CN109721444A - 一种土壤磷素活化剂及其制备方法、施用方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种土壤磷素活化剂，属于生物肥料技术领域，所述土壤磷素活化剂，包括以下质量份的组分：B族金属氧化物0.01～0.1份、曲霉属真菌25～60份、囊霉属丛枝菌根菌30～50份、腐殖酸8～12份和豆类作物秸秆10～20份；所述土壤磷素活化剂中，曲霉属真菌的有效活菌数≥1×10⁸CFU/g，囊霉属丛枝菌根菌的有效孢子数≥15个/g。本发明提供的土壤磷素活化剂能活化麦田土壤中的磷素，减少磷素向无效态磷的固化，同时刺激小麦根系对周围磷素的吸收，提高磷肥利用率，减少磷肥的施用，保证小麦稳产、增产。

Description

一种土壤磷素活化剂及其制备方法、施用方法和应用

技术领域

本发明属于生物肥料技术领域，具体涉及一种土壤磷素活化剂及其制备方法、施用方法和应用。

背景技术

稻-麦轮作是长江中下游粮食生产的主要耕作制度，其稻茬麦面积占小麦播种面积的70％以上(石祖梁等，2014)。调查显示，为追求高产，长江中下游稻-麦轮作双季种植模式下农田均施用磷肥(马玉军等，2014)。研究发现，当季施用的磷肥大部分与Ca²⁺、Fe³⁺、Al³⁺等结合成难溶性磷酸盐滞留在土壤中，仅8％～20％的磷被植物根系吸收利用(Epstein，1983；王永壮等，2013)。因此土壤中已积累了大量的磷资源，这些磷多以无效态固定于土壤中不能被作物吸收利用。这不仅造成巨大的资源浪费，而且造成严重的农业面源污染。国内对磷素活化剂的应用还限于少数几个品种，在农业生产实践后的解磷效果也不稳定。研制高效率的土壤磷素微生物活化剂，是农业生产的迫切需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种土壤磷素活化剂及其制备方法、施用方法和应用，本发明提供的土壤磷素活化剂既能够增强根系溶磷酶的分泌，有效地解离土壤中被固化的化合态磷，又能提高小麦根系对可溶性磷素的吸收能力，提高土壤磷素的可利用率，从而可以有效减少化学磷肥的投入量，为农业生产节本增效，保证小麦稳产和增产。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种土壤磷素活化剂，包括以下质量份的组分：B族金属氧化物0.01～0.1份、曲霉属真菌25～60份、囊霉属丛枝菌根菌30～50份、腐殖酸8～12份和豆类作物秸秆10～20份；所述土壤磷素活化剂中，曲霉属真菌的有效活菌数≥1×10⁸CFU/g，囊霉属丛枝菌根菌的有效孢子数≥15个/g。

优选地，所述B族金属氧化物包括二氧化钛、氧化锌、氧化铜和氧化铁中的一种或几种。

优选地，所述B族金属氧化物的粒径为5～35nm。

优选地，所述曲霉属真菌为烟曲霉Aspergillusfumigatus L.，保藏编号为CGMCC：3.8027。

优选地，所述囊霉属丛枝菌根菌为摩西管柄囊霉Funneliformis mosseae.，保藏编号为BGC HEB02。

本发明提供了上述技术方案所述土壤磷素活化剂的制备方法，包括：将所述B组金属氧化物、曲霉属真菌、囊霉属丛枝菌根菌、腐殖酸和豆类作物秸秆粉碎、混合，得到土壤磷素活化剂。

优选地，所述粉碎后，得到的粉碎物的粒径≤110μm。

本发明还提供了上述技术方案所述土壤磷素活化剂的施用方法，将所述土壤磷素活化剂与磷肥混合后施入土壤；以P₂O₅计，所述磷肥与土壤磷素活化剂的质量比为1:0.8～1。

