一种土壤磷素活化剂及其制备方法和应用与流程

本发明涉及磷素活化技术领域，特别涉及一种土壤磷素活化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

磷作为当今世界粮食增产的主要限制性营养因素之一，一直面临着这样一种尴尬局面。即一方面是磷富矿资源的逐渐枯竭，据统计，我国磷矿资源中p2o5平均含量在17％～25％的中、低品位磷矿占了总资源的80％以上，p2o5含量大于30％的富矿仅占总量的8％左右，土壤有效磷严重不足。另一方面是土壤对化学磷肥的大量吸附和固定，造成磷肥当季利用率普遍很低。我国磷肥利用率一般在10％～25％之间，国外大体也在此范围内。由于土壤磷固定现象的存在，致使全球农业土壤中积累的磷理论估计足够维持作物生长100年，但可利用的磷很少。据统计，我国有74％的土壤耕层全磷含量很高(0.4～2.5g/kg)，但土壤中95％以上的磷为无效磷。在我国1.07亿hm²农田中，有效磷<10mg·kg^-1的耕地大约50％，其中有效磷在3～5mg/kg间的耕地面积占了30％，农田土壤处高度缺磷状态，形成了土壤有效磷缺乏而潜在磷源丰富的现状。如何利用解磷微生物开发和利用被土壤固定的磷素，提高化学磷肥利用率，从而实现化学磷肥的减施效是我国农业生产中急需解决的问题，也是国内外土壤肥料及植物营养学界研究的热点之一。

目前，应用解磷微生物是促进土壤吸收利用的可溶性磷的有效途径，包括解磷细菌、解磷真菌和解磷放线菌。解磷微生物的作用一方面表现为微生物对有效磷的固持，据估算，一块未施肥的耕地土壤中，通过微生物同化的磷量为4.6kg/公顷/年，而由作物籽实及茎杆携走的磷量则为5kg/公顷/年。另一方面是微生物对难溶磷的活化，包括对有机磷难溶磷的矿化和无机难溶磷的溶解。而且不同种类的解磷微生物菌株的解磷能力差异很大，同一株功能菌对不同磷源的分解能力也不同。paul等从豆科植物根际分离出来的几株芽孢杆菌属溶解ca3(po4)2的效果高达19％。mudryk报道在美国南部的波罗的海的海岸沙滩上，细菌分解磷酸盐的顺序为：磷酸氢钙>磷酸铁盐>磷酸镁盐>磷酸钙盐>磷酸铝盐，并且碱性磷酸盐较酸性磷酸盐易被分解。张爱华等通过紫外诱变获得突变株ps28p，摇瓶培养2d后，培养液中可溶性磷达257.24mg/l，较出发菌株提高281.95％。突变株经过多次传代试验，解磷能力稳定在(255.05±3.24)mg/l，并且具有较稳定的遗传性能。曾广勤、张爱民等室内研究结果说明，解磷细菌hm0332和hm48-3菌株以磷矿粉为磷源，在纯培养条件下产生有机酸分解转化磷矿粉，有效磷转化率(即解磷强度)分别为8.28％和7.26％。可见解磷微生物的对难溶磷作用依赖于微生物的自身性质，由于微生物的活性受到自然环境的影响很大，因此应用解磷微生物对土壤中的难溶磷进行转化存在效率低下，不稳定的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种土壤磷素活化剂及其制备方法和应用，以提高土壤难溶性磷的吸收效率，提高化学磷肥的利用率。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种土壤磷素活化剂，包括15～25重量份解磷微生物，70～80重量份载体和2～8重量份保护剂，所述保护剂为骨粉、明胶、柠檬酸和氨基酸中的一种或几种的混合物。

优选的，所述载体为草碳、麸皮和饼粉按照重量比为4～7:1～3:1～2混合而成的混合物。

优选的，所述载体为草碳、秸秆粉和饼粉按照重量比为4～7:1～3:1～2混合而成的混合物。

优选的，所述解磷微生物为解磷巨大芽孢杆菌。

优选的，所述氨基酸为聚谷氨酸。

本发明还提供上述土壤磷素活化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将解磷微生物进行活化，扩大培养得到溶磷菌发酵液；

