CN114276193A - 一种抗旱保水肥料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种抗旱保水肥料及其制备方法和应用，属于抗旱保水剂技术领域。本发明所述抗旱保水肥料，包括甜橙精油、海藻精、聚谷氨酸、EDTA螯合多元素和水。本发明利用聚谷氨酸的保湿锁水特性、甜橙精油的植物源生物渗透性，增强作物的抗旱保水效果。本发明所述聚谷氨酸和甜橙精油形成的水油膜可以把营养组分海藻精和EDTA螯合多元素牢牢包住，延长营养组分滞留叶片时间，减少营养组分流失，提高养分供给周期和利用效率，提高植物的光合作用效率和植物的抗逆能力，进而提高作物的产量。

Description

一种抗旱保水肥料及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于抗旱保水剂技术领域，尤其涉及一种抗旱保水肥料及其制备方法和应用。

背景技术

农业生产受干旱影响一直是国际性问题，随着全球气温的持续升高，农业生产气象条件也在恶化，全球农业生产中，以自然降水为主要水源的耕地面积占五分之四，其中30％以上在干旱半干旱地区，覆盖多个国家和地区。在我国，农业用水约占水资源总量的62％，干旱地区(包括半干旱地区)约占我国国土面积的一半左右，潮湿地区(包括半湿润地区)经常因气候问题而受到干旱威胁，并形成一定周期性影响。保水剂吸水保水能力较好，在自然条件下不易蒸发因此可以长时间保持水分，可持续供应植物利用水分。保水剂施入土壤吸水后，增强了土壤透水性和通气性，使土壤有效水保持能力提高。

目前，土壤底施的抗旱保水剂多为聚丙烯类和淀粉丙烯类保水剂，其进入土壤后存在一定的安全隐患，且降解性能不理想。叶面喷施的抗旱保水剂多为薄膜型和调节剂型，主要成分多为矿物油、乳，容易堵住气孔破坏细胞壁，并存在污染问题，调节剂型通过调节气孔闭合降低蒸腾作用，难免会影响植物的光合作用，进而影响作物生理健康。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种含聚谷氨酸的抗旱保水肥料，能显著提高农作物的抗旱保水性能、提高作物产量，并且具有良好的生物降解性、生物相容性和安全性。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种抗旱保水肥料，包括以下重量百分比的原料：甜橙精油10～20％、海藻精5～10％、聚谷氨酸4～8％、EDTA螯合多元素0.5～1％，其余为水。

优选的，所述EDTA螯合多元素包括以下质量百分含量的组分：铁4～6％、锌3～5％、锰4～5％、铜1～2％、硼1.5～2.0％、钼0.2～0.5％。

本发明还提供了上述抗旱保水肥料的制备方法，包括以下步骤：将海藻精、聚谷氨酸、EDTA螯合多元素和水混合，搅拌5～10min，加入甜橙精油再次搅拌5～10min，得到所述抗旱保水肥料。

优选的，所述制备抗旱保水肥料的温度为15～25℃。

本发明还提供了上述抗旱保水肥料在提高作物抗旱保水方面的应用。

优选的，包括：将所述抗旱保水肥料施于作物根部和/或喷施作物叶面。

优选的，所述作物包括谷子、小麦、玉米和高粱。

优选的，所述抗旱保水肥料施于根部时，所述抗旱保水肥料用水稀释150～250倍施用，亩用量为100～200ml。

优选的，所述抗旱保水肥料在拔节期施用1～2次。

优选的，所述喷施包括将所述抗旱保水肥料用水稀释200～300倍后，所述抗旱保水肥料在拔节期、抽穗期各施用1～2次；所述抗旱保水肥料的施用量为80～100ml/亩。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：

