本发明属于生物肥料技术领域，具体涉及一种用于活化土壤中磷素的制剂及其制备方法、施用方法和应用。
背景技术：
磷素是农作物必需的大量元素之一，其含量丰缺程度对水稻的产量起到重要的调控作用。调查显示，为追求高产，我国自十九世纪70年代开始便向土壤中施入较多的磷肥大量施用磷肥虽然保证了当季稻米高产，但却影响了稻米的品质。研究显示稻田土壤过量施磷会引起垩白米率的增加，降低稻米的品质(龚金龙等，2011)。此外，稻田当季施用的磷肥大部分与ca2+、fe3+、al3+等结合成难溶性磷酸盐滞留在土壤中，仅8％～20％的磷被植物根系吸收利用(epstein，1983；王永壮等，2013)。这不仅造成巨大的资源浪费，而且对环境造成了严重污染。
磷肥施入土壤后快速固化为作物根系无法吸收的化合物是当季农田磷肥利用率低的主要原因(宋克敏，1999)。土壤中已积累了大量的磷资源，这些磷多以无效态固定于土壤中不能被作物吸收利用，造成巨大的资源浪费。因此，农业生产中迫切需要一种能活化稻田土壤中的磷素，减少磷素向无效态磷的固化的制剂。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于活化土壤中磷素的制剂及其制备方法、施用方法和应用，该制剂能够促进土壤溶磷酶的分泌，加快土壤固化磷的溶解，提高土壤速效磷的含量，从而可以有效减少化学磷肥的投入量，为农业生产节本增效。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种用于活化土壤中磷素的制剂，包括以下质量份的组分：无机纳米材料0.5～1份、分枝孢子霉属真菌40～74份和复硝酚钠0.1～0.4份；
所述制剂中，分枝孢子霉属真菌的有效活菌数≥1×108cfu/g。
优选地，所述无机纳米材料包括纳米二氧化硅和/或纳米碳。
优选地，所述无机纳米材料的粒径为15～50nm。
优选地，所述分枝孢子霉属真菌为球孢枝孢菌cladosporiumsphaerospermum，保藏编号为bncc119808。
本发明提供了上述技术方案所述制剂的制备方法，包括：将所述无机纳米材料、分枝孢子霉属真菌和复硝酚钠粉碎、混合。
优选地，所述粉碎后，得到的粉碎物的粒径≤110μm。
本发明还提供了上述技术方案所述制剂的施用方法，将所述制剂与磷肥混合后施入土壤；以p2o5计，所述磷肥与制剂的质量比为1:1～1.5。
优选地，所述施入土壤的深度为10～15cm。
本发明还提供了上述技术方案所述制剂在提高稻田土壤中固化磷可利用率中的应用。
本发明还提供了上述技术方案所述制剂在促进稻田土壤中溶磷酶分泌中的应用。
本发明提供的用于活化土壤中磷素的制剂通过分枝孢子霉属真菌与无机纳米材料的协同促进作用，能有效促进土壤中植酸酶和磷酸酶等溶磷酶的分泌，释放土壤中原有的难溶性磷为速效磷，提高水稻根系表面原生磷的可获得性，同时利用复硝酚钠来活化水稻根系活力，加强水稻根系对土壤可溶性磷素的吸收效率，保障在第一时间最大限度地促磷解磷吸磷。
本发明实施例的结果显示：本发明提供的用于活化土壤中磷素的制剂单独施用，在不施磷情况下可活化磷109.32％～114.13％；在减少投磷20％的情况下，水稻单株生物量增加5.03％～5.25％，增产4.11％、3.89％。在施磷量比常规用量降低25％的大田中水稻仍能增产2.17％～2.85％。
具体实施方式
本发明提供了一种用于活化土壤中磷素的制剂，包括以下质量份的组分：无机纳米材料0.5～1份、分枝孢子霉属真菌40～74份和复硝酚钠0.1～0.4份；所述制剂中，分枝孢子霉属真菌的有效活菌数≥1×108cfu/g。