(2)将所述溶磷菌发酵液吸附于所述载体中，与所述保护剂混合得到土壤磷素活化剂。

优选的，所述解磷微生物活化的步骤为：将解磷微生物接种于灭菌的lb培养基中，25～28℃、160～180r/min培养3～5d，得到解磷微生物活化液。

优选的，所述扩大培养的步骤为：将所述解磷微生物活化液接入无机磷发酵培养液中，在25～28℃、160～180r/min条件下培养3～5d后即为溶磷菌发酵液。

本发明还包括上述土壤磷素活化剂的应用，所述土壤磷素活化剂田间施用比例为80～120kg/亩，与底肥配合施用。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

本发明的土壤磷素活化剂能够活化土壤难溶性磷，改善土壤磷素状况。本发明的土壤磷素活化剂可使土壤难溶性磷的吸收效率达到10.94％～13.03％，同时可以提高化学磷肥利用率达到21.75％～37.98％，较常规种植(磷肥的平均利用率20％)提高1.75～17.98个百分点。本发明的土壤磷素活化剂在活化土壤难溶性磷的同时，还可以促进植物氮、磷、钾养分的协同吸收，进而实现肥料减施增效。本发明的土壤磷素活剂的施入可使化学磷肥用量减少1/2，而产量增加8.2％～11.7％。实现磷肥的减量施用，对节约能源、保护环境具有良好的生态效应。

田间示范应用本发明的土壤磷素活化剂明显增加了玉米产量和经济效益，与上一年度相比，2013年和2014年亩产分别增加76.17公斤和95.23公斤，增产率分别为11.60％和12.98％，平均每亩增产85.7公斤。亩增加收入分别为230.29元和314.48元，平均每亩增加收入272.38元，经济效益十分可观。

附图说明

图1为本发明实施例1～4不同配方对玉米拔节期、灌浆期、收获期土壤中溶磷菌的影响结果图；

图2为本发明实施例5～8不同配方对玉米拔节期、灌浆期、收获期土壤中溶磷菌的影响结果图；

图3为本发明实施例1～8不同配方的土壤磷素活化剂对土壤速效磷含量的影响结果图；

图4为本发明实施例1～8不同配方的土壤磷素活化剂对植株养分含量的影响结果图。

具体实施方式

本发明提供了一种土壤磷素活化剂，包括15～25重量份解磷微生物，70～80重量份载体和2～8重量份保护剂，所述保护剂为骨粉、明胶、柠檬酸和氨基酸中的一种或几种的混合物。

本发明中，解磷微生物为土壤中能将难溶性磷转化为植物能够吸收利用的可溶性磷的一类特殊的微生物功能类群，包括解磷细菌、解磷真菌和解磷放线菌。本发明解磷微生物的添加量为15～25重量份，优选为17～22重量份。本发明对解磷微生物的具体种类没有特殊限定，选择现有技术中公开的具有解磷作用的微生物都能应用于本发明的土壤磷素活化剂中。本发明具体实施例中优选使用解磷巨大芽孢杆菌。本发明对解磷微生物的来源没有特殊限定，采用市售商品或自行分离培养得到的解磷微生物。本发明具体实施例中的解磷微生物采用发酵培养的解磷微生物发酵液。具体步骤为：取斜面(或离心管)保存的固体(液体)解磷巨大芽孢杆菌(bacillusmegaterium)，接于灭菌的lb培养基中，28℃、180r/min培养3d，然后接入无机磷发酵培养液中培养3d后即为溶磷菌发酵液。本发明对解磷微生物的浓度没有限定，采用常规方法能够发酵得到的解磷微生物浓度都在本发明的保护范围之内。本发明的解磷微生物在土壤磷素活化剂中的作物主要是能通过产生葡萄糖酸活化土壤难溶性磷，提高化学磷肥利用率，同时促进氮、钾养分的协同吸收，提高氮、钾养分的利用率，促进肥料的减施增效。

载体在本发明的作用主要是吸附、固持解磷微生物发酵液，同时为解磷微生物提供氮源、碳源等营养物质。本发明的载体添加量为70～80重量份，优选为73～78重量份。

作为优选的，本发明的所述载体为草碳、麸皮和饼粉按照重量比为4～7:1～3:1～2混合而成的混合物，更优选草碳、麸皮和饼粉的重量比为5～6:2：1。本发明对草碳、麸皮和饼粉的来源没有特殊限定，采用本领域的市售产品即可。

作为优选的，本发明的所述载体为草碳、秸秆粉和饼粉按照重量比为4～7:1～3:1～2混合而成的混合物，更优选草碳、秸秆粉和饼粉的重量比为5～6:2：1。本发明对草碳、秸秆粉和饼粉的来源没有特殊限定，采用本领域的市售产品即可。

