CN102351612B

CN102351612B - 氨基酸作为土壤磷释放剂的用途

Info

Publication number: CN102351612B
Application number: CN2011101866900A
Authority: CN
Inventors: 尹应武; 张玲燕; 王正银; 万鹏; 孙瑞; 张双艳; 樊媛婷; 李远蓉; 赵玉芬; 陈怡�
Original assignee: Xiamen University; Southwest University
Current assignee: Xiamen University; Southwest University
Priority date: 2011-07-05
Filing date: 2011-07-05
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2031-07-05
Also published as: CN102351612A

Abstract

本发明公开了氨基酸作为土壤磷素释放剂和植物氮肥的双效作用，并据此制备可以释放土壤磷素并同时提供植物氮肥的氨基酸肥料。氨基酸可以是天然氨基酸或蛋白水解物或人工合成的氨基酸。氨基酸可直接作为释磷有机肥料，亦可配以无机肥料生产双效复合肥。玉米、水稻、蔬菜的盆栽或田间肥效试验均证明，氨基酸具有双效肥的功能，既可作为高效氮肥又可同时替代磷肥，促进作物对土壤中磷的吸收，减少或不施用磷肥，大大减缓磷矿资源枯竭危机。

Description

氨基酸作为土壤磷释放剂的用途

技术领域

本发明涉及土壤肥料技术领域，特别涉及土壤磷素释放，具体说是氨基酸作为土壤磷释放剂的用途。

背景技术

磷是不可再生的珍稀资源， 2009年我国磷矿产量5500万吨，占世界总产量亿吨的35%，居世界首位。由于不合理的“采富弃贫”，磷矿回收率低，导致磷矿资源每年的减少量超过1.3亿吨。我国磷资源消耗的速度远远高于其他国家。按此消耗速度预算，可经济开采的磷矿资源难以再维持30年。如按此发展，我国富磷矿在2015年前将消耗殆尽。

目前生产的高浓度磷肥消耗了80%以上的磷矿资源，大部分在短时间内转化为土壤中难溶性的化合物或残留于矿渣、磷石膏中，真正被作物当季利用的磷素仅有10~25%，复合肥中配伍高浓度磷肥的使用效果和经济性很差。

多年生产高浓度并大量施用磷肥的结果使我国大部分土壤富磷，土壤中总磷平均量达到作物需求量的40倍以上。如能开发和使用促进土壤释磷的技术和产品，可不施或少施磷肥维持作物正常生长。

研究表明，土壤中0.2ppm左右的可溶性磷酸盐即可保证大多数作物的正常生长需求。理论上讲，氨基酸是含氨基和羧基的二元或多元螯合基团的有机配体，可以络合钙、镁、铁等金属离子，应有促使磷酸根从土壤中的磷酸钙镁铁盐中释放出来的作用，从而使土壤中富集的难溶磷酸盐变成可溶或者枸溶性磷酸盐，被植物吸收和利用。有关氨基酸的研究和应用很多，但主要是氨基酸的制备、提取、监测方法等。氨基酸可用于食品、医药、肥料等。现有氨基酸肥料主要通过将多种氨基酸的组合复配；或者对农业废弃物酸处理、碱处理，或发酵处理；或者对工业氨基酸合成母液浓缩处理进而获得混合氨基酸肥料等。迄今为止尚无氨基酸作为土壤磷释放剂的用途的研究报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氨基酸作为土壤磷释放剂的用途，公开了氨基酸作为土壤磷素释放剂和植物氮肥的双效作用，并据此制备可以释放土壤磷素并同时提供植物氮肥的氨基酸肥料。

本发明申请人研究表明，氨基酸与柠檬酸一样，可以将土壤中的难溶磷酸盐变成能被植物吸收的磷酸盐（浓度可达10ppm左右），足以保证植物生长对磷的需求。

本发明申请人通过温室盆栽及田间小区试验发现，氨基酸不但是容易被微生物和植物吸收利用的优质氮肥，更能促进土壤磷素释放。研究发现甘氨酸、谷氨酸、亚氨基二乙酸等氨基酸类化合物均具有显著的释磷效果。因此，用氨基酸释放土壤中的磷素替代添加磷酸氢铵或磷酸二氢铵或磷酸钾盐，同样可以保证作物的稳产高产。

