CN113072414A - 一种全元木霉生物有机肥料的应用 - Google Patents

一种全元木霉生物有机肥料的应用 Download PDF

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黄启为
沈其荣
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Abstract

本发明公开了一种全元木霉生物有机肥料的应用。该全元生物有机肥料中含有2×107cfu/g以上的SQR‑T037、全氮含量质量比为5～7.5％，全氮中质量比60％以上为有机氮，总氮磷钾养分质量比为10～15％、有机质含量质量比30～40％、游离氨基酸和小肽2‑3％，含水量质量比≤30％，pH6‑7。施用本发明全元木霉生物有机肥后，解决了20年以上的老苹果园普遍存在的土壤养分供应不协调和微生物区系失衡的问题，显著提升了果实品质；促进了新梢生长和下一年花芽分化；还解决了老苹果园普遍存在的地下部须根系少的问题，促进了老果园苹果树地下部须根的快速生长。

Description

一种全元木霉生物有机肥料的应用
分案说明
本发明是申请号为2017114568220，申请日为2017-12-28，发明名称为“一种用于恢复老苹果树生产力的专用全元木霉生物有机肥料及其制备方法和应用”的中国发明申请的分案申请。
技术领域
本发明属于农业集约化生产技术领域，涉及一种用于恢复老苹果树生产力的专用全元木霉生物有机肥料及其制备方法和应用。
背景技术
苹果(Pyrus malus L.)是世界上著名的水果之一，我国是苹果产量最高的国家；上世纪80年代我国实行土地承包责任制后，果农栽植的苹果园树龄迄今大多已在30年左右；通常情况下，20年以上树龄的苹果树实际进入衰老期，成为老苹果园：树势衰弱、花蕾少、落花落果严重，地下部根系生长弱，一级根数量少，二级以上的须根基本上没有，果子小、产量低、品质差，连作障碍严重。为了改造老果园，提高产量，果农便开始伐老树栽新苗，这期间就导致果农至少3-4年没有经济效益，给广大果农带来巨大损失。
商品全元生物有机肥是指特定功能微生物与主要以动植物残体(如农作物秸秆、畜禽粪便等)为来源并经无害化处理、腐熟的有机物料复合而成的一类兼具微生物肥料、有机肥料和化肥效应的肥料。其本质特征是集具有培肥土壤的有机肥料、促生作用明显的无机肥料及特定功能的有益微生物于一体，这些特征是商品全元生物有机肥优于其它肥料的关键因素。
大量研究结果表明：不同性质土壤具有不同的供肥特性；不同种类作物具有不同的需肥特性。同一种作物栽培在不同性质的土壤上，尽管其需肥特性相同，但肥料运筹(种类、数量及施用方法)不同；不同种类作物栽培同一种性质的土壤上，由于其需肥特性不同，肥料运筹(种类、数量及施用方法)也不同。20年以上的老苹果园普遍存在土壤养分供应不协调和微生物区系失衡、土壤酸化等问题，这是老果园苹果产量低和品质差的主要原因，本研究根据老苹果园普遍存在的问题及苹果树的营养生长特性，选用木霉生物有机肥与化肥，经合理配伍和一定工艺生产出相应产品，为规模化改造老苹果园使老苹果树重新恢复生产力提供技术产品。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的上述不足，提供一种用于恢复老苹果树生产力的专用全元木霉生物有机肥料的配伍和产品，能确保规模化改造老苹果园，使老苹果树重新恢复生产力。
本发明的目的可通过以下技术方案实现：
用于促进作物生长的促生菌SQR-T037，属哈茨木霉菌(Trichoderma harzianum)，SQR-T037菌株的主要生物学特性为：菌丝纤细无色，具分隔，多分枝。分生孢子梗从菌丝的侧枝上生出，对生或互生，一般有2～3次分枝，着生分生孢子的小梗瓶形或锥形。分生孢子多为球形，孢壁具小疣突，蓝绿色。在PDA培养基上菌落初为白絮状，后为暗绿色。菌落扩展很快，特别在高温高湿条件下几天内木霉菌落可遍布整个料面。菌丝生长温度4～42℃，25～30℃生长最快，孢子萌发温度10～35℃，15～30℃萌发率最高，25～28℃菌落由白变绿只需4～5昼夜，高温对菌丝生长和萌发有利。孢子萌发要求相对湿度95％以上，但在干燥环境也能生长，菌丝生长pH值为3.5～5.8，在pH值4～5条件下生长最快。菌株有较强的适应能力，能够重寄生多种植物病原真菌能力，分解利用木质纤维素，有效定殖土壤中。
