CN111777459A - 一种复合增效剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种复合增效剂，其包含泛菌多糖、聚谷氨酸和辅料，其中，泛菌多糖和聚谷氨酸的重量比为1∶0.1～10，泛菌多糖和聚谷氨酸的总重量占整个复合增效剂总重的70%~90%。本发明的增效剂可以通过多种添加方式制备成增效肥料，得到的增效肥料可以明显提高小麦、水稻等粮食作物产量，在保证作物不减产的情况下，可以减少肥料的使用量。

Description

一种复合增效剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于肥料领域，具体涉及一种含泛菌多糖和聚谷氨酸的复合型肥料增效剂及其应用。

背景技术

我国是化肥使用大国，由于农业发展和粮食增产需求，化肥年用量高达5000万吨(折纯氮磷钾)以上。虽然使用如此多的化肥，但是肥料利用率偏低一直是中国农业施肥中存在的问题。肥料利用率低，导致大量肥料的流失，不仅造成巨大的经济损失，而且还会造成严重的环境污染。因此，为适应发展现代农业的要求，在保证粮食产量的前提下如何减少化肥投入、提高肥料利用率、保护环境是农业生产上面临的一项重要难题。近些年，在肥料增效剂方面的研究逐渐增多，生物大分子在肥料增效方面的表现突出，日益成为研究重点，并在实际应用上取得一定的成果。

泛菌多糖是由骆驼刺泛菌发酵得到的产物，是一种大分子细菌多糖，骆驼刺泛菌是植物根际促生菌，对植物生长具有促进作用，其中最主要成分是泛菌多糖，且泛菌多糖具有很好的生物可降解性，是天然的发酵产物，能增强植物的抗逆能力。

聚谷氨酸是一种微生物发酵产物，是α-氨基和γ-羧基通过酰胺键结合所构成的同型聚酰胺，因其含有大量的COO-基团，可与氮肥中的NH⁴⁺，磷肥中的PO₄ ³⁺，钾肥中的K⁺，元素肥料中的Ca²⁺、Mg²⁺键合，形成稳定的谷氨酸盐水溶液，缓慢的为植物提供营养。

现有技术中尚未有将泛菌多糖和聚谷氨酸进行复配作为肥料增效剂。

发明内容

发明目的：本发明提供一种含泛菌多糖和聚谷氨酸的复合型肥料增效剂及其制备方法。

本发明还要解决的技术问题是提供上述复合型肥料增效剂在肥料中的添加工艺及在农业种植中的应用。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种复合增效剂，其包含泛菌多糖、聚谷氨酸和辅料，其中，泛菌多糖和聚谷氨酸的重量比为1∶0.1～10，泛菌多糖和聚谷氨酸的总重量占整个复合增效剂总重的70％～90％。

其中，所述泛菌多糖是由骆驼刺泛菌经发酵法制备而得，优选地，选用分子量≥500kDa的泛菌多糖；所述骆驼刺泛菌其分类学命名为Pantoea alhagi。

其中，所述泛菌多糖的存在形式为泛菌多糖及其盐的纯品或溶液、或或泛菌多糖发酵液、或泛菌多糖发酵液干燥物。泛菌多糖盐纯品包括螯合了Na、K、Ca、Mn、Cu、Zn、Fe等一种或多种元素的泛菌多糖盐。优选地，泛菌多糖占整个复合增效剂重量的35％～45％。

所述的聚谷氨酸的存在形式为聚谷氨酸及其盐的纯品和溶液、或聚谷氨酸发酵液、或聚谷氨酸发酵液干燥物。聚谷氨酸盐纯品包括螯合了Na、K、Ca、Mn、Cu、Zn、Fe等一种或多种元素的聚谷氨酸盐。优选地，聚谷氨酸含量占整个复合增效剂重量的30％～40％，分子量为50～1000kDa。

泛菌多糖和聚谷氨酸的添加量以上述中所含的泛菌多糖和聚谷氨酸计算。

所述的辅料为糖蜜粉、酵母粉、磷酸钙、碳酸钙粉、膨润土和钾长石粉中的任意一种或几种的混合物。所述的辅料的重量占复合增效剂总重量的10％-30％。辅料的添加能显著地掩盖住聚谷氨酸和泛菌多糖发酵液特有的刺鼻气味，使该复合型肥料增效剂的气味不明显，或有轻微焦糖香味。

