CN110028360A

CN110028360A - 西兰花有机肥料

Info

Publication number: CN110028360A
Application number: CN201910399922.7A
Authority: CN
Inventors: 孙宏; 姚晓红; 汤江武; 吴逸飞; 李园成; 沈琦; 王新
Original assignee: Zhejiang Academy of Agricultural Sciences
Current assignee: Zhejiang Academy of Agricultural Sciences
Priority date: 2019-06-11
Filing date: 2019-06-11
Publication date: 2019-07-19

Abstract

本发明公开了一种西兰花有机肥料，属于生物化学领域，包括以下重量份组分：西兰花废弃茎叶30～50份、新鲜猪粪30～100份、改性生物炭0.01～0.03份、以及微生物菌剂0.2～0.5份。微生物菌剂包括多粘芽孢杆菌BWH‑3(Paenibacillus polymyxa BWH‑3)，所述多粘芽孢杆菌BWH‑3(Paenibacillus polymyxa BWH‑3)的保藏号为CCTCC NO:M 2019159。有益效果为：西兰花有机肥料可很好地改善植物根系环境，加快植物对养分的吸收和利用。土壤中的土壤酶活性和数量增加，以及磷转化微生物等土壤中的有益微生物的增多，加快了土壤中有机物质转化为植物易吸收的无机氮、磷、钾及其他有益元素的速度，快速提高土壤的质量，进而提高农作物的品质。

Description

西兰花有机肥料

技术领域

本发明涉及生物化学领域，尤其是涉及一种西兰花有机肥料。

背景技术

现在人们对生活质量和食品品质的要求越来越高，渴望得到口感好、营养好的食品，因此追求纯天然、无公害无污染的健康食品成了一种时尚。但是由于农业的过度开发，尤其是长期使用单质化肥，没有适当给土壤添加有机质。且化肥的价格高，养分单一，养分不稳定，流失快，易造成土壤板结，损害土壤微生物生长的环境，导致土地使用效果逐年下降，降低了农作物的品质，农作物的口感和营养都有所降低。

土壤酶来自微生物、植物和动物活体或残体，通过催化土壤中的生化反应发挥重要作用。土壤酶的活性是土壤生物活性和土壤肥力的重要指标。研究表明有机肥能提高多种土壤酶的活性和数量，但提高效果尚不理想。另外，畜禽粪便、作物秸秆等有机废弃物由于可能含有较多的病菌、虫卵、草籽等，未经严格处理会引起农作物病、虫、草害。以城市污泥、生活垃圾等为主体的有机肥含有较高的重金属，长期大量使用则会造成土壤重金属污染和作物重金属含量超标。现有的有机肥如禽粪、厩肥等营养成分含量较高，一次性使用量过大时，会造成肥害，并且会造成土壤硝态氮的积累，进而可能使植株硝酸盐含量增加。最重要的时，现有的有机肥料不能很好地抑制土壤中的病原菌，在种植过程中需要喷洒大量的农药进行植物病害的治理。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可有效提高土壤酶活性和增加土壤酶数量、缓释性好，减少植株重金属含量，抵抗植物土传疾病的西兰花有机肥料。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：西兰花有机肥料，包括以下重量份组分：西兰花废弃茎叶30～50份、新鲜猪粪30～100份、改性生物炭10～30份、以及微生物菌剂0.2～0.5份；

上述微生物菌剂包括多粘芽孢杆菌BWH-3，多粘芽孢杆菌BWH-3的保藏编号为CCTCC NO:M 2019159，分类命名为多粘芽孢杆菌BWH-3(Paenibacillus polymyxa BWH-3)，保藏时间为2019年3月15日，保藏单位为中国典型培养物保藏中心(CCTCC)，保藏单位地址为武汉大学。上述菌株在根、茎、叶等植物体内具有很强的定殖能力，可通过位点竞争阻止病原菌侵染植物；同时多粘芽孢杆菌BWH-3不断分泌出的广谱抗菌物质可抑制或杀灭病原菌；此外，多粘芽孢杆菌BWH-3还能诱导植物产生抗病性，与本发明有机肥中的其他物质有很好的协同作用，使得最后制得的西兰花有机肥料既能有效提高土壤酶活性和增加土壤酶数量，提高土壤肥力，还能抵抗植物土传疾病。

