CN101445408A - 具有杀菌和缓释作用的植物源材料包膜肥料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包膜肥料，具体为一种具有杀菌和缓释作用的植物源材料包膜化肥。解决现有包膜肥料使用的包膜材料使用品种的局限性的问题。一种具有杀菌和缓释作用的植物源材料包膜化肥，由肥料芯和位于其外表的包膜组成，包膜使用的材料为，粘结剂(松香)、植物源杀菌剂，过氯乙烯，植物源杀菌剂为苦参、薄荷、黄柏、大黄中的任意一种或几种。本发明所述的包膜化肥具有良好的杀菌和缓释作用，并且对作物生长具有良好的促进作用。

Description

具有杀菌和缓释作用的植物源材料包膜肥料

技术领域

本发明涉及一种包膜肥料，具体为一种具有杀菌和缓释作用的植物源材料包膜化肥。

背景技术

为了提高肥料利用率，减轻或避免由于农药造成的环境污染，发展可持续、高效农业，科技人员研究开发出具有缓释/控释作用的包膜肥料的制造技术。缓释/控释包膜肥料是指用某种物质将养分包起来，再通过这种包膜物质的某种特性将养分释放出来。如20世纪60年代1961年美国TVA公司开始生产以硫包膜尿素的控释氮肥，随后日本、英国、德国、加拿大、法国、以色列、印度等国家，也相继对包膜型控释肥料进行了较多的研究，并拥有各自的产品，以低密度聚乙烯、淀粉、滑石等作为涂层材料的一系列包膜肥料相继问世。

在我国，中科院南京土壤研究所早在1974年便开展了包膜肥料的研究。该所用钙镁磷肥为包膜，以碳铵为基质，研制出碳铵缓释肥，取得了一定的成果。到了20世纪80年代中期，我国部分科研院所和企业相继开展了包膜型缓释/控释肥料的研究，并已有产品出现。陈慧泉等以尿素为基质，以硅藻土、膨胀珍珠岩等多孔物质或钙镁磷肥为包膜材料，研究了包膜材料、粘结剂、包膜厚度对肥分释放速度的影响，结果表明该肥料肥分保持时间长，淋溶小，并具有一定的保水作用。

在现有专利文献中，公开了很多关于肥料包膜的技术文献。这些技术文献研究的方向基本上都是集中在选择包膜使用的材料提高缓释效果或者抑菌效果，例如在包膜材料中添加硫磺以起到杀菌作用，以200510095098.4公开的一种硫复合包膜型缓释肥料。由肥料芯和肥料芯外面的包膜组成，包膜包含：(a)硫磺膜层，(b)处于硫磺膜层往外的、由聚合物乳液涂敷形成的聚合物膜层和/或含硫聚合物混合物膜层，无污染或污染小。再如200710013529.7所公开的环保型可降解缓释肥料包膜剂及其制备方法，包膜组分为甲基丙烯酸甲脂、聚乙烯醇、十二碳醇脂、水性树脂、脂肪醇、胶结剂。该包膜剂可将矿质成分(氧化钙、氧化镁、氧化锌等)通过专用包膜机包裹在颗粒肥料的外部，实现了肥料养分缓慢释放的目的。提高了肥料利用率，降低了环境污染。或者是针对某些植物而研究的专用包膜肥，这类专利主要是针对肥料本身进行改进。例如专利申请号为2006100347582公开的一种果树包膜肥料及其制造方法，该技术是针对肥料本身的配方做出研究，而包膜材料仍是石腊。专利申请号为021393214公开了一种纳米型活性有机精腐肥及制作方法，主要方案是将过磷酸钙和腐酸铵及添加剂混合，添加剂为微量金属元素以及一些中草药有效成份，然后造粒包膜，包膜时还要加入有效杀菌物质。

综合国内外研究现状，我们发现现在国内外对有机包膜肥料研究的比较多，而对中药包膜肥料研究的比较少。虽然有机包膜肥料的缓释期比较长，但是有些有机材料或多或少的对土壤造成污染，并且不适用于生长期较短的蔬菜等作物。

