专利名称：一种利用蛋白酶促进秸秆降解来增强土壤肥力的方法
技术领域：
本发明涉及生物酶应用及土壤肥料技术领域，具体涉及一种利用蛋白酶促进秸杆降解来增强土壤肥力的方法。
背景技术：
我国是农业大国，秸杆资源丰富，我国年产秸杆量约在7亿吨左右，秸杆还田是生态农业和循环农业的重要组成部分。但是近年来，随着农村经济的发展，清洁方便的石化能源取代了传统的农作物秸杆，全国每年约有占总量2/3的秸杆被直接焚烧，加速了土壤退化，造成土壤缺乏有机质的补偿而地力衰竭，土壤生态环境陷入恶性循环。化学肥料对环境的污染越来越严重，造成土壤板结、生物量减少、土壤营养日趋单一化。秸杆问题涉及整个农业生态系统中的土壤培肥、水土保持、养分资源的循环利用等可持续发展问题。合理的开发利用农作物秸杆显得尤为重要。
秸杆直接还田是十分普遍的秸杆利用方式，农作物秸杆含有作物所需的大量营养元素和微量元素。作物秸杆还田作肥料，可以将其吸收的大部分营养元素归还给土壤，对维持土壤养分平衡起着积极作用。从长期上看秸杆直接还田可以维持土壤有机质平衡，提高土壤的养分含量及土壤微生物活性，改善土壤的物理性状，提高作物的产量。但由于秸杆含氮量低，(稻杆C/N比一般大于50:1 ;—般土壤中C:N=10:1或11:1)，秸杆还田后碳氮比显著提高，秸杆还田后几个月，在土壤有机质转化过程中，微生物分解有机质时，会争夺土壤中的氮素，因此秸杆直接大量还田易导致土壤中有效氮被微生物吸取，产生土壤微生物与作物争氮现象，不利于作物生长。土壤有效氮固定一般秸杆降解初期出现，是一种土壤有效性氮暂时受到微生物有机体束缚的现象。但是，稻麦轮作或小麦玉米轮作的间隔时间短，氮素固定严重影响了苗期生长，进而影响后季产量。发明内容
本发明的目的是提供一种增强土壤肥力的方法，采用添加了蛋白酶液的秸杆还田，解决秸杆还田初期所出现氮素含量下降，阻碍作物生长等问题，提高土壤氮素含量，增强土壤肥力，改善作物生长环境，变废为宝，成本低廉。
本发明的目的采用如下技术方案实现。
一种利用蛋白酶促进秸杆降解来增强土壤肥力的方法，包括如下步骤在日平均温度为20-29°C条件下，(1)将秸杆切粉碎为O.1-8 cm的小段，得到粉碎秸杆；(2)将蛋白酶液嗔洒在粉碎稻杆上；(3)将喷洒蛋白酶液后的粉碎秸杆埋入土壤。
所述蛋白酶为ASl. 398中性蛋白酶。
每克粉碎秸杆喷洒的酶液中蛋白酶活力为147-2500 U。
所述秸杆为水稻秸杆 、小麦秸杆和玉米秸杆。
每亩土壤秸杆的使用量为300 - 500 kg。
有益效果1.促进土壤中还田秸杆中氮素的降解，有效氮含量可提高45%以上。有效缓解了由于秸杆分解与作物争夺氮素而引起的氮饥饿现象。
2.对比试验发现，提高了土壤中其他养分的含量，秸杆还田添加外源蛋白酶比秸杆直接还田的土壤有效磷含量可提高20%，增强了土壤肥力。
3.对比试验发现，秸杆添加蛋白酶还田比秸杆直接还田能够促进后季作物生长，提高作物产量。
4.解决了秸杆资源的利用问题，秸杆是世界上产量最大的固体废弃物。秸杆还田是生态农业和循环农业的重要组成部分。本发明为秸杆资源的合理利用提供了新的途径。
5.减少化肥污染，改善土壤生态环境。促进农业的可持续发展。
6.本发明方法简单，成本低。秸杆是固体废弃物，蛋白酶的用量很少，活力在 50000U/g的蛋白酶制剂价格在15元/kg左右，按秸杆半量还田计每亩地需要投入约 20-400元即可。与使用化肥的成本相当，却不会造成环境危害。
