一种水稻全元生物有机肥料及其制备方法和应用 |
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申请号 | CN202311836211.4 | 申请日 | 2023-12-28 | 公开(公告)号 | CN117820040A | 公开(公告)日 | 2024-04-05 |
申请人 | 湖南省微生物研究院; | 发明人 | 伍善东; 杨华; 付祖姣; 肖蓉; 谭石勇; 张敏; 刘朱东; 李一路; 胡展; 郭照辉; 邱尧; 程伟; 王玉双; | ||||
摘要 | 本 发明 公开了一种 水 稻全元 生物 有机 肥料 及其制备方法和应用。本发明之水稻全元生物 有机肥 料包含活性功能菌组分、有机肥组分、 氨 基酸组分和无机 复合肥 组分,所述活性功能菌组分含有促生降镉的贝莱斯芽孢杆菌,抗病促生的解 淀粉 芽孢杆菌和水稻抗病促生内生链霉菌;所述有机肥组分含有腐熟的锯木灰、蘑菇渣、统糠、鸡粪和猪粪。本发明还包括所述水稻全元生物有机肥料制备方法。本发明肥料兼有有机肥、无机肥、 微生物 肥和氨基酸肥的优点,能提高肥料利用率,改善 土壤 理化性质、营养状态及生物活性,促进水稻 根际 微生物生长和繁殖,增强水稻抗病水平,为水稻生长提供全面、均衡的营养,并使稻谷产量和品质得到显著提升。 | ||||||
权利要求 | 1.一种水稻全元生物有机肥料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤: |
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说明书全文 | 一种水稻全元生物有机肥料及其制备方法和应用技术领域背景技术[0002] 我国是农业大国,用全球8%的耕地,生产了全球21%的粮食,但同时化肥消耗量占全球35%,单位面积化肥使用量达世界平均水平的3倍。长期连续大量施用化肥导致土壤有机质不断减少,土壤因盐化、酸化、板结而导致肥力下降,污染水源,破坏生态环境,危害人畜健康。使原有高产田有向“瘠薄型”低产田发展的趋势。 [0003] 针对我国土壤目前存在的基础地力下降、资源耗竭、环境污染等多种问题,优先发展绿色肥料产业。 [0004] 增施有机质和提高土壤微生物种群结构的多样性是培肥土壤地力的主要途径。生物有机类肥料因其具有调节植物生长、增加作物产量、改善作物品质、减少化肥使用、改良土壤质量、保护生态环境等特点受到广泛关注,成为绿色生态农业发展中不可替代的农资产品。但是,单一的有机肥虽可培肥土壤,但养分含量低、释放慢,对当季作物增产效果不明显,而现有的生物有机肥中微生物功能单一、功效低,对当季作物效果不稳定。 [0005] 全元生物有机肥指的是集堆肥、化肥、生物肥和氨基酸肥为一体的新型复合肥料,其功能是促进当季作物生长、显著抑制土壤酸化、有效调控土壤微生物区系、持续提高土壤基础地力。施用全元生物有机肥能同时提高土壤有机质含量和土壤生物活性,使土壤矿化微生物、土壤硝化菌、土壤固氮菌、土壤解磷和解钾菌等都处于一个良好的平衡关系,持续稳定地输出土壤肥力。 发明内容[0006] 本发明的首要目的是提供一种水稻全元生物有机肥料的制备方法。该方法制备的水稻全元生物有机肥料兼有有机肥、无机肥、微生物肥和氨基酸肥的优点,能提高肥料利用率,改善土壤理化性质、营养状态及生物活性,促进水稻根际微生物生长和繁殖,增强水稻抗病水平,为水稻生长提供全面、均衡的营养,并使稻谷产量和品质得到显著提升。 [0007] 一种水稻全元生物有机肥料的制备方法,包括以下步骤: [0009] (2)将链霉菌Ahn65进行固体发酵; [0010] (3)将步骤(1)和步骤(2)得到的发酵产物再与氨基酸和无机复合肥混合得到水稻全元生物有机肥料; [0011] 所述贝莱斯芽孢杆菌20‑10、解淀粉芽孢杆菌CWJ2和链霉菌Ahn65保藏编号分别为CCTCC NO:M 20221980,CCTCC NO:M 20221983,CCTCC NO:M20221981。 [0012] 步骤(1)具体包括: [0014] b、发酵培养:按体积百分比0.5~2%的接种量将种子液分开接入发酵罐中培养,通入无菌空气发酵培养; [0015] 两种菌的发酵液含活芽胞数均达到每毫升50亿以上,芽胞比例达90%以上时放罐,pH值7.0~8.0,无杂菌污染; [0017] 进一步地,步骤(1)更加具体包括: [0018] a、菌种活化:将贝莱斯芽孢杆菌20‑10和解淀粉芽孢杆菌CWJ2接种于固体LB培养基上,30℃条件下培养16~30h后活化菌种,然后用无菌环将菌体接入100mL LB液体培养基中,30℃,180rpm条件下培养16~24h,制成种子液; [0019] b、发酵培养:先将发酵罐灭菌,装入培养基后再灭菌,保压降温至30℃,按0.5~2%的接种量将种子罐发酵液接入发酵罐中培养,通入无菌空气;在30℃条件下培养60~ 72h,通气量1.5Vols/vol·min,氧气含量体积百分比35%; [0021] c、调整腐熟有机肥的碳氮比分别为20∶1~30∶1,调整水份重量比为40~60%,按接种量0.5~2%的比例接入贝莱斯芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌的发酵液,混合均匀进行自然堆肥发酵;当温度达到50℃以上,开始翻堆,翻堆为每天2~3次;直到有机肥发芽指数≥90%完成堆肥发酵; [0022] 所述的腐熟有机肥是将锯木灰、蘑菇渣、统糠、鸡粪、猪粪按照重量比为0.5∶0.5∶(2‑3)∶(2‑3)∶4腐熟得到。 [0023] 进一步地优选,步骤c、调整腐熟有机肥的碳氮比分别为25∶1,调整水份重量比为40%,按接种量0.5%的比例接入贝莱斯芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌的发酵液,混合均匀进行自然堆肥发酵。 [0024] 步骤(2)具体包括: [0025] a、菌种活化 [0026] 将链霉菌Ahn65接入ISP2固体培养基中活化,然后转接至ISP2液体培养基中培养制备种子液; [0027] b、固体发酵 [0028] 将链霉菌Ahn65的种子液按1~5%的质量比接入无菌麸皮,静置培养,待链霉菌孢子含量达到50亿/g以上时停止培养; [0029] c、将链霉菌Ahn65的固体发酵物干燥,制备成链霉菌菌粉。 [0030] 进一步地,步骤(2)更加具体包括: [0031] a、菌种活化 [0032] 将链霉菌Ahn65接入ISP2固体培养基中活化,然后转接至50mL ISP2培养液中,28℃、180rpm振荡培养1‑2d,制备种子液; [0033] b、固体发酵 [0034] 将链霉菌Ahn65的培养液以1~5%的质量比接入无菌麸皮中,补充水分至水分质量比为40~60%,28℃静置培养10‑20d,待链霉菌孢子含量达到50亿/g以上时停止培养; [0035] c、将链霉菌Ahn65的固体发酵物放于40℃培养箱干燥24h,制备成链霉菌菌粉。 [0036] 进一步地,将链霉菌菌粉按1~2%的质量比加入步骤(1)的产物中,混合均匀后低温干燥至水分≤30%,即获得富含贝莱斯芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌和链霉菌三种功能微生物的生物有机肥,每种微生物的有效活菌数不低于2亿/g。 [0037] 将制备后的生物有机肥加入质量百分比分别为5~8%的氨基酸原粉和无机复合肥,混合均匀后,即制成全元生物有机肥料;全元生物有机肥有效活菌数含量6~80亿/g,有机质含量30~55%,NPK的总养分8~11%,水分含量≤30%,总氨基酸5~10%,游离氨基酸0.5~5%,氯离子含量≤2.0%,pH为6.0~7.0。 [0038] 本发明还提供了一种水稻全元生物有机肥料,是由上述的方法制备得到。 [0039] 本发明还提供了所述的水稻全元生物有机肥料的应用,促进水稻生长,提高土壤营养,增强水稻抗病水平。 [0041] (1)本发明的全元生物有机肥对水稻的增产效果更显著,以150kg/亩的使用量施用可增加水稻产量41.59%‑42.71%,远高于专利CN2023110559849中的复合菌剂的增产效果(19.35%)。 [0042] (2)本发明的全元生物有机肥对水稻叶瘟的最高防效为66.08%,高于CN2023110559849中复合菌剂对水稻叶瘟的防效(56.74%)。 [0043] (3)本发明的全元生物有机肥不仅促进水稻生长,提高水稻对稻瘟病的抵抗,还能有效提升土壤肥力和微生物多样性,土壤有机质和总氮、有效氮、有效磷和速效钾含量分别比空白增加8.82%、13.46%、7.80%、197.87%、39.23%,土壤微生物总数更多、微生物丰度更大。本发明采用的链霉菌Ahn65的分类命名为Streptomyces sp.,其保藏编号为CCTCC NO:M 20221981,保藏日期为2022年12月19日,保藏单位为中国典型培养物保藏中心(CCTCC),保藏单位地址为湖北省武汉市武昌区八一路299号武汉大学校内。 