作为优选，西兰花有机肥料的具体制备步骤为：

1)将30～50份西兰花废弃茎叶和30～100份新鲜猪粪粉碎，混合，得到发酵原料；

2)在发酵原料中加入10～30份改性生物炭和0.2～0.5份微生物菌剂，充分混合后常温堆放发酵；

3)当发酵温度上升到60～70℃时，翻堆一次；

4)发酵15～25d且发酵温度下降至50℃以下，物料颜色变黑，发酵结束，得到西兰花有机肥料。

作为优选，改性生物炭的具体制备步骤为：

1)将10～30份坚果外壳和10～60份椰子壳粉碎，得到原料粉末，上述原料粉末的粒径为2～7mm，用去离子水清洗上述原料粉末进行清灰，然后烘干；

2)在充满氮气的环境中，阶段式热解烘干的原料粉末，升温速率为5～20℃/min，热解温度分别为400℃和800℃，热解持续时间分别为0.5～2.0h和0.2～0.7h；

3)热解得到的残渣即为生物炭，冷却后研磨过筛上述生物炭，得到0.2～0.7mm粒径的生物炭；

4)将上述生物炭均匀铺洒开来，铺洒厚度小于2mm，在30％～40％氧气和60％～70％惰性气体的环境中，将上述生物炭置于波长为300nm～400nm的200～350W紫外灯下5～15cm处照射，照射时间为2～4h，紫外改性上述生物炭的同时保持上述生物炭的温度为250～400℃，紫外改性后冷却得到改性生物炭。

作为优选，坚果外壳包括桃核外壳、核桃外壳、夏威夷果外壳、松果外壳、开心果外壳或榛子外壳。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、原料粉末经热解后，形成碳骨架和丰富的孔隙结构，在紫外光照射下，生物炭表面烷烃、烯烃等官能团与氧气反应，形成酸性官能团，得到改性生物炭。上述改性生物炭的中孔结构对多粘芽孢杆菌BWH-3、土壤中的有益微生物和有机酸、肽类等营养分子起到明显的通道效应，使其快速地进入到改性生物炭微孔中，与吸附位点相结合。改性生物炭中形成适宜多粘芽孢杆菌BWH-3和土壤中有益微生物生长的微环境，上述微生物协同作用，分泌出多酚氧化酶、脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶等土壤酶，提高土壤质量的同时，还能有效抑制有害菌的生长，抵抗植物土传疾病，因此西兰花有机肥料可很好地改善植物根系环境，加快植物对养分的吸收和利用。上述微生物协同作用分泌出的土壤酶与有机肥中的腐殖质和/或改性生物炭结合，以有机无机复合体的形式存在于土壤中，能长时间保持其活性。土壤中的土壤酶活性和数量增加，以及磷转化微生物等土壤中的有益微生物的增多，加快了土壤中有机物质转化为植物易吸收的无机氮、磷、钾及其他有益元素的速度，快速提高土壤的质量，进而提高农作物的品质；

2、改性生物炭对有机物具有吸附作用，可减慢有机物的流失速度，因此西兰花有机肥料具有很好得缓释作用；

3、西兰花有机肥中有机质、半分解有机质以及无机元素与改性生物炭和/或土壤颗粒结合，再经胶结后复合为>2μm的复合体，促进土壤结构改良，降低土壤容重，增进肥力，建立有机质富集层，加强土壤抑制返盐的能力，防止次生盐渍化的发生；

4、西兰花有机肥可有效降解连作根际土壤酚酸，促进根系磷酸酶及过氧化氢酶的活性，恢复土壤脲酶活性，减轻连作障碍，促进植物根系生理代谢；

5、生物炭改性后表面增加了吸附位点，增强了生物炭表面静电吸引力、表面络合力，对Pb²⁺、Cu²⁺、Cd²⁺和Ni²⁺等重金属具有很好的吸附性能，降低土壤中的重金属离子含量，降低植株体内的重金属积累。

附图说明

图1为实施例2生物炭的氮吸附等温曲线图；

图2～4为实施例2西兰花有机肥料的成分检测报告图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进一步详细说明：

实施例1：菌种的筛选方法

病原菌：尖孢镰刀菌

LB培养基：胰蛋白胨10g，酵母粉5g，氯化钠10g，琼脂粉2％，水1000mL。

PDA培养基：土豆200g/L，去皮切块煮沸30min，8层纱布过滤取汁，补水至1L，葡萄糖20g，琼脂2％，pH自然。

高氏一号培养基：硝酸钾1g/L、磷酸二氢钾0.5g/L、硫酸镁0.5g/L、氯化钠0.5g/L、硫酸亚铁0.01g/L、可溶性淀粉20g/L、琼脂2％、pH7.2-7.4。

