一种含固氮微生物的长效氮肥及其制备方法与流程

本发明涉及肥料领域，具体涉及一种含包膜固氮微生物的长效氮肥及其制备方法。

背景技术：

中国粮食作物氮肥利用率平均为35％左右，与发达国家50％的氮肥利用率相比，低15个百分点。氮肥利用率不高的主要原因是铵态氮的挥发损失和硝态氮的淋失以及反硝化作用所造成的。选用缓效(长效)肥料可以在一定程度上提高肥料利用率。缓效肥料是将粒状氮肥表面包裹一层薄膜，使其可溶性氮逐渐释放出来，供作物吸收利用，减少氮素损失。但由于其价格昂贵，施用对象主要是经济作物。

在缓释氮肥的研究上，多数采用化学合成的脲酶抑制剂和硝化抑制剂(对比文件：CN 1522993 A)，来延缓尿素在土壤中转化和减少铵态氮肥(碳酸氢铵等)进入土壤因硝化作用而产生的淋失，调节不同形态氮肥(铵态氮、硝态氮)养分的释放速率，缓释效果较好，但是该技术的效果不够理想，仍有很大的改进空间。

技术实现要素：

(一)技术问题

针对现有技术中的缓释氮肥存在效果不够理想的缺陷，本发明提供一种含固氮微生物的长效氮肥。

(二)技术方案

本发明所述的长效氮肥，由包括如下重量份的原料制备而成：尿素45～60份，脲酶抑制剂浸提液2～6份，腐植酸15～30份，氨基酸粉10～20份，硝化抑制剂浸提液4～8份，氨基酸液4～8份，微生物菌粉0.5～1.5份，聚谷氨酸0.08～0.4份，聚氨基葡萄糖3.6～7.6份。

本发明所述重量份可为g、kg等常规的重量单位。

本发明中，所述脲酶抑制剂为植物叶片干粉的水浸提液，所述植物为一串红、冬青、柿树、银杏、合欢、桃树中的一种或几种；

所述脲酶抑制剂的提取方法为按照叶片干粉：水＝1:2～4的比例混合均匀，60～80℃浸提3～5h，过滤保留滤液。

所述干粉的粒度为50-100目，该浸提方法可有效保留叶片中原有的活性成分，所得脲酶抑制剂为天然活性物质，含有多种抑制脲酶的官能团，尤其酚类化合物较多，绿色环保，活性高。

以上脲酶抑制剂浸提液的成分比较复杂，经检测酚类化合物的浓度较高。而酚类化合物主要作用于对脲酶活性具有重要意义的巯基，半胱酰胺的-SH基被氧化脱氢形成S-S的光氨酰，从而降低了脲酶的活性。经检测，以上浸提液对脲酶的抑制率均在40％以上。

本发明中，所述硝化抑制剂为薄荷、吊兰、三七和桔子中的一种或几种叶片干粉的水浸提液。

所述硝化抑制剂的提取方法为叶片干粉：水＝1:2～4的比例混合均匀，60～80℃浸提3～5h，过滤保留滤液。

所述干粉的粒度为50-100目。该浸提方法可有效保留叶片中原有的活性成分，所得硝化抑制剂为天然活性物质，绿色环保，活性高。

以上硝化抑制剂浸提液的成分也较为复杂，主要为芳香族化合物，包括醇类、酚类、醛类、酮及黄酮类、酯类、萜烯及倍半萜烯类、生物碱和单宁等。经检测，以上浸提液的硝化抑制率在50％以上。

本发明中，所述腐植酸中的有机质干基的含量为80～85％以上。添加以上腐植酸可促进作物发育，增强作物抗逆能力，促进土壤团粒结构的形成，调节土壤酸碱度，提高土壤保水保肥能力。