用上述促进作物生长的促生菌所生产的用于恢复老苹果树生产力的全元生物有机肥料，该全元生物有机肥料中含有2×107cfu/g以上的SQR-T037、全氮含量质量比为5～7.5％，全氮中质量比60％以上为有机氮，总氮磷钾养分质量比为10～15％、有机质含量质量比30～40％、游离氨基酸和小肽2-3％，含水量质量比≤30％，pH6-7。
所述全元木霉生物有机肥料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将所述的促生菌SQR-T037，进行固体发酵生产，其发酵生产的条件为：培养基为作物秸秆与酸解氨基酸混合物，pH3.0-5.0，发酵温度28～30℃，湿度60-70％RH，浅盘(厚度≤3.5厘米)培养96～168hr.，发酵产物芽孢量≥1×109cfu/克；所用作物秸秆与酸解氨基酸混合物配制方法为(以配制300克培养基为例)：作物秸秆粉100g，酸解氨基酸10-20倍稀释液200-220毫升，混匀、陈化，pH值调至3.0～5.0；
(2)将酸解氨基酸原液与腐熟堆肥按质量比2:8的比例混合均匀，平衡一周左右，待混合物堆体pH值升到6.5以上即可。再将上述SQR-T037发酵物按50-300公斤/吨，优选50-150公斤/吨，进一步优选50-100公斤/吨的量接种到混合物堆体中，充分混匀，获得含木霉SQR-T037的腐熟堆肥及酸解氨基酸的固体混合物。在温度不超过60℃的条件下将该固体混合物的含水量蒸发至30％以下，即为能促进苹果植株生长的木霉生物有机肥；
(3)在生物有机肥(量660-900公斤/吨)基础上，按37-123公斤/吨的量加入磷酸二铵、20-80公斤/吨的量加入硫酸钾、37-123公斤/吨的量加入硝酸钙、4-12公斤/吨的量加入硫酸镁，2公斤/吨的量加入硫酸锌，充分混匀，在温度不超过60℃的条件下将该固体混合物的含水量蒸发至30％以下，包装出厂即为老苹果园改造中能促进老苹果树生长的全元木霉生物有机肥。
其中，所用的木霉生物有机肥中含有2×108cfu/g以上的SQR-T037、全氮含量质量比为2.5～3.0％，全氮中质量比90％以上为有机态氮，总氮磷钾养分质量比为5～6％、有机质含量质量≥45％，游离氨基酸和小肽2-3％，含水量质量比≤30％，pH6-7。
步骤(1)对SQR-T037进行固体发酵的具体方法优选：
①将SQR-T037接种到PDA液体培养基中进行液体发酵制备功能菌发酵液；
②将作物秸秆粉、酸解氨基酸原液10-20倍稀释液按作物秸秆粉：酸解氨基酸原液10-20倍稀释液＝1Kg：2-2.2L的比例混匀、陈化，pH值调至3.0-5.0，获得作物秸秆与酸解氨基酸混合物，作为固体发酵培养基；
其中酸解氨基酸原液通过以下方法制备而成：(1)在密闭容器中先将病死畜禽动物经自动化破碎、所有固形物和液体自动转入密闭的水解罐后，在初始酸浓度c(1/2H2SO4)为3-5mol L-1、80-100℃和1-2个大气压下水解2-5小时；(2)水解结束待水解罐内溶液冷却至80℃以下时，静置分层，收集中层的氨基酸溶液即得酸解氨基酸；
③将SQR-T037发酵液按50-100L/吨的量接种到固体发酵培养基中，在pH3.0-5.0，发酵温度28-30℃，湿度60-70％RH，浅盘培养96-168小时得木霉固体发酵产物，固体发酵产物中孢子数量≥1×109cfu/克。
所述的陈化的时间优选6-24小时，进一步优选10-15小时。
步骤(2)中酸解氨基酸原液与腐熟堆肥的质量比优选2:8。
步骤(2)中所述的木霉生物有机肥中优选含有2×108cfu/g以上的SQR-T037、全氮含量质量比为2.5-3.0％，全氮中质量比90％以上为有机态氮，总氮磷钾养分质量比为5-6％、有机质含量质量≥45％，游离氨基酸和小肽2-3％，含水量质量比≤30％，pH6-7。
步骤(3)中按每吨木霉全元生物有机肥中优选加入木霉生物有机肥660-780公斤/吨、磷酸二铵80-123公斤/吨、硫酸钾50-80公斤/吨、硝酸钙80-123公斤/吨、硫酸镁8-12公斤/吨，硫酸锌2公斤/吨；进一步优选加入木霉生物有机肥780公斤/吨、磷酸二铵80公斤/吨、硫酸钾50公斤/吨、硝酸钙80公斤/吨、硫酸镁8公斤/吨，硫酸锌2公斤/吨。
