CN108976015A - 一种pH敏感型有机菌肥 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种pH敏感型有机菌肥。所述菌肥包括有机质、有益植物生长的菌、多巴胺或其盐、以氧化石墨烯为交联剂由丙烯酸聚合而成的pH敏感型高聚物分子。本发明通过将多巴胺附着在有机质和有益菌的表面，然后在多巴胺表面包覆具pH敏感型的高聚物分子，从而制备出一种可根据环境的pH值调节其包裹的有机菌肥的释放量，在盐碱化土壤中，施用本发明提供的pH敏感型有机菌肥，可以快速释放其中的有机肥料和活菌，从而加速改善土壤盐碱化问题；而在酸化的土壤中施用本发明提供的pH敏感型有机菌肥，可以有效减缓其中的肥料的释放速率，防止肥料在酸性土壤中的流失，提高肥料的利用效率。

Description

一种pH敏感型有机菌肥

技术领域

本发明属于肥料开发技术领域，具体涉及一种pH敏感型有机菌肥。

背景技术

通常，我国各地气候差异较大，随着可持续现代农业的规模化发展，肥料的过度使用以及人类的活动到导致土壤酸碱化程度的问题越来越严重。土壤的理化性质对于植物的生长环境和肥料本身的利用效率有着显著地影响。盐碱化的土壤不利于作物的生长，而酸性土壤中存在的大量氢离子，又导致部分肥料的流失，极大的降低了肥料的利用效率。对于上述问题的解决，目前还没有一个有效的手段提出。

发明内容

本发明提供了一种pH敏感型有机菌肥，为上述问题的有效解决提供了一个新的思路。本发明提供的pH敏感型有机菌肥可根据环境的pH值调节其包裹的有机菌肥的释放量，在盐碱化土壤中，施用本发明提供的pH敏感型有机菌肥，可以快速释放其中的有机肥料和活菌，从而加速改善土壤盐碱化问题；而在酸化的土壤中施用本发明提供的pH敏感型有机菌肥，可以有效减缓其中的肥料的释放速率，防止肥料在酸性土壤中的流失，提高肥料的利用效率。

本发明的一个目的是提供一种pH敏感型有机菌肥，所述菌肥包括有机质、有益植物生长的菌、多巴胺或其盐、pH敏感型高聚物分子；所述pH敏感型高聚物分子包括：以氧化石墨烯为交联剂，由丙烯酸聚合而成的高聚物分子。

具体的，所述菌肥还包括下述1)-4)中所述的至少一种：

1)所述有机质包括可为所述有益植物生长的菌提供其代谢或繁殖的养料；

2)所述有机质包括秸秆、枯树叶、枯草和/或麸皮；

3)所述有益植物生长的菌包括枯草芽孢杆菌、酵母菌和/或乳酸菌；具体的，当所述有益植物生长的菌包括枯草芽孢杆菌、酵母菌和乳酸菌时，枯草芽孢杆菌、酵母菌、乳酸菌的质量比为1∶2∶2；

4)所述多巴胺或其盐覆盖在所述有机质和/或有益植物生长的菌的表面，所述pH敏感型高聚物分子覆盖在所述多巴胺或其盐的表面。

具体的，所述菌肥由下述方法制备而成：

将有机质粉碎过500目以上的筛后加入pH值8～8.5的Tris-HCl缓冲液中，将有益植物生长的菌加入混匀，再加入盐酸多巴胺，室温搅拌12h以上，抽滤得表面附着有多巴胺的有机菌肥微粒；

将所述有机菌肥微粒置于反应容器中，加超纯水，通N₂，向溶液中加入丙烯酸单体的钠盐、交联剂氧化石墨烯、催化剂，避光继续通N₂，室温下搅拌，然后将反应容器转移至冰浴中搅拌，加入引发剂，搅拌后转移至密闭模具中，在室温下聚合24h，将产物粉碎即得；

具体的，按质量计，所述方法中，所述有机质1-10份、有益植物生长的菌1-10份、盐酸多巴胺1-10份、丙烯酸单体的钠盐10-500份、氧化石墨烯交联剂0.2-40份；

再具体的，按质量计，所述方法中，所述有机质8份、有益植物生长的菌2份、盐酸多巴胺1份、丙烯酸单体的钠盐12-20份、氧化石墨烯交联剂0.2-4份。

本发明的另一个目的是提供一种菌肥的制备方法，所述方法包括：将有机质粉碎过500目以上的筛后加入pH值8～8.5的Tris-HCl缓冲液中，将有益植物生长的菌加入混匀，再加入盐酸多巴胺，室温搅拌12h以上，抽滤得表面附着有多巴胺的有机菌肥微粒；

