CN115417711A - 一种缓释型矿质元素包裹活性微生物的有机无机复混肥及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及复混肥制备技术领域，基于解决当前化学肥与生物菌肥之间混合困难及营养物质流失，利用率不高的问题；提供了一种缓释型矿质元素包裹活性微生物的有机无机复混肥，单个肥料颗粒呈包裹结构，从内层向外层依次为：菌种、第一保护剂、第二保护剂、第一保护剂、聚乙烯、矿质元素及包膜油；其制备方法，包括以下步骤：首先筛选耐盐菌种，然后在菌种外表面喷涂并包裹营养物质，再然后在包裹后的菌种颗粒外表面喷施矿质元素原料，最后包膜即得成品。本发明复混肥能够提高土壤中有益微生物的数量，有效分解土壤中的纤维素，改善土壤质量，提高肥料中氮磷钾的利用效率。

Description

一种缓释型矿质元素包裹活性微生物的有机无机复混肥及其 制备方法

技术领域

本发明涉及复混肥制备技术领域，具体而言，涉及一种缓释型矿质元 素包裹活性微生物的有机无机复混肥及其制备方法。

背景技术

随着农业生产技术的不断提高，矿质元素肥即化学元素肥料的大量投 入，我国化肥对作物产量的贡献已经达到植物营养学中提到的报酬递减律 的拐点，化肥对作物增产的已经进入瓶颈期。于此同时，化学元素肥的大 量使用，对耕地土壤造成了一定程度的损伤，例如土壤板结、有机质降低， 土壤中微生物减少，土传病害增加等。随之，随着生活水平的提高，人们 对农产品的品质要求开始提高，绿色农产品、有机农产品成为人们追捧的 对象。因此，功能单一的化肥已经无法满足现在的农业生产需求，功能化 的化肥已经成为化肥行业研究的热点。

有机-无机复混肥在市面上非常常见，但目前的有机无机复混肥通常是 用植物源有机肥或动物源有机肥与化学元素肥混合后，经过挤压工艺或简 单造粒形成的肥料，应用在实际生产上时，对于土壤质量的改善是短暂的， 因为有机肥的投入是一次性的，而且有机肥本身不具有再生功能，停止使 用后，土壤有机质的含量便不再增加。因此，现有技术中，多朝着绿色健 康的方向发展，使用微生物肥，既可以为农作物提供营养，抑制作物病虫害，改良土壤，又不污染环境的多效产品，近些年得到了大力的推广。单 独使用的微生物菌剂由于其大多为粉状形式，在使用过程中由于颗粒较小， 易飘散，存在操作困难等现象。因此，如何将微生物肥和有机肥结合到一 起显得尤为重要。

发明内容

本发明的主要目的之一是解决化学肥与生物菌肥之间的有效结合，保 证肥效，避免菌种活性的丧失；本发明的主要目的之二是突破单一菌肥只 能在作物栽种前或越冬使用的时间限制，使得在农作物整个生育期，不仅 能够维持作物的正常生长，还能持续对土壤质量进行持续改善，降低化肥 对土壤质量的伤害。

本发明的实施例通过以下技术方案实现：

一种缓释型矿质元素包裹活性微生物的有机无机复混肥，单个肥料颗 粒呈包裹结构，从内层向外层依次为：菌种、第一保护剂、第二保护剂、 第一保护剂、聚乙烯、矿质元素及包膜油；单个肥料颗粒中各种成分的质 量比如下：菌种：第一保护剂：第二保护剂：聚乙烯：矿质元素：包膜油 ＝1.5：2：1：0.1：5-15：0.5。

一种缓释型矿质元素包裹活性微生物的有机无机复混肥的制备方法， 包括以下步骤：首先筛选耐盐菌种，然后在菌种外表面喷涂并包裹营养物 质，再然后在包裹后的菌种颗粒外表面喷施矿质元素原料，最后包膜即得 成品。