本发明提供了一种抗旱保水肥料，包括甜橙精油、海藻精、聚谷氨酸、EDTA螯合多元素和水。本发明利用聚谷氨酸的保湿锁水特性、甜橙精油的植物源生物渗透性，增强作物的抗旱保水效果。本发明所述聚谷氨酸和甜橙精油形成的水油膜可以把营养组分海藻精和EDTA螯合多元素牢牢包住，从而延长营养组分滞留叶片时间，减少营养组分流失，提高养分供给周期和利用效率，进一步提高植物的光合作用效率和植物的抗逆能力，进而提高作物的产量。

本发明抗旱保水肥的原料来源于微生物和植物，非化学组分，生物相容性高，不污染环境，无未知潜在环境风险。

附图说明

图1为本发明抗旱保水肥料的作用原理；

图2为27组保水剂配方；

图3为离体叶片浸润27组保水剂配方效果图；上为浸润后初始状态，中为浸润后第4小时状态，下为浸润后第6小时状态；

图4为离体叶片浸润27组保水剂浸润后6小时叶片失水率情况；

图5为27种配方对活体小麦植株抗旱性影响；上为喷施27种配方后的初始状态，中为持续两周干旱状态，下为复水一周后状态；

图6为市面上抗旱叶面肥及其稀释液；

图7为市面及本发明抗旱保水肥料的抗旱性效果，上为初始喷施状态，中为两周不灌溉状态，下为复水状态；

图8为叶面喷施本发明抗旱保水肥料对谷子籽粒产量的影响；

图9为底施本发明抗旱保水肥料对谷子籽粒产量的影响。

具体实施方式

本发明提供了一种抗旱保水肥料，包括以下重量百分比的原料：甜橙精油10～20％、海藻精5～10％、聚谷氨酸4～8％、EDTA螯合多元素0.5～1％，其余为水。

在本发明中，所述抗旱保水肥料，优选包括以下重量百分比的原料：甜橙精油15％、海藻精8％、聚谷氨酸5％、EDTA螯合多元素0.8％，其余为水。

在本发明中，所述聚谷氨酸作为一种线性高分子，由于链与链间存在大量氢键，使得水分子能够迅速进入高分子结构中，从而使聚谷氨酸具有很大的水溶性和吸水性，聚谷氨酸主链上存在着大量的肽键，易受环境中某些水解酶的作用，降解生成无毒的短肽或谷氨酸单体，这些物质属于人体自身具有的，对人体无毒害作用，因此具有良好的生物降解性、生物相容性和安全性。谷氨酸是生物机体内氮代谢的基本氨基酸之一，在生物体内的蛋白质代谢过程中占重要地位，可作为氨基酸直接被植物吸收利用。

在本发明中，所述甜橙精油是一种植物精油，是从植物甜橙和橘皮中提取出的天然物质，是植物的次级代谢产物，主要成分是柠檬烯(黄烷酮糖苷，占有效成分的80％以上)，芳香醇和香茅油等，其中柠檬烯，占有效成分的80％以上，具有较好的渗透性和延展性。该物质为无色油状液体，气味芳香，类似柠檬的香味，具有改良土壤、保护根系的效果。植物表面有一层很薄的膜状结构—角质膜，角质膜的厚度范围0.7～13.5μm，角质膜的存在，在一定程度上会阻碍植物对药剂喷施后的渗透和吸收。甜橙精油作为一种植物源渗透剂，与叶片角质膜有良好的兼容性，能够有效增进抗旱保水剂在叶片表皮组织上的最大附着量和沉积量，并对抗旱保水剂表面形成一种抗挥发的保护。所述甜橙精油不是单纯的叶面“覆盖铺膜”方式，更多是通过植物源生物相容性，“柔和”地提升各组分进入叶表组织的渗透程度、保持了叶面光合速率不降低，有效地维护了叶片含水量，增强作物抗逆性，提高作物抗旱能力。

