一种滨海盐碱地连作棉花土壤生态修复剂及其制备方法与
应用
技术领域
背景技术
[0002] 我国盐碱地资源十分丰富,在主要产棉区皆有规模不等的盐碱地资源,总体来看,发展盐碱地棉花生产的潜
力很大。山东是全国盐碱地资源最丰富的省份之一,滨海盐碱地主要分布在渤海湾南岸,黄河三
角洲和莱州湾沿岸,总面积约800khm2,现已开垦或改良后2
植棉的盐碱地棉田约300khm 。由于
海水倒灌、土壤蒸腾等原因,致使滨海盐碱地棉田含盐量持续偏高,棉农只有连年种植耐盐作物棉花,导致滨海盐碱地棉田存在
土壤肥力差、营养障碍重、土传病害重等诸多不利因素,严重制约着滨海盐碱地棉花生产水平的提高。因此,一方面开发利用该区宜棉盐碱荒地资源扩大植棉面积,另一方面通过土壤生态修复提高现有滨海盐碱地连作棉田棉花的产量和效益,对于山东乃至全国棉花生产可持续发展意义重大。
[0003] 关于开发利用新的盐碱荒地资源,国内外科研工作者在系统研究土壤、
水体、植被、
气候的
基础上提出了淤灌压碱、深翻窝盐、压砂抗碱、
绿肥翻压和高聚物化学改良剂等方法,但这些方法主要针对滨海盐碱地土壤的盐渍化和偏碱的土壤障碍,对现有滨海盐碱地连作棉花棉田存在土壤肥力差、营养障碍重、土传病害重等诸多不利因素的克服与解决效果不显著。
[0004] CN 104152149 A公开了一种含有匍枝根霉
发酵液20-40、绿色木霉发酵液20-40、
水溶性甲壳素1.5-2.5、
黄腐酸钾1.5-4.5的新型多功能复合
生物土壤改良剂。此
申请是土壤表层次生盐碱土改良,在于提高土壤pH值,改良
酸化土壤、板结土壤和次生盐渍化土壤;活化土壤养分,释放土壤肥力,并不适用于新的盐碱荒地改良。
[0005] CN101717646A公开了一种含有羊粪、黄腐酸钾、康地宝、
硫酸锰、硫酸锌、木霉、蝇蛆粉、下脚料的防治小麦全蚀病的土壤调节剂。主要是针对新垦农田土壤贫瘠和小麦全蚀病发生严重的问题,达到调节土壤结构、提高土壤肥力、增强作物抗病能力、减少小麦全蚀病发生的效果,跟对盐碱地改良不是一个思路,也无法提供技术启示。
发明内容
[0006] 本发明针对以上
现有技术中存在的滨海盐碱地连作棉花棉田存在土壤肥力差、营养障碍重、土传病害重等诸多不利因素的问题,提供了一种可明显降低滨海盐渍土壤水溶性盐含量、降低土壤pH值,诱导作物对土壤盐渍化产生胁迫耐性,促进作物的根系发育和产量形成的滨海盐碱地连作棉花土壤生态修复剂。
[0007] 本发明还提供了所述滨海盐碱地连作棉花土壤生态修复剂的制备方法。
[0008] 本发明还提供了所述滨海盐碱地连作棉花土壤生态修复剂的应用。
[0009] 本发明是通过以下措施实现的:
[0010] 一种滨海盐碱地连作棉花土壤生态修复剂,包括如下组分,均为重量份:
[0011] 木霉
微生物菌剂2-200份、黄腐酸钾5-300份、其他有机质附加肥10-900份;
[0012] 所述木霉微生物菌剂的有效活菌为木霉(Trichoderma sp.)T-15580,菌种保藏号:CGMCC No.12162,孢子含量2-50×108cfu/g;
[0013] 所述黄腐酸钾是一种已经商品化的产品,从腐植酸中提取一定的黄腐植酸与
氧化钾制成,外观为棕褐色粉末。主要成分:黄腐酸含量(以干基计)%≥50%,全氮(N)含量(以干基计)%≥3.0%,全磷(P)含量(以干基计)%≥0.4%,全钾(K02)含量(以干基计)%≥11.7%,PH 5.7。
[0014] 所述的滨海盐碱地连作棉田土壤生态修复剂,优选原料重量配比如下:
