一种防控土壤连作障碍的生物有机肥料及其制备方法

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一种防控土壤连作障碍的生物有机肥料及其制备方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种防控土壤连作障碍的生物有机肥料及其制备方法，属于农业集约化生产技术领域。\n背景技术\n[0002] 近年来，我国农业产业结构发生巨大变化，集约化种植发展很快，形成了特色种植基地，比如黄瓜种植基地、番茄种植基地、葱姜蒜等露地蔬菜种植基地等，取得了较好的经济效益和社会效益，特色种植基地已成为我国农业中最具国际竞争力的领域。集约化农业的发展不仅极大地满足了人民生活水平提高的需要，而且业已成为改造传统农业从而走向现代农业的重要手段。然而，由于习惯、技术限制和市场等原因，农民往往在同一土地上种植单一作物，加上不合理的水肥管理和作物病虫害防治技术，导致土壤退化严重，连作障碍问题突出。由于土壤质量下降，导致作物的产量和质量的降低，不仅威胁着集约化农业的可持续发展，而且影响环境质量，危及人类健康。因此，土壤质量下降已经对食品安全和生态环境造成威胁，严重制约了我国集约化种植业的进一步发展。\n[0003] 由于长期连作，作物吸收土壤中的养分相对单一，致使土壤条件发生改变，特别是中微量元素的缺乏，造成营养供应障碍；其次是改变了根际微生物和根系分泌物的组分，造成根系发育障碍；第三是降低了根系活力、吸收力以及根际有益微生物活力，根吸收的养分减少，从而导致植株体内各种营养含量明显减少。另一方面，连作降低作物本身的一些生理指标：在一定条件下，连作使植株体内硝态N、速效P、速效K含量显著降低，导致叶片叶绿素含量降低而影响到光合强度，影响体内光合产物可溶性糖、氨基酸总量的减少，从而使产量降低。如果没有防控土壤连作障碍的方法与途径，集约化种植将受到冲击。我们的研究结果表明，土壤连作障碍的关键问题包括土壤养分失衡、土壤有机质缺乏和土壤微生物区系及其次生物质的致毒问题。\n[0004] 生物有机肥是指特定功能微生物与主要以动植物残体（如畜禽粪便、农作物秸秆、饼粕等）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和有机肥效应的肥料。大量实验结果表明农业生产中生物有机肥具有调节植物生长，增加作物产量和改善作物品质，改良土壤，保护生态环境，减少污染等优点。\n[0005] 现有生物有机肥在克服连作障碍的应用中存在的问题是效果不稳定，应用范围相对较窄。市售的普通生物有机肥，活菌含量不足，菌种功能不强，使用后效果不明显或不稳定；还有某些专用产品专一性太强，例如CN101659933A(200910183360.9)提供一种防除连作番茄青枯病的拮抗菌及其生产的微生物有机肥料，将专抗番茄青枯病的拮抗菌和有机肥结合，专门防治番茄的青枯病，对其它作物效果不明显。再如CN102344326A提供一种抑制烤烟连作障碍的生物有机肥，是由EM土壤改良剂∶蚯蚓粪(牛)∶EM原液∶无氯水=5-8∶60-63∶0.5-1∶34.5-28堆置发酵6-7天制成。该发明具有肥效高、对土壤无不良副作用、明显抑制烤烟连作障碍的特点。对其它作物效果不明显。\n发明内容\n[0006] 针对现有技术的不足，本发明提供一种用于防控土壤连作障碍的生物有机肥料及其制备方法，特别是一种集约化农业生产用、含有天然矿物和饼粕的生物有机肥及其制备方法。\n[0007] 本发明还提供所述生物有机肥料的应用。