优选地，所述施入土壤的深度为10～15cm。

本发明还提供了上述技术方案所述土壤磷素活化剂在提高小麦田磷素可利用率中的应用。

本发明提供的土壤磷素活化剂，通过B族金属氧化物纳米颗粒和丛植菌根真菌菌剂对微生物溶磷酶活性和小麦根系活性进行同步调控：其中，B族金属氧化物纳米颗粒诱导解磷真菌分泌更多的植酸酶、磷酸酶、脱氢酶等溶磷酶，催化难溶性磷酸盐溶解，从而提高小麦根系表面速效磷的可获得性；丛枝菌根真菌与小麦根系形成互惠共生体，通过发达的根外菌丝从根系周围和根毛难到达的土壤中吸收矿质元素和水分运送到小麦根系中，加强小麦根系对土壤可溶性磷素的吸收效率。

本发明实施例的结果显示：本发明提供的土壤磷素活化剂能活化麦田土壤中的磷素，减少磷素向无效态磷的固化，同时刺激小麦根系对周围磷素的吸收，提高磷肥利用率，减少磷肥的施用，保证小麦稳产、增产。

具体实施方式

本发明提供了一种土壤磷素活化剂，包括以下质量份的组分：B族金属氧化物0.01～0.1份、曲霉属真菌25～60份、囊霉属丛枝菌根菌30～50份、腐植酸8～12份和豆类作物秸秆10～20份；所述土壤磷素活化剂中，曲霉属真菌的有效活菌数≥1×10⁸CFU/g，囊霉属丛枝菌根菌的有效孢子数≥15个/g。

本发明提供的土壤磷素活化剂包括重量份数为0.01～0.1份的B族金属氧化物，优选为0.05份。本发明对所述B族金属氧化物的种类没有特殊限定，优选为二氧化钛、氧化锌、氧化铜和氧化铁中的一种或几种，当所述B族金属氧化物优选为两种或以上时，各组分优选以等质量比进行混合。在本发明中，上述所述B族金属氧化物的粒径优选为5～35nm，更优选为10～30nm。本发明对所述B族金属氧化物的来源没有特殊限定，采用常规的市售产品即可。本发明所述B族金属氧化物不仅能刺激根毛增殖和侧根形成，增加根系对周围养分的吸收，还是溶磷酶的辅酶因子，促进解磷微生物植酸酶、磷酸酶的分泌。

本发明提供的土壤磷素活化剂包括重量份数为25～60份的曲霉属真菌，优选为30～50份，更优选为45份。本发明对所述曲霉属真菌的种类没有特殊限定，优选为烟曲霉。本发明对所述烟曲霉的来源没有特殊限定，采用常规市售产品即可。其中，本发明所述土壤磷素活化剂中曲霉属真菌的有效活菌数≥1×10⁸CFU/g。在本发明实施例中，所述烟曲霉优选为Aspergillus fumigatus L.，保藏编号为CGMCC：3.8027，优选购自中国普通微生物菌种保藏管理中心。在本发明实施例中，所述烟曲霉优选以烟曲霉菌剂的形式添加，所述烟曲霉菌剂的制备方法优选包括：将烟曲霉A.fumigatus菌丝接种到察氏液体培养基中，在25～30℃静置培养5～8d，35～45℃烘干，粉碎，得到菌剂。

本发明优选将察氏培养基与水混合后，得到察氏液体培养基。本发明对所述察氏培养基的来源没有特殊限定，采用常规市售产品即可。在本发明实施例中，所述察氏培养基优选为每1000g含硝酸钠3.0g、磷酸氢二钾1.0g、七水硫酸镁0.5g、氯化钾0.5g、七水硫酸亚铁0.01g、蔗糖30.0g、琼脂15.0g。

在本发明中，所述培养的温度优选为25～30℃，更优选为28℃；所述培养的时间优选为5～8天，更优选为7d；所述烘干的温度优选为35～45℃，更优选为40℃。

在本发明中，所述得到的菌剂中烟曲霉有效活菌数不低于1×10⁹CFU/g。

本发明将所述烟曲霉与B族金属氧化物混合培养后制得的菌剂能够发挥二者的协同作用，有效促进植酸酶、磷酸酶等土壤胞外酶的分泌，有效地解离等溶磷酶的分泌，释放土壤中原有的难溶性磷为速效磷，提高土壤磷素的可利用率。

