一種含有稀土元素的微生物肥料的製作方法

2023-05-08 00:41:51 1

專利名稱：一種含有稀土元素的微生物肥料的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種使用微生物從土壤環境中產生肥料的微生物肥料，尤其是涉及一種使用固氮菌、解鉀菌、解(溶)磷菌、纖維素分解菌從土壤環境中產生肥效的微生物肥料。
背景技術：
化肥自身存在某些缺陷以及不合理施用化肥已經汙染環境、浪費化肥，因而「綠色肥料」--微生物肥料--應運而生。微生物肥料簡稱菌肥雖不能完全取代化肥但能大大節省化肥、改善土壤結構。微生物肥料是指一類含有活微生物的製劑，它能產生特定的肥料效應。當前正推廣使用具有多種功能的微生物肥料，即複合微生物肥料，其中含主體菌種，即固氮菌、解磷/鉀菌、纖維素分解菌等以及其他復配物。
複合微生物肥料中的菌種多數是土壤中的原有菌種(習生菌)，亦有不少是經由人工誘變或採用生物分子技術得到的外來菌，設計菌種配伍時使之形成相互依存關係，它們之間沒有相互抑制作用。
現存商品微生物肥料大部含有主體菌種、載體、保護劑、中和劑、防黴劑組合成，實踐證明施肥後一般要經過較長的適應期(十多天)才轉入生長期，亦即現有的微生物肥料起效較慢。另外對比試驗證明微生物肥料的肥效沒有充分發揮。
本發明的目的是提供「一種含有稀土元素的微生物肥料」，本發明特意加進的稀土元素化合物作為促進劑，同時採用其它手段，使微生物肥料產品中的有效主體菌種增強生命活性、提高儲存期主體菌種存活率，並且施肥後能縮短適應期，加快「固氮、解磷/鉀」以及改善土壤結構的進程，增強微生物肥料的肥效，顯示增產效果。

發明內容
植物生長過程對氮元素的需量遠超對磷/鉀元素的需量，所以微生物肥料中固氮菌的比例最大。人們對固氮菌的認識源自1886年發現在豆科植物根部存在的固氮根瘤菌，它們與宿主植物處於共生狀態，分類上稱之為「共生固氮菌」，它們只能與豆科植物共生，具體如大豆根瘤(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，在巴西熱帶禾木科牧草的根際發現一種能夠固氮的「根際菌」，即「固氮螺菌」(Azospirillum)，分類上稱之為「聯合共生固氮菌」，具體如巴西固氮螺菌(Azospirillum brasilense)、陰溝腸桿菌(Enterobacter cloacae)、圓褐固氮菌(Azospirillumchcoococcom)、棕色維氏固氮菌(Azospirillum vinelandii)、固氮糞產鹼菌(Alcaligenes faecalis)、巨大芽孢桿菌等，其中有些是「兼性菌」。由於「聯合共生固氮菌」能在禾木科植物根際生存，禾木科植物又與人類食糧相關，因而受到青睞。最後還有一種能在植物體內生存進行固氮的、分類上稱之為「自生固氮菌」。本發明所指的固氮菌是指「共生固氮菌」、「聯合共生固氮菌」、「自生固氮菌」。
