CN106699419A - 添加γ‑聚谷氨酸的生物炭基水稻专用肥及其制备方法 - Google Patents

添加γ‑聚谷氨酸的生物炭基水稻专用肥及其制备方法 Download PDF

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张磊
解学仕
杨恒哲
周丽
赵文
李元峰
江廷雪
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    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05G—MIXTURES OF FERTILISERS COVERED INDIVIDUALLY BY DIFFERENT SUBCLASSES OF CLASS C05; MIXTURES OF ONE OR MORE FERTILISERS WITH MATERIALS NOT HAVING A SPECIFIC FERTILISING ACTIVITY, e.g. PESTICIDES, SOIL-CONDITIONERS, WETTING AGENTS; FERTILISERS CHARACTERISED BY THEIR FORM
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Abstract

本发明公开了一种添加γ‑聚谷氨酸的生物炭基水稻专用肥，包括以下重量份数的原料：尿素380‑420份、磷酸一铵260‑300份、氯化钾240‑280份、γ‑聚谷氨酸0.01‑0.5份、生物炭4‑10份、腐植酸4‑10份、硅酸钾0.05‑0.5份、硫酸锌0.05‑0.5份、粉煤灰0.1‑0.8份、填充剂25‑50份。本发明配方科学，养分均衡，能够满足水稻全生长期不同阶段对养分的需求。

Description

添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻专用肥及其制备方法
技术领域
本发明涉及肥料技术领域，具体涉及一种添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻专用肥及其制备方法。
背景技术
高产、优质的水稻生产是保障我国粮食安全的重要内容，科学施肥在促进水稻提质增产上具有重要的作用和意义。近年来，我国稻田土壤普遍存在着专用性肥料品种单一、施肥量过大、施肥方式不合理及肥料利用率低等问题，这造成了肥料专用性差、肥料养分损失严重、稻田土壤生态环境污染、土壤肥力下降，不利于水稻的安全生产。因此，在我国水稻生产上新型水稻专用肥的研制与科学施用刻不容缓。
γ-聚谷氨酸是一种对环境无毒害、能被生物降解的高分子氨基酸聚合物，作为肥料增效剂，具有防止肥料养分流失、促进作物吸收养分、减少肥料用量、增加作物产量、改善作物品质等作用。生物炭是生物质在高温限氧条件下热解而成的含碳丰富的固体物质，由于具有高度的芳香化结构和巨大的比表面积，作为土壤改良剂，能够起到改善土壤结构、增加土壤保水保肥能力、提高肥料利用率等效果。
因此，根据土壤供肥规律和水稻需肥特点，设计水稻专用肥配方，在传统水稻专用配方肥料生产基础上添加γ-聚谷氨酸和生物炭制备新型生物炭基水稻专用肥，对丰富水稻专用肥品种、提升水稻生产科学施肥水平、提高肥料利用率、促进水稻提质增产具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种能够提高土壤肥力、提高肥料利用率和促进水稻提质增产的添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻专用肥及其制备方法。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻专用肥，其特殊之处在于：包括以下重量份数的原料：
尿素 380-420份
磷酸一铵 260-300份
氯化钾 240-280份
γ-聚谷氨酸 0.01-0.5份
生物炭 4-10份
腐植酸 4-10份
硅酸钾 0.05-0.5份
硫酸锌 0.05-0.5份
粉煤灰 0.1-0.8份
填充剂 25-50份。
本发明的添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻专用肥，所述γ-聚谷氨酸为微生物法发酵制得的γ-聚谷氨酸发酵液，其中用于制备γ-聚谷氨酸发酵液的菌株为地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）；所述γ-聚谷氨酸的平均分子量为100-1000kDa；所述地衣芽孢杆菌优选中国工业微生物菌种保藏管理中心（China Center of Industrial CultureCollection，英文缩写CICC）的地衣芽孢杆菌CICC 10037。
