CN116333750A - 一种用于盐碱地的固氮藻絮团活性磷生物土壤改良剂及其制备方法 - Google Patents

一种用于盐碱地的固氮藻絮团活性磷生物土壤改良剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于农用生物肥料技术领域，具体涉及一种用于盐碱地的固氮藻絮团活性磷生物土壤改良剂及其制备方法。改良剂按重量份计，包括固氮蓝藻10‑120份，辅剂2‑30份；所述固氮蓝藻包括小单歧藻和固氮鱼腥藻；固氮蓝藻为藻液或藻粉，辅剂为解磷菌和聚磷菌或辅剂为填充剂和粘合剂。本发明基于固氮蓝藻优化重组制成活性生物改良剂，可用于盐碱土壤中提升氮源和磷源，从而达到改善盐碱土壤中可供植物吸收的氮素与磷素的目的，减少土壤中氮、磷的流失，改良土地板结情况，增强土壤的利用率；同时还具有绿色、环保、经济等多功能优势；还可用于制备盐碱地稻田、油菜氮磷生物活性复合肥，满足农业生产对肥料功能多元化的需求。

Description

一种用于盐碱地的固氮藻絮团活性磷生物土壤改良剂及其制 备方法
技术领域
本发明属于农用生物肥料技术领域，具体涉及一种用于盐碱地的固氮藻絮团活性磷生物土壤改良剂及其制备方法。
背景技术
当土壤中的盐含量大于植物的正常生长水平时，称为盐碱地。当盐碱含量超过0.6％时，称为重盐碱地。数据显示，世界盐碱地面积124.95亿亩，而中国有15亿亩盐碱地，其中8653万亩是重盐碱地，占盐碱地总面积20％以上；土壤盐渍化的危害是非常大的，对树木自然生长和农业生产力产生不良影响，其生态效益急剧下降。因此，如何对重盐碱地进行有效、切实的改善势在必行。
化肥、农药的大规模长期使用，使土壤、水体和农产品受到污染，同时使土壤中植物生长赖以生存的微生物也被杀死，导致不少农作物高产地区的农田生态平衡失调，病虫害越治越多，耕地污染、水污染及农产品质量下降等问题日益严重，也给环境造成了不可逆转的影响。有人通过实验研究微生物肥料对猕猴桃果园土壤和果实品质的影响，虽然有一定的改善作用，但是微生物为单一菌群的参与，改良速度较慢，而且其中部分菌种对土壤的性质具有抑制作用。
采用活性微藻肥料可以改善土壤的微生物生态***，提高肥力，降低化肥使用，帮助作物最大吸收利用营养物质。微藻利用氨氮的能力很强，可以不耗费能量在体内利用氨氮合成氨基酸，氨基酸被根系吸收进入植物体内合成蛋白质。同时微藻胞外物分泌可以帮助土壤细菌的生长。
全球约有30％的农田存在磷缺乏。盐碱地作物生产力提高更多的取决于磷，而非其他营养元素或环境因子。加强磷素的循环利用的重要性不言而喻。然而，传统的磷肥过量施加，也会对土壤产生不良影响，具体包括如下几个方面:(1)过多的磷素营养会促使作物的呼吸作用大大增强，从而消耗作物体内贮存的糖分和能量。(2)过量施用过磷酸钙后，会在土壤中大量形成难溶性的磷酸锌盐，使作物出现明显缺锌症状；过量施用钙镁磷等碱性磷肥后，会使土壤碱化，使锌的有效性降低，影响作物对锌的吸收。(3)过量施磷会使作物得磷失硅。硅对许多作物的生长和高产具有十分积极作用。其中，水稻缺硅症有时就是由于大量施磷造成的。(4)过多施用磷肥，磷与钼之间常常会发生“强磷弱钼”现象，使作物对磷、钼都无法吸收利用。(5)磷肥主要来源于磷矿石，磷矿石中含有许多杂质。其中包括镉、铅、氟等有害元素。因此，过量施加磷肥会造成土壤中有害元素的积累。
