CN105130645A

CN105130645A - 一种生物缓释钾肥及其制备方法

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Publication number: CN105130645A
Application number: CN201510550919.2A
Authority: CN
Inventors: 刘文涛; 何素芹; 韦凤杰; 王雨霈; 朱诚身; 刘浩; 吴鸣建; 李国富; 胡力伟; 董坤乐
Original assignee: Zhengzhou University
Current assignee: Zhengzhou University
Priority date: 2015-09-02
Filing date: 2015-09-02
Publication date: 2015-12-09

Abstract

本发公开了一种生物缓释钾肥，以传统钾肥为生物缓释钾肥中心，用粘结剂粘结并加入交联剂交联，再用包膜材料进行包裹，干燥成为粒径为3-5mm的颗粒状缓释钾肥，其中，用包膜材料进行包裹后再加入解钾菌培养液，包膜材料重量占生物缓释钾肥总重量的20%-45%，粘结剂的重量占生物缓释钾肥总重量的0.2%-3%；交联剂的重量占生物缓释钾肥总重量的0.1%-1.5%；解钾菌培养液的浓度为0.2%-1%，重量占生物缓释钾肥总重量的1%-10%。经过包膜的生物缓释钾肥在不同水分含量的土壤中缓慢释放其中解钾菌和钾元素，不仅减少了钾元素的浪费，而且改善了植物根际的微生物群落环境，维系了土壤养分平衡并提高了土壤肥力，恢复了土壤的有机状态，还减少了植物的病虫害，使得钾元素能得到更好的吸收。

Description

一种生物缓释钾肥及其制备方法

技术领域

本发明涉及肥料及制备技术领域，具体涉及一种添加微生物的缓释肥料。

背景技术

中国是农业大国，而农业是国民经济发展的基础。同时我国也是化肥消费大国，2007年我国肥料总消费量达5700万吨占世界首位。然而，化肥工业是高耗能工业，也是高消耗和高污染工业。而我国目前的农业生产中肥料的利用率偏低，大量的肥料施用不仅造成了资源浪费和环境污染，而且容易造成土壤的板结和理化性质的下降。因此，提高肥料利用率、降低肥料对土壤的副作用就有了非常重要的意义。

缓/控释肥料的研究始于二十世纪六十年代中期。我国对缓/控释肥料（slowreleasefertilizer）的定义是指通过养分的化学复合或物理作用，使其对作物的有效态养分随时间而缓慢释放的化学肥料。这类肥料利用无机材料、有机材料或复合材料在肥料的表面形成一层薄膜，控制肥料的溶出速率，使之与植物的生长需求相一致，从而达到提高肥料利用率和减少土壤板结的目的。目前，美国和日本在缓/控释肥料的研究居于世界前列，而国内产品主要运用于高尔夫球场、优质观赏植物和园林等方面，根据国内外缓释肥料的研究经验，膜表面包裹技术是制备缓释肥料的有效途径和手段。

随着化肥的不合理施用和农业生产中复种指数的提高，土壤中的钾元素也逐渐出现不足的现象。虽然土壤中钾的含量非常高，90%以上的钾都存在于长石和云母等硅酸盐矿物中，这些矿物化学性质稳定，只有在某些理化因素和微生物的作用下，经过漫长的风化和分解过程才能逐步从矿物晶格中释放出钾，供植物吸收利用，这就形成了土壤既富含钾又缺钾的现象。因此，矿物钾的生物有效化是解决土壤中有效钾素亏缺的重要途径之一。

解钾菌是指能分解长石、云母等硅酸盐类原生态矿物，使土壤中难溶性的钾、磷、硅等元素转变为可溶态的一类细菌，有的亦有固氮功能。其分布广泛且种类较多，主要有环状芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌、假单胞菌和多粘类芽孢杆菌等类型，不同土壤生长的菌亦有差异，但均以芽孢杆菌属为主。

目前并未见有在缓释肥料中加入解钾菌等相关报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种生物缓释钾肥，解决现有土壤板结严重，钾肥利用率差，经济效益低的问题，并且能改善植物根际微生物群落环境，提高植株的抗病能力。

本发明的第二个目的是提供一种生物缓释钾肥的制备方法。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

一种生物缓释钾肥，以传统钾肥为生物缓释钾肥中心，用粘结剂粘结并加入交联剂交联，再用包膜材料进行包裹，干燥成为粒径为3-5mm的颗粒状缓释钾肥，其中：用包膜材料进行包裹后再加入解钾菌培养液；包膜材料重量占生物缓释钾肥总重量的20%-45%，其中有机成分与无机成分的重量比例为5-20：95-80；粘结剂的重量占生物缓释钾肥总重量的0.2%-3%；交联剂的重量占生物缓释钾肥总重量的0.1%-1.5%；解钾菌培养液的浓度为0.2%-1%，重量占生物缓释钾肥总重量的1%-10%。