解磷/鉀菌能把土壤中不溶性磷/鉀元素轉變為植物根部能吸收的可溶性磷/鉀元素，解鉀菌又稱矽酸鹽細菌，前者如解磷巨大芽孢桿菌(Bacillus megaterium P01、P02)、後者如矽酸鹽細菌(Bacillusmucilaginccus)。纖維素分解菌能把殘存於土壤中的植物殘片分解成為低一級的多醣類物質，既改善土壤結構又給其他有益菌提供碳源，具體如擬康木黴菌(Trichoderma Paeadokoningi Rifi)，它經常與固氮菌、解磷/鉀菌同時使用。本發明所述微生物肥料中的微生物是指固氮菌、解磷/鉀菌、纖維素分解菌，共四種微生物；既可是四種微生物同時存在，亦可以只存在其中的三種、或兩種、或一種微生物。微生物肥料中的活菌必須依附於被稱為「載體」的表面才能持久存活，「載體」選擇恰當與否是個難題。現有的微生物肥料的載體都是草炭、褐煤之類的多孔結構材料，從分子結構上看，它們與細菌組織沒有太多的相容性，與菌體只能形成物理吸附狀態，不能為細菌提供一個相對牢固與安全的棲息之處，使細菌存活率降低。本發明根據實驗最終選擇「殼聚糖型載體」為微生物肥料的有效載體。本發明所說的「殼聚糖型載體」包含三種形式一是殼聚糖的高分子溶液形式、適用於液體菌肥；另一是球形(細)殼聚糖(球形殼聚糖是把殼聚糖的鹽酸溶液，用針形注射器注入20％ NaOH-CH3OH凝結液中獲得的白色粉末沉澱，洗淨後使用)、適用於固體菌肥；另一是在「比表面」巨大的固體物質(如泥炭、活性矽膠等微孔型固體粉末)的相表面薄薄覆蓋一層殼聚糖成為「活性固體殼聚糖」、適用於固體或凍幹型菌肥，它只需少量殼聚糖就能產生比球形(細)殼聚糖具有無可比擬大的比表面積，吸附活菌能力極大，故稱活性固體殼聚糖，它亦正是本發明的特徵。
殼聚糖由蝦蟹殼經鹼煮脫蛋白、酸浸去鈣、鹼煮脫乙醯化等工藝製得，是由β-(1，4)-2-氨基-2脫氧-β-D-葡萄糖單元(GlcN)和β-(1，4)-2-乙醯胺基-2-脫氧-β-D-葡萄糖單元(GlcNAc)組成的共聚物大分子集團，其分子鏈上存在著GlcNAc-GlcNAc、GlcNAc-GlcN、GlcN-GlcNA、GlcN-GlcN等不同的糖苷鍵。殼聚糖分子的側枝上存在氨基(泥炭等含氮量極低，很少存有氨基)，細菌蛋白質的結構中亦存在多量氨基，所以細菌與殼聚糖的相容性很好，它們之間能形成化學吸附，為細菌提供一個相對牢固與安全的棲息之處。這樣微生物肥料中細菌的存活時間大幅度延長。殼聚糖在土壤中能生物降解，不汙染環境。本發明的殼聚糖質量百分率為4-40％。使用殼聚糖可達到菌肥標準對存活率的要求；肥效亦有所增高。
為保證主體菌種細菌存活，微生物肥料中必須有營養物質供應細菌，即所謂必須有保護劑。現有技術選用蔗糖、動物血清或胺基酸為保護劑，本發明根據實驗最終選用糖蜜、麩皮與少量水解動物骨蛋白為保護劑。此外，為保持微生物肥料中細菌適宜生存環境的酸度條件，本發明沿用現有技術選用「磷酸緩衝液」作為「中和劑」。再有，為防止黴菌繁殖，現有技術常添加諸如苯甲酸鈉與多菌靈作為「防黴劑」。考濾到防黴劑對主體微生物亦有些抑制作用，本發明摒棄防黴劑，改為在生產液體、固體、或凍幹型微生物肥料過程中，都採用嚴防雜菌侵入的措施(仿藥品或食品生產過程)，從而有效防止微生物肥料產品的黴變。除了「殼聚糖型載體」外，本發明的另一特徵是添加少量稀土元素化合物為「促進劑」。在120多個化學元素中，稀土元素的電子層結構最特殊，即「內層f-亞層處於未充滿狀態」，因而稀土化合物經常出現其他元素化合物無可比擬的優異特性。具體到稀土在微生物肥料中的效用，據「稀土促進細菌生長作用研究進展」一文(摘自《中國公共衛生》期刊.2006，16(11)1150-1151。作者 宋農)報導(a)稀土能促進酶的生物活性。任何生命現象得以維持，全賴活體中一系列相關的生化反應的順利進行，而生化反應都是在各種酶作為化學反應的催化劑條件下進行的，因而稀土既能保證微生物肥料中各類有益細菌在存儲期的活性，亦能促進施肥後微生物在土壤中繁殖，即能夠提高「存活率與肥效」。