1、菌株分离纯化

将土样及微生物菌剂做梯度稀释，取适合的梯度涂布在LB、PDA、高氏一号平板上，放置30℃恒温培养箱中培养。挑选不同形态的菌株，划线分离摇瓶培养纯化菌株。

2、拮抗菌的筛选

采取改良的平板对峙法。病原菌在PDA平板上30℃活化培养72h，用接种环挑取适当菌丝体于生理盐水中，制成菌悬液，均匀涂布于PDA平板中，并用无菌牙签，挑选纯化的菌株，轻点于培养基的正中央，每株菌株重复3次，并用病原菌组做空白对照，30℃培养72h，观察结果，出现抑菌圈的即为对病原菌有抑制作用的菌株。将抑菌效果稳定的菌株进行纯化保藏。并选择2-3株抑制效果最优的菌株(抑菌圈的大小来判断)。

3、微生物抑菌性能的复测

对筛选的2--3株菌株，采用平板对峙法重复试验，最后选择1株抑菌能力最好的菌株，其抑菌圈的直径为39.10mm，抑菌效果优异。

实施例2：

西兰花有机肥料，包括以下重量份组分：西兰花废弃茎叶30～50份、新鲜猪粪30～100份、改性生物炭10～30份、以及微生物菌剂0.2～0.5份.西兰花有机肥中有机质、半分解有机质以及无机元素与改性生物炭和/或土壤颗粒结合，再经胶结后复合为>2μm的复合体，促进土壤结构改良，降低土壤容重，增进肥力，建立有机质富集层，加强土壤抑制返盐的能力，防止次生盐渍化的发生。西兰花有机肥可有效降解连作根际土壤酚酸，促进根系磷酸酶及过氧化氢酶的活性，恢复土壤脲酶活性，减轻连作障碍，促进植物根系生理代谢。

西兰花有机肥料的具体制备步骤为：

3)当发酵温度上升到60～70℃时，翻堆一次；

4)发酵15～25d且发酵温度下降至50℃以下，物料颜色变黑，发酵结束，得到西兰花有机肥料。改性生物炭的中孔结构对多粘芽孢杆菌BWH-3、土壤中的有益微生物和有机酸、肽类等营养分子起到明显的通道效应，使其快速地进入到改性生物炭微孔中，与吸附位点相结合。改性生物炭中形成适宜多粘芽孢杆菌BWH-3和土壤中有益微生物生长的微环境，上述微生物协同作用，分泌出多酚氧化酶、脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶等土壤酶，提高土壤质量的同时，还能有效抑制有害菌的生长，抵抗植物土传疾病，因此西兰花有机肥料可很好地改善植物根系环境，加快植物对养分的吸收和利用。上述微生物协同作用分泌出的土壤酶与有机肥中的腐殖质和/或改性生物炭结合，以有机无机复合体的形式存在于土壤中，能长时间保持其活性。土壤中的土壤酶活性和数量增加，以及磷转化微生物等土壤中的有益微生物的增多，加快了土壤中有机物质转化为植物易吸收的无机氮、磷、钾及其他有益元素的速度，快速提高土壤的质量，进而提高农作物的品质。

改性生物炭的具体制备步骤为：

4)将上述生物炭均匀铺洒开来，铺洒厚度小于2mm，在30％～40％氧气和60％～70％惰性气体的环境中，将上述生物炭置于波长为300nm～400nm的200～350W紫外灯下5～15cm处照射，照射时间为2～4h，紫外改性上述生物炭的同时保持上述生物炭的温度为250～400℃，紫外改性后冷却得到改性生物炭。原料粉末经热解后，形成碳骨架和丰富的孔隙结构，在紫外光照射下，生物炭表面烷烃、烯烃等官能团与氧气反应，形成酸性官能团，得到改性生物炭。改性生物炭对有机物具有吸附作用，可减慢有机物的流失速度，因此西兰花有机肥料具有很好得缓释作用。生物炭改性后表面增加了吸附位点，增强了生物炭表面静电吸引力、表面络合力，对Pb²⁺、Cu²⁺、Cd²⁺和Ni²⁺等重金属具有很好的吸附性能，降低土壤中的重金属离子含量，降低植株体内的重金属积累。

坚果外壳包括桃核外壳、核桃外壳、夏威夷果外壳、松果外壳、开心果外壳或榛子外壳。坚果外壳(特别是桃核外壳、核桃外壳、夏威夷果外壳、松果外壳、开心果外壳或榛子外壳)和椰子壳中纤维素含量高，纤维素空间结构稳固，热解得到的生物炭的碳骨架质量好，并具有丰富的孔隙结构。

