CN105218270A - 一种土壤酶活性增效剂的制备方法及其产品和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土壤酶活性增效剂的制备方法及其产品和应用。本发明首先采用豆粕水解专用酶扩大液水解豆粕得到含有活性游离氨基酸的水解物，再加入黄腐酸，喷雾干燥、得到含水32-35％的含有活性土壤酶载体；将含有活性土壤酶载体与土壤酶混合，包装，即得土壤酶活性增效剂。使用本发明的土壤酶活性增效剂能提高土壤有机质的裂解与降解，从实践中可知土壤有机质的利用率提高了0.4-0.95％，能够改善土壤结构，对形成团粒结构有显著作用，同时能够调理土壤肥力与土壤墒情，提高作物产量和品质。重要的是，本发明的土壤酶活性增效剂能够抑制土壤中重金属的污染。

Description

一种土壤酶活性增效剂的制备方法及其产品和应用

技术领域

本发明涉及一种土壤酶活性增效剂及其制备方法，特别涉及一种用于提高土壤有机质的裂解与降解、促进土壤团粒结构形成、提高作物产量和品质、调理土壤肥力与土壤墒情以及抑制重金属污染的由多种土壤酶组成的土壤酶活性增效剂及其制备方法。本发明属于资源节约型及环境友好型两型产品及土壤增效调理剂的技术领域。

背景技术

根据目前倡导的两型产品，进一步对提高耕地活性、防治耕地污染、治理重金属、提出的具体要求。为了落实农业部关于《到2020年化肥使用量零增长的行动方案》，构建化肥减施与高效利用的农肥技术体系，制订了耕地土壤活化与增效技术产品系列。其中土壤酶的应用是极其重要的环节。

这里土壤增效的功能有两方面，一是向土壤施入高酶活的土壤酶，提高对各种土壤养分的降解能力。比如：酶促土壤养分的降解与吸收，在这个意义上，可以认为，没有土壤酶的存在，所使用的尿素、氮肥、磷铵、磷肥均无法降解成植物根部可以吸收的形态—硝态氮、五价磷与一价钾。又如：酶促降解有机质。有机质是土壤养分的宝库，但它必须通过土壤酶的酶促作用裂解或降解成腐殖质、核酸、氨基酸、嘌呤、及有机氮、磷、生物钾。植物根部才能够进行吸收利用。再如：对根部养分的触媒作用。酶作为土壤的组成部分，其活性的大小可较灵敏地反映土壤中生化反应的方向和强度。从而表征土壤生产力和土壤肥力。同时也起到增加土壤活性、优化气固液、微生物等相份比例的作用。二是抑制重金属。比如：酶作为蛋白质，需要一定量的重金属离子作为辅基，此时重金属的加入能促进酶活性中心与底物间的配位结合，使酶分子及其活性中心保持一定的专性结构，改变酶催化反应的平衡性质和酶蛋白的表面电荷，从而可固定重金属离子；又如：过量重金属占据了酶的活性中心，或与酶分子的巯基、胺基和羧基的结合，虽然导致酶活下降。但对于重金属来说有非量化的消耗与固定的抑制作用。

土壤酶可以吸附在土壤胶体表面或呈复合体存在，部分存在于土壤溶液中，微生物繁殖过程中产生的酶和未予土壤成分结合而处于游离状态的酶，容易在条件改变时钝化失活，而这些酶类是活性土壤不可缺少的组成部分。这说明了补充外源高酶活的土壤酶的重要性。

酶是土壤生态系统代谢的一类重要动力，土壤中所进行的一切生物学和化学过程都要由酶的催化作用才能完成。植物对氮、磷的利用要靠土壤酶的酶促功能来完成，土壤中具有活性酶的数量与酶活决定了氮肥的利用率，这就需要在土壤中添加外源的和具有高活性的土壤酶(如：蛋白水解酶、尿酸酶、脲酶、植酸酶、等)形成的产品即是土壤酶活性增效剂。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种既能够提高土壤活性，提高肥料利用率又具有抑制重金属污染的新型土壤酶活性增效剂的制备方法；

