CN104098394A

CN104098394A - 一种生物-化学育苗基质及其用途

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Publication number: CN104098394A
Application number: CN201410319769.XA
Authority: CN
Inventors: 曾希柏; 苏世鸣; 王秀荣; 王亚男; 白玲玉; 李莲芳; 吴翠霞
Original assignee: Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculturem of CAAS
Current assignee: Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculturem of CAAS
Priority date: 2014-07-07
Filing date: 2014-07-07
Publication date: 2014-10-15

Abstract

本发明涉及一种生物-化学育苗基质及其用途。该基质由50-65重量份草炭、30-45重量份蛭石、2-6重量份棘孢木霉菌厚垣孢子粉剂、0.02-0.12重量份氮磷钾复合肥与0.08-0.45重量份KH₂PO₄组成。使用所述的生物-化学育苗基质进行育苗时，待育苗移栽蔬菜的出苗率达到93％以上，保证作物高出苗率；蔬菜苗移栽在砷超标农田时，其蔬菜的砷含量与对照相比下降12～40％，在砷超标农田中应用后可以显著减少砷在作物体内的累积，降低其食用风险。

Description

一种生物-化学育苗基质及其用途

【技术领域】

本发明属于作物育苗技术领域。更具体地，本发明涉及一种生物-化学育苗基质，还涉及所述生物-化学育苗基质的用途。

【背景技术】

砷是一种自然界广泛存在的具有致癌作用的类金属元素，其对人体健康的危害甚至比镉更严重。我国是砷矿大国，也是全球受砷污染事件危害较多、且较严重的国家之一。根据2014年4月17日国家环保部和国土资源部共同发布的土壤污染状况调查公报，相对其它重金属元素，我国部分耕地、林地和草地土壤中存在较高的砷累积风险，在一定程度上会影响农产品安全及人类身体健康。目前，农田土壤中的砷超标问题已经引起了党和政府，及相关科研学者的广泛关注。一些有助于砷超标农田风险调控或降低作物低吸收砷的方法相继被研究与应用。例如，直接施用钝化剂的方法确实有利于在一定程度上降低土壤中砷的有效性，但施用的钝化剂多是各种化学混合物，可能会影响土壤原有的理化性状，而且钝化剂撒播的不均匀性、无法准确调控作物根际区域等也会在很大程度上影响其效果及今后的推广应用；通过筛选低吸收砷的作物品种亦是一种有效降低农产品中砷累积风险的方法，但低吸收作物在不同砷超标区域种植的差异性，作物品种(特别是蔬菜类)更迭的频繁等明显限制的该技术的大面积推广与应用；另外，这些技术实施的成本相对较高，劳动强度较大，不利于我国农业的可持续发展。因此，对土壤砷含量超标的高风险地区，寻求一种简单易行、效果好的降低作物砷吸收的方法，使收获物中的砷含量能控制在“食品安全国家标准-食品中污染物限量(GB2762-2012)”的安全范围内，对促进农产品安全生产、保障居民身体健康等，作用十分巨大。

本发明针对采取基质育苗以及带基质移栽的农作物，通过调节基质的组成、添加相应生学、化学调控物质，以改变作物育苗期根际生长环境、作物营养状况，以及大田生长期的根际环境等，最后达到减少作物对砷吸收量的目的。

【发明内容】

[要解决的技术问题]

本发明的目的是提供一种生物-化学育苗基质。

本发明的另一个目的是提供所述的生物-化学育苗基质用途。

[技术方案]

本发明是通过下述技术方案实现的。

本发明涉及一种生物-化学育苗基质。所述的生物-化学育苗基质组成如下：以重量份计

根据本发明的一种优选实施方式，所述的生物-化学育苗基质组成如下：以重量份计

根据本发明的另一种优选实施方式，所述草炭的粒度是1～4mm。

根据本发明的另一种优选实施方式，所述蛭石的粒度是40～100目。

根据本发明的另一种优选实施方式，所述的棘孢木霉菌厚垣孢子粉剂只含有厚垣孢子，它的厚垣孢子含量是(6.0～8.0)×10⁸cfu/g。

根据本发明的另一种优选实施方式，以氮磷钾复合肥总重量计，所述氮磷钾复合肥的氮含量是以N计12～18％、磷含量是以P₂O₅计10-15％、钾含量是以K₂O计10-15％。