实施例3：

1、改性生物炭比表面积测定

生物炭BET比表面积和孔径分析采用BELSORP-max全自动比表面积和空隙率分析仪(日本BEL股份有限公司)。实施例2制备的改性生物炭测试前300℃条件下真空预处理12h，去除生物炭所吸附的杂质，随后以高纯氮气为吸附质，在液氮温度77.4k进行氮吸附等温线测定，利用BET法计算比表面积(a_s)；利用t-plot法计算内比表面积(a₁)和外比表面积(a₂)；利用MP法计算微孔体积(V₁)；利用BJH法计算介孔体积(V₂)。本发明对改性生物炭比表面积的测定方法没有特殊限制，采用本领域技术人员所熟知的检测方法即可，本实施例中采用BELSORP-max全自动比表面积和空隙率分析仪(日本BEL股份有限公司)进行测定。

生物炭的比表面积和孔隙结构对生物炭的吸附性能有较大影响，在77K时的氮等温吸附曲线如图1所示。根据国际理论和应用化学联合会(IUPAC)的划分，吸附等温线主要分为Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅳ型、Ⅴ型这五种类型的吸附等温线。从图1可以看出，实施例2制备得到的生物炭的吸附属于Ⅰ型吸附等温线，表明上述生物炭孔结构主要以微孔和超微孔为主存在。

2、表面官能团测定

表面官能团的测定采取Boehm滴定法。具体步骤：精确称取实施例2制得的改性生物炭3份，每份1g，放入容积50mL的顶空瓶中，分别加入浓度为0.05mol.L^-1的NaOH、Na₂CO₃和NaHCO₃标准溶液25mL，并用聚四氟乙烯膜密封，振荡24h后过滤并用蒸馏水充分洗涤，收集所有滤液。滴入甲基红作为指示剂，用0.05mol.L^-1的HCl标准溶液滴定，算出滤液中剩余的碱液。每个样品设置2个平行样，数据取平均值。本发明对生物炭表面官能团测定方法没有特殊限定，采用本领域技术人员所熟知的测定方法即可，本实施例中采用Boehm滴定法进行测定。

生物炭表面官能团是表面反应的重要参数，直接决定其参与界面反应类型及主导作用机理。Boehm滴定法测定结果见表1。由表1可知改性生物炭表面酸性官能团含量丰富，碱性官能团含量较少，并且酸性官能团中，羧基和内酯基的含量较高，因此改性生物炭对有机物和Pb²⁺、Cu²⁺、Cd²⁺和Ni²⁺等重金属具有很好的吸附性能，可减慢有机物的流失速度和降低土壤中的重金属离子含量，因此西兰花有机肥料具有很好的缓释作用和降低植株体内的重金属积累作用。

实施例4：土壤酶活性测定

多酚氧化酶、脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶和蔗糖酶，这几种土壤酶的活性测定，采用“关松荫等.土壤酶与土壤肥力研究[M].北京：农业出版社，1986，P274-339”中所记载的测定方法进行测定。设立空白组、对照组以及实验组，每组设置3个平行试验，测定结果取平均值。将连作两年小麦的土地均分为三部分，一部分不施用有机肥料，继续种植小麦，一部分在种植小麦前埋入市面上(丰本有机肥经营部售卖的发酵鸡粪有机肥)的有机肥，最后一部分在种植小麦前埋入本发明实施例2制得的有机肥料，施用的市面上的有机肥和本发明实施例2制得的有机肥料用量相同。待种植的小麦成熟收割后，取不施用有机肥料的土壤作为空白组，施用市面上(丰本有机肥经营部售卖的发酵鸡粪有机肥)的有机肥的土壤为对照组，施用本发明实施例2制得的有机肥料的土壤为实验组，测定结果如表1所示，同时记录空白组、对照组、以及实验组小麦的生长情况，记录结果如表2所示。

表1

表2

由表1可知，实验组的多酚氧化酶、磷酸酶、脲酶、过氧化氢酶和蔗糖酶的活性明显高于对照组和空白组，说明本发明制备的西兰花有机肥料可明显改善土壤中有益微生物的生存环境，促进他们生长繁殖，分泌土壤酶，改善土壤质量。由表2可知，实验组的小麦生长情况最好，茎健壮，不易被风吹倒，叶面积系数较大，光合作用效率高，分蘖较多，有效分蘖占90～95％，小穗数目多，穗粒饱满，小麦产量高且质量好。根系非常发达，入土深，能及时从土壤中吸取水分和养分，并运送到茎叶，进行体内有机物质的合成和转化，源源不断地供给小麦生长发育所需的营养物质。最重要的是实验组的小麦没有患病，这证明了本发明西兰花有机肥料可具有很好的抑菌性能，大幅降低植物的患病率。

