一种复合解磷菌剂及其在农业生产中的应用

摘要

本发明涉及生物肥领域，具体涉及一种提高土壤有效磷含量的复合解磷菌剂及其在农业生产中的应用。所述复合解磷菌剂是由具有解磷功能的微生物和酶制剂复配而成，既能有效地解离土壤中被固定的无机磷，又能高效地转化不易被植物自然吸收的有机磷，从而可以有效减少化学磷肥的使用量，甚至完全替代化学磷肥的使用，有利于提高种植效益，减少环境污染。

说明书

技术领域

本发明涉及生物肥领域，具体涉及一种提高土壤有效磷含量的复合解磷菌剂及其在农业生产中的应用。

背景技术

磷是植物细胞核的重要成分，对细胞分裂和植物各器官组织的分化发育，特别是开花结果有着重要作用，它是植物体内生理代谢活动不可少的一种元素。磷对提高植物的抗病性、抗寒性和抗旱能力也有良好作用。在豆科作物中，磷能促进根瘤的发育，提高根瘤的固氮能力，间接的改善植物的营养状况。磷还具有促进根系发育的作用，特别是促进侧根、细根的生长，增强抗倒伏能力，以及加速花芽分化，提早开花，提早成熟的作用。作物缺磷时生长缓慢，植株矮小，根系不发达，叶片出现暗绿色和灰绿色，严重时显紫红色。禾谷类作物缺磷时分孽迟或不分孽，开花成熟延迟，成穗率低，籽粒不饱满，玉米果穗秃顶，油菜脱荚，果树落花、落果，甘薯薯块小，耐贮藏性差等。

据第二次全国土壤普查资料显示，我国土壤中磷含量大致为440-850mg/kg，最高可达1800mg/kg。土壤中的磷主要以两种形式存在，无机态的正磷盐和以植酸为主的有机磷。它们易与铁、铝、钙、镁形成化合物，不能被植物直接吸收利用。K.G.Raghothama(1999)等报道植物体内磷含量为5-20mM，而土壤中有效磷的含量仅为10uM。因此，土壤中的有效磷成为植物生产力的重要限制因子。据统计，我国74％的耕地土壤缺磷，而当季施用的磷肥利用率不足20％，最终30％-50％的磷肥以无效态(不溶性)被固定在土壤中。随着磷肥施用量逐年增加，导致磷在农田土壤中积累的现象日益严重，继而使土壤板结退化、种植效益低下，同时磷的径流和淋溶作用也已经成为水体富营养化的主要污染源。而且磷矿资源不可再生，因此，如何提高土壤中有效磷的含量以及充分有效的利用磷肥成了国内外农业领域普遍关注的问题。

发明内容

本发明为解决现有技术问题，提供了一种新型复合解磷菌剂。所述复合解磷菌剂是由具有解磷功能的微生物和酶制剂复配而成，既能有效地解离土壤中被固定的无机磷，又能高效地转化不易被植物自然吸收的有机磷，从而可以有效减少化学磷肥的使用量，甚至完全替代化学磷肥的使用，有利于提高种植效益，减少环境污染。

本发明一方面提供了一种复合解磷菌剂，包含具有解磷功能的微生物和酶制剂。

所述具有解磷功能的微生物为曲霉属(Aspergillus sp.)，优选黑曲霉(Aspergillus niger)。

进一步的，所述具有解磷功能的微生物优选黑曲霉FMJ1(Aspergillus niger FMJ1)，已于2015年1月5日保藏于中国武汉武汉大学的中国典型培养物保藏中心，保藏编号为CCTCC NO：M2015004。

所述酶制剂优选肌醇六磷酸酶。

所述复合解磷菌剂中微生物活菌数不低于10⁸CFU/g。

所述复合解磷菌剂中肌醇六磷酸酶的酶活不低于5000U/g。

本发明还提供了一种复合生物肥，包含上述复合解磷菌剂、无机肥和/或有机肥。

所述复合生物肥中解磷菌剂的质量百分比不低于10％。

所述复合生物肥在农作物生产中的应用。

有益效果

本发明所提供的复合解磷菌剂通过黑曲霉和肌醇六磷酸酶之间的协同促进作用，能有效释放土壤中原有的有机磷和无机磷，提高有效磷的含量。实验结果表明，添加所述复合解磷菌剂的处理组3的土壤中有效磷增加量明显高于单独添加黑曲霉FMJ1的处理组1和单独添加肌醇六磷酸酶的处理组2土壤中有效磷增加量之和，取得了意料不到的技术效果。所述复合解磷菌剂可以单独施用，也可以按10-30％(质量比)的比例与无机肥和/或有机肥混合施用，可以使土壤中有效磷含量提高2-3倍，作物产量提高30-50％，并能大幅减少化学磷肥的施用量，降低环境污染，市场前景广阔。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步阐述本发明。但本发明可用下文中的非限定性实施例作进一步的说明。本发明选用的原料均可购自市场上任意一种。

