CN109180326A - 一种豆类作物用凝胶生物菌肥的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种生物菌肥领域，尤其涉及一种豆类作物用凝胶生物菌肥的制备方法，包括以下制备步骤：（1）将肥料烘干，磨粉，随后进行造粒，制备成肥料芯；（2）将肥料芯使用聚乳酸/聚乙烯醇共混改性膜进行包覆；（3）将根瘤菌菌株放入培养基中静置培养，得到根瘤菌菌液；（4）将壳聚糖和聚乙烯醇溶于醋酸溶液，加入交联剂，并在搅拌状态下加入菌液以及可降解树脂包膜包覆后的肥料芯；（5）体系在50℃下反应1‑6h，取出烘干，得到凝胶生物菌肥。本发明具有内外双层结构，外层释根瘤菌菌肥，内层肥料芯释放化学肥料，且使用的材料均为生物可降解材料，不会残留土壤中，绿色环保。

Description

一种豆类作物用凝胶生物菌肥的制备方法
技术领域
本发明涉及一种生物菌肥领域，尤其涉及一种豆类作物用凝胶生物菌肥的制备方法。
背景技术
生物菌肥作为一种新型肥料，它含有大量活的微生物,是以微生物生命活动的产物来改善作物营养条件和生长环境,刺激作物生长发育，抵抗病虫为害,从而发挥土壤潜在肥力,提高农产品的产量和品质。根瘤菌与豆科植物的共生固氮是己知固氮效率最高的生物固氮体系。用人工选育出来的高效根瘤菌株经大量繁殖后，将活菌和草炭等吸附剂混合后制成根瘤菌肥料，在农业生产中发挥了巨大的作用。根瘤菌剂具有肥效高、生产成本低、并且不污染环境等优桌,在国内外久用不衰。豆类作物在播种前用根瘤菌肥料拌种，使种子表面沾着大量根瘤菌，当种子萌发生根后，根系的分泌物刺激相应的根瘤菌大量繁殖，聚集在根周围，通过根毛入侵根内，从而引起一系列发育上的变化，形成根瘤。在瘤内根瘤菌成为能固氮的类菌体形态，并以其表达的固氮酶固氮。化学肥料在农业生产作用中对粮食增产作用也十分显著，在豆类植物生长周期中，生长初期在根瘤菌尚未形成完全形成时对氮肥有较大的需求，而到后期时开始对钾肥、磷肥的需求逐渐增大，而在常规农业生产中生物菌肥和化学肥料往往多次施肥，化学肥料的肥料利用率低下，对环境也会产生污染。
中国专利局于2014年12月17日公开了一种复合生物质颗粒菌肥的发明专利，公告号为CN104211524A，公开了一种复合生物质颗粒菌肥，包括酶菌制剂，味精厂污泥、黄豆皮、豆粕粉、饲料用磷酸二氢钾，农作物秸秆(发酵)，食用菌棒、麦麸、青蒿粉、胱氨酸、褐藻、膨润土、腐殖酸、生物调节剂，植酸酶，加适量石粉及水。但该发明只是将菌剂与化学肥料简单的混合在一起，施肥使需要多次施肥，增加了施肥的次数，也增加了农业生产中人力与物力的消耗，并且，施肥后肥料浪费严重，利用率低下，增加了施肥成本，也对环境和人类健康构成了威胁，因此，研究出一种科学施肥的载体，增加肥料利用率，减少肥料的使用量和施肥次数，节省劳动力，减少对环境污染，提高农产品品质是肥料发展的一个重要趋势。
发明内容
为解决现有技术中农业生产过程中肥料使用量较高，施肥次数多，肥料及人力物力浪费严重，无法满足作物在不同生长时期需要不同肥料的问题，提供了一种内层为可降解树脂包覆的肥料，外层为可降解凝胶包覆的根瘤菌菌剂的生物菌肥。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种豆类作物用凝胶生物菌肥的制备方法，包括以下制备步骤：
(1)将肥料烘干，磨粉，随后进行造粒，制备成肥料芯；
(2)将肥料芯使用聚乳酸/聚乙烯醇共混改性膜进行包覆；