甜橙精油作为一种农业增效剂，具有较好的的渗透与扩展性，促使农药组分快速被叶片吸收，这个作用是通过甜橙精油溶解叶片蜡质层，提高农药在叶片的渗透度实现的，值得注意的是，溶解叶片蜡质层的同时也降低了叶片表层锁水性能，叶片面临失水萎蔫风险。虽然所述聚谷氨酸拥有极强的保湿、储水能力，增加作物叶部的吸湿容量，能锁住叶部水分，防止水分流失，喷施所述聚谷氨酸后，“铺膜”型抗蒸腾剂在叶子或果实表面形成一层薄膜，强力堵塞气孔和覆盖角质层，达到防止蒸腾失水目的，但会抑制了叶部的光合作用，并且叶表面吸附度较差，同样也影响其抗旱保水效果。为了实现和解决甜橙精油在抗旱保水叶面肥的渗透性，提升聚谷氨酸吸附、渗透叶片的效果，避免因甜橙精油的渗透过度或者不足，导致叶片保水效果大打折扣的问题，本发明通过大量的试验研究，获得配比适宜的抗旱保水叶面肥配方，在该配比范围内，能够实现甜橙精油的渗透性、聚谷氨酸的保水性和营养组分的有效结合，并解决了因组分配比不宜带来的渗透不足(不增效)或过量(叶片失水)、保湿不足(不抗旱)或过量(影响叶片呼吸和光合作用)等问题。

本发明所述抗旱保水肥料中甜橙精油、聚谷氨酸及营养组分互相增效，其作用原理如图1所示：甜橙精油通过渗透作用，溶解叶片部分蜡质层，吸饱水的聚谷氨酸一部分覆盖在蜡质层，一部分“紧随”甜橙精油渗透途径，填入蜡质层、叶内层，还有一部分覆盖住了叶表层微小的“沟沟壑壑”，成为叶片细胞的保水层和“水库”。营养组分(海藻精、EDTA螯合多元素)也随着甜橙精油的渗透途径，进入叶片表层或者内层。聚谷氨酸与甜橙精油形成的水油膜可以把营养组分(海藻精、EDTA螯合多元素)牢牢包住，从而延长营养组分滞留叶片时间，减少营养组分流失，提高养分供给周期和利用效率，进一步提高植物的光合作用效率和植物的抗逆能力。后期聚谷氨酸被降解为单体谷氨酸，直接被植物吸收利用。通过以上作用，增强了作物的耐旱性。

在本发明中，所述海藻精是用生长在海洋中的大型藻类为原料，通过化学的或物理的或生物的方法，提取海藻中的有利于作物生长发育所需的天然养分，包括多种天然植物生长调节剂(植物生长素、细胞分裂素、赤霉素、海藻酸、海藻多酚、蛋白质氨基酸、核苷酸、植物抗逆物质等)，制成肥料，用于农作物上，能促进作物生长，提高产量，改善农产品品质。在本发明中，所述海藻精优选含有21％海藻酸、20％的氮磷钾。

在本发明中，所述EDTA螯合多元素优选包括以下质量百分含量的组分：铁4～6％、锌3～5％、锰4～5％、铜1～2％、硼1.5～2.0％、钼0.2～0.5％。更优选的，铁5.6％、锌4.7％、锰4.7％、铜1.7％、硼1.8％、钼0.4％。

为了获得一种效果明确的高效抗旱保水肥料配方，将聚谷氨酸、EDTA螯合多元素、海藻精、甜橙精油进行科学配比组合，设计出27种保水抗旱叶面肥配方(表1)，采用离体叶片萎蔫度可以定性各个配方的抗旱性，发明人先采用离体叶片浸润叶面肥的方法，再利用小麦植株进行了活体验证，比较27种配方的抗旱保水性。

表1喷施27组保水剂配方6h后叶片失水率情况

注：稀释150倍后使用。

离体叶片的验证流程：采摘龙爪槐的长势基本一致的幼嫩复叶，分别编号1-27，将复叶浸入相应编号的配方溶液1～2秒，取出后沥干水滴，摆入培养皿中，在第4小时、6小时后观察复叶的萎蔫情况。