发明内容
根据目前现有的技术中所存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于盐碱地的固氮藻絮团活性磷生物土壤改良剂制备的方法，该肥料能够有效的固氮和捕磷，从而改善土壤中的氮素和磷素，促进农作物吸收营养成分。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种用于盐碱地的固氮藻絮团活性磷生物土壤改良剂，按重量份计，包括固氮蓝藻和辅剂，其中固氮蓝藻10-120份，辅剂2-30份；所述固氮蓝藻包括小单歧藻和固氮鱼腥藻；
所述固氮蓝藻为藻液或藻粉；所述辅剂分为第一辅剂和第二辅剂；第一辅剂为解磷菌和聚磷菌；第二辅剂为填充剂和粘合剂。
一、液体制剂：
(1)当土壤改良剂为液体制剂时，固氮蓝藻为小单歧藻培养液和固氮鱼腥藻培养液；辅剂选择第一辅剂，为解磷菌和聚磷菌；所述小单歧藻培养液和固氮鱼腥藻培养液均是指培养至对数期的藻液，小单歧藻培养液和固氮鱼腥藻培养液的浓度均为0.3g/L～0.5g/L；
按重量份计，小单歧藻培养液10-20份，固氮鱼腥藻培养液10-20份，解磷菌1-10份，聚磷菌1-5份；
进一步地，所述解磷菌包括巨大芽孢杆菌(Bacillus megateriumde)、胶质芽孢杆菌(Bacillus mucilaginosus)、固氮芽孢杆菌(Bacillus azotoformans)其中一种或多种。
其中，巨大芽孢杆菌可以降解土壤中难溶的含磷化合物，与球形芽孢杆菌(Bacillus sphaericus)混合培养时具有固氮增效作用，可以提高土壤肥质，增产增收；胶质芽孢杆菌可以促进土壤无效磷钾的转化，增加土壤磷钾的供给，提高作物产量，还能够产生碳酸酐酶，对二氧化碳的固定具有一定的作用。固氮芽孢杆菌固氮能力较强，竞争适应性也强。
进一步地，所述小单歧藻(Tolypothrix tenuis)：其异形胞中含有丰富的固氮酶，为蓝藻固氮的场所；固氮鱼腥藻(Anabaena azotica)：其除了有丰富的固氮酶外，最主要的是能溶解土壤中磷，增加土壤中的有效磷，可以减少植物对额外磷素的需求。
进一步地，所述聚磷菌包括不动杆菌属(Acinetobacter sp.)、气单胞菌属(Aeromonas sp.)和假单胞菌属(Pseudomonas sp.)其中一种或多种。
其中，不动杆菌属可以在细胞内形成聚磷酸盐，然后在代谢旺盛期和厌氧条件下能降解其细胞内的聚磷酸盐释放磷；气单胞菌属除了可以形成聚磷酸盐内含物，还可以降解有机物；假单胞菌属在好氧条件下，其从对数生长期到稳定生长期时，聚磷酸盐含量会随着培养时间的延长而增加。
进一步地，小单歧藻培养液和固氮鱼腥藻培养液均为培养至对数期的培养液，培养基均为BG11-N培养基；小单歧藻培养时间为10-14天，固氮鱼腥藻培养时间为7-12天；培养条件均为：120r/min、温度保持25℃、光强2500lux、全程光照。
(2)本发明提供了一种上述所述的一种用于盐碱地的固氮藻絮团活性磷生物土壤改良剂液体制剂的制备方法，包括以下步骤:
将小单歧藻培养液和固氮鱼腥藻培养液混合得到混合蓝藻溶液，调整pH后再加入解磷菌和聚磷菌，即得用于盐碱地的固氮藻絮团活性磷生物土壤改良剂。
进一步地，所述的混合蓝藻溶液pH调节至7-7.5。
二、固体制剂：