根据本发明的另一种优选实施方式，所述育苗基质的大肠菌、镉、汞、铅、砷、有机质、氮、磷或钾含量均符合GB8172-87《城镇垃圾农用控制标准》标准的规定。

本发明还涉及所述的生物-化学育苗基质在蔬菜作物育苗中的用途。

根据本发明的一种优选实施方式，所述蔬菜作物育苗的步骤如下：将所述的生物-化学育苗基质放于育苗穴盘的孔穴中，喷水，使所述育苗基质的含水量达到以所述育苗基质总重量计35～40％，然后所述育苗基质进行平整，播入蔬菜种子，再覆盖一层所述的育苗基质，接着喷透水，达到从穴盘底部渗出水，让其在环境条件下育苗。

根据本发明的另一种优选实施方式，使用所述的生物-化学育苗基质进行育苗时，待育苗移栽蔬菜的出苗率达到93％以上；蔬菜苗移栽在砷超标农田时，其蔬菜的砷含量与对照相比下降12～40％。

下面将更详细地描述本发明。

本发明使用的棘孢木霉菌(Trichoderma asperellum)已在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心保存，保存编号为CGMCC No.3186，保存日期为2009年7月09日，具体可以参见申请日2012年09月26日、申请号201210361866.6、发明名称“一种棘孢木霉菌的筛选方法及其应用”的发明专利申请说明书。

本发明所要解决的技术问题是在作物育苗中通过调整育苗基质的组成并添加一定量的生物、化学调控剂等方法，以达到调控作物根际状况，降低作物根系对土壤中砷的吸收，促进砷超标农田中作物安全生产，保障农产品质量安全。

草炭是由沼泽植物残体在多水嫌气条件下因堆积而没有完全分解所形成的。它含有大量水分和未被彻底分解的植物残体、腐殖质以及一部分矿物质。它的有机质含量一般是70％-80％，腐殖酸含量40％-50％，pH5.0-5.5，是优良的植物栽培介质和土壤改良产品。

本发明生物-化学育苗基质中草炭的作用是为作物生长提供必需的养分，促进作物生长。所述草炭的粒度是1～4mm。本发明使用的草炭是由辽宁清原泥炭土加工厂以商品名育苗基质草炭土销售的产品。

根据本发明，蛭石、棘孢木霉菌厚垣孢子粉剂、氮磷钾复合肥与磷酸二氢钾的含量在所述的范围内时，如果草炭的含量小于50重量份，则会减少基质中营养成分的供应，同时还会影响基质的保水能力，最终影响作物苗期的生长；如果草炭的含量大于65重量份，则会有过高的养分供应，造成烧苗等现象，此外还会改变基质的通气导水状况，影响作物正常生长。因此草炭的含量为50-65重量份是合理的，优选地是55-60份。

蛭石是一种层状结构硅酸盐。它一般由黑云母经热液蚀变或风化而形成。蛭石一般为褐、黄、暗绿色。蛭石可用作吸附剂、土壤改良剂等。

本发明生物-化学育苗基质中的蛭石的作用是作为育苗的重要介质，同时它还有助于保持基质温度的稳定性。所述蛭石的粒度是40～100目。本发明使用的蛭石是由石家庄秋谷矿加工厂以商品名基质大棚育苗基质销售的产品。

根据本发明，草炭、棘孢木霉菌厚垣孢子粉剂、氮磷钾复合肥与磷酸二氢钾的含量在所述的范围内时，如果蛭石的含量小于30重量份，则会减少基质对幼苗的固定效果，在保持基质温度稳定性方面较弱；如果蛭石的含量大于45重量份，则会增加介质对幼苗根系的挤压，影响幼苗根系的伸展。因此蛭石的含量为30-45重量份是合理的，优选地是35-40份。

