CN106187478A - 一种肥料增效剂以及含有该肥料增效剂的高效肥料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种肥料增效剂以及含有该肥料增效剂的高效肥料，该肥料增效剂是以黑曲霉种子发酵液与氢氧化钾在硫酸锌存在下反应的反应产物作为活性组分的水溶液，该水溶液的pH值为6‑7。本发明提供的肥料增效剂，制备简单，原料易得，成本低；肥料增效剂各成分协同作用明显，有效促进作物根系的发育，提高作物抗逆性；并且该肥料增效剂为无毒害，生物降解，能够吸附作物根系周边养分供作物吸收，与常规肥料混合施用，提高肥料利用率，保证作物的增产增收。

Description

一种肥料增效剂以及含有该肥料增效剂的高效肥料
技术领域
本发明涉及一种肥料增效剂以及含有该肥料添加剂的高效肥料。
背景技术
中国作为一个农业大国，是世界上最大的化肥生产国和消费国。我国化肥利用率普遍较低，氮肥平均利用率在30％左右，磷肥当季利用率在25％左右，钾肥利用率在50％左右。由于长期大量使用化肥，加之肥料利用率不高，造成了土壤恶化、板结、污染等，甚至影响国家粮食安全。
目前，国内外的相关研究还是集中在土壤(例如中、微量元素)养分补给、平衡等，例如CN104692937A公开了一种双螯合液体肥料，主要采用糖醇类螯合剂、有机高分子螯合剂以螯合中微量元素，以解决耕地中微量元素缺乏的问题。CN102120711B公开了一种双酶和双酶系列肥及其在农业中的应用，该双酶包括多种主酶和辅酶组成，构成复杂，尽管该产品能够小幅度提高作物产量和促进作物生长，但是也仅仅是提供作物生长所需养分来实现的。上述肥料均不能实现对土壤中养分的溶解、吸附和运输作用。
US5861356公开了一种利用肥料与聚合氨基酸提高植物产量的方法，该方法主要利用聚天门氨酸对养分螯合，并发现该螯合物对作物所需养分有吸附、收集的作用，该研究使得作物吸收养分从“被动”施肥吸收到主动吸收，意义重大。遗憾的是，该螯合物仅仅是发挥吸附养分的作用，对作物例如根系发育、养分吸收并没有帮助或影响。另外，该产品呈碱性，长期使用，容易造成土地板结等问题。
此外，现有技术中的肥料或者增效剂不能有效控制肥料的养分释放，而作物在各个生长阶段对各种养分的需求是呈一定比例和选择的，不但造成浪费，而且效果持续时间短，不能满足作物生长的各个阶段。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种肥料增效剂以及添加有该肥料添加剂的高效肥料。
本发明的发明人发现，要促进作物生长增产增收，并不能仅仅停留在养分外缘供给上，关键解决作物养分的吸收问题。发明人意外发现，将以黑曲霉种子发酵液与氢氧化钾在硫酸锌存在下反应的反应产物作为活性组分的水溶液作为肥料增效剂，能够促进作物根系的生长和根系分泌物的分泌，从根本上解决作物的生长增产增收，还可以促进土壤营养成分的吸附和收集。
为了实现上述目的，本发明提供一种肥料增效剂，该肥料增效剂是以黑曲霉种子发酵液与氢氧化钾在硫酸锌存在下反应的反应产物作为活性组分的水溶液，该水溶液的pH值为6-7。
优选地，该肥料增效剂是以黑曲霉种子发酵液与氢氧化钾在硫酸锌存在下95～105℃反应的反应产物作为活性组分的水溶液。
在本发明中，黑曲霉种子发酵液直接决定了本发明的肥料增效剂的效果，优选情况下，所述黑曲霉种子发酵液的制备方法包括如下步骤：
发酵培养基配制：按照下述配方配制发酵培养基：植物提取浸膏8g、葡萄糖0.5g、蛋白胨0.6g、谷氨酸钠0.5g、磷酸氢二钾0.35g、硫酸镁0.1g，纯化水1L，pH为4.5～5.5，120℃灭菌30min，其中植物提取浸膏的制备方法为按照天然植物总重量的3～5倍加入体积浓度为40％～95％的乙醇溶液进行回流提取，回流时间为2～5h，冷却过滤，干燥后即得植物提取浸膏，所述天然植物由银杏叶、地榆、文冠果壳、山楂叶和海棠叶组成；
