CN101935248B - 一种膨润土包衣的复合微生物菌剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种膨润土包衣的复合微生物菌剂，按重量百分比，该膨润土包衣的复合微生物菌剂由以下组分组成：粉状菌种剂：68-76.5％；磷矿粉：8-9％；中微量元素：4-4.5％；膨润土：10-20％；所述的粉状菌种剂由枯草芽孢杆菌，巨大芽孢杆菌，胶冻样芽孢杆菌混合而成，所述的中微量元素由硫酸锌，硫酸镁和硼砂组成。本发明还提供了膨润土包衣的复合微生物菌剂的制备方法和应用。用膨润土包衣菌剂的办法生产复合微生物菌剂颗粒剂保持了微生物菌剂的质量和肥效，可以增强土壤的缓冲性能，改善土壤结构，协调了土壤的水肥气热等特性，在环境保护上也具有很大的意义。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种包衣的复合微生物菌剂，具体地说，是关于一种膨润土包衣的复合微生物菌剂及其制备方法和应用。
【背景技术】
随着科学的进步，农业施肥技术越来越趋于合理。化肥的大量施用，使得土壤板结，水质下降，且肥料利用率低，对农产品和环境造成了不同程度的污染，如何维持我国农业的可持续发展已经引起各级政府的高度重视。特别是我国加入WTO后，我国农业受到严峻挑战，要发展出口创汇，农业必须大力推进绿色食品和无公害食品的发展，作为生产绿色食品生产资料之一的微生物肥料，已成为农业部重点推广产品。微生物肥料是通过向土壤补充有益微生物菌，通过其分解还原作用，解决土壤的严重板结、化肥超标、渗水透气性下降等一系列问题；同时，可抑制土传病害，增强土壤的活性，促进作物根部吸收养分，提高作物的免疫力、抗病能力，从根本上提高食品的品质和等级。具权威部门估计：在未来的五年内，微生物肥料的年需求量将达到化肥用量的30％，市场容量将达到4200万吨，而我国微生物肥料现在的年生产量不足100万吨，远远不能满足市场的需要。
目前市场上的微生物菌剂产品主要以粉状产品为主，活菌数量在2亿/克以上，除用来生产复合微生物肥料外，还可以直接应用于农田来增加土壤有益微生物数量，促进植物生长，增强作物的抗病能力，提高产量，改善农产品品质等。但粉状微生物菌剂产品的直接使用存在两个问题：一是北方有很多地方是机械播种和施肥，粉状菌剂产品无法进行机械施肥；二是在与其它颗粒肥料配合使用时无法混合均匀，以上两个问题直接制约了微生物菌剂在很多区域和作物上的大面积使用。虽然在市场上已经出现一些微生物菌剂的颗粒剂产品，但在生产中普遍存在造粒后颗粒强度不够、颗粒不均匀和烘干后菌数降低的问题。
为了解决以上问题，用膨润土包衣菌剂的办法生产复合微生物菌剂颗粒剂能起到很好的效果。膨润土具有较好的亲水性、吸水膨胀性和粘结性，属亲水性的层状硅酸盐粘土矿物，对肥料颗粒抗压强度的保持具有明显的作用，可以较好地在微生物颗粒菌剂表面进行粘结，均匀的包衣在微生物菌剂表面，由于其具有较好的粘结性和对水分具有很强的吸附性，用膨润土包衣微生物菌剂具有以下的特殊作用：
1、增加颗粒微生物菌剂的抗压强度，在产品运输和施用过程中不易破碎，有利于产品的使用，增加了产品的商品性；
2、保持包衣菌剂内环境的相对稳定，防止由于水分散失而造成微生物活菌数量的降低，保证了产品质量；
3、施用于土壤后，膨润土能降低土壤相对密度，提高土壤的含水量，水分散失慢，维持时间长，对于干旱地区保持土壤中的水分含量能起到非常的重要作用，相对湿润的土壤环境又可以促进菌剂微生物在土壤中大量繁殖，提高产品的肥效；
4、由于颗粒菌剂外包了一层膨润土，除可单独使用外，可与高含量的复合肥料和单质颗粒化肥混合，菌剂不会与其直接接触，不会影响微生物的活性，能够用于掺混肥料和配方肥料的生产。
我国膨润土资源十分丰富，约有17亿吨，且分布广泛，目前已在全国23个省和自治区都发现有膨润土矿床，为膨润土矿产资源的应用提供了有利条件。
综合上述分析可见，用膨润土包衣菌剂的办法生产复合微生物菌剂颗粒剂不仅增加了产品的使用功能、商品型和附加值，也保持了微生物菌剂的质量和肥效，而且膨润土本身对人、畜、植物无毒害和腐蚀作用，对人体皮肤无刺激，对神经、呼吸系统无影响，同时，它还可以增强土壤的缓冲性能，改善土壤结构，协调了土壤的水肥气热等特性，吸附土壤中的有害元素，减轻土壤的污染，在环境保护上也具有很大的意义。