本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：

1.本发明将菌种作为核芯并在外侧分层喷涂保护剂进行包覆，最后再包 裹矿质元素如氮磷钾肥，形成层层包裹的结构；一方面解决了目前行业中 化学元素肥使用后导致使用的菌肥中的菌种失去活性、菌肥失去主要功能 的问题，并且可提高土壤中有益微生物的数量，有效分解土壤中的纤维素， 改善土壤质量；另一方面，本发明将菌肥包裹在核芯，并利用保护剂保护， 保护了菌肥的功效和稳定性，突破了单一菌肥只能在作物栽种前或越冬使 用的时间限制，在农作物整个生育期，不仅能够维持作物的正常生长，还 能持续对土壤质量进行持续改善，降低化肥对土壤质量的伤害，提高肥料 中氮磷钾的利用效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需 要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明实施例提供的复混肥的结构示意图；

图标：1-菌种，2-第一保护剂，3-第二保护剂，4-聚乙烯，5-矿质元素， 6-包膜油。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发 明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件 者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产 厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例提供的一种缓释型矿质元素包裹活性微生物的有 机无机复混肥及其制备方法进行具体说明。

一种缓释型矿质元素包裹活性微生物的有机无机复混肥的制备方法， 包括以下步骤：首先筛选耐盐菌种，然后在菌种外表面喷涂并包裹营养物 质，再然后在包裹后的菌种颗粒外表面喷施氮磷钾原料，最后包膜即得成 品。肥料颗粒的制作采用滚筒包膜的方式进行制作。制作过程整体有2个 滚筒，第一个滚筒进行菌种喷涂与包裹营养物质，第二个滚筒里面进行氮 磷钾的喷施包裹与颗粒的覆膜。主要步骤如下：

S1.筛选耐盐菌种：筛选出能在氯化钠浓度为1％-3％中存活的菌种， 进行培养繁殖；具体地，本发明中选用胶冻样芽孢杆菌和米曲霉；选用牛 肉膏蛋白胨液体培养基(氯化钠浓度为3％)培养胶冻样芽孢杆菌；选用豆 芽汁液体培养基(氯化钠浓度为3％)筛选耐盐的黄曲霉菌种，较优地，筛 选米曲霉；

发明人创新性地选用胶冻样芽孢杆菌和米曲霉作为肥料内芯，一方面 胶冻样芽孢杆菌用于解钾、释放出可溶磷钾元素及钙镁硫铁锰锌等中微量 元素，米曲霉用于降解秸秆有机物，提高和改善土壤有机质及结构；另一 方面，若将菌种在外侧包裹，容易因为肥料中盐分的释放造成菌种活性的 丧失，因此，发明人创新性地研究了将菌种包裹在肥料颗粒核芯中的方法。 一方面，避免菌种活性的丧失；另一方面，当外层肥料中的养分释放到土里时，磷元素和钾元素容易被土壤固定，内层的菌种在外层的肥料养分释 放完后再进行释放，可以提高肥料的利用效率。

S2.菌种喷涂与包裹：滚筒中间1号管子进行菌种的雾化喷雾，形成液 滴小颗粒①，并利用2号管喷施聚谷氨酸粉末，在菌种外侧包裹一层聚谷 氨酸粉末，为菌种提供分解所需养料，形成颗粒②；

S3.包裹有聚谷氨酸粉末的菌种颗粒在滚筒中进行团粒，形成稳定颗粒 后，3号管喷施质量浓度为0.1％-0.2％的羧甲基纤维素钠溶液(羧甲基纤维 素钠是葡萄糖聚合度为100-2000的羧甲基纤维素衍生物，平均相对分子质 量为242.16，甲基纤维素的葡萄糖聚合度过高或者过低都会影响自身的理 化性质，影响包裹性)，发明人创新性地选择使用羧甲基纤维素衍生物和聚 谷氨酸作为菌种活性保护剂，与内芯的胶冻样芽孢杆菌、米曲霉配合使用； 羧甲基纤维素钠溶液接触聚谷氨酸粉末后，整体包裹在颗粒外，由于自身 的粘连性和膨润性，可以在颗粒外形成一层具有微孔隙的膨润包膜结构， 包膜形成稳定结构后，形成颗粒③。再利用2号管再一次进行聚谷氨酸粉 末的喷施，聚谷氨酸一方面可以进入上述形成的微孔隙结构补充菌种生长 所需原料，同时在羧甲基纤维素钠外侧再包裹一层聚谷氨酸粉末，隔绝菌 种与外界环境，保护内芯的菌种的稳定性并使得微生物缓慢释放，达到长 效缓释的效果；

