CN110590480A - 硫脲醛树脂在抑制土壤中脲酶的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及硫脲醛树脂在抑制土壤中脲酶的应用。将硫脲醛树脂作为新型脲酶抑制剂加入到土壤中，以此抑制土壤中脲酶的活性。硫脲醛树脂加入量为每千克土壤中加入10～50克的硫脲醛树脂。硫脲醛树脂作为新型脲酶抑制剂，通过争夺配位体降低脲酶活性，抑制机理明确，能够有效抑制脲酶活性。开拓了硫脲醛树脂在抑制脲酶方面新的应用领域，且抑制的活性优于公认的脲酶抑制剂——NBPT。硫脲醛树脂的合成原料来源丰富，且价格低廉并且硫脲醛树脂的加入量少，施入土壤后效果稳定。随其用量的增加，抑制作用提高幅度较大。并且硫脲醛树脂的加入不会改变土壤的pH，对土壤的理化性质影响较小。
Description
技术领域
本发明属于脲酶抑制剂技术领域，尤其涉及硫脲醛树脂在抑制土壤中脲酶的应用。
背景技术
脲酶，是一种广泛存在于各种生物体内和生态环境中的一种酶。脲酶可以催化尿素水解为氨，因此对氨的新陈代谢过程起着重要的作用。然而，脲酶活性过高会使尿素的催化水解速度过快，大量释放出氨气，从而给农业、畜牧业、环境甚至人体健康带来各种危害。在农业方面，脲酶过快的催化水解尿素成氨，会导致氨的挥发以及土壤中的硝酸根离子、铵根离子蓄积过多，从而降低氨的利用率，污染大气、水体、土壤等环境。在畜牧业方面，非蛋白氮在反刍动物瘤胃脲酶的作用下过快分解，产生过量的氨会在反刍动物的血液中蓄积，增加家禽血氨中毒的可能性。此外，脲酶还是人和动物体内某些致病菌如幽门螺杆菌的重要致病因子和定植因子，其可通过分解人体血液中的尿素，产生氨而中和胃酸，在细胞内外营造一个接近中性的环境，使幽门螺杆菌能够顺利穿过胃部黏液层达到胃粘膜表面，从而在胃部生存，从而引起消化性溃疡、慢性胃炎、胃癌等一系列的胃肠道疾病。
针对脲酶对人类生产和生活带来的危害，国内外学者研究并使用脲酶抑制剂进行预防和治疗。脲酶抑制剂，是指能够抑制土壤中脲酶活性，延缓尿素水解的一类化学制剂。脲酶抑制剂控制尿素水解的机理主要有两个方面：一是由于-SH的氧化降低脲酶活性；二是争夺配位体降低脲酶活性。氢醌主要在中国使用，目前，含有氢醌、双氰胺等缓释氮肥的若干种专用肥已有一定面积的推广应用。然而，现有的脲酶抑制剂因为大多具有稳定性差、作用时间短、毒副作用明显等问题，在实际应用中具有一定的限制，目前应用最多的为N—丁基硫代磷酰兰胺(NBPT)，然而NBPT是粘性的、蜡质的、对热和对水敏感的材料，是极难处理的。通常在低浓度下使用NBPT难以均匀分布在肥料颗粒上或土壤中，因此在喷涂到肥料颗粒上或者喷涂到土壤中之前，应该分散或者溶解到液体载体中。对于脲酶抑制剂的商业化，常常希望是将热稳定，易储存，并且容易喷涂到土壤中，并且能够长期有效的抑制脲酶活性。因此，筛选出安全、高效、污染小的脲酶抑制剂的研究备受关注。
硫脲醛树脂是由硫脲和甲醛在一定反应条件下合成的一种聚合物，硫脲醛聚合物化学结构式如下。含硫脲基团的硫脲醛树脂成本低、合成工艺简单、稳定性高、对环境的污染小，因此具有非常广阔的应用前景。
含硫脲官能团的高分子是一种优秀的稳定化药剂，能够有效的抑制脲酶活性。根据甲醛和硫脲的合成产物的结构式可知，硫脲醛树脂控制尿素水解的机理主要是争夺配位体降低脲酶活性。当尿素施入土壤后，脲酶将其水解为铵态氮才能被作物吸收。硫脲醛树脂通过争夺配位体，使脲酶活性降低，同时硫脲醛树脂本身是一个强还原性物质，可以改变土壤生态环境的氧化还原条件，降低土壤中脲酶活性。
发明内容
本发明是在硫脲醛树脂合成应用的基础上，将硫脲醛树脂应用于抑制土壤中的脲酶活性。现今，普通氮肥利用率低、氮素损失严重。据统计，我国的氮肥利用率约为20％～40％。而目前，含有氢醌、双氰胺等缓释氮肥的若干种专用肥已有一定面积的推广应用。氢醌作为一种酚类脲酶抑制剂,能有效地抑制脲酶活性,延缓尿素水解，与其它脲酶抑制剂相比,氢醌的经济性和少量施入后对土壤污染小的优点显得尤为突出,因而在调控尿素氮转化过程中仍受到了广泛关注。但由于氢醌易被氧化而大大影响了其应用前景。N—丁基硫代磷酰兰胺(NBPT)是目前最有效的土壤脲酶抑制剂之一，在非酸性土壤、通气性良好的条件下，脲酶抑制剂N—丁基硫代磷酰兰胺能够有效削弱NO3—N的形成，从而提高尿素的利用率。国内相关实验表明，N—丁基硫代磷酰兰胺用量在0.1％～0.5％对脲酶活性影响较小；当浓度为1％时，抑制作用最为显著；当浓度大于1％时，随其用量的增加，抑制作用提高幅度较小。