【发明内容】
本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种膨润土包衣的复合微生物菌剂。
本发明的再一的目的是，提供膨润土包衣的复合微生物菌剂的制备方法。
本发明的另一的目的是，提供膨润土包衣的复合微生物菌剂的用途。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种膨润土包衣的复合微生物菌剂，按重量百分比，该膨润土包衣的复合微生物菌剂由以下组分组成：
粉状菌种剂 68-76.5％
磷矿粉 8-9％
中微量元素 4-4.5％
膨润土 10-20％，
所述的粉状菌种剂由枯草芽孢杆菌，巨大芽孢杆菌，胶冻样芽孢杆菌混合而成，所述的中微量元素由硫酸锌，硫酸镁和硼砂组成。
较好的是，按重量百分比，该膨润土包衣的复合微生物菌剂由以下组分组成：
粉状菌种剂 68-76.5％
磷矿粉 8-9％
硫酸锌 1.6-1.8％
硫酸镁 1.6-1.8％
硼砂 0.8-0.9％
膨润土 10-20％。
较好的是，按重量百分比，该膨润土包衣的复合微生物菌剂由以下组分组成：
粉状菌种剂 72.25％
磷矿粉 8.5％
硫酸锌 1.7％
硫酸镁 1.7％
硼砂 0.85％
膨润土 1 5％。
为实现上述第二个目的，本发明采取的技术方案是：
一种膨润土包衣的复合微生物菌剂的制备方法，该方法包括以下步骤：
a、复合微生物菌剂的制备：将枯草芽孢杆菌，巨大芽孢杆菌和胶冻样芽孢杆菌单独发酵生产，发酵后的菌液分别吸附，将三种吸附后的单一菌剂按照2∶2∶1的比例混合、粉碎，得到复合微生物菌剂；
b、膨润土包衣的复合微生物菌剂的制备：配料-粉碎-造粒-包衣-冷却-筛分-成品，其中包衣为包衣造粒，在造粒机中均匀加入膨润土，使膨润土均匀包在菌剂颗粒的表面，包衣厚度为1mm，粒径达到3-4mm后出盘。
为实现上述第三个目的，本发明采取的技术方案是：
一种膨润土包衣的复合微生物菌剂，作为肥料在农业作物生长中的应用，所述的膨润土包衣的复合微生物菌剂按重量百分比，由以下组分组成：
粉状菌种剂 68-76.5％
磷矿粉 8-9％
中微量元素 4-4.5％
膨润土 10-20％，
所述的粉状菌种剂由枯草芽孢杆菌，巨大芽孢杆菌，胶冻样芽孢杆菌混合而成，所述的中微量元素由硫酸锌，硫酸镁和硼砂组成。
较好的是，所述的膨润土包衣的复合微生物菌剂作为肥料在农业作物旱地生长中的应用。
本发明的技术原理是，膨润土的主要成份是蒙脱石，蒙脱石的晶体结构由两层硅氧四面体晶片中间夹一层铝氧八面体晶片组成，属2:1型层状硅酸盐矿物。其理论化学式为Nax(H2O)4{Al2[AlxSi4-xO10](OH)2}，半个晶胞中总阴离子电荷[O10(OH)2]为22，八面体中存在的阳离子数为2，四面体中存在的阳离子数为4。一般硅氧四面体和铝氧八面体中存在阳离子类质同象置换，当置换阳离子为低价时，使结构增加等当量的负电荷，由层间吸附阳离子补偿。蒙脱石晶层间阳离子与晶体格架间形成电偶极子，加上蒙脱石晶层间结合力较弱，能吸附极性水分子，根据阳离子种类及相对湿度，层间能吸附一层或两层水分子。另外，在蒙脱石晶粒表面也能吸附一定的水分子，结构水以OH基形式存在于晶格中；同时，膨润土对有机物具有吸附作用和多种聚附形式，可以形成胶束，在聚集、絮凝、凝胶时都产生粘结性。因此，蒙脱石晶格内阳离子置换这一构造特性决定了蒙脱石一系列重要性质，特别是在强吸水性及粘结性等方面。此外，蒙脱石的晶层间可膨胀剥离，形成更小的片层结构，易于形成多层包覆肥料养分；再者，相邻颗粒的片层之间发生桥联反应，形成网络，这就决定了膨润土可以作为微生物菌剂的良好包衣材料。
与现有情况相比，本发明具有如下优点：
1、高保水性：膨润土具有较强的吸水性，膨胀性和保水性能，吸水率可高达100-240％，体积能随所吸水分胀大10-30倍。因此可以保持包衣的微生物菌剂内环境湿度的相对稳定，长时间的保持微生物肥料的生物活性，提高了微生物肥料的产品质量；同时，施用膨润土后能降低土壤相对密度，提高土壤的分形维数，可以适当提高干旱地的含水量，减少水分散失，对增强土壤的保水性能有重要作用。