本发明所述的复合型肥料增效剂可以为膏状、水状或粉状。

上述含泛菌多糖和聚谷氨酸的复合增效剂作为肥料添加剂中的应用也在本发明的保护范围之内。

其中，所述的复合增效剂可添加至市售常规氮肥、钾肥、磷肥、复合肥或有机肥等肥料中，制备成增效肥料。

其中，所述的复合增效剂在肥料中的添加量为0.01～10wt％。

具体地，所述的复合增效剂添加方法为：可以在肥料生产的原料混合槽工艺段加入，通过挤压造粒、或滚筒造粒、或高塔造粒方式制成含所述复合增效剂的增效肥料。所述复合增效剂的添加方式有助于提高肥料造粒率。

还可以通过如下方法进行添加：在肥料生产的冷却或包膜工艺段，通过喷涂的方式添加到肥料的表面，制成包膜增效肥。

还有一种添加方法为：将所述的复合增效剂与普通复合肥直接在搅拌釜中搅拌混合，制成掺混增效肥。

有益效果：本发明与现有技术相比具有以下优势：

(1)泛菌多糖是由成团泛菌发酵产物，是一种大分子细菌多糖，其产生菌是植物根际促生菌，对植物生长具有促进作用，其中最主要成分是泛菌多糖，且泛菌多糖具有很好的生物可降解性，是天然的发酵产物，能增强植物的抗逆能力；

(2)聚谷氨酸是一种微生物发酵产物，是α-氨基和γ-羧基通过酰胺键结合所构成的同型聚酰胺，因其含有大量的COO^-基团，可与氮肥中的NH⁴⁺，磷肥中的PO₄ ³⁺，钾肥中的K⁺，元素肥料中的Ca²⁺、Mg²⁺键合，形成稳定的谷氨酸盐水溶液，缓慢的为植物提供营养；

(3)在含有聚谷氨酸的复合型肥料增效剂中添加泛菌多糖，不仅可以与聚谷氨酸混合后提高增效剂的增效效果，而且泛菌多糖和聚谷氨酸配合使用，可有效的促进作物的生长发育，提高肥料的利用率；

(4)本发明的含泛菌多糖和聚谷氨酸的复合型肥料增效剂，可以明显提高小麦、水稻等粮食作物产量，在保证作物不减产的情况下，可以减少肥料的使用量，还可以明显提高粮食作物籽粒中蛋白、淀粉的含量和瓜果类作物中Vc含量，提高瓜果类作物中各种糖分的含量，提高作物品质；同时也提高了植物抗氧化酶及抗逆相关基因的表达量，增强了植物的抗逆能力，从而促进植物的生长；

(5)本发明所述的含泛菌多糖和聚谷氨酸的复合型肥料增效剂，其所有组分均为生物法制备，无毒性，可降解，符合环境友好型的绿色农业特点。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明名做进一步详细说明。给出了详细的实施方式和具体的操作过程，实施例将有助于理解本发明，但是本发明的保护范围不限于下述的实施例。

下述实施例中使用的所用泛菌多糖为含泛菌多糖的可湿性粉剂，是由泛菌多糖发酵液经除杂干燥浓缩制备得到，其中泛菌多糖含量为35％～45％，分子量≥500kDa；所用聚谷氨酸为含聚谷氨酸的可湿性粉剂，是由聚谷氨酸发酵液经除杂干燥浓缩制备得到，其中聚谷氨酸含量为30％～40％，分子量为50～1000kDa。上述发酵液的制备均可以用现有技术中的制备条件进行制备，其中，聚谷氨酸发酵液制备方法参照文献Xu Z,Feng X,Dan Z,et,al.Enhanced poly(γ-glutamic acid)fermentation by Bacillus subtilis,NX-2immobilized in aerobic plant fibrous-bed bioreactor[J].Bioresour Technol,2014,155:8-14)，泛菌多糖发酵液可参照专利CN108865951B中公开的方法进行制备，下述实施例中采用的菌株为Pantoea alhagi XK-11，藏编号为CGMCC 15526，已保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏时间为2018年3月29日，保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号。