将所述有机菌肥微粒置于反应容器中，加超纯水，通N₂，向溶液中加入丙烯酸单体的钠盐、氧化石墨烯交联剂、催化剂，避光继续通N₂，室温下搅拌，然后将反应容器转移至冰浴中搅拌，加入引发剂，搅拌后转移至密闭模具中，在室温下聚合24h，将产物粉碎即得。

具体的，所述方法还包括下述1)-6)中所述的至少一种：

1)所述有机质包括可为所述有益植物生长的菌提供其代谢或繁殖的养料；

2)所述有机质包括秸秆、枯树叶、枯草和/或麸皮；

3)所述有益植物生长的菌包括枯草芽孢杆菌、酵母菌和/或乳酸菌；

4)将有机质粉碎过500目筛；

5)按质量计，所述有机质1-10份、有益植物生长的菌1-10份、盐酸多巴胺1-10份、丙烯酸单体的钠盐10-500份、氧化石墨烯交联剂0.2-40份；

6)将所述有机菌肥微粒置于反应容器中，加超纯水，通N₂，向溶液中加入交联剂GO、单体丙烯酸钠SA和羟甲基丙烯酰胺HMAm，用量分别为SA9.4g/100g H₂O、HMAml 0.1g/100g H₂O，GO 200mg/100gH₂O，将混合物在锡纸包覆下避光继续通N₂，室温下快速搅拌15min，然后将反应容器转移至冰浴中缓慢搅拌5min，用移液枪加入催化剂TEMED和引发剂KPS，用量分别为TEMED 8μL/100gH₂O、KPS2g/100g H₂O，搅拌30s后迅速转移至密闭模具中，在20℃下聚合24h。

本发明的还一个目的是提供本发明任一所述方法制备得到的菌肥。

本发明的还一个目的是提供本发明任一所述菌肥的应用。

具体的，所述应用包括下述1)-4)中所述的至少一种：

1)作为有益植物生长的菌的缓释或控释产品；

2)作为有益植物生长的产品；

3)作为土壤微生物生态或营养状况的调节产品；

4)作为肥料的缓释或控释产品。

本发明的还一个目的是提供本发明任一所述方法的应用。

具体的，所述应用包括下述1)-4)中所述的至少一种：

1)在制备具有缓释或控释有益植物生长的菌的产品或其相关产品中的应用；

2)在制备具有有益植物生长的产品或其相关产品中的应用；

3)在制备具有调节土壤微生物生态或营养状况的产品或其相关产品中的应用；

4)在制备具有缓释或控释肥料的产品或其相关产品中的应用。

本发明提供的一种pH敏感型有机菌肥，至少具有以下优点：

(1)通过包覆有机菌微粒来改善作物的营养条件和养分供应状况，抑制有害微生物的活动，从而提高作物的抗病抗逆能力。

(2)通过在加入pH敏感性单体丙烯酸(AA)，以氧化石墨烯(GO)为交联剂，原位自由基聚合后经过水解等处理在肥料表面包覆pH敏感型聚合物，得到具有pH敏感性的缓/控释肥料。

(3)所述pH敏感型聚合物可根据外界土壤环境的pH值来调节其释放速率：在酸性介质中，Pdop-g-PAA-co-HMAm作为营养物质释放的屏障，其释放速率受到限制；而在碱性介质中，Pdop-g-PAA-co-HMAm中的活性基团(酚羟基和羧基)被去质子化，去质子化的包膜使得营养组分可以快速地释放出来。

(4)本发明提供的pH敏感型有机菌肥可以根据pH的不同，调节其包裹的有机质和活菌的释放速度，在一个具体的实施例中，当pH值为碱性时，本发明提供的pH敏感型有机菌肥活菌的释放量最大，当pH值为酸性时，活菌的释放量最小。这一实验结果表明本发明提供的pH敏感型有机菌肥可根据环境的pH值调节其包裹的有机菌肥的释放量，在盐碱化土壤中，施用本发明提供的pH敏感型有机菌肥，可以快速释放其中的有机肥料和活菌，从而加速改善土壤盐碱化问题；而在酸化的土壤中施用本发明提供的pH敏感型有机菌肥，可以有效减缓其中的肥料的释放速率，防止肥料在酸性土壤中的流失，提高肥料的利用效率。