按照本发明所述的制备方法制备的用于恢复老苹果树生产力的全元生物有机肥料。
该木霉全元生物有机肥料中含有2×107cfu/g以上的SQR-T037、全氮含量质量比为5-7.5％，全氮中质量比60％以上为有机氮，总氮磷钾养分质量比为10-15％、有机质含量质量比30-40％、游离氨基酸和小肽2-3％，含水量质量比≤30％，pH6-7。
本发明所述的用于恢复老苹果树生产力的全元生物有机肥料在改造老苹果园使老苹果树重新恢复生产力中的应用。
有益效果：
1)施用本发明苹果专用全元木霉生物有机肥后，解决了20年以上的老苹果园普遍存在的土壤养分供应不协调和微生物区系失衡的问题。施用苹果专用生物有机肥料，满足了老苹果树对当季不同养分种类及数量的需求，当季果实增产效果不仅与化肥相当，还显著提升了果实品质；促进了新梢生长和下一年花芽分化；定向调控好了老苹果园的土壤微生物区系，使之能持久性地提高了土壤肥力。
2)施用本发明苹果专用全元木霉生物有机肥后，还解决了20年以上的老苹果园普遍存在的地下部须根系少的问题。由于苹果专用生物有机肥料产品中游离氨基酸的作用，促进了老果园苹果树地下部须根的快速生长，调理好了老苹果树的树势(须根多、吸收养分的能力强、根深叶茂、地上部和地下部生长协调等)，这对老苹果园的可持续发展具有重要作用。
附图说明
图1不同施肥处理对果实成熟后地上部叶片生长情况的影响(左：施用苹果专用木霉生物有机肥；右：施用俄罗斯产复合肥)
生物样品保藏信息
SQR-T037，分类命名为哈茨木霉Trichoderma harzianum，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏日期为2009年09月22日，保藏地址为北京市朝阳区大屯，中国科学院微生物研究所，菌种保藏号为CGMCC NO.3308。
具体实施方式
(一)菌剂生产
(1)将促生菌株SQR-T037，接种到PDA液体培养基中进行液体发酵生产，其发酵生产的条件为：pH4.0，发酵温度28℃，175rpm(转/分钟)转速下，连续震荡培养，生长时间为6天(144hr.)，即为木霉发酵液(含菌或芽孢量≥1×1010cfu/ml)。
(2)将作物秸秆粉100g，酸解氨基酸20倍稀释液200-220毫升，混匀、陈化，pH值调至4.0，获得作物秸秆与酸解氨基酸混合物制作的培养基。
其中酸解氨基酸的制备方法见发明专利ZL201410042218.3(公知公用，一种利用病死猪蛋白生产的液体氨基酸复合物及其应用)。
(3)将SQR-T037发酵液按100L/吨的量接种到作物秸秆与酸解氨基酸混合物制作的培养基中，在pH5.0，发酵温度28-30℃，湿度60-70％RH，浅盘(厚度≤3.5厘米)培养144hr.，发酵产物芽孢量≥1×109cfu/克。
(二)木霉生物有机肥生产
将酸解氨基酸原液与腐熟堆肥按质量比2:8的比例混合均匀，平衡一周左右，待混合物堆体pH值升到6.5以上即可。再将上述SQR-T037发酵物按100公斤/吨的量接种到混合物堆体中，充分混匀，获得含木霉SQR-T037的腐熟堆肥及酸解氨基酸的固体混合物。在温度不超过60℃的条件下将该固体混合物的含水量蒸发至30％以下，即为能促进老苹果树生长的木霉生物有机肥。
(三)全元木霉生物有机肥生产
在木霉生物有机肥(量660-900公斤/吨)基础上，按37-123公斤/吨的量加入磷酸二铵、20-80公斤/吨的量加入硫酸钾、37-123公斤/吨的量加入硝酸钙、4-12公斤/吨的量加入硫酸镁，2公斤/吨的量加入硫酸锌，充分混匀，在温度不超过60℃的条件下将该固体混合物的含水量蒸发至30％以下，包装出厂即为老苹果园改造中能促进老苹果树生长的全元木霉生物有机肥。其中，
所用的木霉生物有机肥中含有2×108cfu/g以上的SQR-T037、全氮含量质量比为2.5-3.0％，全氮中质量比90％以上为有机态氮，总氮磷钾养分质量比为5-6％、有机质含量质量≥45％，游离氨基酸和小肽2-3％，含水量质量比≤30％，pH 6-7。
该全元生物有机肥料中含有2×107cfu/g以上的SQR-T037、全氮含量质量比为5-7.5％，全氮中质量比60％以上为有机氮，总氮磷钾养分质量比为10-15％、有机质含量质量比30-40％、游离氨基酸和小肽2-3％，含水量质量比≤30％，pH6-7。
