CN112979388B - 一种用于沙化土壤植物生长的组合物及其应用 - Google Patents

一种用于沙化土壤植物生长的组合物及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于沙化土壤植物生长的组合物及其应用，该组合物包含：沙化型凹凸肥、盐碱型凹凸肥、矮壮素、乙烯利和赤霉素；其中，沙化型凹凸肥和盐碱型凹凸肥的质量比为2：1；沙化型凹凸肥包含以下重量份数的组分：50％有机肥、20％腐殖酸、5％磷矿和25％有机质；盐碱型凹凸肥包含以下重量份数的组分：43％有机肥、12％腐殖酸、5％磷矿和40％有机质，调节pH为6.5；所述矮壮素、乙烯利和赤霉素的质量比为2：1：3。本发明的用于沙化土壤植物生长的组合物，通过沙化型凹凸肥、凹凸肥碱、生长素、赤霉素和矮壮素的联用以及合理配比，各组分相互之间的协同作用，能够很好地改善土地沙化的植物盖度，达到修复环境的目的。

Description

一种用于沙化土壤植物生长的组合物及其应用
技术领域
本发明涉及一种针对沙化土壤植物生长的组合物，具体涉及一种用于沙化土壤植物生长的组合物及其应用。
背景技术
近年来，全球沙化面积逐渐增大，中国土壤沙化形势严峻，据2014第五次全国荒漠化和沙化监测结果，全国沙化土地总面积17211.75万hm2，占国土总面积的17.93％。沙化土壤形成原因包括风蚀，过度放牧、挖掘等，其本质是土壤结构被破坏转换成砂质土壤，在这个过程中土壤中腐殖质减少，团聚土壤逐渐颗粒化，形成粒径0.05～1mm的砂粒。而沙质土壤颗粒间孔隙大，小孔隙少，毛细管作用弱，导致土壤保水性差、蓄水力弱，土壤温度变化快，不耐寒，土温变化较快，并且沙质土壤中有机质分解快，由此导致沙化土壤养分缺乏，最终形成大范围的沙化土壤。
土壤沙化使土地面积缩小，生产率大大下降，阻碍农牧业发展，对生产及环境造成严重影响，包括经济损失、环境污染、生态系统破坏等，导致人类生活及环境可持续发展受到影响。当前全球沙化面积大概为6-1200万平方公里万，而沙化土壤修复，主要目的是在已沙化土壤地区重新形成植被，主要以物理、化学、农艺、微生物等方法。其中，物理修复主要以隔离沙化土地禁止过度放牧、挖掘，设立防风屏障，防治风蚀，如防风林、自然封育等。化学方法在土壤中添加化学物质，直接改变土壤性质，增加土壤保水性、养分，如沙化土壤中添加石油产品、原油乳液改变土壤性质。农艺学主要是和物理方法结合，设立防风屏障同时搭配不同植物修复沙化土壤，如生物沙障防治、草灌方格防治。微生物修复是当前新兴一种修复方法，通过在沙化土壤中添加不同种类微生物，修复碎屑食物网，调节营养循环的速度，并且和植物根系共同作用，分泌对植物生长有益物质，当前主要通过施用微生物多功能肥改善土壤。
物理方法和农艺学方法搭配使用在土壤沙化修复中较常见，但通常植物生长周期长，通常需要3-5年。化学方法容易残留有毒物质，对当地生态环境造成危害，但当前有研究采用肥料处理沙化土壤，增加养分、增加土壤团聚力，改善性质。微生物修复成本低、并且微生物适应力强，能促进土壤团粒结构的形成、有机物循环、改良土壤性质，释放土壤中无效磷、钾，改善植物生长环境，或者通过根际微生物分泌一定量的激素增加植物抗胁迫能力，从而让植物能更好适应环境。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于沙化土壤植物生长的组合物及其应用，该组合物对沙化土壤修复效果好，适合植物在干旱条件下的生长，提高植物盖度。
