一种慢肥及其制备方法与流程

1.本发明涉及一种慢肥及其制备方法，属于肥料制备技术领域。


背景技术：

2.氮是对植物生长起着重要作用的营养元素。氮素施入土壤中，会随雨水或灌溉水下移淋滤至根系活动层之下，是氮肥损失的重要途径之一，并且氮素也会形成氨气挥发，另外过量灌溉可导致氮素淋洗，同时导致土壤中ca、mg离子的淋洗，降低土壤缓冲性和土壤代换量，从而降低土壤可保持的养分数量。目前提高氮素利用率的手段有：一是通过在肥料表面涂覆一些材料形成保护层，从而控释氮的释放，比如树脂包膜控释肥和硫包膜控释肥等，二是通过在肥料内添加增效物质来提升肥料利用率，此类添加增效剂使养分缓慢释放的肥料可称为“慢肥”，如添加腐殖酸、硝化抑制剂、脲酶抑制剂等。包膜控释肥成本和所需设备要求较高，因此通过简单的添加肥料增效剂来提升肥料利用率，越来越受到人们的关注。
3.另一方面，磷是作物的重要养分，作物缺磷时，会出现生长缓慢、矮小瘦弱、根系发育不良、产量和品质降低等症状。但土壤对磷肥具有固定作用，该固定作用取决于土壤中碳酸钙、铁铝氧化物、土壤粘粒的含量以及土壤中磷的初始浓度。在施肥初期，可发生大量吸附固定，后期逐渐转化为化学反应固定，使有效态磷转化为无效态磷，使磷肥在当季的利用率只有10％～25％。因此，减少土壤对磷的固定、提升磷肥利用率具有重要意义。
4.如何利用肥料增效技术，制备能够同时提高氮、磷利用率的产品，实现肥料产品氮、磷的缓慢释放，减少氮、磷的损失，提升氮磷的利用率，成为目前亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，尤其是目前大多数肥料只能控制氮素缓释的情况，本发明提供了一种慢肥及其制备方法，尤其是提供了一种能够同时提升氮、磷利用效率的慢肥及其制备方法。本发明的慢肥能够减少氮、磷的损失，实现氮、磷的缓释，提升氮磷的利用率，有效改良土壤微生态环境。
6.本发明的技术方案如下：
7.一种慢肥，由以下质量份的原料组成：复合聚磷酸盐10-40份、尿素10-35份、钾肥10-35份、氮素增效剂0.2-2份、抗逆剂0.5-2份、土壤激活剂0.002-0.008份，微量元素0.05-2份、辅料0.02-0.05份；所述复合聚磷酸盐为聚磷酸铵与聚磷酸钙镁的混合物；所述氮素增效剂为硝化抑制剂和脲酶抑制剂的混合物；所述土壤激活剂为复苏促进因子rpf蛋白。
8.根据本发明优选的，所述复合聚磷酸盐中聚磷酸铵与聚磷酸钙镁的质量比为 1:0.1-0.6。
9.根据本发明优选的，所述聚磷酸铵为聚合度小于10的水溶性聚磷酸铵；所述聚磷酸钙镁的有效磷(以p2o5计)含量≥55wt％，其制备方法为现有技术，可参考专利文献 cn108456007a制备得到。
10.根据本发明优选的，所述钾肥为氯化钾和/或硫酸钾。
11.根据本发明优选的，所述氮素增效剂中硝化抑制剂和脲酶抑制剂的质量比为1:0.1-2。
12.根据本发明优选的，所述硝化抑制剂为3,4-二甲基吡唑磷酸盐(dmpp)混合物，由以下质量份原料组成：二甲基亚砜(dmso)25-35份、3,4-二甲基吡唑磷酸盐 (dmpp)45-65份、磷酸5-15份、多聚磷酸7-15份；所述硝化抑制剂按照下述方法制备得到：将二甲基亚砜(dmso)、3,4-二甲基吡唑磷酸盐(dmpp)、磷酸及多聚磷酸在60-80℃下搅拌混合均匀，即可得dmpp混合物。
13.根据本发明优选的，所述脲酶抑制剂为正丁基硫代磷酰三胺(nbpt)或氢醌。
14.根据本发明优选的，所述抗逆剂为腐殖酸盐、聚天冬氨酸盐、海藻酸盐中的一种或者两种以上的组合；进一步优选为腐殖酸盐、聚天冬氨酸盐、海藻酸盐的组合，其中腐殖酸盐、聚天冬氨酸盐和海藻酸盐的质量比为1:0.1-0.4:0.2-0.4；所述的腐殖酸盐为腐殖酸钾盐、腐殖酸钠盐或腐殖酸钙盐；所述聚天冬氨酸盐为聚天冬氨酸钾盐、聚天冬氨酸钠盐或聚天冬氨酸钙盐；所述海藻酸盐为海藻酸钾盐、海藻酸钠盐或海藻酸钙盐。
