本发明属于肥料领域，具体涉及一种含水溶性有机质和微生物的肥料增效包裹剂及其制备方法和应用。
背景技术：
农业是国民经济的基础，提高农业经济作物的增产增收离不开化学肥料的施用。但是由于长期大量单施、偏施化学肥料，我国的土壤已出现各种各样的问题，例如板结、酸化、盐渍化以及土壤微生物多样化被破坏，并直接导致地力下降、田间病虫害大量发作，农业增产不明显，且同时带来了环境污染等一系列的问题，土壤生态环境日益恶化，对农业的可持续发展构成了严重的挑战。这些化肥的不当施用带来的不容忽视的问题，迫使研究者不断寻找和探索提高化学肥料利用率达到平衡施肥、合理施肥以克服其弊端的途径。
CN 104262062 A公布了一种包膜尿素，，所述包膜尿素包括尿素和包膜剂，所述包膜剂为可降解的低密度聚乙烯和氧化淀粉，氧化淀粉为经过双氧水氧化后的氧化淀粉，所述包膜尿素的利用率高，可减少尿素的流失，使尿素分解产生的氨长时间保存在土壤中；制备方法简单，操作简捷。CN 102838420 B公布了一种富硒缓释包膜尿素，其是以冷溶性聚乙烯醇为粘结剂、以膨润土为包覆材料将肥芯包裹之中形成的颗粒物；所述膨润土是肥芯质量的2％～5％，肥芯按重量份数比包含15～35份尿素、5～10份抗菌肽和10～20份螯合硒组成。本发明肥料可显著改善作物对氮素的吸收利用效果，增强植物对氮素和其它营养元素的吸收量，显著提高肥料的利用率，肥料利用率提高到30％～40％，减少肥料用量20％～33％。使用本发明在等量的肥料条件下，可使粮食增产15％～30％，蔬菜增产20％～50％，经济作物增20％以上。
在土壤生态如此恶劣的形势下，土壤和植物研究者建议，向土壤中施入微生物菌剂以改良土壤性状，从而改善土壤生态环境，并提高农作物产量和品质。微生物能够溶解土壤中固定矿质元素，增加养分的的有效性，降解土壤中的污染物，解除重金属和农药的危害，有些微生物还能分泌激素类物质，刺激并调节作物的生长，有些微生物还能产生挥发性或非挥发性抑制病原菌生长的物质，可以限制病原菌的生长或代谢，提高植物抗性，具有保护和治疗双重功效，可有效防治土传性病害。因此，从生态农业的角度来看，微生物在农业方面具有广阔的应用前景。
现有的微生物肥料制备工艺中，主要是在造粒过程中添加微生物菌剂，高温处理会导致大量微生物死亡，且施用后，菌剂效用时间短、重复性和稳定性差。此外，由于微生物肥料中的微生物不能直接与化学肥料接触，因此微生物肥料存在着微生物存活率低、活性差等问题，故而需要开发一种微生物存活率高且制备工艺简单的微生物肥料，以改善目前土壤生态环境不断恶化的现状。
技术实现要素：
为解决上述问题，本发明发明人经过反复实验，发现将微生物菌剂和水溶性有机质混合之后再涂覆于肥料颗粒的表面，避免了微生物与化学肥料直接接触，以致化学肥料的高盐环境不会影响微生物的存活率，且施用于土壤时能够增加土壤中有效活菌数，提高土壤肥力，改善土壤结构，并同时能够充分发挥微生物与复合肥之间的配合作用，实现作物增产增效。
在本发明的第一方面，提供一种含水溶性有机质和微生物的肥料增效包裹剂，其包含水溶性有机质和微生物菌剂，其特征在于，所述水溶性有机质和微生物的重量比为(3-100):1，其中所述水溶性有机质选自氨基酸和/或乙醇制备过程中产生的全部溶于水的发酵液经干燥后形成的物质。
优选地，在所述含水溶性有机质和微生物的肥料增效包裹剂中，所述水溶性有机质的重量基于所述氨基酸和/或乙醇制备过程中产生的全部溶于水的发酵液经干燥后形成的物质的重量的百分比为40％以上且所述经干燥后形成的物质的pH值为2-6。
在本发明中，所述水溶性有机质的重量是根据《NYT 1976-2010水溶肥料有机质含量的测定》进行测定的。
优选地，在所述含水溶性有机质和微生物的肥料增效包裹剂中，所述微生物菌剂为复合微生物菌剂。
优选地，在所述含水溶性有机质和微生物的肥料增效包裹剂中，所述微生物菌剂的含水量小于5％。
优选地，在所述含水溶性有机质和微生物的肥料增效包裹剂中，所述微生物菌剂的有效活性菌数为1-400亿/克。