本发明生物-化学育苗基质中的棘孢木霉菌厚垣孢子粉剂具有很高的耐砷及生物累积砷能力，能以作物根系释放的有机酸等作为碳氮营养源，从而与根系的生长表现出趋同性，紧密地附着于作物根系表面，促进作物的生长。所述的棘孢木霉菌厚垣孢子粉剂是根据CN103740634A描述的方法制备得到的，所述的棘孢木霉菌厚垣孢子粉剂只含有厚垣孢子，它的厚垣孢子含量是6.0～8.0×10⁸cfu/g。

根据本发明，草炭、蛭石、氮磷钾复合肥与磷酸二氢钾的含量在所述的范围内时，如果棘孢木霉菌厚垣孢子粉剂的含量小于2重量份，则会影响该基质在降低作物吸收砷方面的效果，大大降低幼苗对环境中砷胁迫的抵抗能力；如果棘孢木霉菌厚垣孢子粉剂的含量大于6重量份，则会有过多的棘孢木霉菌繁殖，从而释放更多的有机酸等影响基质的酸碱度，最终影响幼苗的正常生长。因此棘孢木霉菌厚垣孢子粉剂的含量为2-6重量份是合理的，优选地是3-5份。

本发明生物-化学育苗基质中的氮磷钾复合肥的作用是进一步补充基质中的养分状况，同时也为棘孢木霉菌的繁殖提供必要的氮源。所述的氮磷钾复合肥是以氮磷钾复合肥总重量计氮含量是以N计12～18％、磷含量是以P₂O₅计10-15％、钾含量是以K₂O计10-15％。本发明使用的氮磷钾复合肥是由北京恒源嘉达科技有限公司以商品名地富原复合肥销售的产品，也可以是根据其氮、磷与钾含量由目前市场上销售的含氮肥料、含磷肥料与含钾肥料配制而成的，这对于本技术领域的技术人员而言是不存在任何困难的。

根据本发明，草炭、蛭石、棘孢木霉菌厚垣孢子粉剂与磷酸二氢钾的含量在所述的范围内时，如果氮磷钾复合肥的含量小于0.02重量份，则会减少对作物幼苗生长及棘孢木霉菌的繁殖的养分供应；如果氮磷钾复合肥的含量大于0.12重量份，则会有过多的养分供应，一是造成营养浪费，二是可能造成烧苗等现象。因此氮磷钾复合肥的含量为0.02-0.12重量份是合理的，优选地是0.03-0.10份。

本发明生物-化学育苗基质还含有磷酸二氢钾。本发明使用的磷酸二氢钾是目前市场上广泛销售的产品。

根据本发明，草炭、蛭石、棘孢木霉菌厚垣孢子粉剂与氮磷钾复合肥的含量在所述的范围内时，如果磷酸二氢钾的含量小于0.08重量份，则会在减少磷素供应的同时，降低基质对调控作物吸收砷方面的效果；如果磷酸二氢钾的含量大于0.45重量份，则会存在养分浪费，也易造成因养分流失而带来的二次污染。因此磷酸二氢钾的含量为0.08-0.45重量份是合理的，优选地是0.1-0.4份。

本发明生物-化学育苗基质含有的磷营养元素，在保障作物生长需求的同时，基于其与砷化学性质的相似性，两者还能有效地竞争作物根表膜上的通道蛋白，从而在一定程度上降低作物对砷的吸收量。当作物幼苗连同基质一起移栽到大田后，这种作用能力得以继续保持。通过活性微生物菌剂与磷营养的共同作用，可以有效减少该作物对砷的吸收量，促进砷污染上作物的生长，在一定程度上保证农产品安全。

