一种提高土壤微生物菌群丰富度与多样性的有机肥的制备方法和应用

摘要

本发明公开一种提高土壤微生物菌群丰富度与多样性的有机肥的制备方法和应用，将苦豆子鲜草与羊粪进行堆肥，经厌氧发酵腐熟，得到苦豆子发酵有机肥。通过小区实验，在植株花期结束时，进行追肥，可以提高植株根际土壤中细菌和真菌的丰度，可以增加甜瓜果实可溶性固形物和糖含量。结合分类学组成与RDA分析结果，发现多种有益于植株生长抗病的菌在施用苦豆子发酵有机肥后丰度有显著提升，且与甜瓜果实含糖量和可溶性固形物增加呈正相关。

说明书

技术领域

本发明涉及有机肥技术领域。具体地说是一种提高土壤微生物菌群丰富度与多样性的有机肥的制备方法和应用。

背景技术

苦豆子(Sophora alopecuroides)是中国西北地区常见的植物，新疆地区素有将盛花期的苦豆子刈割作为绿肥，施用在瓜果根际的传统，可以有效提高甜瓜、西瓜等作物果实的甜度。

新疆地区的畜牧业较为发达，群众对牛羊肉的需求大，牛羊饲养较多，产出的羊粪在传统农业中经过简单堆肥腐熟后即用于种植。有机肥改善土壤、培育地力，减少化肥的用量。

如何利用新疆特有的苦豆子和粪肥相结合得到可以替代化肥的有机肥料成为人们研究的重点。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种提高土壤微生物菌群丰富度与多样性的有机肥的制备方法和应用。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种提高土壤微生物菌群丰富度与多样性的有机肥的制备方法，包括如下步骤：

(1)将苦豆子鲜草与羊粪进行堆肥，以一层苦豆子铺一层羊粪的方式堆积，洒水至润湿所有苦豆子-羊粪层，覆高分子膜，使整个发酵体系密封；

(2)经厌氧发酵，温度下降，有机肥臭味消失，无硫味与氨味刺激性气味，整体带有苦豆子草的芳香气味，有机肥颜色变浅，呈褐色；苦豆子的叶片部分分解，残留茎秆颜色暗淡，纤维柔软易断，表明有机肥发酵完毕，已充分腐熟，得到苦豆子发酵有机肥。

上述一种提高土壤微生物菌群丰富度与多样性的有机肥的制备方法，在步骤(1)中，苦豆子鲜草与羊粪的质量比为1000:300。

上述一种提高土壤微生物菌群丰富度与多样性的有机肥的制备方法，在步骤(2)中，厌氧发酵的时间为40天。

一种提高土壤微生物菌群丰富度与多样性的有机肥的应用，在植株花期结束时，施用上述苦豆子发酵有机肥作为追肥，可以提高植株根际土壤中细菌和真菌的丰度。

上述一种提高土壤微生物菌群丰富度与多样性的有机肥的应用，所述细菌为：Saccharimonadales、Haliangium、Iamia、Pelomonas、Pedomicrobium、Gaiella、Rokubacteriales、Lysobacter和Acinetobacter。

上述一种提高土壤微生物菌群丰富度与多样性的有机肥的应用，所述真菌为：Acremonium、Lophotrichus、Aspergillus、Mortierella、Botryotrichum、Pseudeurotium、Acaulium、Ilyonectria、Cutaneotrichosporon和Talaromyces。

一种提高土壤微生物菌群丰富度与多样性的有机肥的应用，在植株花期结束时，施用上述苦豆子发酵有机肥作为追肥，可以增加甜瓜果实可溶性固形物和糖含量。

本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：

在施用了苦豆子发酵有机肥后，促进了有益菌种的生长繁殖，使其相对丰度比对照组有了显著提升，同时与甜瓜果实的可溶性固形物含量和总糖含量呈正相关。结合细菌群落与真菌群落的分类学组成结果，表明苦豆子发酵有机肥可以通过改变根际土壤微生物群落结构，使得其中细菌群落与真菌群落的组成及其功能发生了变化，促进了有益菌的生长，使果实的可溶性固形物含量和糖含量提升，实现增甜功效。

