CN103030471B - 纳米微生物有机无机复合肥及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及农业领域及环保领域，具体涉及纳米微生物有机无机复合肥及其制作方法。该肥料包括：按重量计，层状硅酸盐5-40份，巨大芽孢杆菌0.1-0.25份，胶冻样芽孢杆菌0.1-0.25份，枯草芽孢杆菌0.1-0.25份，含氮元素、钾元素和磷元素的底肥料0.1-0.25份；所述氮钾磷元素在所述底肥料中的总重量比例为6-18%。其制作方法包括：分别培养巨大芽孢杆菌、胶冻样芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌菌株，得到孢子状态的菌株；将底肥料混合，并粉碎；将粉碎后的底肥料、孢子状态的菌株、层状硅酸盐混合，造粒，干燥。本发明既能提供农作物所需的营养，又分解土壤吸附固定的氮肥、钾肥和磷肥，避免了对土壤的破坏。

Description

纳米微生物有机无机复合肥及其制作方法

技术领域

本发明涉及农业领域及环保领域，具体涉及纳米微生物有机无机复合肥及其制作方法。

背景技术

现有的肥料主要包括无机肥、有机肥、复合肥等。这些化肥虽然对农作物有增产作用，但长期施用对土壤也有危害。主要是由于施加的肥料只有一部分被植物直接吸收，另一部分被土壤吸附固定，吸附固定的物质过量时，尤其是磷肥和钾肥，会破坏土壤天然平衡、土壤的团粒结构，进而导致土壤板结、地力下降，对土壤造成严重破坏。例如，土壤中的磷肥过多时，其会与土壤中的钙镁离子结合形成难溶性盐，既浪费磷肥，有破坏了土壤的团粒结构（团粒结构是带负电的土壤粘粒及有机质与带正电的钙、镁离子联接而成的）；过量钾肥会置换土壤团粒结构中的钙镁离子，由于钾离子不具有键桥作用，使得土壤团粒结构破坏。土壤团粒结构被破坏后，土壤保水、保肥能力及通透性降低，不利于农作物的生长，即产生恶性循环。

由此可见，长期施用这些肥料，会对土壤造成严重破坏，急需研究一种既可以提供农作物所需的营养，又不会破坏土壤的肥料。

发明内容

本发明提供纳米微生物有机无机复合肥及其制作方法，既能提供农作物所需的营养，又分解土壤吸附固定的钾肥和磷肥，避免了对土壤的破坏。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

纳米微生物有机无机复合肥，包括：

按重量计，层状硅酸盐5-40份，巨大芽孢杆菌0.1-0.25份，胶冻样芽孢杆菌0.1-0.25份，枯草芽孢杆菌0.1-0.25份，含氮元素、钾元素和磷元素的底肥料235-510份；