本发明中，所述氨基酸粉中谷氨酸的含量为45～55％。添加谷氨酸含量为45～55％的氨基酸粉可保护根毛，刺激根系发育，平衡土壤酸碱度。

本发明中，所述氨基酸液中谷氨酸的质量分数为4％-6％，辅氨酸的质量分数为1.5％-3.0％，丙氨酸的质量分数为0.8％-1.5％；以上种类氨基酸可促进种子萌发，提高养分利用率，提高作物产量。

所述氨基酸液中总有机质含量35％以上；

本发明中，所述微生物菌粉中的微生物为圆褐固氮菌(Azotobacter chroococcum)和棕色自生氮菌(A.vinelanii)中的一种或两种；这两种微生物能够独立进行固氮的微生物，且能够分泌生长素，促进植株的生长和果实的发育，提高作物的产量。

本发明所述的氮肥，其结构为球状颗粒，所述球状颗粒包括从内到外依次紧密相贴的内核、外核和菌剂包膜层；所述内核的组分为尿素、腐植酸和脲酶抑制剂提取液的混合物；所述外核的组分为腐植酸、氨基酸粉和硝化抑制剂提取液的混合物；所述菌种剂包膜层的组分为微生物菌剂、聚氨基葡萄糖、聚谷氨酸和氨基酸液的混合物。将氮肥制备成球状结构，内核物料的尿素在脲酶抑制剂的作用下，缓慢转化成铵态氮，达到缓释的效果；外核物料在硝化抑制剂的作用下，控制氮素向硝态氮的转化，进一步延缓氮素的利用时间，强化缓释效果。另外，外核的固氮微生物不断固定氮素，提高可利用氮素的含量。由内核到外核的设定，与氮素的转化科学对应，层层控制，减少氮素损失，提高氮素利用率。

本发明的另一目的是提供本发明所述氮肥的制备方法，包括如下步骤：

(1)内核的制备：将粉状尿素、部分腐植酸混合均匀，在其中喷洒脲酶抑制剂提液后造粒，选择直径在1-2mm之内的颗粒作为内核；

(2)外核的制备：将剩余腐植酸、氨基酸粉和内核混合均匀，在其中喷洒硝化抑制剂浸提液后造粒；

(3)菌剂包膜层的制备：将微生物菌粉、聚氨基葡萄糖、聚谷氨酸和外核混合均匀，在其中喷洒氨基酸液后造粒，选择粒度在4～4.75mm的颗粒，得所述长效氮肥。

(三)有益效果

本发明所述的长效氮肥，具有如下有益效果：

(1)该技术将固氮微生物与硝化抑制剂与脲酶抑制剂相结合，并将这些调控氮素固定与释放的多种因素以科学的配比以及包裹层次复配组合，有效调控氮素释放，确保氮素长效、有效。

(2)该技术选用的尿酶抑制剂与硝化抑制剂来源于天然植物叶片，无污染，并配合肥料造粒过程，有顺序的喷洒至颗粒的不同造粒层面上，调控效果好。

(3)该技术添加聚氨基葡萄糖，为微生物提供良好的存活基质营养，同时聚谷氨酸的保水功能可保证在根系周围形成有利于微生物生长繁殖的微区，增强功效。

(4)该技术制备的长效氮肥为环境友好型产品，能有效改善土壤微生态环境，提高作物抗逆能力，有效改善作物品质，减少对水、土、气的污染，真正实现生态农业。

(5)该技术研究分析和大量实验选择了特定的原料，并控制所述原料的配比，各原料之间功能互不削弱，成功解决了产品功能的协同增效和放大发挥，确保了产品的长效均匀稳定，足以实现上述肥料的优势。