优选地，在所述含水溶性有机质和微生物的肥料增效包裹剂中，所述微生物菌剂选自为芽孢杆菌、拟青霉菌、粘帚霉、轮枝菌中的两种或两种以上。
优选地，在所述含水溶性有机质和微生物的肥料增效包裹剂中，还包含菌种保护剂、润滑剂和碱性氧化物中的一种或多种。
优选地，在所述含水溶性有机质和微生物的肥料增效包裹剂中，所述菌种保护剂选自凹凸棒土、轻质碳酸钙和硅藻土中的一种或多种。
更优选地，所述菌种保护剂的细度为200目以上。
在本发明中，所述轻质碳酸钙是用化学加工方法制得的，由于它的沉降体积(2.4-2.8mL/g)比用机械方法生产的重质碳酸钙沉降体积(1.1-1.9mL/g)大，因此被称为轻质碳酸钙。
优选地，在所述含水溶性有机质和微生物的肥料增效包裹剂中，所述碱性氧化物选自氧化钙、氧化镁和氧化锌中的一种或多种。
优选地，在所述含水溶性有机质和微生物的肥料增效包裹剂中，所述润滑剂为粉状物质，其选自二硫化钼、二氧化钛、云母粉和滑石粉中的一种或多种。
优选地，本发明含水溶性有机质和微生物的肥料增效包裹剂包含以下重量份数的物质，：
其中，所述菌种保护剂的细度为200目以上。
在本发明的第二方面，还提供一种制备上述含水溶性有机质和微生物的肥料增效包裹剂的方法，其包括以下步骤：
(1)按比例将水溶性有机质、菌种保护剂、润滑剂和碱性氧化物混合均匀并过筛；
(2)将微生物菌剂加入至步骤(1)过筛后获得的混合均匀即可，
其中，步骤(1)中过筛所用的筛子的目数为200-400。
在本发明的第三方面，还提供一种包含上述肥料增效包裹剂的微生物肥料，其包含化学肥料颗粒核心层和化学肥料核心层表面的微生物包膜层，其特征在于，所述微生物肥料通过将上述肥料增效包裹剂包覆于化学肥料核心层表面制成。
优选地，在所述包含上述肥料增效包裹剂的微生物肥料中，所述化学肥料颗粒核心层与微生物包膜层的重量比为(10-300)：1。
优选地，在所述包含上述肥料增效包裹剂的微生物肥料中，所述化学肥料颗粒核心层为市售可得的化学肥料颗粒。
优选地，在所述包含上述肥料增效包裹剂的微生物肥料中，所述化学肥料颗粒核心层包含氮肥、磷肥、钾肥、中量元素肥、微量元素肥中的一种或多种。其中，氮肥为硫酸铵、硝酸铵、磷酸铵、氨水、氯化铵、尿素中的一种或多种；磷肥为磷酸、磷酸铵、钙镁磷肥、过磷酸钙、磷酸二铵、磷酸一铵、聚磷酸铵中的一种或多种；钾肥为磷酸钾、氯化钾、硝酸钾中的一种或多种；中量元素肥为含硅、钙、镁、硫中的一种或多种的肥料，如硅酸钠、石膏、硫酸镁等；微量元素肥为含铁、锰、硼、锌、铜、钼中的一种或多种的肥料，如硫酸亚铁、硫酸锰、硼砂、硫酸锌、硫酸铜、钼酸铵等。
优选地，所述包含上述肥料增效包裹剂的微生物肥料的制备过程为在包膜机内将上述上述肥料增效包裹剂均匀地喷入到化学肥料颗粒表面进行包膜，包膜时间为5-8分钟，包膜温度为30-70℃，即可获得微生物复合肥。
通过上述肥料增效包裹剂的包膜，能够保证微生物在高浓度化学肥料环境下的高存活率且制备过程简单、效率高。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明肥料增效包裹剂属于无水型包裹剂，在制作微生物肥料的包膜过程中能够提高所述肥料增效包裹剂的包裹率；此外，本发明肥料增效包裹剂含有菌种保护剂，能够提高微生物的存活率且在一定时间内使土壤中有效活菌数量增加，从而能够改善土壤状况；
(2)本发明的微生物肥料中涂覆于化学肥料颗粒表面的微生物包膜层由于含有水溶性有机质，在释放到土壤中后会在肥料周围形成有机缓冲层，从能够保证在其施用于作物生长环境后为微生物的存活提供优良的繁殖环境，同时能够抑制肥料中氮磷钾等肥料形成的高盐环境，为微生物快速繁殖提供其所需要的能量和适宜的环境，同时本发明微生物肥料中的微生物能够与有害微生物竞争生存空间，抑制了有害微生物的繁殖；