本发明的添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻专用肥，所述生物炭为作物秸秆在400℃～450℃厌氧条件下炭化、粉碎、过60目尼龙筛制得，作物秸秆包括玉米秸秆、小麦秸秆、花生秸秆、油菜秸秆中的一种或两种以上的混合物。
本发明的添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻专用肥，所述生物炭由作物秸秆制得，所述腐植酸分子量为2000-5000，外观呈褐黑色粉末状，氮含量为2-5％，为质量百分比。
本发明的添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻专用肥，
所述尿素为小颗粒尿素，粒径为0.85-2.80mm，其中氮含量为46.2%；
所述磷酸一铵呈普通粉末状，其中氮含量为14%，磷含量为43%；
所述氯化钾中钾含量为60%；
所述硅酸钾呈粉末状，其中钾含量≥31%，二氧化硅含量≥65.5%；
所述硫酸锌呈粉末状，其中锌含量≥21.5%；
所述粉煤灰呈粉末状，其中二氧化硅含量≥40%；
上述含量均为质量含量；其中氮含量以氮元素计，磷含量以五氧化二磷计，钾含量以氧化钾计，锌含量以氧化锌计。
本发明的添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻专用肥，所述填充剂为硝铵、硝铵磷、硫酸镁、氯化铵、硫酸铵、硫酸钾、硝酸钾、粘土、滑石粉、膨润土、硅藻土中的一种或两种以上的混合物。
本发明的添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻专用肥，所述原料除γ-聚谷氨酸发酵液、尿素外，其余原料的粒径均小于1mm。
本发明的优选方案为，一种添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻专用肥，包括以下重量份数的原料：
尿素 400-410份
磷酸一铵 270-290份
氯化钾 260-270份
γ-聚谷氨酸 0. 1-0.4份
生物炭 5-8份
腐植酸 5-8份
硅酸钾 0.1-0.4份
硫酸锌 0.1-0.4份
粉煤灰 0.2-0.6份
填充剂 30-40份。
本发明的最优方案为，一种添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻专用肥，包括以下重量份数的原料：
尿素 404份
磷酸一铵 280份
氯化钾 265份
γ-聚谷氨酸 0. 2份
生物炭 7.5份
腐植酸 7.5份
硅酸钾 0.2份
硫酸锌 0.2份
粉煤灰 0.4份
填充剂 35份。
本发明的添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻专用肥的制备方法，包括以下步骤：
（1）γ-聚谷氨酸发酵液的制备：将地衣芽孢杆菌菌株在富含营养的固体培养基斜面上于37℃培养24小时，制得成熟的斜面种子；将上述种子接种于活化培养基中，在37℃震荡培养24小时，制得地衣芽孢杆菌种子液；将上述地衣芽孢杆菌种子液以10%的接种量接入发酵罐培养基中，于37℃培养48小时，制得含γ-聚谷氨酸发酵液，备用；
（2）生物炭的制备：将农作物秸秆清洁风干后，置于炭化炉内，于400-450℃厌氧条件下热解40-80min，冷却后取出，粉碎、过筛，制得生物炭，备用；
（3）将尿素经过高温熔融至120-150℃，进入缓冲槽，再经输送泵加压，经计量后送至造粒塔塔顶混合槽内；
（4）将经过预处理的磷酸一铵、氯化钾、γ-聚谷氨酸发酵液、生物炭、腐植酸、硅酸钾、硫酸锌、粉煤灰、填充剂按重量比例分别计量后，输送至搅拌器中充分混合，加热至90-105℃，由提升机提升至造粒塔塔顶料仓；
（5）将塔顶料仓中加热后的混料计量后输送至塔顶混合槽中，搅拌混合3-5min，料浆温度110-115℃，然后采用喷淋装置进行喷淋造粒，当喷淋滴珠在造粒塔中下落穿过上升的空气流时，冷却固化，形成颗粒；
（6）进一步冷却、筛分、计量、包装，制得添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻专用肥。