总之，本专利技术将两种天然的脲酶抑制剂和硝化抑制剂，与固氮微生物相结合，同时调整肥料酸碱度，增强保水性，调控氮肥释放速率，对缓释氮肥进行改进，提高缓释效果。与传统缓释氮肥相比，该技术结合氮素的释放规律，将固氮微生物、尿酶抑制剂、硝化抑制剂等调控氮素释放的物质以更加科学的配比、更加科学的颗粒包裹层次进行组合，确保氮素长效、有效。同时，添加功能性配合物，例如聚谷氨酸、聚氨基葡萄糖和聚谷氨酸，一方面调节颗粒的酸碱度，另一方面为固氮微生物提供良好存活基质营养，并保证在根系周围形成有利于微生物生长繁殖的微区，增强功效，保证微生物的有效存活性。

附图说明

图1为本发明所述长效氮肥的制备方法流程图；

图2为氮素的释放速率图；

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所用原料均为市售商品。实施例中涉及到的百分号“％”，若未特别说明，是指质量百分比。

原料准备：

本发明所述尿素可购于山东晋煤明水化工集团有限公司或购于山东联盟化工股份有限公司；

以下实施例中含脲酶抑制剂的植物叶片包括一串红、冬青、柿树、银杏、合欢、桃树；其中一串红采叶片采自烟台市农科院、桃树和柿树叶片采自山东省泰安市黄前镇董家庄、其余采自山东省烟台市福山区。

所述腐植酸购于交口县凯利丰腐植酸加工有限公司，产品规格：有机质80～85％(干基)。

所述氨基酸粉购于济南历城区五星化工经营部，其中谷氨酸的含量为45～55％。

所述含硝化抑制剂的植物为薄荷、吊兰、三七和桔子，其中薄荷采自烟台市福山区，吊兰和三七采自烟台市农科院，桔子叶采自四川宜宾。

所述氨基酸液购于烟台宏源生物肥料有限公司，产品指标：所述氨基酸液中谷氨酸的质量分数为4％-6％，辅氨酸的质量分数为1.5％-3.0％，丙氨酸的质量分数为0.8％-1.5％；总有机质含量35％以上。

所述菌种由山东大学微生物国家重点实验室提供。菌粉有效活菌数在100亿/g以上。

本发明所述聚谷氨酸成品购于烟台裕国农业科技有限公司。规格：聚谷氨酸含量4～10％。

所述聚氨基葡萄糖成品购于青岛博智汇力生物科技有限公司，规格：含量为90～95％。

实施例1

本实施例涉及本发明所述的长效氮肥，由包括如下重量份的原料制备而成：

尿素50份，脲酶抑制剂浸提液4份，腐植酸15份，氨基酸粉10份，硝化抑制剂浸提液6份，氨基酸液6份，微生物菌粉1份，聚谷氨酸成品3份，聚氨基葡萄糖成品5份；

所述脲酶抑制剂浸提液为一串红叶片干粉浸提液，经检测，对脲酶的抑制率为53％。所述硝化抑制剂浸提液为吊兰叶片干粉浸提液，经检测，硝化抑制率为44％；所述菌粉为圆褐固氮菌；

所述脲酶抑制剂浸提液的制备方法为：将一串红的干叶片粉碎至50目，按叶片干粉：水＝20:70的比例混合均匀，70℃浸提4h，过滤保留滤液。

所述硝化抑制剂浸提液的制备方法为：将吊兰叶片粉碎至50目，按叶片干粉：水＝20:70的比例混合均匀，70℃浸提4h，过滤保留滤液。

本实施例所述的长效氮肥，其结构为球状颗粒，所述球状颗粒包括从内到外依次紧密相贴的内核、外核和菌剂包膜层；所述内核的组分为尿素、腐植酸和脲酶抑制剂提取液的混合物；所述外核的组分为腐植酸、氨基酸粉和硝化抑制剂提取液的混合物；所述菌种剂包膜的组分为微生物菌剂、聚氨基葡萄糖成品、聚谷氨酸成品和氨基酸液的混合物。

本实施例还提供上述长效氮肥的制备方法，包括以下步骤(其示意图见图1)：

(1)内核的制备：将尿素50份、腐植酸10份混合均匀，在所述混合均匀的内核物料上喷洒含脲酶抑制剂的植物叶片浸提液4份，造粒后筛分，保留粒度在1-2mm之内的颗粒；

