生物造氮法的製作方法

2023-06-09 04:49:46

專利名稱：生物造氮法的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種應用綜合配套措施系統協調作用，培育土壤固氮微生物，提高固 氮微生物固氮能力，提供並滿足作物生長所需高效氮素的技術。其特點是簡單方便，容易掌 握，利於操作。技術的應用能使農作物持續增產，收穫的農產品安全優質。
背景技術：
化學造氮要大量消耗能源，加重大氣汙染和溫室效應，大量使用化肥，不僅增加農 業生產成本，而且導致水土汙染，影響人類身體健康和破壞生態環境。適量恰當地使用化學 肥料，可使糧食增產。但長期大量地單一片面依賴和使用化學肥料，已使土壤質地、理化性 狀、結構日趨不良，土壤微生物不斷減少，農產品品質及安全難以保證，農作物抗逆性越來 越差，其缺點日益凸顯，增產作用日漸微弱。「最近10年，我國化肥總用量增加了 90.7%， 而糧食總產量僅增加了 9. 1%，氮素化肥的損失率高達45%，這意味著年損失1000億元以 上。」科學研究表明，空氣中約有78%的氮氣，每畝地的上空約有5300噸氮，這是一個取之 不盡用之不竭的巨大氮源。但一般高等植物不能利用，需將它固定轉化為簡單化合物才能 吸收。現在固定空氣中氮素的方法主要有兩種一是工業固氮，包括還原法制合成氨和氧 化法制硝酸，都要耗費很大的能量才能化合；二是生物固氮，利用各種固氮生物在常溫常壓 下以碳水化合物為能源，通過其體內固氮酶的作用，將空氣中的氮素轉化為銨態氮。據聯合 國糧農組織(FAO) 1995年粗略估計，全球每年有生物固定的氮量，已近2000，OOOt (相當於 400，000, OOOt尿素)，約佔全球植物需氮量的四分之三。所以，生物固氮是地球上最大規模 的天然氮肥工廠。但是我們卻沒能讓這些微生物很好地為我們固氮，而是去走了一條本不 該走的路——化學造氮。在全世界形成氮的簡單化合物總量中，化學合成的氮還佔不到八 分之一，如果所有的氮完全靠化學方法合成，恐怕挖光地球也難以辦到。化學氮的使用會損 害微生物，抑制生物固氮，如果其汙染進一步加劇，最後把這些微生物都毀滅了，那麼，我們 生活的這個世界將無法想像。化學造氮其實是得不償失。既然，微生物能為植物生長提供 最多的氮源，那麼，積極開發應用微生物固氮技術為農業生產服務，選擇生物造氮方法才是 農業發展人類生活正確的思路和方向。目前，世界各國正在抓緊生物固氮技術在農業生產 中的應用研究，用的最多的是生物接種，但因其菌種及易受外界不良環境的影響而失活加 之技術措施不配套而使其推廣應用效果一直不好。也給更多的人對生物固氮的研究和應用 產生了誤解，認為難度大，進展慢，效果差，難有成果，使得這條路走的曲曲折折。

發明內容
為了解決為現有技術的不足及存在的問題，本發明根據固氮微生物的性狀特點和 與作物的關係及各自特定的生活條件以及生物固氮的機制原理及相關的科學理論，提出了 一種系統綜合作用，增加土壤固氮微生物，提高固氮微生物固氮能力，提供作物生長所需氮 素的生物造氮法。此方法對於提高農業產量，農作物品質和抗逆性，肥沃土壤，降低化肥用 量和農業生產成本，減少水土汙染和作物病蟲害及人類疾病，發展可持續農業將起重要作用，而且方法簡單，切實可行，容易做到。 