2、抗压强度高：微生物菌剂被包覆膨润土后，膨润土具有较强的粘结性，明显提高了颗粒强度，防止菌剂结块和破碎，使其保持良好的松散性和均匀度，有利于机械施肥和与其他颗粒型复合肥料混合使用，可大大提高肥料利用率，也有利于产品的贮存和运输。
3、增强菌剂的土壤改良效果：膨润土对协调土壤的水肥气热，提高土壤肥力具有良好的效果，可以有助于土壤结构的形成，提高土壤的保肥保水能力，改善土壤的水热条件，所以利用膨润土包衣微生物菌剂可增加微生物菌剂的土壤改良效果，满足作物各生长期对养分及水分等条件的需要，达到作物优质高产的目标。
4、高附加值利用：我国膨润土矿资源丰富，探明储量为17.17亿吨，工业5.53亿吨，年产110万吨以上，以前国内外对膨润土的研究主要集中于工业方面，将其在农业、土壤和肥料上的应用，特别是配合复合微生物肥料的运用，不仅获得附加值较高的资源化处置途径，而且大大的提高了微生物肥料的生产及使用过程的有效性，为我们提供了一条崭新的思路。
【附图说明】
附图1为粉状复合微生物菌剂的生产工艺流程图。
附图2为膨润土包衣的复合微生物菌剂生产工艺流程图。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明提供的具体实施方式作详细说明。
实施例1
1、菌种发酵
将枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)、胶冻样芽孢杆菌(Bacillus mucilaginosus)，三个菌种分别单独经过斜面培养、摇床扩大培养、种子罐发酵和发酵罐发酵，使发酵菌液的活菌数量达到25-35亿个/ml；
2、吸附
在吸附搅拌设备中，将三个菌种的发酵菌液分别用水分小于10％，细度大于100目的风化煤进行吸附，按照菌液∶风化煤＝1∶4(L/kg)的比例进行吸附，然后搅拌均匀，水分控制在35％，以松散不结块为准；
3、混合
将三种分别用风化煤吸附后的单一菌剂按照枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)∶巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)∶胶冻样芽孢杆菌(Bacillusmucilaginosus)＝2∶2∶1的重量比例进行混合；(粉状复合微生物菌剂的生产工艺流程可参看图1)
4、复合菌种检测：
产品检验按照农业部行业标准(NY227-1994)的方法进行，检测结果如下：
表1粉状复合微生物菌剂的检测结果
5、配料：在容量为500公斤的搅拌机中按照表2的原料配比进行准确配料：粉状复合微生物菌种剂85％，磷矿粉10％(起黏结作用并增加磷源)，中微量元素5％的比例在配料用搅拌机进行充分混合，搅拌机搅拌约10-15分钟；
表2微生物菌剂造粒的生产配方
6、造粒：进入圆盘造粒机进行造粒，使造粒的粒径达到2-3mm后进入第二个圆盘造粒机；
7、包衣：第二个圆盘为包衣造粒，在造粒机中均匀加入膨润土，使膨润土均匀包在菌剂颗粒的表面，包衣厚度约为1mm，粒径达到3-4mm后出盘；
表3膨润土的主要化学成份
表4微生物菌剂颗粒的生产配方
8、烘干：将包衣后的菌剂颗粒进行烘干，烘干采取低温大风量冷风烘干，烘干温度进口温度在120-150℃，在烘干筒中物料温度不高于80℃；
9、冷却：物料在冷却筒中进行冷却，使冷却筒出口温度低于35℃；
10、筛分：用筛分机对颗粒进行筛分，粒径控制在3-4mm；
11、成品：粒径在3-4mm的菌剂颗粒为成品进行包装。(膨润土包衣的复合微生物菌剂生产工艺流程可参看图2)
产品质量检验
产品检验按照农业部行业标准(NY227-1994)的方法进行，对用风化煤作为载体吸附和膨润土作为颗粒包衣材料的复合微生物菌剂中的有效活菌数等指标进行了测定(见表5)：
表5复合微生物菌剂的检测结果