生物发酵：发酵培养基灭菌后，接入10％的黑曲霉种子液，控制发酵温度为35～40℃、通气量为1.5-2m3/h条件下培养20h，过滤得发酵液；
优选地，所述的天然植物由如下重量份的组分组成：银杏叶12～15份、地榆2～5份、文冠果壳10～15份、山楂叶8～10份和海棠叶3～7份。
优选地，所述黑曲霉种子液接入前处于对数生长期，其菌落密度不少于2×109cfu/mL。
在本发明中提供的肥料增效剂中，活性组分的含量为10-15重量％，活性组分的量通过将肥料增效剂蒸除溶剂后的干重来计算。
本发明还提供一种制备上述的肥料增效剂的方法，该方法包括：在硫酸锌的存在下，将黑曲霉种子发酵液升温至95～105℃，然后加入氢氧化钾保持pH为6～7，搅拌反应4～5小时，冷却至室温，过滤，得到肥料增效剂。
在本发明中，硫酸锌的加入能够促进发酵液中多种酶缩合，同时锌离子还能与有机酸类形成螯合物，作为肥料增效剂的有效成分，优选情况下，硫酸锌的用量为黑曲霉种子发酵液重量的2～5％。
本发明提供的肥料增效剂可以与常规肥料混合或者共混造粒，即可得到高效磷酸二胺肥料以及高效尿素肥料。
优选地，以所述肥料增效剂的活性组分的重量计，所述肥料增效剂的加入量为肥料的0.2～5％。例如磷酸二胺肥料中加入上述的肥料增效剂得到高效磷酸二铵肥料，以所述肥料增效剂的活性组分的重量计，所述肥料增效剂在磷酸二胺肥料中的加入比例为0.2～5％。尿素肥料中上述的肥料增效剂得到高效尿素肥料，以所述肥料增效剂的活性组分的重量计，所述肥料增效剂在尿素肥料中的加入比例为0.2～5％。
与现有技术相比，本发明提供的肥料增效剂，制备简单，原料易得，成本低；采用天然植物提取物进行发酵以及后续反应得到，含有多种生物活性酶、氨基酸及有机质等，以及在氢氧化钾和硫酸锌下反应生成的聚酶、螯合钾/锌等活性成分，各成分协同作用明显，有效促进作物根系的发育，提高作物抗逆性；本发明的肥料增效剂为无毒害，生物降解；能够吸附作物根系周边养分供作物吸收，与常规肥料混合施用，提高肥料利用率，保证作物的增产增收。
具体实施方式
以下通过具体实施例进一步描述本发明，但所述的实施例并不以任何方式限定本发明专利保护的范围。
制备例1黑曲霉种子发酵液的制备方法包括如下步骤：
发酵培养基配制：按照下述配方配制发酵培养基：植物提取浸膏8g、葡萄糖0.5g、蛋白胨0.6g、谷氨酸钠0.5g、磷酸氢二钾0.35g、硫酸镁0.1g，纯化水1L，pH为4.5～5.5，120℃灭菌30min，其中植物提取浸膏的制备：称取银杏叶120g、地榆25g、文冠果壳110g、山楂叶80g和海棠叶40g加入1500g体积浓度为65％的乙醇溶液进行回流提取，回流时间为2～5h，冷却过滤，干燥后即得植物提取浸膏。
生物发酵：发酵培养基灭菌后，接入10％的黑曲霉种子液，控制发酵温度为35℃、通气量为1.8m3/h条件下培养20h，过滤得黑曲霉种子发酵液F1；所述黑曲霉种子液接入前处于对数生长期，其菌落密度为2.8×109cfu/mL。
制备例2黑曲霉种子发酵液的制备方法包括如下步骤：
发酵培养基配制：按照下述配方配制发酵培养基：植物提取浸膏8g、葡萄糖0.5g、蛋白胨0.6g、谷氨酸钠0.5g、磷酸氢二钾0.35g、硫酸镁0.1g，纯化水1L，pH为4.5～5.5，120℃灭菌30min，其中植物提取浸膏的制备：称取银杏叶130g、地榆20g、文冠果壳150g、山楂叶100g和海棠叶70g加入1800g体积浓度为65％的乙醇溶液进行回流提取，回流时间为4h，冷却过滤，干燥后即得植物提取浸膏。
生物发酵：发酵培养基灭菌后，接入10％的黑曲霉种子液，控制发酵温度为37℃、通气量为2m3/h条件下培养20h，过滤得黑曲霉种子发酵液F2；所述黑曲霉种子液接入前处于对数生长期，其菌落密度为2.8×109cfu/mL。