本发明提供的土壤磷素活化剂包括重量份数为30～50份的囊霉属丛枝菌根菌，优选为35～45份，更优选为42份。本发明对所述囊霉属丛枝菌根菌的种类没有特殊限定，优选为摩西管柄囊霉。本发明对所述囊霉属丛枝菌根菌的来源没有特殊限定，采用常规市售产品即可。其中，本发明所述土壤磷素活化剂中囊霉属丛枝菌根菌的有效孢子数≥15个/g。在本发明实施例中，所述摩西管柄囊霉优选为Funneliformis mosseae.，保藏编号为BGCHEB02，优选购自北京市农林科学院丛枝菌根真菌种质资源库。在本发明实施例中，所述摩西管柄囊霉优选以摩西管柄囊霉菌剂的形式添加，所述摩西管柄囊霉菌剂的制备方法优选包括以下步骤：

(1)将扩繁基质灭菌，得到灭菌扩繁基质；

(2)将所述步骤(1)中得到的灭菌扩繁基质与摩西管柄囊霉菌菌剂混合，种植红三叶草种子，培养85～120d，收获根部所有培养物即获得丛植菌根真菌菌剂。

本发明将扩繁基质灭菌。本发明对所述扩繁基质的种类和来源没有特殊限定，能够扩繁摩西管柄囊霉菌菌剂的基质均可。在本发明中，所述扩繁基质优选质量比为3:1的沙和土。

本发明将所述步骤(1)中得到的扩繁基质与摩西管柄囊霉菌菌剂混合，种植红三叶草种子，培养85～90d，即获得丛植菌根真菌菌剂。

在本发明中，所述三叶草的叶片发黄时优选加入Hoagland营养液80～120mL；所述培养的时间优选为85～120d，更优选为90d。

在本发明中，所述摩西管柄囊霉菌菌剂中含有扩繁后产生的相丛枝菌根真菌孢子、根外菌丝和植物根段，每克菌剂中含有50～60个活孢子。

本发明所述丛枝菌根真菌菌剂能够与小麦根系形成互惠共生体，通过发达的根外菌丝从根系周围土壤和根毛难到达的土壤团块中吸收植物难分解利用的矿质元素和水分运送到小麦根系中，加强植物根系对矿质营养和水分等的吸收利用。

本发明提供的土壤磷素活化剂包括重量份数为8～12份的腐植酸，优选为9～11份，更优选为10份。本发明对所述腐植酸的种类没有特殊限定，优选采用总腐植酸量＞40％，pH＜7.0的腐植酸。本发明对所述腐植酸的来源没有特殊限定，优选来源于褐煤，所述褐煤优选为泥炭或风化煤。在本发明中，上述所述腐植酸采用常规市售产品即可。本发明所述要腐植酸的作用为提供氢离子，络合土壤中磷酸钙、镁、铝、铁盐中高价的阳离子变成可溶性磷酸氢盐。

本发明提供的土壤磷素活化剂包括重量份数为10～20份的豆类作物秸秆，优选为12～18份，更优选为15份。本发明对所述豆类作物秸秆的种类没有特殊限定，优选为大豆秸秆。本发明对所述豆类作物秸秆的来源没有特殊限定，采用常规市售产品即可。本发明所述豆类作物秸秆的作用为调节材料间的性状，减轻相互间反应及调节活化剂的浓度。

本发明还提供了上述技术方案所述的土壤磷素活化剂的制备方法，包括：将所述B组金属氧化物、曲霉属真菌、囊霉属丛枝菌根菌、腐殖酸和豆类作物秸秆粉碎、混合，得到土壤磷素活化剂。