(3)本发明微生物肥料中的化学肥料核心层能够为植物生长提供必要的营养元素，且由于微生物包膜层中的水溶性有机质在肥料周围形成有机缓冲层而加速化学肥料核心层在土壤中的分解转化，并与微生物优势互补，养分全面均衡，持久高效，所述微生物肥料对改善施肥结构、提高土壤肥力，改善土壤板结状况，提高化肥利用率、保护环境、促进农业可持续发展等方面显示出较强的优势，具有较好的经济、社会和生态效益。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加简洁明了，本发明将用以下具体实施例进行阐明，但本发明绝非仅限于这些实施例。以下实施例仅为本发明较优选的实施例，且仅用于阐述本发明，不能理解为对本发明的范围的限制。应当指出的是，凡在本发明的实质和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
制备实施例
制备实施例1
1)含水溶性有机质和微生物的肥料增效包裹剂的制备
将1kg氨基酸制备过程中产生的全部溶于水的发酵液经干燥后形成的物质(所述水溶性有机质的重量基于所述经干燥后形成的物质的重量的百分比为50％)过300目的筛子，随后将过筛之后的物质与0.05kg枯草芽孢杆菌和0.05kg淡紫拟青霉菌混合均匀，即制得含水溶性有机质和微生物的肥料增效包裹剂。
2)微生物肥料的制备
将30kg尿素放入包膜机内，随后往包膜机内喷入上述制备的含水溶性有机质和微生物的肥料增效包裹剂，停留5分钟即制得本发明的微生物肥料。
制备实施例2
1)含水溶性有机质和微生物的肥料增效包裹剂的制备
将1kg氨基酸制备过程中产生的全部溶于水的发酵液经干燥后形成的物质(所述水溶性有机质的重量基于所述经干燥后形成的物质的重量的百分比为50％)、0.2kg凹凸棒土(其细度为250目)、80g云母粉、50g氧化镁混合均匀，然后过300目的筛子，随后将过筛之后的物质与0.05kg枯草芽孢杆菌和0.05kg淡紫拟青霉菌混合均匀，即制得含水溶性有机质和微生物的肥料增效包裹剂。
2)微生物肥料的制备
将30kg尿素放入包膜机内，随后往包膜机内喷入上述制备的含水溶性有机质和微生物的肥料增效包裹剂，停留5分钟即制得本发明的微生物肥料。
制备实施例3
1)含水溶性有机质和微生物的肥料增效包裹剂的制备
将1kg氨基酸制备过程中产生的全部溶于水的发酵液经干燥后形成的物质(所述水溶性有机质的重量基于所述经干燥后形成的物质的重量的百分比为50％)、0.1kg凹凸棒土(其细度为250目)、50g云母粉、30g氧化镁混合均匀，然后过300目的筛子，随后将过筛之后的物质与0.05kg枯草芽孢杆菌和0.05kg淡紫拟青霉菌混合均匀，即制得含水溶性有机质和微生物的肥料增效包裹剂。
2)微生物肥料的制备
将30kg尿素放入包膜机内，随后往包膜机内喷入上述制备的含水溶性有机质和微生物的肥料增效包裹剂，停留5分钟即制得本发明的微生物肥料。
制备实施例4
1)含水溶性有机质和微生物的肥料增效包裹剂的制备
将1kg氨基酸制备过程中产生的全部溶于水的发酵液经干燥后形成的物质(所述水溶性有机质的重量基于所述经干燥后形成的物质的重量的百分比为50％)、0.1kg凹凸棒土(其细度为250目)、50g云母粉、30g氧化镁混合均匀，然后过300目的筛子，随后将过筛之后的物质与0.025kg枯草芽孢杆菌和0.025kg淡紫拟青霉菌混合均匀，即制得含水溶性有机质和微生物的肥料增效包裹剂。
2)微生物肥料的制备
将30kg尿素放入包膜机内，随后往包膜机内喷入上述制备的含水溶性有机质和微生物的肥料增效包裹剂，停留5分钟即制得本发明的微生物肥料。
对比实施例
对比实施例1
将1kg氨基酸制备过程中产生的未经过滤处理的发酵液经干燥后形成的物质(所述氨基酸制备过程中产生的未经过滤处理的发酵液含有不溶于发酵液的物质)过300目的筛子，随后将过筛之后的物质与0.05kg枯草芽孢杆菌和0.05kg淡紫拟青霉菌混合均匀，即制得含水溶性有机质和微生物的肥料增效包裹剂。
将30kg尿素放入包膜机内，随后往包膜机内喷入上述制备的含水溶性有机质和微生物的肥料增效包裹剂，停留5分钟即制得肥料。
