本發明屬于農業生物和復合肥，尤其是一種具有固氮、解磷、增加土壤微生物豐度且適用于旱地作物的固態活性藍細菌旱地肥料及其制備方法與應用。

背景技術：

1、當前，一方面，我國農田土壤肥力下降、西部土壤干旱貧瘠、地下水與地表水體富營養化等問題日益嚴峻，已威脅到了我國糧食安全、生態環境、人民健康等方面?；瘜W肥料的過度使用造成土壤板結與鹽漬化、水體污染、二氧化碳排放等問題。雖然大力發展有機肥，但存在肥力釋放慢，氮素含量低等問題，不能從根本上滿足植物農肥需求。國家對于新型肥料的不斷重視和投資，為新型環境友好型肥料的研發生產創造了利好條件。近些年我國政府采取了一系列鼓勵和支持新型肥料發展的政策，為企業營造了良好的發展環境。

2、另一方面，化學肥料的生產與施用帶來了一系列環境問題，其生產需要消耗大量煤炭等資源，排放大量co2與n2o等溫室氣體。2005年中國施用的化肥總量已逼近當年世界化肥消費總量(1.54億t)的1/3?；食蔀榱宿r作物種植過程中最重要的非直接碳排放源之一。

3、自然界中的氮素資源十分豐富，大氣中近80％的氣體為氮素。與工業固氮的高溫高壓條件相比，生物固氮在常溫常壓下就可以進行，是生物圈中氮循環的主要氮源之一，所固定的氮素在自然界中相當客觀。自然界中存在多種固氮微生物，根據固氮微生物的固氮特點以及與植物的關系，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。與豆科植物共生的根瘤菌為一種共生固氮微生物，它能依靠豆科植物光合作用產生的有機物生存，同時通過自身的固氮酶捕獲空氣中的氮氣，轉化為銨根離子。光合細菌是一種自生固氮微生物，能進行光合作用，產生atp分子為固氮作用提供能量支持。光合細菌含有可以直接固定氮氣成銨根離子的固氮酶，存在于一種叫做異形胞的特化死細胞中，周圍細胞給固氮酶提供固氮過程所需的atp能量分子。同時有些根瘤菌屬細菌寄生于土壤光合細菌環境中，依靠光合細菌產生的多糖等生物質生長。

4、經查詢現有藍細菌(藍藻)相關專利較多，集中于將水華藍藻污染物的資源化利用，作為有機肥料的配料使用，與本發明具有根本性差異；與藍細菌固氮肥料相關專利有：

5、(1)cn202310651083.x一株固氮念珠藍細菌及其應用，該發明公開了一株固氮念珠藍細及其應用，該發明的固氮念珠藍細菌菌株aliinostoc?sp.d389-10具有較高的固氮酶活性，接種后能促進水稻產量的增加，提高水稻的氮肥利用率，水稻氮肥利用率提高20％以上，而且接種到兩種不同類型的水稻土中均具有促進效果。該專利為一種固氮菌株在水稻種植中的增產效果。

6、(2)cn108753638b一株產水楊酸的稻田固氮藍藻及其在稻田中的應用，該發明公開了一株產水楊酸的稻田固氮藍藻，將其接種于稻田后具有促進水稻生長的作用。

7、(2)cn106007913a一種利用藍藻藻泥制備復合微生物肥料的方法，該發明公開了一種利用藍藻藻泥制備復合微生物肥料的方法，將藍藻藻泥、2-4mm水稻秸稈、過磷酸鈣、生物接種劑按一定比例在發酵槽中混合發酵，獲得藻泥復合微生物肥料。該方法充分利用了藍藻藻泥，變廢為寶，減少了藍藻水華對環境的危害，同時為農業生產提供了高效的復合微生物肥料。

8、(3)cn116622523a一種藍狀菌401及其應用，該發明提供了一種藍狀菌401及其應用，所述藍狀菌具有抑制香蕉病菌且可作為肥料使用，對提高農作物品質有積極影響。

9、(4)cn116333750a一種用于鹽堿地的固氮藻絮團活性磷生物土壤改良劑及其制備方法，該發明將液態藍藻與解磷菌混合形成藻絮團后使用或將自然干燥的固氮藍藻粉碎后與解磷菌混合在粘合劑的作用下形成絮團使用，施于水稻水田中提升肥效。

10、(5)cn102674912b生物復合肥及其制備方法，該發明將的水華魚腥藻、蛋白核小球藻、紅線藻藻液簡單混合制得生物復合肥；該專利聲稱可以提高水果的含糖量等效果。

