一种生物磷钾肥及其制备方法与流程

本发明涉及一种肥料，具体涉及一种生物磷钾肥及其制备方法。

背景技术：

耕地长期耕种，其中的磷、钾等元素会被植物吸收，随着植物的收获离开耕地，导致可直接被植物吸收利用的磷、钾含量不断下降，因此需要不断的向土壤中施肥。现有的普通化肥长期使用，化肥中的一些重金属、硝酸盐等在土壤中不断累积，会导致土壤质量的下降，影响在土壤中种植的作物的品质，为保证作物的正常生长追加施肥，造成恶性循环，破坏农田生态系统。但事实上，土壤中还含有大量的磷钾是不能直接被植物吸收的，如果能将这部分磷钾充分利用，可以大大降低使用普通化肥对农田生态系统的破坏。生物有机肥是利用微生物将矿石或土壤中植物所需要的元素转化成可以被植物吸收的形式，可以克服使用普通化肥对作物的品质以及土壤质量的不利影响，因此研制出一种生物磷钾肥对农业发展会有很大的促进作用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种生物磷钾肥及其制备方法，解决使用普通化肥造成土壤中重金属、硝酸盐等沉积的问题。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种生物磷钾肥的制备方法，包括预处理、生物发酵、发酵后处理，其中，

预处理：将油菜秸秆、草炭烘干并粉碎，将磷矿、钾矿和腐殖酸分别粉碎；

生物发酵：将预处理后的油菜秸秆、草炭、磷矿、钾矿和腐殖酸与微生物种子液均匀混合得到混合物A，将混合物A堆捂后自然发酵，至物料变为灰黑褐色，即得生物有机磷钾肥基质；

发酵后处理：将微生物种子液与生物有机磷钾肥基质混合均匀，得到生物磷钾肥。

在生物有机肥中接入可以溶磷、解钾的细菌，施入土壤中后还可以经过增殖并与其他土壤微生物协同作用，将矿石中的磷、钾分解释放，植物秸秆、草炭中含有的大量有机磷化合物也能转换成能被植物有效利用的形式，供给作物吸收。相比于普通化肥的加工方法，该种生物肥料的加工方式对环境的影响更小，且使用生物磷钾肥不但不会对农田生态系统造成破坏，而且还可以培肥土地，减少农药用量。因为在生物有机肥中含有多种特效菌，在其生长繁殖过程中能分泌出多种抗生素以及植物生长激素，不但能抑制植物病原微生物的活动，起到防治植物病害的作用，而且能刺激作物生长，使其根系发达，促进叶绿素、蛋白质和核酸的合成，提高作物的抗逆性。

作为优选的，所述原料预处理是分别将磷矿、钾矿粉碎至≤400目，将油菜秸秆粉碎至长度≤5cm，腐植酸粉碎至粒径≤0.45mm，草炭粉碎至≤0.45mm。将原料粉碎，使微生物和其他原料均匀混合，充分发酵。

作为优选的，将所述混合物A堆捂后自然发酵20-25天，当温度升至60-64℃时进行翻堆操作。发酵时间短其中的磷钾铁不能充分溶出，发酵时间过长影响生物磷钾肥的生产效率，此外，其中的有害菌也会随着发酵的进行不断生长，影响生物磷钾肥的品质。

作为优选的，所述生物发酵步骤中油菜秸秆、草炭、腐植酸、钾矿、磷矿按质量比 10：5-7：1-3：1-3：1-3混合。根据植物的需要和各原料中微量元素的含量，选择合适的配比，最大限度的促进植物生长。

作为优选的，所述微生物种子液包括溶磷菌、解钾菌和嗜铁菌。主要满足作物对磷、钾和铁的需要。

作为优选的，筛选所述溶磷菌、解钾菌和产嗜铁菌的步骤包括：

（1）制备样品稀释溶液：取选择含有溶磷菌、解钾菌或产嗜铁菌的土壤10g与 100mL 无菌水混合，静置 20min 后，以 200rpm 在振荡培养箱中充分振荡 30min使细胞分散，上层清液为菌悬液母液，然后将母液稀释成10^-4、10^-5、10^-6稀释度的样品溶液；（2）倒平板：将培养基，在121℃灭菌15-30 min后冷却至60℃，倒平板；（3）涂布：取10^-4、10^-5、10^-6三个稀释度的样品溶液各100μL，均匀的涂布于培养基表面；（4）培养：将涂有菌液的平板在 28-37℃恒温培养箱中倒置培养5-8天。（5）初步筛选：将平板上各菌落的晕圈与菌落直径比按从大到小排列，取直径比最大的5-20株，利用平板划线法分离纯化，将获得的菌株接种至 LB 斜面培养基，置于4℃冰箱内保藏。（6）接种培养：将初步筛选得到的菌株分别接种至培养基，使菌种含量为10¹¹个/g,在37℃ 200rpm 条件下振荡培养。（7）测量：以不接菌种的培养基为对照，每隔8h用原子吸收分光光度计测定不同菌株发酵液内可溶性钾、磷或铁的含量，测定3-5次，向发酵液中加入甘油，使甘油的体积分数为20%，置于-20℃冰箱内保藏保存。