(1)当土壤改良剂为固体制剂时，固氮蓝藻为小单歧藻和固氮鱼腥藻的藻粉；辅剂选择第二辅剂，为填充剂和粘合剂；
按重量份计，所述小单歧藻的藻粉用量20-40份、固氮鱼腥藻的藻粉用量50-80份，填充剂10-20份，粘合剂5-10份；
进一步地，所述的填充剂为皂土、硅藻土、蛭石、高岭土中的一种或多种。
进一步地，所述的固氮蓝藻的藻粉为固氮鱼腥藻(Anabaena azotica)和小单歧藻(Tolypothrix tenuis)。
进一步地，所述的粘合剂为羟甲基纤维素、羟甲基纤维素钠、甲基纤维素、乙基纤维素、***树胶中的一种或多种。
进一步地，所述小单歧藻的藻粉和固氮鱼腥藻的藻粉所使用的藻类均为培养至对数期时的小单歧藻和固氮鱼腥藻；培养基均为BG11-N培养基；小单歧藻培养时间为10-14天，固氮鱼腥藻培养时间为7-12天；培养条件均为：120r/min、温度保持25℃、光强2500lux、全程光照。
(2)本发明提供了一种用于盐碱地固氮藻絮团活性磷生物土壤改良剂的制备方法，包括以下步骤:
取干燥的固氮鱼腥藻和小单歧藻分别磨粉，得到粉末放入包衣机中，然后加入粘合剂和填充剂，并按填充剂重量的15-20％加入胶黏剂，使填充剂均匀的包裹在藻粉上，得到丸粒化藻粉，即为用于盐碱地的固氮藻絮团活性磷生物土壤改良剂。
应用：本发明制备的固氮藻絮团活性磷生物土壤改良剂应用于盐碱土壤中提升氮源和磷源的用途。
进一步地，水稻种植的过程中水稻的生长周期包括幼苗期、返青期、分蘖期、长穗期和结实期，其中，所述捕磷固氮双效藻絮团活性生物肥需要在分蘖期之后的其中一个时期加入。
其中，在种植结束后，蓝藻无需收获，蓝藻自然死亡并释放到土壤内，可以增加土壤的有机质的含量。
相比于传统的肥料，本申请至少具有以下有效效果:
(1)所添加的固氮鱼腥藻，其富含的固氮酶能够固定大气中的氮，进而合成氨基酸和蛋白质，从而增加植物对氮素的需求，其固氮原理为N2+8e-+16Mg ATP+8H+→2NH3+H2+16MgADP+16Pi。其还能溶解土壤中磷，增加土壤中的有效磷，可以减少植物对额外磷素的需求，其溶解磷的原理为Ca3(PO4)2+CnOnH＝H++2PO4 3-+CnOn -+3Ca2+。而且，其细胞外含有丰富的以多糖为主的胞外聚合物(EPS)可以吸附土壤中的重金属，从而达到改良土壤理化性质和提高土壤的保肥保水能力的目的。
(2)本发明所添加的小单岐藻，其属于丝状蓝藻，含有特殊***营养细胞——异形胞。异形胞中含有丰富的固氮酶，为蓝藻固氮的场所；异形胞在分化形成过程中必须在原有的细胞壁外形成包被层以阻挡氧气的进入，保证异形胞内部形成微氧环境，以保护固氮酶不被失活，从而能在富氧的环境中直接吸收大气中的氮气并还原为NH4 +。
因此，采用本申请提供的一种盐碱地固氮藻絮团活性磷生物土壤改良剂的制备方法可以提高土壤肥力(氮源和磷源)，增加土壤有机质含量，减少对传统的化肥的依赖以及其造成的污染；为粮食(水稻)在产量和质量的提升方面提供了有效的方法。
附图说明
图1是不同处理组下土壤有效磷的比较图。
图2是不同处理组下土壤铵态氮的比较图。
图3是不同处理组下土壤无机磷形态的比较图，其中(a)为Al-P；(b)为Fe-P；(c)为Ca-P。