11、(6)cn117586075b一種微藻礦物有機肥及其制備方法和應用，該發明將含有蛋白核小球藻、魚腥藻和小單歧藻的復合微藻營養液與改性坡縷石和雞糞混合與發酵獲得所述微藻礦物有機肥。

12、(7)cn114195598b一種提高土壤肥力的微藻肥料及其制備方法與應用，該發明將藍藻、綠藻、滿江紅與生物菌混合后在50℃堆肥后100-120℃膨化處理制造有機肥。

13、(8)cn118724046b一種水溶性生物有機肥及其制備方法與應用，該發明將動物羽毛等進行水解后與藍藻等材料制備的生物活性炭混合制得肥料，其中以藍藻為材料的活性炭的碳化條件為惰性氣氛中于200-400℃進行預炭化處理20-30min。

14、顯然，以上專利公開文獻與本發明中活性藍細菌旱地肥料制備技術及其應用具有顯著不同。首先以上發明中僅是針對某種或某幾種細菌及其應用。以上專利公開文獻僅是提供了菌的種類以及接種該菌具有的肥料效果。具體來說，專利公開文獻1提供一個藍細菌菌株，該菌株接種于稻田(水田)后具有提高氮肥利用率的作用，并沒有涉及該菌劑制備具有活性的干粉形式的活性藍細菌旱地肥料的方法，在保存、運輸中菌液容易腐敗變質，限制了其使用范圍，以上專利在現實生產中不是可行的產品形式，造成應用成本較高以及應用過程可行性低的缺點。專利公開文獻2藍藻藻泥作為生物接種劑的發酵基質材料，被生物接種劑中的微生物分解成可被植物利用的成分，而非藍細菌本身發揮肥料作用，與普通提供氮磷元素的有機肥類似，不具備持續供氮能力。專利公開文獻3、4、5、6與專利公開文獻1類似，提供了一株或多株菌混合后加入雞糞或礦物等材料后的菌劑用作肥料，同樣未涉及該菌劑制備具有活性的干粉形式的活性藍細菌旱地肥料的方法。專利公開文獻7與8主要是利用藍細菌細胞含有的氮磷等營養元素，經過堆肥或高溫碳化處理分解后供植物吸收利用。因此現有查詢到的專利技術均未提供保持固氮藍細菌活性方面的技術過程。以上專利公開文獻藍細菌多是在稻田等水田環境接種發揮肥效，因無有效的保濕與維持活性的包埋過程，在旱地環境容易導致菌劑失活死亡而難以發揮固氮效果。因此上述專利中涉及干燥狀態的藍細菌的，未提供藍細菌干燥保護方法，會導致細胞活性喪失與死亡而難以發揮肥料效果。

15、相比以上專利公開文獻，本發明具有以上專利不具備的如下亮點：(1)提供了一種創新的、可持續為植物供應氮源的活性藍細菌干粉以及活性藍細菌旱地肥料及其制備方法，包括藍細菌的培養、采收、保護劑處理、細胞包埋、干燥與粉碎等過程，獲得具有高細胞光合等生理活性且更適應運輸、保存與使用的特征。活性藍細菌旱地肥料在使用前為活性藍細菌干粉形式，添加于植物肥料或食用菌肥料或水或土壤改良產品中后獲得活性藍細菌旱地肥料，施肥于旱地土壤后，吸收水分后恢復細胞活性發揮光合與固氮活性，為植物持續供應氮磷等營養元素，持續改進土壤腐殖質水平，提升微生物豐度，提高土壤健康度，避免土壤板結。(2)活性藍細菌旱地肥料類似一個個微型“氮肥生產工廠”，主要功能為旱地作物持續提供氮源，替代尿素等化工氮肥(實驗數據表明可替代75％以上的氮肥且具有顯著地增產效果)，同時具有提高土壤中植物可利用的單質磷酸根離子、微生物豐度、腐殖質含量的作用，具有明顯的作物增產效果。(3)為創造性地同時使用藍細菌與異養固氮根瘤菌，在利用藍細菌供氮的前提下，使藍細菌與根瘤菌形成有效的共生關系，藍細菌分泌的多糖等光合作用產物為根瘤菌提供碳源生長，而根瘤菌進一步提高了活性藍細菌旱地肥料的供氮能力，同步提高肥料的解磷效率與微生物豐度的功效。因此，本發明首先是提供了一種活性藍細菌旱地肥料及其制備，其次提供了活性藍細菌旱地肥料在在蔬菜種植、大田作物、植樹造林、荒漠化改造、荒地綠化改善土壤環境、改善土壤酸堿化、豐富土壤微生物種類中的應用。