(四)老苹果园苹果树大田试验
1、试验设计
试验设7个处理：处理1-处理5：施用含木霉菌SQR-T037的全元生物有机肥配伍产品1-5(表1)；处理6：单施木霉生物有机肥(BOF)；处理7：化肥(复合肥，俄罗斯产，CK)，未施用有机肥或生物有机肥。
表1全元木霉生物有机肥料配伍
Figure BDA0002998893780000061
老苹果园果树密度为30棵/亩，苹果采摘后立即基施上述全元木霉生物有机肥产品：以树干为中心、距离树干80厘米的地面上开辐射状条沟(沟宽40厘米，一般一棵树开3条沟)，将每条沟地表以下20厘米的土层暂时移到另一地方，施用上述全元木霉生物有机肥产品，施用量为15公斤/棵(450公斤/亩)，施肥深度为地表以下30厘米，肥料与土壤充分混匀后，再将盖上地表以下20厘米的土层即可。
木霉生物有机肥施用量和施用方法均与全元木霉生物有机肥产品相同。
化肥施用量为4.5公斤/棵(135公斤/亩)，全部做基肥，施用方法与全元木霉生物有机肥产品相同。
开春后各处理均追施三次化肥，每次施用3公斤/亩尿素(兑水后浇灌)。常规水肥管理。试验从2011年10月开始，每年10月收获计产，测定苹果大小和含糖量。
2、试验结果
在老果园土壤上长期单施木霉生物有机肥，能使老果园苹果产量持续提高(表2，处理6：木霉生物有机肥BOF)，而长期单施化肥的苹果产量一直很低(1000-1250公斤/亩)(表2中的处理7：复合肥处理)，连续六年单施木霉生物有机肥后的苹果产量(2017年)比单施化肥增加了2.5倍(表3)；六年中只要连续施用苹果专用全元木霉生物有机肥料(木霉生物有机肥与化肥配比为66-90％和34-10％，表1)，其苹果产量均高于或显著高于单施木霉生物有机肥或单施化肥处理(表2、表3)，这个差异随着施用年限的延长，商品果产量逐年大幅度增加后也越来越大(连续施用苹果专用全元木霉生物有机肥料的处理到第六年已基本恢复到丰产苹果园的产量)。表2及表3中2017年处理1至处理5的平均产量为3960公斤/亩，比单施化肥或木霉生物有机肥的产量分别增加了3.2倍和1.3倍，其中配方3产品(木霉生物有机肥与化肥配比为78％和22％，表1)的苹果产量显著高于配方1产品和配方2产品，而略低于配方4产品和配方5产品，但其间差异没达到显著水平。考虑到配方4产品和配方5产品中化肥比例分别达到28％和34％，产品经济投入较大(每增加一个养分就增加40元)，而商品苹果增加的产量较小，且配方4产品和配方5产品中的苹果含量糖反而又有所降低(表4)，这样农民产出/投入就变小了，所以选择处理3的配方为最佳配方。
表2全元木霉生物有机肥料不同配方产品在老苹果树上的应用效果(商品苹果)
Figure BDA0002998893780000071
注：试验前(2011年)的苹果产量为910斤/亩
表3全元木霉生物有机肥料不同配方产品在老苹果树上的应用效果(商品苹果)
Figure BDA0002998893780000072
表4全元木霉生物有机肥料不同配方产品对商品苹果平均含糖量(％)的影响
Figure BDA0002998893780000073
Figure BDA0002998893780000081
注：试验前(2011年)苹果平均含糖量为12.1％。
施用木霉生物有机肥或苹果专用全元木霉生物有机肥后，商品苹果单果的平均直径显著大于纯化肥处理(表5)。2017年收获时处理1至处理6的商品苹果单果平均直径为90.7cm，而施用纯化肥的商品苹果单果平均直径只有77cm，市场上苹果直径一般高于85cm以上才算是上等苹果。另一方面，施用木霉生物有机肥或苹果专用全元木霉生物有机肥后苹果的含糖量显著提高(表4)，2017年收获的商品苹果平均含糖量为18.4％，比施用纯化肥的商品果的平均含糖量(13.2％)高了5.2个百分点，增幅为39.4％；不同苹果专用全元木霉生物有机肥配方产品对商品苹果平均含糖量的影响差异不显著，这说明只要在本发明配方范围内木霉生物有机肥与化肥的任意复配，都能显著改善苹果风味，实现高产优质的目标。
表5全元木霉生物有机肥料不同配方产品对商品苹果平均直径(cm)的影响
Figure BDA0002998893780000082