为了达到上述目的，本发明提供了一种用于沙化土壤植物生长的组合物，该组合物包含：沙化型凹凸肥、盐碱型凹凸肥、矮壮素、乙烯利和赤霉素；其中，所述沙化型凹凸肥和盐碱型凹凸肥的质量比为2：1；所述沙化型凹凸肥包含以下重量份数的组分：50％有机肥、20％腐殖酸、5％磷矿和25％有机质；所述盐碱型凹凸肥包含以下重量份数的组分：43％有机肥、12％腐殖酸、5％磷矿和40％有机质，调节pH为6.5；所述矮壮素、乙烯利和赤霉素的质量比为2：1：3。
优选地，该组合物包含：沙化型凹凸肥、盐碱型凹凸肥、浓度为200mg/L的矮壮素、浓度为100mg/L的乙烯利、浓度为300mg/L的赤霉素，每平方米沙化土壤中，所述沙化型凹凸肥、盐碱型凹凸肥、矮壮素、乙烯利和赤霉素的含量比为100g：50g：15mL：15mL：15mL。
优选地，所述有机质是采用羊粪发酵获得的。
优选地，所述发酵采用的发酵剂为农保有机肥发酵剂。
优选地，所述腐殖酸为矿源黄腐酸钾。
优选地，该组合物针对的植物包括：老芒麦、披碱草、燕麦。
本发明的另一目的是提供一种所述的组合物在沙化土壤治理方面的应用。
本发明的用于沙化土壤植物生长的组合物及其应用，具有以下优点：
本发明的用于沙化土壤植物生长的组合物，通过沙化型凹凸肥、凹凸肥碱和植物激素(生长素、赤霉素、矮壮素)的联用以及合理配比，各组分相互之间的协同作用，能够很好地改善土地沙化的植物盖度，达到修复环境的目的。其中，沙化型凹凸肥和盐碱型凹凸肥主要起着提供营养物质的作用，赤霉素能够提高植物种子的萌发率，矮壮素和乙烯利提高了植物抗胁迫的能力，从而更好生长。
附图说明
图1为本发明沙化型凹凸肥、盐碱型凹凸肥、菌肥联合施用后沙化土地植物盖度情况。
图2为本发明沙化型凹凸肥、盐碱型凹凸肥、菌肥施用植物盖度因子水平趋势图。
图3为本发明沙化型凹凸肥、盐碱型凹凸肥、菌肥相互作用分析结果。
图4为本发明多功能肥、植物激素联合施用后沙化土地植物盖度情况。
图5为本发明的植物激素联合施用后沙化土地植物盖度变化率结果。
图6为本发明的植物激素联合施用后与多功能肥施用修复沙化土地植物盖度变化率比较结果。
图7为本发明多功能肥料和植物激素施用植物盖度因子水平趋势图。
图8为本发明施用植物中多效唑、赤霉素、矮壮素、乙烯利的相互作用分析结果。
注：图中虚线表示抑制效果。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中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。
实验例1在不同肥料、菌肥和植物激素下种植
在若尔盖县唐克镇草原土地沙化地带种植，在沙化地带采用7因素3水平正交设计，在唐克镇沙化地带选择平整沙化土地，小区面积1m×1m，每个处理三次重复，以未处理样方作为对照，见表1。施用肥料(AF1、AF2)、BF处理后种植植物，于15日拍照后施用激素(PP333、GA3、ETH、CCC)处理，2019年8月20日拍照。
植物种子包括：老芒麦(Elymus sibiricusLinn.)、披碱草(Elymus dahuricusTurcz.)、燕麦(Avena sativaL.)。肥料：沙化型凹凸肥(Attapulgite fertilizer1,AF1)、盐碱型凹凸肥(Attapulgite fertilizer 2,AF2)。沙化型凹凸肥包含以下重量份数的组分：50％有机肥、20％腐殖酸(采用矿源黄腐酸钾)、5％磷矿和25％有机质(有机质是通过羊粪发酵经农保有机肥发酵剂发酵获得的，农保有机肥发酵剂生产厂家为广西农保生物工程有限公司)；盐碱型凹凸肥包含以下重量份数的组分：43％有机肥、12％腐殖酸、5％磷矿和40％有机质，调节pH 6.5。菌肥：菌肥(Bacterial fertilizer,BF)为复合微生物肥料，包含以下重量份数的组分：50％有机肥、有机质45％和腐殖酸5％，其中巨大芽胞杆菌(采用瑞辰巨大芽孢杆菌，CAS编号：219944-46-4)为1*108活孢子/g，pH≤8。植物激素包括：矮壮素(CCC)、多效唑(PP333)、乙烯利(ETH)、赤霉素(GA3)。