附图说明

图1A M1、M2、M27三个品种甜瓜果实的可溶性固形物含量和总糖含量；

图1B M1、M2、M27三个品种甜瓜果实的总糖含量

图2 M1、M2、M27三个品种甜瓜根际土壤细菌的α多样性；

图3 M1、M2、M27三个品种甜瓜根际土壤真菌的α多样性；

图4 M1、M2、M27三个品种甜瓜根际土壤细菌的物种组成热图；

图5 M1、M2、M27三个品种甜瓜根际土壤真菌的物种组成热图；

图6A M1、M2、M27三个品种甜瓜根际土壤细菌的NMDS分析图；

图6B M1、M2、M27三个品种甜瓜根际土壤真菌的NMDS分析图

图7A甜瓜果实含糖量和可溶性固形物与环境因子及生物因子的RDA分析图(细菌)；

图7B甜瓜果实含糖量和可溶性固形物与环境因子及生物因子的RDA分析图(真菌)。

具体实施方式

实施例1、提高土壤微生物菌群丰富度与多样性的有机肥的制备

(1)将苦豆子鲜草与羊粪进行堆肥，以一层苦豆子铺一层羊粪的方式堆积，洒水至润湿所有苦豆子-羊粪层，覆高分子膜，使整个发酵体系密封；苦豆子鲜草与羊粪的质量比为1000:300。

(2)经厌氧发酵40天，温度下降，有机肥臭味消失，无硫味与氨味刺激性气味，整体带有苦豆子草的芳香气味，有机肥颜色变浅，呈褐色；苦豆子的叶片部分分解，残留茎秆颜色暗淡，纤维柔软易断，表明有机肥发酵完毕，已充分腐熟，得到苦豆子发酵有机肥。

实施例2、苦豆子发酵有机肥对对根际土壤微生物群落结构的影响

1、在甜瓜植株花期结束时，施用苦豆子发酵有机肥作为追肥

田间验证实验于2019年6-10月，在新疆生产建设兵团农一师10团温室大棚进行。温室土壤为沙壤土，肥力中等，灌溉条件较好。播种育苗时间为6月2日，选用M1、M2、M27三个品种的甜瓜种植。当甜瓜苗长至3～4片真叶时，于7月2日移栽于温室种植。深翻整地，采用大垄双行覆膜栽培。

当甜瓜植株花期结束时，施用苦豆子发酵有机肥作为追肥，分为施用有机肥的处理组(T)和不施肥的对照组(CK)。

2、取小区实验的植株根际土壤，分析土壤理化性质与酶活性，处理组(T)与对照组(CK)根际土壤铵态氮、速效磷、速效钾含量基本一致，差异不显著，如表1所示。处理组(T)与对照组(CK)的脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶、碱性蛋白酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶活性差异不显著，如表2所示。

表1

表2

3、进行微生物群落多样性组成谱分析

取小区实验的植株根际土壤，进行微生物群落多样性组成谱分析，结果表明，根际土壤细菌群落的alpha多样性指数中，M1与M27品种处理组的chao1指数高于对照组(图2)，表明根际细菌群落丰富度在施用有机肥后提升，有利于维持植株健康。同样地，根际土壤真菌群落的alpha多样性指数中，M2和M27品种处理组的chao1指数和shannnon指数高于对照组(图3)，表明根际真菌群落丰富度与多样性在施用有机肥后均得到提升。

对比根际土壤细菌群落的分类学组成(图4)发现，施用苦豆子发酵有机肥后Acinetobacter、Iamia(属于Actinomycete)、Pelomonas(属于Burkholderiaceae)、Lysobacter(属于Proteobacteria)和Streptomyces等细菌在M1、M2和M27品种中丰度有显著的提升。

对比根际土壤真群落的分类学组成(图5)发现，施用苦豆子发酵有机肥后Mortierella、Aspergillus、Cutaneotrichosporon、Ilyonectria、Mycosphaerella、Chaetomium、Trichothecium、Stachybotrys、Fusarium、Vishniacozyma、Penicillium和Podosphaera等真菌在M1、M2和M27品种中丰度有显著的提升。