制备例3黑曲霉种子发酵液的制备方法包括如下步骤：
发酵培养基配制：按照下述配方配制发酵培养基：植物提取浸膏8g、葡萄糖0.5g、蛋白胨0.6g、谷氨酸钠0.5g、磷酸氢二钾0.35g、硫酸镁0.1g，纯化水1L，pH为4.5～5.5，120℃灭菌30min，其中植物提取浸膏的制备：称取银杏叶150g、地榆50g、文冠果壳100g、山楂叶90g和海棠叶30g加入1300g体积浓度为65％的乙醇溶液进行回流提取，回流时间为5h，冷却过滤，干燥后即得植物提取浸膏。
生物发酵：发酵培养基灭菌后，接入10％的黑曲霉种子液，控制发酵温度为40℃、通气量为1.5m3/h条件下培养20h，过滤得黑曲霉种子发酵液F3；所述黑曲霉种子液接入前处于对数生长期，其菌落密度为2.8×109cfu/mL。
制备例4
如制备例1中的黑曲霉种子发酵液的制备方法，所不同的是，使用405g银杏叶进行植物提取，得黑曲霉种子发酵液F4。
制备例5
如制备例1中的黑曲霉种子发酵液的制备方法，所不同的是，使用405g文冠果壳进行植物提取，得黑曲霉种子发酵液F5。
实施例1
将25g硫酸锌加入到1000g制备例1中的黑曲霉种子发酵液中升温至100℃，然后分批加入氢氧化钾使得反应溶液液保持pH为6，搅拌反应4小时，冷却至室温，过滤，得到肥料增效剂。其中，活性组分的含量为15重量％。
实施例2
将50g硫酸锌加入到1000g制备例2中的黑曲霉种子发酵液中升温至105℃，然后分批加入氢氧化钾使得反应溶液液保持pH为7，搅拌反应4小时，冷却至室温，过滤，得到肥料增效剂。其中，活性组分的含量为13重量％。
实施例3
将20g硫酸锌加入到1000g制备例3中的黑曲霉种子发酵液中升温至95℃，然后分批加入氢氧化钾使得反应溶液液保持pH为6.5，搅拌反应5小时，冷却至室温，过滤，得到肥料增效剂。其中，活性组分的含量为10重量％。
实施例4
将20g硫酸锌加入到1000g制备例4中的黑曲霉种子发酵液中升温至95℃，然后分批加入氢氧化钾使得反应溶液液保持pH为6，搅拌反应5小时，冷却至室温，过滤，得到肥料增效剂。其中，活性组分的含量为6重量％。
实施例5
将20g硫酸锌加入到1000g制备例5中的黑曲霉种子发酵液中升温至95℃，然后分批加入氢氧化钾使得反应溶液液保持pH为6，搅拌反应5小时，冷却至室温，过滤，得到肥料增效剂。其中，活性组分的含量为8重量％。
实施例6
将20g硫酸锌加入到1000g制备例1中的黑曲霉种子发酵液中升温至70℃，然后分批加入氢氧化钾使得反应溶液液保持pH为6，搅拌反应5小时，冷却至室温，过滤，得到肥料增效剂。其中，活性组分的含量为8重量％。
对比例1
如实施例1的肥料增效剂的制备方法，所不同的是，不加入硫酸锌，得到肥料增效剂，活性组分的含量为5％。
对比例2
直接将制备例1中的黑曲霉种子发酵液作为肥料增效剂，活性组分的含量为12％。
本发明的肥料增效剂采用天然植物提取物进行发酵以及后续反应得到，含有多种生物活性酶、氨基酸及有机质等，以及在氢氧化钾和硫酸锌下反应生成的聚酶、螯合钾/锌等活性成分，在本发明中称为“聚酶多肽螯合钾”，该产品能够有效促进作物根系的发育，提高作物抗逆性，并且能够吸附作物根系周边养分供作物吸收，提高肥料利用率。另外，本发明的“聚酶多肽螯合钾”无毒害，生物降解，不会对土壤造成污染。
应用例1
本应用例用于说明本发明的肥料增效剂对作物根系发育的影响
