CN106220308A - 一种肥料助剂以及该肥料助剂在制备高效肥料中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种肥料助剂以及该肥料助剂在制备高效肥料中的应用，该肥料助剂是以谷氨酸棒杆菌发酵液与氢氧化钾在硫酸锌存在下80～90℃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。本发明提供的肥料助剂，制备简单，原料易得，成本低；肥料助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；并且该肥料助剂为无毒害，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

一种肥料助剂以及该肥料助剂在制备高效肥料中的应用
技术领域
本发明涉及一种肥料助剂、以及该肥料助剂在制备高效肥料中的应用。
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，提供一种肥料助剂以及该肥料助剂在制备高效肥料中的应用。
发明人意外发现，将以谷氨酸棒杆菌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助剂，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助剂，该肥料助剂是以谷氨酸棒杆菌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，该肥料助剂是以谷氨酸棒杆菌发酵液与氢氧化钾在硫酸锌存在下80～90℃反应的反应产物作为活性组分的水溶液。
在本发明中，谷氨酸棒杆菌发酵液直接决定了本发明的肥料助剂的效果，优选情况下，所述谷氨酸棒杆菌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10g、蛋白胨2.0g，葡萄糖0.5g，NaCl 1.0g，KH2PO40.5g，蒸馏水1.0L，pH为5～6，120℃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3～5h，冷却过滤，干燥后即得植物提取浸膏，所述天然植物由酸枣仁、文冠果壳、山楂叶和银杏叶组成；
生物发酵：发酵培养基灭菌后，接入10％的谷氨酸棒杆菌种子液，控制发酵温度为25～30℃、通气量为2.2-2.5m3/h条件下培养20h，过滤得发酵液。优选地，所述谷氨酸棒杆菌种子液接入前处于对数生长期。
优选地，所述的天然植物由如下重量份的组分组成：酸枣仁10～15份、文冠果壳4～6份、山楂叶8～12份和银杏叶3～5份。
在本发明中，谷氨酸棒杆菌(Corynebacteriumglutamicum)购自中国工业微生物菌种保藏中心，其菌种保藏编号为CICC 2357。
在本发明中提供的肥料助剂中，活性组分的含量为15-20重量％，活性组分的量通过将肥料助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助剂的方法，该方法包括：在硫酸锌的存在下，将谷氨酸棒杆菌发酵液升温至80～90℃，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，得到肥料助剂。
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，作为肥料助剂的有效成分，优选情况下，硫酸锌的用量为谷氨酸棒杆菌发酵液重量的3～5％。
本发明还提供一种上述肥料助剂在制备高效肥料中的应用，包括将肥料助剂加入到肥料中制备高效肥料，以所述肥料助剂的活性组分的重量计，所述肥料助剂在肥料中的加入比例为0.4～5％，所述肥料为尿素、复合肥、复混肥、磷酸二胺或磷酸一铵。
与现有技术相比，本发明提供的肥料助剂，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；本发明的肥料助剂为无毒害，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谷氨酸棒杆菌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10g、蛋白胨2.0g，葡萄糖0.5g，NaCl 1.0g，KH2PO40.5g，蒸馏水1.0L，pH为5～6，120℃灭菌30min，其中植物提取浸膏的制备：称取酸枣仁130g、文冠果壳60g、山楂叶120g和银杏叶50g加入1400g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％的谷氨酸棒杆菌种子液，控制发酵温度为30℃、通气量为2.5m3/h条件下培养20h，过滤得谷氨酸棒杆菌发酵液F1；所述谷氨酸棒杆菌种子液接入前处于对数生长期。
制备例2谷氨酸棒杆菌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10g、蛋白胨2.0g，葡萄糖0.5g，NaCl 1.0g，KH2PO40.5g，蒸馏水1.0L，pH为5～6，120℃灭菌30min，其中植物提取浸膏的制备：称取酸枣仁150g、文冠果壳50g、山楂叶80g和银杏叶50g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％的谷氨酸棒杆菌种子液，控制发酵温度为25℃、通气量为2.2m3/h条件下培养20h，过滤得谷氨酸棒杆菌发酵液F2；所述谷氨酸棒杆菌种子液接入前处于对数生长期。
制备例3谷氨酸棒杆菌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10g、蛋白胨2.0g，葡萄糖0.5g，NaCl 1.0g，KH2PO40.5g，蒸馏水1.0L，pH为5～6，120℃灭菌30min，其中植物提取浸膏的制备：称取酸枣仁100g、文冠果壳40g、山楂叶100g和银杏叶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％的谷氨酸棒杆菌种子液，控制发酵温度为30℃、通气量为2.3m3/h条件下培养20h，过滤得谷氨酸棒杆菌发酵液F3；所述谷氨酸棒杆菌种子液接入前处于对数生长期。
制备例4
如制备例1中的谷氨酸棒杆菌发酵液的制备方法，所不同的是，使用360g酸枣仁进行植物提取，得谷氨酸棒杆菌发酵液F4。
实施例1
将30g硫酸锌加入到1000g制备例1中的谷氨酸棒杆菌发酵液中升温至85℃，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，得到肥料助剂。其中，活性组分的含量为20重量％。
实施例2
将40g硫酸锌加入到1000g制备例2中的谷氨酸棒杆菌发酵液中升温至90℃，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，得到肥料助剂。其中，活性组分的含量为18重量％。
实施例3
将50g硫酸锌加入到1000g制备例3中的谷氨酸棒杆菌发酵液中升温至80℃，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，得到肥料助剂。其中，活性组分的含量为16重量％。
实施例4
将30g硫酸锌加入到1000g制备例4中的谷氨酸棒杆菌发酵液中升温至80℃，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，得到肥料助剂。其中，活性组分的含量为11重量％。
实施例5
将30g硫酸锌加入到1000g制备例1中的谷氨酸棒杆菌发酵液中升温至60℃，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，得到肥料助剂。其中，活性组分的含量为9重量％。
对比例1
如实施例1，所不同的是，不加入硫酸锌，得到肥料助剂，活性组分的含量为8％。
对比例2
如实施例1，所不同的是，加入氢氧化钾的量保持水溶液pH为8，得到肥料助剂，活性组分的含量为15％。
对比例3
直接将制备例1中的谷氨酸棒杆菌发酵液作为肥料助剂，活性组分的含量为14％。
本发明的肥料助剂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。本发明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，据此，在本发明中简称为“聚酶多肽螯合钾”，同时，本发明环保可降解，降解后可以以不同形式被作物或者土壤微生物所吸收，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助剂对作物根系发育的影响
在本应用例中，试验地为山东济南的某试验田，土壤为壤土。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。2015年6月18日播种，6月26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％的对比例1中的肥料助剂；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2中的肥料助剂；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3中的肥料助剂；J区除按照300Kg/公顷施加复合肥，还加入复合肥重量0.5％的金回报肥料助剂。上述聚酶多肽螯合钾(肥料助剂)以及金回报肥料助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区的相对增长率。
表4
A B C D E F G H I J
亩产(公斤) 542.9 763.8 762.2 766.0 583.6 573.8 573.3 599.4 576.5 647.1
对比增产(％) 100 140.7 140.4 141.1 107.5 105.7 105.6 110.4 106.2 119.2
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，可以看出，施用本发明的产品能够提高作物的抗逆性。具体如下表5所示。
表5
A B C D E F G H I J
倒伏(棵) 95 55 60 57 84 83 85 80 86 81
植株干枯(棵) 23 7 4 8 16 20 24 17 17 20
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助剂对作物增产的效果，可以看出，常规肥料与本发明的肥料助剂联合使用，能够有效提高作物产量，出苗比其他区早，且作物颗粒饱满，具体结果如表6所示。
表6
A B C D E F G H I J
产量(公斤) 540.6 743.3 744.9 737.4 584.9 574.1 572.5 601.7 574.1 619.5
对比增产(％) 100 137.5 137.8 136.4 108.2 106.2 105.9 111.3 106.2 114.6
在本应用例中，试验地为山东济南的某试验田，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，2015年10月5日播种。其中，A区作为空白对照，按照300Kg/公顷施加复合肥；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中的肥料助剂；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中的肥料助剂；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中的肥料助剂；J区除按照300Kg/公顷施加复合肥，还加入复合肥重量0.4％的金回报肥料助剂。上述聚酶多肽螯合钾(肥料助剂)以及金回报肥料助剂加入量是以活性组分的重量计算。