[0015] 孢子含量6-36×108cfu/g(更优选的6-12×108cfu/g、12-36×108cfu/g)的木霉微生物菌剂20-100份,更优选的20-50份、50-100份,黄腐酸钾80-300份,更优选的80-150份、150-300份,
有机肥辅料700-900份,更优选的700-800份、800-900份。
[0016] 一种滨海盐碱地连作棉花土壤生态修复剂及其制备方法,步骤如下:
[0017] (1)取菌种木霉T-15580,经菌种活化、
种子培养、扩大培养获得孢子含量2-50×8
10cfu/g的木霉微生物菌剂;
[0018] (2)将木霉微生物菌剂和黄腐酸钾、有机肥辅料混合后,即得滨海盐碱地棉田土壤生态修复剂。
[0019] 所述步骤(1)中的菌种活化条件为:在26℃-28℃培养70-90h,培养基为PDA培养基;
[0020] 种子培养条件为:在25℃-27℃、100-180r/min条件下振荡培养36-48h,培养基为PD培养基;
[0021] 扩大培养培养步骤为:在24℃-26℃条件下、液体培养基中搅拌培养36-48h,液体培养基为木霉微生物液体培养基;转接至固体培养基中,再在22℃-28℃条件下、固体培养基中培养70-100h,固体培养基为木霉微生物固体培养基。
[0022] 上述木霉微生物液体培养基组分为:45-55g玉米粉、5-8g
豆粕粉、加水至1000ml,灭菌、过滤。
[0023] 上述木霉微生物固体培养基组分为:采用麦麸60-80wt%,棉籽壳20-40wt%;或者,麦麸40-50wt%,稻壳10-25wt%,玉米秸秆20-30wt%,玉米芯10-25wt%。
[0024] 其他培养基均为本领域常用培养基,如:
[0025] PDA培养基:
马铃薯200g,
葡萄糖20g,琼脂粉15g,水1000mL;
[0026] PD培养基:马铃薯200g,葡萄糖20g,水1000mL;
[0027] 上述滨海盐碱地连作棉花土壤生态修复剂在修复滨海盐碱地棉田土壤生态中的应用,优选用量为60-250kg/亩。
[0028] 有益效果
[0029] 1、本发明所述滨海盐碱地连作棉田土壤生态修复剂能够为盐渍土连作障碍土壤提供生命之源,科学组合新的营养链,全面平衡
植物需求。本土壤生态修复剂除高含量的黄腐酸外,还富含植物生长过程中所需的几乎全部
氨基酸、氮、磷、钾、多种酶类、糖类(低聚糖、果糖等)、
蛋白质、核酸、胡敏酸和VC、VE以及大量的B族维生素等营养成份,是一种绿色的
生物修复剂;
[0030] 2、本发明所述滨海盐碱地连作棉花土壤生态修复剂能够为新开垦强盐渍土土壤结构发育提供建造者,木霉微生物可促进土壤水稳性团聚体的形成,改善土壤结构,促进了土壤有益微
生物群落的建立和保持,提高土壤生物活性,木霉微生物作为分解者在土壤中降解大分子物质作用明显,分泌
水解酶能够将土壤中的动植物残体降解为小分子物质,既清洁了滨海盐碱地棉田土壤生态环境,又丰富土壤营养,还能活化矿物质,改良土壤,提高土壤生产能力,提高土壤的
质量,为现有棉田的高效利用提供技术
支撑;
[0031] 3、本发明所述滨海盐碱地棉田土壤生态修复剂可明显降低强滨海盐渍土壤水溶性盐含量、降低土壤pH值,诱导作物对土壤盐渍化产生胁迫耐性,促进作物的根系发育和产量形成;
[0032] 4、本发明所述滨海盐碱地棉田土壤生态修复剂的木霉微生物促进
根际有益微生物生长,保护植物根系,与棉花黄萎病、枯萎病病菌抗衡,进而抑制作物土传病菌生长,提高植物抗病性,克服连作障碍,促进植物生长,提高作物产量和品质;