16、通過對比，本發明專利申請與上述專利公開文獻存在本質的不同。

技術實現思路

1、本發明的目的在于克服現有技術中的不足之處，提供一種活性藍細菌旱地肥料及其制備方法與應用。

2、本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

3、一種活性藍細菌旱地肥料的制備方法，包括如下步驟：

4、(1)藍細菌的培養：將藍細菌接種于培養液中進行培養制得藍細菌菌液；所述藍細菌菌液od560值不低于0.2，鏡檢見藍綠色藻絲，其他雜藻率小于3％；在培養前或培養后或培養過程中或采收后接入根瘤菌；

5、(2)藍細菌的采收：將步驟(1)制得的菌液濃縮去除胞外培養液，得到藍細菌濃縮漿；

6、(3)藍細菌濃縮漿漂洗：使用體積濃度為0.1％～15％的甘油或海藻糖溶液漂洗藍細菌濃縮漿，然后濃縮去除甘油或海藻糖溶液，得到漂洗后藍細菌濃縮漿，然后與基質材料混合制得藍細菌包埋料；

7、(4)藍細菌的干燥及粉碎：將步驟(3)制得的藍細菌包埋料干燥與粉碎至均勻顆粒，制得活性藍細菌干粉；

8、(5)將活性藍細菌干粉添加于植物肥料或食用菌肥料或水或土壤改良產品中，獲得活性藍細菌旱地肥料；

9、進一步地，所述藍細菌為顫藻(oscillatoria)、眉藻(calothrix)、刺孢膠刺藻(gloeotrichia)、簡孢藻(cylindros?permum)、滿江紅魚腥藻(anabaena?azollae)、嗜沙單歧藻(tolypothrix)、普通念珠藻(nostoc?commune)、發狀念珠藍細菌(nostocflagelliforme)、固氮魚腥藻(anabaena?azotica)、束絲藻(aphanizomenon)中的至少一種；所述根瘤菌為能與藍細菌形成共生或寄生關系的根瘤菌科細菌。

10、進一步地，所述步驟(1)中接入不高于藍細菌濃度的二分之一的根瘤菌；所述步驟(3)中藍細菌濃縮漿漂洗時間保持在2小時內；所述步驟(3)中將得到的漂洗后藍細菌濃縮漿與0.1倍以上體積的基質材料充分混合；所述步驟(4)中藍細菌包埋料在780～400nm光下與40攝氏度下干燥至濕度20％以下，粉碎至直徑5mm下顆粒。

11、進一步地，所述基質材料為水溶性淀粉、聚谷氨酸、微晶纖維素、羥丙基甲基纖維素、羧甲基纖維素、纖維素醚類衍生物、殼聚糖、甲殼素、海藻酸鈉、納米纖維素、細菌纖維素、瓊脂、卡拉膠、瓊脂糖、醋酸纖維素、膠原、聚丙烯酰胺、高吸水性樹脂中的至少一種。

12、如上所述的制備方法制得的活性藍細菌旱地肥料。

13、如上所述的活性藍細菌旱地肥料在蔬菜種植和/或大田作物和/或荒漠化土地領域中的應用。

14、如上所述的活性藍細菌旱地肥料在蔬菜種植和/或作物種植和/或植樹造林和/或荒漠化改造和/或大田環境和/或荒地綠化改善土壤環境和/或改善土壤酸堿化和/或豐富土壤微生物種類中的應用。

15、本發明取得的優點和積極效果為：

16、1、本發明以藍細菌或藍細菌與根瘤菌共生復合菌為菌劑，在滲透保護劑的保護下包埋于干燥的基質材料中，制得活性藍細菌旱地肥料，基于干燥基質材料對微藻中含有的植物生長促進物質的吸附與包埋以及藍細菌與根瘤菌的固氮與供氮效能，使得本發明活性藍細菌旱地肥料能夠高效的供氮，顯著提高植物產量和植物的含氮量，對植物具有明顯的促生長作用。本發明肥料具有固氮、解磷、增加土壤微生物豐度的優勢，且適用于旱地作物使用。

17、2、本發明的活性藍細菌旱地肥料基于干燥保護劑對藍細菌中含有的植物生長促進物質的吸附與包埋，使得本發明活性藍細菌旱地肥料具有耐儲運、顯著地促植物生長作用，適應多種大田環境與土壤改良增肥效應等優勢。本發明的活性藍細菌旱地肥料具有高效供氮、促植物生長、對植物種類無限制、適應范圍廣等優勢。