本發明解決其技術問題所採用的技術方案是1、種植豆科植物。共生固氮微生 物只有和植物互利共生時，才能固定空氣中的分子態氮，共生固氮微生物可分為兩種類型 根瘤菌和豆類共生體系，許多種豆類植物能和根瘤菌屬的相應種共生；非豆類種子植物及 其內生菌的共生固氮體系，有些非豆類種子植物也能和某種固氮微生物共生形成根瘤並固 氮，如榿木屬、楊梅屬、木麻黃屬等種類的根瘤內有弗蘭克氏屬放線菌營共生固氮作用。因 此，積極種植豆科植物，增加複種，合理密植，生物多樣，高矮結合，立體栽培，靈活應用豆科 植物與其它作物或豆科植物相互間輪作、連作、套作、間作、混作的方法和林地混種共生固 氮非豆類種子植物，選育和種植高效固氮高產良種，選擇與其環境條件相適宜或抗逆性強 的作物栽培，處理好固氮而不增產的矛盾，增強共生固氮作物的光合強度，增加土壤固氮微 生物。2、秸稈還田固氮。固氮微生物是指能夠把分子態氮還原成銨態氮的個體微小的原核 生物。科學研究證實，許多原核生物都能固氮，在原核生物的許多種群中都有能固氮的種 類，它們各自需要特定的生活條件。根據固氮微生物的固氮特點以及與植物的關係，可以將 它們分為自生固氮微生物、共生固氮微生物和聯合固氮微生物三類。自生固氮微生物在土 壤或培養基中生活時，可以自行固定空氣中的分子態氮，對植物沒有依存關係。常見的自生 固氮微生物包括以圓核固氮菌為代表的好氣性自生固氮菌，利用的是土壤中的腐殖質，故 在生態體系中的成分是分解者，具有較強的固氮能力並且能夠分泌生長素；以梭菌為代表 的厭氧性自生固氮菌；以魚腥藻、念珠藻和顛藻為代表的具有異型胞的固氮藍藻，能分泌氨 基酸、多肽、糖類和激素，能促進土壤固氮細菌的活動，也能為植物吸收利用。按它們的代謝 類型可分為以下三種光能自養固氮微生物，能進行光合作用以二氧化碳為碳源，光合產物 為能源進行固氮作用的微生物；化能自養固氮微生物，有些化能自養微生物能以二氧化碳、 亞鐵氧化物和分子態氮為碳、能、氮源；異養固氮微生物，進行異養生活，以適宜的有機碳水 化合物為碳源和能源，滿足生活和固氮的需要。共生固氮微生物，根瘤菌與寄主植物建立共 生體系，寄主向根瘤菌提供碳源及其它物質，而根瘤菌向寄主植物提供氮的化合物。聯合固 氮微生物，有些固氮微生物如固氮螺菌、雀稗固氮菌等，能夠生活在玉米、雀稗、水稻和甘蔗 等植物根內的皮層細胞之間。這些固氮微生物和共生的植物之間具有一定的專一性，但不 形成根瘤那樣的特殊結構。它們的固氮特點介於自生固氮和共生固氮之間。常見的有兩類 紅萍和魚腥藻聯合體系，行共生固氮作用；固氮地衣，有些地衣的光合夥伴是固氮藍細菌， 能進行固氮作用。氮、碳代謝是一切生物最基本的代謝作用，而且是相互聯繫的。固氮作用 需要消耗作為能源的碳源，植物共生固氮中固氮作用的能源直接來自光合作用，固氮生物 有選擇地利用碳源，其中以四碳二羧酸糖的利用較好。由此可知，種類齊全的作物秸稈是其 相適宜固氮微生物種群豐富的碳、氮、能源，能充分滿足多樣固氮微生物代謝的需要。所以， 作物秸稈不能廢棄，尤其是C4作物秸稈。要將其進行對微生物有效的還田利用而固氮，其 方法是種什麼還什麼，滿足相宜固氮生物的需要；多作物間、套、混作、輪作、連作，體現作 物多樣性，使各種微生物都能獲得相應的碳源；鮮杆及時切碎，或進行接種，撒勻於地表，翻 犁入土，耙平覆蓋，做好好氣固氮微生物防氧保護滿足厭氧生物生活條件，以利微生物利用 和繁殖、衍菌固氮。