对比实施例2
将1kg氨基酸制备过程中产生的全部溶于水的发酵液经干燥后形成的物质(所述水溶性有机质的重量基于所述经干燥后形成的物质的重量的百分比为50％)过300目的筛子。
将30kg尿素放入包膜机内，随后往包膜机内喷入上述过300目的筛后获得的物质，停留5分钟即制得肥料。
对比实施例3
将1kg氨基酸制备过程中产生的全部溶于水的发酵液经干燥后形成的物质(所述水溶性有机质的重量基于所述经干燥后形成的物质的重量的百分比为50％)、0.2kg凹凸棒土(其细度为250目)、80g云母粉、50g氧化镁混合均匀，然后过300目的筛子。
将30kg尿素放入包膜机内，随后往包膜机内喷入上述过300目的筛后获得的混合物，停留5分钟即制得肥料。
田间实验(白菜)
实验设8个处理，采取随机区组排列，三次重复。每个实验区50平方米，每个实验区之间和区组间设田埂，防止窜水窜肥，所述实验地设2m的保护行，并对每个实验区的土壤进行灭菌。实验各区按方案要求追肥，其他管理措施相同。施肥：在播种后将供试肥料全部底施。
处理1：施入制备实施例1制备的微生物肥料3kg；
处理2：施入制备实施例2制备的微生物肥料3kg；
处理3：施入制备实施例3制备的微生物肥料3kg；
处理4：施入制备实施例4制备的微生物肥料3kg；
处理5：施入对比实施例1制备的肥料3kg；
处理6：施入对比实施例2制备的肥料3kg；
处理7：施入对比实施例3制备的肥料3kg；
处理8：施入市售的尿素3kg。
在施肥一周后，将白菜根系区土样挖出、抖掉根系外围土，取紧贴在根表附近的土样作为根际土，采用平板梯度稀释法测定微生物数量，其中测定细菌采用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基，测定真菌采用虎红培养基，测定放线菌采用高氏1号琼脂培养基，从而进行不同处理对根际土壤有效微生物活菌数的影响，每个处理区分别取3次土样，得出结果见表1。
有效活菌分散直径测定：施肥1周后，测定有效活菌分散范围，以有效活菌分散圈直径表示，重复3次，得出结果见表1。
土壤板结情况统计：施肥2个星期后，观察各组土壤板结情况，土壤板结情况按土壤板结程度分为无板结、轻度板结和一般板结，结果表1所示。
表1 施肥后土壤中微生物指标和板结情况
由上表可知，处理6、7和8施用的是不含微生物的肥料，土壤中有效活菌数量较少，分布范围较小，同时板结情况都是严重板结；处理5施用的肥料与处理6、7和8略微不同，含有微生物，土壤中有效活菌数量较处理6、7、8多且板结情况得到改善，可见水溶性有机质对土壤中的微生物繁殖有利；处理1-4施用本发明微生物肥料由于包含微生物和氨基酸制备过程中产生的全部溶于水的发酵液经干燥后形成的物质即水溶性有机质而使土壤中有效活菌数量显著增加，活菌范围也增加并改善了土壤板结，可见本发明肥料增效包裹剂包覆的化学肥料颗粒能够有效缓解土壤板结，增加土壤中微生物含量，从而改善土壤性状。
施肥一个月后，白菜成熟进行采收，比较各处理的白菜产量和抗病率，结果示于下表2中。
表2 各处理的白菜产量和抗病率
由表2可知，与处理5、6、7和8相比，处理1、2、3和4由于施用了本发明的微生物肥料而使白菜亩产量显著增加，增产效果显著，并且发病率也显著降低，可见本发明微生物肥料能够实现增产增效的目的，并同时提高作物的抗病能力。
结合表1和2分析可知，本发明的微生物肥料由于在化学肥料颗粒表面包覆有含水溶性有机质和微生物的肥料增效包裹剂而能够显著改善土壤板结状况、提高土壤中微生物数量，同时实现增产和提高作物抗病性的作用。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施例进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施例，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。