(3)外核物料的制备：将外核物料腐植酸5份和氨基酸粉10份混合均匀，与造粒后的内核物料混合；喷洒含硝化抑制剂的植物叶片浸提液6份，造粒。

(3)菌剂包膜层的制备：将微生物菌粉1份、聚氨基葡萄糖成品5份、聚谷氨酸成品3份混合均匀，与造粒后的颗粒混合，喷洒氨基酸液6份造粒，筛分，保留粒度在4.75mm以内的颗粒。

实施例2

本实施例涉及本发明所述的长效氮肥，由包括如下重量份的原料制备而成：

尿素45份，脲酶抑制剂浸提液4份，腐植酸15份，氨基酸粉14份，硝化抑制剂浸提液5份，氨基酸液6份，微生物菌粉1份，聚谷氨酸成品4份，聚氨基葡萄糖成品6份。

所述脲酶抑制剂浸提液为银杏和合欢叶片干粉浸提液，经检测，对脲酶的抑制率为48％。所述硝化抑制剂浸提液为薄荷和三七叶片干粉浸提液，经检测，硝化抑制率为42％。所述菌粉为棕色自生氮菌。

所述脲酶抑制剂浸提液的制备方法为：将银杏和合欢叶按质量比1：1混合，将所述干叶片粉碎至50目，按叶片干粉：水＝20:70的比例混合均匀，70℃浸提4h，过滤保留滤液。

所述硝化抑制剂浸提液的制备方法为：将薄荷和三七叶片按质量比1：1混合，粉碎至50目，按叶片干粉：水＝20:70的比例混合均匀，70℃浸提4h，过滤保留滤液。

本发明所述的长效氮肥，其结构为球状颗粒，所述球状颗粒包括从内到外依次紧密相贴的内核、外核和菌剂包膜层；所述内核的组分为尿素、腐植酸和脲酶抑制剂提取液的混合物；所述外核的组分为腐植酸、氨基酸粉和硝化抑制剂提取液的混合物；所述菌种剂包膜的组分为微生物菌剂、聚氨基葡萄糖成品、聚谷氨酸成品和氨基酸液的混合物。

本实施例所述含包膜固氮微生物的长效氮肥的制备方法，包括以下步骤：

(1)内核的制备：将尿素45份、腐植酸10份混合均匀；喷洒含脲酶抑制剂的植物叶片浸提液4份进行造粒后筛分，保留粒度在1-2mm之内的颗粒。

(2)外核的制备：将外核物料腐植酸5份和氨基酸粉14份混合均匀，与造粒后的内核物料混合，喷洒含硝化抑制剂的植物叶片浸提液5份，造粒。

(3)菌剂包膜层的制备：将微生物菌粉1份、聚氨基葡萄糖成品6份、聚谷氨酸成品4份混合均匀，与造粒后的颗粒混合，喷洒氨基酸液6份造粒，筛分，保留粒度在4.75mm以内的颗粒。

实施例3

本实施例涉及本发明所述的长效氮肥，由包括如下重量份的原料制备而成：

尿素45份，脲酶抑制剂浸提液4份，腐植酸20份，氨基酸粉10份，硝化抑制剂浸提液5份，氨基酸液5份，微生物菌粉1份，聚谷氨酸成品4份，聚氨基葡萄糖成品6份。

所述脲酶抑制剂浸提液为桃树和柿树叶片干粉浸提液，经检测，对脲酶的抑制率为45％。所述硝化抑制剂浸提液为桔子叶片干粉浸提液，经检测，硝化抑制率为46％。所述菌粉为棕色自生氮菌。

所述脲酶抑制剂浸提液为桃树和柿树叶片干粉浸提液，经检测，对脲酶的抑制率为45％。所述硝化抑制剂浸提液为桔子叶片干粉浸提液，经检测，硝化抑制率为46％。所述菌粉为棕色自生氮菌。