本发明实施例中选用的黑曲霉FMJ1(Aspergillus niger FMJ1)，筛选自济南南部山区的石灰性土壤，已于2015年1月5日保藏于中国武汉武汉大学的中国典型培养物保藏中心，保藏编号为CCTCC NO：M2015004。

黑曲霉FMJ1能将难溶性无机磷液体培养基中的难溶磷(Ca3(PO4)2)分解成可溶性的有效磷，使培养基中有效磷含量高达0.680mg/mL，解磷效果显著。在油菜大田栽培实验中，黑曲霉FMJ1能有效提高土壤中有效磷的含量，进而大幅度提高种植作物的产量，处理组油菜的平均鲜重和干重比空白对照组分别提高了274.7％和206.1％，比培养基处理组分别提高268.9％和199.6％，有效磷含量比空白处理组提高了65.8％，比培养基处理组提高了61.7％。

本发明实施例中选用的肌醇六磷酸酶，购自潍坊康地恩生物科技有限公司，酶活20000U/g。

实施例1复合解磷菌剂对土壤解磷效果的测定

1、黑曲霉FMJ1菌粉的制备：

将黑曲霉FMJ1麸曲种子按1％量接入已灭菌的固体发酵培养基中，在30℃下培养72h，40℃烘箱内烘干，粉碎。经检测制得的菌粉中黑曲霉有效活菌数为3×10⁹CFU/g。

2、肌醇六磷酸酶：

pH值范围2-8，最适pH5.5，酶活20000U/g。

3、无菌土壤的制备：

将pH值为8.2的土壤过孔径为8mm的网筛，装于白色棉布袋中，铺成约3-4cm的薄层于121℃灭菌2h。

4、分别称取4份灭菌后的土壤，各100g，放入三角瓶中，做如下处理：

(1)处理组1：接入黑曲霉FMJ1菌粉10g和灭活后的肌醇六磷酸酶4g；

(2)处理组2：接入灭活后的黑曲霉FMJ1菌粉10g和肌醇六磷酸酶4g；

(3)处理组3：接入黑曲霉FMJ1菌粉10g和肌醇六磷酸酶4g；

(4)空白对照组：接入灭活后的黑曲霉FMJ1菌粉10g和灭活后的肌醇六磷酸酶4g；

向上述4组土壤中再分别补加无菌水使土壤最终含水量为30％。

每个处理做3个平行，置于30℃培养箱中，分别于第1天、第5天、第10天和第15天取样，检测土壤中的有效磷含量(采用NY/T 1121.7-2014标准测定土壤有效磷)。同时，计算每个处理组土壤中有效磷的增加量。具体结果详见表1。

表1黑曲霉FMJ1菌粉和肌醇六磷酸酶对土壤中有效磷含量的影响

从表1的数据可以看出，在第1天时，对照组和3个处理组土壤的有效磷浓度基本相同，而到第5、10和15天时，3个处理组的土壤有效磷浓度均明显高于对照组，从而说明本发明提供的黑曲霉FMJ1和/或肌醇六磷酸酶能有效释放土壤中被固定的有机磷和无机磷，增加植物可吸收的有效磷的含量。

其中，到第5天时，处理组1土壤中的有效磷含量增加了47％，处理组2增加了82％，而处理组3增加了162％，明显高于处理组1和2有效磷增加量之和。到第10天和第15天时，处理组1土壤有效磷增加量均显著高于处理组2，但处理组3增加量最高，分别达378％和644％，明显高于处理组1和2有效磷增加量之和。从而说明黑曲霉FMJ1和肌醇六磷酸酶同时施用到土壤中能够产生协同促进作用，其解磷效果要明显高于单独添加黑曲霉FMJ1的处理组1和单独添加肌醇六磷酸酶的处理组2的解磷效果之和，取得了意料不到的技术效果。

实施例2复合解磷菌剂在油菜大田栽培实验中的解磷效果

1、实验地点：青岛市城阳区惜福镇油菜种植大棚，土壤整体状况较为均匀。

2、复合解磷菌剂样品：其中黑曲霉的孢子数10⁹CFU/g，肌醇六磷酸酶酶活为7000U/g。。

3、实验过程：

选取2m×2m的方形区域作为一个实验区，共设置40个实验区，且每个实验区之间保持1米的间隔。

实验共设4个组：

(1)空白对照组：不添加任何物质；

(2)处理组1：在每个实验区中10g/m²的比例均匀施用黑曲霉FMJ1菌粉(孢子数10⁹CFU/g)，然后将表层5-10cm厚的土壤进行有效混匀；

(3)处理组2：在每个实验区中按10g/m²的比例均匀施用肌醇六磷酸酶(酶活为7000U/g)，然后将表层5-10cm厚的土壤进行有效混匀；

(4)处理组3：在每个实验区中按10g/m²的比例均匀施用上述复合解磷菌剂样品(其中黑曲霉的孢子数10⁹CFU/g，肌醇六磷酸酶酶活为7000U/g)，然后将表层5-10cm厚的土壤进行有效混匀。每个组随机选择10个实验区。