本发明的目的之二是提供由所述制备方法制备得到的土壤酶活性增效剂；

本发明的目的之三是提供所制备得到的土壤酶活性增效剂在提高土壤有机质的裂解与降解、促进土壤团粒结构形成、提高作物产量和品质、调理土壤肥力与土壤墒情以及抑制土壤重金属污染中的应用。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种土壤酶活性增效剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)含有活性土壤酶载体的制备

以豆粕为原料，加入水以及豆粕水解专用酶扩大液，进行水解反应，得到含有活性游离氨基酸的水解物，再加入豆粕重量1-2％的黄腐酸，喷雾干燥、得到含水32-35％的含有活性土壤酶载体；

(2)加入土壤酶混合制成土壤酶活性增效剂

在恒温、恒湿的条件下，将步骤(1)制备得到的含有活性土壤酶载体，以及土壤酶按照含有活性土壤酶载体：土壤酶＝5-6:1的重量比例均匀混合，包装，即得；

其中，所述的土壤酶含有豆粕水解专用酶、脲酶以及植酸酶，且按重量计，豆粕水解专用酶：脲酶：植酸酶＝4-5:2-3:1-2。此处加入的酶是市场有售的酶制剂，加入时应保持酶不少于上述种类，且按重量计，豆粕水解专用酶：脲酶：植酸酶＝4-5:2-3:1-2。

本发明所用的生物酶均为市场有售的酶制剂。

在本发明中，优选的，步骤(1)所述的豆粕水解专用酶扩大液是按照豆粕水解专用酶：水＝1:10的重量比例混合均匀，用Ca(OH)₂调节pH值为8-8.5，制得。

在本发明中，优选的。步骤(1)所述的豆粕为市购的、粗蛋白含量不少于42％的商品豆粕。

在本发明中，优选的。步骤(1)所述的含有活性土壤酶载体的制备是按照以下方法进行：以豆粕为原料，加入豆粕重量5-6倍的水浸泡12小时后，用带搅拌的搪瓷反应罐升温到沸腾，煮沸1小时后，降温到55℃，并维持温度55℃±2℃，加入豆粕重量20％-25％的豆粕水解专用酶扩大液，搅拌水解40-48小时，降温后得到豆粕重量3-4倍的含有活性游离氨基酸的水解物，再加入豆粕重量1-2％的黄腐酸，喷雾干燥，得到含水32-35％的含有活性土壤酶载体。

在本发明中，优选的。步骤(2)所述的土壤酶是按照豆粕水解专用酶：脲酶：植酸酶＝4:2:1的重量比例混合制得。

在本发明中，优选的。所述的土壤酶活增效剂的氨基酸含量为35-40％，酶活≥10万U/克，含水量为30％-35％。

土壤酶可以吸附在土壤胶体表面或呈复合体存在，部分存在于土壤溶液中，微生物繁殖过程中产生的酶和未予土壤成分结合而处于游离状态的酶，容易在条件改变时钝化失活，而这些酶类是活性土壤不可缺少的组成部分。补充外源高酶活的土壤酶的载体，选择为土壤胶体，土壤胶体是由胶体物质及胶体微粒组成，其中土壤矿物质胶体包括：次生铝硅酸盐、铁铝化合物、有机胶体包括：腐殖质、有机酸、蛋白质、氨基酸，以及前两种胶体结合而成的有机无机复合胶体。胶体内分子或离子有严格规律组成的晶型胶粒是无机胶体。没有严格规律组成的非晶胶粒多为有机胶体。胶体微粒(1-100μm)由胶核、双电层(决定电位离子层、补偿离子层含非活性补偿离子层与扩散层)和胶团间溶液组成。本发明选择的土壤胶体为有机胶体，含有黄腐酸、氨基酸、与豆粕蛋白及其所含水溶液。

进一步的，本发明还提供了由上述任一项所述的制备方法制备得到的土壤酶活性增效剂。以及所述的土壤酶活性增效剂在提高土壤有机质的裂解与降解、促进土壤团粒结构形成、提高作物产量和品质、调理土壤肥力与土壤墒情以及抑制土壤重金属污染中的应用。