实施例1含泛菌多糖和聚谷氨酸的复合型肥料增效剂的制备。

按照如下方法制备本发明的含泛菌多糖和聚谷氨酸的复合型肥料增效剂：

将泛菌多糖粉、聚谷氨酸粉和辅料(由糖蜜粉和钾长石粉或酵母粉和白云石按1∶1混合而成)按重量比1∶3∶1，配制成本发明所述含泛菌多糖和聚谷氨酸的复合型肥料增效剂，并应用于以下实施例中。

实施例2造粒添加复合型肥料增效剂。

按照如下步骤添加本发明的含泛菌多糖和聚谷氨酸的复合型肥料增效剂。

第一步：将熔融的尿素(145～150℃)与预热(60～70℃)后的磷酸铵、氯化钾、辅料(膨润土)以及复合型肥料增效剂(参照实施例1)按照重量份数比26.2∶30.6∶26∶17.1∶0.1于混合槽中混合；

第二步：待混合物反应生成流动性良好的肥料匀浆后，通过旋转式差动喷头喷入造粒塔，在空气中冷却固化成颗粒；

第三步：将固化成的颗粒输送进冷却塔进一步冷却后即得到所述含泛菌多糖和聚谷氨酸增效剂的颗粒状复合型肥料。

实施例3：复合型肥料增效剂包膜肥的制备。

按照如下步骤制备本发明的含泛菌多糖和聚谷氨酸的复合型肥料增效剂的包膜肥。

第一步：将熔融的尿素(145～150℃)与预热(60～70℃)后的磷酸铵、氯化钾、辅料(膨润土)按照预先设定的重量比例26.2∶30.6∶26∶17.1于混合槽中混合；

第二步：待混合物反应生成流动性良好的肥料匀浆后，通过旋转式差动喷头喷入造粒塔；

第三步：将肥料质量1‰的复合型增效剂(参照实施例1)溶于水混匀后雾化后喷入造粒塔，雾化液喷出的方向与肥料降落的方向垂直；

第四步：待肥料颗粒在空气中冷却固化成颗粒后，该复合型肥料增效剂在肥料颗粒表面形成一层包膜；

第五步：将肥料颗粒运输进冷却塔进一步冷却，冷却完成后成品颗粒经筛选后进入包膜机，进行防结块处理(喷洒防结块剂)后即得到所述含泛菌多糖和聚谷氨酸的包膜肥。

实施例4：复合型肥料增效剂掺混肥的制备。

按照如下步骤制备本发明的含泛菌多糖和聚谷氨酸的复合型肥料增效剂的掺混肥。

将生产的成品复合肥(原料为尿素、磷酸铵、氯化钾以26.2∶30.6∶26进行混合)与复合型增效剂(参照实施例1)按1000:1的比例在搅拌釜中搅拌混合，制成增效掺混肥。

实施例5：复合型肥料增效剂掺混肥提高葡萄品质

将泛菌多糖粉和辅料(由糖蜜粉和钾长石粉或酵母粉和白云石按1∶1混合而成)按重量比4∶1，配制成含泛菌多糖的单型肥料增效剂；

将聚谷氨酸粉和辅料(由糖蜜粉和钾长石粉或酵母粉和白云石按1∶1混合而成)按重量比4∶1，配制成含泛菌多糖的单型肥料增效剂；

将生产的成品复合肥(原料为尿素、磷酸铵、氯化钾以26.2∶30.6∶26进行混合)与上述的单型增效剂分别按1000:1的比例在搅拌釜中搅拌混合，制成泛菌多糖单型掺混肥和聚谷氨酸单型掺混肥。

以葡萄为实验对象进行小区试验，试验设4个处理每个处理3次重复，具体试验处理如表1。各处理均作为基肥施用，用量为40kg/亩。

表1甜高粱试验设计

表2各处理对葡萄品质的影响

由表2可知，泛菌多糖单型掺混肥、聚谷氨酸单型掺混肥以及泛菌多糖和聚谷氨酸复合型掺混肥均能提高葡萄的百粒重、叶绿素相对含量、葡萄糖含量以及Vc含量，其中泛菌多糖和聚谷氨酸复合型掺混肥提高量最高，这说明了本发明的复合型增效剂能提高瓜果等作物的品质，且相较于单型增效剂效果更好。