15.根据本发明优选的，所述复苏促进因子rpf蛋白按照下述方法制备得到：
16.(1)将弗氏链霉菌斜面孢子转接至斜面培养基中，在28℃条件下培养7天，斜面加入适量无菌水，孢子在无菌水内均匀分散，制成孢子悬液，浓度为10
8-109个/ml；
17.(2)种子液制备：将上述孢子悬液接种到液体发酵培养基中，接种量为液体发酵培养基体积的2％，在温度30℃，转速180r/min的条件下培养24小时，得到液体发酵种子液；
18.(3)液体发酵：将上述液体发酵种子液接种到液体发酵培养基中，接种量为液体发酵培养基质量的10％，在30℃下培养3-4天，放罐，即得含rpf蛋白的发酵液；
19.(4)板框压滤：向上述制备所得含rpf蛋白的发酵液中加入助滤剂后进行板框过滤，弃去沉淀，所得上清液为含rpf蛋白的粗提液；
20.(5)纯化层析：向上述粗提液中加入硫酸铵，在0℃条件下沉淀4小时，板框压滤后所得沉淀经梯度透析，所得蛋白溶液用弱阴离子交换柱deae进行纯化、透析、冷冻干燥，即得到复苏促进因子rpf蛋白。
21.优选的，步骤(1)中所述弗氏链霉菌于2016年1月7日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所，保藏编号为：cgmcc no.11963。
22.所述斜面培养基组成为：豆粕粉18-22g/l，酵母粉4-6g/l，玉米粉8-12g/l，琼脂粉14-16g/l，ph为6-8。
23.优选的，步骤(2)中所述液体发酵培养基组成为：玉米粉28-32g/l、葡萄糖18-22g/l、磷酸二氢钾0.2-0.4g/l、蛋白胨4-6g/l、黄豆饼粉14-16g/l、硝酸钾4-6g/l、豆油8-11g/l、氯化钙0.4-0.6g/l，ph为6-8。
24.优选的，步骤(3)中所述液体发酵培养基的组成与步骤(2)中相同。
25.优选的，步骤(4)中所述助滤剂为膨润土、碳酸钙或高岭土中的一种或两种以上的组合；所述助滤剂的质量为含rpf蛋白的发酵液质量的0.1％。
26.优选的，步骤(5)中所述硫酸铵的质量与粗提液的体积之比为1g:2ml；
27.优选的，步骤(5)中所述梯度透析步骤为：将所得沉淀用8mol/l的尿素溶液溶解，之后采取逐步降低尿素浓度的方法除去蛋白溶液中的尿素，使变性的蛋白在此过程中自然
复性，先用6mol/l的尿素溶液在4℃下透析24h，然后依次用4mol/l、3mol/l、 2mol/l、1mol/l、0mol/l的尿素溶液在4℃下透析4h。
28.优选的，步骤(5)中纯化后的透析步骤为：使用pbs缓冲液在4℃下透析4h。
29.根据本发明优选的，所述微量元素为硼酸、edta铁、edta锌、edta锰中的一种或者两种以上的组合。
30.根据本发明优选的，所述辅料为膨润土、蒙脱石、凹凸棒土、沸石粉和高岭土中的至少一种，进一步优选膨润土和/或凹凸棒土。
31.根据本发明，上述慢肥的制备方法，包括步骤如下：
32.(1)将复合聚磷酸盐、脲酶抑制剂、尿素、钾肥、微量元素、抗逆剂、土壤激活剂、辅料进行破碎混合，形成混合料；
33.(2)将硝化抑制剂加热到60-90℃，然后喷涂到上述混合料中，之后经滚筒造粒制备成慢肥。
34.本发明的技术特点及有益效果如下：
35.1、本发明的慢肥添加了聚磷酸钙镁和聚磷酸铵的复合聚磷酸盐，该复合聚磷酸盐可缓慢释放作物所需磷素，减少磷被土壤中钙或金属离子的固定，提升磷的利用率，并且能对微量元素起到螯合作用。