所述脲酶抑制剂浸提液的制备方法为：将桃树和柿树叶按质量比1：1混合，将所述干叶片粉碎至100目，按叶片干粉：水＝20:70的比例混合均匀，70℃浸提4h，过滤保留滤液。

所述硝化抑制剂浸提液的制备方法为：将桔子干叶片粉碎至100目，按叶片干粉：水＝20:70的比例混合均匀，70℃浸提4h，过滤保留滤液。

本发明所述的长效氮肥，其结构为球状颗粒，所述球状颗粒包括从内到外依次紧密相贴的内核、外核和菌剂包膜层；所述内核的组分为尿素、腐植酸和脲酶抑制剂提取液的混合物；所述外核的组分为腐植酸、氨基酸粉和硝化抑制剂提取液的混合物；所述菌种剂包膜的组分为微生物菌剂、聚氨基葡萄糖成品、聚谷氨酸成品和氨基酸液的混合物。本实施例所述含包膜固氮微生物的长效氮肥的制备方法，包括以下步骤：

(1)内核的制备：将内核物料尿素45份、腐植酸10份混合均匀；喷洒含脲酶抑制剂的植物叶片浸提液4份进行造粒后筛分，保留粒度在1-2mm之内的颗粒。

(2)外核的制备：将外核物料腐植酸10份和氨基酸粉10份混合均匀，与造粒后的内核物料混合。喷洒含硝化抑制剂的植物叶片浸提液5份，造粒。

(3)菌剂包膜：将微生物菌粉1份、聚氨基葡萄糖成品6份、聚谷氨酸成品4份混合均匀，与造粒后的颗粒混合，喷洒氨基酸液5份造粒，筛分，保留粒度在4.75mm以内的颗粒。

实施例4

本实施例涉及本发明所述的长效氮肥，由包括如下重量份的原料制备而成：

尿素45份，脲酶抑制剂浸提液4份，腐植酸20份，氨基酸粉10份，硝化抑制剂浸提液5份，氨基酸液5份，微生物菌粉1份，聚谷氨酸成品4份，聚氨基葡萄糖成品6份。

所述脲酶抑制剂浸提液为冬青干粉浸提液，经检测，对脲酶的抑制率为40％。所述硝化抑制剂浸提液为薄荷叶片干粉浸提液，经检测，硝化抑制率为41％。所述菌粉为圆褐固氮菌和棕色自生氮菌，用量各位0.5份。

所述脲酶抑制剂浸提液的制备方法为：将冬青的干叶片粉碎至100目，叶片干粉：水＝20:70的比例混合均匀，70℃浸提4h，过滤保留滤液。

所述硝化抑制剂浸提液的制备方法为：将薄荷的干叶片粉碎至100目，叶片干粉：水＝20:70的比例混合均匀，70℃浸提4h，过滤保留滤液。

本发明所述的长效氮肥，其结构为球状颗粒，，所述球状颗粒包括从内到外依次紧密相贴的内核、外核和菌剂包膜层；所述内核的组分为尿素、腐植酸和脲酶抑制剂提取液的混合物；所述外核的组分为腐植酸、氨基酸粉和硝化抑制剂提取液的混合物；所述菌种剂包膜的组分为微生物菌剂、聚氨基葡萄糖成品、聚谷氨酸成品和氨基酸液的混合物。本实施例所述含包膜固氮微生物的长效氮肥的制备方法，包括以下步骤：

(1)内核的制备：将内核物料尿素45份、腐植酸10份混合均匀，喷洒含脲酶抑制剂的植物叶片浸提液4份进行造粒后筛分，保留粒度在1-2mm之内的颗粒。

(2)外核的制备：将外核物料腐植酸10份和氨基酸粉10份混合均匀，与造粒后的内核物料混合。喷洒含硝化抑制剂的植物叶片浸提液5份，造粒。

(3)菌剂包膜层的制备：将微生物菌粉1份、聚氨基葡萄糖成品6份、聚谷氨酸成品4份混合均匀，与造粒后的颗粒混合，喷洒氨基酸液5份造粒，筛分，保留粒度在4.75mm以内的颗粒。