具体实施方式
为了说明采用本发明增强土壤肥力的方法来处理土壤的有益效果，各实施例中设置对照处理法。采用本发明增强土壤肥力的方法简称为施酶处理法。采用施酶处理法处理后的土壤简称为施酶处理土壤。采用对照处理法处理后的土壤，称为对照处理土壤。
日平均温度为一天2时、8时、14时、20时的平均气温。
实例I选用ASl. 398中性蛋白酶(Bacillus subtilis neutral protease),其蛋白酶活力为 58，820 U/g，最适反应pH值是6. 5-7. 5，最适反应温度是35-45 C，购自北京房山酶制剂总厂。
土样来自上海市闵行区吴泾镇稻田土壤，水稻秸杆与土壤取自相同地块。在日平均温度为25-29°C条件下，分别对该土样采用施酶处理法和对照处理法进行处理。
施酶处理法(I)将水稻稻杆粉碎成长度为Imm长的小段，得到粉碎稻杆；稻杆使用量为333kg/亩。
(2)将ASl. 398中性蛋白酶配制成浓度为5882U/g的蛋白酶液，并喷洒粉碎秸杆。 将粉碎秸杆和酶液混合均匀。每克粉碎秸杆喷洒的酶液中蛋白酶活力为588U。
(3)将喷洒过酶液的粉碎秸杆埋入土壤(20cm的耕层深度内)，将粉碎秸杆与土壤充分混合。
对照处理法与施 酶处理法不同之处在于粉碎秸杆不添加酶液，直接翻埋入土壤。
分别向施酶处理土壤和对照处理土壤，移栽培育15天的水稻幼苗(秀水110)，保持水深5-6 cm,水稻生长45天后检测地上部分生物量、地下部分生物量以及土壤有效氮、磷含量。
检测结果和对照处理土壤相比，施酶处理土壤有效氮含量提高了 22. 10%，促进了后季作物的生长。施酶处理土壤上水稻幼苗的各项生长指标与对照处理土壤上水稻幼苗的各项生长指标相比，都有不同程度的提高植株地上和地下部分生物量分别增加了58. 45%和48. 05% ;株高和根长分别增加了 6. 81%和6. 67% ;叶绿素a和叶绿素b含量提高了 50. 27%和48. 98% ;水稻幼苗植株(移栽后生长45天)全氮含量提高了 22. 76%。说明了 施酶处理法利用秸杆废弃物添加蛋白酶后还田，能提高土壤肥力，促进土壤良性循环的新途径。
实例2选用 ASl. 398 中性蛋白酶(Bacillus subtilis neutral protease),蛋白酶活力为 58，820 U/g，购自北京房山酶制剂总厂。
土样来自上海市闵行区吴泾镇稻田土壤，小麦秸杆与土壤取自相同地块。在日平均温度为25-29 °C条件下，分别对该土样采用施酶处理法和对照处理法进行处理。
施酶处理法(I)将小麦稻杆粉碎成长度为Imm长的小段，得到粉碎稻杆；稻杆使用量为333kg/亩。
(2)将ASl. 398中性蛋白酶配制成浓度为5882U/g的蛋白酶液，并喷洒粉碎秸杆。 将粉碎秸杆和酶液混合均匀。每克粉碎秸杆喷洒的酶液中蛋白酶活力为588U。
(3)将喷洒过酶液的粉碎秸杆埋入土壤(20cm的耕层深度内)，将粉碎秸杆与土壤充分混合。
对照处理法与施酶处理法不同之处在于粉碎秸杆不添加酶液，直接翻埋入土壤。
分别向施酶处理土壤和对照处理土壤，移栽培育15天的水稻幼苗(秀水110)，保持水深5-6 cm，水稻生长45天后检测地上部分生物量、地下部分生物量以及土壤有效氮含量。