S4.待外层聚谷氨酸粉末包裹成膜，即形成颗粒④；

S5.在颗粒④表面喷施雾化后的低密度聚乙烯，包裹在颗粒④外，形成 颗粒⑤；利用低密度聚乙烯隔离外界盐分，若外界盐分浓度过高，会影响 颗粒内部菌种的活性，因此为避免肥料在储存和运输的过程中因肥料盐分 浓度过高对菌种活性的影响，利用低密度聚乙烯作为隔离层。

S6.在颗粒⑤稳定后，进行过筛，筛选出粒径为1.0-1.5mm之间的颗粒 ⑥，经过传送带进入2号滚筒，进行氮磷钾原料的喷淋包裹，具体的可选 用N、P₂O₅、K₂O进行喷淋包裹，即形成颗粒⑥；

S7.在颗粒⑥表面喷施包膜油，经过粉筛，筛选出2-3mm直径的包裹 活性微生物的有机无机复混肥颗粒，即得成品。具体地，包膜油的种类繁 多，可以是桐油、蓖麻油、棕榈油等等，优选地是桐油。

一种缓释型矿质元素5包裹活性微生物的有机无机复混肥，单个肥料 颗粒呈层层包裹的结构，从内层向外层依次为：菌种1、第一保护剂2、第 二保护剂3、第一保护剂2、聚乙烯4、氮磷钾原料及包膜油6；第一保护 剂2为聚谷氨酸粉末，所述第二保护剂3为羧甲基纤维素钠溶液。

进一步地，单个肥料颗粒中各种成分的质量比如下：胶冻样芽孢杆菌 (液体)：米曲霉(液体)：聚谷氨酸(粉剂)：羧甲基纤维素钠(质量浓度 为0.1％)：低密度聚乙烯：矿质元素(N+P₂O₅+K₂O)：包膜油＝1：0.5：2： 1：0.5：5-15：0.5。进一步地，内层聚谷氨酸的质量与外层聚谷氨酸的质量 比为1-1.5:1，较优地为1:1。

微生物肥或菌肥是单一性的，从农作物的整个生育过程来看，其使用 的时间受到作物生育期的限制，仅能在作物栽种前使用，因为单一的微生 物肥或菌肥中具有活性的微生物，如果与化肥同时使用，会因为土壤中盐 分浓度过高而失去活性，失去复制功能。菌肥中微生物失去活性，其改善 土壤质量的功能迅速降低，其功能便于普通的有机肥相同，仅仅只能够提 高土壤中的有机质。

因此，发明人创新性地对微生物肥及化学肥进行结合并改进，利用肥 料分层喷涂包裹技术将各种原料进行分层喷涂包裹成层，通过将胶冻样芽 孢杆菌与黄曲霉菌以合适的配比作为核芯菌种，并利用活性保护剂即羧甲 基纤维素衍生物和聚谷氨酸进行包覆，最后再包裹矿质元素如氮磷钾肥， 利用不同层级在土壤中溶解的时间差，即首先利用矿质元素作为外层，矿 质元素溶解后，土壤中盐分浓度已经恢复正常水平，然后内层的微生物才开始溶解，避免了因肥料浓度过高造成的菌种失活。另外，在矿质元素溶 解后微生物接触到土壤之前，会有羧甲基纤维素衍生物为其提供菌种持续 繁殖的养分，不会因为没有养分造成微生物无法持续繁殖，从而能够有效 避免微生物失活的问题。而且在保护剂即羧甲基纤维素衍生物和聚谷氨酸 的双重保护作用下，不仅能避免微生物失活，最重要的是，可以使得微生 物缓慢释放，达到长效缓释的效果。

