CN106146162B

CN106146162B - 一种改良黄淮海玉米籽粒中微量元素含量以及Zn和Fe生物有效性的调节肥及施用方法

Info

Publication number: CN106146162B
Application number: CN201610525148.6A
Authority: CN
Inventors: 薛艳芳; 李宗新; 张慧; 夏海勇; 王庆成; 温立玉; 孔玮琳; 薛燕慧; 于正贵
Original assignee: Maize Research Institute of Shandong Academy of Agricultural Sciences
Current assignee: Maize Research Institute of Shandong Academy of Agricultural Sciences
Priority date: 2016-07-05
Filing date: 2016-07-05
Publication date: 2019-04-09
Anticipated expiration: 2036-07-05
Also published as: CN106146162A

Abstract

本发明公开了一种改良黄淮海玉米籽粒中微量元素含量以及Zn和Fe的生物有效性的调节肥及施用方法，属于化肥增效技术领域，其包括以下重量份的原料：新鲜海藻50‑70份，棉籽壳20‑30份，花生壳20‑30份，豆粕10‑20份，玉米秸秆20‑40份，动物粪便20‑30份，EM菌2‑4份，其制备方法包括以下步骤：将新鲜海藻搅碎成浆，破碎细胞壁，得到海藻液；将棉籽壳、花生壳、豆粕、玉米秸秆与动物粪便、EM菌混合后，润湿，发酵得到发酵粉；将海藻液与发酵粉混合后搅拌均匀即得。对比发现，施用本发明的调节肥之后能够显著增加各个品种玉米粒中微量元素的含量，提高玉米中Zn和Fe的生物有效性。

Description

一种改良黄淮海玉米籽粒中微量元素含量以及Zn和Fe生物有效性的调节肥及施用方法

技术领域

本发明属于化肥增效技术领域，涉及一种改良黄淮海玉米籽粒中微量元素含量以及Zn和Fe生物有效性的调节肥及施用方法，具体是一种能够增加黄淮海玉米品种籽粒中微量元素含量以及提高玉米籽粒中Zn和Fe生物有效性的调节肥及施用方法。

背景技术

微量元素缺乏已经成为一个普遍性的问题。据推测，在全世界60亿人口中，超过60％的人缺Fe，超过30％的人缺Zn和I,约15％的人缺Se，Ca、Mg和Cu的缺乏在发展中国家也比较普遍。锌铁缺乏的主要原因之一是饮食中锌铁的摄取量不足和饮食结构的单一化，尤其是以谷类作物为主要饮食来源的低收入国家(Cakmak,2008；Welch and Graham,2004)。除谷类作物籽粒中锌铁浓度较低外，由于一些抗营养化合物例如植酸或者酚类化合物存在，从而导致锌铁的生物有效性较低(Welch and Graham,2004)。微量营养缺乏导致工人身体质量下降生产力低下、死亡率和疾病率(冠心病、癌症、心肌梗塞和糖尿病等)增加，还造成贫血症、心脏和呼吸系统疾病、脑病与智力障碍、儿童低体重和发育不良、视力下降或失明、身体代谢功能下降和抵抗力降低等多种疾病(Demment et al.,2003；Gibson,2006；Hotz and Brown,2004)。因此提高粮食作物籽粒微量元素浓度尤其是锌和铁浓度及其生物有效性对解决敏感人群微量元素缺乏的健康问题具有重要意义。

矿物质特别是微量元素(尤其是Zn和Fe)的缺乏所造成的营养不良是一个全球性的问题，严重阻碍社会经济的发展(Graham，2001)。据估算，我国约1亿人口受到锌缺乏的影响，约2.5亿人口受到铁缺乏的影响，尤其是生活在农村的妇女和儿童(Ma et al.,2008)。膳食中锌铁摄取量不足和膳食结构单一是造成某些人群营养缺乏的主要原因之一。Zn、Fe、Cu、Ca、Mg、I和Se是人类膳食中普遍容易缺乏的7种营养元素(White and Broadley 200)。玉米作为世界三大粮食作物之一，与水稻和小麦为94个发展中国家约45亿人口提供约30％的食物能量来源(Shiferaw et al.,2011)。玉米作为我国第二大粮食作物，占我国粮食作物总产的1/3以上，并且播种面积超过小麦和水稻，位居第一。在未来保障粮食安全方面将发挥重大作用。由于玉米的广泛用途，包括饲料、食用、工业原料等，玉米的重要性越来越受到人们的关注，因此对我国居民健康产生的直接或间接影响日益增大。

