：
按照上述方法，在新疆石河子和沙湾县进行田间示范试验，即对玉米和棉花添加生物激活剂但不施磷肥处理，同时设置空白对照组 (不施磷处理)和施磷处理组(施磷酸一铵120kg P2O5ha-1)，其结果的结果如图1所示。可以看出，在石河子的玉米试验中，添加生物激活剂但不施磷肥处理的产量显著高于施磷处理和不施磷处理(图 1A)。说明添加生物激活剂起到了活化土壤累积态磷的作用。在沙湾的棉花试验上，施用生物激活剂但不施磷肥处理产量显著高于不施磷处理，施用生物激活剂处理与施磷处理的产量差异不显著(图1B)，说明施用生物激活剂提高了棉花对累积态磷的吸收。综合两个实验的结果发现，施用生物激活剂可以比对照(不施磷肥)增产13.3％-28.3％，比施磷处理增产8.9％-13.2％。本发明的生物激活剂配方及制备方法能够在适当减磷的情况下保证不减产，对生产上化肥减施具有重要意义。
实施例2条施生物激活剂
本实施例的生物激活剂包括原料：
生物激活剂按照葡萄糖0.9kg、柠檬酸0.54kg、果糖0.052kg、岩藻糖0.05kg、槲皮素2g。
按上述原料总质量计，即每亩地施用1.6kg。
制备和施用方法：在作物苗期，于根系附近用开沟器开10cm深的沟，将葡萄糖、柠檬酸、果糖和岩藻糖混合均匀后撒施于沟内，将槲皮素用75℃的无水乙醇溶解制备醇溶液(槲皮素:乙醇＝2mg:100 ml)，后加水稀释40倍，然后均匀喷洒到土壤(施肥所开的沟)中。随后覆土并及时灌溉，促进生物激活剂溶解。
以玉米为例，在玉米播种时，与种肥一起施入生物激活剂(按原料计)总量的50％，即每亩施入0.8kg。在玉米的拔节期追肥时施入另外50％的生物激活剂，即每亩施入0.8kg。具体的方法为，播种时，距离播种行10cm处开沟，将50％的生物激活剂撒入沟中，覆土并及时灌溉。在玉米拔节期，距离玉米行10cm处用开沟器开沟，将追施的肥料与剩余50％的生物激活剂均匀撒入沟中，然后覆土并及时灌溉。
4、其余的施肥和田间管理与实际生产一致。
施用效果：
按照上述方法，在中国农业大学上庄试验站进行了示范试验，即对玉米不施加磷肥，而施加生物激活剂，同时设置空白对照组(不施磷处理)和施磷处理组(施磷酸一铵120kg P2O5ha-1)，结果如图2 所示。可以看出，施磷肥后土壤酸性磷酸酶活性显著降低，而只添加生物激活剂，土壤酸性磷酸酶活性比施磷处理提高了268％，比对照不施磷处理提高了125％。说明添加生物激活剂后，土壤中具有解磷功能(水解有机磷)的微生物活性被充分调动起来。在农业生产中，应用本法可以有效地调控解磷微生物的活性，从而提高作物对土壤累积态磷的利用效率。
实施例3滴施生物激活剂
本实施例的生物激活剂包括原料：
葡萄糖1.2kg、柠檬酸0.4kg、果糖0.04kg、岩藻糖0.06kg、槲皮素1g。
按上述原料总质量计，每亩施用3kg。
制备和施用方法为：
采用滴施，将葡萄糖、柠檬酸、果糖和岩藻糖在每次滴水时先加水溶解(按生物激活剂:水＝2.5g:100ml)得到混合水溶液，将槲皮素用70℃的无水乙醇溶解(槲皮素:乙醇＝1mg:100ml)，得到槲皮素的醇溶液，然后将醇溶液加入上述水溶液中，制备生物激活剂溶液。将生物激活剂溶液随肥料加入施肥罐中搅拌混匀，随水滴施。
以玉米为例，在玉米的出苗水中施入生物激活剂总用量的40％，即施入1.2kg/亩。在第二水(出苗后第一水)时施入生物激活剂总用量的40％，即施入1.2kg/亩。在第三水施入剩余20％的生物激活剂，即施入0.6kg/亩。
4、其余的施肥和田间管理与实际生产一致。
施用效果：
按照上述方法，在新疆石河子田间试验，即对玉米添加生物激活剂但不施磷肥处理，同时设置空白对照组(不施磷处理)和施磷处理组(施磷酸一铵120kg P2O5ha-1)，结果如图3所示。可以看出，在石河子的玉米试验上，添加生物激活剂但不施磷肥处理的玉米地上部生物量显著高于不施磷处理，与施磷处理相比无显著差异(图3A)，说明添加生物激活剂活化了土壤累积态磷，改善了玉米磷营养。同时，施用生物激活剂处理的根际土壤碱性磷酸酶活性显著高于施磷处理，与不施磷处理相比，差异不显著(图3B)，说明施用生物激活剂刺激了土壤微生物，提高了土壤磷酸酶活性，能够促进土壤有机磷的水解。

Claims (10)

1.一种提高土壤磷利用的生物激活剂，其特征在于，按质量份数包括如下原料：
葡萄糖400-600份、柠檬酸200-300份、果糖20-30份、岩藻糖20-30份、槲皮素0.5-3份。
2.根据权利要求1所述的生物激活剂，其特征在于，按质量份数包括如下原料：
葡萄糖450-550份、柠檬酸220-270份、果糖22-26份、岩藻糖23-27份、槲皮素0.5-1.5份。
3.根据权利要求2所述的生物激活剂，其特征在于，按质量份数包括如下原料：
葡萄糖500份、柠檬酸250份、果糖25份、岩藻糖25份、槲皮素1份。
4.权利要求1-3任一项所述生物激活剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将特定份量的葡萄糖、柠檬酸、果糖和岩藻糖溶于水，得到混合水溶液；将槲皮素用热的乙醇溶解后，加入到上述水溶液中，搅拌制备生物激活剂溶液；
或者将特定份量的葡萄糖、柠檬酸、果糖和岩藻糖混合均匀后制备生物激活剂粉剂；使用时，先将槲皮素用热的乙醇溶解，与生物激活剂粉剂同时施用；
或者将特定份量的葡萄糖、柠檬酸、果糖和岩藻糖混合均匀；将槲皮素与适量细沙混合，然后再与上述其他成分混匀。
5.根据权利要求4所述的生物激活剂的制备方法，其特征在于，水溶液中葡萄糖、柠檬酸、果糖和岩藻糖的总质量和水的质量体积比为：1g-5g：100ml。
6.根据权利要求4所述的生物激活剂的制备方法，其特征在于，所述槲皮素和乙醇的质量体积比为1mg-2.5mg：100ml，所述热的乙醇的温度为70-75℃。
7.一种提高土壤磷利用效率的方法，其特征在于，包括如下步骤：
将权利要求1-3中任一项所述生物激活剂施加到农田里。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述施加到农田的方法为滴灌、条施或穴施，施用量按生物激活剂的原料计为0.5-3kg/亩。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述滴灌的方法为：将生物激活剂的溶液加到施肥罐中随水滴施，所述生物激活剂分2-3次施入土壤。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述条施或者穴施的方法为：在作物苗期，于作物根系附近开7-15cm深的沟，沟内均匀撒施生物激活剂的粉剂，并在沟内喷施槲皮素的溶液，随后覆土并及时灌溉；或者将生物激活剂各原料与细沙混合后，与肥料一起施入土壤，施用后及时灌溉；所述生物激活剂分2-3次施入土壤。
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