本发明制备得到的肥料颗粒，通过将胶冻样芽孢杆菌与黄曲霉菌以合 适的配比作为核芯菌种，并利用菌种活性保护剂即羧甲基纤维素衍生物和 聚谷氨酸进行包覆，最后再包裹氮磷钾肥，一方面解决了目前行业中化学 元素肥使用后导致使用的菌肥中的菌种失去活性、菌肥失去主要功能的问 题，并且可提高土壤中有益微生物的数量，可以有效分解土壤中的纤维素， 改善土壤质量；另一方面，本发明将菌肥包裹在核芯，并利用保护剂保护， 保护了菌肥的功效和稳定性，突破了单一菌肥只能在作物栽种前或越冬使 用的时间限制，在农作物整个生育期，不仅能够维持作物的正常生长，还 能持续对土壤质量进行持续改善，响应国家提出的减肥增效的计划，降低 化肥对土壤质量的伤害，提高肥料中氮磷钾的利用效率；相比仅使用矿质 元素的化肥，本发明复混肥氮利用效率可提高4.95-9.17％，磷素利用效率 可提高2.26-5.04％，钾素利用率可提高5.65-9.14％。

实施例1

缓释型矿质元素包裹活性微生物的有机无机复混肥，单个肥料颗粒中 各种成分的质量比如下：菌种：第一保护剂：第二保护剂：聚乙烯：矿质 元素：包膜油＝1.5：2：1：0.1：10：0.5。具体地，矿质元素可以是氮磷钾 (N+P₂O₅+K₂O)

其制备方法如下：

(1)筛选出能在氯化钠浓度为1％-3％中存活的菌种(胶冻样芽孢杆菌 +米曲霉)，进行培养繁殖；

(2)首先在1号滚筒内，利用1号管进行菌种的雾化喷雾，形成液滴 小颗粒①；

(3)2号管喷施聚谷氨酸粉末，在菌种外侧包裹一层聚谷氨酸粉末， 形成颗粒②；

(4)3号管喷施质量浓度为0.1％的羧甲基纤维素钠溶液，形成颗粒③；

(5)2号管再一次进行聚谷氨酸粉末的喷施，待外层聚谷氨酸粉末包 裹成膜形成稳定的颗粒④；

(6)4号管开始喷施雾化后的低密度聚乙烯，包裹在颗粒④外，形成 颗粒⑤；

(7)颗粒⑤稳定后，进行过筛，筛选出粒径为1.0-1.5mm之间的颗粒 ⑥，经过传送带进入2号滚筒；

(8)颗粒⑥进入2号滚筒后，进行N、P₂O5、K₂O的喷淋包裹，形成 颗粒⑦；

(9)颗粒⑦经过喷施包膜油，经过粉筛，筛选出2-3mm直径的包裹活 性微生物的有机无机复混肥颗粒⑧。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于：缓释型矿质元素包裹活性微生 物的有机无机复混肥，单个肥料颗粒中各种成分的质量比如下：菌种：第 一保护剂：第二保护剂：聚乙烯：矿质元素：包膜油＝1.5：2：1：0.1：5： 0.5。

实施例3

本实施例与实施例1的不同之处在于：缓释型矿质元素包裹活性微生 物的有机无机复混肥，单个肥料颗粒中各种成分的质量比如下：菌种：第 一保护剂：第二保护剂：聚乙烯：矿质元素：包膜油＝1.5：2：1：0.1：15： 0.5。

实施例4

本实施例与实施例1的不同之处在于：缓释型矿质元素包裹活性微生 物的有机无机复混肥，单个肥料颗粒中各种成分的质量比如下：菌种：第 一保护剂：第二保护剂：聚乙烯：矿质元素：包膜油＝1.5：2：1：0.1：7： 0.5。

实施例5

本实施例与实施例1的不同之处在于：缓释型矿质元素包裹活性微生 物的有机无机复混肥，单个肥料颗粒中各种成分的质量比如下：菌种：第 一保护剂：第二保护剂：聚乙烯：矿质元素：包膜油＝1.5：2：1：0.1：9： 0.5。