(5)本发明提供的pH敏感型有机菌肥，其制备工艺简单、环保，不使用有机溶剂，适合于工业大量生产应用。

具体实施方式

下述实施例中所使，用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

下述实施例及其具体说明用于解释和理解本发明，并不构成对本发明的不当限定。

实施例1、pH敏感型有机菌肥的制备

(一)表面包裹附着有多巴胺的有机菌肥微粒的制备

称取1.5g Tris置于烧杯中，加入约的900mL去离子水，用6M的HCl将Tris-HCl溶液pH调至8～8.5；将秸秆、枯树叶、枯草、麸皮等粉碎过500目筛，得有机质粉末；取40g所述有机质粉末加入上述Tris-HCl溶液中，再加入总质量为10g、质量比为1∶2∶2的枯草芽孢杆菌、酵母菌、乳酸菌的混合菌粉末，混匀，并将溶液定容至1L；加入5g盐酸多巴胺，室温搅拌12h以上，抽滤得表面包裹附着有多巴胺的有机菌肥微粒，所述有机菌肥微粒由所述有机质粉末和所述混合菌组成。

(二)有机菌肥微粒表面包覆PH敏感型高聚物(Pdop-g-PAA-co-HMAm)

称取2.0g NaOH固体于20mL超纯水中，室温下磁力搅拌至NaOH全部溶解。待溶液降至室温，向其中滴入3.6g丙烯酸(AA)，室温下磁力搅拌1h(锡纸包覆避光)，得到2.5mol/L的丙烯酸钠溶液(SA)。

将5-10g的有机菌肥微粒置于100ml的反应容器中，用超纯水稀释至100mL。通N₂0.5h除去其中的溶解氧，向溶液中加入交联剂(GO)、单体丙烯酸钠(SA)和羟甲基丙烯酰胺(HMAm)，用量分别为SA 9.4g/100g H₂O、HMAm10.1g/100g H₂O，GO 200mg/100gH₂O，将混合物在锡纸包覆下避光继续通N2，室温下快速搅拌15min。然后将反应容器转移至冰浴中缓慢搅拌5min，用移液枪加入催化剂TEMED和引发剂KPS，用量分别为TEMED 8μL/100gH₂O、KPS2g/100g H₂O，搅拌30s后迅速转移至密闭模具中，在20℃下聚合24h。最后将其粉碎后浸入弱酸溶液中48h，蒸馏水中24h，然后将得到的产物在37℃下干燥至恒重，得到pH敏感型有机菌肥。

实施例2、pH敏感型有机菌肥的活菌释放实验

取按照实施例1所述方法制备的pH敏感型有机菌肥6g，平均分为3份，分别于pH值为5、7、9的无菌水中放置1天，然后检测不同pH值的情况下，pH敏感型有机菌肥的活菌释放量。

平板检测法检测活菌释放量检测方法：

1)按照放置后的样品：无菌水的质量体积比为1∶10的比例配制成溶液，将所述溶液抽滤过3微米滤膜，以滤去未释放活菌的表面包裹附着有多巴胺的有机菌肥微粒以及表面包覆高聚物分子的有机菌微粒；

2)收集滤液，加入玻璃珠，静置20min，在旋转式摇床上200r/min振荡30min，即得母液菌悬液；

3)用无菌移液管分别吸取5.0ml上述母液菌悬液加入45ml无菌水中，按体积比为1：10的比例进行系列稀释，分别得到不同稀释倍数的一系列稀释菌悬液；

4)每个样品取3个连续适宜的稀释度，用无菌移液管分别吸取不同稀释度菌悬液0.1ml，加至固体琼脂培养基上，分别用无菌玻璃刮刀将不同稀释度的菌悬液均匀涂于固体琼脂培养基上；每个稀释度重复3次，同时以无菌水作空白对照，于37℃的恒温培养箱中培养12-36h；

5)菌落计数和样品中活菌数目的计算：按照国家标准GB20287-2006中的方法进行。

检测结果如表1所示。表1结果表明，按照实施例1所述方法制备得到的pH敏感型有机菌肥可以根据pH的不同，调节其包裹的活菌的释放速度，当pH值为碱性时，活菌的释放量最大；当pH值为酸性时，活菌的释放量最小。这一实验结果表明本发明提供的pH敏感型有机菌肥可根据环境的pH值调节其包裹的有机菌肥的释放量，在盐碱化土壤中，施用本发明提供的pH敏感型有机菌肥，可以快速释放其中的有机肥料和活菌，从而加速改善土壤盐碱化问题；而在酸化的土壤中施用本发明提供的pH敏感型有机菌肥，可以有效减缓其中的肥料的释放速率，防止肥料在酸性土壤中的流失，提高肥料的利用效率。