(3)将根瘤菌菌株放入培养基中静置培养，得到根瘤菌菌液；
(4)将壳聚糖和聚乙烯醇溶于醋酸溶液，加入交联剂，并在搅拌状态下加入菌液以及聚乳酸/聚乙烯醇共混改性膜包覆后的肥料芯；
(5)体系在50℃下反应1-6h，取出烘干，得到凝胶生物菌肥。
本发明的凝胶生物菌肥分为内层和外层双层结构，外层为包覆有根瘤菌的可生物降解的壳聚糖和聚乙烯醇水凝胶，内层为肥料芯，当发明人在进行发明创造时，发现裸露的肥料芯会降低菌液中的根瘤菌的存活率，最终使得壳聚糖和聚乙烯醇水凝胶中的有效菌数量降低，因此，发明人使用聚乳酸/聚乙烯醇共混改性膜对肥料芯进行包埋后再放入菌液中进行后续的步骤，此时内层肥料芯中的肥料和根瘤菌完全隔离，使其互不影响各自活性，并且聚乳酸/聚乙烯醇共混改性膜也起到肥料控释的作用，当本发明的凝胶生物菌肥应用于豆类作物生产时，大豆在发芽和生长两个阶段需要不同的肥料，首先在大豆发芽时需要根瘤菌菌肥，外层壳聚糖和聚乙烯水凝胶材料开始生物降解，释放出根瘤菌，使种子表面沾着大量根瘤菌，当种子萌发生根后，根系的分泌物刺激相应的根瘤菌大量繁殖，聚集在根周围，通过根毛入侵根内，从而引起一系列发育上的变化，形成根瘤。当种子萌发生长阶段，需要吸收化学肥料，此时内层肥料芯中的肥料随之释放，肥料芯外包裹的聚乳酸/聚乙烯醇共混改性膜能起到肥料控释的作用，增加肥期，提高肥料的吸收利用率。并且聚乳酸/聚乙烯醇共混改性膜会自然降解，不会残留在土壤中，绿色环保。
作为优选，步骤(1)中肥料芯包括重量份尿素10-15份、磷酸一铵30-40份、氯化钾30-40份和粘土10-15份。
肥料芯中各种肥料的搭配合理，通过控释能满足豆类作物不同阶段对氮肥、钾肥、磷肥的需求。
作为优选，步骤(2)中聚乳酸/聚乙烯醇共混改性膜包括以下包覆步骤：
(1)将聚乳酸和聚乙烯醇溶于有机溶剂中，在搅拌状态下水浴加热直至完全溶解，制备成膜液。
(2)使用高压气体对成膜液进行雾化，在流化床中对肥料芯进行喷雾包膜，自然冷却后，得到聚乳酸/聚乙烯醇共混改性膜包覆的肥料芯。
聚乳酸和聚乙烯醇在加热状态下溶于溶剂，随后使用高压蒸汽可使成膜液雾化，并对此时流化床中经过加热的的肥料芯进行喷雾，肥料芯会被迅速包裹，冷却后形成聚乳酸/聚乙烯醇共混改性膜包覆的肥料芯。
作为优选，所述有机溶剂为二甲亚砜或N，N-二甲基甲酰胺。
作为优选，所述聚乳酸和聚乙烯醇的质量比为1-20:1。
作为优选，所述流化床的温度为70-80℃，雾化速度为1.5-5ml/L。
作为优选，所述成膜液中加入改性剂进行喷雾包膜，所述改性剂包括滑石粉或硅藻土。
加入滑石粉或者硅藻土之后，可以改善包膜过程中的粘结情况。
作为优选，所述交联剂为0.2-0.6mol/L戊二醛水溶液。
壳聚糖分子中含有大量的氨基，可与戊二醛的醛基作用，构成凝胶，而聚乙烯醇的机械性能良好，将壳聚糖混合并交联而得的复合水凝胶具有较高的机械强度。
作为优选，所述壳聚糖和聚乙烯醇质量比为1:4-6。
发明人在发明创作时发现，虽然壳聚糖和聚乙烯醇质量比在很大范围内都可以形成凝胶包裹根瘤菌，但是在壳聚糖和聚乙烯醇质量比为1:4-6范围时，对根瘤菌的保护作用较好。
作为优选，所述醋酸溶液浓度为1-2wt％。
