CN108546204A - 一种含γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混肥料母粒及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含γ‑聚谷氨酸与核苷酸的有机‑无机复混肥料母粒，它包括如下组分：聚谷氨基酸、核苷酸和氮磷钾复合肥，并通过一定配比制备而成；其中，聚谷氨酸含量为氮磷钾复合肥质量的0.05％‑2％，核苷酸的含量为氮磷钾复合肥质量的1％‑5％，总有机质含量≥15％。通过调整聚谷氨酸和核苷酸配比，可控制复合肥料释放周期，有效提高肥料的利用率。此外，本发明所述发酵核苷酸菌体破壁抽提浓缩液中除核苷酸外，还富含氨基酸、维生素等营养成分，这些成分作为生物刺激素也能提高肥料对作物的促生效果，本发明所述的含γ‑聚谷氨酸与核苷酸的有机‑无机复混肥料母粒能显著提高作物产量，有效改善化肥施用造成的土壤板结化。

Description

一种含γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混肥料母粒及其 制备方法与应用

技术领域

本发明属于农业领域，具体涉及一种含γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混肥料母粒及其制备方法与应用。

背景技术

我国是农业大国也是化肥使用大国，化肥年用量高达5000万吨(折纯氮磷钾)以上，为农业发展和粮食增产做出了突出贡献。然而，化肥的使用也带来了很多负面问题，肥料的利用率低，土地的质量下降，水污染，农作物抗性下降等，很大程度上威胁了农业的可持续发展。有机肥料因具有肥料利用率高，不易造成土壤板结、环境污染少等优点越来越受农业从业者的青睐，已经成为是未来农业可持续发展的前景产品。开发新型有机-无机复混肥也成为当前农业科技工作者的聚焦点。

γ-聚谷氨酸是由微生物发酵产生的一种均聚氨基酸，含有末端胺和多个COO^-基团，氮肥的NH₄ ⁺，磷肥中的PO₄ ³⁺、钾肥中的K⁺，元素肥料的Ca²⁺、Mg²⁺、Zn²⁺等可以直接和聚谷氨酸的羧基位点与酰胺基位点键合，形成水溶性的、稳定的聚谷氨酸盐，缓慢的为作物生长提供营养。基于其优良的生物可降解性、吸水性、离子螯合能力，γ-聚谷氨酸具有作为肥料增效剂的潜力。

核苷酸是组成核酸的单体，在植物体内参与许多生命活动，具有重要的生物学功能。将核苷酸添加到肥料中，肥料中的核苷酸被植物吸收后，核苷酸能促进作物对营养元素的吸收，增加干物质的积累，提高作物产量。核苷酸同时能促进植物体内钙调蛋白和钙依赖蛋白激酶(CDPKs)的合成和运转，而钙调蛋白和钙依赖蛋白激酶是细胞中Ca²⁺信号的受体，可作为运转Ca²⁺的载体，促进Ca²⁺在植物体内的传导性，提高Ca²⁺的吸收利用率。发酵核苷酸菌体破壁抽提浓缩液中除核苷酸外，还富含氨基酸、维生素等营养成分，这些成分作为生物刺激素也能提高肥料对作物的促生效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种含γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混肥料母粒及其制备方法，以解决现有技术存在的效果不佳等问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种含γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混肥料母粒，它包括如下组分：

氮磷钾复合肥、聚谷氨酸和核苷酸。

其中，所述的氮磷钾复合肥为常规含有氮磷钾三种元素的复合型肥料，且氮磷钾元素含量可根据生产需求任意调整。

其中，聚谷氨酸的质量为氮磷钾复合肥质量的0.05～2％，核苷酸的质量为氮磷钾复合肥质量的1～5％。

其中，所述的聚谷氨酸为γ-聚谷氨酸纯品、γ-聚谷氨酸盐纯品、γ-聚谷氨酸发酵液或γ-聚谷氨酸发酵液喷雾干燥粉剂中的任意一种或几种的组合；其中，聚谷氨酸的分子量为2k～3000kDa。