表1

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制，但凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种pH敏感型有机菌肥，其特征在于，所述菌肥包括有机质、有益植物生长的菌、多巴胺或其盐、pH敏感型高聚物分子；所述pH敏感型高聚物分子包括：以氧化石墨烯为交联剂，由丙烯酸聚合而成的高聚物分子。

2.根据权利要求1所述的菌肥，其特征在于，所述菌肥还包括下述1)-4)中所述的至少一种：

1)所述有机质包括可为所述有益植物生长的菌提供其代谢或繁殖的养料；

2)所述有机质包括秸秆、枯树叶、枯草和/或麸皮；

3)所述有益植物生长的菌包括枯草芽孢杆菌、酵母菌和/或乳酸菌；

4)所述多巴胺或其盐覆盖在所述有机质和/或有益植物生长的菌的表面，所述pH敏感型高聚物分子覆盖在所述多巴胺或其盐的表面。

3.根据权利要求1和/或2所述的菌肥，其特征在于，所述菌肥由下述方法制备而成：

将有机质粉碎过500目以上的筛后加入pH值8～8.5的Tris-HCl缓冲液中，将有益植物生长的菌加入混匀，再加入盐酸多巴胺，室温搅拌12h以上，抽滤得表面附着有多巴胺的有机菌肥微粒；

将所述有机菌肥微粒置于反应容器中，加超纯水，通N₂，向溶液中加入丙烯酸单体的钠盐、交联剂氧化石墨烯、催化剂，避光继续通N₂，室温下搅拌，然后将反应容器转移至冰浴中搅拌，加入引发剂，搅拌后转移至密闭模具中，在室温下聚合24h，将产物粉碎即得。

4.一种菌肥的制备方法，其特征在于，所述方法包括：将有机质粉碎过500目以上的筛后加入pH值8～8.5的Tris-HCl缓冲液中，将有益植物生长的菌加入混匀，再加入盐酸多巴胺，室温搅拌12h以上，抽滤得表面附着有多巴胺的有机菌肥微粒；

将所述有机菌肥微粒置于反应容器中，加超纯水，通N₂，向溶液中加入丙烯酸单体的钠盐、氧化石墨烯交联剂、催化剂，避光继续通N₂，室温下搅拌，然后将反应容器转移至冰浴中搅拌，加入引发剂，搅拌后转移至密闭模具中，在室温下聚合24h，将产物粉碎即得。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括下述1)-6)中所述的至少一种：

1)所述有机质包括可为所述有益植物生长的菌提供其代谢或繁殖的养料；

2)所述有机质包括秸秆、枯树叶、枯草和/或麸皮；

3)所述有益植物生长的菌包括枯草芽孢杆菌、酵母菌和/或乳酸菌；

4)将有机质粉碎过500目筛；

5)按质量计，所述有机质1-10份、有益植物生长的菌1-10份、盐酸多巴胺1-10份、丙烯酸单体的钠盐10-500份、氧化石墨烯交联剂0.2-40份；

6)将所述有机菌肥微粒置于反应容器中，加超纯水，通N₂，向溶液中加入交联剂GO、单体丙烯酸钠SA和羟甲基丙烯酰胺HMAm，用量分别为SA 9.4g/100g H₂O、HMAm10.1g/100g H₂O，GO 200mg/100gH₂O，将混合物在锡纸包覆下避光继续通N₂，室温下快速搅拌15min，然后将反应容器转移至冰浴中缓慢搅拌5min，用移液枪加入催化剂TEMED和引发剂KPS，用量分别为TEMED 8μL/100gH₂O、KPS2g/100g H₂O，搅拌30s后迅速转移至密闭模具中，在20℃下聚合24h。

6.由权利要求4和/或5所述方法制备得到的菌肥。

7.权利要求1-3任一所述菌肥和/或权利要求6所述菌肥的应用。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述应用包括下述1)-4)中所述的至少一种：

1)作为有益植物生长的菌的缓释或控释产品；

2)作为有益植物生长的产品；

3)作为土壤微生物生态或营养状况的调节产品；

4)作为肥料的缓释或控释产品。

9.权利要求4和/或5所述方法的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述应用包括下述1)-4)中所述的至少一种：

1)在制备具有缓释或控释有益植物生长的菌的产品或其相关产品中的应用；

2)在制备具有有益植物生长的产品或其相关产品中的应用；

3)在制备具有调节土壤微生物生态或营养状况的产品或其相关产品中的应用；

4)在制备具有缓释或控释肥料的产品或其相关产品中的应用。