用5％的次氯酸钠表面灭菌油菜种子10min，用蒸馏水清洗3-4次除去次氯酸钠后在常温下放置30min自然干燥。在每个实验区均匀播种30g油菜种子，定时浇水和管理，不施加肥料。播种45天后，收获全部油菜，并分别检测每个实验区油菜的鲜重和干重，计算每个处理组油菜的平均鲜重和平均干重，进行比较。收获油菜的同时，分别采集每个实验区的土样，采用Olsen法检测土样中有效磷的含量，并进行比较。具体数据见表2。

表2不同处理组中土壤有效磷含量和油菜鲜重比较

从表2的数据可以明显看出，与空白对照组相比，添加本发明提供的复合解磷菌剂的处理组3中，土壤有效磷含量提高了130.22％，明显高于处理组1和处理组2之和(103.64％)；油菜鲜重提高了385.67％，明显高于处理组1和处理组2之和(350.70％)。从而说明，本发明通过将黑曲霉FMJ1和肌醇六磷酸酶复配得到的复合解磷菌剂能有效提高土壤中有效磷的含量，进而提高种植作物的产量，而且复合解磷菌剂的施用效果明显高于单独施用黑曲霉FMJ1和单独施用肌醇六磷酸酶的效果之和，进一步证明，黑曲霉FMJ1和肌醇六磷酸酶能产生协同促进作用，同时施用能明显提高其作用效果，取得了意料不到技术效果，

实施例3复合解磷菌剂在无机肥中的应用

1、实验地点：青岛市平度南村，土壤整体状况较为均匀。

2、实验样品：

1)复合解磷菌剂样品：其中黑曲霉的孢子数3×10⁹CFU/g，肌醇六磷酸酶酶活为10000U/g。

2)传统复合肥样品：为史丹利复合肥，其中N-P₂O₅-K₂O，15-15-15，总养分≥45％。

3、实验过程：

1)供试土壤为棕壤，pH值7.0，土壤有效磷含量为15.7mg/kg。

2)玉米品种：永玉995。

3)实验小区面积40m²，共5个处理，每个处理设3个平行，各实验小区随机排列。

对照组：只施用传统复合肥，施用量为50kg/亩；

处理组1：将本发明提供的复合解磷菌剂按10％(质量比)的添加比例对传统复合肥进行包衣，施用量为50kg/亩；

处理组2：将本发明提供的复合解磷菌剂按10％(质量比)的添加比例对传统复合肥进行包衣，施用量为40kg/亩。

处理组3：将本发明提供的复合解磷菌剂按10％(质量比)的添加比例对传统复合肥进行包衣，施用量为25kg/亩。

处理组4：将本发明提供的复合解磷菌剂按15％(质量比)的添加比例对传统复合肥进行包衣，施用量为25kg/亩。

玉米于2015年6月14日种肥同时播种，行距55cm，株距27.8cm。其它田间日常管理各实验小区保持一致。2015年9月20日对各实验小区玉米分别收获，测定产量，并计算各处理组玉米的增产情况，具体结果见表3。

3、实验结果

表3不同处理试验区的产量统计结果

由表3的数据可以看出，与对照组相比，在相同施肥量的情况下，添加本发明所述复合解磷菌剂的处理组1玉米产量提高了23.67％；当施肥量减少20％时，添加解磷菌剂的处理组2仍能实现玉米增产19.08％；当施肥量减少50％时，添加解磷菌剂的处理组3玉米产量仍能与对照组相当，实现了减肥不减产，取得了意料不到的效果。而且，随着复合肥中解磷菌剂添加比例的增加，处理组4的玉米产量与处理组3相比得到显著提高。

上述结果表明，本发明所提供的复合解磷菌剂通过黑曲霉和肌醇六磷酸酶之间的协同促进作用，能有效释放土壤中原有的有机磷和无机磷，提高有效磷的含量，从而大幅减少化学磷肥的施用量，提高作物产量，降低环境污染。所述复合解磷菌剂可以单独施用，也可以按10-30％(质量比)的比例与无机肥和/或有机肥混合施用，可以使土壤中有效磷含量提高2-3倍，作物产量提高30-50％，市场前景广阔。