图4是不同处理组下土壤有机磷形态的比较图，其中(a)为活性有机磷，(b)为中等活性有机磷，(c)为中等稳定性有机磷，(d)为高稳定性有机磷。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明的特征与具体目的及功能，解析本发明的内容和优点。需要说明的是，以下实施例、附图仅对本发明上述内容作出进一步的详细阐述，但并不因此将本发明限制在所述实施例范围之中。在不脱离本发明的核心的情况下，凡在本发明的精神和原则之内，任何的简单变形、类似修改或者本领域技术人员未花费创造性劳动的相近替换，均应属于本发明的保护范围之内。
以下实施实例中：
小单歧藻(FACHB-185)和固氮鱼腥藻(FACHB-119)购自中国科学院淡水藻种库；所述解磷菌(巨大芽孢杆菌ACCC 04314)和聚磷菌(不动杆菌ACCC 60234)购自中国微生物菌种保藏中心。
BG11-N培养基配方为柠檬酸6mg/L、柠檬酸铁铵6mg/L、CaCl2·2H2O 36mg/L、K2HPO4·3H2O 40mg/L、MgSO4·7H2O 75mg/L、Na2CO3 20mg/L、Na2EDTA·2H2O 1mg/L、微量金属溶液1mL/L(H3BO3 2.86g/L、MnCl2·4H2O 1.86g/L、ZnSO4·7H2O 0.22g/L、Na2MoO4.2H2O0.39g/L、CuSO4.5H2O 0.08g/L、Co(NO3)2.6H2O 0.05g/L)，用1mol/L的NaOH或HCl溶液调节pH至7.1。
实施例1:
(1)小单岐藻活化:在无菌条件下，将购买于中国科学院淡水藻种库的小单歧藻藻种接入含有50mL液体BG11-N培养基的100mL的三角瓶中；放在摇床上以120r/min速度摇晃，温度保持25℃，光强2500lux，全程光照。测量其干重判断浓度变化，培养14天后生长至对数生长期，再将其按0.3g/L的浓度接种到含有250mLBG11-N培养基的500mL三角瓶中，继续放在摇床上以120r/min速度摇晃，温度保持25℃，光强2500lux，全程光照，继续培养14天至对数生长期，得到活化的小单岐藻；
(2)小单岐藻柱式通气培养:将活化的小单岐藻转接到含500mL BG11-N培养基的柱式管中进行扩大化培养，接种浓度为0.3g/L；放在光照培养箱中培养10天，温度保持25℃，光照设置为2500lux，空气通气量0.6L/min，得到最终实验所需的生长至对数期的小单歧藻培养液，浓度为0.3g/L；
(3)固氮鱼腥藻活化，在无菌条件下，将购买于中国科学院淡水藻种库的的固氮鱼腥藻藻种接入含有50mL液体BG11-N培养基的100mL的三角瓶中，放在摇床上以120r/min速度摇晃，温度保持25℃，光强2500lux，全程光照；通过测量干重法检测其生物量增长，培养12天固氮鱼腥藻生长至对数生长期时，将其按0.4g/L浓度接种到含有250mL BG11-N培养基的500mL三角瓶中，温度保持25℃，光强2500lux，全程光照，继续培养12天得到活化的固氮鱼腥藻；
(4)固氮鱼腥藻柱式通气培养:将步骤(3)活化的固氮鱼腥藻接到含500mL BG11-N培养基的柱式管中进行扩大化培养，接种浓度为0.4g/L，放在光照培养箱中培养7天，光照设置为2500lux，空气通气量0.6L/min，得到最终实验所需生长至对数期的固氮鱼腥藻培养液，浓度为0.4g/L；
