专利名称：一种含有稀土元素的微生物肥料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使用微生物从土壤环境中产生肥料的微生物肥料，尤其是涉及一种使用固氮菌、解钾菌、解(溶)磷菌、纤维素分解菌从土壤环境中产生肥效的微生物肥料。
背景技术：
化肥自身存在某些缺陷以及不合理施用化肥已经污染环境、浪费化肥，因而“绿色肥料”--微生物肥料--应运而生。微生物肥料简称菌肥虽不能完全取代化肥但能大大节省化肥、改善土壤结构。微生物肥料是指一类含有活微生物的制剂，它能产生特定的肥料效应。当前正推广使用具有多种功能的微生物肥料，即复合微生物肥料，其中含主体菌种，即固氮菌、解磷/钾菌、纤维素分解菌等以及其他复配物。
复合微生物肥料中的菌种多数是土壤中的原有菌种(习生菌)，亦有不少是经由人工诱变或采用生物分子技术得到的外来菌，设计菌种配伍时使之形成相互依存关系，它们之间没有相互抑制作用。
现存商品微生物肥料大部含有主体菌种、载体、保护剂、中和剂、防霉剂组合成，实践证明施肥后一般要经过较长的适应期(十多天)才转入生长期，亦即现有的微生物肥料起效较慢。另外对比试验证明微生物肥料的肥效没有充分发挥。
本发明的目的是提供“一种含有稀土元素的微生物肥料”，本发明特意加进的稀土元素化合物作为促进剂，同时采用其它手段，使微生物肥料产品中的有效主体菌种增强生命活性、提高储存期主体菌种存活率，并且施肥后能缩短适应期，加快“固氮、解磷/钾”以及改善土壤结构的进程，增强微生物肥料的肥效，显示增产效果。
发明内容
植物生长过程对氮元素的需量远超对磷/钾元素的需量，所以微生物肥料中固氮菌的比例最大。人们对固氮菌的认识源自1886年发现在豆科植物根部存在的固氮根瘤菌，它们与宿主植物处于共生状态，分类上称之为“共生固氮菌”，它们只能与豆科植物共生，具体如大豆根瘤(固氮)菌、花生根瘤(固氮)菌、苜蓿根瘤(固氮)菌、沙棘根瘤(固氮)菌等。30多年前，在巴西热带禾木科牧草的根际发现一种能够固氮的“根际菌”，即“固氮螺菌”(Azospirillum)，分类上称之为“联合共生固氮菌”，具体如巴西固氮螺菌(Azospirillum brasilense)、阴沟肠杆菌(Enterobacter cloacae)、圆褐固氮菌(Azospirillumchcoococcom)、棕色维氏固氮菌(Azospirillum vinelandii)、固氮粪产碱菌(Alcaligenes faecalis)、巨大芽孢杆菌等，其中有些是“兼性菌”。由于“联合共生固氮菌”能在禾木科植物根际生存，禾木科植物又与人类食粮相关，因而受到青睐。最后还有一种能在植物体内生存进行固氮的、分类上称之为“自生固氮菌”。本发明所指的固氮菌是指“共生固氮菌”、“联合共生固氮菌”、“自生固氮菌”。
解磷/钾菌能把土壤中不溶性磷/钾元素转变为植物根部能吸收的可溶性磷/钾元素，解钾菌又称硅酸盐细菌，前者如解磷巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium P01、P02)、后者如硅酸盐细菌(Bacillusmucilaginccus)。纤维素分解菌能把残存于土壤中的植物残片分解成为低一级的多醣类物质，既改善土壤结构又给其他有益菌提供碳源，具体如拟康木霉菌(Trichoderma Paeadokoningi Rifi)，它经常与固氮菌、解磷/钾菌同时使用。