所选择的曲靖地区的土壤是曲靖产烟地区的土壤，其中含有的溶磷菌的溶磷能力、解钾菌的解钾能力和嗜铁菌的产嗜铁素的能力都比较强。使用时根据测定发酵液内可溶性钾、磷或铁的含量，根据使用需要优选可溶性钾、磷或铁含量较高的发酵液作为制备微生物种子液的原料。

作为优选的，筛选所述溶磷菌使用的培养基的制备方法是：将5g葡萄糖、5g Ca₃(PO₄)₂、0.25g MgCl₂•6H₂O、0.25 g MgSO₄·7H₂O、0.2g KCl、0.1g (NH₄)₂SO₄和17g琼脂混合，用去离子水定容至1000mL，PH为6.8-7.2；

筛选所述解钾菌使用的培养基为亚力山鲍罗夫培养基；

筛选所述嗜铁菌使用的培养基的制备方法是：分别取2mL 1mmol/L的CaCl₂:溶液、2mL 1mmol/L的MgSO₄·7H₂O溶液、60mL的10%的酸水解酪蛋白溶液混合，加入生物缓冲液Pipes，调pH6.8-7.0，用去离子水定容到1000mL，加入20g琼脂粉均匀混合；其中所述10%的酸水解酪蛋白溶液混合前在121摄氏度条件下单独灭菌15min。

溶磷菌在培养基上会产生透明圈，将各菌株的透明圈与菌落直径比（D/d）按从大到小排列，优选D/d较大的菌株，其具有稳定溶解磷酸三钙的能力。其中，透明圈大于10mm的主体菌属均为Bacillus，其溶磷能力较强，除Bacillus以外，溶磷能力较强的菌种还包括Lysinibacillus。

解钾菌在培养基上也会产生透明圈，将各菌株的透明圈与菌落直径比（D/d）按从大到小排列，优选D/d较大的菌株，本方案中培养解钾菌主要为芽孢杆菌属（Bacillus）细菌，筛选出的每株菌株的解钾量在2.31-4.22mg/L范围内。

将10^-4、10^-5、10^-6三个稀释度的样品溶液各100μL接种在CAS检测平板上，将各嗜铁菌株的透明圈与菌落直径比（D/d）按从大到小排列，优选D/d较大的菌株。

作为优选的，所述微生物种子液中溶磷菌、解钾菌和嗜铁菌的个数比为1：2-3：1.5-2。根据各菌种溶磷、解钾、解铁的能力以及作物对这些元素的需要，选择相应的浓度，其中任何一种细菌过多或过少都会造成植物营养不均衡，影响植物正常生长且过剩的元素造成资源的浪费。

作为优选的，所述混合物A中各种细菌总含量≥1×10¹¹个/g，所述生物磷钾肥中各种细菌总含量≥1×10¹⁰个/g。细菌含量过低转化的元素不能满足作物生长的需要，若细菌含量过高，可能会影响细菌自身的生长或转化的营养物质过剩造成资源的浪费。

一种根据生物磷钾肥，其中铁磷钾三种元素的质量分数为6-8%、有机质含量为45％。其中包含植物生长所必须的一些元素，且生物磷钾肥中的含有丰富的有机质，可以提高土壤的保肥能力和缓冲性能，改善土壤理化性质。

与现有技术相比，本发明的有益效果至少是如下之一：

1）生物有机磷钾肥所含微生物菌能有效溶磷、解钾，可大幅度提高肥料利用率。特别是含天然矿物钾，属于能够被植物根系吸收的可溶性钾（K₂O）养分，可有效提高作物的含钾量，结合解钾微生物可提高钾肥利用率，能提高钾肥肥效并具有长效供钾能力，不易被淋水流失，持续使用后增产增收。

2）增强活性节约用肥。所含发酵腐植酸、氨基酸，能刺激作物体内各种酶的活性，增加土壤有益微生物活动，促进作物新陈代谢；可增加土壤有机质含量，改善土壤理化性质，培肥地力，提高土壤保水保肥性能。复合微生物菌群在土壤中的快速繁殖，增加土壤通透性，增强土壤保水保肥能力，促进作物正常生长发育。作物生根快、缓苗期短，利于壮苗早发。

