CN104262016A

CN104262016A - 一种保水缓释型生物复合肥及制备方法

Info

Publication number: CN104262016A
Application number: CN201410529308.5A
Authority: CN
Inventors: 武占省; 温鹏; 秦绍华; 韩亚杰; 张根林
Original assignee: Shihezi University
Current assignee: Shihezi University
Priority date: 2014-09-23
Filing date: 2014-09-23
Publication date: 2015-01-07
Anticipated expiration: 2034-09-23
Also published as: CN104262016B

Abstract

本发明涉及一种保水缓释型生物复合肥及制备方法。本发明以丙烯酸、丙烯酰胺、钠基膨润土、尿素为原料，以过硫酸钾为引发剂，N，N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，司盘60为分散剂，通过化学合成法制得保水缓释肥料，用保水缓释肥料吸附功能微生物菌株，40℃干燥，粉碎后得到此产品。本发明吸蒸馏水倍率大于700g/g，吸盐水倍率大于150g/g，含氮量在15％以上，且氮素初期释放率小于15％，28天累计释放率小于80％，养分释放期的累计释放率大于80％，储藏六个月后，有效活菌数仍在3×10⁷cfu/g以上。本发明能显著提高种子的发芽率、成苗率，且具有环境友好、应用方便、性能稳定等优势，能够有效解决农业节水及提高肥效问题，具有广阔的应用前景。

Description

一种保水缓释型生物复合肥及制备方法

技术领域

本发明涉及农业技术领域，具体的说是一种保水缓释型生物复合肥及制备方法。

背景技术

20世纪后半叶，人口数量的急剧增长直接导致了粮食需要的增加，而在农业生产中，肥料和水分始终扮演着重要角色。现阶段水资源的浪费、肥料利用率低等问题，带来了一系列的土壤质地板结、盐渍化、水体富营养化等问题。因此，如何有效提高水、肥料利用率，减少土壤问题对农作物带来的危害，已成为我国农业必须面临的问题。从而进行农业“节水保水”、化肥“减量增效”迫在眉睫，如果有效地提高农田水分和化肥利用率，将对干旱半干旱地区农业生产、经济增长及社会发展均具有重要意义。

在我国，干旱、半干旱地区约占国土面积的47％，严重制约了我国农业的发展。因此，通过开发及应用保水剂来提高农田水分利用率已成为解决这一问题的重要途径。保水剂是一种吸水性聚合物，具有很好的吸水、保水性能，能吸收相当于自身重量几百上千倍的水分，而且具有反复吸水功能，吸水后可缓慢释放水分供植物或种子的水分的需求，提高水分利用率，从而改善土壤墒值，提高种子发芽率、幼苗的成活率，降低水资源在农业生产中的损失。目前，吸水性聚合物产品大多是合成聚合物系，但合成聚合物系具有成本高、耐盐性差及降解性差等问题，因此限制了其在农业领域的大范围推广应用。近年来，通过添加凹凸棒土、高岭土及膨润土等无机粘土制备了有机/无机高吸水树脂，在一定程度上改善了这些问题，使得保水剂的发展有了新的突破。如中国专利CN1687163A公开了一种利用丙烯酸、丙烯酰胺、凹凸棒土、膨润土为原料，添加一定的引发剂、交联剂制备一种多组分低成本保水剂的方法。中国专利CN101117422A公开了一种利用丙烯酸、丙烯酰胺、膨润土为原料，添加一定的引发剂、交联剂制备一种膨润土复合高吸水树脂的方法。由这些方法制备的保水剂都在一定程度上降低了生产成本，提高了吸水倍率、凝胶强度。

在农业生产中直接大量施用化学肥料，不仅造成肥料损失、降低肥料的利用率，还带来了一系列的环境问题。缓释肥料的开发被认为是解决这一问题的有效途径之一。缓释肥料是指一类能够缓慢释放或按作物需肥规律供给养分的肥料。由于该类肥料养分释放率较常规肥料缓慢，释放出的养分很快被作物吸收，这样肥料损失率就会大大降低，利用率就会大大提高，从而达到减少肥料施用量和保护环境的目的。如中国专利CN102153424A公布了一种利用尿素、腐植酸原料煤和磷酸盐制备腐植酸尿素缓释肥料的方法。中国专利CN103708915A公布了一种利用尿素、碳酸铵和凹凸棒土制备缓释肥料的方法。由这些方法制备的产品能有效抑制尿素在土壤中的分解速度，提高尿素肥效和氮的利用率。

现代农业中化学肥料的长期使用，带来了一系列的土壤、环境问题。因此，开发及应用生物肥料已成为农业生产和肥料发展的必然趋势。生物肥料是以其中的有益微生物的生命活动为基础的，能够为植物生长提供特定肥效的新型肥料制品。生物菌肥中有益微生物的生命活动，能够产生各种植物激素促进植物生长。同时其有益菌群在植物根际的繁殖，使其成为了植物土壤中的优势菌群，从而抑制了其他有害微生物的存活，且由于其具有的特殊功能，如抗旱、抗盐碱性、抗病等功能，大大提高了植物对一些逆境的适应性。另外，生物菌肥的施用还能在减少化学肥料施用的同时，提高植物对化学肥料的利用率。如中国专利CN103773716A公布了一种由黑曲霉培养物、解磷巨大芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌制备高效复合生物肥的方法。由此方法制备的产品能提高产品产量，在一定程度上减少化学肥料的施用。设想开发一种保水缓释型生物复合肥料产品，同时具有保水、缓释、生物特性等功能，其广泛应用能在一定程度上缓解农业生产中所面临的土壤干旱、盐渍化及环境污染等问题。