本发明的添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻专用肥的制备方法，步骤（1）中所述固体培养基成分包括蛋白胨10g/L、牛肉膏5g/L、NaCl 5g/L、琼脂20g/L，以水补足体积，固体培养基的pH为7.2；所述活化培养基成分包括葡萄糖20g/L、蛋白胨20g/L、谷氨酸钠20g/L、K2HPO4 0.5g/L、MgSO4·7H2O 0.5 g/L，以水补足体积，活化培养基的pH为7.2；所述发酵罐培养基成分包括葡萄糖30g/L、蛋白胨30g/L、谷氨酸钠20g/L、柠檬酸12g/L、NaCl 10g/L、K2HPO4 0.5g/L、MgSO4·7H2O 0.5g/L、CaCl2·2H2O 0.15g/L、FeCl3·6H2O 0.04g/L，以水补足体积，发酵罐培养基的pH为7.2-7.5。
本发明的添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻专用肥的制备方法，步骤（1）中所述发酵罐的通气量60L/min、转速300-600r/min、罐压0.02-0.04MPa。
本发明的添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻专用肥的制备方法，步骤（1）中活化培养基的震动频率为180r/m。
本发明的有益效果是：本发明配方科学，养分均衡，能够满足水稻全生长期不同阶段对养分的需求；富含γ-聚谷氨酸，能够富集根际养分，增强养分浓度,促进水稻对养分的吸收；含有生物炭，减少养分的流失，改善土壤养分状况，提高肥料利用率，促进水稻提质增产。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
本实施例制备一种未添加γ-聚谷氨酸与生物炭的水稻专用肥，氮、五氧化二磷、氧化钾含量分别为22%、12%、16%，均为质量百分比。
本实施例的未添加γ-聚谷氨酸与生物炭的水稻专用肥，包括以下重量份数的原料：尿素404份，磷酸一铵280份，氯化钾265份，腐殖酸15份，硅酸钾0.2份，硫酸锌0.2份，粉煤灰0.6份，填充剂35份。
本实施例的未添加γ-聚谷氨酸与生物炭的水稻专用肥的制备方法，包括以下步骤：
（1）将404份尿素经过高温熔融至130-140℃，进入缓冲槽，再经输送泵加压，经计量后送至造粒塔塔顶混合槽内；
（2）将经过预处理的280份磷酸一铵、265份氯化钾、15份腐植酸、0.2份硅酸钾、0.2份硫酸锌、0.6份粉煤灰、35份填充剂按重量比例分别计量后，输送至搅拌器中充分混合，加热至90-105℃，由提升机提升至造粒塔塔顶料仓；
（3）将塔顶料仓中加热后的混料计量后输送至塔顶混合槽中，搅拌混合3-5min，料浆温度110-115℃，然后采用喷淋装置进行喷淋造粒，当喷淋滴珠在造粒塔中下落穿过上升的空气流时，冷却固化，形成颗粒；
（4）再进一步冷却、筛分、计量、包装，制得添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻专用肥。
实施例2
本实施例一种添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻专用肥，氮、五氧化二磷、氧化钾含量分别为22%、12%、16%，均为质量百分比。
本实施例的添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻专用肥，包括以下重量份数的原料：尿素404份，磷酸一铵280份，氯化钾265份，γ-聚谷氨酸0.2份，生物炭7.5份，腐植酸7.5份，硅酸钾0.2份，硫酸锌0.2份，粉煤灰0.4份，填充剂35份。
本实施例的添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻专用肥的制备方法，包括以下步骤：
（1）γ-聚谷氨酸发酵液的制备：取适量地衣芽孢杆菌菌剂，在富含营养的固体培养基（培养基成分包含：蛋白胨10g/L、牛肉膏5g/L、NaCl 5g/L、琼脂20g/L、pH7.2，以水补足体积）斜面上于37℃条件下培养24小时，制得成熟的斜面种子；将上述种子接种于100mL活化培养基（该活化培养基成分包含：葡萄糖20g/L、蛋白胨20g/L、谷氨酸钠20g/L、K2HPO4 0.5g/L、MgSO4·7H2O 0.5 g/L、pH7.2，以水补足体积）中，在37℃、180r/m条件下震荡培养24小时，制得地衣芽孢杆菌种子液；将上述地衣芽孢杆菌种子液以10%的接种量接入50L发酵罐培养基（该发酵罐培养基成分包含：葡萄糖30g/L、蛋白胨30g/L、谷氨酸钠20g/L、柠檬酸12g/L、NaCl 10g/L、K2HPO4 0.5g/L、MgSO4·7H2O 0.5g/L、CaCl2·2H2O 0.15g/L、FeCl3·6H2O0.04g/L、pH7.2-7.5，以水补足体积）中，于37℃、通气量60L/min、转速300-600r/min、罐压0.02-0.04MPa条件下培养48小时，制得含γ-聚谷氨酸发酵液，备用；