\n[0008] 本发明的技术方案如下：\n[0009] 一种用于防控土壤连作障碍的生物有机肥料，是将原料麦饭石菌剂与饼粕固体发酵物，按麦饭石菌剂：饼粕固体发酵物=1：1～4重量比混合，在密闭堆置条件下二次发酵\n24-36小时制成；\n[0010] 所述麦饭石菌剂是将菌株ACCC10388的活菌含量为8×109～1×1010个/ml\n的发酵液接种到麦饭石粉中，混合均匀后堆置20-26小时制成，麦饭石菌剂的活菌量为\n8 8\n4×10～5×10 个/克；\n[0011] 所述饼粕固体发酵物是将菌株ACCC10634和ACCC10626的发酵液接种到饼粕中，在含水量50～60wt%、pH为5.5-8.0条件下进行开放式固体发酵，发酵5～7天制成；其\n10 10\n中,菌株ACCC10634和ACCC10626的发酵液的活菌含量为1×10 ～1.5×10 个/mL，所\n9 9\n得饼粕固体发酵物中活菌含量为1×10～2×10 个/g。\n[0012] 根据本发明优选的，所述饼粕为大豆饼粕、棉籽饼粕或蓖麻饼粕；\n[0013] 根据本发明优选的，所述麦饭石粉的细度为80-200目；\n[0014] 本发明用于对麦饭石发酵的菌株ACCC10388，是解淀粉芽孢杆菌属（Bacillus amyloliquefaciens），本发明用于对饼粕进行固体发酵的菌株ACCC10634、ACCC10626，均为枯草芽孢杆菌属（Bacillus subtilis）。以上三种菌株记载在《中国农业菌种目录》中国农业微生物菌种保藏管理中心编（2005年版），购自中国农业微生物菌种保藏管理中心，地址：\n北京市海淀区中关村南大街12号。\n[0015] 根据本发明优选的，所述麦饭石菌剂：饼粕固体发酵物=1：1.5-2重量比。\n[0016] 根据本发明，所述用于防控土壤连作障碍的生物有机肥料中，以N计全氮（N）含量质量比为3～5%，以P2O5计全磷含量质量比为2～3%，以K2O计全钾含量质量比为1～\n2%，有机质含量质量比为40～50%，水分含量质量比为15～30%，ACCC10388活菌量不低于\n8\n1×10个/克。\n[0017] 根据本发明，所述防控土壤连作障碍的生物有机肥料的制备方法，包括步骤如下：\n[0018] （1）将微生物菌株ACCC10388进行液体发酵，发酵生产条件为：\n[0019] 培养液采用蛋白胨5克、一水硫酸锰5毫克、自来水1000毫升，121℃、0.1MP保压\n30min进行灭菌。将菌种斜面活化后，摇瓶中扩大培养24h，然后按1-2%(v/v体积比)的接种量转入发酵罐中进行培养。发酵罐培养20-26小时，培养发酵温度为28-30℃，转速为200转/分，按每分钟通入空气与发酵液的体积比计通气量为1：1-1.2。制得菌株ACCC10388发\n9 10\n酵液，活菌含量为8×10～1×10 个/ml。\n[0020] (2)将步骤（1）制得的ACCC10388的发酵液接种到麦饭石粉中，每吨麦饭石粉加\n8 8\n50～60L发酵液，混合均匀后堆置20-26小时，使活菌量达到4×10～5×10 个/克，得麦饭石菌剂。\n[0021] （3）将微生物菌株ACCC10634和ACCC10626进行液体发酵，发酵生产条件为：\n[0022] 培养液采用去皮切碎煮熟的马铃薯200克、蔗糖或白糖或葡萄糖20克、自来水\n1000毫升，121℃，0.1MP保压30min进行灭菌。将菌种斜面分别活化后，摇瓶中扩大培养\n24h，然后按每种菌0.8-1.1%的接种量（v/v体积比）转入发酵罐中进行培养。发酵罐培养时间20-26小时，培养发酵温度为25-28℃，转速为200转/分，按每分钟通入空气与发酵液的\n10\n体积比计通气量以1：1-1.2。使ACCC10634和ACCC10626两种菌的活菌总含量达1×10 ～\n10\n1.5×10 个/ml。制得菌株ACCC10634和ACCC10626的发酵液。\n[0023] （4）按每吨饼粕加100～150L的发酵液的接种量，将步骤（2）制得的ACCC10634和ACCC10626发酵液接种到饼粕原料中，调节含水量50～60wt%和pH5.5-8.0，进行开放式固体发酵，当料堆中心温度（也称发酵温度）上升至50℃时，进行翻堆，以后每天翻堆一次，共发酵5～7天，然后低温干燥或自然晾干，得饼粕固体发酵物。