所述氮元素、所述钾元素和所述磷元素在所述底肥料中的总重量比例为6-18%。

进一步地，所述底肥料包括无机肥料和有机肥料。

进一步地，所述无机肥料为磷石膏、过磷酸钙、粉煤灰和蒙脱土。

进一步地，所述有机肥料为腐植酸。

进一步地，按重量计，

所述巨大芽孢杆菌为0.15-0.2份，所述胶冻样芽孢杆菌为0.15-0.2份，所述枯草芽孢杆菌为0.15-0.2份；

所述无机肥料中，所述磷石膏为50-90份，所述过磷酸钙为50-90份，所述粉煤灰为50-90份，所述蒙脱土为5-40份；

所述有机肥料中，所述腐植酸为80-200份。

进一步地，按重量计，还包括水100-250份。

进一步地，按重量计，

所述水为150-200份，所述磷石膏为60-80份，所述过磷酸钙为65-75份，所述粉煤灰为60-80份，所述蒙脱土为10-20份。

纳米微生物有机无机复合肥的制作方法，包括下列步骤：

步骤A：分别培养所述巨大芽孢杆菌、所述胶冻样芽孢杆菌菌株，得到孢子状态的菌株；

步骤B：将所述含氮元素、钾元素和磷元素的底肥料混合，并粉碎；

步骤C：将粉碎后的底肥料、所述孢子状态的菌株和所述层状硅酸盐混合，造粒，干燥，得到颗粒状纳米微生物有机无机复合肥。

进一步地，所述步骤A中，进一步包括：培养所述枯草芽孢杆菌，得到孢子状态的菌株。

进一步地，所述步骤B中，所述粉碎为粉碎至粒径为10-100nm的颗粒。

与现有技术相比，本发明提供的纳米微生物有机无机复合肥及其制作方法是：向现有的含氮钾磷三种元素的底肥料中加入巨大芽孢杆菌和胶冻样芽孢杆菌两种菌株，利用造粒技术制成颗粒状的纳米微生物有机无机复合肥；底肥料为农作物提供生长所需的钾、磷基本元素，其中一部分被农作物作为营养物质直接吸收，另一部分被土壤吸附固定；而两种菌株将被土壤吸附固定的底肥料分解成可供农作物吸收的物质，具体分解过程是：巨大芽孢杆菌属于革兰氏阳性菌，它能够形成孢子，具有很好的降解土壤中有机磷的功效；胶冻样芽孢杆菌属革兰氏阴性菌，是土壤中一种重要功能菌，它能分解长石、云母等铝硅酸盐类的原生态矿物，使土壤中难溶性K、P、Si等转变为可溶性供植物生长利用；

可见，本发明提供一种纳米微生物有机无机复合肥，既能提供农作物所需的营养，又分解土壤吸附固定的钾肥和磷肥，避免了对土壤的破坏。

此外，本发明提供的技术方案还可以达到下列技术效果：

（1）胶冻样芽孢杆菌可以产生多种活性物质促进植物生长。

（2）枯草芽孢杆菌具有多种有效促活性成分，富含18种以上氨基酸，能产生蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶等多种胞外酶;菌体生长过程中产生的枯草菌素、制霉菌素、多粘菌素、短杆菌肽等活性物质，对致病菌有明显的抑制和杀灭作用，达到抗病防病的目的。

（3）通过层状硅酸盐层间纳米级反应，使底肥料成分入到膨润土层间与层间羟基、硅酸根离子、偏铝酸根离子通过离子键、范德华力等结合在一起，缓慢释放以达到营养成分缓释的目的。

（4）本发明提供的方法分别将菌株、底肥料单独生产后，再进行混合造粒，可以使菌株活性保持在75%以上。

（5）由于本发明所选用的巨大芽孢杆菌、胶冻样芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌三个菌株相互有共生、互生作用，且不产生拮抗作用，所以可以在同一培养基上培养，培养难度降低。

（6）该纳米微生物有机无机复合肥中的菌株不仅可以分解土壤吸附固定的该肥料中的氮钾磷肥，还可以分解之前土壤已吸附固定的肥料，因而具有修复土壤的功效。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为本发明的实施例一提供的一种纳米微生物有机无机复合肥的制作方法流程图；

图2所示为本发明的实施例二提供的一种纳米微生物有机无机复合肥的制作方法流程图；

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本发明中的具体实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

实施例一

本发明的实施例一提供了一种纳米微生物有机无机复合肥，包括：

按重量计，层状硅酸盐5-40份，巨大芽孢杆菌0.1-0.25份，胶冻样芽孢杆菌0.1-0.25份，枯草芽孢杆菌0.1-0.25份，含氮元素、钾元素和磷元素的底肥料235-510份；

所述氮元素、所述钾元素和所述磷元素在所述底肥料中的总重量比例为6-18%。

所述钾元素和所述磷元素在所述底肥料中的总重量比例为6-18%。

上述纳米微生物有机无机复合肥中，底肥料为农作物提供生长所需的氮、钾、磷三个基本元素，其中一部分被农作物作为营养物质直接吸收，另一部分被土壤吸附固定；而菌将被土壤吸附固定的底肥料分解成可供农作物吸收的物质，具体分解过程是：巨大芽孢杆菌属于革兰氏阳性菌，它能够形成孢子，具有很好的降解土壤中有机磷的功效；胶冻样芽孢杆菌属革兰氏阴性菌，是土壤中一种重要功能菌，它能分解长石、云母等铝硅酸盐类的原生态矿物，使土壤中难溶性K、P、Si等转变为可溶性供植物生长利用。