根据对脲酶抑制剂施用的要求，可知：一是可以有效抑制脲酶活性，二是价格低廉并且施入量少，三是施入土壤后效果稳定。而硫脲醛树脂具有很好的水溶性和稳定性，能够有效抑制土壤中脲酶的活性。
本发明的目的在于：提供硫脲醛树脂的新用途，硫脲醛树脂作为脲酶抑制剂，抑制土壤中的脲酶活性。
本发明的主要技术特征为：硫脲醛树脂具有合成工艺简单，价格低廉的优势，硫脲醛树脂在制备脲酶抑制剂中的应用，拥有很广泛的应用前景。
本发明技术方案如下：
本发明用于抑制土壤中脲酶活性的方法：将硫脲醛树脂作为新型脲酶抑制剂加入到土壤中，以此抑制土壤中脲酶的活性。硫脲醛树脂加入量为每千克土壤中加入10～50克的硫脲醛树脂。
本发明的主要优点在于：硫脲醛树脂作为新型脲酶抑制剂，通过争夺配位体降低脲酶活性，抑制机理明确，能够有效抑制脲酶活性。开拓了硫脲醛树脂在抑制脲酶方面新的应用领域，且抑制的活性优于公认的脲酶抑制剂——NBPT。硫脲醛树脂的合成原料来源丰富，且价格低廉并且硫脲醛树脂的加入量少，施入土壤后效果稳定。随其用量的增加，抑制作用提高幅度较大。并且硫脲醛树脂的加入不会改变土壤的pH，对土壤的理化性质影响较小。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1
硫脲醛树脂在制备脲酶抑制剂中的应用，由下述步骤组成：
(1)称取一千克风干土于花盆中,保持土壤含水率为60％。调节土壤的pH为中性，待水分浸透均匀,放入25℃的温室中恒温培养30天,使其恢复生物学活性。预培养期间每天透气并补充损失的水分。
(2)称取定量预培养土壤,分别10g的硫脲醛树脂、N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT)、苯基磷酰二胺(PPD)、氢醌(HQ)分别加入到土壤中,混匀,放入温度25℃的温室中恒温培养,在培养后的第1、3、5、7、14和28d取样测定脲酶活性。培养期间每天透气补充水分并保持水分含量不变。
(3)测土壤中的脲酶。
本实施例中，脲酶抑制剂对尿素的抑制作用依次为:硫脲醛树脂>NBPT>PPD>HQ。10g的脲酶抑制剂HQ、PPD、NBPT,可分别将尿素的水解时间推迟1、2、5d。硫脲醛树脂可将尿素的水解时间推迟27d。
实施例2
硫脲醛树脂在制备脲酶抑制剂中的应用，由下述步骤组成：
(1)称取一千克风干土于花盆中,保持土壤含水率为60％。调节土壤的pH为中性，待水分浸透均匀,放入25℃的温室中恒温培养30天,使其恢复生物学活性。预培养期间每天透气并补充损失的水分。
(2)称取定量预培养土壤,分别30g的硫脲醛树脂、N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT)、苯基磷酰二胺(PPD)、氢醌(HQ)分别加入到土壤中,混匀,放入温度25℃的温室中恒温培养,在培养后的第1、3、5、7、14和28d取样测定脲酶活性。培养期间每天透气补充水分并保持水分含量不变。
(3)测土壤中的脲酶。
本实施例中，脲酶抑制剂对尿素的抑制作用依次为:硫脲醛树脂>NBPT>PPD>HQ。1％的脲酶抑制剂HQ、PPD、NBPT,可分别将尿素的水解时间推迟3、5、7d。硫脲醛树脂可将尿素的水解时间推迟28d。
实施例3
硫脲醛树脂在制备脲酶抑制剂中的应用，由下述步骤组成：
(1)称取定量风干土于花盆中,保持土壤含水率为60％。调节土壤的pH为中性，待水分浸透均匀,放入25℃的温室中恒温培养30天,使其恢复生物学活性。预培养期间每天透气并补充损失的水分。
(2)称取定量预培养土壤,将1％的硫脲醛树脂、N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT)、苯基磷酰二胺(PPD)、氢醌(HQ)分别加入到土壤中,混匀,放入不同温度25℃的温室中恒温培养,在培养后的第1、3、5、7、14和28d取样测定脲酶活性。培养期间每天透气补充水分并保持水分含量不变。
(3)测土壤中的脲酶。
本实施例中，脲酶抑制剂对尿素的抑制作用依次为:硫脲醛树脂>NBPT>PPD>HQ。1％的脲酶抑制剂HQ、PPD、NBPT,可分别将尿素的水解时间推迟7、9、10d。硫脲醛树脂可将尿素的水解时间推迟28d。
实施例3
硫脲醛树脂在制备脲酶抑制剂中的应用，由下述步骤组成：
(1)称取定量风干土于花盆中,保持土壤含水率为60％。调节土壤的pH为中性，待水分浸透均匀,放入25℃的温室中恒温培养30天,使其恢复生物学活性。预培养期间每天透气并补充损失的水分。