贝莱斯芽孢杆菌20‑10的分类命名为Bacillus velezensis,其保藏编号为CCTCC NO:M20221980,保藏日期为2022年12月19日,保藏单位为中国典型培养物保藏中心(CCTCC),保藏单位地址为湖北省武汉市武昌区八一路299号武汉大学校内。 解淀粉芽胞杆菌CWJ2的分类命名为Bacillus amyloliquefaciens,其保藏编号为CCTCCNO:M 20221983,保藏日期为2022年12月19日,保藏单位为中国典型培养物保藏中心(CCTCC),保藏单位地址为湖北省武汉市武昌区八一路299号武汉大学校内。 具体实施方式[0044] 以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。 [0045] 实施例1:全元生物有机肥的制备 [0046] (1)活性功能细菌的制备: [0047] 首先,将贝莱斯芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌采用发酵罐分别进行单独发酵,操作步骤及工艺条件为: [0048] a、菌种活化 [0049] 将贝莱斯芽孢杆菌20‑10和解淀粉芽孢杆菌CWJ2接种于固体LB培养基上,30℃条件下培养24h后活化菌种,然后用无菌接种环挖取一勺菌体接入121℃灭菌30min的100mL LB液体培养基(500mL三角瓶装)中,30℃,180rpm条件下培养24h,制成种子液。 [0050] b、发酵罐培养 [0051] 先将发酵罐洗干净灭菌,装入发酵培养基后再灭菌,保压降温至30℃,按体积百分比1%的接种量将种子液接入发酵罐中培养,通入无菌空气; [0052] 所述灭菌采用高压蒸汽灭菌,即在121℃,压力0.4kg/cm2条件下灭菌30min;发酵罐接种后,在30℃条件下培养72h,通气量1.5Vols/vol·min,氧气含量体积百分比35%; [0053] LB培养基配方:胰蛋白胨1%,酵母粉5%,氯化钠0.5%,水,pH值为7.2,固体培养基中加入1.8‑2.0%的琼脂; [0054] 发酵培养基配方:麦芽糖2%,淀粉1%,酵母膏1.25%,NaCl 0.1%,硫酸铵0.3%,碳酸钙0.1%,余量为水,初始pH值为7.2‑7.5; [0055] 所述培养基配方成分的百分比含量均为重量百分比; [0056] 发酵液要求:发酵液含活芽胞数每毫升达50亿以上,芽胞比例达90%以上时放罐,pH值7.0-8.0,无杂菌污染; [0057] c、调整腐熟有机肥的碳氮比分别为25∶1,调整水份重量比为40%,按接种量0.5%的比例接入贝莱斯芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌的发酵液,混合均匀进行自然堆肥发酵。当温度达到50℃以上,开始翻堆,翻堆为每天2~3次;直到有机肥发芽指数≥90%完成堆肥发酵; [0058] 所述的腐熟有机肥是将锯木灰、蘑菇渣、统糠、鸡粪、猪粪按照重量比为0.5∶0.5∶2∶3∶4腐熟得到。 [0059] (2)活性功能链霉菌制剂的制备: [0060] a、菌种活化 [0061] 将链霉菌Ahn65接入ISP2固体培养基中活化,然后转接至50mL ISP2培养液中,28℃、180rpm振荡培养1‑2d,制备种子液。 [0062] b、固体发酵 [0063] 将链霉菌Ahn65的培养液以1%的体积质量比接入无菌麸皮中,补充水分至水分体积质量比为40%,28℃静置培养20d,待链霉菌孢子含量达到50亿/g以上时停止培养。 [0064] c、链霉菌制剂制备 [0065] 将链霉菌Ahn65的固体发酵物放于40℃培养箱干燥24h左右,制备成链霉菌菌粉,装袋密封保存。采用平板稀释涂板计数,有效活菌数达到200‑500亿/g。 [0066] (3)生物有机肥的制备: [0067] 将链霉菌制剂按1%的质量比加入步骤(1)制备的功能细菌二次发酵后的产物即生物有机肥中,混合均匀后转移至低温干燥机中进行干燥,至水分≤30%,即获得富含贝莱斯芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌和链霉菌三种功能微生物的生物有机肥,每种微生物的有效活菌数不低于2亿/g。 [0068] (4)全元生物有机肥料的制备: [0069] 氨基酸原粉购自山东潍坊绿龙生物科技有限公司,含有80%植物源氨基酸。复合肥购自山东史丹利化肥股份有限公司,总养分(N+P2O5+K2O)含量为50%。将制备后的生物有机肥送入料仓,加入质量百分比分别为6.9%的氨基酸原粉和复合肥,混合均匀后,包装,即制成全元生物有机肥料。 [0070] 全元生物有机肥有效活菌数含量6~80亿/g,有机质含量30~55%,NPK的总养分8~11%,水分含量≤30%,总氨基酸5~10%,游离氨基酸0.5~5%,氯离子含量≤2.0%,pH为6.0~7.0。 [0071] 实施例2:有机肥组分的探索实验: [0072] 1.有机肥组分的制备: [0073] 不同腐熟程度有机肥1的制备:将85℃高温处理2天后的鸡粪和猪粪与粉碎后的锯木灰、蘑菇渣、统糠按重量比3∶4∶0.5∶0.5∶2的比例混合均匀,转入大型固体堆肥槽,调节碳氮比至30∶1,调节含水量至50%,加入有机物料腐熟剂,进行堆肥,当堆温达到60℃以上,开始翻堆通气,翻堆为每天3次,堆肥发酵15天,取出部分作为未完全腐熟有机肥1,继续堆肥20天左右,其间可适当加入少量的水分,直到有机肥发芽指数≥90%,腐熟完全,停止堆肥,得到腐熟有机肥1; [0074] 不同程度腐熟有机肥2的制备:将85℃高温处理2天后的猪粪和统糠经过筛分、粉碎后按重量比8∶2的比例混合均匀,转入大型固体堆肥槽,调节碳氮比至30∶1,调节含水量至50%,加入有机物料腐熟剂,进行堆肥,当堆温达到60℃以上,开始翻堆通气,翻堆为每天3次,堆肥发酵15天,取出部分作为未完全腐熟有机肥2;剩余继续堆肥至35天,直到有机肥发芽指数≥90%,腐熟完全,停止堆肥,得到腐熟有机肥2。 [0076] 2.功能细菌的二次发酵: [0077] 1)二次发酵使用的有机肥配方摸索: [0078] 摸索了不同种类功能微生物,包括贝莱斯芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌和链霉菌,在不同原料配比、不同腐熟程度和不同来源有机肥中进行二次发酵的条件和水平。 [0079] 分别将贝莱斯芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌发酵菌液和链霉菌的孢子悬浮液,以1%的接种量接入上述5种不同的有机肥中,补充水至水份的体积重量比为40%,调节碳氮比至25∶1,充分搅拌混匀后,进行二次堆肥发酵,同时设置不接种微生物的处理做为对照。当温度达到50℃以上,开始翻堆,翻堆为每天2~3次。第3天取样,采用平板稀释涂布法对样品进‑5 ‑7 行稀释,再分别将稀释梯度10 ‑10 的样品进行平板涂布,统计不同稀释梯度中的菌落数,根据稀释倍数统计样品中的目标微生物的平均数量。 [0080] 结果如表1所示,贝莱斯芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌均以腐熟的有机肥1作为二次发酵原料时,增殖水平最高,其次为腐熟的有机肥2,在未腐熟有机肥1、未腐熟有机肥2和市售有机肥中进行二次发酵,增殖水平均不高,说明有机肥的腐熟程度是功能细菌进行二次发酵的关键指标,此外,有机肥的原料配比和营养组成也影响了功能细菌的二次发酵。在本试验中,链霉菌在所有有机肥料中的二次发酵均未显示该菌株未能有效增殖,可能链霉菌不适合在有机肥中进行二次发酵。 [0081] 表1微生物在不同有机肥中二次发酵的水平单位:*108CFU/g [0082] [0083] 2)二次发酵条件摸索 [0084] 根据上述结论,选择腐熟有机肥1作为二次发酵的有机肥,进行二次发酵的条件摸索。 [0085] 分别调整有机肥水分体积重量比分别为40%、50%、60%,按1%的接种量接入功能细菌贝莱斯芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌,搅拌均匀,进行室内常温固体发酵。当温度达到50℃以上,开始翻堆,翻堆为每天2~3次。自然堆肥发酵3d后,以平板计数法确定贝莱斯芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌二次发酵的菌数。结果见表2,贝莱斯芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌二次发酵的菌数随着含水量的增加而减少,含水量以40%为宜。 [0086] 表2不同含水量对功能菌二次发酵菌数的影响单位:*108CFU/g [0087] [0088] 调整腐熟有机肥1的碳氮比为25~30:1,水份体积重量比为40%,分别按0.5%、1%、2%的接种量接入贝莱斯芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌,当温度达到50℃以上,开始翻堆,翻堆为每天2~3次。自然堆肥发酵3d后,以平板计数法确定贝莱斯芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌二次发酵的菌数。结果见表3,贝莱斯芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌二次发酵的菌数均以2%的接种量为最大,但考虑到成本、便利性等因素,选择0.5%的接种量为宜。 [0089] 表3不同接种量对功能菌二次发酵菌数的影响单位:*108CFU/g [0090] [0091] 调整腐熟有机肥1的碳氮比分别为20:1、25:1、30∶1,调整水份体积重量比为40%,按接种量0.5%的比例接入贝莱斯芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌,混合均匀进行自然堆肥发酵,当温度达到50℃以上,开始翻堆,翻堆为每天2~3次。自然堆肥发酵3d后,以平板计数法确定贝莱斯芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌二次发酵的菌数。结果见表4,贝莱斯芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌二次发酵碳氮比以25:1为宜。此时,贝莱斯芽孢杆菌的最高发酵水平为59.32亿/g,而解淀粉芽孢杆菌的最高发酵水平达15.85亿/g。为功能微生物的大量增殖和应用节约了大量成本。 [0092] 表4不同碳氮比对功能菌二次发酵菌数的影响单位:*108CFU/g [0093] [0094] 实施例3:全元生物有机肥水稻大田试验: [0095] (1)试验设计: [0096] 大田试验于2023年7月~11月在湖南省益阳市进行,大田面积5亩,试验土壤质地为黏壤,土壤类型为红黄泥,前茬作物撒播油菜,后播种紫云英绿肥。土壤基本理化性质:pH 5.24,有机质38.93g/kg,全氮2.22g/kg,有效磷7.97mg/kg,速效钾176.17mg/kg,Cd 0.32mg/kg。 [0097] 试验田共设4个处理,每个处理3个小区,共12个小区,每个小区面积20m2,试验田四周设置3m宽保护行。小区随机排列,试验小区田埂自犁底层以上全部用农膜包好,防止肥水串排串灌。设如下4个处理,田间管理和病虫害防治完全一致。 [0099] 处理2:灭活全元生物有机肥+化肥减量施肥,即在水稻移栽前施用常规施肥的2 80%,即施用复合肥16kg/667m 作为基肥,在水稻移栽后一周施用灭活全元生物有机肥 2 150kg/667m。 [0100] 处理3:常规施肥,按当地推荐施用化肥量施用复合肥20kg/667m2。 [0101] 处理4:空白对照(CK)不施肥。 [0102] (2)试验结果: [0103] 全元生物有机肥的施用,能显著促进水稻的生长和分蘖,水稻株高相比空白对照和常规施肥分别增加25.10%和14.96%,而分蘖数相比空白对照和常规施肥分别增加75.78%和57.39%。小区湿重和干重分别相比空白对照增加41.59%和42.71%,相比常规施肥增加18.83%和17.74%,是目前用于水稻的全元生物有机肥料的首创,其增产水平远高于目前市售生物有机肥和有机肥的增产水平,见表5和6。 [0104] 表5不同处理对水稻经济性状的影响 [0105] [0106] [0107] 表6不同处理对水稻产量的影响 [0108] [0109] 同时,该全元生物有机肥还能提高水稻的抗病性能,对水稻叶瘟的病情指数防效高达66.08%(表7),并能有效提高土壤氮磷钾等营养指标和土壤有机质含量(表8)。全元生物有机肥的处理,显著提高了土壤微生物的丰度和多样性,分别代表土壤微生物物种数量(OTU数)、物种总数指数(ace指数、Chao指数)、物种生物多样性(shannon)的指标均显著高于对照(表9)。 [0110] 表7不同处理对晚稻叶瘟的影响 [0111] [0112] 表8不同处理对晚稻根际土壤养分含量的影响 [0113] [0114] 表9不同处理对根际微生物多样性的影响 [0115] |