表1不同肥料、菌肥和植物激素的用量
Figure BDA0002931931650000041
注：每平方米沙化土壤中，各植物激素的用量均为15mL。
实验例2草原植物盖度图像采集及结果分析
使用华为手机P10收集信息，从正上方拍摄实验样方。对采集的图像进行处理，矫正及背景干扰去除：使用Photoshop软件预处理图片，通过调节垂直透视、水平透视以及几何扭曲对图片进行矫正，使样方呈现矩形，便于后续处理。由于样方中含有黑色、棕色色块，正常处理中影响数据结果，所以通过色块替换功能对背景处理，将黑色、棕色色块替换成白色，降低干扰。
使用Image J软件，将图片处理成黑白模式，增强背景、测量对象对比，通过软件调整功能调节明亮度，进一步增强对比，通过设立像素块阈值，判断植物叶片像素块占总像素块比例确定植物盖度。
使用WPS分析、标准偏差、盖度因子水平趋势，SPSS分析差异显著性、极差。
1、沙化型凹凸肥、盐碱型凹凸肥、微生物菌肥联合施用
使用沙化型凹凸肥(AF 1)、盐碱型凹凸肥(AF 2)、微生物菌肥(BF)联合施用后观察的植物盖度结果如图1所示，图中*表示p<0.05，**表示p<0.01，***表示p<0.001。在盖度照片处理后对其盖度数据进行分析，比较不同处理下盖度变化。数据表示，随着沙化型凹凸肥和盐碱性凹凸肥的浓度增加以及不同比例搭配，植物盖度随之增加。处理17的植物盖度最高，处理17为沙化型凹凸肥100g/m2，盐碱型凹凸肥100g/m2，微生物菌肥50g/m2，与其他相比，差异极其显著(P<0.001)，表明该浓度处理效果最好，联合施用多功能肥对沙化土壤治理有明显效果。
表2不同肥料处理后盖度极差分析
Figure BDA0002931931650000051
注：K1、K2、K3分别为第j列因素(AF1或AF2或BF)的1、2、3水平所对应的试验指标和；K表示第j列K的平均值；R为第j列因素的极差，即j列因素各水平下的指标值的最大值与最小值之差。
通过极差分析多功能肥处理盖度变化，数据表明，沙化型凹凸肥在沙化治理中提高植物盖度作用比盐碱型凹凸肥更明显，但菌肥在其中所起作用较弱，可能该微生物菌肥并不适应干旱条件。
如图2所示，为本发明沙化型凹凸肥、盐碱型凹凸肥、菌肥施用植物盖度因子水平趋势图，通过因素指标图分析水平值和指标值之间变化趋势，从数据得出，对植物盖度变化有促进作用的分别是盐碱型凹凸肥，沙化型凹凸肥。菌肥在50g/m2时对植物生长具有促进作用，但随着施用浓度增加到100g/m2，盖度逐渐减少，表明菌肥可能和其他因素拮抗。和其它组对比，菌肥增加的植物盖度均值较少，表明菌肥对植物生长促进作用较弱。
如图3所示，为本发明沙化型凹凸肥、盐碱型凹凸肥、菌肥相互作用分析结果，图中A表示盖度处理中沙化型凹凸肥(FA 1)和盐碱型凹凸肥(FA2)相互作用，B表示盖度处理中沙化型凹凸肥(FA 1)和菌肥(BF)相互作用，C表示盖度处理中菌肥(BF)和盐碱型凹凸肥(FA2)相互作用。图3的A表明，当沙化型凹凸肥单独施用100g/m2时，植物盖度变化线条趋于平缓，但当和盐碱型凹凸肥联合施用，表现出促进作用，使植物盖度增加。图3的B表明，当只有沙化型凹凸肥时，植物盖度增加，但与微生物菌肥共同作用时，植物盖度下降，其原因可能是菌肥微生物降解沙化型凹凸肥中物质与沙化型凹凸肥拮抗。