本发明中，保护剂的添加量为2～8重量份，优选为4～6重量份。本发明的保护剂为骨粉、明胶、柠檬酸和氨基酸中的一种或几种的混合物。在本发明的具体实施例中，选用其中的两种作为本发明土壤磷素活化剂的保护剂，但并非是对本发明的限定。本发明对骨粉、明胶、柠檬酸和氨基酸之间的混合比例没有特殊的限定，按照重量比计，优选为等比例混合。

本发明对骨粉、明胶、柠檬酸和氨基酸的来源没有特殊限定，采用本领域中的市售产品即可。在本发明中，氨基酸优选为聚谷氨酸。

本发明还提供了上述土壤磷素活化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将解磷微生物进行活化，扩大培养得到溶磷菌发酵液；

(2)将所述溶磷菌发酵液吸附于所述载体中，与所述保护剂混合得到土壤磷素活化剂。

本发明的解磷微生物优选采用斜面保存的固体或液体解磷微生物，解磷微生物的种类优选为解磷巨大芽孢杆菌。将保存的解磷微生物在lb培养基中进行活化培养，活化培养的条件为：26～28℃，160～180r/min。培养3～5天后，将得到的解磷微生物活化液在无机磷发酵培养液中进行发酵培养。本发明对无机磷发酵培养液的种类没有特殊限定，采用本领域中的常规无机磷发酵培养液对解磷微生物发酵即可。优选无机磷发酵培养液配方为：葡萄糖10g，(nh4)2so40.5g，nac10.3g，kcl0.3g，mgso4·7h2o0.3g，feso4·7h2o0.002g，mnso4·h2o0.002g，ca3(po4)25g。发酵培养的条件为26～28℃160～180r/min，发酵3～5天后得到溶磷菌发酵液。

将所述溶磷菌发酵液吸附于载体中，与保护剂混合得到土壤磷素活化剂。所述载体为草碳、麸皮和饼粉的混合物，或者为草碳、秸秆粉和饼粉的混合物。见溶磷菌发酵液以10～30％的比例吸附于不同配方的载体中，同时添加保护剂混合后得到土壤磷素活化剂。

本发明还提供了上述土壤磷素活化剂的应用。本发明的土壤磷素活化剂田间施用比例为80～120kg/亩，优选为90～110kg/亩，与底肥配合施用。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

一种土壤磷素活化剂(记为f1，其中f代表载体，1代表保护剂)，以重量百分数计，包括20％解磷微生物，75％载体和5％保护剂。所述解磷微生物为解磷巨大芽孢杆菌。所述载体按重量百分含量计，为60％草碳，30％麸皮和10％饼粉。所述保护剂为按重量比为1:1混合的骨粉和明胶。

其制备方法包括以下步骤：

取斜面保存的固体解磷巨大芽孢杆菌(bacillusmegaterium)，接于50ml灭菌的lb培养基中，28℃、180r/min培养3d，然后接入无机磷发酵培养液中培养3d后即为溶磷菌发酵液。将溶磷菌发酵液吸附于载体上，同时添加保护剂，混合后制成土壤磷素活化剂。

实施例2

一种土壤磷素活化剂(记为f2，其中f代表载体，2代表保护剂)，以重量百分数计，包括20％解磷微生物，75％载体和5％保护剂。所述解磷微生物为解磷巨大芽孢杆菌。所述载体按重量百分含量计，为60％草碳，30％麸皮和10％饼粉。所述保护剂为按重量比为1:1混合的柠檬酸和明胶。

采用实施例1的方法制备土壤磷素活化剂。

实施例3

一种土壤磷素活化剂(记为f3，其中f代表载体，3代表保护剂)，以重量百分数计，包括16％解磷微生物，80％载体和4％保护剂。所述解磷微生物为解磷巨大芽孢杆菌。所述载体按重量百分含量计，为60％草碳，30％麸皮和10％饼粉。所述保护剂为按重量比为1:1混合的骨粉和聚谷氨酸。

采用实施例1的方法制备土壤磷素活化剂。

实施例4

一种土壤磷素活化剂(记为f4，其中f代表载体，4代表保护剂)，以重量百分数计，包括18％解磷微生物，74％载体和8％保护剂。所述解磷微生物为解磷巨大芽孢杆菌。所述载体按重量百分含量计，为60％草碳，30％麸皮和10％饼粉。所述保护剂为按重量比为1:1混合的柠檬酸和氨基酸。