实施例5

本实施例涉及本发明所述的长效氮肥，与实施例1相比，区别在于，由包括如下重量份的原料制备而成：

尿素60份，脲酶抑制剂浸提液6份，腐植酸30份，氨基酸粉10份，硝化抑制剂浸提液8份，氨基酸液8份，微生物菌粉1.5份，聚谷氨酸成品4份，聚氨基葡萄糖成品8份。

应用例1

利用水浸法对肥料进行氮素释放试验。

称取实施例1(含氮量23％)、实施例2(含氮量20.7％)、脲甲醛(含氮量38％)和普通大粒尿素(含氮量46％)各100g，分别置于尼龙网袋中，浸容器里，加入200mL去离子水，恒温箱中25℃条件下培养。分别于第1、2、5、7、10、15、20、28、42、60和100天时取出4个容器中的浸出液，每一次取出浸出液后再补加200mL去离子水，继续浸泡。采用对二甲氨基苯甲醛-分光光度法测定每次浸出液中CO(NH₂)₂-N含量。

由图2可知，普通大粒尿素前半个月基本呈直线释放，之后稍微缓和，但释放率仍然远远高于缓释尿素，且在15天左右释放率已经接近90％；脲甲醛与实施例1、实施例2在前10天均出现一个快速释放期，10-28天趋于缓和，之后释放速度又加快，仅剩15％的氮素在100天以后释放，42天以后，实施例1、实施例2的释放速率低于脲甲醛的释放速率，剩余30％的氮素会在100天以后继续释放，可满足作物后期的养分需求。

应用例2

水稻盆栽肥效实验

试验采用高30cm、直径为25cm的塑料盆载水稻，共3盆，每盆装8kg土。分别称取磷肥、钾肥各3g均匀混于每盆土壤中,再称取普通大粒尿素、脲甲醛、实施例3～4的三种氮肥各3g分别施于深度为7cm和16.5cm土壤中，按照每盆三穴，每穴三颗的数量进行移栽，定苗后浇水，定期观察。

观察结果：分蘖期，每盆水稻生长没有太大差别，拔节期后，普通大粒尿素处理组的水稻长势明显较差，原因是尿素释放太快，已经无法满足后期水稻的生长，脲甲醛与实施例3各自处理组的水稻在拔节期、孕穗期和乳熟期前期，生长态势基本相似，但在水稻乳熟期后期和完熟期，实施例3处理组的水稻长势明显优于脲甲醛处理组，说明实施例3的缓释效果明显优于单一的脲甲醛产品。经测产，实施例3处理组的水稻产量比脲甲醛处理组的水稻产量高出4％，比普通大粒尿素处理组的产量高出9％。按上述方案对实施例4进行测试，实施例4施肥的水稻产量比脲甲醛处理组的水稻产量高出3.8％，比普通大粒尿素处理组的产量高出10％。

应用例3：

试验作物：小麦

实验地点：烟台福山张各庄

试验对象：

(1)实施例4肥料；

(2)对比文件CN 1522993A所述肥料；

(3)空白组。

试验方法：

每种肥料分三个小区进行，每个小区面积为100m²。前期土壤基肥均采用试验所述试验肥施肥量为100kg/亩。后期分蘖期，追肥1次，追肥品种为有机无机复混肥料(产品规格：12-8-10，有机质≥20％；生产单位：山东宝源生物有限公司)，施肥量为50kg/亩。

实验结果：

实施例4肥料，小麦苗齐，苗壮，产量高，为588kg/亩，分别比对比文件1所述的肥料和空白高出4％和8％。

虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。