注：试验前(2011年)的苹果单果平均直径为74.5cm。
本发明专利从恢复老苹果树生产力这一关键问题着手(表1、表2)，研制出一种能显著促进老苹果树生长的专用全元木霉生物有机肥料产品，与单施化肥(俄罗斯产复混肥)比较，不仅能持续稳定增加商品苹果产量，而且显著提升苹果质量。该技术产品能够快速恢复老苹果树生产力，在规模化改造老苹果园的同时，保证果农持续有效益。

Claims (6)

1.一种全元生物有机肥料在改造老苹果园使老苹果树重新恢复生产力中的应用；所述的全元生物有机肥料通过以下方法制备得到:
(1)对菌种保藏号为CGMCC NO.3308的哈茨木霉SQR-T037进行固体发酵得木霉发酵产物；
(2)将酸解氨基酸原液与腐熟堆肥按质量比1.5-3.0:7.0-8.5的比例混合均匀，平衡5-10天，待混合物堆体pH值升到6.5以上，再将上述木霉发酵产物按50-300公斤/吨的量接种到混合物堆体中，混匀，获得含木霉的腐熟堆肥及酸解氨基酸的固体混合物，在温度不超过60℃的条件下将该固体混合物的含水量蒸发至30％以下，得木霉生物有机肥；
(3)在木霉生物有机肥基础上，向其中加入磷酸二铵、硫酸钾、硝酸钙、硫酸镁、硫酸锌，充分混匀，在温度不超过60℃的条件下将该固体混合物的含水量蒸发至30％以下，得所述的用于恢复老苹果树生产力的全元生物有机肥料；其中，以所述的全元生物有机肥料质量计，木霉生物有机肥加入量为660-900公斤/吨，磷酸二铵加入量为37-123公斤/吨、硫酸钾加入量为20-80公斤/吨、硝酸钙加入量为37-123公斤/吨、硫酸镁加入量为4-12公斤/吨、硫酸锌加入量为2公斤/吨。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于步骤(1)对SQR-T037进行固体发酵的具体方法为：
①将SQR-T037接种到PDA液体培养基中进行液体发酵制备功能菌发酵液；
②将作物秸秆粉、酸解氨基酸原液10-20倍稀释液按作物秸秆粉：酸解氨基酸原液10-20倍稀释液＝1Kg：2-2.2L的比例混匀、陈化，pH值调至3.0-5.0，获得作物秸秆与酸解氨基酸混合物，作为固体发酵培养基；
其中酸解氨基酸原液通过以下方法制备而成：(1)在密闭容器中先将病死畜禽动物经自动化破碎、所有固形物和液体自动转入密闭的水解罐后，在初始酸浓度c(1/2H2SO4)为3-5mol L-1、80-100℃和1-2个大气压下水解2-5小时；(2)水解结束待水解罐内溶液冷却至80℃以下时，静置分层，收集中层的氨基酸溶液即得酸解氨基酸；
③将SQR-T037发酵液按50-100L/吨的量接种到固体发酵培养基中，在pH3.0-5.0，发酵温度28-30℃，湿度60-70％RH，浅盘培养96-168小时得木霉固体发酵产物，固体发酵产物中孢子数量≥1×109cfu/克。
3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于所述的陈化的时间为6-24小时，优选10-15小时。
4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于步骤(2)中酸解氨基酸原液与腐熟堆肥的质量比为2:8。
5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于步骤(2)中所述的木霉生物有机肥中含有2×108cfu/g以上的SQR-T037、全氮含量质量比为2.5-3.0％，全氮中质量比90％以上为有机态氮，总氮磷钾养分质量比为5-6％、有机质含量质量≥45％，游离氨基酸和小肽2-3％，含水量质量比≤30％，pH6-7。
6.根据权利要求1所述的应用，其特征在于步骤(3)中按每吨木霉全元生物有机肥中分别加入木霉生物有机肥660-780公斤/吨、磷酸二铵80-123公斤/吨、硫酸钾50-80公斤/吨、硝酸钙80-123公斤/吨、硫酸镁8-12公斤/吨，硫酸锌2公斤/吨；优选加入木霉生物有机肥780公斤/吨、磷酸二铵80公斤/吨、硫酸钾50公斤/吨、硝酸钙80公斤/吨、硫酸镁8公斤/吨，硫酸锌2公斤/吨。
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