并且其中的胶冻样芽孢杆菌可以产生多种活性物质促进植物生长。

此外，该纳米微生物有机无机复合肥中的菌株不仅可以分解土壤吸附固定的该肥料中的氮钾磷肥，还可以分解之前土壤已吸附固定的肥料，因而具有修复土壤的功效。

上述氮元素、钾元素、和磷元素的底肥料可以为无机肥或有机肥或复合肥等多种肥料。

本实施例还提供了上述纳米微生物有机无机复合肥的制作方法，如图1所示，包括下列步骤：

步骤101：分别培养巨大芽孢杆菌、胶冻样芽孢杆菌菌株，得到孢子状态的菌株；

步骤102：将含氮元素、钾元素和磷元素的底肥料混合，并粉碎；

步骤103：将粉碎后的底肥料与孢子状态的菌株混合，造粒，干燥，得到颗粒状纳米微生物有机无机复合肥。

由此可见，本实施例的技术原理就是根据农作物需肥规律及土壤特性，将底肥料、生物活菌两大组分，依其物理、生物特性，运用现代工业技术和生物工程技术，使三大组分有机结合溶于一体，保证了化肥与生物活菌隔离、共生、共存及相互协同作用，兼顾“速效、长效、促效”合一，实现养分供给与满足作物全生育期需要的动态平衡，实现作物根际环境与保护耕地微生态平衡，达到满足作物生长所需要的全面营养、抗病防病、改良活化土壤的目的。

实施例二

为了进一步提高本发明的性能，本发明的实施例二提供了另一种纳米微生物有机无机复合肥，包括：

按重量计，巨大芽孢杆菌0.15-0.2份，胶冻样芽孢杆菌0.15-0.2份，枯草芽孢杆菌0.15-0.2份，磷石膏50-90份，过磷酸钙50-90份，粉煤灰50-90份，蒙脱土5-40份份，腐植酸80-200份，层状硅酸盐5-40份。

上述组分可以采用其份数范围内的任意份数。

上述纳米微生物有机无机复合肥的制作方法，如图2所示，包括下列步骤：

步骤201：分别培养巨大芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、胶冻样芽孢杆菌菌株，得到孢子状态的菌株；

步骤202：将磷石膏，过磷酸钙，粉煤灰，腐植酸混合，并粉碎至粒径为10-100nm的颗粒，得到粉碎后的底肥料；

步骤203：将粉碎后的底肥料、孢子状态的菌株和层状硅酸盐混合，造粒，干燥，得到颗粒状纳米微生物有机无机复合肥。

该实施例与实施例一相比，增加了一种菌株：枯草芽孢杆菌，该菌株耐酸、耐盐、耐高温(1000℃)及耐挤压;具有多种有效促活性成分，富含多种氨基酸(18种以上)，能产生蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶等多种胞外酶;菌体生长过程中产生的枯草菌素、制霉菌素、多粘菌素、短杆菌肽等活性物质，对致病菌有明显的抑制和杀灭作用；可见，加入该菌株，增加了肥料的防病治病功能，增加了肥料的营养成分，扩大了肥料的适用范围（耐酸耐盐耐高温耐挤压）。

该实施例还加入了特殊成分-层状硅酸盐，是利用了其纳米材料的特性，提高纳米微生物有机无机复合肥的利用率和吸收速度：纳米技术与生命运动具有天然的联系。生物是由纳米级单元构成的，生命系统是由纳米尺度上的分子的行为所控制的。例如，蛋白质的尺寸为1-20nm，生产蛋白质的核糖体为22-25nm，DNA链的直径为1nm等，可以认为，细胞就是一个充满纳米尺寸单元结构的系统。植物对营养成分的吸收、运转、利用，基本上是在纳米尺度上进行的，当营养成分处于纳米状态，容易被植物直接吸收。施入土壤的有机养分，大多需要通过微生物的分解作用，在纳米尺寸被植物吸收，施入土壤的无机养分，部分被植物直接吸收，另一部分流失和被土壤吸附固定，发生物理化学变化，分子量增大，难以被植物直接利用。

本实施例设计和控制层状硅酸盐的层间距，从而影响不同养分的理化状态、释放速率和生物酶活性。肥料（植物营养元素）和基因之间在持续不断地进行着交互作用，直接和间接地调控、影响基因的表达。纳米肥料，除了具有纳米尺度的结构外，应该同时具有纳米材料所体现的突出性能。由于纳米材料具有小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应和量子隧道效应等基本特性，从而出现了许多传统材料不具备的奇异特性：在吸收、催化、敏感特性和磁效应方面都表现出明显不同于传统材料的特性，在高技术基因表达应用上显示出巨大的潜力，也因此具备在农作物产量的增长中做出突出贡献的可能。具体原理是：层状硅酸盐具有特殊的空间结构：尺寸属于纳米尺度，包含三个亚层，亚层间通过共用氧原子以共价键连接，结合极为坚固，其片层间带有负电荷，与游离于层间的钠镁钙等阳离子进行离子交换，中间形成孔状，可以使其他肥料物质分散于其中，从而使这些肥料具有纳米材料的特性，我们主要通过层状硅酸盐层间纳米级反应，使底肥料成分入到膨润土层间与层间羟基、硅酸根离子、偏铝酸根离子通过离子键、范德华力等结合在一起，缓慢释放以达到营养成分缓释的目的。同时，使得膨润土的部分层状构造受到破坏，形成的单片层包裹微细营养成分，尤其是农作物生长过程中需要的微量元素和超微量元素、微生物成分，得以在纳米级的层状间得以保存，同时在孔容能、静电层约束下，片层上的羟基、硅酸根离子、偏铝酸根离子与农业投入品功能成分结合达到缓释目的。进入到膨润土层间的农业投入品功能成分与层间负离子之间结合较为松散，在遇水膨胀时，层间距离增大，层间孔道疏通，易于农业投入品功能成分流出，为植物提供能量元素。这是以纳米级尺度的“插层置换反应”、“柱撑反应”、“嵌套反应”的反应为路径，实现化肥缓释、减低化肥流失带来的环境污染、大幅度提高化肥利用率，在粮食增产的前提下最大限度保护农耕地生态结构、节能减排、发展绿色农业的一条捷径。