植物源杀菌剂是利用有些植物里含有的某些抗菌物质(如大蒜中的大蒜素、蚕豆中的蚕豆酮等)，杀死或有效抑制某些病原菌的生长发育。目前在植物源农药中，有关植物源杀菌剂方面的研究不多。吴恭谦等报道，原白头翁提取液对小麦赤霉病菌菌丝有较高的抑制率，不仅可抑制菌丝扩展，还可使病原菌碟上菌丝萎缩。对苦参提取物抑菌活性的研究表明，苦参乙酸乙酯提取物对多种真菌和细菌有显著的抑制作用，抑菌圈直径为10-42mm。近年来西北农林科技大学和华南农业大学对孜然、大花金挖耳、小花假泽兰、无名精、猪毛蒿、苦豆子、狼毒、大戟、苦参、苦皮藤、臭蒿等十几种植物的抑菌活性进行了研究，获得了较好的效果。

植物源杀菌剂的研究是一个近年来才引起众多科学家关注的热点，作为天然植物的提取液在作用于寄主时，其渗透能力、延展能力都是有限的，因此应设法采用植物源助剂和化学药剂中的助剂来增加渗透能和延展能力，充分发挥药效；依据人与植物生理共性，利用一些成型的防治人类病害的复方中草药转移到植物病害上来，筛选出适于植物病害的配方药剂，就成为一个极具产业开发前景的目标。而研究的关键是确定具有活性物质的药物种类，

因此结合我国的特点，寻找廉价、易得的中药包膜材料，研制出适应短生长周期作物的新型环境友好型缓释肥料，具有重要的意义。

发明内容

本发明为了解决现有包膜肥料使用的包膜材料使用品种的局限性的问题而提供了一种具有杀菌和缓释作用的植物源材料包膜化肥。

本发明是由以下技术方案实现的，一种具有杀菌和缓释作用的植物源材料包膜化肥，由肥料芯和位于其外表的包膜组成，包膜使用的材料为，粘结剂、植物源杀菌剂，过氯乙烯，植物源杀菌剂为苦参、薄荷、黄柏、大黄中的任意一种或几种。肥料芯、粘结剂、植物源杀菌剂、过氯乙烯的质量比例为250:3-7:40-50:3-7。

以下是对本发明所述的具有杀菌和缓释作用的植物源材料包膜化肥的杀菌和缓释作用的实验、筛选、评价及验证：供试病原真菌为番茄枯萎病菌，由天津农学院植物病理实验室提供。

试验移栽番茄幼苗所用土壤取自天津市杨柳青镇设施蔬菜大棚。供试的番茄品种为白果强丰，购自天津市蔬菜研究所。缓释效果较好的矿物质包膜肥料为：CRF。四种植物源包膜肥料分别为：苦参、薄荷、黄柏、大黄。两种农药品种分别为CK1敌克松和CK2多菌灵，作为对照。

1、缓释作用：

缓释评价的方法，根据植物源杀菌缓释包膜肥料的性能和使用要求，本试验采用浸泡法和淋溶法对植物源包膜肥料进行缓释评价。

肥料包膜，以NA(松香)为粘结剂，RA(为95％的乙醇)为溶剂，分别用四种中药材料和一种矿物质材料制得包膜产品：ZYF1代表苦参、ZYF2代表薄荷、ZYF3代表黄柏、ZYF4代表大黄、CRF代表云母。(以下表格或图表中的字母对应均与此一致)

肥料：植物源杀菌材料：粘结剂：有机物(过氯乙烯)＝250:45:5:5。称取250g肥料倒入包膜机中，开动机器并加热，使肥料表面温度达50℃-60℃时，喷入粘结剂，湿润肥料表面但能让其保持自由滚动，然后均匀洒入粉状包膜材料，加热使溶剂挥发，材料均匀包裹于肥料的表面。再喷入粘结剂和包膜材料，并不时搅拌，重复几次，烘干肥料，然后再喷一层有机物。

水溶试验方法，水溶试验主要研究了初期溶出率、微分溶出率和释放期。

水溶试验结果，植物源包膜肥料的初期溶出率、微分溶出率和释放期结果见表1、2，其中CK代表复合肥，ZYF1、ZYF2、ZYF3、ZYF4分别为四种不同的植物源包膜肥料，CRF为缓释效果较好的矿物质包膜肥料。

表1 植物源包膜肥料的初期溶出率和微分溶出率(浸泡7d)

表2 植物源包膜肥料各养分的释放期(单位：d)

从表1、2可以看出，CK全N的初期溶出率高达91.2％，P₂O₅为73.2％，K₂O为87.8％，养分释放速度过快，可能会伤害到种子或引起烧苗。ZYF1、ZYF2、ZYF3、ZYF4、CRF各养分的初期溶出率低于13％，微分溶解率均在每天0.25％～2.5％之间，有一定的缓释作用。其中ZYF1释放期氮为143d，磷为110d，钾为61d，缓释效果最好；ZYF2释放期氮为117d，磷为91d，钾为51d，缓释效果次之；ZYF3氮、磷、钾的释放期比ZYF1分别少95d、66d、38d，缓释效果最差。徐和昌等人^[14]研究表明：较好的包膜肥料通常要求初期溶出率小于15％，微分溶出率应控制在每天0.25％～2.5％，与本试验结果一致。