本发明的有益效果在于：(1)具有内外双层结构，外层释放根瘤菌菌肥，内层肥料芯释放化学肥料，且肥料芯各种肥料的搭配合理，通过能满足药材不同阶段对氮肥、钾肥、磷肥等的要求；(2)肥料芯的包膜材料既能满足肥料的控释需求，使养分释放速率减慢，增加肥期，提高肥料利用率，减少施肥次数，又能隔离肥料和根瘤菌，使其相互之间不产生影响；(3)使用的材料均为生物可降解材料，不会残留土壤中，绿色环保。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明方案进行更加清楚、完整地描述，显然所描述实施例仅为本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例1：凝胶生物菌肥的制备步骤如下：
(1)将重量份尿素10份、磷酸一铵35份、氯化钾40份和粘土15份磨成粉末，混合后造粒，制成肥料芯；
(2)将10g聚乳酸和30g聚乙烯醇溶于120ml二甲亚砜中，加入2g滑石粉，在搅拌状态下完全溶解，制成成膜液；
(3)使用高压气体对成膜液以3ml/L的雾化速度进行雾化，在70℃流化床中对肥料芯进行喷雾包膜，自然冷却后，得到聚乳酸/聚乙烯醇共混改性膜包覆的肥料芯。
(4)将根瘤菌菌株放入YMA培养基中静置培养3天，得到根瘤菌菌液；
(5)将10g壳聚糖和60g聚乙烯醇溶于200ml的1wt％醋酸溶液中，加入160ml的0.3mol/L的戊二醛水溶液，在搅拌状态下加入30g菌液以及50g聚乳酸/聚乙烯醇共混改性膜包覆后的肥料芯；
(6)体系在50℃下反应3h，取出后再60℃下烘干24h，得到凝胶生物菌肥。
实施例2：凝胶生物菌肥的制备步骤如下：
(1)将重量份尿素15份、磷酸一铵37份、氯化钾38份和粘土10份磨成粉末，混合后造粒，制成肥料芯；
(2)将15g聚乳酸和50g聚乙烯醇溶于140ml二甲亚砜中，加入3g滑石粉，在搅拌状态下完全溶解，制成成膜液；
(3)使用高压气体对成膜液以5ml/L的雾化速度进行雾化，在75℃流化床中对肥料芯进行喷雾包膜，自然冷却后，得到聚乳酸/聚乙烯醇共混改性膜包覆的肥料芯。
(4)将根瘤菌菌株放入YMA培养基中静置培养3天，得到根瘤菌菌液；
(5)将15g壳聚糖和60g聚乙烯醇溶于300ml的2wt％醋酸溶液中，加入190ml的0.4mol/L的戊二醛水溶液，在搅拌状态下加入40g菌液以及65g聚乳酸/聚乙烯醇共混改性膜包覆后的肥料芯；
(6)体系在50℃下反应4h，取出后再60℃下烘干24h，得到凝胶生物菌肥。
实施例3：凝胶生物菌肥的制备步骤如下：
(1)将重量份尿素13份、磷酸一铵40份、氯化钾35份和粘土12份磨成粉末，混合后造粒，制成肥料芯；
(2)将20g聚乳酸和150g聚乙烯醇溶于350ml二甲亚砜中，加入4g滑石粉，在搅拌状态下完全溶解，制成成膜液；
(3)使用高压气体对成膜液以5ml/L的雾化速度进行雾化，在80℃流化床中对肥料芯进行喷雾包膜，自然冷却后，得到聚乳酸/聚乙烯醇共混改性膜包覆的肥料芯。
(4)将根瘤菌菌株放入YMA培养基中静置培养3天，得到根瘤菌菌液；
(5)将10g壳聚糖和50g聚乙烯醇溶于250ml的1.5wt％醋酸溶液中，加入200ml的0.6mol/L的戊二醛水溶液，在搅拌状态下加入30g菌液以及60g聚乳酸/聚乙烯醇共混改性膜包覆后的肥料芯；
(6)体系在50℃下反应6h，取出后再60℃下烘干24h，得到凝胶生物菌肥。
对比例1：与实施例1的区别在于，在制备凝胶生物菌肥时，多聚磷酸钠的用量为1g，使多聚磷酸钠与壳聚糖质量比为1:20，其余均与实施例1相同。
对比例2：与实施例2的区别在于，在制备凝胶生物菌肥时，多聚磷酸钠的用量为0.25g，使多聚磷酸钠与壳聚糖质量比为1:80，其余均与实施例1相同。
对比例1：与实施例1的区别在于，在制备凝胶生物菌肥时，肥料芯未采用聚乳酸/聚乙烯醇共混改性膜包覆，其余均与实施例1相同。