(2)称取定量预培养土壤,将50g的硫脲醛树脂、N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT)、苯基磷酰二胺(PPD)、氢醌(HQ)分别加入到土壤中,混匀,放入温度25℃的温室中恒温培养,在培养后的第1、3、5、7、14和28d取样测定脲酶活性。培养期间每天透气补充水分并保持水分含量不变。
(3)测土壤中的脲酶。
本实施例中，脲酶抑制剂对尿素的抑制作用依次为:硫脲醛树脂>NBPT>PPD>HQ。50g的脲酶抑制剂HQ、PPD、NBPT,可分别将尿素的水解时间推迟8、11、12d。硫脲醛树脂可将尿素的水解时间推迟28d。
实施例4
硫脲醛树脂在制备脲酶抑制剂中的应用，由下述步骤组成：
(1)称取定量风干土于花盆中,保持土壤含水率为60％。调节土壤的pH为酸性，待水分浸透均匀,放入25℃的温室中恒温培养30天,使其恢复生物学活性。预培养期间每天透气并补充损失的水分。
(2)称取定量预培养土壤,将1％的硫脲醛树脂、N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT)、苯基磷酰二胺(PPD)、氢醌(HQ)分别加入到土壤中,混匀,放入温度25℃的温室中恒温培养,在培养后的第1、3、5、7、14和28d取样测定脲酶活性。培养期间每天透气补充水分并保持水分含量不变。
(3)测土壤中的脲酶。
本实施例中，脲酶抑制剂对尿素的抑制作用依次为:硫脲醛树脂>PPD>HQ>NBPT。1％的脲酶抑制剂HQ、PPD、NBPT,可分别将尿素的水解时间推迟3、6、1d。硫脲醛树脂可将尿素的水解时间推迟28d。
实施例5
硫脲醛树脂在制备脲酶抑制剂中的应用，由下述步骤组成：
(1)称取定量风干土于花盆中,保持土壤含水率为60％。调节土壤的pH为碱性，待水分浸透均匀,放入25℃的温室中恒温培养30天,使其恢复生物学活性。预培养期间每天透气并补充损失的水分。
(2)称取定量预培养土壤,将1％的硫脲醛树脂、N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT)、苯基磷酰二胺(PPD)、氢醌(HQ)分别加入到土壤中,混匀,放入温度25℃的温室中恒温培养,在培养后的第1、3、5、7、14和28d取样测定脲酶活性。培养期间每天透气补充水分并保持水分含量不变。
(3)测土壤中的脲酶。
本实施例中，脲酶抑制剂对尿素的抑制作用依次为:硫脲醛树脂>NBPT>HQ>PPD。1％的脲酶抑制剂HQ、PPD、NBPT,可分别将尿素的水解时间推迟3、1、5d。硫脲醛树脂可将尿素的水解时间推迟25d。
实施例6
硫脲醛树脂在制备脲酶抑制剂中的应用，由下述步骤组成：
(1)称取定量风干土于花盆中,保持土壤含水率为60％。调节土壤的pH为中性，待水分浸透均匀,放入25℃的恒温培养箱中恒温培养30天,使其恢复生物学活性。预培养期间每天透气并补充损失的水分。
(2)称取定量预培养土壤,将1％的硫脲醛树脂、N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT)、苯基磷酰二胺(PPD)、氢醌(HQ)分别加入到土壤中,混匀,放入温度25℃的恒温培养箱中恒温培养,在培养后的第1、3、5、7、14和28d取样测定脲酶活性。培养期间每天不通气保持密闭环境，补充水分并保持水分含量不变。
(3)测土壤中的脲酶。
本实施例中，脲酶抑制剂对尿素的抑制作用依次为:硫脲醛树脂>PPD>HQ>NBPT。1％的脲酶抑制剂HQ、PPD、NBPT,可分别将尿素的水解时间推迟4、7、1d。硫脲醛树脂可将尿素的水解时间推迟28d。
本发明提出的一种用于抑制土壤中脲酶活性的方法，已通过实施例进行描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的技术变更与组合来实现本发明。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。
Claims (2)
1.硫脲醛树脂在抑制土壤脲酶中的应用；硫脲醛树脂作为加入土壤中的脲酶抑制剂。
2.如权利要求1所述应用，其特征在于，硫脲醛树脂的加入量为每千克土壤中加入10～50克。
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