采用实施例1的方法制备土壤磷素活化剂。

实施例5

一种土壤磷素活化剂(记为y1，其中y代表载体，1代表保护剂)，以重量百分数计，包括20％解磷微生物，75％载体和5％保护剂。所述解磷微生物为解磷巨大芽孢杆菌。所述载体按重量百分含量计，为60％草碳，30％秸秆粉和10％饼粉。所述保护剂为按重量比为1:1混合的骨粉和明胶。

采用实施例1的方法制备土壤磷素活化剂。

实施例6

一种土壤磷素活化剂(记为y2，其中y代表载体，2代表保护剂)，以重量百分数计，包括20％解磷微生物，75％载体和5％保护剂。所述解磷微生物为解磷巨大芽孢杆菌。所述载体按重量百分含量计，为60％草碳，30％秸秆粉和10％饼粉。所述保护剂为按重量比为1:1混合的柠檬酸和明胶。

采用实施例1的方法制备土壤磷素活化剂。

实施例7

一种土壤磷素活化剂(记为y3，其中y代表载体，3代表保护剂)，以重量百分数计，包括20％解磷微生物，76％载体和4％保护剂。所述解磷微生物为解磷巨大芽孢杆菌。所述载体按重量百分含量计，为60％草碳，30％秸秆粉和10％饼粉。所述保护剂为按重量比为1:1混合的骨粉和聚谷氨酸。

采用实施例1的方法制备土壤磷素活化剂。

实施例8

一种土壤磷素活化剂(记为y4，其中y代表载体，4代表保护剂)，以重量百分数计，包括22％解磷微生物，73％载体和5％保护剂。所述解磷微生物为解磷巨大芽孢杆菌。所述载体按重量百分含量计，为60％草碳，30％秸秆粉和10％饼粉。所述保护剂为按重量比为1:1混合的柠檬酸和氨基酸。

采用实施例1的方法制备土壤磷素活化剂。

实施例9

本发明土壤磷素活化剂对土壤中溶磷菌数量的影响

将本发明的土壤磷素活化剂应用于播种玉米的土壤中。土壤磷素活化剂田间施用比例为100kg/亩，与底肥配合施用。

对玉米播种前、拔节期、灌浆期和收获后的盆栽土壤进行了溶磷菌数量检测(图1、图2)，结果表明不同配方处理溶磷菌数有差异。以实施例1～4中载体的配方在玉米拔节期和灌浆期溶磷菌数量较高，收获期也有一定的含量。在拔节期不同配方之间溶磷菌数依次为f4>f1>f3>f>f2，灌浆期f2>f3>f1>f>f4。以实施例5～8中载体的不同配方只在拔节期检测到溶磷菌含量，灌浆期和收获后溶磷菌数量急剧减少，而单施化肥的处理还有一定的含量。

在拔节期两种吸附载体都检测到了一定数量的溶磷菌，但收获期溶磷菌数量下降幅度均比较大，是否说明溶磷菌在玉米生长过程中因溶磷作用发生了自融现象而释放了微生物磷，有待于结合土壤与植株的磷素状况进行分析。

实施例10

土壤磷素活化剂对土壤速效磷含量的影响

将本发明的土壤磷素活化剂应用于播种玉米的土壤中。土壤磷素活化剂田间施用比例为100kg/亩，与底肥配合施用。

本发明不同材料配方的土壤磷素活化剂对土壤速效磷含量的影响见图3，结果表明不同配方都明显提高了土壤有效磷含量，说明溶磷菌在筛选的配方中能够存活并将土壤中难溶态磷活化为能被植物直接吸收利用的速效态磷。与播种前相比较，拔节期实施例7处理的土壤中速效磷含量增加了58.72％，实施例6和实施例3处理的土壤中速效磷含量也分别增加了43.69％和36.01％，空白对照在拔节期速效磷含量与播种前相比下降了16.57％。收获后土壤中速效磷含量都明显下降，说明溶磷微生物不仅将土壤中的难溶态磷活化，而且促进了植株对土壤中磷的吸收。

实施例11

不同配方土壤磷素活化剂对植株磷、钾和氮含量的影响

将本发明的土壤磷素活化剂应用于播种玉米的土壤中。土壤磷素活化剂田间施用比例为100kg/亩，与底肥配合施用。

由图4可知，实施例6和实施例7处理的玉米植株氮、磷和钾含量都居于前两位，都明显高于空白对照。实施例6和实施例7处理与ck处理相比，氮、磷和钾含量增加幅度分别是75.09％和62.65％、35.08％和32.89％、40.21％和46.47％。植株吸收养分情况与土壤有效磷含量表现出较好的一致性，说明在本试验条件下，不同保护剂材料配方的土壤磷素活化剂对改善土壤磷素状况、促进植物养分吸收表现出了积极的促进作用，而且植株的磷素养分与氮、钾也表现出协同吸收效应。

