專利名稱：一種利用纖維素酶促進(jìn)秸稈降解來提高土壤肥力的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物降解及土壤肥料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用纖維素酶促進(jìn)秸桿降解來提高土壤肥力的方法。
背景技術(shù)：
秸桿，古稱藁，又稱禾桿草，是指水稻、小麥、玉米等禾本科農(nóng)作物成熟脫粒后剩余的莖葉部分，其中水稻的秸桿常被稱為稻草、稻藁，小麥的秸桿則稱為麥桿。在工業(yè)化以前，農(nóng)民對(duì)秸桿的利用五花八門，非常豐富。比如在中國南方，人們將稻桿曬干儲(chǔ)藏，可用作柴火，編織座墊、床墊、掃帚等家用品，鋪墊牲圈、喂養(yǎng)牲畜，堆慪肥還田，甚至用于制作簡易房屋的屋頂?shù)龋苌俦恢苯永速M(fèi)掉。中國近二十年來由于煤、電、天然氣的普及、各種工業(yè)制品的豐富，農(nóng)村對(duì)秸桿的需求減少，大量秸桿的處理成為了一個(gè)嚴(yán)重的社會(huì)問題，雖然法律禁止，但很多地方農(nóng)民仍然直接在田地里燃燒秸桿，引發(fā)空氣污染、火災(zāi)、飛機(jī)無法正常起降等后果。

作物生長時(shí)，需要從土壤吸收各種養(yǎng)分。向土壤中添加各種化肥，會(huì)增加生產(chǎn)成本，影響農(nóng)民收入，而且化肥會(huì)引起環(huán)境面源污染等問題。纖維素酶是一組可以水解纖維素的酶的總稱，廣泛應(yīng)用于紡織，飼料，食品，輕工等各個(gè)領(lǐng)域。一般將纖維素酶分為三類:1)內(nèi)切葡萄糖苷酶；2)外切葡萄糖苷酶；3)纖維二糖酶(β -葡萄糖苷酶)，纖維素的分解需要纖維素內(nèi)切酶、外切酶和纖維二糖酶的協(xié)同作用。首先，纖維素的晶體消失，繼而纖維素發(fā)生分解，生成纖維二糖、戊二糖，最后纖維二糖酶將其分解成葡萄糖。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種提高土壤肥力的方法，利用外源纖維素酶加快秸桿還田后的腐解速度，減輕由于秸桿不能快速腐解而對(duì)下茬作物造成的負(fù)面影響，緩解焚燒秸桿對(duì)環(huán)境造成的壓力的同時(shí)變廢為寶；防止和減少化肥利用不當(dāng)而對(duì)土壤環(huán)境造成的破壞，增加土壤養(yǎng)分，促進(jìn)作物生長。本發(fā)明的目的采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。—種利用纖維素酶促進(jìn)秸桿降解來提高土壤肥力的方法，包括如下步驟:在日平均溫度為20-29 1:條件下，
(1)將秸桿粉碎成長度為0.1-8 cm小段，得到粉碎秸桿；
(2)將纖維素酶液噴灑在粉碎秸桿上；
(3)將噴灑了纖維素酶液的粉碎秸桿埋入土壤中。每克粉碎秸桿噴灑的酶液中纖維素酶活力為5-50 U。所述纖維素酶的來源為綠色木霉。所述秸桿為水稻秸桿、小麥秸桿和玉米秸桿。每畝土壤秸桿的使用量為300-500 kg。
有益效果1.采用本發(fā)明提供的方法，能夠?qū)⑼寥乐薪諚U的降解率提高25%以上，促進(jìn)秸桿腐殖化進(jìn)程，提高土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量，有效緩解由于秸桿分解速度慢而對(duì)作物根系生長產(chǎn)生的不良影響。2.對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，添加外源纖維素酶的秸桿還田比秸桿直接還田的土壤中有效氣、憐等養(yǎng)分含量提聞:有效氣含量可提聞10%以上，有效憐含量可提聞20%以上，增強(qiáng)了土壤肥力。另外，對(duì)比試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，秸桿添加纖維素酶還田比秸桿直接還田能夠促進(jìn)后季作物生長，提高作物產(chǎn)量。3.