检测结果施酶处理土壤与对照处理土壤相比，有效氮含量提高了 20. 84%，促进了后季作物的生长。施酶处理土壤上水稻幼苗的各项生长指标与对照处理土壤上相同指标相比，都有不同程度的提高植株地上和地下部分生物量分别增加了 57. 32%和44. 27% ； 株高和根长分别增加了 6. 77%和5. 06% ;叶绿素a和叶绿素b含量分别提高了 43. 48%和 48. 89%;水稻幼苗植株(移栽后生 长45天)全氮含量提高了 21. 67%。说明了 施酶处理法利用秸杆废弃物添加蛋白酶后还田，能提高土壤肥力，促进土壤良性循环的新途径。
实例3选用的蛋白酶为ASl. 398中性蛋白酶(Bacillus subtilis neutral protease),活力为50000 U/g，购自北京房山酶制剂总厂。
土样来自山东省泰安市山东农业大学试验场地，玉米秸杆与土壤取自相同地块。 在日平均温度为20-25 °C条件下(在温室内)，分别对该土样采用施酶处理法和对照处理法进行处理。
施酶处理法如下(I)将玉米秸杆切割成长度为2cm长的小段，得到粉碎秸杆；秸杆使用比例为500kg/亩。
(2)将ASl. 398中性蛋白酶配制成浓度为5000U/g的蛋白酶液，并喷洒粉碎秸杆。 将粉碎秸杆与酶液混合均匀。每克粉碎秸杆喷洒的酶液中蛋白酶活为2500U。
(3)将喷洒过酶液的粉碎秸杆埋入土壤(20cm的耕层深度内)，将粉碎秸杆与土壤充分混合。
对照处理法与施酶处理法不同之处在于粉碎秸杆不添加酶液，直接翻埋入土壤。
分别在施酶处理土壤和对照处理土壤中播种小麦(山农优麦3号)。播种180 d后， 检测各土壤上小麦的叶绿素含量、根系活力、株高、茎叶生物量，并都留部分小麦继续栽培， 收获测定小麦产量。
检测结果为播种180天后，施酶处理土壤上小麦的叶绿素含量、根系活力、株高、 茎叶生物量比对照土壤上相同指标分别提高40. 18%,57. 58%、13. 98%和45. 02% ;施酶处理土壤上小麦产量比对照土壤高30. 54%。
实例4选用枯草杆菌产ASl. 398中性蛋白酶粉剂(Bacillus subtilis neutral protease), 活力为50000 U/g，购自北京房山酶制剂总厂。
土样来自山东省泰安市山东农业大学试验场地，小麦秸杆与土壤取自相同地块。 在日平均温度在22-25°C条件下，分别对该土样采用施酶处理法和对照处理法进行处理。
施酶处理法如下(O将小麦秸杆切割成长度为8cm长的小段，得到粉碎秸杆；秸杆使用比例为500kg/亩。
(2)将ASl. 398中性蛋白酶配制成浓度为5000U/g的蛋白酶液，并喷洒粉碎秸杆。 将粉碎秸杆与酶液混合均匀。每克粉碎秸杆喷洒的酶液中蛋白酶活为250U。
(3)将喷洒过酶液的粉碎秸杆埋入土壤(20cm的耕层深度内)，将粉碎秸杆与土壤充分混合。
对照处理法与施酶处理法不同之处在于粉碎秸杆不添加酶液，直接翻埋入土壤。
分别在施酶处理土壤和对照处理土壤中播种玉米(农大108)。播种45 d后，检测各土壤上玉米幼苗生长各项指标。
检测结果为施酶处理土壤上玉米幼苗的茎叶生物量和根系生物量分别比对照处理土壤上相同指标提高了 53. 91%, 58. 50% ；株高增加了 18. 01%,叶面积提高了 20. 82%，叶绿素含量提高了 34. 96% ;主根长、根条数和根系活力分别增加了 6. 53%，25. 81%，19. 49%。