从检测结果可以看出：用膨润土作为微生物菌剂的包覆材料，其检测结果符合农业部行业标准(NY227-1994)，而且明显提高了颗粒粒度和抗压强度，可以得出用膨润土包衣微生物菌剂生产复合微生物菌剂颗粒品效果显著。
实施例2
在膨润土包衣的复合微生物菌剂制备中，微生物菌剂颗粒的生产配方见表4-A。其他同实施例1。
表4-A微生物菌剂颗粒的生产配方
实施例3
在膨润土包衣的复合微生物菌剂制备中，微生物菌剂颗粒的生产配方见表4-B。其他同实施例1。
表4-B微生物菌剂颗粒的生产配方
实施例4
西红柿田间试验效果
试验处理：
A：施用膨润土包衣的复合微生物菌剂颗粒剂5公斤/亩(采用实施例1的膨润土包衣的复合微生物菌剂)，以下简称处理A；
B：施用普通复合微生物菌剂颗粒剂5公斤/亩(采用无膨润土包衣造粒的微生物菌剂，制备方法除无步骤7(膨润土包衣造粒)，其他同实施例1)，以下简称处理B；
C：单独施用膨润土5公斤/亩，以下简称处理C(采用膨润土直接施用，其他同实施例1)；
D：空白对照，以下简称处理D。
小区面积20m2，设3次重复，随机区组排列。施肥方式将颗粒菌剂采用穴施或沟施在作物根际土壤，作物基肥和追肥与习惯施肥相同。试验数据用SPSS13.0软件进行方差分析及其显著性检验，Excel进行统计、分析。
(1)不同处理对西红柿农艺形状的影响
表6不同处理对农艺形状的影响
从表6中数据看出：四种不同处理对作物的农艺形状的影响中，处理A的各项指标要好于其它处理，处理A、处理B和处理C分别比处理D西红柿的株高增加了5.7cm、4.1cm和1.1cm，茎粗增加了0.34cm、0.17cm和0.09cm，单株果数增加3个、1.6个和0.5个，单果重增加32克、13克和9克。说明施用膨润土包衣的复合微生物菌剂的颗粒品能有效促进西红柿的生长，提高了西红柿的农艺形状。
(2)不同处理对西红柿产量的影响
表7不同处理对西红柿产量的影响
四种不同处理对西红柿产量的结果(表7)可以看出，处理A、处理B和处理C分别比处理D西红柿的产量提高了13.6％、6.5％和2.4％，说明用膨润土包衣的复合微生物菌剂的颗粒品进行施用能较好的提高西红柿产量，且增产效果达到极显著水平；施用普通复合微生物菌剂和单用膨润土也有增产作用，但没有施用有膨润土包衣的复合微生物菌剂的增产效果明显。
从以上试验结果可以看出：用膨润土包衣的复合微生物菌剂的颗粒品能明显促进作物生长，增加作物产量。同时，可起到减少资源浪费、保护环境、减少化肥用量、提高农产品品质的作用。
实施例5
平行实验
膨润土包衣的复合微生物菌剂与沸石包衣的复合微生物菌剂之间平行实验。
膨润土包衣的复合微生物菌剂采用实施例1的膨润土包衣的复合微生物菌剂。
沸石主要成份为二氧化硅，其化学组成为Na6(Al6Si30O72)·24H2O，呈三维硅氧四面晶体及三维铝氧四面晶体格架结构，结构开放性较大，晶体内部有有许多排列整齐的晶穴和孔道，晶体孔道和空穴中及附有可交换的金属阳离子和脱附自由的水分子。具有吸附外来气体、水分、分子和离子的能力。
沸石包衣的复合微生物菌剂制备方法：
1、菌种发酵
将枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)、胶冻样芽孢杆菌(Bacillus mucilaginosus)，三个菌种分别单独经过斜面培养、摇床扩大培养、种子罐发酵和发酵罐发酵，使发酵菌液的活菌数量达到25-35亿个/ml；
2、吸附
在吸附搅拌设备中，将三个菌种的发酵菌液分别用水分小于10％，细度大于100目的风化煤进行吸附，按照菌液∶风化煤＝1∶4(L/kg)的比例进行吸附，然后搅拌均匀，水分控制在35％，以松散不结块为准；
3、混合
将三种分别用风化煤吸附后的单一菌剂按照枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)∶巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)∶胶冻样芽孢杆菌(Bacillusmucilaginosus)＝2∶2∶1的重量比例进行混合；
4、复合菌种检测：
产品检验按照农业部行业标准(NY227-1994)的方法进行，检测结果如下：
表8粉状复合微生物菌剂的检测结果