采用本發(fā)明方法解決了秸桿資源的利用問題，變廢為寶，防止焚燒秸桿帶來的環(huán)境污染。4.本發(fā)明方法不會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染，秸桿在土壤中可以降解，并增加土壤養(yǎng)分；減少了化肥的使用，避免了化肥污染，改善土壤生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。5.成本適中，雖然酶制劑價(jià)格相對(duì)較高，活力在1000U/g的纖維素酶制劑價(jià)格在30元/kg左右。但是，外源纖維素酶用量很小。按秸桿半量還田計(jì)每畝地需要投入約50-500元即可，與使用化肥的價(jià)格相近。另外，隨著發(fā)酵工藝的發(fā)展，酶制劑生產(chǎn)系統(tǒng)的多樣化，酶制劑價(jià)格在今后很有可能繼續(xù)降低，外源纖維素酶更可以作為肥料用在促進(jìn)秸桿降解和增加土壤肥力上。
具體實(shí)施例方式為了說明采用本發(fā)明提高土壤肥力的方法對(duì)土壤進(jìn)行處理能帶來的有益效果，每個(gè)實(shí)施例中均設(shè)置對(duì)照處理方法。為了描述方便，將本發(fā)明提高土壤肥力的方法簡稱為施酶處理方法。施酶處理方法處理后的土壤簡稱為施酶處理土壤，對(duì)照處理法處理后的土壤簡稱為對(duì)照處理土壤。日平均 溫度為一天2時(shí)、8時(shí)、14時(shí)、20時(shí)的平均氣溫。實(shí)例I
選用羧甲基纖維素酶活性為1034 U/g，濾紙?zhí)敲富钚詾?.92 FPU/g的綠色木霉產(chǎn)纖維素酶粉劑，購自北京房山酶制劑總廠。土樣來自上海市閔行區(qū)吳涇鎮(zhèn)稻田土壤，水稻秸桿與土壤取自相同地塊。在日平均溫度為25-29 °C條件下，對(duì)該土樣分別采用施酶處理法和對(duì)照處理法進(jìn)行處理。施酶處理法如下:
(I)將水稻秸桿粉碎成長度為Imm的小段，得到粉碎秸桿。秸桿使用量為333kg/畝。(2)將綠色木霉產(chǎn)纖維素酶粉劑配制成濃度為100U/g的纖維素酶液。將纖維素酶液噴灑在粉碎秸桿上。每克粉碎秸桿噴灑的酶液中纖維素酶活為25U。噴灑后，將粉碎秸桿與酶液混合均勻。(3)將噴灑了酶液的粉碎秸桿埋入土壤(20cm的耕層深度內(nèi))，將粉碎秸桿與土壤充分混合。對(duì)照處理法與施酶處理法不同之處在于粉碎秸桿不添加酶液，直接翻埋入土壤。分別向施酶處理土壤和對(duì)照處理土壤中移栽培育15天的水稻幼苗(秀水110)，保持水深5-6 cm，水稻生長45天后檢測地上部分生物量、地下部分生物量以及土壤有效氮、磷含量。檢測結(jié)果:各土壤移栽的水稻幼苗生長45天時(shí)，施酶處理土壤中有效氮、磷含量分別比對(duì)照處理土壤高出10.47%和18.92%。施酶處理土壤上生長45天的水稻幼苗，其地上部分生物量、地下部分生物量和水稻幼苗葉綠素總量分別比對(duì)照處理土壤上的水稻幼苗高出33.15%、54.10%和28.63%。該結(jié)果說明外源纖維素酶可以通過促進(jìn)纖維素降解，秸桿降解礦化而顯著提高土壤肥力，促進(jìn)土壤良性循環(huán)。
實(shí)例2
選用羧甲基纖維素酶活性為1034 U/g，濾紙?zhí)敲富钚詾?.92 FPU/g的綠色木霉產(chǎn)纖維素酶粉劑，購自北京房山酶制劑總廠。土樣來自上海市閔行區(qū)吳涇鎮(zhèn)稻田壤土，小麥秸桿與土壤取自相同地塊。在日平均溫度為25-29 °C條件下，對(duì)該土樣分別采用施酶處理法和對(duì)照處理法進(jìn)行處理。施酶處理法具體如下:
(1)將小麥秸桿粉碎成長度為Imm的小段，得到粉碎秸桿；秸桿使用量為333kg/畝，
(2)將綠色木霉產(chǎn)纖維素酶粉劑配制成濃度為100U/g的纖維素酶液。將纖維素酶液噴灑在粉碎秸桿上。每克粉碎秸桿噴灑的酶液中纖維素酶活為50U。噴灑后，將粉碎秸桿與酶液混合均勻。(3)將噴灑過酶液的 粉碎秸桿埋入土壤(20cm的耕層深度內(nèi))，將粉碎秸桿與土壤充分混合。對(duì)照處理法與施酶處理法不同之處在于粉碎秸桿不添加酶液，直接翻埋入土壤。分別向施酶處理土壤和對(duì)照處理土壤，移栽培育15天的水稻幼苗(秀水110)，保持水深5-6 cm,水稻生長45天后檢測地上部分生物量、地下部分生物量以及土壤有效氮、