实例5选用 ASl. 398 中性蛋白酶(Bacillus subtilis neutral protease),蛋白酶活力为 58，820 U/g，最适反应pH值是6. 5-7. 5，最适反应温度是35-45 C，购自北京房山酶制剂总厂。
土样来自上海市闵行区吴泾镇稻田壤土，水稻秸杆与土壤取自相同地块。在日平均温度为25-29 °C条件下，分别对该土样采用施酶处理法和对照处理法进行处理。
本发明增强土壤肥力方法(O将水稻秸杆粉碎成长度为Imm长的小段，得到粉碎秸杆；秸杆使用比例为333kg/亩。
(2)将ASl. 398中性蛋白酶配制成浓度为5882U/g的蛋白酶液，并喷洒粉碎秸杆。 将粉碎秸杆与酶液混合均匀。每克粉碎秸杆喷洒的酶液中蛋白酶活力为147U。
(3)将喷洒过酶液的粉碎秸杆埋入土壤(20cm的耕层深度内)，将粉碎秸杆与土壤充分混合。
对照处理法与施酶处理法不同之处在于粉碎秸杆不添加酶液，直接翻埋入土壤。
分别向施酶处理土壤和对照处理土壤，移栽培育15天的水稻幼苗(秀水110)，保持水深5-6 cm，水稻生长45天后检测地上部分生物量、地下部分生物量以及土壤有效氮、磷含量。
检测结果施酶处理土壤和对照处理土壤相比，有效氮含量提高了 14. 57%，促进了后季作物的生长。施酶处理土壤上水稻幼苗的各项生长指标与对照处理土壤上相同指标相比都有不同程度的提高植株地上和地下部分生物量分别增加了 34. 77%和28. 32% ;株高和根长分别增加了 4. 45%和4. 24% ;叶绿素a和叶绿素b含量提高了 34. 05%和28. 57% ;水稻幼苗植株全氮含量提高了 19.88%。说明了 施酶处理法利用秸杆废弃物添加蛋白酶后还田，能提高土壤肥力，促进土壤良性循环的新途径 。
权利要求
1.一种利用蛋白酶促进秸杆降解来增强土壤肥力的方法，其特征在于包括如下步骤 在日平均温度为20-29°C条件下，(1)将秸杆切粉碎为O.1-8 cm的小段，得到粉碎秸杆；(2)将蛋白酶液嗔洒在粉碎稻杆上；(3)将喷洒蛋白酶液后的粉碎秸杆埋入土壤。
2.根据权利要求1所述增强土壤肥力的方法，其特征在于所述蛋白酶为ASl.398中性蛋白酶。
3.根据权利要求2所述增强土壤肥力的方法，其特征在于每克粉碎秸杆喷洒的酶液中蛋白酶活力为147-2500 U。
4.根据权利要求3所述增强土壤肥力的方法，其特征在于所述秸杆为水稻秸杆、小麦稻杆和玉米稻杆。
5.根据权利要求4所述增强土壤肥力的方法，其特征在于每亩土壤秸杆的使用量为 300 — `500 kg ο
全文摘要
本发明提供一种利用蛋白酶促进秸秆降解来增强土壤肥力的方法，涉及生物酶应用及土壤肥料技术领域。所述方法，包括如下步骤在日平均温度为20-29℃条件下，(1)将秸秆切粉碎为0.1-8cm的小段，得到粉碎秸秆；(2)将蛋白酶液喷洒在粉碎秸秆上；(3)将喷洒蛋白酶液后的粉碎秸秆埋入土壤。本发明增强土壤肥力的方法，采用添加了蛋白酶液的秸秆还田，解决秸秆还田初期所出现氮素含量下降，阻碍作物生长等问题，提高土壤氮素含量，增强土壤肥力，改善作物生长环境，变废为宝，成本低廉。
文档编号C05F11/00GK103058720SQ20131004303
公开日2013年4月24日 申请日期2013年2月4日 优先权日2013年2月4日
发明者韩玮, 何明, 聂俊华 申请人:南京信息工程大学