玉米作为微量元素“生物强化”的目标作物之一，研究玉米品种改良过程中籽粒矿质元素的含量变化对改善人体微量元素营养缺乏起到重要作用。国内外关于玉米籽粒矿质营养含量报到较少，而且主要集中关注籽粒Zn和Fe浓度。BanzigerM对国际玉米小麦改良中心的种植在7个地区的20个玉米核心种质籽粒分析发现，籽粒Zn浓度变化范围为14.7～24.0mg/kg，平均值为19.8mg/kg；籽粒Fe变化范围为16.4～22.9mg/kg，平均值为19.6mg/kg。Oikeh等(2003)对分别种植在3个地区的49个玉米品种分析发现，籽粒Zn浓度变化范围为16.5～24.9mg/kg，平均值20.2mg/kg；籽粒Fe浓度变化范围为16.8～24.4mg/kg，平均值19.7mg/kg。等调查了294个玉米杂交种，表明籽粒Zn浓度变化范围为16.4～28.6mg/kg，平均值为21.7mg/kg；籽粒Fe浓度变化范围为16.6～33.6mg/kg，平均值24.2mg/kg。陈洁等分析了868个杂交种材料，表明铁浓度变化范围为10.9～38.1mg/kg，平均值为18.5mg/kg。

文献报道玉米籽粒铁的生物有效性与整个玉米籽粒铁浓度没有相关性(Lung'ahoet al.,2011；Pixley et al.,2011)，此研究结果启示我们仅提高整个籽粒微量元素(例如锌和铁)含量是不够的，提高其生物有效性才能真正改善人体微量元素营养缺乏状况。籽粒Zn和Fe生物有效性不仅与其总的养分含量有关，还与抗营养化合物例如植酸含量相关。在玉米籽粒中，植酸与锌铁紧密结合形成难溶性蛋白结构的球状晶体(Cakmak,2008；Brinch-Pedersen et al.,2007)，对锌铁有强的束缚力。由于人体和动物体内缺乏植酸酶，从而降低锌铁在人体中的生物有效性。植酸与锌的摩尔比被广泛应用作为评价饮食中锌的生物有效性指标。通常情况下，引起锌吸收利用抑制的植酸与锌摩尔比临界值为15–20，当植酸/锌的摩尔比为5～15时，Zn的生物有效性约30～35％；当比值高于15时，Zn的生物有效性约15％(WHO,1999)。植酸与Fe摩尔比临界值为10(Glahn，2002a)，植物源(包括玉米)中，Fe的生物有效性普遍为2～15％(Pixley et al.,2011)，玉米粥中Fe的生物有效性仅为1.8％和2.1％(Hurrell et al.,2003；Beiseigel et al.,2007)。目前，关于我国不同小麦品种籽粒微量元素含量报到较多。玉米作为微量元素“生物强化”的目标作物之一，许多学者对玉米品种遗传改良的增产作用、农艺性状的变化、养分利用效率、抗逆性及玉米种植技术进行了广泛的研究，研究效果并不明显，另外，研究者对不同基因型玉米品种籽粒Zn、Fe浓度进行了报道，主要集中关注籽粒Zn和Fe浓度，但关于其提高生物有效性研究很少。

发明内容

为解决现有技术存在的缺陷，本发明旨在提供一种改良黄淮海玉米籽粒中微量元素含量以及Zn和Fe的生物有效性的调节肥及施用方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种改良黄淮海玉米籽粒中-微量元素含量以及Zn和Fe的生物有效性的调节肥，其包括以下重量份的原料：新鲜海藻50-70份，棉籽壳20-30份，花生壳20-30份，豆粕10-20份，玉米秸秆20-40份，动物粪便20-30份，EM菌2-4份，其制备方法包括以下步骤：