实施例6

本实施例与实施例1的不同之处在于：缓释型矿质元素包裹活性微生 物的有机无机复混肥，单个肥料颗粒中各种成分的质量比如下：菌种：第 一保护剂：第二保护剂：聚乙烯：矿质元素：包膜油＝1.5：2：1：0.1：12： 0.5。

实施例7

本实施例与实施例1的不同之处在于：缓释型矿质元素包裹活性微生 物的有机无机复混肥，单个肥料颗粒中各种成分的质量比如下：菌种：第 一保护剂：第二保护剂：聚乙烯：矿质元素：包膜油＝1.5：2：1：0.1：14： 0.5。

对比例1

本对比例与实施例1的不同之处在于：复混肥中没有菌种。

对比例2

本对比例与实施例1的不同之处在于：菌种在外层，氮磷钾在内层。

对比例3

本对比例与实施例1的不同之处在于：没有第一保护剂和第二保护剂。

对比例4

本对比例与实施例1的不同之处在于：制备时将所有原料全部混合，造 粒。

实验例

具体的实施例数据：

1、土壤质量

①试验地点：四川省绵竹市龙蟒农业技术研究院试验田，随机分成11 个试验区；

②试验时间：2021年6月-2021年8月；

③试验作物：上海青；

④试验土壤基本情况：弱碱性黄壤，pH7.19、有机质26.90g/kg、碱解 氮86.90mg/kg、有效磷95.24mg/kg、速效钾62.05mg/kg；

⑤试验用肥：实施例1-7和对比例1-4的肥料(18-5-7)，分别随机施用 于11个试验区内。

⑥对施肥后的土壤进行检测，试验结果如表1：

表1施肥后的土壤质量

当含活菌的复合肥进入土壤以后，菌种自身产生的代谢物提高了土壤 中木质素过氧化物酶和锰过氧化物酶的活性，由于酶活性的提高，土壤中 含有的木质素和纤维素的降解速度也随之升高，所以菌种的加入提高了土 壤中木质素和纤维素的降解率，当纤维素和木质素降解率提升以后，土壤 中腐植酸的含量就会相对增加，也就意味着土壤中有机质含量增加，有机 质的增加对于土壤质量的改善有明显的作用，比如增加土壤孔隙度、降低土壤板结程度等。因此含菌复合肥的开发对于目前盲目使用化肥造成土壤 质量下降有非常好的改善作用。

由表1数据可见：①对比例1与实施例1-7的对比可知：复混肥中没有 菌种时，木质素过氧化物酶活性、锰过氧化物酶活性、木质素降解率、纤 维素降解率、氮素利用效率、磷素利用效率、钾利用率、腐植酸含量等指 标结果均远低于本实施例，说明本发明复混肥可有效且持续性地改善土壤 质量，提高氮磷钾的利用效率，并可给植物提供长效的营养元素，促进植 物的生长；

②对比例2与实施例1-7的对比可知：复混肥中菌种在外层，氮磷钾在 内层时，各项指标均低于本实施例，说明菌种在外层时菌种会释放完全， 并较快的失活，无法为土壤持续增加有益微生物，且无法达到长效缓释的 效果；

③对比例3与实施例1-7的对比可知：复混肥中没有第一保护剂和第二 保护剂时，各项指标均低于本实施例，说明内层微生物接触到土壤之前， 第一保护剂和第二保护剂不仅可为其提供菌种持续繁殖的养分，而且可有 效避免微生物失活；使得微生物可缓慢释放，达到长效缓释的效果；

④对比例4与实施例1-7的对比可知：本发明制备方法，制得的肥料颗 粒，由于形成多层包裹状的颗粒，这样即可利用不同层级在土壤中溶解的 时间差，不仅能避免微生物失活，最重要的是，可以使得微生物缓慢释放， 达到长效缓释的效果。而直接全部混合的方式制得的颗粒则无法形成多层 包裹状的颗粒，施肥后则会发生菌种失活、无法达到缓释的效果，土壤质 量无法得到改善。