18、3、本發明活性藍細菌旱地肥料，使用方便。當與土壤改良劑聚谷氨酸合用時，可大大提高植物的抗旱能力，提升土壤持水能力，提升活性藍細菌旱地肥料效果。

19、4、本發明以藍細菌與根瘤菌為菌劑，依次通過藍細菌培養、藍細菌細胞采收，并加入可提高熱風干燥過程中藍細菌葉綠素與類胡蘿卜素穩定性的細胞保護劑(圖1與圖2，葉綠素與類胡蘿卜素測定采用比色法)、勻漿后的細胞與大分子包埋劑形成網絡結構(圖3，掃描電鏡照片)，大分子包埋劑表面的羥基等基團對水分子的吸附，可顯著減緩細菌細胞水分丟失速度，避免細胞快速失水對細胞活性造成不可逆損傷，實現細胞緩慢脫水，保護細胞活力；活性藍細菌旱地肥料在砂子平板上可在96小時內恢復光合作用活性(圖4與圖5，aquapen藻類葉綠素熒光測量儀測定)。施用活性藍細菌旱地肥料后在土壤表面可形成的片狀結皮(圖6)。干燥與粉碎后得到活性藍細菌旱地肥料，基于干燥基質材料對微藻中含有的植物生長促進物質的吸附與包埋，以及藍細菌固氮能力，使得本發明活性藍細菌旱地肥料能夠高效地往土壤中輸送氮素與植物生長調節物質，對植物具有明顯的促生長作用，相比不施用本發明所制備的活性藍細菌旱地肥料，施用本發明制備的活性藍細菌旱地肥料后，植物鮮重提高2倍以上。另一方面，施用活性藍細菌旱地肥料時，大分子包埋劑具有增稠劑的作用，與藍細菌細胞形成的網絡結構，有助于藍細菌細胞懸浮于液體中，避免細胞下沉而造成施肥不均勻；并且在活性藍細菌旱地肥料施進土壤后，包埋劑的粘性有助于藍細菌在土壤表面的定殖與存活，數據表明使用聚谷氨酸或者羧甲基纖維素包埋劑后，相比未加包埋劑的藍細菌細胞(液態培養藍細菌細胞加入甘油保護劑后直接施撒于土壤表面)，細胞成活率提高了66％，在土壤表面形成藍細菌皮層面積提高了72.4％。再一方面，肥料中的藍細菌細胞在土壤表面生長過程中會持續向土壤中分泌多糖物質，給土壤中的異養微生物提供碳源，而引起土壤微生物種群更加豐富，其中便包括根瘤菌屬微生物與圓褐固氮菌屬微生物，因此往活性藍細菌旱地肥料中加入共生或寄生性根瘤菌可增加本發明中活性藍細菌旱地肥料的效能，實驗室數據表明活性藍細菌旱地肥料制作過程中加入根瘤菌，可使土壤銨態氮水平進一步提高5～12％。實驗表明施加本發明中提供的活性藍細菌旱地肥料對單質磷酸根離子、微生物豐度、腐殖質含量均有顯著提高。

20、5、本發明活性藍細菌旱地肥料能夠適應絕大多數種類的大田氣候，能在多種環境條件不良的大田環境下發揮作用，例如，實驗表明，在ph?4～11范圍內、溫度10～40℃范圍內、干旱與積水土壤中，活性藍細菌旱地肥料的光合與固氮活性均能保持在最高效率的78％以上。

21、6、傳統的微生物菌劑通常以水作為有效活性菌的載體，也可能使用細砂、麩皮、麥殼、碳灰等物質。然而，在運輸和保藏的過程中，這些微生物菌劑往往會出現有效活性菌濃度大幅下降的問題。相比之下，本發明采用了經過優選的基質材料作為藍細菌菌劑的載體，模擬藍細菌野生環境中干燥失水過程，首先加入能夠進入細胞內的滲透壓調節物質作為干燥保護劑，其次使用纖維素、海藻酸鈉等吸水高分子材料，模擬野生藍細菌多糖外鞘的作用，提高干燥后的藍細菌復水時的活力恢復能力，能夠確保有效活性菌在遠途運輸和長期保藏過程中的活性和濃度。實驗表明，這種優化的載體能夠提供穩定的保護環境，為微生物菌劑提供所需的養分和適宜的生長條件，從而保持微生物菌劑的活性狀態。