粘结剂为1-5%的聚乙烯醇和淀粉复配水溶液，其中聚乙烯醇与淀粉的重量比为20-80：80-20；其交联剂为1%-5%硼砂和/或尿素水溶液，硼砂和尿素的重量比为0-100：100-0；其解钾菌为芽孢杆菌属；其包膜材料中有机成分为聚乙烯醇或淀粉，无机成分为粉煤灰。

制备上述的生物缓释钾肥的制备方法，包括下列步骤：

步骤1）采取土壤样品，将不同浓度的土壤稀释液用平板涂布法进行培养，然后用平板划线发进行纯化至获得纯培养，然后将获得的细菌种子液分别接种到含有钾长石粉的培养基中，通过用火焰光度计测量培养基中速效钾的增加量来判断各细菌的解钾能力，选取解钾能力最强的解钾菌进行扩大培养，接种量为5%-10%，培养温度为25-35℃，初始pH为7.1-7.9，培养时间为36-60h制得浓度为0.2%-1%的解钾菌培养液；

步骤2）分别将粘结剂、交联剂溶于水中分别配制成1-5%的粘结剂溶液、1%-5%的交联剂溶液；

步骤3）将包膜材料的有机成分和无机成分进行混合均匀后制得包膜材料备用；

步骤4）将钾肥投入旋转造粒机，开启旋转造粒机，喷洒少量粘结剂，在钾肥形成粒状后继续喷洒粘结剂和交联剂至粒状肥表面充分湿润，再加入钾肥，重复此操作，在粒状肥芯粒径为2-3mm时开始加入包膜材料，继续喷洒粘结剂和交联剂，最后喷洒解钾菌发酵液，重复操作在肥料粒径为3-5mm时即得生物缓释钾肥半成品；

步骤5）将生物缓释钾肥半成品放入鼓风烘箱中在35-45℃下干燥10-24h，即得生物缓释钾肥。

上述步骤1）中所述能力最强的解钾菌为芽孢杆菌属；步骤2）中配制粘结剂溶液的条件为温度为85-95℃，搅拌速度为200-400r/min，直至全部溶解。

本发明的积极效果为：

经过包膜的生物缓释钾肥在不同水分含量的土壤中缓慢释放其中解钾菌和钾元素，不仅减少了钾元素的浪费，而且改善了植物根际的微生物群落环境，维系了土壤养分平衡并提高了土壤肥力，恢复了土壤的有机状态，还减少了植物的病虫害，使得钾元素能得到更好的吸收。相较于传统施肥方式，本生物缓释钾肥更能满足植物整个生长过程中钾元素的需求。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。

实施例1

步骤1）在洛宁王村烟草试验田里用三点取样法采取土壤样品，采用10^-3、10^-4、10^-5三个浓度梯度的土壤稀释液涂布到初筛培养基（蔗糖5g，MgSO₄·7H₂O0.5g，Na₂HPO₄2g，CaCO₃0.1g，FeCl₃0.005g，钾长石粉1.0g，去离子水1.0L）上，30℃下培养3-4d，选取圆形、透明的大型菌落，进行平板划线纯化，反复进行2-3次，直到获得纯培养。将上述获得纯化的细菌种子液按5%的接种量接种到250mL复筛培养基（蔗糖10g，MgSO₄·7H₂O0.5g，CaCO₃1g，NaCl0.01g，(NH₄)₂SO₄1.0g，酵母膏0.5g，钾长石粉10g，去离子水1.0L）中，30℃下、180rmin^-1摇瓶培养7d，设等量灭活种子液的对照处理，通过用火焰光度计法测量发酵液中速效钾的相对增加率来确定解钾菌的解钾能力强弱。选取解钾能力最强的一种解钾菌（结合其菌落形态特征和16SrDNA序列分析初步鉴定为类芽孢杆菌属）进行下一步的培养，通过单因素优化实验，确定扩大培养基的碳源为麦芽糖，浓度为1%；氮源为蛋白胨，浓度为0.2%；无机盐为磷酸氢二钾，浓度为0.05%；接种量为7%；培养温度为30℃；初始pH为7.5；培养时间为48h制得解钾菌培养液；取55mL解钾菌扩大培养液备用。