本发明提供的制剂包括重量份为0.5～1份的无机纳米材料，优选为0.6～0.8份，更优选为0.7份。本发明对所述无机纳米材料的种类没有特殊限定，优选纳米二氧化硅和/或纳米碳，当所述纳米材料优选为纳米二氧化硅和纳米碳时，纳米二氧化硅和纳米碳的质量比为1:1。本发明对所述无机纳米材料的来源没有特殊限定，采用常规的市售产品即可，优选购自于上海阿拉丁科技股份有限公司。在本发明中，所述无机纳米材料可促进水稻根系生长，增强根系活力，提高水稻对水分和养分的吸收量。
本发明提供的制剂包括重量份为0.1～0.4份的复硝酚钠，优选为0.15～0.3份，更优选为0.2份。本发明对所述复硝酚钠的来源没有特殊限定，采用常规的市售产品即可，优选质量浓度为98％的市售产品。在本发明中，所述复硝酚钠是细胞活化剂，能够有效促进作物根系的生长，提高根系活力。
本发明提供的制剂包括重量份为40～74份的分枝孢子霉属真菌，优选为45～70份，更优选为50份。本发明对所述分枝孢子霉属真菌的种类没有特殊限定，优选为球孢枝孢菌，在本发明实施例中，所述球孢枝孢菌cladosporiumsphaerospermum优选购自北京北纳创联生物技术研究院，保藏编号为bncc119808。在本发明中，所述制剂中，分枝孢子霉属真菌的有效活菌数≥1×108cfu/g。在本发明实施例中，所述球孢枝孢菌优选以球孢枝孢菌菌剂的形式添加，所述球孢枝孢菌菌剂的制备方法优选包括：将球孢枝孢菌菌丝接种到发酵培养基中，在25～30℃静置培养5～8d，35～45℃烘干，粉碎，得到菌剂。
本发明对所述发酵培养基的种类没有特殊限定，优选马铃薯葡萄糖琼脂发酵培养基。本发明对所述马铃薯葡萄糖琼脂发酵培养基的配制方法没有特殊限定，采用常规配制方法即可。在本发明实施例中，所述马铃薯葡萄糖琼脂发酵培养基优选为每1000g含马铃薯粉6.0g、葡萄糖20.0g和琼脂10.0g。
在本发明中，所述静置培养的温度优选为25～30℃，更优选为28℃；所述静置培养的时间优选为5～8天，更优选为7d；所述烘干的温度优选为35～45℃，更优选为40℃。
在本发明中，所述得到的菌剂中球孢枝孢菌有效活菌数不低于1×109cfu/g。
在本发明中，所述分枝孢子霉属真菌与无机纳米材料混合培养能够协同促进与磷素活化相关的植酸酶、磷酸酶等土壤胞外酶的分泌，有效地解离土壤中被固化的化合态磷，提高土壤磷素的可利用率。
本发明还提供了上述技术方案所述制剂的制备方法，包括：将所述无机纳米材料、分枝孢子霉属真菌和复硝酚钠粉碎、混合。
本发明对所述粉碎的方法没有特殊限定，采用常规粉碎的方法即可；所述粉碎优选采用粉碎机粉碎。在本发明中，所述粉碎后，得到的粉碎物的粒径优选≤110μm。
本发明对所述混合的方法没有特殊限定，优选将无机纳米材料先与分枝孢子霉属真菌混合后，再与复硝酚钠混合。本发明对上述无机纳米材料与分枝孢子霉属真菌混合的方式没有特殊限定，优选将无机纳米材料与发酵分枝孢子霉属真菌的培养基混合后，接种分枝孢子霉属真菌共培养。
本发明还提供了上述技术方案所述制剂的施用方法，将所述制剂与磷肥混合后施入土壤；以p2o5计，所述磷肥与制剂的质量比为1:1～1.5。
在本发明中，当所述施磷量比常规用量降低10～25％时，将所述制剂与磷肥，以p2o5计，以质量比1:1～1.5，与常规氮肥、钾肥混合施入10～15cm深的土壤中。
本发明还提供了上述技术方案所述制剂在提高稻田土壤中固化磷可利用率中的应用。