本发明所述微生物肥料中的微生物是指固氮菌、解磷/钾菌、纤维素分解菌，共四种微生物；既可是四种微生物同时存在，亦可以只存在其中的三种、或两种、或一种微生物。微生物肥料中的活菌必须依附于被称为“载体”的表面才能持久存活，“载体”选择恰当与否是个难题。现有的微生物肥料的载体都是草炭、褐煤之类的多孔结构材料，从分子结构上看，它们与细菌组织没有太多的相容性，与菌体只能形成物理吸附状态，不能为细菌提供一个相对牢固与安全的栖息之处，使细菌存活率降低。本发明根据实验最终选择“壳聚糖型载体”为微生物肥料的有效载体。本发明所说的“壳聚糖型载体”包含三种形式一是壳聚糖的高分子溶液形式、适用于液体菌肥；另一是球形(细)壳聚糖(球形壳聚糖是把壳聚糖的盐酸溶液，用针形注射器注入20％ NaOH-CH3OH凝结液中获得的白色粉末沉淀，洗净后使用)、适用于固体菌肥；另一是在“比表面”巨大的固体物质(如泥炭、活性硅胶等微孔型固体粉末)的相表面薄薄覆盖一层壳聚糖成为“活性固体壳聚糖”、适用于固体或冻干型菌肥，它只需少量壳聚糖就能产生比球形(细)壳聚糖具有无可比拟大的比表面积，吸附活菌能力极大，故称活性固体壳聚糖，它亦正是本发明的特征。
壳聚糖由虾蟹壳经碱煮脱蛋白、酸浸去钙、碱煮脱乙酰化等工艺制得，是由β-(1，4)-2-氨基-2脱氧-β-D-葡萄糖单元(GlcN)和β-(1，4)-2-乙酰胺基-2-脱氧-β-D-葡萄糖单元(GlcNAc)组成的共聚物大分子集团，其分子链上存在着GlcNAc-GlcNAc、GlcNAc-GlcN、GlcN-GlcNA、GlcN-GlcN等不同的糖苷键。壳聚糖分子的侧枝上存在氨基(泥炭等含氮量极低，很少存有氨基)，细菌蛋白质的结构中亦存在多量氨基，所以细菌与壳聚糖的相容性很好，它们之间能形成化学吸附，为细菌提供一个相对牢固与安全的栖息之处。这样微生物肥料中细菌的存活时间大幅度延长。壳聚糖在土壤中能生物降解，不污染环境。本发明的壳聚糖质量百分率为4-40％。使用壳聚糖可达到菌肥标准对存活率的要求；肥效亦有所增高。
为保证主体菌种细菌存活，微生物肥料中必须有营养物质供应细菌，即所谓必须有保护剂。现有技术选用蔗糖、动物血清或氨基酸为保护剂，本发明根据实验最终选用糖蜜、麸皮与少量水解动物骨蛋白为保护剂。此外，为保持微生物肥料中细菌适宜生存环境的酸度条件，本发明沿用现有技术选用“磷酸缓冲液”作为“中和剂”。再有，为防止霉菌繁殖，现有技术常添加诸如苯甲酸钠与多菌灵作为“防霉剂”。考滤到防霉剂对主体微生物亦有些抑制作用，本发明摒弃防霉剂，改为在生产液体、固体、或冻干型微生物肥料过程中，都采用严防杂菌侵入的措施(仿药品或食品生产过程)，从而有效防止微生物肥料产品的霉变。除了“壳聚糖型载体”外，本发明的另一特征是添加少量稀土元素化合物为“促进剂”。在120多个化学元素中，稀土元素的电子层结构最特殊，即“内层f-亚层处于未充满状态”，因而稀土化合物经常出现其他元素化合物无可比拟的优异特性。具体到稀土在微生物肥料中的效用，据“稀土促进细菌生长作用研究进展”一文(摘自《中国公共卫生》期刊.2006，16(11)1150-1151。作者 宋农)报道(a)稀土能促进酶的生物活性。任何生命现象得以维持，全赖活体中一系列相关的生化反应的顺利进行，而生化反应都是在各种酶作为化学反应的催化剂条件下进行的，因而稀土既能保证微生物肥料中各类有益细菌在存储期的活性，亦能促进施肥后微生物在土壤中繁殖，即能够提高“存活率与肥效”。