36.2、本发明所制备的慢肥通过添加复苏促进因子蛋白可促进革兰氏阳性菌快速繁殖，有效改良土壤微生态环境，同时提升巨大芽孢杆菌等具有解磷作用的有益菌含量，起到解磷的作用，并能提升作物抗病性，从而全面提升作物对氮、磷、钾的吸收效率。
37.3、本发明使用硝化抑制剂和脲酶抑制剂组成的氮素增效剂，可有效减缓氮素的损失，使氮素能满足作物全生长期对氮素的需求。
38.4、本发明使用dmpp膏状体，其中dmso可以充分混合dmpp、磷酸、多聚磷酸，使其形成稳定体系，施用后不易挥发，可有效减少dmpp的损失，极大提高dmpp的应用效果。
39.5、本发明所制备的慢肥中含有硼酸、edta铁、edta锌或edta锰等微量元素，可以有效满足作物对微量元素的需求，避免微量元素被土壤固定。
40.6、本发明所制备的慢复合肥通过添加特定的氮素增效剂、聚磷酸盐以及土壤激活剂等，实现了肥料产品氮磷的慢，即通过在肥料内部施用增效手段达到氮、磷缓慢释放，实现了减少氮、磷的损失，提升氮磷的利用率的目的。
具体实施方式
41.下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但本发明不限于此。
42.同时下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂、材料和设备，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
43.实施例中所用聚磷酸钙镁按照cn201810281139.6专利中的方法制备得到，有效磷含量55％(以p2o5计)，其他原料均由市场上购买；多聚磷酸阿拉丁试剂网上有售。
44.实施例中所用复苏促进因子rpf蛋白按照下述方法制备得到：
45.(1)将弗氏链霉菌(菌种保藏编号为cgmcc no.11963)斜面孢子转接至茄瓶斜面培养基，斜面培养基组成为：豆粕粉20g/l，酵母粉5g/l，玉米粉10g/l，琼脂粉 15g/l，ph为7；在28℃条件下培养7天，斜面加入适量无菌水，孢子在无菌水内均匀分散，没有团聚，制成孢
子悬液，浓度为4
×
108个/ml；
46.(2)种子液制备：将上述孢子悬液接种到液体发酵培养基中，液体发酵培养基组成为：玉米粉30g/l、葡萄糖20g/l、磷酸二氢钾0.3g/l、蛋白胨5g/l、黄豆饼粉 15g/l、硝酸钾5g/l、豆油10g/l、氯化钙0.5g/l，ph为7；接种量为液体发酵培养基体积的2％，在温度30℃，转速180r/min的条件下培养24小时，得到液体发酵种子液；
47.(3)液体发酵：将液体发酵种子液接种到液体发酵培养基(组成同步骤(2)液体发酵培养基相同)中，接种量为液体发酵培养基质量的10％，在30℃下培养，在此过程中通过无菌取样观察菌丝体形态，通过镜检，在菌体大量自溶，酶活无明显提高时放罐(共在30℃下培养4天)，即得含rpf蛋白的发酵液；
48.(4)板框压滤：向上述制备所得含rpf蛋白的发酵液中加入膨润土后进行板框过滤，弃去沉淀，所得上清液为含rpf蛋白的粗提液；膨润土的加入质量为含rpf蛋白的发酵液质量的0.1％；
49.(5)纯化层析：将上述粗提液加入硫酸铵(硫酸铵的质量与粗提液的体积之比为 1g:2ml)，在0℃条件下沉淀4小时，板框压滤后取沉淀用8mol/l的尿素溶液溶解后经梯度透析，采取逐步降低尿素浓度的方法除去蛋白溶液中的尿素，使变性的蛋白在此过程中自然复性，先用含6mol/l的尿素溶液在4℃下透析24h，然后依次用4mol/l、 3mol/l、2mol/l、1mol/l、0mol/l的尿素溶液在4℃下透析4h；透析结束后将所得蛋白溶液用弱阴离子交换柱deae进行纯化，收集不同梯度洗脱液进行sds-page分析，即可得纯化物，最后用pbs缓冲液在4℃下再透析4h，冷冻干燥备用。