本发明还提供了上述技术方案所述制剂在促进稻田土壤中溶磷酶分泌中的应用。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明提供的一种中药组合物及其制备方法的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
纳米二氧化硅0.5g、球孢枝孢菌菌剂70g和复硝酚钠0.4g。其中，纳米二氧化硅的粒径为30nm。
其中，球孢枝孢菌菌剂的制备方法：
称取马铃薯葡萄糖琼脂培养基36.0g，加热溶解于1000ml蒸馏水中，121℃高压灭菌15分钟，倒平板；马铃薯葡萄糖琼脂培养基每1000g含含马铃薯粉6.0g和葡萄糖20.0g和琼脂10.0g；
挑取球孢枝孢菌株c.sphaerospermum菌丝接种到上述已冷却的平板中，在28℃静置培养7天，40℃烘箱内烘干，粉碎，得到菌剂；40℃烘箱内烘干，粉碎。经检测制得的菌粉中球孢枝孢菌有效活菌数为1.9×109cfu/g；所述球孢枝孢菌的保藏编号为bncc119808，购自于北京北纳创联生物技术研究院。
用于活化土壤中磷素的制剂的制备方法：
(1)将马铃薯葡萄糖琼脂培养基36.0g与纳米二氧化硅充分混匀，加入1l80℃的蒸馏水充分搅拌至溶解，调节ph值为5.6±0.2，超声波10分钟；
(2)将步骤(1)的混合物置于灭菌锅中121℃高压灭菌15分钟，冷却；
(3)向步骤(2)的冷却混合物中接种球孢枝孢菌菌剂，在28℃静置培养7天；
(4)将步骤(3)的培养混合物置于40℃烘箱内直至烘干；
(5)将步骤(4)的培养混合物和的复硝酚钠分别粉碎，过150目筛，混合均匀，得到用于活化土壤中磷素的制剂。
经检测用于活化土壤中磷素的制剂中球孢枝孢菌有效活菌数为13.3×108cfu/g；所述马铃薯葡萄糖琼脂培养基每1000g含马铃薯粉6.0g、葡萄糖20.0g和琼脂10.0g。
实施例2
纳米二氧化硅0.7g、球孢枝孢菌51g和复硝酚钠0.25g，其中，纳米二氧化硅的粒径为30nm；依次将上述各组分在粉碎机中粉碎，过150目筛；将过筛的各组分充分混合均匀，得到用于活化土壤中磷素的制剂。
其中，球孢枝孢菌有效活菌数为9.18×108cfu/g。
实施例3
纳米二氧化硅1g、球孢枝孢菌46g和复硝酚钠0.1g，其中，纳米二氧化硅的粒径为30nm；依次将上述各组分在粉碎机中粉碎，过150目筛；将过筛的各组分充分混合均匀，得到用于活化土壤中磷素的制剂。
其中，球孢枝孢菌有效活菌数为8.74×108cfu/g。
对比例1
纳米二氧化硅1g、复硝酚钠0.1g，其中，纳米二氧化硅的粒径为30nm；取球孢枝孢菌46g置于灭菌锅中121℃高压灭菌15分钟。
依次将上述各组分在粉碎机中粉碎，过150目筛；将过筛的各组分充分混合均匀，得到用于活化土壤中磷素的制剂。所述球孢枝孢菌cladosporiumsphaerospermum，保藏编号为bncc119808，购自于北京北纳创联生物技术研究院。其中，球孢枝孢菌有效活菌数为0cfu/g。
对比例2
球孢枝孢菌51g和复硝酚钠0.2g，依次将上述各组分在粉碎机中粉碎，过150目筛；将过筛的各组分充分混合均匀，得到用于活化土壤中磷素的制剂。其中，球孢枝孢菌有效活菌数为9.95×108cfu/g。
实施例5
上述实施例1～3和对比例1～2对土壤速效磷含量和土壤植酸酶、磷酸酶活性的影响效果
采用室内模拟试验，以当地沙壤土为研究对象，供试土壤自然风干，粉碎后过2mm筛。取上述实施例1～3和对比例1、2中的用于活化土壤中磷素的制剂各15g，分别与100g过筛土壤充分混匀后放入锥形瓶中，另外设置1个对照(空白土壤100g)。每组处理做3个重复。
