CN105295928A - 一种适用于退化草场的土壤改良剂及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环境友好的土壤改良剂，特别是一种适用于退化草场的土壤改良剂。主要步骤是分别将丛枝菌根真菌(AM真菌)，根际促生细菌(PGPR)液体菌剂，腐殖酸和基质混合制备成组合改良剂。利用本发明改良剂对退化草场土壤进行改良，能够有效改善土壤理化性质，增强土壤生物活性，释放土壤肥力，且对环境友好，制备方法工艺步骤简单，适合工业化生产。

Description

一种适用于退化草场的土壤改良剂及制备方法

技术领域

本发明涉及草原退化土壤改良领域，具体涉及一种适用于退化草场的土壤改良剂。

背景技术

草原生态系统，对于维持全球CO₂排放量平衡以及有效减缓全球气候变化，具有十分重要的意义，它不仅是重要的畜牧业生产基地，而且是重要的生态屏障。内蒙古呼伦贝尔草原是我国五大草原之首，但是由于利用超载放牧和管理粗放等原因，导致草原三化(退化、沙化、碱化)日趋严重，草原退化面积达483万公顷，占草原总面积的42％。

目前常用的物理化学改良方式，如围栏封育、浅翻轻耙、松土改良、补播改良、除毒草改良以及施枯草或秸秆、石膏改良技术等，达到了一定的效果，但也有很多不足和局限性。

中国专利CN103146608A公开了一种AMF+PGPR组合菌剂及其制备方法和在分解残留有机磷农药中的用途，该组合菌剂由体积比为AMF:活性炭:PGPR＝10:1:1混匀制备而成，所述AMF含菌量为12000～15000IPU·mL^-1，所述PGPR含菌量为10⁶～10⁷CFU·mL^-1。此专利中的组合菌剂应用于有机磷残留的分解，此发明中以活性炭作为载体，活性炭与生物的相容性一般且成本高，此专利中AMF的使用量较大，而AMF的培养周期较长，不利于工业化大生产。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能够有效改善土壤理化性质、增强土壤生物活性、释放土壤肥力、且对环境友好的适用于退化草场的土壤改良剂及制备方法，该制备方法工艺步骤简单、适合工业化生产。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种适用于退化草场的土壤改良剂，由以下重量份含量的组分均匀混合制得：

所述的PGPR液体菌剂的含菌量为(0.5～1.5)×10⁸CFU/mL，所述的AM真菌菌剂接种物的IPU数量为12000～15000IPU/mL。

优选地，由以下重量份含量的组分均匀混合制得：

所述的PGPR液体菌剂的含菌量为1×10⁸CFU/mL，所述的AM真菌菌剂接种物的IPU数量为13000～14000IPU/mL。

所述的PGPR为桔黄假单胞菌(Glomusmosseae)JD37，其微生物保藏编号为CGMCCNo.7099；保藏时间：2013年1月7日；保藏单位：保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心ChinaGeneralMicrobiologicalCultureCollectionCenter(CGMCC)；保藏地址：北京市朝阳区北辰西路1号院，中国科学院微生物研究所。

所述的AM真菌为摩西球囊霉(Glomusmosseae)，由青岛农业大学分离保藏，保藏编号为Gm32；购买于青岛农业大学；购买时间：2014年4月。

所述的基质为市售草炭，选取粒径为0.35～1.4mm的颗粒，调节其pH值为6.5～7.5。

所述的腐殖酸中的氯化物的质量含量不大于0.05％，硫酸盐的质量含量不大于0.05％，干燥失重不大于2.0％，灼烧残渣不大于0.5％。

一种适用于退化草场的土壤改良剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)基质预处理：将碳酸钙按质量比为(0.5～2):9加入草炭土，调整其pH值为6.5～7.5，将草炭土研磨成粉末后振荡过直径为0.35mm和1.4mm标准筛后选取粒径为0.35～1.4mm的颗粒，灭菌后烘干备用；

(2)制备AM真菌菌剂：将AM真菌孢子加入灭菌后的沙土中并播种三叶草，于日光室温条件下内培养3～5个月，将含有AM真菌繁殖体的培养基质作为AM真菌菌剂；

(3)制备PGPR液体菌剂：将PGPR接种于灭菌后的液体培养基，培养得到PGPR液体菌剂。

(4)混合：将PGPR液体菌剂与基质混合并搅拌均匀，自然风干后加入AM真菌菌剂和粉状的腐殖酸，再搅拌均匀，即制得适用于退化草场的土壤改良剂。

所述的灭菌为121℃的温度下灭菌20～30min，次数为一次或两次。

所述的液体培养基为液体KB培养基，该液体KB培养基由每升去离子水中加入20g的蛋白胨、10mL的甘油、1.5g的K₂HPO₄和1.5g的MgSO₄·7H₂O后搅拌均匀制得。