3）本发明中磷矿中的磷和钾矿中的钾有55%均可以被转化成能够被植物吸收的形式，矿石中含有的少量的铁也有65%以上可以被转化成能够被植物利用的形式。

4）生物肥料的加工方式对环境的影响更小，且使用生物磷钾肥不但不会对农田生态系统造成破坏，而且还可以培肥土地，减少农药用量。

5）生物磷钾肥中的菌种在施肥的过程中进入农田，可以继续在农田中繁殖，改善土壤品质。

6）本发明根据植物生长的需要和菌种的转化能力将原料按一定比例配置，配方科学，最大限度的促进植物的生长。

说明书附图

图1为本发明溶磷菌在培养基上产生的圈晕。

图2为本发明解钾菌在培养基上产生的圈晕。

图3为本发明嗜铁菌在培养基上产生的圈晕。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

一种生物磷钾肥的制备方法，包括预处理、生物发酵、发酵后处理，其中，

预处理：分别将磷矿、钾矿粉碎至≤400目，将油菜秸秆粉碎至长度≤5cm，腐植酸粉碎至粒径≤0.45mm，草炭粉碎至≤0.45mm。将原料粉碎，使微生物和其他原料均匀混合，充分发酵。

生物发酵：将预处理后的油菜秸秆、草炭、腐植酸、钾矿、磷矿按质量比 10：5-7：1-3：1-3：1-3与微生物种子液均匀混合得到混合物A，将混合物A堆捂后自然发酵20-25天，当温度升至60-64℃时进行翻堆操作，至物料变为灰黑褐色，即得生物有机磷钾肥基质；发酵时间短其中的磷钾铁不能充分溶出，发酵时间过长影响生物磷钾肥的生产效率，此外，其中的有害菌也会随着发酵的进行不断生长，影响生物磷钾肥的品质。

发酵后处理：将微生物种子液与生物有机磷钾肥基质混合均匀，得到生物磷钾肥，其中微生物种子液包括溶磷菌、解钾菌和嗜铁菌。主要满足作物对磷、钾和铁的需要。

在生物有机肥中接入可以溶磷、解钾的细菌，施入土壤中后还可以经过增殖并与其他土壤微生物协同作用，将矿石中的磷、钾分解释放，植物秸秆、草炭中含有的大量有机磷化合物也能转换成能被植物有效利用的形式，供给作物吸收。相比于普通化肥的加工方法，该种生物肥料的加工方式对环境的影响更小，且使用生物磷钾肥不但不会对农田生态系统造成破坏，而且还可以培肥土地，减少农药用量。因为在生物有机肥中含有多种特效菌，在其生长繁殖过程中能分泌出多种抗生素以及植物生长激素，不但能抑制植物病原微生物的活动，起到防治植物病害的作用，而且能刺激作物生长，使其根系发达，促进叶绿素、蛋白质和核酸的合成，提高作物的抗逆性。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上进一步限定了所述生物发酵步骤中油菜秸秆、草炭、腐植酸、钾矿、磷矿按质量比 10：5：1： 3： 3。

实施例3：

本实施例在实施例1的基础上进一步限定了所述生物发酵步骤中油菜秸秆、草炭、腐植酸、钾矿、磷矿按质量比 10：7：3： 1：2。

实施例4：

本实施例在实施例1的基础上进一步限定了所述生物发酵步骤中油菜秸秆、草炭、腐植酸、钾矿、磷矿按质量比 10：6：2： 2： 1。

实施例5：

本实施例在实施例1的基础上进一步限定了筛选所述溶磷菌、解钾菌和产嗜铁菌的方法，包括：

（1）制备样品稀释溶液：选择含有溶磷菌、解钾菌或产嗜铁菌的土壤10g与 100mL 无菌水混合，静置 20min 后，以 200rpm 在振荡培养箱中充分振荡 30min使细胞分散，上层清液为菌悬液母液，然后将母液稀释成10^-4、10^-5、10^-6稀释度的样品溶液；（2）倒平板：将培养基，在121℃灭菌15-30 min后冷却至60℃，倒平板；（3）涂布：取10^-4、10^-5、10^-6三个稀释度的样品溶液各100μL，均匀的涂布于培养基表面；（4）培养：将涂有菌液的平板在 28-37℃恒温培养箱中倒置培养5-8天。（5）初步筛选：将平板上各菌落的晕圈与菌落直径比按从大到小排列，取直径比最大的5-20株，利用平板划线法分离纯化，将获得的菌株接种至 LB 斜面培养基，置于4℃冰箱内保藏。（6）接种培养：将初步筛选得到的菌株分别接种至培养基，使菌种含量为10¹¹个/g,在37℃ 200rpm 条件下振荡培养。（7）测量：以不接菌种的培养基为对照，每隔8h用原子吸收分光光度计测定不同菌株发酵液内可溶性钾、磷或铁的含量，测定3-5次，选择溶磷、解钾或产嗜铁素能力最强的5-15组发酵液，向发酵液中加入甘油，使甘油的体积分数为20%，置于-20℃冰箱内保藏保存。