本发明对所述粉碎的方法没有特殊限定，采用常规粉碎的方法即可；所述粉碎优选采用粉碎机粉碎。在本发明中，所述粉碎后，得到的粉碎物的粒径优选≤110μm。

本发明对所述混合的方法没有特殊限定，采用常规混合的方法即可。

本发明还提供了上述技术方案所述土壤磷素活化剂的施用方法，将所述土壤磷素活化剂与磷肥混合后施入土壤；以P₂O₅计，所述磷肥与土壤磷素活化剂的质量比为1:0.8～1。

在本发明中，当所述施磷量比常规用量降低30％或30％以下时，将所述土壤磷素活化剂与磷肥，以P₂O₅计，以质量比1:0.8～1，与常规氮肥、钾肥混合施入10～15cm深的土壤中。

本发明将还提供了上述技术方案所述土壤磷素活化剂在提高小麦田磷素可利用率中的应用。

下面将结合本发明中的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

纳米氧化锌粉0.01g、烟曲霉菌剂50g、摩西管柄囊霉菌剂30g、腐植酸10g、大豆秸秆粉12g；依次将上述各组分在粉碎机中粉碎，过150目筛；将过筛的各组分充分混合均匀，得到土壤磷素活化剂。

其中，烟曲霉菌剂的制备方法：

称取察氏培养基50.0g，加热溶解于1000mL蒸馏水中，121℃高压灭菌15分钟，倒平板；察氏培养基每1000g含硝酸钠3.0g、磷酸氢二钾1.0g、七水硫酸镁0.5g、氯化钾0.5g、七水硫酸亚铁0.01g、蔗糖30.0g和琼脂15.0g；

挑取烟曲霉A.fumigatus菌丝接种到上述已冷却的平板中，在28℃静置培养7天，40℃烘箱内烘干，粉碎，得到菌剂；经检测制得的菌剂中烟曲霉有效活菌数为2.33×10⁹CFU/g；所述烟曲霉A.fumigatus菌的保藏编号为CGMCC：3.8027，购自中国普通微生物菌种保藏管理中心。

摩西管柄囊霉菌剂的制备方法：

将扩繁基质(沙的质量:土的质量＝3:1)灭菌，装入花盆中3/5处，平铺加入1.5cm的摩西管柄囊霉菌，再铺入一层灭菌基质至花盆4/5处，撒入30粒的红三叶草种子，铺盖1.5cm后的灭菌基质，浇透水，置于温室中；叶片发黄时加入Hoagland营养液100mL，培养88天；剪去地上部分，干燥10天，将容器中所有培养物收获，即获得摩西管柄囊霉丛植菌根真菌菌剂；菌剂中含有扩繁后产生的相丛枝菌根真菌孢子、根外菌丝和植物根段，每克菌剂中含有56个活孢子。所述摩西管柄囊霉优选为Funneliformis mosseae.，保藏编号为BGCHEB02，购自北京市农林科学院丛枝菌根真菌种质资源库。所述土壤磷素活化剂中的有效孢子数为17个/g。

实施例2

纳米氧化锌粉0.01g、烟曲霉菌25g、摩西管柄囊霉菌45g、腐植酸10g、大豆秸秆粉20g；依次将上述各组分在粉碎机中粉碎，过150目筛；将过筛的各组分充分混合均匀，得到土壤磷素活化剂。其中，烟曲霉菌的有效活菌数为5.83×10⁸CFU/g；摩西管柄囊霉菌的有效孢子数为23个/g。

实施例3

纳米氧化锌粉0.1g、烟曲霉菌55g、摩西管柄囊霉菌32g、腐植酸10g、大豆秸秆粉13g；依次将上述各组分在粉碎机中粉碎，过150目筛；将过筛的各组分充分混合均匀，得到土壤磷素活化剂。其中，烟曲霉菌的有效活菌数为10.71×10⁸CFU/g；摩西管柄囊霉菌的有效孢子数为16个/g。