步骤1.将新鲜海藻于温度为10-30℃搅碎成浆，高压匀浆法破碎细胞壁，得到海藻液；

步骤2.将棉籽壳、花生壳、豆粕、玉米秸秆晒干后粉碎为50-200目，与动物粪便、EM菌混合后，加入为棉籽壳、花生壳、豆粕、玉米秸秆干物质1-1.2倍质量的水润湿，堆成直径为0.3-1米，高为0.3-0.8米的圆锥形，覆盖草帘，于温度为25-30℃进行发酵7-10天，得到发酵粉；

步骤3.将海藻液与发酵粉混合后搅拌均匀即得。

本发明还具有以下附加技术特征：

优选的，其包括以下重量份的原料：新鲜海藻60份，棉籽壳25份，花生壳25份，豆粕15份，玉米秸秆30份，动物粪便25份，EM菌3份，其中动物粪便为新鲜动物粪便。

优选的，所述海藻为海带、裙带菜、浒苔、泡叶藻中的一种或几种。

优选的，所述动物粪便为鸡粪、牛粪、鱼虾粪、猪粪中的任一种或任意组合。

优选的，所述原料还包括重量份为20-40份的葡萄糖或蔗糖或其组合。

优选的，所述葡萄糖或蔗糖或其组合用于在步骤2中加水润湿之前与棉籽壳、花生壳、豆粕、玉米秸秆干物质以及动物粪便、EM菌混合，搅拌均匀。

本发明还提供上述的改良黄淮海玉米籽粒中微量元素含量以及Zn和Fe的生物有效性调节肥的施用方法，在玉米的大喇叭口期施用。

优选的，在施用调节肥前，还包括施用底肥，所述底肥为N肥、P肥、K肥。

优选的，所述调节肥与N肥同时施用。

优选的，所述N肥为尿素，P肥为过磷酸钙，K肥为硫酸钾。

检测证明，海藻、棉籽壳、花生壳、豆粕、玉米秸秆、动物粪便中含有种类丰富的微量元素，海藻中还含有植物生长素等活性物质，这些物质可以为玉米提供充足的微量元素，能够促进玉米生长，提高玉米生长中抗逆性以及玉米籽粒中-微量元素含量；将棉籽壳、花生壳、豆粕、玉米秸秆干物质与动物粪便、EM菌混合发酵后，有效物质释放出，更有利于植物的吸收。为了便于运输，拿取，本发明的调节剂可以常温晾干后，运输，保存。

本发明的有益效果为：本发明以36个黄淮海区主推夏玉米品种为研究对象，结合合理的农艺措施实现玉米籽粒微量元素营养强化，由于本发明目的在于全面提高玉米籽粒中多种微量元素的含量，因此摒弃复合各种化学肥料的方法，选择微量元素含量广泛的食品源材料复配，原料少，配料方法简单，且营养全面，先采用实验室小规模种植，取得效果后进行大田种植。对比发现，施用本发明的调节肥之后能够显著增加各个品种玉米籽粒中微量元素含量，提高玉米籽粒Zn和Fe的生物有效性；由于微量元素充足，玉米生长过程中的抗寒抗旱，抗病虫害能力，生长速度都有显著提高，玉米产量也有所提高。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

具体实施方式

以下结合具体实例，对本发明进行详细说明。

实施例1制备调节肥1

称取原料：新鲜海藻60份，棉籽壳25份，花生壳25份，豆粕15份，玉米秸秆30份，动物粪便(猪粪、鱼虾粪按照质量1:1混合)025份，葡萄糖30份，EM菌3份；

按照以下步骤制备：

步骤1.将新鲜海藻在22℃条件下按照质量比为1:1加入水在打浆机中搅碎成浆，作为悬浮液通入高压匀浆机中，70MPa压力下匀浆三次，破碎细胞壁，得到海藻液；

步骤2.将棉籽壳、花生壳、豆粕、玉米秸秆晒干后粉碎为200目，与葡萄糖、动物粪便、EM菌混合后，加入为棉籽壳、花生壳、豆粕、玉米秸秆晒干后加入1倍质量的水润湿，堆成直径为1米，高为0.5米的圆锥形，圆锥形上留有通孔，供微生物有氧呼吸，覆盖麦秆草帘，于温度为28℃进行发酵10天，得到发酵粉；