讓固氮微生物在其專適或適宜或有用作物收割後還能繼續獲得生活及 代謝所需的碳、氮、能源而持續繁殖生長，碳、氮、能源越多，固氮微生物種群數量就越多，固 定的氮也就越多。3、水田養藻固氮。從上述而知，自生固氮微生物有一大類為具有異型胞的固氮藍藻，聯合固氮微生物常見的有紅萍和魚腥藻聯合體系和固氮地衣。中國科學院水產 生物研究所已進行了 20年的研究，結果表明在藍藻生長過程中能釋放平均30%的總固氮 量供水稻吸收。藍藻死亡後，7-15天內即可分解，釋放出有效養分。浙江省農業科學院土壤 肥料研究所三年稻田養萍的定點測定，在養萍28-30天中每畝能產乾物質216. 9-332. 5斤， 增加氮素7. 82-11. 99斤，相當於硫酸銨39-60斤。稻田放養藍藻，對培育健壯秧苗，促進分 櫱增加穗粒和提高稻穀產量都有顯著效果。但放養藍藻應力求放勻、放足、放早，淺水育養， 關水蓄放。4、專適菌群增植。豆科植物屬種專性共生固氮菌，非豆類種子植物和裸子植物 及其內生菌的共生固氮體系，在其存量很少或缺乏時，其專適作物生長不良，產量不高。所 以，在未曾種過該種作物或已經多年、已隔幾茬未種該種作物的土壤，尤其需要增植該種植 物的專適共生固氮菌，並且每次種植都給予補充，使之保持高產。本來，所有固氮菌都應進 行增植，只因這麼多的固氮菌難以生產齊全，只能以專性促非專性。其方法是，選擇優良菌 種，培養增殖，形成優勢種群，在與專適秸稈共生，作底肥施入土中或播種時觸及潮土蓋種 覆土。5、接種方法改良。現行接種方法，使用最多的是固氮菌拌種，其次是固氮菌兌水或兌 糞水灌根，其三是拌糞。拌種法易受土壤溼度制約使菌種失活，或種子爛壞。灌根法易使種 菌停留於表土因失水而失活。拌糞法適宜圓核固氮菌和非專性固氮菌而專性固氮菌不很適 宜。生糞有害微生物多，其種群數量佔優勢時，有益菌群會被侵食，糞肥過溼對好氣固氮菌 生長不利。根據不同種類固氮菌各自對其生活條件的特定需要和碳、氮代謝要求以及繁殖 規律，固氮菌的接種應使用與其相適宜的基質，又因固氮生物有選擇性地利用碳源，其中以 四碳二羧酸糖的利用最好，因此，接種基質應以C4植物秸稈為主料配合專適作物秸稈和配 與能促進固氮菌活動的輔料應用。方法是基質潮水拌菌蓋種觸潮覆土，也可不拌菌種。種子 在潮溼條件下迅速發芽出苗，不會把種子當做基質讓其爛壞或使菌種失活。非專適性固氮 菌拌糞其家畜糞肥須充分腐熟除害。6、優良菌種選育。豆類植物隨著根瘤含菌細胞的形成， 出現紅色的豆血紅朊，此時固氮作用開始，也是根瘤菌形成的特徵。由於豆血紅朊的存在， 使根瘤呈現紅色，一般以此作為有效根瘤的標誌。據此以及微生物的生長循環規律，收穫時 選擇植株高大，籽粒飽滿，產量高，根瘤紅潤粗壯數量多的根，挖出棄土後，掛在通風避光的 地方任其風乾，到下次播種時，取下根瘤搗碎加少量水拌基質接種蓋種覆土培育，每畝用根 瘤約半斤。已有研究和報導表明，根系和根際土壤微生物的數量和活度及所貯藏的氮遠遠 高於非根際土壤。應用這一理論，可將根系及其根際的土壤挖出，存留於瓦缸內，到下次播 種時，每畝用此土約15斤拌基質培養。也可進行人工繁殖，將根瘤菌或根土拌入基質，蓋上 薄膜並遮光，培育增殖，在菌絲即將出現時，又拌入基質，這樣不斷反覆培育，達到所需數量 時，翻拌散水，阻止菌絲生長，使持水量保留在有效菌生活範圍內，然後裝入塑膠袋密封，保 存於陰涼處，到下次播種時拌入基質使用。