实施例6：

本实施例在实施例5的基础上进一步限定了筛选所述溶磷菌、解钾菌和产嗜铁菌的方法，包括：

（1）制备样品稀释溶液：选择含有溶磷菌、解钾菌或产嗜铁菌的土壤10g与 100mL 无菌水混合，静置 20min 后，以 200rpm 在振荡培养箱中充分振荡 30min使细胞分散，上层清液为菌悬液母液，然后将母液稀释成10^-4、10^-5、10^-6稀释度的样品溶液；（2）倒平板：将培养基，在121℃灭菌20 min后冷却至60℃，倒平板；（3）涂布：取10^-4、10^-5、10^-6三个稀释度的样品溶液各100μL，均匀的涂布于培养基表面；（4）培养：将涂有菌液的平板在 28-37℃恒温培养箱中倒置培养7天。（5）初步筛选：将平板上各菌落的晕圈与菌落直径比按从大到小排列，取直径比最大的15株，利用平板划线法分离纯化，将获得的菌株接种至 LB 斜面培养基，置于4℃冰箱内保藏。（6）接种培养：将初步筛选得到的菌株分别接种至培养基，使菌种含量为10¹¹个/g,在37℃ 200rpm 条件下振荡培养。（7）测量：以不接菌种的培养基为对照，每隔8h用原子吸收分光光度计测定不同菌株发酵液内可溶性钾、磷或铁的含量，测定4次，向发酵液中加入甘油，使甘油的体积分数为20%，置于-20℃冰箱内保藏保存。

实施例7：

本实施例在实施例5的基础上进一步限定了筛选所述溶磷菌使用的培养基的制备方法是：将5g葡萄糖、5g Ca₃(PO₄)₂、0.25g MgCl₂•6H₂O、0.25 g MgSO₄·7H₂O、0.2g KCl、0.1g (NH₄)₂SO₄和17g琼脂混合，用去离子水定容至1000mL，PH为6.8-7.2；

筛选所述解钾菌使用的培养基为亚力山鲍罗夫培养基；

筛选所述嗜铁菌使用的培养基的制备方法是：分别取2mL 1mmol/L的CaCl₂:溶液、2mL 1mmol/L的MgSO₄·7H₂O溶液、60mL的10%的酸水解酪蛋白溶液混合，加入生物缓冲液Pipes，调pH6.8-7.0，用去离子水定容到1000mL，加入20g琼脂粉均匀混合；其中所述10%的酸水解酪蛋白溶液混合前在121摄氏度条件下单独灭菌15min。。

实施例8：

本实施例在实施例1的基础上进一步限定了所述微生物种子液中溶磷菌、解钾菌和嗜铁菌的个数比为1：2-3：1.5-2。根据各菌种溶磷、解钾、解铁的能力以及作物对这些元素的需要，选择相应的浓度，其中任何一种细菌过多或过少都会造成植物营养不均衡，影响植物正常生长且过剩的元素造成资源的浪费。

实施例9：

本实施例在实施例1的基础上进一步限定了所述微生物种子液中溶磷菌、解钾菌和嗜铁菌的个数比为1：2.5：1.8。根据各菌种溶磷、解钾、解铁的能力以及作物对这些元素的需要，选择相应的浓度，其中任何一种细菌过多或过少都会造成植物营养不均衡，影响植物正常生长且过剩的元素造成资源的浪费。

实施例10：

本实施例在实施例1的基础上进一步限定了所述混合物A中各种细菌总含量≥1×10¹¹个/g，所述生物磷钾肥中各种细菌总含量≥1×10¹⁰个/g。细菌含量过低转化的元素不能满足作物生长的需要，若细菌含量过高，可能会影响细菌自身的生长或转化的营养物质过剩造成资源的浪费。

实施例11：

本实施例提供了一种根据生物磷钾肥，其中铁磷钾三种元素的质量分数为6-8%、有机质含量为45％。其中包含植物生长所必须的一些元素，且生物磷钾肥中的含有丰富的有机质，可以提高土壤的保肥能力和缓冲性能，改善土壤理化性质。

实施例12：

本实施例提供了一种根据生物磷钾肥，其中铁磷钾三种元素的质量分数为7%、有机质含量为45％。

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。