[0033] 5、本发明所述滨海盐碱地连作棉花土壤生态修复剂木霉和黄腐酸互惠互利,黄腐酸在某种条件下可以成为木霉生长的营养物质,增加木霉的定殖能力提高木霉增殖量,木霉代谢产物为黄腐酸提供植物
激素、水解酶及生化活性物质,进一步提高黄腐酸的活性,增强黄腐酸作用;
[0034] 6、本发明所述滨海盐碱地连作棉花土壤生态修复剂络合能力强,提高植物微量元素的吸收与运转。本土壤生态修复剂组分之一黄腐酸钾由于总氨基酸和羧基、羟基等活性基团含量较高,又具有含氧官能团,结构上存在许多有机螫合位和络合位,这些配位基团能与难溶的诸如
钙、镁、硫、
铁、锰、
铜、锌、
硼等许多微量元素发生络合或螫合反应,同时也能在起他位点上同磷素发生络合反应,从而形成以黄腐酸分子为中介载体,同时协调、促进植物根系或叶面对微量元素和磷在体内的吸收、运转,不仅避免了微量元素同磷的直接
接触而导致彼此
钝化失活,而且起到了积极的平衡作用,从而提高两者的利用率;
[0035] 7、本发明所述滨海盐碱地棉田土壤生态修复剂可促进作物对氮、磷、钾和微量元素的吸收,提高
肥料利用率,同时具有缓冲肥效的作用,当土壤肥料养分过多时,该修复剂中的微生物吸收丰富的无机养分贮藏在菌体内,使根际养分浓度逐渐降低,当土壤养分不足时,随着微生物的死亡,被菌体吸收的养分又逐渐释放出来,供作物吸收利用。
[0036] 菌种保藏信息
[0037] 保藏时间:2016年2月25日,
[0038] 保藏单位:中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,
[0039] 保藏编号:CGMCC No.12162,
[0040] 保藏单位地址:北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所,邮政编码:100101分类命名:木霉Trichoderma sp.。
具体实施方式
[0041] 下面结合实例对本发明的技术方案进一步详细描述,但本发明的实施方式不限于此。
[0042]
实施例中所述黄腐酸钾购自山东创新腐植酸科技股份有限公司,棉花LMY-36购自山东棉花研究中心。
[0043] 实施例1菌株的获得、筛选和保藏
[0044] 培养基:
[0045] PDA培养基:马铃薯200g,葡萄糖20g,琼脂15g,水1000mL;
[0046] 马丁(Martin)培养基:蛋白胨5g,葡萄糖10g,KH2PO4 1g,MgSO4.7H2O 0.5g,琼脂20g,孟加拉红(1%)3.3mL,
链霉素33毫克,pH 7.0-7.2,水1000mL。
[0047] 菌株的获得:
[0048] 在轻度盐碱地棉花黄枯萎病发病田
块,从发病棉棵和不发病棉棵根际周围去除1-5cm表层土,取耕层土壤装入纸袋带回实验室分离。将土壤样品制成一系列浓度,取一定浓度稀释液涂布在马丁培养基平板上,26℃-28℃培养3-4d,挑取形态似木霉菌的单菌落转接到PDA培养基上进行纯化培养,经检初步鉴定为木霉后编号,并斜面培养低温保存。
[0049] 通过上述步骤,获得很多纯培养的菌株,对系列木霉菌株进行生长速度、产孢量等形状比较,初筛获得较好的2个菌株分别培养获得大量木霉孢子,制成107-108cfu/mL孢子悬浮液,分别加入0.01mol/L亚