7、系統綜合作用。生物固氮是一個生態系統，需 要各相關因子的協同配合、和諧統一才能發揮出良好作用，提高生物固氮能力，就是協調和 處理好這些相關因子，調整和平衡各種生態關係，使系統處於最佳狀態。在諸多措施的應用 中，特別要注意的是不能對土壤使用農藥，要選育拮抗性微生物代替；不直接施用化肥和 無機肥料及未腐熟的家畜糞肥，化肥、無機肥、家畜糞肥要共同混拌堆制，先行無害化處理 後，再使用；要及時補充固氮微生物敏感物質磷、鉀、鈣、綳、鉬、鈷、硫、鐵；要保持土壤適度 通氣和充足持水量，乾旱季節可蓋地膜或種植豆類綠肥，土壤過板結時應進行松耕；調節好 土壤PH值，不使其過酸或過鹼；不同固氮微生物有不同對成長溫度的要求，要熟悉各自的習性或去創造條件滿足或去尋找與之相適宜的條件，溫度不足可蓋地膜，溫度過高，可間種 高杆植物或將作物延後或提前栽培也可蓋秸稈保溫保溼；應用生物多樣性原理，同茬多作 物配植，多作物秸稈還田，滿足不同固氮生物對炭的需要，使之持續固氮。一句話，就是要力 求統籌兼顧，綜合配套，系統作用，和諧有效。本發明的有益效果是，可以有效增加土壤固氮微生物及其對氮的固持，提高土壤 氮素，減少化肥用量，資源節約，環境友好，農產品健康營養，生態文明，農業可持續循環科 學發展。
具體實施例方式以蠶豆-玉米輪作為例。玉米收穫後，將高產玉米植株的根土挖出存留備用，留下 部分玉米杆切碎風乾作基質用，隨後趁新鮮扎碎玉米杆拌入根瘤菌種和豆杆撒於地表翻耕 覆蓋耙平。然後撒上蠶豆再混播豌豆耙入土中。蠶豆、豌豆收穫時，先把好的根瘤選夠，再 收割，打落籽粒後，秸稈存於陰涼處，避免黴變。播種玉米種時，將玉米根土、玉米杆、豆杆潮 水拌勻蓋在種子上，覆土蓋嚴，玉米種需接觸潮土。再混播豇豆，菜豆和莧菜。若須施化肥 和微量肥料應先堆制後作底肥使用。並注意合理密植，保證豆科植物的光合強度，使之固氮 又增產。
權利要求
一種應用綜合配套措施，系統協調作用，培育土壤固氮微生物，提高固氮微生物固氮能力，提供並滿足作物生長所需高效氮素的生物造氮法。其特徵是種植豆科植物，秸稈還田固氮，水田養藻固氮，專適菌群增植，接種方法改良，優良菌種選育，系統綜合作用。
2.根據權利要求1所述的生物造氮法，其特徵是積極種植豆科植物，增加複種，合理 密植，生物多樣，高矮結合，立體栽培，靈活應用豆科植物與其它作物或豆科植物相互間輪 作、連作、套作、間作、混作的方法和林地混種共生固氮非豆類種子植物，選育和種植高效固 氮高產良種，選擇與其環境條件相適宜或抗逆性強的作物栽培，處理好固氮而不增產的矛 盾，增強共生固氮作物的光合強度，增加土壤固氮微生物。
3.根據權利要求1所述的生物造氮法，其特徵是作物秸稈不能廢棄，尤其是C4作物 秸稈。要將其進行對微生物有效的還田利用而固氮，其方法是種什麼還什麼，滿足相宜固 氮生物的需要；多作物間、套、混作、輪作、連作，體現生物多樣性，使各種微生物都能獲得相 應的碳源；鮮杆及時切碎，或進行接種，撒勻於地表，翻犁入土，耙平覆蓋，做好好氣固氮微 生物防氧保護滿足厭氧生物生活條件，以利微生物利用和繁殖、衍菌固氮。讓固氮微生物在 其專適或適宜或有用作物收割後還能繼續獲得生活及代謝所需的碳、氮、能源而持續繁殖 生長，碳、氮、能源越多，固氮微生物種群數量就越多，固定的氮也就越多。