50.实施例中所用聚磷酸铵，其养分含量为总氮(以n计)13％，有效磷(以p2o5计) 45％。
51.实施例1
52.一种慢肥的制备方法，包括步骤如下：
53.1、dmpp混合物的制备：
54.将3kg dmso、6kg dmpp、0.5kg磷酸及1.5kg多聚磷酸在70℃下搅拌混合均匀，即可得dmpp混合物。
55.2、慢肥的制备：
56.(1)将35kg聚磷酸铵，5kg聚磷酸钙镁，105kg尿素，31kg氯化钾，0.2kgnbpt，1kg腐殖酸钾，0.25kg聚天冬氨酸钙，0.25kg海藻酸钠，0.02kg土壤激活剂， 0.15kg硼酸、0.15kg edta铁、0.2kg edta锌、0.1kg edta锰和0.12kg凹凸棒土进行破碎混合，形成混合料。
57.(2)将上述混合料通过滚筒造粒制备成颗粒，并将1kg dmpp混合物加热到70℃，然后喷涂到混合颗粒表面，制备成慢肥a。
58.实施例2
59.一种慢肥的制备方法，包括步骤如下：
60.1、dmpp混合物的制备：
61.将3kg dmso、5kg dmpp、1kg磷酸及1kg多聚磷酸在80℃下搅拌混合均匀，即可得dmpp混合物。
62.2、慢肥的制备：
63.(1)将77kg聚磷酸铵，23kg聚磷酸钙镁，100kg尿素，85kg硫酸钾，1.5kg氢醌， 2kg
腐殖酸钾，0.4kg聚天冬氨酸钙，0.6kg海藻酸钠，0.02kg土壤激活剂，0.15kg硼酸、 0.15kg edta铁、0.2kg edta锌、0.1kg edta锰和0.12kg膨润土进行破碎混合，形成混合料。
64.(2)将上述混合料通过滚筒造粒制备成颗粒，并将1kg dmpp混合物加热到80℃，然后喷涂到混合颗粒表面，制备成慢肥b。
65.对比例1
66.一种慢肥的制备方法如实施例1所述，所不同的是：将35kg聚磷酸铵和5kg聚磷酸钙镁更换成40kg聚磷酸铵，其他与实施例1相同。
67.对比例2
68.一种慢肥的制备方法如实施例1所述，所不同的是：将35kg聚磷酸铵和5kg聚磷酸钙镁更换成40kg聚磷酸钙镁，其他与实施例1相同。
69.对比例3
70.一种慢肥的制备方法如实施例1所述，所不同的是：将1kg腐殖酸钾，0.25kg聚天冬氨酸钙，0.25kg海藻酸钠更换成0.75kg聚天冬氨酸和0.75kg海藻酸钠，其他与实施例1相同。
71.对比例4
72.一种慢肥的制备方法如实施例1所述，所不同的是：将1kg腐殖酸钾，0.25kg聚天冬氨酸钙，0.25kg海藻酸钠更换成1.2kg腐殖酸和0.3kg海藻酸钠，其他与实施例1相同。
73.对比例5
74.一种慢肥的制备方法如实施例1所述，所不同的是：将1kg腐殖酸钾，0.25kg聚天冬氨酸钙，0.25kg海藻酸钠更换成1.2kg腐殖酸和0.3kg聚天冬氨酸，其他与实施例1 相同。
75.对比例6
76.一种慢肥的制备方法，包括步骤如下：
77.1、混合溶液的制备：
78.将3kg dmso、0.5kg磷酸及1.5kg多聚磷酸在70℃下搅拌混合均匀，得混合溶液。
79.2、慢肥的制备方法：
80.(1)将35kg聚磷酸铵，5kg聚磷酸钙镁，105kg尿素，31kg氯化钾，0.2kgnbpt，0.54kg dmpp，1kg腐殖酸钾，0.25kg聚天冬氨酸钙，0.25kg海藻酸钠，0.02kg 土壤激活剂，0.15kg硼酸、0.15kg edta铁、0.2kg edta锌、0.1kg edta锰和0.12kg 凹凸棒土进行破碎混合，形成混合料。
81.(2)将上述慢肥混合料通过滚筒造粒制备成颗粒，并将0.46kg步骤2制备的混合溶液加热到70℃，然后喷涂到混合颗粒表面，制备成慢肥。
82.对比例7
83.一种慢肥的制备方法，包括步骤如下：