步骤2）称取20g硼砂溶于1000mL蒸馏水中，搅拌，完全溶解后制得交联剂，倒入喷壶备用。

步骤3）称取10g聚乙烯醇和10g淀粉加入到1000mL蒸馏水中，水浴加热至90℃并以300r/min的速度搅拌25min制得粘结剂；待聚乙烯醇与淀粉完全溶解后冷却倒入喷壶备用。

步骤4）称取600g粉煤灰和100g聚乙烯醇投入高速混合机混合均匀后制得包膜材料备用。

步骤5）称取2000g硫酸钾投入旋转造粒机，开启旋转造粒机，喷洒粘结剂，在硫酸钾形成粒状后持续喷洒粘结剂和交联剂至粒状肥表面充分湿润，在粒状肥芯粒径为2-3mm时开始加入包膜材料，继续喷洒粘结剂、交联剂和解钾菌培养液，重复操作，在肥料粒径为3-5mm时即得生物缓释钾肥半成品。

6）将半成品投入鼓风烘箱里在40℃下干燥24h即得生物缓释钾肥。

（粘结剂为聚乙烯醇和淀粉各50%的复配溶液且浓度为2%，占肥料总重量的0.73%；交联剂为硼砂且浓度为2%，占肥料总重量的0.73%；包膜材料重量为肥料总重量的25%，包膜材料中有机成分与无机成分的重量比为14：86；使用解钾菌培养液是肥料总重量的2%）

实施例2

步聚1）取实施例1中最终获得的解钾菌培养液220mL备用。

步聚2）称取30g硼砂溶于1000mL蒸馏水中，搅拌，完全溶解后制得交联剂溶液倒入喷壶备用。

步聚3）称取40g聚乙烯醇和40g淀粉加入到1000mL蒸馏水中，水浴加热至90℃并以300r/min的速度搅拌25min；待聚乙烯醇与淀粉完全溶解后制得粘结剂溶液，冷却倒入喷壶备用。

步聚4）称取1500g粉煤灰和100g聚乙烯醇投入高速混合机混合均匀后制得包膜材料备用。

步聚5）称取2000g硫酸钾投入旋转造粒机，开启旋转造粒机，喷洒粘结剂溶液，在硫酸钾形成粒状后持续喷洒粘结剂溶液和交联剂溶液至粒状肥表面充分湿润，在粒状肥芯粒径为2-3mm时开始加入包膜材料，继续喷洒溶液粘结剂溶液、交联剂溶液和解钾菌培养液，重复操作，在肥料粒径为3-5mm时即得生物缓释钾肥半成品。

步聚6）将半成品投入鼓风烘箱里在40℃下干燥24h即得生物缓释钾肥。

（粘结剂为聚乙烯醇和淀粉各50%的复配溶液且浓度为8%，占肥料总重量的2.2%；交联剂为硼砂且浓度为3%，占肥料总重量的0.81%；包膜材料重量为肥料总重量的44%，包膜材料中有机成分与无机成分重量比为6：94；使用解钾菌培养液是肥料总重量的6%）

实施例3

步聚1）取实施例1中最终获得的解钾菌培养液55mL备用。

步聚2）称取20g尿素溶于1000mL蒸馏水中，搅拌，完全溶解后交联剂溶液倒入喷壶备用。

步聚3）称取20g聚乙烯醇和20g淀粉加入到1000mL蒸馏水中，水浴加热至90℃并以300r/min的速度搅拌25min；待聚乙烯醇与淀粉完全溶解后制得粘结剂溶液，冷却倒入喷壶备用。

步聚4）称取600g粉煤灰及100g淀粉投入高速混合机混合均匀后制得包膜材料备用。

步聚5）称取2000g硫酸钾投入旋转造粒机，开启旋转造粒机，喷洒粘结剂溶液，在硫酸钾形成粒状后持续喷洒粘结剂溶液和交联剂溶液至粒状肥表面充分湿润，在粒状肥芯粒径为2-3mm时开始加入包膜材料，然后继续喷洒溶液粘结剂溶液、交联剂溶液和解钾菌培养液，重复操作，在肥料粒径为3-5mm时即得生物缓释钾肥半成品。

（粘结剂为聚乙烯醇和淀粉各50%的复配溶液且浓度为4%，占肥料总重量的1.4%；交联剂为尿素且浓度为2%，占肥料总重量的0.7%；包膜材料的重量为肥料总重量的25%，包膜材料有机成分为淀粉，有机成分与无机成分重量比为14：86；使用解钾菌培养液是肥料总重量的2%）

实施例4

步聚1）取实施例1中最终获得的解钾菌培养液230mL备用。

步聚2）称取40g尿素溶于1000mL蒸馏水中，搅拌，完全溶解后制得交联剂溶液倒入喷壶备用。

步聚3）称取20g聚乙烯醇和20g淀粉加入到1000mL蒸馏水中，水浴加热至90℃并以300r/min的速度搅拌25min。待聚乙烯醇与淀粉完全溶解后冷却倒入喷壶备用。