表1：不同壳聚糖和聚乙烯醇质量比对根瘤菌菌株的保护作用。
由表可知，当壳聚糖和聚乙烯醇质量比比为1:4-6时，5天后菌的存活率较高，而当超过这个范围，例如对比例1中的1:8和对比例中的1:2时，菌的存活率均会呈现出不同程度的下降趋势，因此将壳聚糖和聚乙烯醇质量比控制在1:4-6时效果最好。
表2：是否使用聚乳酸/聚乙烯醇共混改性膜包覆肥料芯链霉菌菌株存活率。
当不使用聚乳酸/聚乙烯醇共混改性膜包覆肥料芯时，链霉菌的存活率相对于使用了聚乳酸/聚乙烯醇共混改性膜包覆会大大降低。

Claims (10)

1.一种豆类作物用凝胶生物菌肥的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
（1）将肥料烘干，磨粉，随后进行造粒，制备成肥料芯；
（2）将肥料芯使用聚乳酸/聚乙烯醇共混改性膜进行包覆；
（3）将根瘤菌菌株放入培养基中静置培养，得到根瘤菌菌液；
（4）将壳聚糖和聚乙烯醇溶于醋酸溶液，加入交联剂，并在搅拌状态下加入菌液以及聚乳酸/聚乙烯醇共混改性膜包覆后的肥料芯；
（5）体系在40-50℃下反应1-6h，取出烘干，得到凝胶生物菌肥。
2.根据权利要求1所述的一种豆类作物用凝胶生物菌肥的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中肥料芯包括重量份尿素10-15份、磷酸一铵30-40份、氯化钾30-40份和粘土10-15份。
3.根据权利要求1或2所述的一种豆类作物用凝胶生物菌肥的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中聚乳酸/聚乙烯醇共混改性膜包括以下包覆步骤：
（1）将聚乳酸和聚乙烯醇溶于有机溶剂中，在搅拌状态下水浴加热直至完全溶解，制备成膜液；
（2）使用高压气体对成膜液进行雾化，在流化床中对肥料芯进行喷雾包膜，自然冷却后，得到聚乳酸/聚乙烯醇共混改性膜包覆的肥料芯。
4.根据权利要求3所述的一种豆类作物用凝胶生物菌肥的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中有机溶剂为二甲亚砜或N，N-二甲基甲酰胺。
5.根据权利要求4所述的一种豆类作物用凝胶生物菌肥的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中聚乳酸和聚乙烯醇的质量比为1-20:1。
6.根据权利要求4或5所述的一种豆类作物用凝胶生物菌肥的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中流化床的温度为70-80℃，雾化速度为1.5-5 ml/L。
7.根据权利要求6所述的一种豆类作物用凝胶生物菌肥的制备方法，其特征在于，所述成膜液中加入改性剂进行喷雾包膜，所述改性剂包括滑石粉或硅藻土。
8.根据权利要求1所述的一种豆类作物用凝胶生物菌肥的制备方法，其特征在于，所述交联剂为0.2-0.6 mol/L戊二醛水溶液。
9.根据权利要求1或8所述的一种豆类作物用凝胶生物菌肥的制备方法，其特征在于，所述壳聚糖和聚乙烯醇的质量比为1:4-6。
10.根据权利要求9所述的一种豆类作物用凝胶生物菌肥的制备方法，其特征在于，所述醋酸溶液浓度为1-2wt%。
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