多糖作为土壤调节剂的应用

1.本发明涉及三种土壤改良剂，具体地说是三种促作物生长的土壤调节剂及其应用。


背景技术：

2.目前化肥及农药使用量过大是农业生产中存在的主要问题之一，作物中残留的有毒、有害物质对人体健康构成了严重威胁。随着环保意识与自我保护意识的不断增强，人们对安全、优质农产品的需求日益提高，对绿色食品、有机食品的需求也在逐年增加。农产品生产由传统模式向无公害产品、绿色食品、有机食品生产的转化，己成为现代农业发展的必然趋势。目前我国耕地质量退化，土壤肥力质量下降、土壤功能严重衰退，针对上述问题主要采取的解决途径有置换原生土壤、秸秆还田、施加生物肥料等方法。每种改良的方法都存在一定的优势，但是因为种种原因，难以长期使用或者广泛推广。因此人们逐步将目光集中在土壤调节剂方面，土壤调节剂是指可以改善土壤理性，如降低水分的蒸发，防止被侵蚀等，并且能够促进植被养分吸收的一种物料。此外，少量的土壤调节剂即可改善土壤微生物的供养环境。近年来，使用调节剂对土壤进行改良的方式已被广泛用于农业土壤中，其中天然的土壤调节剂受到了更多的关注。
3.海洋生物的开发与利用是21世纪资源高效利用的重点领域之一，其中来自虾蟹壳中的几丁质及其脱乙酰基产物壳聚糖和海藻多糖应用是海洋生物资源高效利用的重点领域，并且这些资源在我国大量存在。与施加化肥和农药相比，多糖的施加量小、见效快、无污染，在实现保护环境的同时，达到提高土地产出的目的。