本发明提供了一种盐碱地固氮藻絮团活性磷生物土壤改良剂，按重量份计，包括以下原料:巨大芽孢杆菌10份、固氮鱼腥藻培养液20份、小单歧藻培养液20份和不动杆菌5份。
(5)一种盐碱地固氮藻絮团活性磷生物土壤改良剂液体制剂的制备方法，包括以下步骤:将小单歧藻培养液和固氮鱼腥藻培养液混合得到混合蓝藻溶液，调整pH至7后再加入巨大芽孢杆菌和不动杆菌，即得所述的捕磷固氮双效藻絮团活性液体改良剂。
设置对比实验：A、施加蒸馏水；B、施加BG11-N培养基；C、施加液体改良剂；
土壤性质的检测:分别在玻璃方缸盛放相同质量的稻田表层风干土壤，然后按土壤质量的25％分别施加蒸馏水、BG11-N培养基和液体改良剂。每隔3天施加一定的蒸馏水。
从开始实验当天起，每隔5天检测土壤的无机磷形态、有机磷形态、有效磷、铵态氮。检测方法可参考鲁如坤主编的《土壤农业化学分析方法》。
结果分析：从图1-2可以看出，与施加蒸馏水和BG11-N培养基相比，施加液体改良剂提高了土壤的有效磷和铵态氮含量。其中，从图3中可以看出，无机磷形态中主要增加Al-P和Fe-P的含量，且Fe-P在含量是主要的无机磷组分，这可能是因为本研究试验地的气候原因和弱酸性的供试土壤导致土壤中铁铝离子含量较高。使磷肥施入土壤后会首先转化为Fe-P和Al-P，其中部分Al-P也会继续转化为Fe-P。Ca-P含量缓慢增加，其原因可能是土壤中含有残留的植物根茎直接吸收了部分Ca-P。从图4中可以看出，对于有机磷组分而言，施磷使各组分有机磷增加，其中主要增加了活性有机磷和中活性有机磷的含量，这主要是因为施磷增加了土壤微生物的活性从而增加了其固定作用进而导致有机磷含量上升。
实施例2:
按实施例1步骤(1)-(4)的操作，分别活化培养固氮鱼腥藻和小单歧藻，得到浓度为0.3g/L的小单歧藻培养液和浓度为0.4g/L的固氮鱼腥藻培养液；然后取出固氮鱼腥藻和小单歧藻，自然风干后磨成粉末状，得到固氮鱼腥藻的藻粉和小单歧藻的藻粉；
本发明提供了一种盐碱地固氮藻絮团活性磷生物土壤改良剂，按重量份计，包括以下原料:固氮鱼腥藻的藻粉80份、小单歧藻的藻粉30份、高岭土10份和粘合剂羟甲基纤维素5份。
一种盐碱地固氮藻絮团活性磷生物土壤改良剂固体丸粒化藻粉的制备方法，包括以下步骤：将固氮鱼腥藻的藻粉和小单歧藻的藻粉放入包衣机中，通过加入粘合剂羟甲基纤维素让其粘结在一起，继续匀速加入填充剂高岭土，并按填充剂重量的20％再加入胶黏剂，使填充剂均匀的包裹在藻粉上，得到丸粒化藻粉。
设置三组实验：A、施加蒸馏水；B、施加BG11-N培养基；C、施加丸粒化藻粉。
土壤性质的检测:分别在玻璃方缸盛放相同质量的稻田表层风干土壤，然后按土壤质量的25％施加以下组分：A、蒸馏水；B、BG11-N培养基；C、丸粒化藻粉。
从开始实验当天起，每隔5天检测土壤的无机磷形态、有机磷形态、有效磷、铵态氮；检测方法参考鲁如坤主编的《土壤农业化学分析方法》。
结果分析：与施加蒸馏水和BG11-N培养基相比，施加丸粒化藻粉对土壤氮磷的影响与实施例1中施加液体改良剂的结果趋势一致，显著提升了提高土壤的氮磷含量；但在含量上略低于液体改良剂，其原因可能是因为干藻粉需要时间来吸收水分后才能有活性，从而可以提高土壤的氮磷含量。