5、配料：在容量为500公斤的搅拌机中按照表2的原料配比进行准确配料：粉状复合微生物菌种剂85％，磷矿粉10％(起黏结作用并增加磷源)，中微量元素5％的比例在配料用搅拌机进行充分混合，搅拌机搅拌约10-15分钟；
表9微生物菌剂造粒的生产配方
6、造粒：进入圆盘造粒机进行造粒，使造粒的粒径达到2-3mm后进入第二个圆盘造粒机；
7、包衣：第二个圆盘为包衣造粒，在造粒机中均匀加入沸石，使沸石均匀包在菌剂颗粒的表面，包衣厚度约为1mm，粒径达到3-4mm后出盘；
表10微生物菌剂颗粒的生产配方
8、烘干：将包衣后的菌剂颗粒进行烘干，烘干采取低温大风量冷风烘干；烘干温度进口温度在120-150℃，在烘干筒中物料温度不高于80℃；
9、冷却：物料在冷却筒中进行冷却，使冷却筒出口温度低于35℃；
10、筛分：用筛分机对颗粒进行筛分，粒径控制在3-4mm；
11、成品：粒径在3-4mm的菌剂颗粒为成品进行包装。
试验处理：
A：施用膨润土包衣的复合微生物菌剂颗粒剂5公斤/亩(采用实施例1的膨润土包衣的复合微生物菌剂)，以下简称处理A；
B：施用沸石包衣的复合微生物菌剂颗粒剂5公斤/亩(采用实施例5的沸石包衣的复合微生物菌剂)，以下简称处理B；
C：空白对照，以下简称处理C。
小区面积20m2，设3次重复，随机区组排列。施肥方式将颗粒菌剂采用穴施或沟施在作物根际土壤，作物基肥和追肥与习惯施肥相同。试验数据用SPSS13.0软件进行方差分析及其显著性检验，Excel进行统计、分析。
(1)不同处理对西红柿农艺形状的影响
表11不同处理对农艺形状的影响
从表11中数据看出：三种不同处理对作物的农艺形状的影响中，处理A的各项指标要好于处理B和处理C，处理A、处理B分别比处理C西红柿的株高增加5.7cm和3.6cm，茎粗分别增加0.34cm和0.16cm，株果数增加3个、和1.7个，单果重增加32克和7克，说明施用膨润土包衣的复合微生物菌剂比用沸石粉包衣的复合微生物菌剂更能有效促进西红柿的生长，提高了西红柿的农艺形状。
(2)不同处理对西红柿产量的影响
表12不同处理对西红柿产量的影响
三种不同处理对西红柿产量的结果(表12)可以看出，处理A和处理B分别比处理C西红柿的产量提高了13.6％和8.1％，处理A的效果好于处理B，差异显著，说明用膨润土包衣的复合微生物菌剂比用沸石粉包衣的复合微生物菌剂更能较好的提高西红柿产量，且增产效果达到极显著水平。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种高颗粒强度的膨润土包衣的复合微生物菌剂，按重量百分比，该膨润土包衣的复合微生物菌剂由以下组分组成：
所述的粉状菌种剂由枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、胶冻样芽孢杆菌和风化煤混合而成，所述的中微量元素由硫酸锌，硫酸镁和硼砂组成。
2.根据权利要求1所述的高颗粒强度的膨润土包衣的复合微生物菌剂，其特征在于，按重量百分比，该膨润土包衣的复合微生物菌剂由以下组分组成：
3.根据权利要求2所述的高颗粒强度的膨润土包衣的复合微生物菌剂，其特征在于，按重量百分比，该膨润土包衣的复合微生物菌剂由以下组分组成：
4.根据权利要求1-3任一所述的高颗粒强度的膨润土包衣的复合微生物菌剂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
a、复合微生物菌剂的制备：将枯草芽孢杆菌，巨大芽孢杆菌和胶冻样芽孢杆菌单独发酵生产，发酵后的菌液分别吸附，将三种吸附后的单一菌剂按照2∶2∶1的比例混合、粉碎，得到复合微生物菌剂；
b、膨润土包衣的复合微生物菌剂的制备：配料-粉碎-造粒-包衣-冷却-筛分-成品，其中包衣为包衣造粒，在造粒机中均匀加入膨润土，使膨润土均匀包在菌剂颗粒的表面，包衣厚度为1mm，粒径达到3-4mm后出盘。
5.权利要求1所述的高颗粒强度的膨润土包衣的复合微生物菌剂作为肥料在农业作物旱地生长中的应用。
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