\n[0024] （5）将步骤（2）的麦饭石菌剂和步骤（4）的的饼粕固体发酵物按重量比混合，使麦饭石菌剂占30～40%，饼粕固体发酵物占60～70%，后熟堆置24-36小时，即得本发明的生物有机肥料。\n[0025] 优选的，步骤（5）中的后熟堆置是堆置后用帆布覆盖的密闭条件下进行的。\n[0026] 本发明所得生物有机肥料，在温度不高于60℃的条件下将含水量控制在30wt%以下，优选含水量15～30wt%，包装，即为本发明的生物有机肥料成品。\n[0027] 本发明所得生物有机肥料的应用，用于防控土壤连作障碍，特别是用于露地蔬菜葱、姜、蒜与棉花、小麦轮作的连作生产，以及设施黄瓜、设施西瓜或设施甜瓜作物连作生产，防控土壤连作障碍，实现集约化农业生产。\n[0028] 本发明的肥料含有天然矿物、饼粕和有益微生物，效果好，并具有增产功能，使连作土壤得到修复，确保集约化农业的健康发展。\n[0029] 根据本发明上述的应用，本发明所得生物有机肥料用于防控土壤连作障碍时可采用基施或追施的施肥方式，方法如下：\n[0030] A.基施：将本发明的生物有机肥料产品撒施在地表，耕翻，使用量在1500kg～\n3000kg/ha。\n[0031] B.追施：将本发明的生物有机肥料产品在作物根系附近开沟追施或加入灌溉水中随水冲施，使用量每次在300kg～600kg/ha，作物生育期内使用2～3次。\n[0032] 本发明与现有生物有机肥料相比具有如下技术特点：\n[0033] 1)本发明生物有机肥产品中含有防控土壤连作障碍的高效菌株ACCC10388活菌\n8\n量1×10个/克以上，其抑制病原菌的效果非常显著。其发酵液可用于尖孢镰刀菌、黄瓜枯萎病菌、西瓜霜霉病菌等植物病原真菌的生物防治。\n[0034] 2)本发明生物有机肥产品中含有的天然麦饭石成分，提供了多种营养元素，特别是一些稀土元素，促进了作物的生长发育，增强了植株的抗病能力，从一定程度上提高了作物的抗重茬能力。\n[0035] 3）本发明生物有机肥产品中含有菌株ACCC10634、ACCC10626用于对饼粕进行固体发酵、降解大分子蛋白质和毒素，提高饼粕中养分的有效性，同时降解的小分子多肽对防治土壤连作障碍也有明显作用。\n[0036] 4）本发明生物有机肥产品中含有经过固体生物发酵处理的饼粕有机原料，含有丰富的有机质（40-50%），全氮（N）含量质量为4%，其中有机氮含量为3.4%，而且大部分为小分子多肽和氨基酸，总磷(P2O5)含量为2.5%，全钾（K2O）含量为1.5%。施用本产品不但提供丰富的有机质，还有作物苗期所需的氮磷钾营养元素。\n[0037] 5）本发明通过天然麦饭石吸附特定的微生物菌种发酵液，与通过固体发酵的饼粕采用合适的工艺生产防控连作障碍的生物有机肥料。\n[0038] 本发明的优良效果：\n[0039] 1、该肥料产品中含有防控土壤连作障碍的高效菌株ACCC10388活菌量1×108个/克以上，其活菌数量远远高于现行有关标准，菌株对连作产生的病害具有良好的效果，试验结果表明：菌株ACCC10388抑制尖孢镰刀菌的效果达到了80%以上；大蒜田间试验表明大蒜枯萎病的防控率达到85%以上，如果长期使用该种生物有机肥，可有效防控经济作物连作土壤障碍。\n[0040] 2、该肥料产品中含有的天然麦饭石成分，提供了多种营养元素，特别是一些稀土元素，促进了作物的生长发育，增强了植株的抗病能力，从一定程度上提高了作物的抗重茬能力。麦饭石是由中性或中酸性岩浆岩经风化或蚀变而成，含有多种营养元素的矿产品。它不同于一般岩石，呈多孔状结构、表面积大、具有较强的吸附力，对溶液pH值有双向调节性能，能释放出50多种元素，尤其是钾、钠、钙、镁、铝、硅、锌、惚、钒、镍、硒、锰、铜等成份。