硝酸钠溶液诱变20min,其致死率在70%-80%,然后分别取0.1mL均匀涂布于PDA平板上,放置距20W紫外灯20cm下照射3min,其致死率在80%-90%,25℃培养12h-24h,单孢挑取萌发的单菌体于PDA平板上培养,再进一步选取正常生长突变菌株继代培养5-10代,菌株稳定后,系列诱变菌株与原菌株比较,初筛得到更优的新菌株。
[0050] 将优势菌株在定向培养基中生长,含盐浓度6‰-10‰的培养基获得耐盐菌株,与棉花黄枯萎病病菌(大丽轮枝菌Verticillium dahliae;棉萎蔫镰刀菌Fusarium vasinfectum)于PDA培养基上对峙培养,以出发菌株为对照,得到拮抗性比出发菌株有较大提高的新变异菌株,将其中一株命名为T-15580。其生长量、产孢量、和对病菌抑制作用、
覆盖作用等指标分别比出发菌株提高4.5%、10.2%、41.1%、11.4%。
[0051] 菌株的形态特征:
[0052] 木霉(Trichoderma spp.)菌落生长快,老熟培养菌落
颜色为绿色,有香气,孢子梗丛束呈环状排列。次级分枝单个或以2-3个为一组大角度伸出,分枝常常弯曲或呈波状,瓶梗基部缢缩,中间膨大,直或弯曲,在终极瓶梗下,2-3个瓶梗以假轮方式排列,偶尔单个或成对伸出。分生孢子近球形,大小为3.4-4.3×2.6-3.4um。
[0053] 实施例2
土壤修复剂对强盐渍土降盐碱及提高土壤生物量效果
[0054] 一种滨海盐碱地棉田土壤生态修复剂,各组分重量份如下:
[0055] 木霉微生物菌剂20份、黄腐酸钾80份、农家肥900份;
[0056] 上述滨海盐碱地棉田土壤生态修复剂按如下方法制备:
[0057] (1)木霉微生物菌剂的制备:
[0058] 菌种活化
[0059] T-15580为自己实验室分离,并经过高盐等各种生长极限条件筛选获得,并与当前生防因子作用强的T22菌种抑制病菌生长比较试验。
[0060] 取菌种保藏号为CGMCC No.12162的木霉T-15580,接种于PDA培养基中26℃培养72h,得到活化木霉T-15580;
[0061] PDA培养基:马铃薯200g,葡萄糖20g,琼脂粉15g,水1000mL。
[0062] 种子培养
[0063] 将活化木霉T-15580孢子用无菌水稀释接入装有50mLPD培养基的250mL三角瓶种,26℃,180r/min,振荡培养72h,得到种子木霉T-15580;
[0064] PD培养基:马铃薯200g,葡萄糖20g,水1000mL。
[0065] 扩大培养
[0066] (i)将100mL种子木霉T-15580接种于装有7升木霉微生物液体培养基的16升
发酵罐中,26℃下搅拌培养40h,得木霉T-15580液体;
[0067] 木霉微生物液体培养基:47.5g玉米粉、7.5g豆粕粉、加水至1000mL,灭菌、过滤。
[0068] (ii)将木霉T-15580液体以5wt%的比例移入木霉微生物固体培养基,浅盘放置,空间
相对湿度70%-90%,通
风良好,定期翻盘,26℃培养96h,得到木霉孢子含量36×108cfu/g的木霉微生物菌剂。
[0069] 木霉微生物固体培养基:采用80wt%麦麸与20wt%棉籽壳混合后,灭菌。
[0070] (2)将步骤(1)制得的木霉微生物菌剂、黄腐酸钾、农家肥按重量份混合后,即得滨海盐碱地棉田土壤生态修复剂。
[0071] 试验例
[0072] 实验
地块:山东省东营市垦利县已开垦滨海强盐渍土连作地
[0073] 因该地块是已开垦地块,春耕之前,田间植被干重小于每667平方米100kg,将该地块分为土壤修复剂组和对照组两块地块:
[0074] 改良剂组按250kg/亩量施用滨海盐渍土壤生态修复剂,翻耕
灌溉,实时
播种棉花,耕作管理按传统耕作管理操作;
[0075] 对照组不施用滨海盐渍土壤生态修复剂,其他同修复剂组。
[0076] 试验数据与实验结果:
[0077] 表1土壤修复剂对滨海强盐渍土棉花出苗及产量的影响
[0078]
[0079] 实验结果显示,本发明滨海盐渍土连作棉花土壤修复剂使棉花的出苗率提高32.7%,成苗率提高48.9%,解决了强盐碱地棉花出苗难和立苗难的问题,促使棉花正常季节开花和吐絮,棉铃吐絮集中,比对照霜前花大幅度提高,霜前花率提高409.7%,棉花质量提高,产量大幅度提高。
[0080] 表2土壤修复剂对滨海强盐渍土连作棉田微生物的调控效应
[0081]
[0082]
[0083] 表3土壤修复剂对滨海强盐渍土连作棉田微生物群系的调控效应
[0084]处理 细菌种类 放线菌
真菌种类 镰孢霉等土传病菌
修复剂组 4种以上 有一定数量 3种以上 没分离到
对照组 单一 没培养出 单一 3种
[0085] 结果表明,本发明滨海盐渍土连作棉花土壤修复剂改良强盐渍土,大幅度提高土壤微生物数量,微生物种类增加,放线菌等有益微生物增加,优化土壤微生物群落结构,土壤中镰孢霉等有害微生物种类及数量大大降低。
[0086] 表4土壤生态修复剂对滨海强盐渍土连作棉田理化性状改良情况
[0087]
[0088] 结果显示:本发明滨海盐渍土壤生态修复剂对东营市垦利县滨海强盐渍土的理化性状具有明显的改良效果。提高了土壤有机质含量,显著降低了滨海盐渍土壤水溶性盐含量,降低了土壤pH值,显著提高了土壤水稳性团聚体含量。
[0089] 实施例3土壤修复剂对中度盐渍土提高土壤活力及棉花产量效果
[0090] 一种滨海盐碱地棉田土壤生态修复剂,各组分重量份如下:
[0091] 木霉微生物菌剂50份、黄腐酸钾150份、畜禽
粪肥800份;
[0092] 上述滨海盐碱地棉田土壤生态修复剂制备方法如实施例1所述,不同之处在于:
[0093] 木霉微生物菌剂为木霉孢子含量12×108cfu/g的木霉微生物;
[0094] 将木霉微生物菌剂、黄腐酸钾、畜禽粪肥按重量份混合后,即得滨海盐碱地棉田土壤生态修复剂。
[0095] 试验例
[0096] 实验地块:山东省东营市垦利县已开垦滨海中度盐渍土连作地
[0097] 因该地块是已开垦地块,春耕之前,田间植被干重小于每667平方米100kg,将该地块分为土壤修复剂组和对照组两块地块:
[0098] 改良剂组按150kg/亩量施用滨海盐渍土壤生态修复剂,翻耕灌溉,实时播种棉花,耕作管理按传统耕作管理操作;
[0099] 对照组不施用滨海盐渍土壤生态修复剂,其他同修复剂组。
[0100] 试验数据与实验结果:
[0101] 表5土壤修复剂对滨海中度盐渍土棉花生长发育的影响
[0102]
[0103] 实验结果显示,本发明滨海盐渍土连作棉花土壤修复剂促进棉花生长,植株高度提高,修复剂效果持续期长,调节棉花生长发育,棉花开花集中,棉铃吐絮集中,霜前花率大幅度提高,棉花质量提高,产量大幅度提高。
[0104] 表6土壤修复剂对滨海中度盐渍土连作棉田微生物群系的调控效应
[0105]
[0106] 实验结果显示,本发明滨海盐渍土连作棉花土壤修复剂提高土壤微生物数量,放线菌、固氮菌、光合细菌等有益微生物增加,镰孢霉等土传病菌数量下降。
[0107] 表8土壤修复剂对滨海中度盐渍土连作棉田土壤水解酶活性的调控效应[0108]