实施例6：复合型肥料增效剂添加肥提高小麦产量

以小麦为实验对象进行小区试验，试验设4个处理，每个处理3次重复，具体试验处理如表3。各处理均作为基肥施用，用量为40kg/亩。

表3小麦试验设计

表4各处理对水稻的产量及其构成因素的影响

注：数值表示为平均值，同列数据后不同小写字母表示差异显著(P≤0.05)

由表4可知，由本专利复合增效剂通过直接造粒、包膜添加、掺混添加制备的复合肥均能提高小麦的有效穗数、穗粒数、千粒重和小麦产量，与仅施普通肥料对比，分别增产16.4％、24.1％和17.41％，其中，施用包膜添加的复合肥对小麦增产幅度最大，较对照组增产129.41kg/亩，且各项指标均较高出其他处理。这说明本专利复合型肥料增效剂可以有效提高小麦产量，并且包膜添加比其他两种方法制备得到的肥料增产效果更好。

实施例7：包膜添加复合肥显著提高水稻肥料利用率。

以水稻为实验对象进行小区水稻试验。试验设计了3个处理，CK为不施肥，T₁为施用普通复合肥，T₂为包膜添加复合型增效剂的复合肥(参照实施例3)。每平方米的N、P、K的施入量为13.2g/m²、4.1g/m²、7.5g/m²。

通过对比水稻收获后植株氮、磷、钾的吸收量与播种前氮肥、磷肥、钾肥的施入量，计算本发明中复合型肥料增效剂对肥料的利用率，试验结果如下：

表5包膜添加复合肥对肥料利用率的影响

注：数值表示为平均值，同列数据后不同小写字母表示差异显著(P≤0.05)

由表5可知，本发明中包膜添加复合肥与普通复合肥相比，水稻产量提高了43.6％，水稻对施入的氮、磷、钾肥的利用率分别提高了41.1％、36.6％、30.6％。因此本发明中包膜添加复合肥能显著促进粮食作物增产，提高肥料利用率。

本发明提供了一种含泛菌多糖和聚谷氨酸的复合增效剂的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种复合增效剂，其特征在于，其包含泛菌多糖、聚谷氨酸和辅料，其中，泛菌多糖和聚谷氨酸的重量比为1∶0.1～10，泛菌多糖和聚谷氨酸的总重量占整个复合增效剂总重的70%~90%。

2.根据权利要求1所述的复合增效剂，其特征在于，所述泛菌多糖是由骆驼刺泛菌经发酵法制备而得；所述骆驼刺泛菌其分类学命名为Pantoea alhagi。

3.根据权利要求1或2所述的复合增效剂，其特征在于，所述泛菌多糖的存在形式为泛菌多糖及其盐的纯品或溶液、或泛菌多糖发酵液、或泛菌多糖发酵液干燥物。

4.根据权利要求1所述的复合增效剂，其特征在于，所述的聚谷氨酸的存在形式为聚谷氨酸及其盐的纯品和溶液、或聚谷氨酸发酵液、或聚谷氨酸发酵液干燥物。

5.根据权利要求1所述的复合增效剂，其特征在于，所述的辅料为糖蜜粉、酵母粉、磷酸钙、碳酸钙粉、膨润土和钾长石粉中的任意一种或几种的混合物。

6.权利要求1-5任一项所述的复合增效剂作为肥料添加剂中的应用。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述的复合增效剂可添加至常规氮肥、钾肥、磷肥、复合肥或有机肥等肥料中，制备成增效肥料，添加量为0.01~10wt%。

8.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述的复合增效剂添加方法为：可以在肥料生产的原料混合槽工艺段加入，通过挤压造粒、或滚筒造粒、或高塔造粒方式制成含所述复合增效剂的增效肥料。

9.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述的复合增效剂添加方法为：在肥料生产的冷却或包膜工艺段，通过喷涂的方式添加到肥料的表面，制成包膜增效肥。

10.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述的复合增效剂添加方法为：将所述的复合增效剂与普通复合肥直接在搅拌釜中搅拌混合，制成掺混增效肥。