所述的步骤(2)中的AM真菌繁殖体选自AM真菌的孢子、菌丝或菌根根段中的一种或几种。

所述的步骤(3)中的PGPR的培养是在28℃、200r/min的条件下振荡培养20小时。所述的步骤(3)中的PGPR的培养是挑取PGPR单菌落至50mL液体KB培养基中，28℃、200rpm培养20h后，按1％接种量取10mL发酵液于1000mL新鲜液体KB培养基中，振荡培养至对数期(28℃，200rpm，20h)。

丛枝菌根真菌(AM真菌)是草原生态系统中的重要组成成分，通过与植物根系形成菌根，促进植物生长，有助于植物对养分的吸收，提高植物抗逆性，影响植物多样性与群落生产力。随着研究的不断深入，丛枝菌根真菌的作用越来越广泛，丛枝菌根真菌在植物群落结构、演替和稳定性方面具有重要的生态学意义。植物根际促生菌(PGPR)是一类生活在植物根际并能促进植物生长的有益微生物，近年来其改良退化土壤备受关注。PGPR与AM真菌之间既表现出互利作用，它们之间又存在着对营养及生态位的竞争，本发明的PGPR与AM真菌之间存在着很好的平衡，而且本发明的土壤改良剂中基质、PGPR与AM真菌的质量比为100:(80～120):(10～15)，优选地，基质、PGPR与AM真菌的质量比为10:10:1，可见本发明AM真菌的用量少，而AM真菌的培养周期长，要长达3～5个月，从而本发明可以节省时间、降低成本，有利于工业化生产。

腐殖酸对土壤的改良作用明显，可改善土壤的团粒结构，既能透气、增温，又能蓄水，促进植物生长发育，提高植物抗逆性。腐殖酸类物质能提供充足的C、N元素供给土壤微生物，从而促进微生物代谢及生长发育，增加土壤微生物的数量，促进植物和微生物生长。腐殖酸在土壤里发生絮凝，能把分散的土粒胶结起来，形成水稳性好的团粒结构，从而促进土壤团聚体的形成，为植物根系生长发育创造良好的条件。

本发明采用草炭作为基质，草炭吸附桔黄假单胞菌(Glomusmosseae)JD37菌体的能力随直径的增加而减小。直径小于0.35mm的草炭对桔黄假单胞菌(Glomusmosseae)JD37菌体的吸附效果最好，但由于发酵液中含有大量的营养成分，保存一周后便会产生大量杂菌，故采用直径为0.35～1.4mm的草炭制备改良剂。草炭作为吸附桔黄假单胞菌(Glomusmosseae)JD37的基质，pH需与桔黄假单胞菌(Glomusmosseae)JD37相配合。草炭本身pH值在5.0到5.5，桔黄假单胞菌(Glomusmosseae)JD37生长最适宜的pH为7，所以需加入碳酸钙调节草炭pH值以适宜桔黄假单胞菌(Glomusmosseae)JD37生长，而且桔黄假单胞菌(Glomusmosseae)JD37产铁载体，具有溶磷能力，及对植物病原真菌有拮抗作用，具有促进农作物生长和防治生物病害的促生与病防的双重特性。

科学利用丛枝菌根真菌、PGPR和腐殖酸，研制出一种能够改善退化草场土壤，提高其生物生产力，促进草原可持续发展且环境友好退化草场改良剂，有着重要的意义。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的生产工艺简单易操作，生产成本低，环境友好，通过土壤有益微生物、有益大分子有机物质及具有质轻、持水、保肥的特性的基质相互协同配合，能够有效缓解高盐碱对土壤的危害，改善土壤理化性质，增强土壤全效及有效养分，显著提高土壤酶活性，增加土壤微生物的数量，促进牧草生长，具有重要的生态意义和应用前景。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一种适用于退化草场的土壤改良剂，由以下重量份含量的组分均匀混合制得：

具体实施步骤如下：

(1)基质预处理：将碳酸钙按照质量比1:9加入研磨过的草炭土粉末调整其pH值至6.5～7.5，将草炭土粉末振荡过直径为0.35mm标准筛，121℃高压(1.034×10⁵Pa)灭菌,20～30min，两次，烘干备用。