作为指导，本发明土壤酶活性增效剂施入土壤的使用方法有三种：

1、将本品每亩用量0.2-0.3公斤，用1000倍水稀释成悬浊液，搅拌不使沉淀，均匀喷洒入田后深翻入土。可在在施底肥时，同时施入。

2、将本品每亩用量0.2-0.3公斤，用水溶后，以本地原土1-1.5立方米稀释，混匀后按垄沟均匀施入，深翻入土。

3、将本品每亩用量0.2-0.3公斤，用水溶后、与灌溉水同时施入土壤。并注意均匀施入，施入后翻土、松土。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明首先采用氨基酸、黄腐酸悬浊液经过喷雾干燥，得到含有活性土壤酶载体的有机胶体的中间产品，克服了水解蛋白酶在不同贮存条件下酶活损失严重的问题，其中，6个月水解蛋白酶的酶活情况为：4℃酶活损耗5-10％，常温酶活损失10-15％，并由于有机胶体物质的配套，使得土壤酶活性增效剂施入土壤后，农田浇水溶解大大地增加了土壤水相赋存土壤酶的活性等级，形成高酶活的土壤，为大幅度提高土壤中有机质、氮、磷养分的利用率提供了可能性与可行性，从而起到了优化作物营养、提高土壤活性、改良土壤、抑制重金属的作用。本发明做到了节肥减害、减少重金属污染、节约资源、优化环境，为构建化肥减施与高效利用的农肥技术体系做出了贡献。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

本发明实施例中所涉及原料的来源及相关说明如下：

豆粕：浅黄色不规则碎片状，色泽一致，新鲜、有豆粕的特殊香味。无发酵、霉变、结块、虫蛀及异味异臭。不许掺入大豆粕以外的物质，按照国家标准，(GB/T19541-2004)豆粕分为两个等级，市场流通多为二级豆粕(蛋白质含量42％)，豆粕的质量标准：水分：≤12.0％、粗蛋白质≥42.0％、粗纤维≤7.0％、粗灰分≤7.0％、蛋氨酸≥0.6％、赖氨酸≥2.5％，各地市场均有售。

黄腐酸：从天然腐植酸中提取的短碳链分子结构物质。它具有高负载量及生理活性。市售产品品质：黄腐酸—70P，外观：褐色粉末，水溶性(干基计)≥95.0％、FAS(干基计)≥70.0％。新疆双龙腐植酸有限公司生产。公司地址：中国新疆乌鲁木齐米东区古牧地中路444号

氢氧化钙：白色粉末状固体。化学式Ca(OH)₂，又名消石灰，水溶液称作澄清石灰水。氢氧化钙具有碱的通性，是一种强碱。氢氧化钙是二元强碱，但仅能微溶于水。氢氧化钙在工业中有广泛的应用，这里用作中和剂、土壤酸性调理剂。各省市试剂商店均有售。

豆粕水解专用酶：其主要由内切酶、端肽酶和风味酶等组成，能把大豆蛋白水解成蛋白胨、多肽和氨基酸等，降低蛋白分子量，从而提高了其可溶性、乳化性。酶活：≥50万u/g；最佳使用条件：pH：7.5-8.0；最佳温度：54-56℃；用于蛋白质水解。外观：淡黄色固体粉末制剂，购买自广西南宁东恒华道生物科技有限公司，公司所在地：广西南宁市玉洞工业园兴业三街8号。

脲酶：一种含镍的寡聚酶。自植物刀豆(Canavaliaenszformis)提取的尿素水解酶，相对分子质量48900。为白色细微结晶性粉末。能溶于水，不溶于醇、醚、丙酮等有机溶剂。酶活性受重金属离子抑制。能酶促尿素分解为氨和二氧化碳或碳酸铵的酶。等电点pl＝5.0～5.1，最适pH为8.0。脲酶的专性很强，它的作用位置是碳氮键，水解反应式如下：