该实施例还加入有机质-腐植酸，腐植酸具有肥料增效、改良土壤、刺激作物生长、改善农产品质量等功能：腐植酸是多种官能团构成的有机载体，也是一个具有植物呼吸和光合作用代谢功能的中间物质，因此它具有很大的可容性，可与多种物质相结合，提高营养物质的吸收；并且腐植酸能促进土壤微生物的活动，增加土壤微生物的数量，增强土壤酶的活性，腐植酸使好气性细菌、放线菌、纤维分解菌的数量增加较多，加速有机物的矿化，促进营养元素的释放有利。

由此可见，实施例二提供的纳米微生物有机无机复合肥选择具有解磷、解钾、解氮功能的生物活菌，可提高养分在土壤中的转化效率，减少肥料的土壤固定及损失，提高肥料利用率，提高肥料使用效果，实现养分供给与满足作物全生育期需要的相互平衡。由于长期大量施用化肥，使得土壤有机质严重缺失，土壤盐分过度累积，养分供应失衡，残留在土壤中的有毒有害物增多，土传病害滋生，直接影响作物正常的生理表现，轻者造成根系发育不良、死苗、烂苗，重者缺株、矮化、减产，最严重的可导致作物绝收。在生物活菌中选择具有抗病和生防功能的菌种，就能有效防治病原微生物对作物造成的重大破坏，可保证粮食安全和食品安全。基于此，筛选“纳米微生物-有机-无机-复合肥”的微生物菌种就有了明确的方向，依据微生物菌种间相互有共生、互生作用，且不产生拮抗作用的原理，在大量试验的基础上，最后选定“巨大芽孢杆菌+胶冻样芽孢杆菌+枯草芽孢杆菌”作为“纳米微生物-有机-无机-复合肥”的生物活菌的复合菌种组配。该复合菌种能有效分解土壤中含量丰富的难溶性磷、钾，将农作物难以利用的物质转化为可被利用的有效营养物质，既培肥了地力，又使废弃物、残留物得到充分利用，解决了废弃物对环境的污染问题，达到有效利用农业废弃资源，提升土壤有机质，改良活化土壤的目的，另外抗病生防的微生物及其衍生物，在肥料中得以充分应用，创造了“肥、药、健”三效合一的功能肥料，改善并提高农产品品质，有益于人们的健康生活。可见，本实施例具有有机肥、无机肥、生物活性菌三大组分，通过三者之间的相互作用及三者各自的效应，本实施例达到了下列目的：为农作物生长提供全面营养，保护和修复土壤，缓慢释放营养，吸收率高。

实施例三

本发明的实施例三提供了另一种纳米微生物有机无机复合肥，包括：

按重量计，巨大芽孢杆菌0.15-0.2份，胶冻样芽孢杆菌0.15-0.2份，枯草芽孢杆菌0.15-0.2份，水150-200份，磷石膏60-80份，过磷酸钙65-75份，粉煤灰60-80份，蒙脱土10-20份，层状硅酸盐5-40份，腐植酸80-200份。

上述纳米微生物有机无机复合肥的制备过程为：

准备菌株：从土壤分离有益微生物，定向筛选，扩大培养，不同组合复配效果比较，微生物组合定型，培养发酵工艺研究，微生物活性和含量检测，品定型，在将微生物原菌，比例配料，载体吸附，高密度发酵培养，搅拌通气，低温干燥，检验；