实施例4

纳米氧化锌粉0.1g、烟曲霉菌28g、摩西管柄囊霉菌45g、腐植酸10g、大豆秸秆粉17g；依次将上述各组分在粉碎机中粉碎，过150目筛；将过筛的各组分充分混合均匀，得到土壤磷素活化剂。其中，烟曲霉菌的有效活菌数为6.52×10⁸CFU/g；摩西管柄囊霉菌的有效孢子数为21个/g。

对比例1

纳米氧化锌粉0.01g、烟曲霉菌剂45g、灭活的摩西管柄囊霉菌剂42g、腐植酸10g、大豆秸秆粉13g；其中，所述摩西管柄囊霉菌剂放入灭菌锅中121℃高压45分钟灭活；依次将上述各组分在粉碎机中粉碎，过150目筛；将过筛的各组分充分混合均匀，得到土壤磷素活化剂。烟曲霉菌剂与摩西管柄囊霉菌剂的制备方法同实施例1。其中，烟曲霉菌的有效活菌数为5.93×10⁸CFU/g；摩西管柄囊霉菌的有效孢子数为0个/g。

对比例2

纳米氧化锌粉0.1g、灭活的烟曲霉菌40g、摩西管柄囊霉菌45g、腐植酸10g、大豆秸秆粉15g；其中，所述烟曲霉菌剂放入灭菌锅中121℃高压45分钟灭活；依次将上述各组分在粉碎机中粉碎，过150目筛；将过筛的各组分充分混合均匀，得到土壤磷素活化剂。其中，烟曲霉菌的有效活菌数为0CFU/g；摩西管柄囊霉菌的有效孢子数为19个/g。

实施例5

实施例1～4和对比例1～2对土壤速效磷含量、溶磷酶活性和小麦生物量的的影响。

试验采用室内盆栽法，以当地沙壤土为研究对象，设置上述实施例1～4和对比例1～2各方案中的6个土壤磷素纳米活化剂处理和1个对照(空白土壤)处理。7个土壤磷素纳米活化剂处理按照12g·m^-2的量在盆深15cm处施入活化剂。7个处理分别播种小麦(淮麦20号)。所有盆栽置于作调中心人工气候室中随机排列，生长期间所有盆栽控制土壤含水量保持在60％～70％，室温维持在25～30℃，光照时间为10h·d^-1。盆栽培养10天时分别取各组土样，检测土壤中的速效磷含量(采用NY/T 1121.7-2014标准测定)和植酸酶、磷酸酶活性(采用周礼恺和张志明，1980的方法测定)。所有盆栽培养30天后收获，检测每盆小麦的鲜重和干重，计算比较每个处理组地上部分干物质量。具体数据见表1：

表1不同处理组中土壤速效磷含量、溶磷酶活性和地上部分生物量比较

注：同列数据后不同小写字母表示各处理之间在0.05水平上存在显著差异。

结果与分析：从表1可以看出，与空白对照相比，实施例1～4各方案的土壤速效磷含量、植酸酶活性、磷酸酶活性都有显著的提高：土壤速效磷含量从对照组的9.19mg·kg^-1增长到17.94～18.61mg·kg^-1，增长率达95.12～102.5％；植酸酶和磷酸酶活性分别提高了59.36％～64.55％和78.71％～83.05％。各组处理小麦单株地上部分干物质量大小顺序为实施例1～4>对比例1>对照组＝对比例2，各处理组间表现出显著差异。实施例1～4的地上部分干物质量比与对照组相比提高了小麦地上生物量增加77.46％～83.1％。对比例1各指标显著高于空白对照，说明解磷微生物菌剂确实能促进解磷微生物分泌溶磷酶，增加土壤中速效磷的可获得性。实施例1～4各方案的土壤速效磷含量、植酸酶活性、磷酸酶活性均显著高于对比例1和2，说明本发明中解磷菌剂与丛植菌根真菌菌剂、纳米氧化锌、腐植酸、以及大豆秸秆粉的混合剂能够协同促进土壤溶磷酶的分泌和土壤中速效磷的释放。