在本应用例中，试验地为山东美可辛生态肥业有限公司的试验田，土壤为壤土，肥力中等。试验所用玉米品种为农大108。试验采用PVC管土柱法。试验密度为40000株/公顷，采用直径30cm、高100cm的PVC管进行管栽，PVC管放于挖好的高100cm的土坑中。行距60cm。按照田间土壤状况装管，管周围用土填实，播种前进行灌水沉实，使土柱和大田状况一致。2014年6月10日播种，6月20日定苗，每管保留一颗生长一致，健壮的植株。将试验区按植株平均划分成A、B、C、D、E、F、G、H、I和J十个区。其中，A区作为空白对照，按照300Kg/公顷施加复合肥(N-P-K＝15-15-15)(复合肥购于史丹利化肥股份有限公司，下同)；B区除按照300Kg/公顷施加复合肥，还加入复合肥重量0.5％的本发明实施例1中的聚酶多肽螯合钾；C区除按照300Kg/公顷施加复合肥，还加入复合肥重量0.5％的本发明实施例2中的聚酶多肽螯合钾；D区除按照300Kg/公顷施加复合肥，还加入复合肥重量0.5％的本发明实施例3中的聚酶多肽螯合钾；E区除按照300Kg/公顷施加复合肥，还加入复合肥重量0.5％的实施例4中的聚酶多肽螯合钾；F区除按照300Kg/公顷施加复合肥，还加入复合肥重量0.5％的实施例5中的聚酶多肽螯合钾；G区除按照300Kg/公顷施加复合肥，还加入复合肥重量0.5％的实施例6中的肥料增效剂；H区除按照300Kg/公顷施加复合肥，还加入复合肥重量0.5％的对比例1中的肥料增效剂；I区除按照300Kg/公顷施加复合肥，还加入复合肥重量0.5％的对比例2中的肥料增效剂；J区除按照300Kg/公顷施加复合肥，还加入复合肥重量0.5％的金回报肥料增效剂。上述聚酶多肽螯合钾(肥料增效剂)以及金回报肥料增效剂加入量是以活性组分的重量计算。
取样方法和取样时间：在玉米的生长期内，从播种开始每三天取样一次，每个区共取样15次，每次每个处理取三个管柱，去下PVC管对土柱进行冲洗，得到完整的根系。
将获取的根系按种子根、次生胚根、不同层次节根进行分类，烘干测干重。同时，对获取的根系按不同部位进行分类，采用甲烯蓝法，分别测定根系的表面积和活性表面积。具体结果如表1-表3所示：
表1
表2
表3
以上表中“/”是指不存在无法测得或者数值过小可忽略不计。
从表1-表3可以明显看出，添加了本发明的聚酶多肽螯合钾，能够有效促进根系的发育，根的表面积也大大增加，提高了作物吸收养分以及增加分泌物的能力。
应用例1中的除测根系试验的植株自然成长至玉米成熟，分别统计各区产量，具体如表4所示，其中，对比增产指其他区相对于A区的增长率。
表4
A B C D E F G H I J
亩产(公斤) 540.7 769.4 775.4 771.5 598.5 587.2 676.9 552.6 570.9 639.6
对比增产(％) 100 142.3 143.4 142.7 110.7 108.6 125.2 102.2 105.6 118.3
另外，通过观察并统计了各区1000株自然生长至成熟的玉米植株情况，具体如下表5所示。
表5
A B C D E F G H I J
倒伏(棵) 98 58 60 57 82 87 80 92 83 81
植株干枯(棵) 25 8 7 11 18 21 26 20 15 26
从上表可以看出，施用本发明的产品能够提高作物的抗逆性，从而保障了作物的产量。
应用例2
本应用例用于进一步说明本发明的聚酶多肽螯合钾作为肥料增效剂对作物增产的效果。具体结果如表6所示。在本应用例中，试验地为山东美可辛生态肥业有限公司的试验田，土壤为壤土，肥力中等。试验所用作物品种为小麦山农24号。将试验区按植株平均划分成A、B、C、D、E、F、G、H、I和J十个区，每区面积为1亩，2014年10月播种。