麦饭石中溶出的大部分营养元素能直接或间接地参与光合作用，使作物绿叶面积系数增加。\n可用来治理被污染的土壤。\n[0041] 3、该肥料产品中含有经过固体生物发酵处理的饼粕有机原料，含有丰富的有机质（40-50%），全氮（N）含量质量为4%，其中有机氮含量为3.4%，而且大部分为小分子多肽和氨基酸，总磷(P2O5)含量为2.5%，全钾（K2O）含量为1.5%。施用本产品不但提供丰富的有机质，还有作物苗期所需的氮磷钾营养元素。饼粕发酵前后的浸出液对小麦发芽率实验表明，生物发酵饼粕可以促进小麦发芽，并且根粗苗壮。如果长期使用该种生物有机肥，可以有效防控经济作物（例如葱、姜、蒜等）连作土壤障碍。\n[0042] 4、本发明将天然的麦饭石与优质有机物和有益微生物结合，发挥其协同作用，制备出具有特殊效果的生物有机肥，为集约化农业生产提供技术产品。\n具体实施方式\n[0043] 下面结合实施例对本发明进一步描述,但不限于此。如无特殊说明，原料的量均为重量份。\n[0044] 各实施例中麦饭石、饼粕（棉籽饼粕或蓖麻饼粕）来自植物油加工公司，市场购买。\n如果购得原料细度不够应粉碎后备用。其中麦饭石过80目筛，水含量15wt％以下；棉籽饼粕或蓖麻饼粕，过60目筛普通棉籽饼粕或蓖麻饼粕。\n[0045] 实施例1.\n[0046] （1）发酵菌液的制备：将微生物菌株ACCC10388进行液体发酵，其发酵生产条件为：培养液采用蛋白胨5克、一水硫酸锰5毫克、自来水1000毫升、pH自然，121℃，0.1MP保压30分钟进行灭菌。将菌种斜面活化后，摇瓶中扩大培养24h，然后按1%的接种量转入发酵罐中进行培养。发酵罐培养24小时，培养（发酵）温度为28-30℃，转速为200转/分，通\n9\n气量以1:1（空气与发酵液的体积比/min）；发酵液的活菌含量为8×10个/ml。\n[0047] （2）麦饭石菌剂制备：将ACCC10388的发酵液按60L/吨的量接种到麦饭石粉中，\n8\n混合均匀后堆置发酵24小时，活菌量达到4.2×10个/克，得到麦饭石菌剂。\n[0048] （3）将微生物菌株ACCC10634和ACCC10626进行液体发酵，其发酵生产条件为：培养液采用去皮切碎马铃薯200克煮熟过滤、蔗糖20克、自来水1000毫升、pH自然，121℃，\n0.1MP保压30分钟进行灭菌。将菌种斜面活化后，摇瓶中扩大培养24h，然后按1%的接种量转入发酵罐中进行培养。发酵时间24小时，发酵温度为25-28℃，转速为200转/分，通气量1：1（空气与发酵液的体积比/min）。得ACCC10634和ACCC10626的发酵液，该发酵液\n10\n的活菌含量为1.5×10 个/ml。\n[0049] （4）饼粕固体发酵物制备：将步骤（3）制得的ACCC10634和ACCC10626的发酵液按\n100L/吨的量接种到棉籽饼粕原料中，调节含水量60wt%、pH6.5，进行开放式固体发酵(露天堆置)，当料堆中心温度（发酵温度）升至50℃时，进行翻堆，以后每天翻堆一次，共发酵7天后自然晾干得到饼粕固体发酵物。\n[0050] （5）生物有机肥制备：将含有步骤（2）制得的麦饭石菌剂和步骤（4）制得的饼粕固体发酵物按重量比35：65的比例混合均匀，并后熟堆置30小时（堆置后用帆布覆盖），最后在温度不超过60℃的条件下低温烘干，所得生物有机肥含水量控制在20wt%左右，包装出厂即可。\n[0051] 所得生物有机肥含有1×108个/克以上的ACCC10388活菌量、全氮（N）含量质量比为3.50%，全磷(P2O5)含量质量比为2.81%，全钾（K2O）含量质量比为1.82%，有机质含量质量比为45.6%，水分含量质量比为25%。