為經濟，本發明採用混合稀土的氯化物(ReCl3)或硝酸鹽(ReNO3)作為促進劑，並且主要是輕稀土化合物；它的用量很少，最終濃度達0.01％左右已夠。實驗知添加稀土後，本發明的「微生物肥料」常溫保存六個月後，釋放的有效活菌數量符合菌肥標準(不加稀土化合物則達不到)。(b)稀土能加速新陳代謝。這一結論恰是「提高存活率與提高肥效」的佐證。本發明的稀土元素化合物的質量百分率為0.005-1％。
綜上所述，本發明的特徵是(a)殼聚糖型載體為有效載體，提高存活率。(b)稀土化合物為促進劑，提高存活率與肥效、縮短施肥後的適應期這也是本發明的優點。
具體實施例方式
實施例一液體菌肥用「阿須貝氏(Askby)培養液(PH＝7)」把圓褐固氮菌斜面菌株標本經三次擴大培養得20L高濃度(活菌數達9.6*108個/mL)活性菌液；加入經滅菌的糖蜜1Kg、麩皮(細磨)500g、食品級殼聚糖4Kg、「磷酸-磷酸二氫鈉」酸鹼緩衝溶液(簡稱磷酸緩衝液)2L，在無菌狀態下攪拌2h，然後與上述20L活性菌液混合後成為「菌肥原液-1」。分成兩份，其中一份加入100mL 1％ ReCl3(輕稀土氯化物)，成為「菌肥原液-1-RE」。這兩份液體菌液(每份約11L)分別供對照試驗用。
a.儲存期菌體成活率對比。「菌肥原液-1」與「菌肥原液-1-RE」常溫儲存六個月、搖勻、分別取出10mL菌液、釋放後培養、最後由「平板計數法」測得活菌數「菌肥原液-1」為5.18*108個/mL；「菌肥原液-1-RE」為5.29*108個/mL。可見稀土確能提高存活率。
b.培育水稻作肥效對比 在該實驗小區特意減少「往年常規施用化肥量」的25％後，再分別施加「菌肥原液-1」(不含稀土)以及本發明的「菌肥原液-1-RE」(含有稀土)，對水稻的培育作對比試驗。
最終統計結果表明採用本發明的「含有稀土元素的微生物肥料」培育水稻，有效穗數顯著增加，每穗總粒數和實粒數以及千粒重量都有增加，最終表現出增產5.4％。
表1是本發明的含有稀土的菌肥與等量相同菌種的不含稀土的菌肥(下同，略)對培育水稻的植株及穗粒性狀表。
從統計數據知，施用本發明的「稀土菌肥」後，有效穗數和每穗實粒數分別增加9.7％和6.0％，千粒重量亦略增。
表2是稻穀的產量比較表。稀土菌肥最終增產5.4％。
表1.本發明的含有稀土的菌肥與等量相同菌種的不含稀土的菌肥(下同，略)對培育水稻的植株及穗粒性狀表

表2.稻穀產量及差異水平表

實施例二固體菌肥。
把苜蓿中華根瘤菌042BM(Sinorhizobium meliloti)的斜面菌株標本接種到YMA培養基上，保持28℃ 36h，用無菌水洗下菌株、充分搖勻。由多次擴大培養最終得500mL高濃度「菌肥原液-2」，均分成兩份(每份250mL)，其一加入10mL 1％ ReCl3，成為「菌肥原液-2-Re」，備用。
另取無夾雜物的泥(草)炭，破碎、研磨、過80目得泥炭細分。把細粉浸泡入20％殼聚糖高分子溶液、2小時後取出，分離夾帶水溶液、乾燥脫水、研磨、過80目，得到另一種泥炭細粉，其多孔結構或巨大的表面已均勻鋪展一層殼聚糖，稱之為「活性固體殼聚糖」。再經2h、100℃高溫滅菌、冷卻，備用。