准备底肥料：底肥料粉碎，搅拌；

最后将上述菌株和底肥料混合，造粒得到纳米微生物有机无机复合肥。

上述生产，突破了传统的工艺路线，优选了各工序的工艺参数，试制了专用工艺设备，加强了工序控制，制定了严格的质量管理办法和产品质量标准，保证了生产过程和产品质量始终处于受控状态。实现了连续稳定的工业化生产，使产品活孢子数这一重要指标的生产水平，稳定达到国家标准（活孢子数目>0.2亿个/g）

实施例四

本发明的实施例四提供了另一种纳米微生物有机无机复合肥，包括：

按重量计，层状硅酸盐5-40份，巨大芽孢杆菌0.15-0.2份，胶冻样芽孢杆菌0.15-0.2份，枯草芽孢杆菌0.1-0.25份，含氮元素、钾元素和磷元素的底肥料235-510份；氮元素在底肥料中的总重量比例为2-6%，钾元素在所述底肥料中的总重量比例为2-6%，所述磷元素在所述底肥料中的总重量比例为2-6%。

实施例五

本发明的实施例五提供了另一种纳米微生物有机无机复合肥，包括：

按重量计，层状硅酸盐5-40份，巨大芽孢杆菌0.15-0.2份，胶冻样芽孢杆菌0.15-0.2份，含钾元素、氮元素、磷元素、硼元素、砷元素、锰元素、铜元素、钴元素、钼元素的底肥料0.1-0.25份；

所述氮元素、所述钾元素、所述磷元在所述底肥料中的总重量比例均为2-6%，所述铁元素、所述硼元素、所述砷元素、所述锰元素、所述铜元素、所述钴元素、所述钼元素在所述底肥料中的总重量比例均为0.1-1.2%。

本实施例提供了农作物生长所需的微量元素，是营养成分更全面。

实施例六

本发明的实施例六提供了另一种纳米微生物有机无机复合肥，包括：

按重量计，巨大芽孢杆菌0.1-0.25份，胶冻样芽孢杆菌0.1-0.25份，枯草芽孢杆菌0.1-0.25份，磷石膏50-90份，过磷酸钙50-90份，粉煤灰50-90份，蒙脱土5-40份，层状硅酸盐5-40份，腐植酸80-200份；水100-250份，纳米微生物有机无机复合肥的pH值为6.8-7.8。

为了进一步说明本实施例提供的纳米微生物有机无机复合肥的有益效果，还选择了广州、河北张家口地区、四川温江、双流、北京通州地区等城乡结合地区的蔬菜基地进行降低化肥施用量，提高蔬菜质量的对比试验，本实施例与不加入微生物的肥料相比，取得了降低化肥施用量50%，增产30%以上的显著成效。

由以上六个实施例可知，本发明在以下三发明作了明显创新：

理论创新：传统肥料的研发生产是从作物生长所需的“基本营养”出发，完全忽略了种子、土壤、产量与肥料之间的利害关系，所研发生产的各类肥料带有避免不了的局限性。本发明在研制上提出肥料不仅要满足作物所需全面营养，还要在连续使用中，保护耕地、改良并活化土壤，这一理论观念已作为“纳米微生物-有机-无机-复合肥”研发生产的理论基础。

配方创新：本发明配方实现全营养化，将无机养分、有机物料和生物活菌三大组分融为一体，满足了作物不同生育期的营养需要，集速效、长效和促效于一体;生物活菌实现功能化的全新组合，把分解残留提高肥效的解磷、解钾菌和抗病毒细菌、生防细菌有效复合，抗病、生防微生物及代射产物中的多种生命元素在肥料中应用，创造了“肥、药、健”三效合一的功能肥料，实现了养分由单一向多元，功能由单项向全能的转变。

工艺创新：本发明在生产技术上采用非典型的特殊工艺，通过低温造粒技术，在不影响生物活菌的活性和含量的前提下，实现了无机养分、有机物料及生物活性物质的有机结合。

最后应说明的是：以上具体实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述具体实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施方式和具体实施例技术方案的精神和范围。

Claims (1)

1.纳米微生物有机无机复合肥，其特征在于，包括：

按重量计，巨大芽孢杆菌0.1-0.25份，胶冻样芽孢杆菌0.1-0.25份，枯草芽孢杆菌0.1-0.25份，磷石膏50-90份，过磷酸钙50-90份，粉煤灰50-90份，蒙脱土5-40份，层状硅酸盐5-40份，腐植酸80-200份；水100-250份，所述纳米微生物有机无机复合肥的pH值为6.8-7.8。