84.(1)将35kg聚磷酸铵，5kg聚磷酸钙镁，105kg尿素，31kg氯化钾，0.2kgnbpt，0.54kg dmpp，1kg腐殖酸钾，0.25kg聚天冬氨酸钙，0.25kg海藻酸钠，0.02kg 土壤激活剂，0.15kg硼酸、0.15kg edta铁、0.2kg edta锌、0.1kg edta锰和0.12kg 凹凸棒土进行破碎混合，形成混合料。
85.(2)将上述混合料通过滚筒造粒制备成颗粒，制备成慢肥。
86.对比例8
87.一种慢肥的制备方法如实施例1所述，所不同的是：不加土壤激活剂，其他与实施例1相同。
88.对比例9
89.一种慢肥的制备方法如实施例1所述，所不同的是：不加氮素增效剂，其他与实施例1相同。
90.试验例
91.为了进一步说明本发明制得的慢肥的作用，对本发明制备的产品进行了田间实验，实验地点：试验在临沂市河东区进行，试验共设11个处理，每个处理设置4组，每组试验为1亩，每个处理的实验结果取4组试验的平均值。实验作物为夏玉米。
92.实验如下：
93.实验处理如下：
94.处理1：按照习惯施肥，每亩施用26.8kg尿素，10.9kg磷酸二胺和8.6kg氯化钾作为基肥，小喇叭口期和大喇叭口期各追施尿素10kg。
95.处理2：将实施例1制备的慢肥50kg作为基肥施用，不再追肥。
96.处理3：将对比例1制备的慢肥50kg作为基肥施用，不再追肥。
97.处理4：将对比例2制备的慢肥50kg作为基肥施用，不再追肥。
98.处理5：将对比例3制备的慢肥50kg作为基肥施用，不再追肥。
99.处理6：将对比例4制备的慢肥50kg作为基肥施用，不再追肥。
100.处理7：将对比例5制备的慢肥50kg作为基肥施用，不再追肥。
101.处理8：将对比例6制备的慢肥50kg作为基肥施用，不再追肥。
102.处理9：将对比例7制备的慢肥50kg作为基肥施用，不再追肥。
103.处理10：将对比例8制备的慢肥50kg作为基肥施用，不再追肥。
104.处理11：将对比例9制备的慢肥50kg作为基肥施用，不再追肥。
105.实验各处理的玉米产量结果如表1所示，取处理2和处理10的土壤，按照ny227-94 微生物肥料标准，检测土壤中的巨大芽孢杆菌数量，结果如表2所示：
106.表1各处理的玉米产量
[0107][0108][0109]
表2土壤中巨大芽孢杆菌的数量
[0110] 巨大芽孢杆菌数量(万/g)
处理237处理1012
[0111]
通过表1中实验结果对比可看出：
[0112]
(1)处理2比处理1增产8.4％，说明本发明在不进行追肥的情况下，复合聚磷酸盐，氮素增效剂，抗逆剂和土壤激活剂的协同作用下，能够减少氮、磷的损失，实现氮、磷的缓释，提升氮磷的利用率，有效改良土壤微生态环境，起到了良好的增产效果。
[0113]
(2)处理3和处理4比处理2产量低，说明复合聚磷酸盐的效果要好于单独施用1 种聚磷酸盐，聚磷酸钙镁水溶性磷含量较少，需要缓慢释放出水溶性磷供作物吸收。
[0114]
(3)处理5-7与处理2相比，均有不同程度的减产，说明虽然腐殖酸、聚天冬氨酸和海藻酸都能提升作物产量，但是三者配合施用后的效果更显著。
[0115]
(4)从处理8-9与处理2相比，均有减产，说明dmpp混合物能够有效防止dmpp 的损失，提升氮的利用率。
[0116]
(5)从处理10与处理2相比，减产5.9％，并且处理2土壤中的巨大芽孢杆菌数量是处理10的208％，说明复苏促进因子rpf能有效提升土壤有益菌数量，从而起到解磷作用，同时提升作物抗病性、从而提升作物对氮、磷、钾的吸收效率，达到作物增产的目的。
[0117]
(6)处理11比与处理2相比出现了较为明显的减产，说明不加氮肥增效剂会造成作物后期氮肥的脱肥。