步骤3.将海藻液与发酵粉混合后搅拌均匀，20℃自然晾干即得。

实施例2制备调节肥2

称取原料：新鲜海藻70份，棉籽壳30份，花生壳20份，豆粕10份，玉米秸秆40份，动物粪便(猪粪、牛粪按照质量比1:1混合)20份，蔗糖30份，EM菌2份；

按照以下步骤制备：

步骤1.将新鲜海藻在室温25℃条件下按照质量比为1:1.2加入水在打浆机中搅碎成浆，作为悬浮液通入高压匀浆机中，80MPa压力下匀浆三次，破碎细胞壁，得到海藻液；

步骤2.将棉籽壳、花生壳、豆粕、玉米秸秆晒干后粉碎为80目，与葡萄糖、动物粪便、EM菌混合后，加入为棉籽壳、花生壳、豆粕、玉米秸秆晒干后加入1.1倍质量的水润湿，堆成直径为0.5米，高为0.8米的圆锥形，圆锥形上留有通孔，供微生物有氧呼吸，覆盖麦秆草帘，于温度为28℃进行发酵8天，得到发酵粉；

实施例3制备调节肥3

称取原料：新鲜海藻50份，棉籽壳20份，花生壳30份，豆粕20份，玉米秸秆20份，动物粪便(鸡粪)30份，蔗糖20份，EM菌4份；

按照以下步骤制备：

步骤1.将新鲜海藻在室温25℃条件下按照质量比为1:1.5加入水在打浆机中搅碎成浆，作为悬浮液通入高压匀浆机中，80MPa压力下匀浆三次，破碎细胞壁，得到海藻液；

步骤2.将棉籽壳、花生壳、豆粕、玉米秸秆晒干后粉碎为100目，与葡萄糖、动物粪便、EM菌混合后，加入为棉籽壳、花生壳、豆粕、玉米秸秆晒干后加入1.2倍质量的水润湿，堆成直径为0.8米，高为0.3米的圆锥形，圆锥形上留有通孔，供微生物有氧呼吸，覆盖麦秆草帘，于温度为28℃进行发酵7天，得到发酵粉；

步骤3.将海藻液与发酵粉混合后搅拌均匀，自然晒干即得。

实施例4效果检测

1.试验方法：

试验时间为2015年6月～10月，将黄淮海区36个主推品种分别种植于山东省农业科学院玉米研究所试验基地。

本试验选用山东省主推的36个玉米品种为供试材料，种植于山东省农业科学院黄河三角洲汇邦博士科研工作站，每个品种的玉米分别设置实验组和对照组。实验组和对照组相同的管理方式为：采用完全随机设计，小区长度15m，行距0.65m，每个小区12行玉米，种植密度为60000株·hm^–2，每个品种3次重复。每个品种均施氮(N)240kg·hm^–2，P(P₂O₅)60kg·hm^–2，K(K₂O)180kg·hm^–2，N肥(尿素)、P肥(磷酸二氢钙)、K肥(硫酸钾)全部做底肥施入，其它栽培管理按大田高产要求进行。实验组和对照组不同的管理方式为：实验组在大喇叭口期施用本发明实施例1制备的调节肥，对照组无施用调节肥。

2.检测方法与仪器

微波消解(MarsXpress，美国CEM公司)：采用微波消解法消煮，每一消煮罐中称取样品0.50××g，加入6mL优级纯HNO₃和2mL优级纯H₂O₂。将封弹片安装正确后，拧紧螺帽。每个内衬罐都安装好外壳保护套后，放入微波消解炉中消煮。消煮完全后，用高纯水定容到25mL容量瓶中，摇匀，装入一次性塑料管中待测。每批次中包括2个空白样品和1个标准样品(IPE684，荷兰Wageningen大学)校验操作流程。