土柱淋溶试验结果分析，CK为复合肥，ZYF1、ZYF2、ZYF3、ZYF4分别为四种植物源包膜复合肥料，CRF为矿物质包膜肥料，淋溶的试验结果见图1、2、3。

从图1中可以看出，CK在第1d淋溶时氮的累积溶出率已经达到了42.5％，而缓释效果较好的矿物质包膜肥料CRF仅为20.2％，ZYF2氮的累积溶出率为22.35％，比CK低20.15％，其它植物源包膜复合肥料间的差异不大。到第2d时CK的累积溶出率仍然比其它处理要高，达到了70.7％。四种植物源包膜肥料的累积溶出率也有不同程度的增加。第2d淋溶后，四种中药包膜肥料养分缓慢释放，基本保持在60％左右。此时CK的累积溶出率维持在80％左右，与作物的需肥规律不相符，不能满足作物中、后期对氮素的需求。到第56d(第12次淋溶)时，中药包膜肥料养分释放速度十分平缓，四种植物源包膜肥料间氮的累积溶出率差异不大均在66％左右，比CK低15个百分点，比CRF高5个百分点。

从图2中可以看出，CK在第1d淋溶时磷的累积溶出率为6.12％，而CRF仅为1.93％，其它材料表现为：ZYF1>ZYF4>ZYF3>ZYF2。在前4d，ZYF1累积溶出率一直高于ZYF4，之后，二者基本持平。但在第35d后，ZYF4养分释放速率超过了ZYF1。到第56d(第12次淋溶)时，CRF的累积溶出率为11.75％，中药包膜肥料磷养分释放的趋势基本为：ZYF4>ZYF1>ZYF3>ZYF2。由此可知，中药包膜肥料与矿物质包膜肥料磷的释放均低于CK。

从图3中可以看出，在第1d钾的累积溶出率表现为：CK>ZYF4>CRF>ZYF1>ZYF3>ZYF2。到第7d时，中药包膜肥料的累积溶出率均达到30％以上，此后钾的释放速度趋向平缓。其中，ZYF2在第7d后累积溶出率加快，第56d时已达到42.86％。在整个淋溶试验期间，CK处理钾的累积溶出率一直较高，到第56d(第12次淋溶)达到了43.9％。前期ZYF2的缓释效果较好，到了后期ZYF1的缓释效应较突出。

综合考虑以上氮、磷、钾的释放速度可知，由于土壤对磷的吸附作用，肥料中的磷很难溶出。相比之下，氮的释放速度较快，释放期短。而试验所选的这四种植物源包膜肥料均有一定的缓释作用，其中以ZYF2的缓释效果最好，它不仅为作物生长提供了充足的氮和钾，重要的是保证了作物对磷的需求，因此ZYF2是效果较好的植物源缓释包膜肥料。

2、抑菌杀菌作用：

抑菌试验方法，制备各个中药提取物母液，制备PDA培养基

中草药浸提液(物)对病原菌菌丝生长的抑制作用，通过生长速率法测定不同处理的培养基在0.005g/ml、0.01g/ml、0.02g/ml三种不同浓度下对番茄枯萎病菌菌丝生长的抑制作用见图5、6。

从图4中可以看出，四种中药提取物在质量浓度为0.005g/ml时，均表现出较差的抑制作用。随着质量浓度的增加，抑制作用不断加强。当质量浓度增加到0.02g/ml时，ZYF1、ZYF2、ZYF4的抑制率高达80％以上。

从图5中可以看出，在供试质量浓度为0.005g/ml时，四种中药提取物对番茄枯萎病菌菌丝生长的抑制作用普遍较差，其中ZYF3仅为20.86％。供试质量浓度为0.01g/ml时，各个处理的抑制作用均有所增强。质量浓度提高到0.02g/ml时，ZYF2抑制率最高为84.1％；ZYF3抑制率最低仅为59.72％，二者相差25.38个百分点。ZYF1、ZYF4的抑制效果处于二者之间。