说明：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种用于盐碱地的固氮藻絮团活性磷生物土壤改良剂，其特征在于，按重量份计，包括固氮蓝藻和辅剂，其中固氮蓝藻为10-120份，辅剂为2-30份；所述固氮蓝藻包括小单歧藻和固氮鱼腥藻；所述固氮蓝藻为藻液或藻粉；所述辅剂为第一辅剂或第二辅剂；第一辅剂为解磷菌和聚磷菌；第二辅剂为填充剂和粘合剂。
2.根据权利要求1所述的一种用于盐碱地的固氮藻絮团活性磷生物土壤改良剂，其特征在于，固氮蓝藻为藻液时，选择第一辅剂；固氮蓝藻为小单歧藻培养液和固氮鱼腥藻培养液，小单歧藻培养液和固氮鱼腥藻培养液的浓度均为0.3g/L～0.5g/L；
按重量份计，小单歧藻培养液10-20份，固氮鱼腥藻培养液10-20份，解磷菌1-10份，聚磷菌1-5份；
所述解磷菌包括巨大芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌、固氮芽孢杆菌其中一种或多种；所述聚磷菌包括不动杆菌属、气单胞菌属和假单胞菌属其中一种或多种。
3.根据权利要求2所述的一种用于盐碱地的固氮藻絮团活性磷生物土壤改良剂，小单歧藻培养液和固氮鱼腥藻培养液均为培养至对数期的培养液，培养基均为BG11-N培养基；小单歧藻培养时间为10-14天，固氮鱼腥藻培养时间为7-12天；培养条件均为：120r/min、温度保持25℃、光强2500lux、全程光照。
4.根据权利要求1所述的一种用于盐碱地的固氮藻絮团活性磷生物土壤改良剂，其特征在于，固氮蓝藻为藻粉时，选择第二辅剂；固氮蓝藻为小单歧藻和固氮鱼腥藻的藻粉；
按重量份计，小单歧藻的藻粉用量20-40份、固氮鱼腥藻的藻粉用量50-80份，填充剂10-20份，粘合剂5-10份。
5.根据权利要求4所述的一种用于盐碱地的固氮藻絮团活性磷生物土壤改良剂，其特征在于，所述的填充剂为皂土、硅藻土、蛭石、高岭土中的一种或多种；所述的粘合剂为羟甲基纤维素、羟甲基纤维素钠、甲基纤维素、乙基纤维素、***树胶中的一种或多种。
6.根据权利要求4所述的一种用于盐碱地的固氮藻絮团活性磷生物土壤改良剂，其特征在于，所述小单歧藻的藻粉和固氮鱼腥藻的藻粉所使用的藻类均为培养至对数期时的小单歧藻和固氮鱼腥藻；培养基均为BG11-N培养基；小单歧藻培养时间为10-14天，固氮鱼腥藻培养时间为7-12天；培养条件均为：120r/min、温度保持25℃、光强2500lux、全程光照。
7.根据权利要求2所述的一种用于盐碱地的固氮藻絮团活性磷生物土壤改良剂的制备方法，其特征在于，将小单歧藻培养液和固氮鱼腥藻培养液混合得到混合蓝藻溶液，调整pH后再加入解磷菌和聚磷菌，即得用于盐碱地的固氮藻絮团活性磷生物土壤改良剂。
8.根据权利要求7所述的一种用于盐碱地的固氮藻絮团活性磷生物土壤改良剂的制备方法，其特征在于，所述的混合蓝藻溶液pH调节至7-7.5。
9.根据权利要求4所述的一种用于盐碱地的固氮藻絮团活性磷生物土壤改良剂的制备方法，其特征在于，取干燥的固氮鱼腥藻和小单歧藻分别磨粉，得到粉末放入包衣机中，然后加入粘合剂和填充剂，并按填充剂重量的15-20％加入胶黏剂，使填充剂均匀的包裹在藻粉上，得到丸粒化藻粉，即为用于盐碱地的固氮藻絮团活性磷生物土壤改良剂。
10.根据权利要求1-6任一所述的固氮藻絮团活性磷生物土壤改良剂应用于盐碱土壤中提升氮源和磷源的用途。
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