其中，A区作为空白对照，按照300Kg/公顷施加复合肥(N-P-K＝15-15-15)(复合肥购于史丹利化肥股份有限公司，下同)；B区除按照300Kg/公顷施加复合肥，还加入复合肥重量0.4％的本发明实施例1中的聚酶多肽螯合钾；C区除按照300Kg/公顷施加复合肥，还加入复合肥重量0.4％的本发明实施例2中的聚酶多肽螯合钾；D区除按照300Kg/公顷施加复合肥，还加入复合肥重量0.4％的本发明实施例3中的聚酶多肽螯合钾；E区除按照300Kg/公顷施加复合肥，还加入复合肥重量0.4％的实施例4中的聚酶多肽螯合钾；F区除按照300Kg/公顷施加复合肥，还加入复合肥重量0.4％的实施例5中的聚酶多肽螯合钾；G区除按照300Kg/公顷施加复合肥，还加入复合肥重量0.4％的实施例6中的肥料增效剂；H区除按照300Kg/公顷施加复合肥，还加入复合肥重量0.4％的对比例1中的肥料增效剂；I区除按照300Kg/公顷施加复合肥，还加入复合肥重量0.4％的对比例2中的肥料增效剂；J区除按照300Kg/公顷施加复合肥，还加入复合肥重量0.4％的金回报肥料增效剂。上述聚酶多肽螯合钾(肥料增效剂)以及金回报肥料增效剂加入量是以活性组分的重量计算。
表6
A B C D E F G H I J
产量(公斤) 547.9 756.6 753.4 754.5 593.4 599.4 682.7 564.3 570.4 629.0
对比增产(％) 100 138.1 137.5 137.7 108.3 109.4 124.6 103.0 104.1 114.8
从上表可以进一步说明，常规肥料与本发明的肥料增效剂联合使用，能够有效提高作物产量。另外，特别地，B、C、D区内作物出苗比其他区早3天，提前一周进入成熟收割时间，且作物颗粒饱满。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (8)

1.一种肥料增效剂，其特征在于，该肥料增效剂是以黑曲霉种子发酵液与氢氧化钾在硫酸锌存在下反应的反应产物作为活性组分的水溶液，该水溶液的pH值为6-7。
2.根据权利要求1所述的肥料增效剂，其特征在于，该肥料增效剂是以黑曲霉种子发酵液与氢氧化钾在硫酸锌存在下95～105℃反应的反应产物作为活性组分的水溶液。
3.根据权利要求1或2所述的肥料增效剂，其特征在于，所述黑曲霉种子发酵液的制备方法包括如下步骤：
1)发酵培养基配制：按照下述配方配制发酵培养基：植物提取浸膏8g、葡萄糖0.5g、蛋白胨0.6g、谷氨酸钠0.5g、磷酸氢二钾0.35g、硫酸镁0.1g，纯化水1L，pH为4.5～5.5，120℃灭菌30min，其中植物提取浸膏的制备方法为按照天然植物总重量的3～5倍加入体积浓度为65％的乙醇溶液进行回流提取，回流时间为2～5h，冷却过滤，干燥后即得植物提取浸膏，所述天然植物由银杏叶、地榆、文冠果壳、山楂叶和海棠叶组成；
2)生物发酵：发酵培养基灭菌后，接入10％的黑曲霉种子液，控制发酵温度为35～40℃、通气量为1.5-2m3/h条件下培养20h，过滤得发酵液。
4.根据权利要求3所述的肥料增效剂，其特征在于，所述天然植物由如下重量份的组分组成：银杏叶12～15份、地榆2～5份、文冠果壳10～15份、山楂叶8～10份和海棠叶3～7份。
5.根据权利要求1所述的肥料增效剂，其特征在于，所述黑曲霉种子液接入前处于对数生长期，其菌落密度不少于2×109cfu/mL。
6.制备权利要求1-5所述的肥料增效剂的方法，该方法包括：在硫酸锌的存在下，将黑曲霉种子发酵液升温至95～105℃，然后加入氢氧化钾保持pH为6～7，搅拌反应4～5小时，冷却至室温，过滤，得到肥料增效剂。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，硫酸锌的用量为黑曲霉种子发酵液重量的2～5％。
8.一种高效肥料，其特征在于，该高效肥料由肥料和权利要求1-5中任意一项所述的肥料增效剂组成，以所述肥料增效剂的活性组分的重量计，所述肥料增效剂在肥料中的加入比例为0.2～5％，所述肥料为尿素、复合肥、复混肥、磷酸二胺或磷酸一铵。
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