所述的氨基酸包括天然或人工合成的氨基酸，氨基酸肥料可以是各种蛋白质水解物和/或人工合成和/或天然的氨基酸纯品和/或混合物和/或母液。氨基酸包括甘氨酸、谷氨酸等天然氨基酸或亚氨基二乙酸等人工合成的氨基酸，也可以是其任意组合任意比混合物。

所述的氨基酸可直接作为释磷有机肥料使用，亦可配以无机肥料生产双效复合肥使用。以氮素施用量表示，氨基酸施用量占氮肥施用量的5%~100%。与其复配的无机氮肥为尿素、铵盐；无机钾肥为硫酸钾、磷酸二氢钾或氯化钾；无机磷肥为磷酸二氢盐或磷酸氢盐。

氨基酸是常见的生物营养物质，可以从各种植物和动物蛋白中水解获得，也可以通过微生物发酵获得。谷氨酸是目前产量最大的氨基酸，我国总发酵能力已接近160万吨，约占全球谷氨酸产能的75％，谷氨酸生产成本约5000元/吨；甘氨酸及亚氨基二乙酸，可以通过氯乙酸氨解获得，也可以通过氢氰酸合成羟基乙腈再经氨解、水解、浓缩获得，生产成本约为10000元/ 吨；若简化或省去浓缩、提纯、结晶步骤，将含无机铵盐或菌体的混合物直接作为肥料的成本将会大幅减少。可见，氨基酸复合肥在原料来源、生产保证、产业推广、市场需求等各方面都具备经济和技术的可行性。因此，氨基酸作为释磷和供氮的双效肥是未来农用肥的产业发展方向。

本发明的优点是：玉米、水稻、蔬菜的盆栽或田间肥效试验均证明，氨基酸具有双效肥的功能，既可作为高效氮肥又可同时替代磷肥，促进作物对土壤中磷的吸收。通过系列的组合与复配，开发更具优势的无磷或少磷有机或有机-无机复合肥，可以缓解磷矿的过度消耗，土壤板结和盐化、减少水肥流失、改善土壤胶体性质、增加土壤肥力，更好的利用土壤中富集的难溶磷酸盐，实现资源合理循环利用。

具体实施方式

本发明可用下文中的非限定性实施例作进一步的说明。

将最简单的氨基酸代表——甘氨酸纯品（下文简称G），双羧基酸性氨基酸代表——谷氨酸纯品（下文简称GLU）、亚氨基二乙酸纯品（下文简称I），混合物代表——亚氨基二乙酸粗品（含有约70%氯化铵或者硫酸铵、15%亚氨基二乙酸盐酸盐或者硫酸盐、5%甘氨酸盐酸盐，下文简称D），与无机氮肥作对比评价试验，进行玉米盆栽、水稻盆栽或莴笋小区田间试验，验证这几类氨基酸肥效及促进土壤释磷效果。

实施例1：

甘氨酸、亚氨基二乙酸纯品和亚氨基二乙酸粗品分别与磷肥、钾肥复配成双效复合肥料进行肥效评价试验。水稻盆栽试验结果（表1）表明，三者均是良好的有机氮肥。与对照CK（不施氮肥，正常施加磷肥、钾肥）相比，N施用量为50mg/kg条件下，G、I、D分别增产140.2%、140.2%、170.7%；N施用量为100mg/kg条件下，G、I、D分别增产225.0%、310.9%、271.7%；N施用量为200mg/kg条件下，G、I、D分别增产328.3%、339.1%、258.7%。试验结果充分肯定三者的氮肥肥效。

表1 不同肥源不同施用量处理对水稻苗期生物量及磷素吸收量的影响

处理	N（mg /kg）	干重（g/pot）	（%）
				CK	0	0.92	100.00
G1	50	2.21	240.22
				G2	100	2.99	325.00
G3	200	3.94	428.26
				I1	50	2.21	240.22
I2	100	3.78	410.87
				I3	200	4.04	439.13
D1	50	2.49	270.65
				D2	100	3.42	371.74
D3	200	3.30	358.70