经测定，本发明生物-化学育苗基质的大肠菌、镉、汞、铅、砷、有机质、氮、磷或钾含量均符合GB8172-87《城镇垃圾农用控制标准》标准的规定。

所述蔬菜作物育苗的步骤如下：将所述的生物-化学育苗基质放于育苗穴盘的孔穴中，喷水，使所述育苗基质的含水量达到以所述育苗基质总重量计35～40％，以手握成团有水印而不形成水滴，放手后基质落地散开为宜。然后所述育苗基质进行平整。每个孔穴内播入蔬菜种子后，在上面覆盖一层所述的育苗基质；最后喷透水，以穴盘底部渗出水为宜。播入种子，再覆盖，接着喷透水，达到从穴盘底部渗出水，让其在环境条件下育苗。

使用所述的生物-化学育苗基质进行育苗时，待育苗移栽蔬菜的出苗率达到93％以上；蔬菜苗移栽在砷超标农田时，其蔬菜的砷含量与对照相比下降12～40％。

本发明的生物-化学育苗基质可以保证作物高出苗率，在砷超标农田中应用后可以显著减少砷在作物体内的累积，降低其食用风险。

[有益效果]

本发明的有益效果是：使用所述的生物-化学育苗基质进行育苗时，待育苗移栽蔬菜的出苗率达到93％以上，保证作物高出苗率；蔬菜苗移栽在砷超标农田时，其蔬菜的砷含量与对照相比下降12～40％，在砷超标农田中应用后可以显著减少砷在作物体内的累积，降低其食用风险。

【附图说明】

图1表示本发明生物-化学育苗基质与常规育苗基质对三种作物出苗率的影响；

图2表示本发明生物-化学育苗基质与常规育苗基质育苗后不同作物地上部生物量；

图3表示本发明生物-化学育苗基质与常规育苗基质育苗后不同作物地上部砷含量mg/kg。

【具体实施方式】

通过下述实施例将能够更好地理解本发明。

实施例1：制备生物-化学育苗基质

该实施例的实施步骤如下：

将50重量份粒度1～4mm的草炭、45重量份40-100目蛭石、5重量份6.0×10⁸cfu/g棘孢木霉菌厚垣孢子粉剂、0.12重量份氮磷钾复合肥，其中所述氮磷钾复合肥的氮含量是以N计12％、磷含量是以P₂O₅计12％、钾含量是以K₂O计15％，0.08重量份KH₂PO₄混合均匀，得到所述的生物-化学育苗基质。经测定，本实施例制备的育苗基质的大肠菌、镉、汞、铅、砷、有机质、氮、磷或钾含量均符合GB8172-87《城镇垃圾农用控制标准》标准的规定。

实施例2：制备生物-化学育苗基质

该实施例的实施步骤如下：

将65重量份粒度1～4mm的草炭、30重量份40-100目蛭石、2重量份7.0×10⁸cfu/g棘孢木霉菌厚垣孢子粉剂、0.02重量份氮磷钾复合肥，其中所述氮磷钾复合肥的氮含量是以N计14％、磷含量是以P₂O₅计10％、钾含量是以K₂O计12％，0.45重量份KH₂PO₄混合均匀，得到所述的生物-化学育苗基质。经测定，本实施例制备的育苗基质的大肠菌、镉、汞、铅、砷、有机质、氮、磷或钾含量均符合GB8172-87《城镇垃圾农用控制标准》标准的规定。

实施例3：制备生物-化学育苗基质

该实施例的实施步骤如下：

将55重量份粒度1～4mm的草炭、35重量份40-100目蛭石、6重量份8.0×10⁸cfu/g棘孢木霉菌厚垣孢子粉剂、0.03重量份氮磷钾复合肥，其中所述氮磷钾复合肥的氮含量是以N计16％、磷含量是以P₂O₅计15％、钾含量是以K₂O计14％，0.1重量份KH₂PO₄混合均匀，得到所述的生物-化学育苗基质。经测定，本实施例制备的育苗基质的大肠菌、镉、汞、铅、砷、有机质、氮、磷或钾含量均符合GB8172-87《城镇垃圾农用控制标准》标准的规定。