[0109] 实验结果显示,本发明滨海盐渍土连作棉花土壤修复剂提高了中度盐渍土连作土壤土壤酶活性,增加了土壤的生化反应能力,提高了土壤活力,增加土壤可溶性营养,促进棉花生长和发育,提高了棉花抗逆境能力。
[0110] 实施例4土壤修复剂对轻度盐渍土防治棉花黄枯萎病效果
[0111] 一种滨海盐碱地棉田土壤生态修复剂,各组分重量份如下:
[0112] 木霉微生物菌剂100份、黄腐酸钾300份、有机肥700份;
[0113] 上述滨海盐碱地棉田土壤生态修复剂制备方法如实施例1所述,不同之处在于:
[0114] 木霉微生物菌剂为木霉孢子含量6×108cfu/g的木霉微生物;
[0115] 将木霉微生物菌剂、黄腐酸钾、有机肥按重量份混合后,即得滨海盐碱地棉田土壤生态修复剂。
[0116] 试验例
[0117] 实验地块:山东省东营市垦利县滨海轻度盐渍土连作棉花地
[0118] 将该地块分为修复剂组和对照组两块地块,修复剂组按60kg/亩施用滨海盐渍土连作棉花土壤生态修复剂,翻耕灌溉,实时播种棉花,耕作管理按传统耕作管理操作;
[0119] 对照组不施用滨海盐渍土壤生态修复剂,其他同改良剂组。
[0120] 试验数据与实验结果:
[0121] 表9土壤修复剂对滨海轻度盐渍土棉花黄枯萎病病害防治效果
[0122]
[0123] 表9结果说明,本发明滨海盐渍土连作棉花土壤修复剂大幅度提高棉花的侧根数,抑制土传病害的生长,提高棉花的抗病能力,提高棉花产量,提高种植户的收入。
[0124] 表10土壤修复剂对滨海轻度盐渍土连作棉田微生物群系的调控效应[0125]
[0126] 表10结果表明,本发明滨海盐渍土连作棉花土壤修复剂提高土壤微生物数量,改良土壤微生物群落组成,固氮菌、光合细菌、
纤维素分解菌等有益微生物增加,土壤中镰刀菌等有害微生物数量大大降低。
[0127] 表11土壤生态改良剂对滨海轻度盐渍土理化性状改良情况
[0128]
[0129] 表11是本发明滨海盐渍土连作棉花土壤修复剂施用土壤后78天后的检测结果,检测标准:水解氮按照中华人民共和国农业行业标准NY/T 1848-2010、有效磷按照中华人民共和国农业行业标准NY/T 1121.7-2006、速效钾按照中华人民共和国林业行业标准LY/T 1236-1999、水溶性盐按照中华人民共和国农业行业标准NY/T 1121.16-2006、pH值按照中华人民共和国农业行业标准NY/T 1121.2-2006、水稳性团聚体按照中华人民共和国农业行业标准NY/T 1121.19-2008。结果说明,土壤修复剂的施用,土壤中可溶性物质增加,提高土壤营养的利用率,利于棉花根系吸收、利用,促进棉花生长,同时土壤水稳性团聚体增加,改善土壤结构。
[0130] 综合以上实验结果,本发明滨海盐渍土壤生态修复剂显著提高土壤微生物数量,改善了土壤微生物群系结构,提高土壤有机质含量,提高了土壤水稳性团聚体数量,降低黄河三角洲滨海盐渍土壤水溶性盐含量,降低了土壤pH值,提高土壤生物活性,在含
盐度较高的强盐渍土显著提高棉花的出苗率和成苗率,抑制土传病害的生长,诱导棉花对土壤盐渍化产生胁迫耐性和抗病性,促进作物的根系发育和产量形成。
[0131] 上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受实施例的限制,其它任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、组合、替代、简化均应为等效替换方式,都包含在本发明的保护范围之内。