(2)制备AM真菌菌剂：将沙土湿热灭菌后装入棕色塑料盆，将丛枝菌根真菌(AMF)摩西球囊霉(Glomusmosseae)(青岛农业大学分离保藏，保藏编号：Gm32)孢子加入沙土中并播种三叶草，于日光温室条件下内培养3-5个月，将含有摩西球囊霉属菌(Glomusmosseae)孢子、菌丝、菌根根段等繁殖体的培养基质作为菌剂，接种物IPU数量为12000～15000IPU/mL。

(3)制备液体KB培养基：蛋白胨20g、甘油10mL、K₂HPO₄1.5g、MgSO₄·7H₂O1.5g、去离子水1L，混合后121℃灭菌20min；

(4)制备PGPR液体菌剂：PGPR为桔黄假单胞菌(Pseudomonasaurantiaca)JD37(保藏号：CGMCCNo.7099)。挑取为桔黄假单胞菌JD37单菌落至50mL液体KB培养基中，28℃、200rpm培养20h后，按1％接种量取10mL发酵液于1000mL新鲜液体KB培养基中，振荡培养至对数期(28℃，200rpm，20h)，菌剂含菌量约为10⁸CFU/ml。

(5)制备一种适用于退化草场的土壤改良剂：将PGPR液体菌剂与基质按质量比1:1搅拌，自然风干后，加入AM真菌菌剂和腐殖酸，再均匀搅拌，装入塑封袋中保存。

下面结合该实施例对本发明产品的改良效果进行详细说明：

设立接种一种适用于退化草场的土壤改良剂处理组和不接种对照(CK)，接种本实施的退化草场土壤改良剂处理组为一种退化草场土壤改良剂与退化草场土壤按体积比1:1均匀混合。2个月内，两个处理组喷洒等量无菌水，2个月后，测定土壤各项指标。

1.退化草场土壤改良剂对土壤物理指标的影响：

退化草场土壤改良剂对土壤物理指标的影响如表1所示，添加改良剂后，退化土壤物理指标得到明显改善。土壤含水量明显升高，为植被生长提供更好的土壤环境；>0.2mm的土壤团聚体增加100.09％，0.2～0.02mm土壤团聚体增加29.46％，<0.02mm土壤团聚体降低了14.25％，改良剂的施用改善了土壤团粒结构的稳定性，可提高土壤透气性和水分渗透能力，促进生化循环、抵御土壤侵蚀等。

表1

2.退化草场土壤改良剂对土壤化学指标的影响：

表2为退化草场土壤改良剂对土壤化学指标的影响，从表2可以看出，添加改良剂后，退化土壤化学指标得到明显改善。土壤pH值从微碱性7.91下降至6.87，EC值下降54.17％，减少了高盐碱对植被的毒害；速效磷含量的上升，说明改良剂能够加速土壤中有机态磷化合物的矿化；土壤总碳总氮含量均有提高，说明改良剂的施用促进了土壤养分的释放，加快微生物的分解和氮的矿化速率。

表2

3.退化草场土壤改良剂对土壤生物指标的影响：

添加改良剂后，退化土壤生物指标得到明显改善。土壤微生物作为有机质的降解者和植物营养物质的活性库，在土壤营养中发挥着重要作用，与土壤质量密切相关。表3为退化草场土壤改良剂对土壤微生物数量的影响，由表3可知，施用退化草场改良剂后，土壤细菌、真菌、放线菌数量增加，对退化土壤肥力保持、提高物质循环及提高生物多样性具有重要的意义。

表3

土壤酶活性是衡量土壤肥力的重要指标，表4为退化草场土壤改良剂对土壤酶活性的影响，由表4可知，施加改良剂后土壤脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶活性均有明显提高。说明改良剂的施用可以改善根际土壤供应氮素的能力，为作物生长提供氮源；增强土壤中有机碳的转化增加土壤中易溶性营养物质；并能够促进土壤有机磷化合物水解，生成能为植物利用的无机磷。