其中，所述的核苷酸为发酵核苷酸菌体破壁抽提浓缩液。

其中，所述的发酵核苷酸菌体破壁抽提浓缩液，其制备工艺为：

将酵母泥加水稀释至酵母泥的浓度为10～30wt％，在碱性环境下进行破壁处理，使细胞内的核酸溶出后，再将所得混合体系的pH调至中性，最后经浓缩后，得到发酵核苷酸菌体破壁抽提浓缩液。

其中，酵母泥从啤酒厂获得，调节pH所用试剂为乙酸，所述的碱性环境是指向混合体系中加入NaOH至混合体系中NaOH的质量浓度为2～6％，所述的浓缩是指用高效蒸发设备浓缩除去80％的水分。

其中，所述的发酵核苷酸菌体破壁抽提浓缩液中包括核苷酸、蛋白质、氨基酸、维生素、有机酸和菌体细胞壁。

其中，所述的含γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混肥料母粒中，总有机质的质量百分比不低于15％；其中，所述的总有机质包括聚谷氨酸、核苷酸和发酵核苷酸菌体破壁抽提浓缩液中的其它有机质。

其中，组分中聚谷氨酸和核苷酸具有协同增效的作用，通过调整聚谷氨酸和核苷酸配比，可控制复合肥料释放周期，开发速效肥和长效肥，具体为：

当聚谷氨酸的质量与氮磷钾复合肥质量之比大于0.5％，小于等于2％，核苷酸的质量与氮磷钾复合肥质量之比大于等于1％，小于2％时，所述的含γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混肥料母粒的缓释时间大于2个月，小于等于3个月；

当聚谷氨酸的质量与氮磷钾复合肥质量之比大于等于0.05％，小于等于0.5％，核苷酸的质量与氮磷钾复合肥质量之比大于等于2％，小于等于5％时，所述的含γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混肥料母粒的缓释时间大于等于0.5个月，小于等于2个月。

上述含γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混肥料母粒的制备方法，它包括如下步骤：

将磷肥、钾肥、氮肥混合生成肥料浆后，制备成肥料母粒；其中，在由肥料浆制备得到肥料母粒的过程中，加入聚谷氨酸和核苷酸。

其中，聚谷氨酸和核苷酸可以在肥料制备任意工段添加，也可预混后作为包膜添加。

上述含γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混肥料母粒在农业生产中的应用也在本发明的保护范围之内。

其中，应用方法为：含γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混肥料母粒在农业生产中可作为基施肥、追施肥、穴施肥使用，可以根施、灌施。适用于粮食作物如小麦、玉米、水稻等，也适用于经济作物如番茄、马铃薯、葡萄、大豆等。

有益效果：

(1)本发明中γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混肥料可通过调整聚谷氨酸和核苷酸配比，可控制复合肥料释放周期，开发速效肥和长效肥可以延长肥料释放时间，提高肥料利用率，有效提高作物产量。

(2)本发明中发酵核苷酸菌体破壁抽提浓缩液中除核苷酸外，还富含氨基酸、维生素等营养成分，不仅能促进作物微量元素吸收，这些成分作为生物刺激素也能提高肥料对作物的促生效果，有效提高作物质量。

(3)本发明中γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混肥料中的γ-聚谷氨酸能够改善土壤微生物群态，增加土壤微生物多样性，可有效改善化肥施用造成的土壤板结化。

(4)本发明中γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混肥料中的γ-聚谷氨酸和核苷酸均是生物发酵产品，在土壤中可完全被生物降解，对人体及土壤生物无毒害，对土壤环境无污染。

附图说明

图1为实施例9中不同肥料的缓释释放曲线。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。

实施例1发酵核苷酸菌体破壁抽提浓缩液的制备

将从啤酒厂获得的酵母泥稀释成15％的浑浊液，并向其中加入4％的NaOH，在80℃条件下破壁4h，然后将破壁液pH调至中性，用高效蒸发器除去80％的水分，即制备得到本发明所述的发酵核苷酸菌体破壁抽提浓缩液。