从图6可以看出，随着浓度的不断增加，抑菌圈的直径逐渐减小。其中CK的直径最大，当浓度提高到0.02g/ml时，抑菌圈的直径最小。表明培养基浓度越高，对病菌菌丝生长的抑制作用越强。ZYF2在质量浓度为0.02g/ml时，其提取物对番茄枯萎病菌菌丝生长的抑制作用最好，抑制率高达84.1％。

3、番茄种子萌发和幼苗生长的测定

制备各种中药浸提液，以番茄品种白果强丰(种子)为供试植物。

不同中药包膜材料对番茄幼苗生长的影响

以番茄作为供试植物，育苗并移栽至塑料盆(高9cm、直径10.5cm、土重233g)中，6-8叶期喷药处理，中药浓度为0.05g/ml，以清水为空白对照，每个处理设置3次重复，5月12日第一次喷药，5月19日第二次喷药。喷药量根据每株番茄的大小而定，以番茄叶片湿润欲滴为准。处理前测株高，分析株高和形态变化情况，以及各处理株高与对照相比是否存在显著性差异。并在5月23日将幼苗地上部分和地下部分洗净、擦干后，分置于烘箱中，首先105℃杀青，然后于60℃烘干48h，到恒重时称重，并测定番茄幼苗的株高和根冠比。

种子萌发试验结果，四种中药分别为：ZYF1、ZYF2、ZYF3、ZYF4；两种农药品种分别为CK1敌克松和CK2多菌灵对照；CK为对照(蒸馏水)。种子的萌发试验结果见图7。

从图7中可以看出，利用ZYF4处理番茄的种子，其萌发率为91.67％，与空白对照CK相同。ZYF1、ZYF2、ZYF3分别为85％、90％、83.33％，均比农药CK1和CK2处理的萌发率要高。说明中药材处理对番茄种子萌发的抑制作用较小。其中ZYF4影响最小，对番茄种子萌发几乎没有抑制作用，ZYF2次之。

对番茄生长的影响，通过测定番茄幼苗的地上部分干重、鲜重，地下部分干重、鲜重，根冠比等指标，并应用DPS统计软件进行分析，其结果见表3。

表3 番茄幼苗各形态指标的分析

注：①表中数据均为三次测量的平均值；②株高差为喷药前和喷药后株高之差

从表3中可以看出，中药的四个处理与空白对照就株高差、根冠比、根系干重而言均没有差异。ZYF3的地上部分干重相对于CK有差异，但不显著，由此可知，除ZYF3对番茄幼苗地上部分干重有影响外，其它处理对番茄幼苗的生长没有影响，其主要原因是由于生长期较短，差异可能没有表现出来。

根据以上实验可得到以下结论：

本试验通过水溶试验、淋溶试验、抑菌试验及番茄种子萌发和幼苗生长对四种植物源包膜复合肥料进行缓释、杀菌效应评价，其结果如下：

1、ZYF1、ZYF2、ZYF3、ZYF4、CRF各养分的初期溶出率低于13％，微分溶解率均在每天0.25％～2.5％之间，具有一定的缓释作用。其中ZYF1的释放期氮为143d，磷为110d，钾为61d，缓释效果最好；ZYF2释放期氮为117d，磷为91d，钾为51d，缓释效果次之；ZYF3氮、磷、钾的释放期比ZYF1分别少95d、66d、38d，缓释效果最差。徐和昌等人研究表明：较好的包膜肥料通常要求初期溶出率小于15％，微分溶出率控制在每天0.25％～2.5％，与本试验结果一致。

2、对四种植物源包膜肥料进行淋溶实验，并测定其氮、磷、钾的含量，通过各养分累积释放曲线可知，由于土壤对磷的吸附作用，肥料中的磷很难溶出。相比之下，氮的释放速度较快，释放期短。而试验所选的这四种植物源包膜肥料均有一定的缓释作用，其中以ZYF2的缓释效果最好，它不仅为作物生长提供了充足的氮和钾，重要的是它保证了作物对磷的需求。

3、通过不同中药培养基在不同浓度下对番茄枯萎病菌菌丝生长的抑制作用研究，表明培养基浓度越高，对病菌菌丝生长的抑制作用越强。ZYF2提取液处理在质量浓度为0.02g/ml时，其提取物对番茄枯萎病菌菌丝生长的抑制作用最好，抑制率高达84.1％。

4、比较四种中药对番茄种子萌发的影响，可知ZYF4提取液处理的番茄种子，其萌发率为91.67％，与对照CK相同。ZYF1、ZYF2、ZYF3分别为85％、90％、83.33％，均比农药CK1和CK2处理的萌发率要高。说明中药材提取液对番茄种子萌发的抑制作用较小。其中以ZYF4处理影响最小，ZYF2处理次之。