实施例4：制备生物-化学育苗基质

该实施例的实施步骤如下：

将60重量份粒度1～4mm的草炭、40重量份40～100目蛭石、3重量份7.0×10⁸cfu/g棘孢木霉菌厚垣孢子粉剂、0.10重量份氮磷钾复合肥，其中所述氮磷钾复合肥的氮含量是以N计18％、磷含量是以P₂O₅计14％、钾含量是以K₂O计10％，0.4重量份KH₂PO₄混合均匀，得到所述的生物-化学育苗基质。经测定，本实施例制备的育苗基质的大肠菌、镉、汞、铅、砷、有机质、氮、磷或钾含量均符合GB8172-87《城镇垃圾农用控制标准》标准的规定。

试验实施例1：生物-化学育苗基质中活性棘孢木霉菌数量分析

选取长度为54cm、宽度为28cm的穴盘(河北省文安县圣基塑料制品厂生产)作为育苗盘，其中每个育苗盘有32穴，每穴的平均直径为6-7cm、深度为10cm。将实施例1制备的生物-化学育苗基质放置于上述穴盘中，利用喷水壶浇灌育苗基质至其含水量为35-40％，以手握成团有水印而不形成水滴，放手后基质落地散开为宜。之后，平整每个孔穴内的基质，使各个格室应能清晰可见。每个孔穴内播入种子后，在上面覆盖少量蛭石或基质；最后喷透水，以穴盘底部渗出水为宜。然后于温度25℃下恒温放置约24小时。称取10g新鲜育苗基质，放于90ml无菌水中，在摇床上在温度25℃的条件下振荡培养30min。接着利用稀释平板计数法在木霉菌选择性培养基上进行分离计数，具体参见微生物学实验，科学出版社，2010。分析该育苗基质中活性棘孢木霉菌的菌落数目。该过程重复三次。经计数后发现，该育苗基质中活性棘孢木霉菌菌落数达10⁶-10⁷。表明该育苗基质中棘孢木霉菌有很好地定殖，具有很高的生物活性。

试验实施例2：生物-化学育苗基质对不同作物出苗率的影响

选择从中国农业科学院蔬菜花卉研究所购买的油菜花、芹菜、空心菜、小油菜4种类型的种子。将这些种子经25体积％H₂O₂水溶液浸泡消毒15-20min，再用去离子水洗净，放置于实施例1制备的湿润的生物-化学育苗基质中。所使用的育苗盘长度为54cm、宽度为28cm(河北省文安县圣基塑料制品厂生产)，每个育苗盘有32穴，平均每穴的直径为6-7cm、深度为10cm。待每个孔穴内播入种子后，在上面覆盖少量基质，喷透水至穴盘底部有水渗出。育苗盘于温度约25℃下培养，期间保证其含水量。在培养过程中记录每盆中的不同作物的出苗情况。本试验实施例过程中，按照常规育苗方法进行相同的育苗操作，以便分析常规育苗基质(例如2：1型的草炭加蛭石等)与本发明生物-化学育苗基质对不同作物出苗率的影响。其结果列于图1中。

从图1可以看出，相对于常规育苗基质，使用生物-化学育苗基质后并没有影响油菜花，芹菜、小油菜、空心菜的出苗率。使用本发明生物-化学育苗基质后，4种作物的出苗率分别为95.3％、91.3％、94.5％和91.8％。

试验实施例3：生物-化学育苗基质对不同作物生物量的影响

使用实施例2制备的生物-化学育苗基质和常规育苗基质(例如2：1型的草炭加蛭石等)获得的油菜花、芹菜、空心菜、小油菜4种幼苗，整体移栽至砷超标土壤中。该砷超标土壤采集自湖南省石门县雄黄矿区，土壤中的砷含量163ppm。移栽作物的土壤-植物体系于温度25℃下培养，保持土壤含水量不变。培养55天后，取地上部生物量进行分析，其中地上部生物量经杀青、烘干至恒重后，称量各作物地上部干重。其试验结果列于图2中。