取出兩份1Kg「活性固體殼聚糖」泥炭細粉，在不斷翻動狀態下，用噴霧方式分別向細粉噴灑250mL「菌肥原液-2-Re」或250mL「菌肥原液-2」，分別經45℃乾燥脫水至含水量小於6％，即得「含有稀土的固體微生物肥料」與「不含有稀土的固體微生物肥料」；分別稱「固體菌肥-2-Re」與「固體菌肥-2」，供對照試驗用。
a.儲存期菌體成活率對比。在相同儲存條件下，三個月後分別取1g試樣，經釋放後測得有效活菌數「含有稀土的固體微生物肥料」為2.6*108個/g.、「不含有稀土的固體微生物肥料」為2.1*108個/g.，即稀土能捉高存活率。
b.對紫花苜蓿培育作肥效對比試驗。從河北省黃驊市種子公司購得「奔馬」、「金太陽」苜蓿種子各1Kg，分別與10g「固體菌肥-2-Re」或「固體菌肥-2」充分拌和、再經「室內水培」(光照7000～8000Lux、日照16h、晝夜溫度25/16℃)、周期50d；挖出植株測得地上部單株鮮重與乾重，經統計分析得統計值、取上述兩品種苜蓿的平均值，得地上部單株鮮重「固體菌肥-2-Re」…0.51g/株，「固體菌肥-2」…0.41g/株；地上部單株乾重「固體菌肥-2-Re」…0.071g/株，「固體菌肥-2」…0.066g/株。
從此知本發明的稀土菌肥對紫花苜蓿培育有顯著肥效。
權利要求
1.一種含有稀土元素的微生物肥料，微生物肥料由固氮菌、解鉀/磷菌、纖維素分解菌、載體、保護劑、中和劑、防黴劑組合成，其特徵在於，含有稀土元素的微生物肥料由固氮菌、解鉀/磷菌、纖維素分解菌、殼聚糖型載體、改型保護劑、中和劑、稀土元素促進劑組成。
2.根據權利要求1所述的一種含有稀土元素的微生物肥料，其特徵在於，所述固氮菌是共生固氮菌、自生固氮菌、聯合共生固氮菌，三種固氮菌；亦可以是其中的任意兩種或一種固氮菌。
3根據權利要求1所述的一種含有稀土元素的微生物肥料，其特徵在於，所述殼聚糖型載體是殼聚糖高分子溶液、或是球形殼聚糖粉劑、或是活性固體殼聚糖。
4.根據權利要求1與權利要求3所述的一種含有稀土元素的微生物肥料，其特徵在於，所述活性固體殼聚糖是在比表面積很大的固體物質表面復蓋一層薄層殼聚糖的微孔型固體粉末。
5.根據權利要求1所述的一種含有稀土元素的微生物肥料，其特徵在於，所述改型保護劑是糖蜜與麩皮與水解動物骨蛋白組成的混合物。
6.根據權利要求1所述的一種含有稀土元素的微生物肥料，其特徵在於，所述稀土元素促進劑是稀土元素的氯化物或硝酸鹽。
7.根據權利要求1與權利要求6所述的一種含有稀土元素的微生物肥料，其特徵在於，所述稀土元素的氯化物或硝酸鹽可以是單一稀土元素、亦可以是混合稀土元素的氯化物或硝酸鹽。
8.根據權利要求1與權利要求6所述的一種含有稀土元素的微生物肥料，其特徵在於，所述稀土元素的氯化物或硝酸鹽在微生物肥料中的質量百分含量是0.05％--1％。
全文摘要
本發明公開了一種含有稀土元素的微生物肥料，它由活性主體菌種、殼聚糖型載體、改型保護劑、中和劑、稀土元素促進劑等復配後組成。主體菌種包括固氮菌、解磷/鉀(或矽酸鹽細菌)菌、纖維素分解菌；殼聚糖型載體既適用於液體微生物肥料、亦適用於固體/凍幹型微生物肥料，殼聚糖型載體能提主體菌種的存活率；稀土元素促進劑是稀土元素的氯化物或硝酸鹽，既能提高存活率、亦能提高肥效。殼聚糖在自然土壤條件下很快降解，不會汙染耕田。
文檔編號C05F11/08GK1958532SQ200610143869
公開日2007年5月9日 申請日期2006年11月1日 優先權日2006年11月1日
發明者池利祥 申請人:內蒙古新鴻盛高科技園區有限責任公司