通过图3可知，复叶浸润了配方5和6后，叶部萎蔫程度显著低于其他组，这表明配方5和6的抗旱保水效果最好。

通过表1和图4可知，复叶浸入了配方5和6后，6小时叶片失水率明显低于其他组。通过表1可知，四种复配(聚谷氨酸+海藻精+甜橙精油+EDTA螯合多元素)的叶片失水率低于三种复配(聚谷氨酸+海藻精+EDTA螯合多元素、海藻精+甜橙精油+EDTA螯合多元素、聚谷氨酸+甜橙精油+EDTA螯合多元素)，也低于两组复配组分(聚谷氨酸+EDTA螯合多元素、海藻精+EDTA螯合多元素、甜橙精油+EDTA螯合多元素)，这表明聚谷氨酸、海藻精、甜橙精油、EDTA螯合多元素各组分之间具有协同效果。

活体植株验证流程：将27种配方均匀等量地喷施到小麦叶部，之后连续两周不灌溉，小麦萎蔫干枯，进行复水灌溉一周后，观察小麦叶片状态。

通过图5可知，配方5和6的植株返活明显。通过比较27种叶面肥配方对离体叶片和活体植株的抗旱性的影响，筛选出2个具有抗旱保湿效果的配方，即配方5和6。

当甜橙精油配比比例过低时，聚谷氨酸难以吸附到叶片表层，当甜橙精油配比比例过高时，甜橙精油过度溶解蜡质层，带来叶片失水风险。适宜比例的甜橙精油和聚谷氨酸是实现聚谷氨酸实现叶片抗旱保水的核心问题，在这个比例范围内，既满足了聚谷氨酸的吸附要求，又不过度溶解蜡质层。

本发明还提供了上述抗旱保水肥料的制备方法，包括以下步骤：将海藻精、聚谷氨酸、EDTA螯合多元素和水混合，搅拌5～10min，加入甜橙精油再次搅拌5～10min，得到所述抗旱保水肥料。

在本发明中，所述制备抗旱保水肥料的温度优选为15～25℃，更优选为20℃。

本发明还提供了述抗旱保水肥料在提高作物抗旱保水方面的应用。

在本发明中，所述应用优选包括：将所述抗旱保水肥料施于作物根部和/或喷施作物叶面；所述作物优选包括谷子、小麦、玉米和高粱。

在本发明中，所述抗旱保水肥料施于根部时，所述抗旱保水肥料用水优选稀释150～250倍施用，更优选为200倍，亩用量优选为100～200ml，更优选为150ml；所述抗旱保水肥料在拔节期优选施用1～2次，更优选施用1次。

在本发明中，所述喷施包括将所述抗旱保水肥料用水稀释200～300倍后，所述抗旱保水肥料在拔节期、抽穗期各施用1～2次；所述抗旱保水肥料的施用量为80～100ml/亩。所述稀释倍数更优选为250倍，施用量更优选为90ml/亩。

本发明对所涉及原料的来源没有特殊限定，采用本领域常规市售产品均可。

下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

称量甜橙精油15g，海藻精10g，聚谷氨酸6g，EDTA螯合多元素0.5g(含铁5.6％、锌4.7％、锰4.7％、铜1.7％、硼1.8％、钼0.4％)，水68.5g。

在15℃条件下，将海藻精、聚谷氨酸、EDTA螯合多元素加入水中搅拌10min，加入甜橙精油，搅拌10min。

实施例2

甜橙精油20g，海藻精5g，聚谷氨酸8g，EDTA螯合多元素1g(含铁5.6％、锌4.7％、锰4.7％、铜1.7％、硼1.8％、钼0.4％)，水66g。

在25℃条件下，将海藻精、聚谷氨酸、EDTA螯合多元素加入清水中充分搅拌5min，加入甜橙精油搅拌5min。

实施例3

称量甜橙精油10g，海藻精8g，聚谷氨酸4g，EDTA螯合多元素0.8g(含铁5.6％、锌4.7％、锰4.7％、铜1.7％、硼1.8％、钼0.4％)，水77.2g。