实施例12

土壤磷素活化剂对活化土壤难溶性磷、提高化肥利用率的作用

田间试验设置5个处理3次重复，6行区，小区面积30m²，具体设置为①实施例1+nk(全量的氮肥和钾肥)+2/3p(2/3含量的磷肥)；②实施例2+nk+2/3p；③实施例3+nk+2/3p；④实施例4+nk(测定菌液对土壤难溶性磷的作用)；⑤nk(ck)(测定土壤供磷能力)。肥料施用量按n240kg/ha、p2o5120kg/ha、k2o120kg/ha，选用单质肥料为尿素(n46％)、磷酸二铵(n18％，p2o546％)和氯化钾(k2o60％)。

由于土壤磷素活化剂的施入可使磷肥利用率达到21.75％～37.98％，较目前生产上磷肥的平均利用率(20％)提高了1.75～17.98百分点，同时溶磷生物肥料可使对土壤难溶性磷的吸收效率达到10.94％(表1)。

表1土壤磷素活化剂对活化土壤难溶磷及提高化肥利用率的作用

实施例13

土壤磷素活化剂对玉米产量的作用

盆栽试验设置9个处理8次重复。具体设置为①实施例1；②实施例2；③实施例3；④实施例4；⑤实施例5；⑥实施例6；⑦实施例7；⑧实施例8；⑨ck。肥料施用量按n200kg/ha、p2o590kg/ha、k2o90kg/ha，选用单质肥料为尿素(n46％)、磷酸二铵(n18％，p2o546％)和氯化钾(k2o60％)。

(1)对提高玉米产量的作用

与单施化肥相比，由于土壤磷素活化剂的施入可使玉米产量提高幅度达到9.55％～25.33％，对玉米产量影响的次序为f3＞y3＞y4＞f2＞y2＞f1＞f4＞y1。对玉米出籽粒率的影响与产量表现大致相同的趋势，次序为y4＞f3＞f2＞y3＞f1＞f4＞y1＞y2，出籽率最高增加2.17个百分点(表2)。

表2土壤磷素活化剂对玉米产量及出籽率的影响

(2)土壤磷素活化剂在玉米上应用效果示范

将溶磷菌发酵液分别吸附于不同配方的载体上，制成不同类别的土壤磷素活化剂，结合常规用量的氮钾肥(n225kg/ha、p2o590kg/ha、k2o100kg/ha)和减量一半的磷肥进行田间示范应用，明确土壤磷素活化剂对玉米产量的促进作用。

田间示范结果表明，对照处理(n+p+k)平均田产671公斤；实施例1+n+k+1/2p平均田产671.1公斤，与对照持平；实施例6+n+k+1/2p平均田产726公斤，比对照增产8.2％；实施例7+n+k+1/2p，平均田产729.7公斤，比对照增产8.7％；实施例8+n+k+1/2p，平均田产749.4公斤，比对照增产11.7％。说明土壤磷素活剂的施入可使化学磷肥用量减少1/2，而产量增加8.2％～11.7％。实现磷肥的减量施用，对节约能源、保护环境具有良好的生态效应。

表3土壤磷素活化剂对玉米产量及产量构成的影响

结论：

(1)不同载体与保护剂材料之间有一定的选择性，如保护剂配方3为骨粉和氨基酸，无论以f或者y为载体生物学性状及产量结果均为最好，可以指导在生产中以骨粉和氨基酸为保护剂，以f或者y为载体进行进行土壤磷素活化剂的研制。

(2)通过对不同时期对土壤中溶磷菌数、土壤中速效磷含量以及植株氮磷钾的累积量分析，说明不同载体与不同配方组合可以活化土壤难溶性磷，改善土壤磷素状况，同时可以促进植物氮、磷、钾养分的协同吸收。

(3)本发明土壤磷素活化剂可使化学磷肥用量减少1/3～1/2，使土壤难溶性磷的活化率达到10.94％，同时磷肥利用率达到30.21％，较生产上磷肥平均利用率提高10.21个百分点。田间示范应用可使玉米产量提高8.2％～11.7％。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。