养分测定：采用电感耦合等离子发射光谱仪ICP-AES(OPTIMA 7300DV，美国Perkin-Elmer公司)测定消煮液中Zn,Fe,Mn,Cu,Ca,Mg,K,P浓度。植酸P(Phytate-P)浓度测定方法参考Haug等(1983)。具体如下：称取约100mg面粉于15mL离心管中，加入10mL0.2mol·L^–1HCl，在室温下震荡2h、转速200r·min^–1。用移液器吸取0.5mL的上述溶液于15mL离心管中，并加1mL的硫酸铵铁(III)溶液，沸水浴中加热30min。在冰水冷却到室温后，加入2mL的2,2'-联吡啶溶液。立即用酶标仪(型号：3001，芬兰Thermo Fisher Scientific公司)在519nm波长下测定其吸光度，同时用植酸钾标样(Sigma-Aldrich)配制标准溶液。植酸含量由植酸磷除以0.282换算而来。籽粒N浓度采用H₂SO₄-H₂O₂消煮、凯氏定氮法测定。其它计算公式如下：

植酸磷/磷＝植酸磷浓度/全磷浓度；

植酸与锌摩尔比(植酸/锌)＝植酸浓度*65*1000/锌浓度/660；

植酸与铁摩尔比(植酸/铁)＝植酸浓度*56*1000/铁浓度/660；

3.检测结果：对照组的元素含量如表1和表2，实验组的元素含量如表3和表4，对照组的各品种玉米产量如表5，实验组的各品种的玉米产量如表6。

表1对照组各玉米品种微量元素含量

表2对照组各玉米品种植酸磷及植酸与锌、铁摩尔比

表3实验组各玉米品种微量元素含量

表4对照组各玉米品种植酸磷(g·kg^–1)及植酸与锌、铁摩尔比

表5对照组的玉米产量(Mg/ha)

表6实验组的玉米产量(Mg/ha)

对比表1和表3发现，黄淮海区36个主推品种玉米的Zn,Fe,Mn,Cu,Mg,K,P元素含量均有提高，Ca含量下降，其中表1与美国农业部推荐的玉米籽粒Zn(22.1mg/kg)、Fe(27.1mg/kg)浓度标准值(https://ndb.nal.usda.gov/ndb/search)相比，籽粒Zn浓度高于22.1mg/kg的品种有6个，分别为东单6、青农8号、浚单20、青农105、费玉2号和鲁单818，籽粒Fe浓度高于27.1mg/kg的品种有3个，分别为天泰55、鲁单818和齐单1号，其中仅有鲁单818籽粒Zn和Fe浓度同时达到美国农业部推荐值；表3中玉米籽粒Zn浓度高于22.1mg/kg的品种有33个，仅有3个品种低于此浓度，分别为郑单958、天泰55和天泰33，Fe浓度高于27.1mg/kg的品种有30个，低于此浓度的品种有6个，分别为鲁单981、郑单958、鲁单9088、鲁单1108、青农105、登海605，有28个品种达到籽粒Zn和Fe浓度同时达到美国农业部推荐值，本试验将36个玉米品种种植在同一试验地，从而消除了环境因素对其籽粒矿物质元素含量的影响，品种间测定结果具有可比性。

表2中，PA/Zn和PA/Fe摩尔比变化范围分别为25.4～41.2和16.7～35.9，对应的平均值分别为32.8和25.5，研究表明，通常情况下，引起锌吸收利用抑制的植酸与锌摩尔比临界值为15–20，当植酸/锌的摩尔比为5～15时，Zn的生物有效性约30-35％；当比值高于15时，Zn的生物有效性约15％(WHO,1999)，植酸与Fe摩尔比临界值为10，(Glahn，2002a)，即植酸与锌或铁的摩尔比值越低说明被植酸束缚的锌和铁越少，锌和铁的生物有效性则越高，观察表4发现，植酸磷/磷的比例与植酸磷的变化均不大，PA/Zn和PA/Fe的摩尔比与表2相比差异显著，PA/Zn和PA/Fe的比值降低，表明Zn和Fe的生物有效性增加。