购买自武汉富强科技发展有限责任公司，所在地区：湖北武汉市武昌中山路426号。

植酸酶：是催化植酸及其盐类水解为肌醇与磷酸(盐)的一类酶的总称，属磷酸单酯水解酶。植酸酶具有特殊的空间结构，能够依次分离植酸分子中的磷，将植酸(盐)降解为肌醇和无机磷，同时释放出与植酸(盐)结合的其它营养物质。含量大于1.8％，使用的最适pH为4.8-5.2，温度为55-60℃(131-140°F)。外观固体，酶活力5000U/g植酸酶又称肌醇六磷酸水解酶，酶促反应式如下：

购买自苏柯汉(潍坊)生物工程有限公司有生产，地址：山东省潍坊市高新区卧龙东街1689号。

实施例1土壤酶活性增效剂的制备

按照以下方法制备：

(1)含有活性土壤酶的载体的制备：

①豆粕水解专用酶扩大液的配制：豆粕水解专用酶用量为20公斤，加入200公斤的水，用Ca(OH)₂调pH值到8-8.5，备用。

②豆粕1000公斤、加6000公斤水浸泡12小时后，用带搅拌的搪瓷反应罐升温到沸腾，煮沸1小时后，降温到55℃，并维持温度55℃±2℃，全数加入配制好的豆粕水解专用酶扩大液，在加入过程中要注意温度保持在55℃±2℃，搅拌水解40小时。在水解过程中应注意水分的蒸发。降温后得到4000公斤水解氨基酸悬浊液(即含有活性游离氨基酸的水解物)，用甲醛法测得氨基酸含量7-8％，(此时游离氨基酸得率约为70％)。

③上述氨基酸悬浊液中加入黄腐酸20公斤。

用上述方法制成的氨基酸、黄腐酸悬浊液4020公斤经过喷雾干燥，得到1500公斤(含水32-35％)含有活性土壤酶的载体的有机胶体中间产品，备用。

(2)加入土壤酶混合制成土壤酶活性增效剂

①制取配合土壤酶粉：将豆粕水解专用酶170公斤、脲酶85公斤以及植酸酶45公斤混合制得，按重量计，豆粕水解专用酶：脲酶：植酸酶约为4:2:1，共计300公斤。

②将步骤(1)制备得到的含有活性土壤酶的载体，1500公斤，在恒温、恒湿的条件下与上述配合土壤酶粉300公斤进行均匀混合，包装、即得土壤酶活性增效剂1800公斤。

③制取的土壤酶活性增效剂的品质为：含氨基酸35-40％，(硫酸铜盐析法)，酶活≥10万U/克，含水30％-35％。

实施例2土壤酶活性增效剂的制备

按照以下方法制备：

(1)含有活性土壤酶的载体的制备：

①豆粕水解专用酶扩大液的配制：豆粕水解专用酶用量为20公斤，加入200公斤的水，用Ca(OH)₂调pH值到8-8.5，备用。

②豆粕1000公斤、加5000公斤水浸泡12小时后，用带搅拌的搪瓷反应罐升温到沸腾，煮沸1小时后，降温到55℃，并维持温度55℃±2℃，全数加入配制好的豆粕水解专用酶扩大液，在加入过程中要注意温度保持在55℃±2℃，搅拌水解48小时。在水解过程中应注意水分的蒸发。降温后得到3000公斤水解氨基酸悬浊液(即含有活性游离氨基酸的水解物)，用甲醛法测得氨基酸含量7-8％，(此时游离氨基酸得率约为70％)。

③上述氨基酸悬浊液中加入黄腐酸10公斤。

用上述方法制成的氨基酸、黄腐酸悬浊液3010公斤经过喷雾干燥，得到1200公斤(含水32-35％)含有活性土壤酶的载体的有机胶体中间产品，备用。

(2)加入土壤酶混合制成土壤酶活性增效剂

①制取配合土壤酶粉：将豆粕水解专用酶100公斤、脲酶60公斤以及植酸酶40公斤混合制得，按重量计，豆粕水解专用酶：脲酶：植酸酶约为5:3:2，共计200公斤。

②将步骤(1)制备得到的含有活性土壤酶的载体，1200公斤，在恒温、恒湿的条件下与上述配合土壤酶粉200公斤进行均匀混合，包装、即得土壤酶活性增效剂1400公斤。