从图2可以看出，与常规育苗基质相比，使用本发明生物-化学育苗基质可以显著促进4种不同作物地上部干重，在一定程度上促进4种作物的正常生长。使用本发明的生物-化学育苗基质后，油菜花、芹菜、小油菜、空心菜的地上部干重量分别为3.26g、2.15g、1.74g和3.32g，比常规育苗基质相应增加22.8％、49.7％、43.9％和50.0％。

试验实施例4：生物-化学育苗基质对不同作物地上部砷含量的影响

将试验实施例3获得作物的地上部称干重后，利用研磨器对收获的植物样进行处理，然后利用浓硝酸在消煮炉内加热150℃条件下进行消解，得到的消解液再利用氢化物发生-原子荧光(具体参见国家标准--食品中总砷的测定方法，GB/T5009.11-1996)对消解液中的砷含量进行分析。其试验结果列于图3中。

从图3可以看出，与常规育苗基质相比，使用本发明生物-化学育苗基质可以有效地减少4种作物对砷的吸收，保证作物的健康生长，降低其对人体健康的风险。使用本发明的生物-化学育苗基质时，油菜花、芹菜、小油菜、空心菜的地上部对砷的吸收量分别为0.48mg/kg、0.89mg/kg、2.35mg/kg和3.79mg/kg。与使用常规育苗基质时作物体内砷含量相比，本发明的育苗并栽移的方法降低了约38.8％、29.3％、12.9％和16.4％。

总之，使用本发明的生物-化学育苗基质育苗时，可以保证各作物较高的出苗率，达95％以上。将本发明的生物-化学育苗基质连同幼苗一并移栽后，可以保障各作物地上部生物量显著增加，保证其正常生长，同时，还可以在一定程度上有效地降低各作物对砷超标土壤中砷的吸收量，降低其对人体健康的风险。本发明的生物-化学育苗基质可以在砷超标农田区域进行应用，在一定程度上缓解砷对农产品安全的影响，保障该区域农户身体的健康。

Claims

1.一种生物-化学育苗基质，其特征在于所述的生物-化学育苗基质组成如下：以重量份计

2.根据权利要求1所述的生物-化学育苗基质，其特征在于所述的生物-化学育苗基质组成如下：以重量份计

3.根据权利要求1所述的生物-化学育苗基质，其特征在于所述草炭的粒度是1～4mm。

4.根据权利要求1所述的生物-化学育苗基质，其特征在于所述蛭石的粒度是40～100目。

5.根据权利要求1所述的生物-化学育苗基质，其特征在于所述的棘孢木霉菌厚垣孢子粉剂只含有厚垣孢子，它的厚垣孢子含量是6.0～8.0×10⁸cfu/g。

6.根据权利要求1所述的生物-化学育苗基质，其特征在于以氮磷钾复合肥总重量计，所述氮磷钾复合肥的氮含量是以N计12～18％、磷含量是以P₂O₅计10-15％、钾含量是以K₂O计10-15％。

7.根据权利要求1所述的生物-化学育苗基质，其特征在于所述育苗基质的大肠菌、镉、汞、铅、砷、有机质、氮、磷或钾含量均符合GB8172-87《城镇垃圾农用控制标准》标准的规定。

8.根据权利要求1-7中任一项权利要求所述的生物-化学育苗基质在蔬菜作物育苗中的用途。

9.根据权利要求8所述的生物-化学育苗基质的用途，其特征在于所述蔬菜作物育苗的步骤如下：将所述的生物-化学育苗基质放于育苗穴盘的孔穴中，喷水，使所述育苗基质的含水量达到以所述育苗基质总重量计35～40％，然后所述育苗基质进行平整，播入蔬菜种子，再覆盖一层所述的育苗基质，接着喷透水，达到从穴盘底部渗出水，让其在环境条件下育苗。

10.根据权利要求8所述的生物-化学育苗基质的用途，其特征在于使用所述的生物-化学育苗基质进行育苗时，待育苗移栽蔬菜的出苗率达到93％以上；蔬菜苗移栽在砷超标农田时，其蔬菜的砷含量与对照相比下降12～40％。