2、上海青质量

对采用实施例1和对比例1-4的肥料施肥后的试验区内的上海青质量进 行评估，结果如表2：

表2上海青质量

由表2数据可知：采用本发明实施例1的肥料施肥后的上海青的质量 明显优于各对比例的肥料施肥后的上海青；说明本发明复混肥肥效及长效 性均较优于常规肥料，能明显促进上海青的生长，并能改善上海青的品质。

另外，还需要说明的是本发明的复混肥可以应用的范围较广，包括蔬 菜、瓜果、花卉、玉米、大豆等经济作物以及各种大田作物。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领 域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和 原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保 护范围之内。

Claims (10)

1.一种缓释型矿质元素包裹活性微生物的有机无机复混肥，其特征在于，单个肥料颗粒呈包裹结构，从内层向外层依次为：菌种、第一保护剂、第二保护剂、第一保护剂、聚乙烯、矿质元素及包膜油；单个肥料颗粒中各种成分的质量比如下：

菌种：第一保护剂：第二保护剂：聚乙烯：矿质元素：包膜油＝1.5：2：1：0.1：5-15：0.5。

2.根据权利要求1所述的缓释型矿质元素包裹活性微生物的有机无机复混肥，其特征在于，所述菌种为胶冻样芽孢杆菌、黄曲霉菌，所述胶冻样芽孢杆菌占菌种质量的60-80％。

3.根据权利要求2所述的缓释型矿质元素包裹活性微生物的有机无机复混肥，其特征在于，内层所述第一保护剂的质量与外层所述第一保护剂的质量比为1-1.5:1。

4.根据权利要求1所述的缓释型矿质元素包裹活性微生物的有机无机复混肥，其特征在于，所述第一保护剂为聚谷氨酸粉末，所述第二保护剂为羧甲基纤维素钠溶液。

5.根据权利要求4所述的缓释型矿质元素包裹活性微生物的有机无机复混肥，其特征在于，所述羧甲基纤维素钠溶液的质量浓度为0.1％-0.2％。

6.根据权利要求1所述的缓释型矿质元素包裹活性微生物的有机无机复混肥，其特征在于，所述羧甲基纤维素钠溶液是葡萄糖聚合度为100-2000的羧甲基纤维素衍生物。

7.一种如权利要求1-6任一项所述的复混肥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：首先筛选耐盐菌种，然后在菌种外表面喷涂并包裹营养物质，再然后在包裹后的菌种颗粒外表面喷施矿质元素原料，最后包膜即得成品。

8.根据权利要求7所述的复混肥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.筛选耐盐菌种：筛选出能在氯化钠浓度为1％-3％中存活的菌种，进行培养繁殖；

S2.菌种喷涂与包裹：将筛选出的耐盐菌种以喷雾的形式形成液滴小颗粒①，并在其表面喷施第一保护剂包裹后形成颗粒②；

S3.待颗粒②团粒稳定后，继续喷施第二保护剂，包膜稳定后，形成颗粒③；

S4.在颗粒③表面继续喷施第一保护剂，待外层第一保护剂包裹成膜，即形成颗粒④；

S5.在颗粒④表面喷施雾化后的低密度聚乙烯，包裹在颗粒④外，形成颗粒⑤；

S6.在颗粒⑤表面喷淋包裹喷施矿质元素原料，即形成颗粒⑥；

S7.在颗粒⑥表面喷施包膜油，即得成品。

9.根据权利要求7所述的复混肥的制备方法，其特征在于，S6中，在喷施包裹喷施氮磷钾原料之前，即需要对颗粒⑤进行筛选，筛选出粒径为1.0-1.5mm的颗粒，进行喷淋包裹喷施氮磷钾原料；S7中喷施包膜油后，经过粉筛，筛选出粒径为2-3mm的颗粒，即得最终成品。

10.根据权利要求7所述的复混肥的制备方法，其特征在于，S1中，筛选出的菌种为芽孢杆菌与黄曲霉菌种；培养繁殖条件为：选用牛肉膏蛋白胨液体培养基培养胶冻样芽孢杆菌；选用豆芽汁液体培养基筛选耐盐的黄曲霉菌种。

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