磷含量。檢測結(jié)果:各土壤移栽的水稻幼苗生長45天時(shí)，施酶處理土壤中有效氮、磷含量分別比對(duì)照處理土壤高出13.89%和25.71%，施酶處理土壤上水稻幼苗地上部分生物量、地下部分生物量和葉綠素總量分別比對(duì)照處理土壤上的水稻幼苗高出54.79%,66.6%和38.84%ο
實(shí)例3
選用羧甲基纖維素酶活性為1，000 U/g的綠色木霉產(chǎn)纖維素酶粉劑，購自北京房山酶制劑總廠。土樣來自山東省泰安市山東農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)場地，玉米秸桿與土壤取自相同地塊。在日平均溫度為20-25 °C條件下，對(duì)該土樣分別采用施酶處理法和對(duì)照處理法進(jìn)行處理。施酶處理法如下:
(I)將玉米稻桿切割成長度為2cm長的小段,得到粉碎稻桿；稻桿使用量為500kg/畝。(2)將綠色木霉產(chǎn)纖維素酶粉劑配制成濃度為100U/g的纖維素酶液。將纖維素酶液噴灑在粉碎秸桿上。每克粉碎秸桿噴灑的酶液中纖維素酶活為50U。噴灑后，將粉碎秸桿與酶液混合均勻。(3)將噴灑過酶液的粉碎秸桿埋入土壤(20cm的耕層深度內(nèi))，將粉碎秸桿與土壤充分混合。
對(duì)照處理法與施酶處理法不同之處在于粉碎秸桿不添加酶液，直接翻埋入土壤。分別在施酶處理土壤和對(duì)照處理土壤中播種小麥(山農(nóng)優(yōu)麥3號(hào))。播種180 d后，檢測各土壤上小麥的葉綠素含量、根系活力、株高、莖葉生物量，并都留部分小麥繼續(xù)栽培，收獲測定小麥產(chǎn)量。檢測結(jié)果為:播種180天后，施酶處理土壤上小麥的葉綠素含量、根系活力、株高、莖葉生物量分別比對(duì)照處理土壤上提高33.83%,48.60%、13.98%,44.53% ;施酶處理土壤上小麥產(chǎn)量與對(duì)照處理土壤相比高出29.61%。實(shí)例4
選用羧甲基纖維素酶活性為1，000 U/g的綠色木霉產(chǎn)纖維素酶粉劑，購自北京房山酶制劑總廠。土樣來山東省泰安市山東農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)場地，玉米秸桿與土壤取自相同地塊。在日平均溫度為20-25 °C條件下，對(duì)該土樣分別采用施酶處理法和對(duì)照處理法進(jìn)行處理。施酶處理法如下:
(I)將玉米稻桿切割成長度為2cm長的小段,得到粉碎稻桿；稻桿使用量為500kg/畝。(2)將綠色木霉產(chǎn)纖維素酶粉劑配制成濃度為100U/g的纖維素酶液。將纖維素酶液噴灑在粉碎秸桿上。每克粉碎秸桿噴灑的酶液中纖維素酶活為5U。噴灑后，將粉碎秸桿與酶液混合均勻。(3)將噴灑過酶液的粉碎秸桿埋入土壤(20cm的耕層深度內(nèi))，將粉碎秸桿與土壤充分混合。對(duì)照處理法與施酶處理法不同之處在于粉碎秸桿不添加酶液，直接翻埋入土壤。分別在施酶處理土壤和對(duì)照處理土壤中播種小麥(山農(nóng)優(yōu)麥3號(hào))。播種180 d后，檢測各土壤上小麥的葉綠素含量、根系活力、株高、莖葉生物量，并都留部分小麥繼續(xù)栽培，收獲測定小麥產(chǎn)量。檢測結(jié)果為:播種180天后，與對(duì)照處理土壤相比，施酶處理土壤上小麥的葉綠素含量、根系活力、株高、莖葉生物量提高16.87%,23.65%,7.42%和30.74% ;施酶處理土壤上小麥產(chǎn)量提高17.52%。實(shí)例5
選用羧甲基纖維素酶活性為1，000 U/g的綠色木霉產(chǎn)纖維素酶粉劑，購自北京房山酶制劑總廠。土樣來山東省泰安市山東農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)場地，小麥秸桿與土壤取自相同地塊。在日平均溫度為22-25 °C條件下，對(duì)該土樣分別采用施酶處理法和對(duì)照處理法進(jìn)行處理。施酶處理法如下:
(I)將小麥稻桿切割成長度為8cm長的小段,得到粉碎稻桿；稻桿使用量為500kg/畝。(2)將綠色木霉產(chǎn)纖維素酶粉劑配制成濃度為100U/g的纖維素酶液。將纖維素酶液噴灑在粉碎秸桿上。每克粉碎秸桿噴灑的酶液中纖維素酶活為5U。噴灑后，將粉碎秸桿與酶液混合均勻。(3)將噴灑過酶液的粉碎秸桿埋入土壤(20cm的耕層深度內(nèi))，將粉碎秸桿與土壤充分混合。對(duì)照處理法與施酶處理法不同之處在于粉碎秸桿不添加酶液，直接翻埋入土壤。
分別在施酶處理土壤和對(duì)照處理土壤中播種玉米(農(nóng)大108)。播種45 d后，檢測土壤上玉米幼苗生長各項(xiàng)指標(biāo)。檢測結(jié)果為:施酶處理土壤上玉米幼苗的莖葉生物量和根系生物量分別比對(duì)照處理土壤提聞45.81%, 51.70% ；株聞增加了 13.15%,葉面積提聞了 12.07%,葉綠素含量提聞7 24.81% ;主根長、根條數(shù)和根系活力分別增加了 32.63%，19.51%，14.48%。通過實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3、實(shí)施例4和實(shí)施例5可以看出，秸桿還田條件下外源纖維素酶可以顯著 增強(qiáng)土壤肥力，添加外源纖維素酶后土壤有效氮、有效磷分別有顯著提高。并且可以改善了后季作物生長的養(yǎng)分環(huán)境，促進(jìn)后季作物尤其是苗期的生長并顯著提高產(chǎn)量。
權(quán)利要求
1.一種利用纖維素酶促進(jìn)秸桿降解來提高土壤肥力的方法，其特征在于包括如下步驟:在日平均溫度為20-29 1:條件下， (1)將秸桿粉碎成長度為0.1-8 cm小段，得到粉碎秸桿； (2)將纖維素酶液噴灑在粉碎秸桿上； (3)將噴灑了纖維素酶液的粉碎秸桿埋入土壤中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述利用纖維素酶促進(jìn)秸桿降解來提高土壤肥力的方法，其特征在于每克粉碎秸桿噴灑的酶液中纖維素酶活力為5-50 U。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述利用纖維素酶促進(jìn)秸桿降解來提高土壤肥力的方法，其特征在于所述纖維素酶的來源為綠色木霉。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述利用纖維素酶促進(jìn)秸桿降解來提高土壤肥力的方法，其特征在于所述秸桿為水稻秸桿、小麥秸桿和玉米秸桿。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述利用纖維素酶促進(jìn)秸桿降解來提高土壤肥力的方法，其特征在于每畝土壤秸桿的使用量為300-500` kg。
全文摘要
本發(fā)明提供一種利用纖維素酶促進(jìn)秸稈降解來提高土壤肥力的方法，屬于生物降解及土壤肥料技術(shù)領(lǐng)域。所述方法，包括如下步驟在日平均溫度為20-29℃條件下，(1)將秸稈粉碎成長度為0.1-8cm小段，得到粉碎秸稈；(2)將纖維素酶液噴灑在粉碎秸稈上；(3)將噴灑了纖維素酶液的粉碎秸稈埋入土壤中。本發(fā)明提高土壤肥力的方法，利用外源纖維素酶加快秸稈還田后的腐解速度，減輕由于秸稈不能快速腐解而對(duì)下茬作物造成的負(fù)面影響，緩解焚燒秸稈對(duì)環(huán)境造成的壓力的同時(shí)變廢為寶；防止和減少化肥利用不當(dāng)而對(duì)土壤環(huán)境造成的破壞，增加土壤養(yǎng)分，促進(jìn)作物生長。
文檔編號(hào)C05F11/00GK103073337SQ20131004298
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月4日
發(fā)明者韓瑋, 何明, 聶俊華 申請(qǐng)人:南京信息工程大學(xué)