将上述6组土壤中分别加入双蒸水使土壤最终含水量为30％。置于28℃培养箱中培养10天。分别取各组土样，检测土壤中的速效磷含量(采用ny/t1121.7-2014标准测定)和植酸酶、磷酸酶活性(采用周礼恺和张志明，1980的方法测定)。具体结果详见表1。
测定结果表明，用于活化土壤中磷素的制剂处理对速效磷的含量有一定的影响。培养10天后，速效磷含量由10.19mg·kg-1上升到21.82mg·kg-1，增加幅度高达109.32～114.13％；实施例1～2与对比例1～2、空白对照相对比，土壤速效磷含量大小顺序为实施例1～2>对比例1～2>空白对照，处理间达到差异显著；说明单独球孢枝孢菌或者纳米二氧化硅处理对土壤磷素的解磷效果远不如二者共同培养形成的制剂。土壤植酸酶和磷酸酶的活性变化与速效磷含量趋势相同：实施例1～2与空白对照、对比例1～2相对比，处理间均达到显著性差异(p<0.05)，说明实施例1～2方案的用于活化土壤中磷素的制剂能够促进土壤中植酸酶和磷酸酶的分泌，增强其酶活性。
结论：纳米二氧化硅或者球孢枝孢菌单独使用虽然能够提高土壤中溶磷酶的活性，但二者的混合培养剂与复硝酚钠同时施用拥有更优的解磷效果，能够协同促进土壤溶磷酶的分泌，加快土壤固化磷的溶解，提高土壤速效磷的含量。
表1不同处理组中土壤速效磷含量和植酸酶、磷酸酶活性比较
注：同列数据后不同小写字母表示各处理之间在0.05水平上存在显著差异。
实施例6
上述实施例1～3对盆栽水稻生长的影响
分别取上述实施例1～3中用于活化土壤中磷素的制剂，按照制剂3g/盆、n3g/盆、p2o52g/盆、k0.8g/盆混匀，作为底肥施入装有10kg风干沙壤土的种植桶中；对照组按照p2o52.5g/盆，n3g/盆、k0.8g/盆施用底肥。每个处理3个重复。所有种植桶灌水至2cm水层，栽种水稻(淮稻5号)。所有处理温室内培养30天时，施用实施例1～3种植桶土壤中速效磷比对照组提高17.67～17.91％，培养至水稻成熟时分别提高28.43％～28.54％，单株生物量增加5.03％～5.25％，在减少投磷20％的情况下增产3.89％～4.11％。
实施例7
上述实施例1和2在水稻生产中的应用效果
分别取上述实施例1和实施例2中用于活化土壤中磷素的制剂6kg，与磷酸二铵6kg，尿素8.5kg，硫酸钾6kg作为底肥翻耕整地施用于1亩水稻田，对照组水稻田施肥量按照每亩磷酸二铵8kg、尿素8.5kg、硫酸钾6kg。三个处理组每组三个重复。栽培水稻所用品种为淮稻5号，田间水分施加以及病虫害防治措施按照正常田间管理模式统一进行。水稻成熟后分析产量数据显示，实施例1和2平均水稻亩产量分别为690.63公斤、690.8、691.11公斤，显著高于与对照组水稻亩产量675.67公斤。说明在施磷量比常规用量降低25％的情况下，每亩地用量6～18kg用于活化土壤中磷素的制剂与氮磷钾肥料混拌施入土壤中，可以保证水稻产量，甚至增产2.17％～2.85％。
由以上实施例可以看出，本发明提供的用于活化土壤中磷素的制剂单独施用，在不施磷情况下可活化磷109.32％～114.13％；在减少投磷20％的情况下，水稻单株生物量增加5.03％～5.25％，增产4.11％、3.89％。在施磷量比常规用量降低25％的大田中水稻仍能增产2.17％～2.85％。
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。