实施例2：

甘氨酸、亚氨基二乙酸纯品和亚氨基二乙酸粗品作释磷供氮双效肥施用，进行肥效评价试验。水稻盆栽试验结果（表2）表明，三者均是具有释磷效应有机氮肥。与施加等氮量（200mg/kg）的尿素对照CK相比，氨基酸、亚氨基二乙酸纯品和亚氨基二乙酸粗品处理分别增产7.7%、11.9%、16.1%，磷素吸收量增加7.8%、9.4%、18.8%。

表2 不施磷处理对水稻苗期生物量及磷素吸收量的影响

处理	P₂O₅（mg/kg）	干重（g/pot）	（%）	全磷（mg/pot）	（%）
						CK	0	3.61	100.00	12.80	100.00
G	0	3.89	107.76	13.80	107.81
						I	0	4.04	111.91	14.00	109.38
D	0	4.19	116.07	15.20	118.75

实施例3：

甘氨酸、亚氨基二乙酸纯品和亚氨基二乙酸粗品与磷肥复配成双效复合肥料进行肥效评价试验。水稻盆栽试验结果（表3）表明，三者是具有显著释磷效应的有机氮肥。在同氮素施加量下，I0、D0、G0即使不施加磷肥仍可达CK（施加磷肥）的产量和磷素吸收量，D0增产9.8%，增加吸收磷素11.9%。I1（施加CK50%的磷素）比CK同样能增吸磷素9.4%

表3 不同肥源不施或少施磷与施磷对照水稻苗期生物量及磷素吸收量的比较

处理	P₂O₅（mg/kg）	干重（g/pot）	（%）	全磷（mg/pot）	（%）
						CK	100	3.15	100.00	11.62	100.00
G0	0	3.11	98.73	11.40	98.14
						I0	0	3.10	98.41	11.45	98.54
I1	50	3.18	100.95	12.71	109.38
						D0	0	3.46	109.84	13.00	111.89

实施例4：

甘氨酸、亚氨基二乙酸纯品和亚氨基二乙酸粗品与磷肥复配成双效复合肥料进行肥效评价试验。玉米盆栽试验结果（表4）表明，三者均有优异的氮肥肥效。相同施肥量情况下，G、I、D与无机尿素CK对照相比，分别增产9.2%、28.3%、35.1%，明显优于尿素；分别使磷素吸收量增加3.3%、12.3%、28.3%，具有明显的释磷效应。

表4 不同肥源处理对玉米苗期生物量及磷素吸收量的影响

处理	N（mg/kg）	P₂O₅（mg/kg）	干重（g/pot）	（%）	全磷（mg/pot）	（%）
							CK	100	100	3.36	100.00	8.3	100.00
G	100	100	3.67	109.23	8.57	103.25
							I	100	100	4.31	128.27	9.32	112.29
D	100	100	4.54	135.12	10.65	128.31

实施例5：

甘氨酸、亚氨基二乙酸纯品和亚氨基二乙酸粗品与作为释磷供氮双效肥料进行肥效评价试验。玉米盆栽试验结果（表5）表明，在同等施氮量（200mg/kg）时，I氮肥肥效与无机氮肥对照CK相当，G、D明显优于CK，且释磷效应显著。I、G、D均比CK吸收更多的磷素，G、I、D磷素吸收增量分别为15.7%、15.6%、27.7%。

表5 不施磷处理对玉米苗期生物量及磷素吸收量的影响

处理	P₂O₅（mg/kg）	干重（g/pot）	（%）	全磷（mg/pot）	（%）
						CK	0	3.53	100.00	9.92	100.00
G	0	4.37	123.80	11.48	115.73
						I	0	3.55	100.57	11.47	115.63
D	0	4.27	120.96	12.67	127.72

实施例6：

甘氨酸、亚氨基二乙酸纯品和亚氨基二乙酸粗品与磷肥复配成双效复合肥料进行肥效评价试验。玉米盆栽试验结果（表6）表明，三者是具有显著释磷效应的有机氮肥。相对于对照CK施磷处理，同等施氮量（100mg/kg），I、D、G施磷量为0或者为对照处理的一半时，均可促使水稻吸收与CK等量甚至更多的磷素。G0、I0、D0 没有施加磷肥，却比施磷的对照CK分别多吸收磷19.0%、40.9%、24.9%，G1施加CK一半的磷素，比CK多吸收磷素21.2%。