（2）生物炭的制备：取适量农作物秸秆清洁风干后，置于炭化炉内，于400-450℃厌氧条件下热解60min，冷却后取出，粉碎、过60目尼龙筛，制得生物炭，备用；
（3）将404份尿素经过高温熔融至130-140℃，进入缓冲槽，再经输送泵加压，经计量后送至造粒塔塔顶混合槽内；
（4）将经过预处理的280份磷酸一铵、265份氯化钾、0.2份γ-聚谷氨酸发酵液、7.5份生物炭、7.5份腐植酸、0.2份硅酸钾、0.2份硫酸锌、0.4份粉煤灰、35份填充剂按重量比例分别计量后，输送至搅拌器中充分混合，加热至90-105℃，由提升机提升至造粒塔塔顶料仓；
（5）将塔顶料仓中加热后的混料计量后输送至塔顶混合槽中，搅拌混合3-5min，料浆温度110-115℃，然后采用喷淋装置进行喷淋造粒，当喷淋滴珠在造粒塔中下落穿过上升的空气流时，冷却固化，形成颗粒；
（6）再进一步冷却、筛分、计量、包装，制得添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻专用肥。
对比例
采用市售普通三元复合肥作为对比例，氮、五氧化二磷、氧化钾含量分别为12%、18%、20%，均为质量百分比。
肥效试验
试验地址：湖南省岳阳县长湖乡。
供试土壤情况：试验区域耕作层土壤深度约20cm，土壤养分含量：有机质12.82g/kg，碱解氮76mg/kg，速效磷13.6mg/kg，速效钾82mg/kg，pH 6.7。
供试品种：Y两优1号水稻。
试验处理：每个处理小区面积为24平方米，肥料类型设对比例、实施例1和实施例2共计3个处理，每个处理3次重复，共9个小区，随机区组排列。试验小区为长方形，小区间与处理间用塑料薄膜筑土埂，实行单灌。施肥量为675kg/hm2，小区施肥量为1.62kg，所有肥料均做底肥一次性施入，中后期不追肥。试验于2016年5月9日播种育秧，6月5日移栽，移栽密度设为10cm×15cm，栽150万苗/hm2，于10月5日收获。收割前一天，每个小区选取有代表性植株12蔸测定株高、穗长、每穗总粒数、每穗实粒数、千粒重情况，小区单收单晒测定实际产量，结果如下表所示：
由表可知，实施例1的株高、穗长、每穗总粒数和实粒数、千粒重均大于对比例，这说明实施例1的配方肥料更有利于水稻的生长；与对比例相比，实施例1的千粒重增幅达10.4%，产量增幅为1.6%，这说明实施例1的肥料增产效果好于对比例。实施例2各项指标均为各处理中最大，其中千粒重和产量较实施例1分别增加1.9%、2.2%，较对比例分别增加12.4%、3.8%，这说明肥料中添加γ-聚谷氨酸和生物炭能够提高肥效，进一步促进水稻生产和产量提高。
综上所述，施用本发明的添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻专用肥，可以提高水稻株高、穗长、每穗总粒数、每穗实粒数、千粒重和产量，促进了水稻的生长，提高了产量；产品配方科学，能够满足水稻生长对养分的需求，提升肥效和肥料利用率，值得推广。

Claims (10)

1.一种添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻专用肥，其特征在于：包括以下重量份数的原料：
尿素 380-420份
磷酸一铵 260-300份
氯化钾 240-280份
γ-聚谷氨酸 0.01-0.5份
生物炭 4-10份
腐植酸 4-10份
硅酸钾 0.05-0.5份
硫酸锌 0.05-0.5份
粉煤灰 0.1-0.8份
填充剂 25-50份。
2.根据权利要求1所述的添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻专用肥，其特征在于：所述γ-聚谷氨酸为微生物法发酵制得的γ-聚谷氨酸发酵液，其中用于制备γ-聚谷氨酸发酵液的菌株为地衣芽孢杆菌；所述γ-聚谷氨酸的平均分子量为100-1000kDa。
3.根据权利要求1所述的添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻专用肥，其特征在于：所述生物炭由作物秸秆制得，作物秸秆包括玉米秸秆、小麦秸秆、花生秸秆、油菜秸秆中的一种或两种以上的混合物。