\n[0052] 实施例2：\n[0053] （1）发酵菌液的制备：将微生物菌株ACCC10388进行液体发酵生产，其发酵生产条件为：培养液采用蛋白胨5克、一水硫酸锰5毫克、自来水1000毫升、pH自然，121℃，0.1MP保压30分钟进行灭菌，将菌种斜面活化后，摇瓶中扩大培养24h，然后按2%（v/v）的接种量转入发酵罐中进行培养；发酵罐培养24小时，培养（发酵）温度为28-30℃，转速为200转/\n10\n分，通气量以1:1（空气与发酵液的体积比/min）；发酵液的活菌含量为1×10 个/ml。\n[0054] （2）麦饭石菌剂制备：将ACCC10388的发酵液按50L/吨的量接种到麦饭石粉中，\n8\n混合均匀后堆置发酵24小时，活菌量达到5×10个/克，得到麦饭石菌剂。\n[0055] （3）将微生物菌株ACCC10634和ACCC10626进行液体发酵，其发酵生产条件为：培养液采用去皮切碎马铃薯200克煮熟过滤、白糖20克、自来水1000毫升，121℃，0.1MP保压\n30分钟进行灭菌。将菌种斜面活化后，摇瓶中扩大培养24h，然后按0.9%（v/v）的接种量转入发酵罐中进行培养。发酵时间24小时，发酵温度为25-28℃，转速为200转/分，通气量1：1.1（空气与发酵液的体积比/min）。得ACCC10634和ACCC10626的发酵液，该发酵液\n10\n的活菌含量为1×10 个/ml。\n[0056] （4）饼粕固体发酵物制备：将ACCC10634和ACCC10626发酵液按150L/吨的量接种到蓖麻饼粕原料中，调节含水量50%和pH6.5，进行开放式固体发酵，发酵温度上升至50℃时，进行翻堆，以后每天翻堆一次，共发酵6天后低温干燥或自然晾干得到饼粕固体发酵物。\n[0057] （5）生物有机肥制备：将步骤（2）制得的含有ACCC10388菌株的麦饭石菌剂和骤（4）制得的含有ACCC10634和ACCC10626菌株的饼粕固体发酵物按重量比40：60的比例混合均匀，并后熟堆置30小时，最后在温度不超过60℃的条件下低温烘干，生物有机肥含水量控制在18wt%，包装出厂即为能防控连作障碍的生物有机肥料。\n[0058] 该生物有机肥含有1×108个/克以上的ACCC10388活菌量、全氮（N）含量质量比为3.40%，全磷(P2O5)含量质量比为2.60%，全钾（K2O）含量质量比为1.66%，有机质含量质量比为42.0%，水分含量质量比为20%。\n[0059] 下面是实施例1-2产品的田间试验\n[0060] （1）大蒜田间试验\n[0061] 实验时间：2012年10月至2013年5月\n[0062] 实验地点：山东金乡\n[0063] 实验田情况：大蒜--棉花轮作连续种植10年的土壤，\n[0064] 本发明实施例1、2的生物有机肥，作为基肥使用，肥料用量为150kg/亩，大蒜播种前撒施、翻耕；其它管理措施按常规进行。。\n[0065] 对照例：市售常规生物有机肥I，施用方法同上。实验结果如下表1所示。\n[0066] 表1大蒜施用生物有机肥对产量的影响\n[0067] \n[0068] 注：经济效益按蒜头2.0元/kg、蒜薹3.0元/kg计算。“市售常规生物有机肥I”是泰安深蓝肥业有限公司的生物有机肥，功能菌株是枯草芽孢杆菌，活菌量0.2亿/克，有机质含量≥40%。\n[0069] 结果表明：使用该产品可使大蒜蒜头增产28.59%，蒜薹增产27.02%，比对照每亩分别增收1243元和1221元，经济效益显著。\n[0070] （2）黄瓜田间试验\n[0071] 实验时间：2012年8月至2013年2月\n[0072] 实验地点：山东寿光\n[0073] 实验田情况：一年两茬黄瓜连作8年的土壤\n[0074] 本发明实施例1、2的生物有机肥，作为基肥使用，肥料用量为400kg/亩，黄瓜定植前撒施、翻耕；其它管理措施按常规进行。\n[0075] 对照例：市售常规生物有机肥II，施用方法同上。实验结果如下表2所示。\n[0076] 表2大棚黄瓜施用生物有机肥对产量的影响