为经济，本发明采用混合稀土的氯化物(ReCl3)或硝酸盐(ReNO3)作为促进剂，并且主要是轻稀土化合物；它的用量很少，最终浓度达0.01％左右已够。实验知添加稀土后，本发明的“微生物肥料”常温保存六个月后，释放的有效活菌数量符合菌肥标准(不加稀土化合物则达不到)。(b)稀土能加速新陈代谢。这一结论恰是“提高存活率与提高肥效”的佐证。本发明的稀土元素化合物的质量百分率为0.005-1％。
综上所述，本发明的特征是(a)壳聚糖型载体为有效载体，提高存活率。(b)稀土化合物为促进剂，提高存活率与肥效、缩短施肥后的适应期这也是本发明的优点。
具体实施例方式
实施例一液体菌肥用“阿须贝氏(Askby)培养液(PH＝7)”把圆褐固氮菌斜面菌株标本经三次扩大培养得20L高浓度(活菌数达9.6*108个/mL)活性菌液；加入经灭菌的糖蜜1Kg、麸皮(细磨)500g、食品级壳聚糖4Kg、“磷酸-磷酸二氢钠”酸碱缓冲溶液(简称磷酸缓冲液)2L，在无菌状态下搅拌2h，然后与上述20L活性菌液混合后成为“菌肥原液-1”。分成两份，其中一份加入100mL 1％ ReCl3(轻稀土氯化物)，成为“菌肥原液-1-RE”。这两份液体菌液(每份约11L)分别供对照试验用。
a.储存期菌体成活率对比。“菌肥原液-1”与“菌肥原液-1-RE”常温储存六个月、摇匀、分别取出10mL菌液、释放后培养、最后由“平板计数法”测得活菌数“菌肥原液-1”为5.18*108个/mL；“菌肥原液-1-RE”为5.29*108个/mL。可见稀土确能提高存活率。
b.培育水稻作肥效对比 在该实验小区特意减少“往年常规施用化肥量”的25％后，再分别施加“菌肥原液-1”(不含稀土)以及本发明的“菌肥原液-1-RE”(含有稀土)，对水稻的培育作对比试验。
最终统计结果表明采用本发明的“含有稀土元素的微生物肥料”培育水稻，有效穗数显著增加，每穗总粒数和实粒数以及千粒重量都有增加，最终表现出增产5.4％。
表1是本发明的含有稀土的菌肥与等量相同菌种的不含稀土的菌肥(下同，略)对培育水稻的植株及穗粒性状表。
从统计数据知，施用本发明的“稀土菌肥”后，有效穗数和每穗实粒数分别增加9.7％和6.0％，千粒重量亦略增。
表2是稻谷的产量比较表。稀土菌肥最终增产5.4％。
表1.本发明的含有稀土的菌肥与等量相同菌种的不含稀土的菌肥(下同，略)对培育水稻的植株及穗粒性状表
表2.稻谷产量及差异水平表
实施例二固体菌肥。
把苜蓿中华根瘤菌042BM(Sinorhizobium meliloti)的斜面菌株标本接种到YMA培养基上，保持28℃ 36h，用无菌水洗下菌株、充分摇匀。由多次扩大培养最终得500mL高浓度“菌肥原液-2”，均分成两份(每份250mL)，其一加入10mL 1％ ReCl3，成为“菌肥原液-2-Re”，备用。
另取无夹杂物的泥(草)炭，破碎、研磨、过80目得泥炭细分。把细粉浸泡入20％壳聚糖高分子溶液、2小时后取出，分离夹带水溶液、干燥脱水、研磨、过80目，得到另一种泥炭细粉，其多孔结构或巨大的表面已均匀铺展一层壳聚糖，称之为“活性固体壳聚糖”。再经2h、100℃高温灭菌、冷却，备用。