表6 不同肥源不施或少施磷与施磷对照玉米苗期生物量及磷素吸收量的比较

代号	P₂O₅（mg/kg）	干重（g/pot）	（%）	全磷（mg/pot）	（%）
						CK	100	3.36	100.00	8.30	100.00
G0	0	3.86	114.88	9.88	119.03
						G1	50	4.00	119.05	10.05	121.11
I0	0	4.23	125.89	11.70	140.96
						D0	0	3.57	106.25	10.37	124.94

实施例7：

谷氨酸与氮肥、磷肥、钾肥复配成双效复合肥料进行肥效评价试验。莴笋小区试验结果（表7）表明，GLU具有氮肥肥效和释磷效应，所产蔬菜品质符合要求。在同等施氮量（20kg/亩）、施钾量（10kg/亩）条件下，施加相当于CK50%的磷素，GLU 莴笋产量相对增加44.6%，磷素吸收量相对增加29.2%，且能增加蔬菜中的氨基酸和Vc含量。

表7 GLU田间莴笋试验

处理	P₂O₅（kg/亩）	平均产量（kg/株）	（%）	磷素吸收量（g/株）	（%）	Vc（mg/kg）	氨基酸（mg/kg）
								CK	10	0.738	100.00	0.24	100.00	141	1188
GLU	5	0.698	94.57	0.19	79.19	149	1558

实施例8：

亚氨基二乙酸混合母液（下简称D_L）与磷肥、钾肥复配成双效复合肥料进行肥效评价试验。莴笋小区试验结果（表8、表9）表明D_L具有氮肥肥效和释磷效应，所产蔬菜品质符合要求。在同等施氮量（20kg/亩）、施钾量（10kg/亩），不施磷肥情况下，D_L1比CK+CA（柠檬酸）增产20.7%，说明D_L既是氮源又具有同柠檬酸类似的释磷效应。D_L2相比对照CK只施加50%的磷素，莴笋产量相对增加54.3%，磷素吸收量相对增加 37.5%，且能增加蔬菜中的氨基酸含量。

表8 D_L田间莴笋试验1

处理	P₂O₅（kg/亩）	平均产量（kg/株）	（%）	磷素吸收量（g/株）	（%）	氨基酸（mg/kg）
							CK+CA	0	0.352	100.00	0.10	100.00	1238
D_L1	0	0.425	120.66	0.10	100.00	1416

表9 D_L田间莴笋试验2

处理	P₂O₅（kg/亩）	平均产量（kg/株）	（%）	磷素吸收量（g/株）	（%）	氨基酸（mg/kg）
							CK	10	0.738	100.00	0.24	100.00	1188
D_L2	5	0.770	104.34	0.21	87.50	1487

Claims

1.氨基酸作为土壤磷释放剂的用途，其特征在于，氨基酸直接作为释磷有机双效肥料使用，或与无机肥料复配成双效复合肥料使用，少施加甚至不施加磷肥。

2.根据权利要求1所述的氨基酸作为土壤磷释放剂的用途，其特征在于，氨基酸是天然氨基酸或人工合成的氨基酸。

3.根据权利要求1或2所述的氨基酸作为土壤磷释放剂的用途，其特征在于，氨基酸是指甘氨酸、谷氨酸或亚氨基二乙酸，或其任意组合任意比混合物。

4.根据权利要求3所述的氨基酸作为土壤磷释放剂的用途，其特征在于，氨基酸为亚氨基二乙酸或含亚氨基二乙酸的混合物。

5.根据权利要求1所述的氨基酸作为土壤磷释放剂的用途，其特征在于，氨基酸施用量占氮肥施用量的5%~100%。

6.根据权利要求1所述的氨基酸作为土壤磷释放剂的用途，其特征在于，与其复配的无机氮肥为尿素、铵盐；无机钾肥为硫酸钾、磷酸二氢钾或氯化钾；无机磷肥为磷酸二氢盐或磷酸氢盐。