图3的C表明，菌肥和盐碱型凹凸肥也呈现拮抗，但在盐碱型凹凸肥50g/m2、菌肥100g/m2时植物盖度均值增加，可能是盐碱型凹凸肥中和菌肥拮抗物质含量较少，从而使植物盖度增加。单独施用微生物菌肥在100g/m2同样表现出减少植物盖度。在菌肥50g/m2时，植物盖度均值先减少，再增加和盐碱型凹凸肥浓度有很大关系，结合菌肥为0g/m2时盖度均值变化，可以推测在50g/m2时二者相互拮抗，但在盐碱型凹凸肥100g/m2时菌肥拮抗效果减弱，从而使植物盖度增加。
2、沙化型凹凸肥、盐碱型凹凸肥、微生物菌肥和植物激素联用
在多功能肥(沙化型凹凸肥、盐碱型凹凸肥、微生物菌肥)处理后，2019年8月4日于已经施用多功能肥料的沙化土壤施用植物激素多效唑(PP333)、赤霉素(GA3)、乙烯利(ETH)、矮壮素(CCC)，于2019年8月20日观察沙化土地植物盖度变化情况。
如图4所示，为本发明多功能肥、植物激素联合施用后沙化土地植物盖度情况，图中*表示p<0.05，**表示p<0.01，***表示p<0.001，从图中可知，处理16植物盖度显著高于对照组，处理16为：沙化型凹凸肥100g/m2、盐碱型凹凸肥50g/m2、矮壮素200mg/L、乙烯利100mg/L、GA3300 mg/L，并未采用微生物菌肥，由图3分析可知微生物菌肥可能在实验治理体系中起着抑制作用，也未采用多效唑，多效唑和其他植物激素有拮抗作用。
为验证土壤中存在多功能肥料以及不同植物激素的主要作用因素，进行极差分析。如表3中所示，几种作用因素中，起着主要作用的是沙化型凹凸肥，全部作用因素排序为：沙化型凹凸肥>盐碱型凹凸肥>赤霉素>乙烯利>多效唑>矮壮素>菌肥。结合最优组合处理16和盖度变化结果分析，得出作用效果最弱仍为菌肥，也说明菌肥在该实验中效果较弱或者与其他因素有拮抗作用，而沙化型凹凸肥仍为主要因素。单独对植物激素分析，其中GA3起着主要作用，乙烯利、多效唑和矮壮素较弱。
表3多功能肥、植物激素联合施用后植物盖度极差分析
Figure BDA0002931931650000071
如图5所示，为本发明的植物激素联合施用后沙化土地植物盖度变化率结果，图中*表示p<0.05，**表示p<0.01，***表示p<0.001。通过数据处理，将施用激素后盖度数据去除只施用多功能肥的植物盖度，以对照为基准计算植物盖度变化率。数据表明，处理16植物盖度变化率最高。
如图6所示，为本发明的植物激素联合施用后与多功能肥施用修复沙化土地植物盖度变化率比较结果，图中DF表示只有多功能肥施用植物盖度变化率，AF表示多功能肥和植物激素联合施用植物盖度变化率，*表示p<0.05，**表示p<0.01，***表示p<0.001。由图可知，单独添加多功能肥料与所有因素联合处理植物盖度变化率进行比较，数据表明施用植物激素后，植物盖度变化率有明显变化，并且在处理2、5、8、11、14、16中都表现出差异，并且在处理16中差异极其明显，详细数据见表4。其他处理中盖度变化率有着较大变化，但可能由于野外环境影响因素较多，导致数据波动较大，从而导致差异不明显。但处理16表明，相比单独添加多功能肥，多功能肥、激素联合施用能促进植物在沙化土壤上更快适应环境，更好生长，并且差异极其显著。
表4为肥料处理与全部因素处理植物盖度变化率比较
Figure BDA0002931931650000081