取出两份1Kg“活性固体壳聚糖”泥炭细粉，在不断翻动状态下，用喷雾方式分别向细粉喷洒250mL“菌肥原液-2-Re”或250mL“菌肥原液-2”，分别经45℃干燥脱水至含水量小于6％，即得“含有稀土的固体微生物肥料”与“不含有稀土的固体微生物肥料”；分别称“固体菌肥-2-Re”与“固体菌肥-2”，供对照试验用。
a.储存期菌体成活率对比。在相同储存条件下，三个月后分别取1g试样，经释放后测得有效活菌数“含有稀土的固体微生物肥料”为2.6*108个/g.、“不含有稀土的固体微生物肥料”为2.1*108个/g.，即稀土能捉高存活率。
b.对紫花苜蓿培育作肥效对比试验。从河北省黄骅市种子公司购得“奔马”、“金太阳”苜蓿种子各1Kg，分别与10g“固体菌肥-2-Re”或“固体菌肥-2”充分拌和、再经“室内水培”(光照7000～8000Lux、日照16h、昼夜温度25/16℃)、周期50d；挖出植株测得地上部单株鲜重与干重，经统计分析得统计值、取上述两品种苜蓿的平均值，得地上部单株鲜重“固体菌肥-2-Re”…0.51g/株，“固体菌肥-2”…0.41g/株；地上部单株干重“固体菌肥-2-Re”…0.071g/株，“固体菌肥-2”…0.066g/株。
从此知本发明的稀土菌肥对紫花苜蓿培育有显著肥效。
权利要求
1.一种含有稀土元素的微生物肥料，微生物肥料由固氮菌、解钾/磷菌、纤维素分解菌、载体、保护剂、中和剂、防霉剂组合成，其特征在于，含有稀土元素的微生物肥料由固氮菌、解钾/磷菌、纤维素分解菌、壳聚糖型载体、改型保护剂、中和剂、稀土元素促进剂组成。
2.根据权利要求1所述的一种含有稀土元素的微生物肥料，其特征在于，所述固氮菌是共生固氮菌、自生固氮菌、联合共生固氮菌，三种固氮菌；亦可以是其中的任意两种或一种固氮菌。
3根据权利要求1所述的一种含有稀土元素的微生物肥料，其特征在于，所述壳聚糖型载体是壳聚糖高分子溶液、或是球形壳聚糖粉剂、或是活性固体壳聚糖。
4.根据权利要求1与权利要求3所述的一种含有稀土元素的微生物肥料，其特征在于，所述活性固体壳聚糖是在比表面积很大的固体物质表面复盖一层薄层壳聚糖的微孔型固体粉末。
5.根据权利要求1所述的一种含有稀土元素的微生物肥料，其特征在于，所述改型保护剂是糖蜜与麸皮与水解动物骨蛋白组成的混合物。
6.根据权利要求1所述的一种含有稀土元素的微生物肥料，其特征在于，所述稀土元素促进剂是稀土元素的氯化物或硝酸盐。
7.根据权利要求1与权利要求6所述的一种含有稀土元素的微生物肥料，其特征在于，所述稀土元素的氯化物或硝酸盐可以是单一稀土元素、亦可以是混合稀土元素的氯化物或硝酸盐。
8.根据权利要求1与权利要求6所述的一种含有稀土元素的微生物肥料，其特征在于，所述稀土元素的氯化物或硝酸盐在微生物肥料中的质量百分含量是0.05％--1％。
全文摘要
本发明公开了一种含有稀土元素的微生物肥料，它由活性主体菌种、壳聚糖型载体、改型保护剂、中和剂、稀土元素促进剂等复配后组成。主体菌种包括固氮菌、解磷/钾(或硅酸盐细菌)菌、纤维素分解菌；壳聚糖型载体既适用于液体微生物肥料、亦适用于固体/冻干型微生物肥料，壳聚糖型载体能提主体菌种的存活率；稀土元素促进剂是稀土元素的氯化物或硝酸盐，既能提高存活率、亦能提高肥效。壳聚糖在自然土壤条件下很快降解，不会污染耕田。
文档编号C05F11/08GK1958532SQ200610143869
公开日2007年5月9日 申请日期2006年11月1日 优先权日2006年11月1日
发明者池利祥 申请人:内蒙古新鸿盛高科技园区有限责任公司