由以上实验结果可知，本发明烟曲霉菌剂与纳米氧化锌、摩西管柄囊霉菌剂、腐植酸以及大豆秸秆粉与一起施用可以起到协同作用，高效提高土壤溶磷酶的活性，促进土壤速效磷的释放，在不施磷情况下可活化磷95.12～102.5％，小麦地上生物量增加77.46％～83.1％。

实施例6

实施例1～4土壤磷素纳米菌剂在大田小麦生产中的应用效果

选择上述实施例1的土壤纳米活化剂，设置两个处理组。处理组1按照土壤磷素活化纳米菌剂5kg与磷酸二铵6kg，尿素8.5kg，硫酸钾6kg混合均匀；处理组2按照土壤磷素活化纳米菌剂5.5kg与磷酸二铵5.5kg，尿素8.5kg，硫酸钾6kg混合均匀；对照组施肥量按照每亩磷酸二铵8kg、尿素8.5kg、硫酸钾6kg混合均匀。将三组处理作为每亩用底肥旋耕10～15cm施用于当地小麦田，每组处理三个重复。播种小麦所用品种为淮麦20号，田间水分施加以及病虫害防治措施按照正常田间管理模式统一进行。小麦成熟后分析产量数据显示，处理组1和2平均亩产量分别为495.39kg、496.65kg，显著高于对照组亩产量(472.11kg)，增产4.93％～5.2％。说明在施磷量比常规用量降低25％～30％的情况下，按照磷肥P₂O₅含量:土壤磷素活化剂＝1:0.8～1的重量比例，土壤磷素活化纳米菌剂与氮磷钾肥料混拌施入土壤中，仍能保证小麦稳产增产。

由以上实施例可以看出，本发明提供的土壤磷素活化剂能活化麦田土壤中的磷素，减少磷素向无效态磷的固化，同时刺激小麦根系对周围磷素的吸收，提高磷肥利用率，减少磷肥的施用，保证小麦稳产、增产。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种土壤磷素活化剂，其特征在于，包括以下质量份的组分：B族金属氧化物0.01～0.1份、曲霉属真菌25～60份、囊霉属丛枝菌根菌30～50份、腐植酸8～12份和豆类作物秸秆10～20份；

所述土壤磷素活化剂中，曲霉属真菌的有效活菌数≥1×10⁸CFU/g，

囊霉属丛枝菌根菌的有效孢子数≥15个/g。

2.根据权利要求1所述的土壤磷素活化剂，其特征在于，所述B族金属氧化物包括二氧化钛、氧化锌、氧化铜和氧化铁中的一种或几种。

3.根据权利要求1或2所述的土壤磷素活化剂，其特征在于，所述B族金属氧化物的粒径为5～35nm。

4.根据权利要求1所述的土壤磷素活化剂，其特征在于，所述曲霉属真菌为烟曲霉Aspergillusfumigatus L.，保藏编号为CGMCC：3.8027。

5.根据权利要求1所述的土壤磷素活化剂，其特征在于，所述囊霉属丛枝菌根菌为摩西管柄囊霉Funneliformis mosseae.，保藏编号为BGC HEB02。

6.一种权利要求1～5任意一项所述的土壤磷素活化剂的制备方法，包括：将所述B组金属氧化物、曲霉属真菌、囊霉属丛枝菌根菌、腐殖酸和豆类作物秸秆粉碎、混合，得到土壤磷素活化剂。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述粉碎后，得到的粉碎物的粒径≤110μm。

8.权利要求1～5任意一项所述土壤磷素活化剂的施用方法，其特征在于，将所述土壤磷素活化剂与磷肥混合后施入土壤；以P₂O₅计，所述磷肥与土壤磷素活化剂的质量比为1:0.8～1。

9.根据权利要求8所述的施用方法，其特征在于：所述施入土壤的深度为10～15cm。

10.权利要求1～5任意一项所述土壤磷素活化剂在提高小麦田磷素可利用率中的应用。