4.根据权利要求1所述的添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻专用肥，其特征在于：所述腐植酸分子量为2000-5000，外观呈褐黑色粉末状，氮含量为2-5％，为质量百分比。
5.根据权利要求1所述的添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻专用肥，其特征在于：
所述尿素为小颗粒尿素，粒径为0.85-2.80mm，其中氮含量为46.2%；
所述磷酸一铵呈普通粉末状，其中氮含量为14%，磷含量为43%；
所述氯化钾中钾含量为60%；
所述硅酸钾呈粉末状，其中钾含量≥31%，二氧化硅含量≥65.5%；
所述硫酸锌呈粉末状，其中锌含量≥21.5%；
所述粉煤灰呈粉末状，其中二氧化硅含量≥40%；
上述含量均为质量含量；其中氮含量以氮元素计，磷含量以五氧化二磷计，钾含量以氧化钾计，锌含量以氧化锌计。
6.根据权利要求1所述的添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻专用肥，其特征在于：所述填充剂为硝铵、硝铵磷、硫酸镁、氯化铵、硫酸铵、硫酸钾、硝酸钾、粘土、滑石粉、膨润土、硅藻土中的一种或两种以上的混合物。
7.根据权利要求1所述的添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻专用肥的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）γ-聚谷氨酸发酵液的制备：将地衣芽孢杆菌菌株在富含营养的固体培养基斜面上于37℃培养24小时，制得成熟的斜面种子；将上述种子接种于活化培养基中，在37℃震荡培养24小时，制得地衣芽孢杆菌种子液；将上述地衣芽孢杆菌种子液接入发酵罐培养基中，于37℃培养48小时，制得含γ-聚谷氨酸发酵液，备用；
（2）生物炭的制备：将农作物秸秆清洁风干后，置于炭化炉内，于400-450℃厌氧条件下热解40-80min，冷却后取出，粉碎、过筛，制得生物炭，备用；
（3）将尿素经过高温熔融至120-150℃，进入缓冲槽，再经输送泵加压，经计量后送至造粒塔塔顶混合槽内；
（4）将经过预处理的磷酸一铵、氯化钾、γ-聚谷氨酸发酵液、生物炭、腐植酸、硅酸钾、硫酸锌、粉煤灰、填充剂按重量比例分别计量后，输送至搅拌器中充分混合，加热至90-105℃，由提升机提升至造粒塔塔顶料仓；
（5）将塔顶料仓中加热后的混料计量后输送至塔顶混合槽中，搅拌混合3-5min，料浆温度110-115℃，然后采用喷淋装置进行喷淋造粒，当喷淋滴珠在造粒塔中下落穿过上升的空气流时，冷却固化，形成颗粒；
（6）进一步冷却、筛分、计量、包装，制得添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻专用肥。
8. 根据权利要求7所述的添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻专用肥的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述固体培养基成分包括蛋白胨10g/L、牛肉膏5g/L、NaCl 5g/L、琼脂20g/L，以水补足体积，固体培养基的pH为7.2；所述活化培养基成分包括葡萄糖20g/L、蛋白胨20g/L、谷氨酸钠20g/L、K2HPO4 0.5g/L、MgSO4·7H2O 0.5 g/L，以水补足体积，活化培养基的pH为7.2；所述发酵罐培养基成分包括葡萄糖30g/L、蛋白胨30g/L、谷氨酸钠20g/L、柠檬酸12g/L、NaCl 10g/L、K2HPO4 0.5g/L、MgSO4·7H2O 0.5g/L、CaCl2·2H2O 0.15g/L、FeCl3·6H2O 0.04g/L，以水补足体积，发酵罐培养基的pH为7.2-7.5。
9.根据权利要求7或8所述的添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻专用肥的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述发酵罐的通气量60L/min、转速300-600r/min、罐压0.02-0.04MPa。
10.根据权利要求7或8所述的添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻专用肥的制备方法，其特征在于：步骤（1）中活化培养基的震动频率为180r/m。
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