对比表5和表6，可见本发明的调节肥还可以提高各品种玉米的产量。

对比例

制备对比调节剂1：原料中去掉海藻，其他成分以及制备方法与实施例1相同。

制备对比调节剂2：原料中去掉棉籽壳，其他成分以及制备方法与实施例1相同。

检测方法：按照实施例4中的实验组的种植方法对玉米进行管理，检测玉米中锌、铁元素含量，检测结果，如表7，如上所述，在玉米籽粒中，植酸磷的变化并不会太大，因此，锌和铁的含量增加即可以说明其生物有效性有增加趋势。

表7对比例各玉米品种微量元素含量(mg·kg^–1)

观察表7发现，使用对比例调节肥的的玉米籽粒中锌、铁元素与表1相比有轻微提高，但均不如表3中的提高量。可见，本研究的调节剂对于山东地区主推玉米品种具有较好的微量元素强化作用。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种改良黄淮海玉米中微量元素含量以及Zn和Fe的生物有效性的调节肥，其特征在于，其包括以下重量份的原料：新鲜海藻50-70份，棉籽壳20-30份，花生壳20-30份，豆粕10-20份，玉米秸秆20-40份，动物粪便20-30份，EM菌2-4份，其制备方法包括以下步骤：

步骤3.将海藻液与发酵粉混合后搅拌均匀即得。

2.根据权利要求1所述的改良黄淮海玉米中微量元素含量以及Zn和Fe的生物有效性的调节肥，其特征在于，其包括以下重量份的原料：新鲜海藻60份，棉籽壳25份，花生壳25份，豆粕15份，玉米秸秆30份，动物粪便25份，EM菌3份。

3.根据权利要求1所述的改良黄淮海玉米中微量元素含量以及Zn和Fe的生物有效性的调节肥，其特征在于，所述新鲜海藻为海带、裙带菜、浒苔、泡叶藻中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的改良黄淮海玉米中微量元素含量以及Zn和Fe的生物有效性的调节肥，其特征在于，所述动物粪便为鸡粪、牛粪、鱼虾粪、猪粪中的任一种或任意组合。

5.根据权利要求1-4任一项所述的改良黄淮海玉米中微量元素含量以及Zn和Fe的生物有效性的调节肥，其特征在于，所述原料还包括重量份为20-40份的葡萄糖或蔗糖或其组合。

6.根据权利要求5所述的改良黄淮海玉米中微量元素含量以及Zn和Fe的生物有效性的调节肥，其特征在于，所述葡萄糖或蔗糖或其组合用于在步骤2中加水润湿之前与棉籽壳、花生壳、豆粕、玉米秸秆干物质以及动物粪便、EM菌混合，搅拌均匀。

7.权利要求1-6任一项所述的改良黄淮海玉米中微量元素含量以及Zn和Fe的生物有效性的调节肥的施用方法，其特征在于，在玉米的大喇叭口期施用。

8.根据权利要求7所述的改良黄淮海玉米中微量元素含量以及Zn和Fe的生物有效性的调节肥的施用方法，其特征在于，在施用调节肥前，还包括施用底肥，所述底肥为N肥、P肥、K肥。

9.根据权利要求7所述的改良黄淮海玉米中微量元素含量以及Zn和Fe的生物有效性的调节肥的施用方法，其特征在于，所述调节肥与N肥同时施用。

10.根据权利要求8所述的改良黄淮海玉米中微量元素含量以及Zn和Fe的生物有效性的调节肥的施用方法，其特征在于，所述N肥为尿素，P肥为过磷酸钙，K肥为硫酸钾。

11.根据权利要求9所述的改良黄淮海玉米中微量元素含量以及Zn和Fe的生物有效性的调节肥的施用方法，其特征在于，所述N肥为尿素。