③制取的土壤酶活性增效剂的品质为：含氨基酸35-40％，(硫酸铜盐析法)，酶活≥10万U/克，含水30％-35％。

实施例3土壤酶活性增效剂在土壤调理中的应用

由本发明实施例1方法制备得到的土壤酶活性增效剂，分别在湖南莽山茶树种植、在湖南宁乡烟草种植、海南琼中水稻种植中，采用同样的等量的施肥方法分别作土壤酶活性增效剂处理与空白的对照，两种施用方法进行对比，具体措施是通过对3个地区作物收获以后，分别进行土壤取样，其中，每个区域取样点为20个，每个取样点的样品重量为3kg，样品缩分处理后送土肥站委检。土壤酶活性增效剂对作物区土壤调理的的效果见下表1：

表1土壤酶活性增效剂对作物区土壤调理的效果

根据上述土壤检测数据的比较，针对作物区土壤调理的效果，可以得出如下结果：

1、对于土壤有机质裂解、降解的提高，土壤酶活性增效剂高于普通肥料，施用区域，有机质利用率普遍提高了0.4-0.95％。

2、在土壤结构方面，土壤酶活性增效剂施入一季作物以后，施肥区域土壤空隙度，提高了50％以上，说明对形成团粒结构有显著作用。

3、作物收割后，经检测证明经施肥区域土壤酶活性增效剂的作用，对作物的产量、品质等级均有提高，达到显著级。

4、本发明土壤酶活性增效剂使用方便，对于调理土壤肥力与土壤墒情有极显著的作用。

5、对作物区土壤重金属镉与铅具有一定的抑制效果。

Claims (8)

1.一种土壤酶活性增效剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)含有活性土壤酶载体的制备

以豆粕为原料，加入水以及豆粕水解专用酶扩大液，进行水解反应，得到含有活性游离氨基酸的水解物，再加入豆粕重量1-2％的黄腐酸，喷雾干燥、得到含水32-35％的含有活性土壤酶载体；

(2)加入土壤酶混合制成土壤酶活性增效剂

在恒温、恒湿的条件下，将步骤(1)制备得到的含有活性土壤酶载体，以及土壤酶按照含有活性土壤酶载体：土壤酶＝5-6:1的重量比例均匀混合，包装，即得；

其中，所述的土壤酶含有豆粕水解专用酶、脲酶以及植酸酶，且按重量计，豆粕水解专用酶：脲酶：植酸酶＝4-5:2-3:1-2。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的豆粕水解专用酶扩大液是按照豆粕水解专用酶：水＝1:10的重量比例混合均匀，用Ca(OH)₂调节pH值为8-8.5，制得。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的豆粕为市购的、粗蛋白含量不少于42％的商品豆粕。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的含有活性土壤酶载体的制备是按照以下方法进行：以豆粕为原料，加入豆粕重量5-6倍的水浸泡12小时后，用带搅拌的搪瓷反应罐升温到沸腾，煮沸1小时后，降温到55℃，并维持温度55℃±2℃，加入豆粕重量20％-25％的豆粕水解专用酶扩大液，搅拌水解40-48小时，降温后得到豆粕重量3-4倍的含有活性游离氨基酸的水解物，再加入豆粕重量1-2％的黄腐酸，喷雾干燥，得到含水32-35％的含有活性土壤酶载体。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的土壤酶是按照豆粕水解专用酶：脲酶：植酸酶＝4:2:1的重量比例混合制得。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的土壤酶活增效剂的氨基酸含量为35-40％，酶活≥10万U/克，含水量为30％-35％。

7.由权利要求1-6任一项所述的制备方法制备得到的土壤酶活性增效剂。

8.权利要求7所述的土壤酶活性增效剂在提高土壤有机质的裂解与降解、促进土壤团粒结构形成、提高作物产量和品质、调理土壤肥力与土壤墒情以及抑制土壤重金属污染中的应用。