但既具有保水、缓释功能，又具有微生物功能的保水缓释型生物复合肥还未见报道。本专利创新性地采用化学合成法将化肥、粘土、有机单体及生物菌体聚合生成无机/有机聚合物缓释生物肥料，使肥料养分成为聚合物分子本身的一个组成部分，实现既具有较强保水功能，又具有养分缓释效果，同时含有解盐防病促生功能微生物的保水缓释生物肥料的制备技术突破和创新，解决了以往缓释肥料的养分缓释效果差、保水剂的耐盐保水性能差等问题。产品具有环境友好、应用方便、性能稳定等优势，能够有效解决农业节水及提高肥效问题，具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种保水缓释型生物复合肥。

本发明可通过以下措施来实现：

本发明采用钠基膨润土、尿素、丙烯酸和丙烯酰胺作为制备高含氮量吸水保水缓释氮肥的主要原料，添加交联剂、引发剂和分散剂，通过化学合成法得到高含氮量吸水保水缓释氮肥。然后将自行筛选的解盐促生菌恶臭假单胞菌SRPG-396(保藏号：CGMCC No.9397)、防病促生菌解淀粉芽孢杆菌株DPPG-74(保藏号：CGMCC No.9396)中的任何一种或两种与制备的高含氮量吸水保水缓释氮肥相结合，利用保水缓释肥料特有的三维网络结构对菌株进行吸附包埋，从而制备了既具有吸水保水、缓释等功能，同时具有解盐防病促生功能的保水缓释型生物复合肥。

一种保水缓释型生物复合肥的制备方法，具体实现步骤如下：

(1)将一定量丙烯酸用蒸馏水稀释后，冰水浴下搅拌，用氢氧化钠溶液中和，依次加入一定量丙烯酰胺、交联剂、引发剂、无机矿物原料和尿素，300rpm下分散混匀30min，得到水相体系；

(2)将分散剂与环己烷混合，加热条件下，300rpm分散混匀，至分散剂完全溶解，得到含环己烷和分散剂的油相体系；

(3)氮气保护条件下，将水相体系与油相体系按一定比例混合(V/V)，控制温度，500rpm下高速分散，反应一定时间后，冷却至室温，过滤，溶液回收再利用，固体物质烘干，得到一系列颗粒状的肥料颗粒；

(4)在不断搅拌下，常温下将浓缩后的菌悬液加入保水缓释氮肥，40℃干燥，粉碎后得到保水缓释型生物复合肥料产品。

本发明的保水缓释型生物复合肥料，与现有产品相比具有以下优点：

(1)该保水缓释型生物复合肥具有很好的吸水保水性能，吸蒸馏水倍率大于700g/g，吸盐水(0.9wt％NaCl水溶液)倍率大于150g/g。

(2)该保水缓释型生物复合肥具有很好的缓释效果，含氮量在15％以上，且氮素初期释放率小于15％，28天累计释放率小于80％，养分释放期的累计释放率大于80％。

(3)该保水缓释型生物复合肥具有很好的生物功效，能在较短的时间内释放大量的功能性菌株，释放率大于40％，能在种子发芽和苗期生长阶段持续释放提供大量有益菌体，有效发挥功能菌株解盐防病促生功效。且储藏六个月后，有效活菌数仍在3×10⁷cfu/g以上，具有较好的储藏稳定性，解决了传统生物肥料稳定性差和持效性低等问题。

附图说明

图1为保水缓释型生物复合肥料吸水溶胀后的图片；

图2为保水缓释型生物复合肥料吸水溶胀干燥后的图片。

具体实施方法

实施例1

(1)将25％丙烯酸用蒸馏水稀释后，冰水浴下搅拌，用氢氧化钠溶液中和，中和度为70％，依次加入15％丙烯酰胺、0.02％交联剂、0.02％引发剂、15％无机矿物原料和35％尿素，300rpm下分散混匀30min，得到水相体系；

(2)将1％分散剂与环己烷混合，加热条件下，300rpm分散混匀，至分散剂完全溶解，得到含环己烷和分散剂的油相体系；

(3)氮气保护条件下，将水相体系与油相体系按1∶3比例混合(V/V)，控制温度70℃，500rpm下高速分散，反应3h后，冷却至室温，过滤，溶液回收再利用，固体物质烘干，得到一系列颗粒状的肥料颗粒；

所得到的保水缓释型生物复合肥的吸蒸馏水倍率为850g/g，生理盐水倍率为182g/g。含氮量为17.38％。初期养分释放率为10％，28天的累积养分释放率为70％。储藏6个月后，其释放的有效活菌数为3.8×10⁷cfu/g。