5、中药材的四个处理与对照就株高差、根冠比、地下部分干重而言均没有差异。ZYF3的地上部分干重相对于CK有差异，但并不显著，由此可知，除ZYF3对番茄幼苗地上部分干重有影响外，其它处理对番茄幼苗的生长没有影响。

6、综合考虑水溶、淋溶、抑菌及番茄种子萌发和幼苗生长试验的结果可知，ZYF2的缓释、杀菌效果最好。在四种植物源包膜肥料中，ZYF4价格最高，ZYF1最低，ZYF2、ZYF3适中。因此ZYF2是较好的植物源包膜肥料。

附图说明

图1不同中药包膜肥料在淋溶实验中N素累积释放曲线

图2不同中药包膜肥料在淋溶实验中P素累积释放曲线

图3不同中药包膜肥料在淋溶实验中K素累积释放曲线

图4不同浓度中药提取物对番茄枯萎病菌菌丝生长的抑制作用

图5不同浓度中药提取物对番茄枯萎病菌菌丝生长的抑制作用

图6ZYF1(左)、ZYF2(右)对番茄枯萎病菌菌丝生长的抑制作用

图7不同中药包膜材料对番茄种子萌发的影响

具体实施方式

实施例1，一种具有杀菌和缓释作用的植物源材料包膜化肥，由肥料芯和位于其外表的包膜组成，包膜使用的材料为，粘结剂(松香)、植物源杀菌剂，肥料芯、粘结剂、植物源杀菌剂、有机物的质量比例为250:5:45:5，植物源杀菌剂为苦参、薄荷、黄柏、大黄中的任意一种。包覆方法为常规方法。称取250g肥料倒入包膜机中，开动机器并加热，使肥料表面温度达50℃-60℃时，喷入粘结剂，湿润肥料表面但能让其保持自由滚动，然后均匀洒入粉状包膜材料，加热使溶剂挥发，材料均匀包裹于肥料的表面。再喷入粘结剂和包膜材料，并不时搅拌，重复几次，烘干肥料。

包膜机为宝鸡建华制药机械厂提供，型号为BYW25，包衣锅直径300mm，倾角在0-45°之间，转速为20-90转/分，可调。供试复合肥料由山东嘉安磷化肥有限公司提供，其养分N、P₂O₅、K₂O含量分别为17％、17％、17％。

实施例2，一种具有杀菌和缓释作用的植物源材料包膜化肥，由肥料芯和位于其外表的包膜组成，包膜使用的材料为，粘结剂(松香)、植物源杀菌剂，肥料芯、粘结剂、植物源杀菌剂、有机物的质量比例为250:6:45:6，植物源杀菌剂为苦参、薄荷、黄柏、大黄中的任意二种以任意比例混合。

实施例3，一种具有杀菌和缓释作用的植物源材料包膜化肥，由肥料芯和位于其外表的包膜组成，包膜使用的材料为，粘结剂(松香)、植物源杀菌剂，肥料芯、粘结剂、植物源杀菌剂、有机物的质量比例为250:3:50:7，植物源杀菌剂为苦参、薄荷、黄柏、大黄中的任意三种以任意比例混合。

实施例4，一种具有杀菌和缓释作用的植物源材料包膜化肥，由肥料芯和位于其外表的包膜组成，包膜使用的材料为，粘结剂(松香)、植物源杀菌剂，肥料芯、粘结剂、植物源杀菌剂、有机物的质量比例为250:7:40:3，植物源杀菌剂为苦参、薄荷、黄柏、大黄的全部，混合比例为任意。

Claims (3)

1、一种具有杀菌和缓释作用的植物源材料包膜化肥，由肥料芯和位于其外表的包膜组成，其特征在于：包膜使用的材料为，粘结剂、植物源杀菌剂、过氯乙烯，植物源杀菌剂为苦参、薄荷、黄柏、大黄中的任意一种。

2、根据权利要求1所述的具有杀菌和缓释作用的植物源材料包膜化肥，其特征在于：肥料芯、粘结剂、植物源杀菌剂、过氯乙烯的质量比例为250:3-7:40-50:3-7。

3、根据权利要求1或2所述的具有杀菌和缓释作用的植物源材料包膜化肥，其特征在于：肥料芯、粘结剂、植物源杀菌剂、过氯乙烯的质量比例为250:5:45:5。

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