Claims (6)

1.一种肥料助剂，其特征在于，该肥料助剂是以谷氨酸棒杆菌发酵液与氢氧化钾在硫酸锌存在下80～90℃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所述的肥料助剂，其特征在于，所述谷氨酸棒杆菌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10g、蛋白胨2.0g，葡萄糖0.5g，NaCl1.0g，KH2PO40.5g，蒸馏水1.0L，pH为5～6，120℃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3～5h，冷却过滤，干燥后即得植物提取浸膏，所述天然植物由酸枣仁、文冠果壳、山楂叶和银杏叶组成；
2)生物发酵：发酵培养基灭菌后，接入10％的谷氨酸棒杆菌种子液，控制发酵温度为25～30℃、通气量为2.2-2.5m3/h条件下培养20h，过滤得发酵液。
3.根据权利要求2所述的肥料助剂，其特征在于，所述天然植物由如下重量份的组分组成：酸枣仁10～15份、文冠果壳4～6份、山楂叶8～12份和银杏叶3～5份。
4.根据权利要求1所述的肥料助剂，其特征在于，所述谷氨酸棒杆菌种子液接入前处于对数生长期。
5.制备权利要求1-4所述的肥料助剂的方法，该方法包括：在硫酸锌的存在下，将谷氨酸棒杆菌发酵液升温至80～90℃，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，得到肥料助剂，硫酸锌的用量为谷氨酸棒杆菌发酵液重量的3～5％。
6.权利要求1-5中任意一项所述的肥料助剂在制备高效肥料中的应用，包括将肥料助剂加入到肥料中制备高效肥料，以所述肥料助剂的活性组分的重量计，所述肥料助剂在肥料中的加入比例为0.4～5％，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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