实施例5：

将本发明实施例2制备的西兰花有机肥料送到绿城农科检测有限公司进行检测，检测结果如图2～4所示，外观呈褐色，粉状，均匀，无恶臭，无机械杂质；酸碱度为7.3；有机质的质量分数(以烘干基计)为76.5％；总养分(以烘干基计)为9.32％，其中氮3.18％，五氧化二磷4.43％，氧化钾1.71％；水分(鲜样)的质量分数17％；总砷(以烘干基计)为1.5mg/kg，总汞(以烘干基计)<0.1mg/kg，总镉(以烘干基计)为0.1mg/kg，总铬(以烘干基计)为17.4mg/kg；粪大肠菌群<0.3个/g，蛔虫卵死亡率100％。上述检测的指标均符合NY 525-2012的标准。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims

1.西兰花有机肥料，其特征在于，包括以下重量份组分：西兰花废弃茎叶30～50份、新鲜猪粪30～100份、改性生物炭0.01～0.03份、以及微生物菌剂0.2～0.5份。

2.根据权利要求1所述的西兰花有机肥料，其特征在于，所述微生物菌剂包括多粘芽孢杆菌BWH-3(Paenibacillus polymyxa BWH-3)，所述多粘芽孢杆菌BWH-3(Paenibacilluspolymyxa BWH-3)的保藏号为CCTCC NO:M 2019159。

3.根据权利要求2所述的西兰花有机肥料，其特征在于，所述多粘芽孢杆菌BWH-3(Paenibacillus polymyxa BWH-3)的筛选方法为：

1)菌株分离纯化：将土样及微生物菌剂做梯度稀释，梯度涂布在LB、PDA、高氏一号平板上，放置30℃恒温培养箱中培养，挑选不同形态的菌株，划线分离摇瓶培养纯化菌株；

2)拮抗菌的筛选：采取改良的平板对峙法：病原菌在PDA平板上30℃活化培养72h，用接种环挑取适当菌丝体于生理盐水中，制成菌悬液，均匀涂布于PDA平板中，并用无菌牙签，挑选纯化的菌株，轻点于培养基的正中央，每株菌株重复3次，并用病原菌组做空白对照，30℃培养72h，观察结果，出现抑菌圈的即为对病原菌有抑制作用的菌株，将抑菌效果稳定的菌株进行纯化保藏，并选择2-3株抑制效果最优的菌株；

3)微生物抑菌性能的复测：对筛选的2-3株菌株，采用平板对峙法重复试验，最后选择1株抑菌能力最好的菌株。

4.根据权利要求3所述的西兰花有机肥料，其特征在于，所述LB培养基：胰蛋白胨10g，酵母粉5g，氯化钠10g，琼脂粉2％，水1000mL；

所述PDA培养基：土豆200g/L，去皮切块煮沸30min，8层纱布过滤取汁，补水至1L，葡萄糖20g，琼脂2％，pH自然；

所述高氏一号培养基：硝酸钾1g/L、磷酸二氢钾0.5g/L、硫酸镁0.5g/L、氯化钠0.5g/L、硫酸亚铁0.01g/L、可溶性淀粉20g/L、琼脂2％、pH7.2-7.4。

5.根据权利要求3所述的西兰花有机肥料，其特征在于，所述多粘芽孢杆菌BWH-3(Paenibacillus polymyxa BWH-3)的抑菌圈的直径为39～41mm。

6.根据权利要求1所述的西兰花有机肥料，其特征在于，具体制备步骤为：

2)在发酵原料中加入0.01～0.03份改性生物炭和0.2～0.5份微生物菌剂，充分混合后常温堆放发酵；

3)当发酵温度上升到60～70℃时，翻堆一次；

7.根据权利要求1所述的西兰花有机肥料，其特征在于：所述改性生物炭的具体制备步骤为：

1)将10～30份坚果外壳和10～60份椰子壳粉碎，得到原料粉末，所述原料粉末的粒径为2～7mm，用去离子水清洗所述原料粉末进行清灰，然后烘干；

3)热解得到的残渣即为生物炭，冷却后研磨过筛所述生物炭，得到0.2～0.7mm粒径的生物炭；

4)将所述生物炭均匀铺洒开来，铺洒厚度小于2mm，在30％～40％氧气和60％～70％惰性气体的环境中，将所述生物炭置于波长为300nm～400nm的200～350W紫外灯下5～15cm处照射，照射时间为2～4h，紫外改性所述生物炭的同时保持所述生物炭的温度为250～400℃，紫外改性后冷却得到改性生物炭。

8.根据权利要求7所述的西兰花有机肥料，其特征在于：所述坚果外壳包括桃核外壳、核桃外壳、夏威夷果外壳、松果外壳、开心果外壳或榛子外壳。