甜瓜根际土壤的NMDS分析图表明，施用苦豆子发酵有机肥后，根际土壤微生物群落结构发生了改变，使得其中细菌群落(图6A)与真菌群落(图6B)的组成及其功能发生了变化。

实施例3、苦豆子发酵有机肥的果实甜度的影响

对实施例2得到甜瓜进行甜度测试。甜瓜成熟后统一摘取果实，测量果肉的可溶性固形物和糖含量。

测定结果表明，发酵有机肥处理后的甜瓜果实可溶性固形物和糖含量均高于对照组，M1T、M2T和M27T的可溶性固形物平均含量分别为11.8％,10.6％,和11.1％，而对照组M1CK、M2CK和M27CK的可溶性固形物平均含量为8.2％,6.7％和6.7％(图1A)。同样地，M1T、M2T和M27T的果实糖含量为78.4、68.7和73.0mg·g

针对实施例2和实施例3中苦豆子发酵有机肥对土壤和果实的影响，作如下讨论分析：

将甜瓜果实含糖量和可溶性固形物与环境因子及生物因子做了RDA分析(图7)，结果显示：

(1)有效磷含量等理化性质与含糖量呈正相关；

(2)碱性磷酸酶等土壤酶活性与含糖量呈正相关；

(3)Saccharimonadales、Haliangium、Iamia、Pelomonas、Pedomicrobium、Gaiella、Rokubacteriales、Lysobacter和Acinetobacter等细菌与含糖量呈正相关；

(4)Acremonium、Lophotrichus、Aspergillus、Mortierella、Botryotrichum、Pseudeurotium、Acaulium、Ilyonectria、Cutaneotrichosporon和Talaromyces等真菌与含糖量呈正相关。

结合分类学组成与RDA分析结果，发现多种有益于植株生长抗病的菌在施用苦豆子发酵有机肥后丰度有显著提升，且与甜瓜果实含糖量和可溶性固形物增加呈正相关。如Pseudomonas产生铁载体促进植物生长，并产生抗真菌抗生素抑制植物病原真菌的生长；Bacillus合成生长素促进植物生长，形成内生孢子和不同的生物活性化合物；

Burkholderia通过固氮促进植物生长，也有文献指出其具有磷酸盐溶解功能；Streptomyces通过产生铁载体和合成吲哚乙酸(IAA)以及产生葡聚糖酶抑制植物病原真菌的生长来促进植物生长；Acinetobacter通过溶解矿物产生磷酸盐、ACC脱氨酶和IAA促进植物生长，同时也显示出抗真菌活性；Proteobacteria目前已发现有大量对病原菌的拮抗细菌；Lysobacter合成葡聚糖酶抑制真菌生长；Actinomycete是一种主要的抗生素来源微生物种群，除了产生抗生素抑制致病性菌的生长外，还能合成和分泌几丁质酶、蛋白酶和纤维素酶来杀死致病性真菌并为植物提供营养。

Penicillium(青霉菌)常在土壤中富集，具有一般的抑病活性，一些青霉菌已被鉴定为真菌拮抗剂，并被用作堆肥中的生物防治剂；Aspergillus可以产生抗生素，并发挥抑制病原体的作用。在种植后期，常导致枯萎病的病原菌Fusarium在植株间蔓延，根际有益菌的繁殖增强了植株对病原菌的抵抗能力。

综上所述，在施用了苦豆子发酵有机肥后，促进了有益菌种的生长繁殖，使其相对丰度比对照组有了显著提升，同时与甜瓜果实的可溶性固形物含量和总糖含量呈正相关。结合细菌群落(图4)与真菌群落(图5)的分类学组成结果，表明苦豆子发酵有机肥可以通过改变根际土壤微生物群落结构，使得其中细菌群落(图6A)与真菌群落(图6B)的组成及其功能发生了变化，促进了有益菌的生长，使果实的可溶性固形物含量和糖含量提升，实现增甜功效。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。