如图7所示，为本发明多功能肥料和植物激素施用植物盖度因子水平趋势图，激素多功能肥联合处理的极差分析中，去除施用多功能肥料后植物盖度数据，通过因素指标图分析水平值和指标值之间变化趋势。数据表示，盐碱型凹凸肥、沙化型凹凸肥以及赤霉素对植物盖度有促进作用。而多效唑随着施用浓度增加盖度逐渐减少。乙烯利在100mg/L的时候对植物盖度生长有促进作用，但当浓度增加到200mg/L时，反而出现抑制效果，数据表明乙烯利最佳浓度很可能是100mg/L。
为了研究激素之间存在的相互作用，特别是对盖度均值造成负面影响的多效唑以及乙烯利，进行了激素间相互作用的分析。如图8所示，为本发明施用植物中多效唑、赤霉素、矮壮素、乙烯利的相互作用分析结果，图中A表示盖度处理中赤霉素(GA3)和多效唑(PP333)相互作用；B表示盖度处理中赤霉素(GA3)和矮壮素相互作用；C表示盖度处理中乙烯利(ETH)和赤霉素(GA3)相互作用；D表示盖度处理中乙烯利(ETH)和矮壮素相互作用；E表示盖度处理中多效唑(PP333)和乙烯利(ETH)相互作用；F表示盖度处理中多效唑(PP333)和矮壮素相互作用。由图可知，多效唑对GA3有明显抑制效果，见图8中A，在多效唑浓度为0mg/L时，随着GA3浓度升高，盖度边际均值也随之增加。多效唑也明显影响矮壮素，见图8中F，在多效唑浓度为0mg/L时，随着矮壮素浓度升高，盖度边际均值表现较好，其中多效唑为100mg/L时，抑制效果不明显，可能是浓度未达到抑制剂量。而多效唑和乙烯利之间的比较也表示多效唑有抑制效果，见图8中E，乙烯利本身在高浓度200mg/L时也会对盖度边际均值产生负面影响，说明乙烯利最适浓度为100mg/L。而且，通过图8中B对矮壮素和GA3分析，数据表示矮壮素和GA3之间存在协同效应，当二者浓度达到最大值，即矮壮素为200mg/L，GA3为300mg/L时，效果最好。图8中C中表明，乙烯利为100mg/L时和GA3有协同效应，增加植物盖度边际均值。而对矮壮素和乙烯利之间相互作用分析，见图8中D，发现在乙烯利为100mg/L浓度时，和矮壮素有着较好的协同作用能力，但乙烯利浓度增加，则会造成植物盖度边际均值下降。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (7)

1.一种用于沙化土壤植物生长的组合物，其特征在于，该组合物包含：沙化型凹凸肥、盐碱型凹凸肥、矮壮素、乙烯利和赤霉素；
其中，所述沙化型凹凸肥和盐碱型凹凸肥的质量比为2：1；所述沙化型凹凸肥包含以下重量份数的组分：50％有机肥、20％腐殖酸、5％磷矿和25％有机质；所述盐碱型凹凸肥包含以下重量份数的组分：43％有机肥、12％腐殖酸、5％磷矿和40％有机质，调节pH为6.5；
所述矮壮素、乙烯利和赤霉素的质量比为2：1：3。
2.根据权利要求1所述的用于沙化土壤植物生长的组合物，其特征在于，该组合物包含：沙化型凹凸肥、盐碱型凹凸肥、浓度为200mg/L的矮壮素、浓度为100mg/L的乙烯利、浓度为300mg/L的赤霉素，每平方米沙化土壤中，所述沙化型凹凸肥、盐碱型凹凸肥、矮壮素、乙烯利和赤霉素的含量比为100g：50g：15mL：15mL：15mL。
3.根据权利要求1所述的用于沙化土壤植物生长的组合物，其特征在于，所述有机质是采用羊粪发酵获得的。
4.根据权利要求3所述的用于沙化土壤植物生长的组合物，其特征在于，所述发酵采用的发酵剂为农保有机肥发酵剂。
5.根据权利要求1所述的用于沙化土壤植物生长的组合物，其特征在于，所述腐殖酸为矿源黄腐酸钾。
6.根据权利要求1所述的用于沙化土壤植物生长的组合物，其特征在于，该组合物针对的植物包括：老芒麦、披碱草、燕麦。
7.一种如权利要求1-6中任意一项所述的组合物在沙化土壤治理方面的应用。
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