步聚4）称取1500g粉煤灰及100g淀粉投入高速混合机混合均匀后备用。

步聚5）称取2000g硫酸钾投入旋转造粒机，开启旋转造粒机，喷洒溶液（3），在硫酸钾形成粒状后持续喷洒溶液（3）和（2）至粒状肥表面充分湿润，在粒状肥芯粒径为2-3mm时开始加入（4），继续喷洒溶液（3）、（2）和（1），重复操作，在肥料粒径为3-5mm时即得生物缓释钾肥半成品。

（粘结剂为聚乙烯醇和淀粉各50%的复配溶液且浓度为4%，占肥料总重量的1.1%；交联剂为尿素且浓度为2%，占肥料总重量的1.1%；包膜材料的重量为肥料总重量的43%，包膜材料有机成分为淀粉，有机成分与无机成分重量比为6：94；使用解钾菌培养液是肥料总重量的6%）

应用例

1）将以上各实施例制得生物缓释钾肥分别编号为1，2，3，4施入试验田中，同时添加一对照组，编号为5，进行大田实验。每组净占地1亩，试验地净占地面积5亩，四周保护行2亩，总占地7亩。肥料于2014年5月5日施入大田，烟苗于5月12日移栽。

2）大田实验第5组每亩地施硫酸钾25kg，1、2、3、4组施钾量为第5组施钾量的1/2。

3）烟叶及时采摘后立即进行烘烤，取经过初烤的不同部位烟叶，并对烟叶中钾含量分析。实验结果如表1所示：下部叶1、2、3、4组与对照组差别不大，而中部叶和上部叶缓释组能明显提高K含量。经计算1、2、3、4组均能提高中部叶K含量13.2%以上，其中第2组和第4组分别提高34.0％和19.8%；提高上部叶K含量18.9%以上，其中第2组和第4组分别提高32.6%和27.3%

表12014年生物缓释钾肥烟叶钾含量（wt%）

	第1组	第2组	第3组	第4组	第5组
						下部叶	1.14	1.43	1.19	1.26	1.34
中部叶	1.31	1.42	1.2	1.27	1.06
						上部叶	1.57	1.75	1.58	1.68	1.32

4）通过田间农艺性状烟株病株率的对比可以得出施用不同生物缓释钾肥的烟株抗病能力不同，第一组病株率为10.7%，第二组病株率为3.9%，第三组病株率为11.4%，第四组病株率为5.5%，第5组病株率为15.3%。由此可以看出，各组抗病能力大小为：2>4>1>3>5。

从实施例中可以看出，在减少钾肥施用量的情况下，实验组各组烟叶中钾含量都有了相当程度的提高，而且还降低了烟株的病株率，提高了烟株的抗病能力，因此，本生物缓释钾肥能显著提高钾肥的利用率，并且改善土壤结构，提高植物的抗病能力。

Claims

1.一种生物缓释钾肥，以传统钾肥为生物缓释钾肥中心，用粘结剂粘结并加入交联剂交联，再用包膜材料进行包裹，干燥成为粒径为3-5mm的颗粒状缓释钾肥，其特征在于：用包膜材料进行包裹后再加入解钾菌培养液；包膜材料重量占生物缓释钾肥总重量的20%-45%、其中有机成分与无机成分的重量比例为5-20：95-80；粘结剂的重量占生物缓释钾肥总重量的0.2%-3%；交联剂的重量占生物缓释钾肥总重量的0.1%-1.5%；解钾菌培养液的浓度为0.2%-1%、重量占生物缓释钾肥总重量的1%-10%。

2.根据权利要求1所述的生物缓释钾肥，其特征在于：粘结剂为1-5%的聚乙烯醇和淀粉复配水溶液，其中聚乙烯醇与淀粉的重量比为20-80：80-20；其交联剂为1%-5%硼砂和/或尿素水溶液，硼砂和尿素的重量比为0-100：100-0；其解钾菌为芽孢杆菌属；其包膜材料中有机成分为聚乙烯醇或淀粉，无机成分为粉煤灰。

3.一种如权利要求1所述的生物缓释钾肥的制备方法，包括下列步骤：

4.根据权利要求3所述的生物缓释钾肥的制备方法，其特征在于：步骤1）中所述能力最强的解钾菌为芽孢杆菌属；步骤2）中配制粘结剂溶液的条件为温度为85-95℃，搅拌速度为200-400r/min。