实施例2

(1)将40％丙烯酸用蒸馏水稀释后，冰水浴下搅拌，用氢氧化钠溶液中和，中和度为50％，依次加入30％丙烯酰胺、1％交联剂、1％引发剂、5％无机矿物原料和20％尿素，300rpm下分散混匀30min，得到水相体系；

(2)将2％分散剂与环己烷混合，加热条件下，300rpm分散混匀，至分散剂完全溶解，得到含环己烷和分散剂的油相体系；

(3)氮气保护条件下，将水相体系与油相体系按1∶4比例混合(V/V)，控制温度80℃，500rpm下高速分散，反应4h后，冷却至室温，过滤，溶液回收再利用，固体物质烘干，得到一系列颗粒状的肥料颗粒；

所得到的保水缓释型生物复合肥的吸蒸馏水倍率为780g/g，生理盐水倍率为168g/g。含氮量为16.15％。初期养分释放率为14.2％，28天的累积养分释放率为75％。储藏6个月后，其释放的有效活菌数为3.2×10⁷cfu/g。

实施例3

(1)将30％丙烯酸用蒸馏水稀释后，冰水浴下搅拌，用氢氧化钠溶液中和，中和度为60％，依次加入20％丙烯酰胺、0.5％交联剂、0.5％引发剂、10％无机矿物原料和30％尿素，300rpm下分散混匀30min，得到水相体系；

(2)将1.5％分散剂与环己烷混合，加热条件下，300rpm分散混匀，至分散剂完全溶解，得到含环己烷和分散剂的油相体系；

(3)氮气保护条件下，将水相体系与油相体系按1∶2比例混合(V/V)，控制温度60℃，500rpm下高速分散，反应2h后，冷却至室温，过滤，溶液回收再利用，固体物质烘干，得到一系列颗粒状的肥料颗粒；

所得到的保水缓释型生物复合肥的吸蒸馏水倍率为760g/g，生理盐水倍率为157g/g。含氮量为16.95％。初期养分释放率为13.56％，28天的累积养分释放率为77.3％。储藏6个月后，其释放的有效活菌数为3.5×10⁷cfu/g。

应用实施例

将本发明具体实施例1中的产品与棉花种子以1∶50(w/w)的配比包衣以后，对照加入等量的尿素进行处理的棉花，在干旱、盐胁迫生长环境下观察统计比较两组棉花的发芽率及各项生长指标、生理指标。

表1 干旱、盐胁迫下，棉花的各项生长指标

表2 干旱、盐胁迫下，棉花的各项生理指标

注：CK+B为对棉种进行保水缓释生物肥的涂层处理；CK为对照

经对照比较发现，用保水缓释型生物肥料对棉种涂层后，在干旱、盐双重胁迫下，实验组棉花的发芽率提高了29.3％，棉花的各项生长指标，如根长、茎长、鲜重及干重分别提高了13.3％、11.29％、22.59％、34.06％。棉花的各项生理指标，如脯氨酸、丙二醛、可溶性糖及超氧化物歧化酶的含量分别降低了22.33％、62％、31.76％、40％，有效的缓解干旱、盐胁迫等逆环境对棉花生长的影响。表明该保水缓释生物肥料对棉花有很好的促生效应。

Claims

1.一种保水缓释型生物复合肥，其特征在于其是由化学合成法合成的，其原料组成为：丙烯酸25-40％，丙烯酰胺15-30％，交联剂0.02-1％，引发剂0.02-1％，无机矿物原料5-15％，尿素20-35％，分散剂1-2％，功能微生物菌株5-10％，具体步骤为：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的丙烯酸经氢氧化钠的中和度为60～80％。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的交联剂为N，N-亚甲基双丙烯酰胺；引发剂为过硫酸钾；分散剂为司盘60；无机矿物原料为钠基膨润土。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的微生物菌株为解盐促生菌恶臭假单胞菌SRPG-396(保藏号：CGMCC No.9397)、防病促生菌解淀粉芽孢杆菌株DPPG-74(保藏号：CGMCC No.9396)中的任何一种或两种。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，分散剂与环己烷的质量体积比为1∶25-1∶50，温度控制在30～50℃，水相与油相的体积比为1∶2～1∶4，聚合温度控制在50～80℃，反应时间为2～4h。

6.如权利要求1所述方法制备的保水缓释型生物复合肥，吸蒸馏水倍率大于700g/g，吸盐水倍率大于150g/g，含氮量在15％以上，氮素初期释放率小于15％，28天累计释放率小于80％，养分释放期的累计释放率大于80％。能在较短的时间内释放大量的功能性菌株，同时储藏六个月后，有效活菌数仍在3×10⁷cfu/g以上，具有较好的储藏稳定性。

7.一种保水缓释型生物复合肥，其特征在于，在干旱、盐双重胁迫下，经其处理过的棉种发芽率和成苗率显著提高，各项生长指标，如根长、株高等提高明显，各项生理指标，如脯氨酸、丙二醛等下降显著，最终提高棉花的产量。