表4

实施例2

本实施例一种适用于退化草场的土壤改良剂，由以下重量份含量的组分均匀混合制得：

其中，PGPR液体菌剂的含菌量为1×10⁸CFU/mL，所述的AM真菌菌剂接种物的IPU数量为14000IPU/mL。

本实施例制备适用于退化草场的土壤改良剂的方法与实施例1基本相同，得到改良剂的对土壤物理指标、土壤化学指标、土壤生物指标及土壤酶活性指标有明显改善效果。

实施例3

本实施例一种适用于退化草场的土壤改良剂，由以下重量份含量的组分均匀混合制得：

其中，PGPR液体菌剂的含菌量为1×10⁸CFU/mL，所述的AM真菌菌剂接种物的IPU数量为14000IPU/mL。

本实施例适用于退化草场的土壤改良剂的制备方法与实施例1基本相同，得到改良剂对土壤物理指标、土壤化学指标、土壤生物指标及土壤酶活性指标有明显改善效果。

实施例4

本实施例一种适用于退化草场的土壤改良剂，由以下重量份含量的组分均匀混合制得：

其中，PGPR液体菌剂的含菌量为0.5×10⁸CFU/mL，所述的AM真菌菌剂接种物的IPU数量为15000IPU/mL。

本实施例适用于退化草场的土壤改良剂的制备方法与实施例1基本相同，得到改良剂对土壤物理指标、土壤化学指标、土壤生物指标及土壤酶活性指标有明显改善效果。

实施例5

本实施例一种适用于退化草场的土壤改良剂，由以下重量份含量的组分均匀混合制得：

其中，PGPR液体菌剂的含菌量为1.5×10⁸CFU/mL，所述的AM真菌菌剂接种物的IPU数量为12000IPU/mL。

本实施例适用于退化草场的土壤改良剂的制备方法与实施例1基本相同，得到改良剂对土壤物理指标、土壤化学指标、土壤生物指标及土壤酶活性指标有明显改善效果。

Claims (10)

1.一种适用于退化草场的土壤改良剂，其特征在于，由以下重量份含量的组分均匀混合制得：

所述的PGPR液体菌剂的含菌量为(0.5～1.5)×10⁸CFU/mL，所述的AM真菌菌剂接种物的IPU数量为12000～15000IPU/mL。

2.根据权利要求1所述的一种适用于退化草场的土壤改良剂，其特征在于，由以下重量份含量的组分均匀混合制得：

所述的PGPR液体菌剂的含菌量为1×10⁸CFU/mL，所述的AM真菌菌剂接种物的IPU数量为13000～14000IPU/mL。

3.根据权利要求1或2所述的一种适用于退化草场的土壤改良剂，其特征在于，所述的PGPR为桔黄假单胞菌(Glomusmosseae)JD37，其微生物保藏登记号为：CGMCCNo.7099；所述的AM真菌为摩西球囊霉(Glomusmosseae)，由青岛农业大学分离保藏，其保藏编号为Gm32。

4.根据权利要求1或2所述的一种适用于退化草场的土壤改良剂，其特征在于，所述的基质为市售草炭，选取粒径为0.35～1.4mm的颗粒，调节其pH值为6.5～7.5。

5.根据权利要求1或2所述的一种适用于退化草场的土壤改良剂，其特征在于，所述的腐殖酸中的氯化物的质量含量不大于0.05％，硫酸盐的质量含量不大于0.05％，干燥失重不大于2.0％，灼烧残渣不大于0.5％。

6.如权利要求1～5任一所述的一种适用于退化草场的土壤改良剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)基质预处理：将碳酸钙按质量比为(0.5～2):9加入草炭土，调整其pH值为6.5～7.5，将草炭土研磨成粉末后振荡过直径为0.35mm和1.4mm的标准筛选取粒径为0.35～1.4mm的颗粒，灭菌后烘干备用；

(2)制备AM真菌菌剂：将AM真菌孢子加入灭菌后的沙土中并播种三叶草，于日光室温条件下内培养3～5个月，将含有AM真菌繁殖体的培养基质作为AM真菌菌剂；

(3)制备PGPR液体菌剂：将PGPR接种于灭菌后的液体培养基，培养得到PGPR液体菌剂。

(4)混合：将PGPR液体菌剂与基质混合并搅拌均匀，自然风干后加入AM真菌菌剂和粉状的腐殖酸，再搅拌均匀，即制得适用于退化草场的土壤改良剂。

7.根据权利要求6所述的一种适用于退化草场的土壤改良剂的制备方法，其特征在于，所述的灭菌为121℃的温度下灭菌20～30min，次数为一次或两次。

8.根据权利要求6所述的一种适用于退化草场的土壤改良剂的制备方法，其特征在于，所述的液体培养基为液体KB培养基，该液体KB培养基由每升去离子水中加入20g的蛋白胨、10mL的甘油、1.5g的K₂HPO₄和1.5g的MgSO₄·7H₂O后搅拌均匀制得。

9.根据权利要求6所述的一种适用于退化草场的土壤改良剂的制备方法，其特征在于，所述的步骤(2)中的AM真菌繁殖体选自AM真菌的孢子、菌丝或菌根根段中的一种或几种。

10.根据权利要求6所述的一种适用于退化草场的土壤改良剂的制备方法，其特征在于，所述的步骤(3)中的PGPR的培养是在28℃、200r/min的条件下振荡培养20小时。