在20℃条件下，将海藻精、聚谷氨酸、EDTA螯合多元素加入水中搅拌8min，加入甜橙精油，搅拌8min。

实验例1

采用4种市面常见的抗旱叶面肥(图6)与本发明抗旱保水肥料实施例1-2进行植物活体抗旱性实验，各抗旱叶面肥的具体特点见表2。

表2市面与本发明抗旱保水肥料的主要差异

将4种市面常见的抗旱叶面肥与本发明实施例1-2的抗旱保水肥料应用到4～5叶龄的小麦苗，2021年9月15日喷施上述6种叶面肥，之后连续两周不灌溉，2021年9月27日叶部萎蔫明显，当天进行复水灌溉，于2021年10月9日观察，由图7可知，C、E、F组返活明显。可见，与市面上的抗旱叶面肥相比，即使在植株萎蔫后，仍具有一定的返活效果，本发明抗旱保水肥料具有较好的抗旱性。

实验例2

选择冀谷168和冀谷45谷子品种，在谷子拔节中期、抽穗初期叶面喷施本发明实施例1抗旱保水肥料，以清水作为对照。抗旱保水肥料的施用量为80ml/亩，用水稀释250倍。在抽穗初期喷施之后，对完全展开的倒2叶测定光合特征，结果见表3。并在成熟期对上述处理的谷子进行测产，结果见图8。

表3实施例1抗旱保水肥料对谷子光合特征的影响

由表3可知，与对照相比，喷施了本申请实施例1抗旱保水肥料后，谷子的净光合速率、胞间CO₂浓度、蒸腾速率显著提升。可见，本发明抗旱保水肥料方提高了叶片的光合能力、维护叶片生理代谢、不抑制蒸腾速率。

根据图8可知，与对照相比，喷施了本申请实施例1抗旱保水肥料后，谷子的籽粒产量提升了12.9％(冀谷168)和14.5％(冀谷45)。可见，喷施本申请实施例1抗旱保水肥料能提高谷子籽粒产量。

实验例3

选择冀谷168和冀谷45谷子品种，在谷子拔节期底施本发明实施例1抗旱保水肥料，以清水作为对照，抗旱保水肥料的施用量为800ml/亩，用水稀释25倍，灌根施入。在成熟期对上述处理的谷子进行测产，结果见图9。

根据图9可知，与对照相比，底施了本申请实施例1抗旱保水肥料后，谷子的籽粒产量提升了8.5％(冀谷42)和13.7％(冀谷39)。可见，底施本申请实施例1抗旱保水肥料能提高谷子籽粒产量。

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。

Claims (10)

1.一种抗旱保水肥料，其特征在于，包括以下重量百分比的原料：甜橙精油10～20％、海藻精5～10％、聚谷氨酸4～8％、EDTA螯合多元素0.5～1％，其余为水。

2.根据权利要求1所述的抗旱保水肥料，其特征在于，所述EDTA螯合多元素包括以下质量百分含量的组分：铁4～6％、锌3～5％、锰4～5％、铜1～2％、硼1.5～2.0％、钼0.2～0.5％。

3.权利要求1或2所述抗旱保水肥料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将海藻精、聚谷氨酸、EDTA螯合多元素和水混合，搅拌5～10min，加入甜橙精油再次搅拌5～10min，得到所述抗旱保水肥料。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述制备抗旱保水肥料的温度为15～25℃。

5.权利要求1或2所述抗旱保水肥料在提高作物抗旱保水方面的应用。

6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，包括：将所述抗旱保水肥料施于作物根部和/或喷施作物叶面。

7.根据权利要求5或6所述的应用，其特征在于，所述作物包括谷子、小麦、玉米和高粱。

8.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述抗旱保水肥料施于根部时，所述抗旱保水肥料用水稀释150～250倍施用，亩用量为100～200ml。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述抗旱保水肥料在拔节期施用1～2次。

10.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述喷施包括将所述抗旱保水肥料用水稀释200～300倍，所述抗旱保水肥料在拔节期、抽穗期各施用1～2次；所述抗旱保水肥料的施用量为80～100ml/亩。

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