技术实现要素：

4.针对目前我国耕地质量退化，土壤肥力质量下降、土壤功能衰退的事实，根据海藻多糖、几丁质和壳聚糖进入土壤后的生化反应，本发明提供三种土壤调节剂，旨在改善土壤肥力性状，提高土壤生物功能，达到促进作物生长，提高作物产量的目的。
5.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
6.提供一种多糖土壤调节剂，其主要成分为海藻多糖、壳聚糖和几丁质中的一种
7.主要成分中海藻多糖为海藻酸钠，其中甘露糖醛酸/古洛糖醛酸的比值为7/3分子量为20万-50万；壳聚糖的脱乙酰度为85％-90％分子量为60万-105万；几丁质乙酰化程度为90％-95％，分子量为110万-150万
8.多糖土壤调节剂的应用，可以以固体粉末形式直接施用于土壤中，施用量为土壤的0.02-0.16％，优选0.04％-0.08％。
9.该土壤调解剂可用于持续性的土壤改良。
10.本发明的优点在于：(1)多糖原料简单易得，且环保绿色，成分简单，质量容易控制的优势；(2)可以显著增加有益菌群，维持土壤健康，提高植物免疫能力；(3)功效持续性久，调节功能可持续3轮以上的作物栽培，可实现土壤的原位修复。
11.所述天然多糖具有提高土壤肥力、改善土壤微生物群落结构、持续促进植物生长、增加产量的作用。在改善土壤质量的同时并不对土壤环境造成负担，是一种资源广泛、价格低廉、环境友好的土壤调节剂，具有良好的应用前景。
附图说明
12.图1.0.04％多糖施加后未种植土壤理化性质变化
13.图2.未种植土壤细菌、真菌聚类
14.图3.小白菜表型差异以及生理指标变化
15.图4.土壤重复利用种植小白菜表型差异以及生理指标变化。
16.表1.未种植土壤α多样性指数
具体实施方式
17.以下实例采用的：
18.海藻多糖为海藻酸钠，其中甘露糖醛酸/古洛糖醛酸的比值为7/3分子量为20万-50万；壳聚糖的脱乙酰度为85％-90％分子量为60万-105万；几丁质乙酰化程度为90％-95％，分子量为110万-150万；
19.大田实验中按照地表30cm深内的土壤的质量计算；
20.实施例1.多糖土壤调节剂对土壤理化性质的影响
21.土壤理化性质是衡量土壤肥力的重要指标，其中土壤ph值、有机质含量、速效磷含量、速效钾含量和碱解氮含量是土壤肥力的最直观体现，他们最直接地反映了土壤养分的供应情况。
22.将海藻酸钠、几丁质和壳聚糖分别作为唯一土壤调节剂，拌入土壤中，分别进行未种植试验和种植小白菜试验。
23.非种植实验，在光照培养箱中进行(条件：昼夜循环为12小时光照/12小时黑暗，温度为25
±
2℃)。该部分共分为12个处理，即三种多糖(海藻酸钠、几丁质、壳聚糖)，每种多糖设置4个浓度(0.02％、0.04％、0.08％、0.16％)(按土壤的质量计)，每个处理设置三次生物学重复。将多糖均匀地与土壤混合后，分装入10cm
×
10cm
×
10cm的花盆中，每盆分装500g，同时做不添加多糖的土壤对比试验。土壤每三天浇一次水，每14天在每个花盆中取80g土样，风干后过1mm筛，保存于4℃冰箱用于测定土壤理化性质。
24.基于非种植实验结果，将海藻酸钠、几丁质、壳聚糖按照0.04％的质量浓度比例与土壤混合，并以小白菜(brassica chinensis l.)为模式植物进行种植实验，同时进行未添加多糖土壤种植实验做对比。土壤经多糖处理后于温室静置3天，然后进行播种。播种时，每个处理分为三组(生物学重复)，每组选择10个位点，每个位点播种4粒种子。种子发芽后到双子叶时期时，每一个位点保留一株该处理中平均大小的幼苗。所有的植株每三天浇一次水。第56天时记录小白菜的表型并测定生理指标。将植物根周2mm范围内的根际土壤进行收集，共收集300g土样，置于4℃冰箱风干后测定土壤理化性质，
25.实验结果显示多糖的施用改善了土壤的理化性质(图1、图3)，具体而言，几乎所有阶段土壤有机质(som)、碱解氮(an)、速效磷(ap)和速效钾(ak)含量较对照(未添加多糖种植实验组)有所提升，其中0.04％多糖处理对土壤理化性质的改善作用最为显著。在小白菜
56天的种植期内，和对照相比，海藻酸钠处理后土壤的ph值显著提高，而壳聚糖和几丁质处理后土壤ph值明显下降。添加多糖调节剂42天后，浓度为0.04％的多糖调节剂对土壤理化性质作用显著，海藻酸钠处理使土壤有机质和速效钾提高5％，速效磷含量提高12％；几丁质处理使土壤有机质提高10％，碱解氮含量提高8％，速效磷含量提高5％；壳聚糖处理使土壤有机质提高18％，碱解氮含量提高29％，速效磷含量提高2％。
26.实施例2.多糖土壤调节剂对土壤微生物群落的影响
27.如实施例1.中所述方法，将海藻酸钠、几丁质和壳聚糖按0.04％的质量比例分别作为唯一土壤调节剂拌入土壤中，并做不添加多糖的对比试验，分别进行未种植试验和种植小白菜试验。
28.土壤微生物群落在土壤养分循环和植物生长中起着重要作用。它们随周围环境的变化而迅速变化，被称为“土壤和植物第二基因组”，能够反映土壤和植物的短期变化。实验结果表明(图2、表1)多糖的施用改变了土壤微生物群落结构、增加了土壤微生物多样性，间接地改善土壤结构，施加多糖后土壤chao、shannon和ace的多样性指数均有一定程度的提高。一些有益的菌群在多糖处理中形成聚类，如细菌(索氏菌属thauera，红霉素科erythrobacteraceae和厌氧阴离子科anaerolineaceae)和真菌(humicola和被孢霉属mortierellales)在海藻酸钠处理土壤中形成聚类，绿腐藻chloroflexi、几丁质藻科chitinophagaceae和黄腐藻flavitalea在壳聚糖中形成聚类。并且三种多糖处理后，土壤中与有机质呈正相关的变形杆菌和verrucomicrobia相对丰度增加，这些菌门也被报道常常出现在资源更丰富的土壤中。然而，生长在贫瘠土壤中且与长期碳和土壤水分损失有关的酸杆菌acidobacteria和芽单胞菌gemmatimonadetes在三种多糖处理中相对丰度下降。由此我们可以推测，一方面，多糖的应用为土壤微生物提供了碳源，可以作为土壤调节剂，检测到可利用资源的信号，从而改变了微生物群的结构。另一方面，添加多糖作为一种生物高分子材料可以提高土壤的保水性能。使土壤向更适合种植的条件发展，进而提高了作物产量，且具有持续效果。
29.表1
[0030][0031]
注1)p《0.05；**p《0.01.
[0032]
注2)b-:细菌f-:真菌
[0033]
实施例3.改良土壤的重复利用实验
[0034]
为了了解多糖土壤调节剂的持续效果，在所有植株取样三天后对根际土壤进行重复利用。即将小白菜种子播种在取样后的根际土壤中，56天后对植物表型和土壤理化性质进行测定。种植和采样步骤遵循第一次种植实验。取样三天后，对根际土壤再次进行重复利
用，步骤同上。
[0035]
结果表明：施加多糖后小白菜的表型产生明显差异，小白菜的茎、叶和根部生长较对照明显更快(图3)。与对照组相比，小白菜的株高、茎粗、叶柄长、叶面积、根长、根茎粗、地上部鲜重、地下鲜重和根冠这9个生理指标均有显著提高(图4)。海藻酸钠、几丁质和壳聚糖分别使小白菜地上部分鲜重提高109％、125％和232％，这有力地证明了多糖在土壤中的施加可以促进小白菜生长。根际土壤第一次重复利用时，海藻酸钠和壳聚糖处理组小白菜的生长明显优于对照组，地上部鲜重分别提高了97％和76％。但当根际土壤二次利用时，只有壳聚糖处理组表现出绝对优势，地上部鲜重提高了92％。这说明海藻酸钠和壳聚糖作为土壤调节剂具有可持续的土壤质量改良和促生长效果。