4.根據權利要求1所述的生物造氮法，其特徵是稻田放養藍藻，對培育健壯秧苗，促 進分櫱增加穗粒和提高稻穀產量都有顯著效果。但放養藍藻應力求放勻、放足、放早，淺水 育養，關水蓄放。
5.根據權利要求1所述的生物造氮法，其特徵是專適菌群增植，以專性促非專性。其 方法是，選擇優良菌種，培養增殖，形成優勢種群，在與專適秸稈共生，作底肥施入土中或播 種時觸及潮土蓋種覆土。
6.根據權利要求1所述的生物造氮法，其特徵是接種基質應以C4植物秸稈為主料配 合專適作物秸稈和配與能促進固氮菌活動的輔料應用。方法是基質潮水拌菌蓋種觸及潮土 並覆土，也可不拌菌種。種子在潮溼條件下迅速發芽出苗，不會把種子當做基質讓其爛壞或 使菌種失活。
7.根據權利要求1所述的生物造氮法，其特徵是收穫時選擇植株高大，籽粒飽滿，產 量高，根瘤紅潤粗壯數量多的根，挖出棄土後，掛在通風避光的地方任其風乾，到下次播種 時，取下根瘤搗碎加少量水拌基質接種蓋種覆土培育，每畝用根瘤約半斤；也可將根系及其 根際的土壤挖出，存留於瓦缸內，到下次播種時，每畝用此土約15斤拌基質培養；或進行優 良菌種人工選育繁殖，將根瘤菌或根土拌入基質，蓋上薄膜並遮光，培育增殖，在菌絲即將 出現時，又拌入基質，這樣不斷反覆培育，達到所需數量時，翻拌散水，阻止菌絲生長，使持 水量保留在有效菌生活範圍內，然後裝入塑膠袋密封，保存於陰涼處，到下次播種時拌入基 質使用。
8.根據權利要求1所述的生物造氮法，其特徵是生物固氮是一個生態系統，需要各 相關因子的協同配合、和諧統一才能發揮出良好作用，在諸多措施的應用中，特別要注意的 是不能對土壤使用農藥，要選育拮抗性微生物代替；不直接施用化肥和無機肥料及未腐 熟的家畜糞肥，化肥、無機肥、家畜糞肥要共同混拌堆制，先行無害化處理後，再使用；要及 時補充固氮微生物敏感物質磷、鉀、鈣、綳、鉬、鈷、硫、鐵；要保持土壤適度通氣和充足持水 量，乾旱季節可蓋地膜或種植豆類綠肥，土壤過板結時應進行松耕；調節好土壤PH值，不使其過酸或過鹼；不同固氮微生物有不同對成長溫度的要求，要熟悉各自的習性或去創造條 件滿足或去尋找與之相適宜的條件，溫度不足可蓋地膜，溫度過高，可間種高杆植物或將作 物延後或提前栽培也可蓋秸稈保溫保溼；應用生物多樣性原理，同茬多作物配植，多作物秸 稈還田，滿足不同固氮生物對炭的需要，使之持續固氮。一句話，就是要力求統籌兼顧，綜合 配套，系統作用，和諧有效。
全文摘要
化學造氮和大量使用化肥的缺點日益凸顯，增產作用日漸微弱。因此而提出一種生物造氮的方法，其核心是根據不同固氮微生物的性狀特點及其與植物的關係和各自不同的生活條件以及生物固氮的機制原理及相關的科學理論，採取多種措施，系統協調，整體配合，綜合作用，培育和增加土壤固氮微生物，提高固氮微生物固氮能力，利用固氮生物製造氮肥，滿足作物生長所需氮素。此方法能不斷減少化肥用量，逐步恢復和和培肥地力，提高農作物抗逆性和品質，資源節約，環境友好，循環替代，可持續發展。
文檔編號A01B79/00GK101990799SQ20091009491
公開日2011年3月30日 申請日期2009年8月31日 優先權日2009年8月31日
發明者羅林松 申請人:羅林松