其中，核苷酸的含量12％、蛋白质的含量55％、氨基酸的含量3.5％、维生素1.8％、有机酸1.4％、菌体细胞壁25％。

实施例2按照如下步骤制备本发明的含γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混肥料。

将预热后的磷肥、钾肥与熔融尿素在混合槽中混合，反应生成肥料浆；再将γ-聚谷氨酸与核苷酸破壁抽提浓缩液按比例混合后加入肥料浆中，生成含γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混肥料浆，再经滚筒造粒制备得到颗粒状的含γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混肥料颗粒。其中，聚谷氨酸含量为氮磷钾复合肥质量的1％，核苷酸的含量为氮磷钾复合肥质量的2％，总有机质含量33.8％。

实施例3按照如下步骤制备本发明的含γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混肥料母粒，本实施例制备的含γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混肥母粒可作为水果类作物专用肥。

将预热后的磷肥、钾肥与熔融硝铵在混合槽中混合，反应生成肥料浆；肥料浆经滚筒造粒工艺制备成肥料颗粒；再将γ-聚谷氨酸与核苷酸破壁抽提浓缩液按比例混合后进一步浓缩，在肥料包膜工段添加至肥料颗粒表面形成包膜，由此制备得到含γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混肥料。其中，聚谷氨酸含量量为氮磷钾复合肥质量的0.2％，核苷酸的含量为氮磷钾复合肥质量的3％，总有机质含量48.6％。

实施例4按照如下步骤制备本发明的γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混肥料母粒，本实施例制备的含γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混肥母粒可作为茎叶类蔬菜专用肥。

将预热后的磷肥、钾肥与熔融硝铵在混合槽中混合，反应生成肥料浆；肥料浆经滚筒造粒工艺制备成肥料颗粒；再将γ-聚谷氨酸与核苷酸破壁抽提浓缩液混合后进一步浓缩，在肥料包膜工段添加至肥料颗粒表面形成包膜，由此制备得到含γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混肥料。其中，聚谷氨酸含量量为氮磷钾复合肥质量的2％，核苷酸的含量为氮磷钾复合肥质量的1％，总有机质含量18.7％。

实施例5本发明所述肥料对小麦肥料利用率及产量的影响

为考察本发明肥料对作物肥料利用率及产量的影响，试验设计了5个处理：

处理1不施肥；

处理2施用普通无机复合肥；

处理3施用含γ-聚谷氨酸的有机无机复混肥；

处理4施用含核苷酸的有机无机复混肥；

处理5施用实施例2中含γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混肥料。

本实施例为小麦小区试验，以试验肥料作为基施肥，不追肥，所有肥料除添加组分不同外，制备工艺均与实施例2一致，处理2、3、4、5中无机氮磷钾含量一致。处理3肥料中的γ-聚谷氨酸与处理4肥料中的核苷酸含量与处理5一致。测定不同配比肥料的缓释时间内N、P、K的吸收情况，计算不同肥料的氮肥利用率，试验结果如下：

表1小麦的生长情况

注：数值表示为平均值±标准差，同列数据后不同小写字母表示差异显著(P<0.05)

表1数据表明，本发明γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混肥料与普通尿基复合肥相比，能显著提高试验小麦产量，且可看出调整γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混肥料中γ-聚谷氨酸与核苷酸的不同配比，能控制缓释时间，提高作物对肥料的利用率。因此本发明γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混肥料能显著促进粮食作物增产，可控缓释时间，提高肥料利用率。

实施例6本发明所述肥料对草莓产量及质量的影响

为考察本发明对水果类作物的影响，试验设计了4个处理：

处理1施用普通无机复合肥；

处理2施用含γ-聚谷氨酸的有机无机复混肥；

处理3施用含核苷酸的有机无机复混肥；

处理4施用实施例3中制备的含γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混肥料。

所有肥料除添加组分不同外，制备工艺均与实施例3一致，所有处理中无机氮磷钾含量一致。处理2肥料中的γ-聚谷氨酸与处理3肥料中的核苷酸含量与处理4一致。表2为大棚草莓试验，以试验肥料作为基施肥，不追肥，待草莓采收后考察产量与品质。

表2不同复合肥对草莓产量及品质的影响

注：数值表示为平均值±标准差，同列数据后不同小写字母表示差异显著(P<0.05)

表2的结果表明，与普通无机复合肥对比，本发明中含γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混肥料显著提高了草莓的产量23.1％、Vc含量23.2％和果糖含量13.0％，并且可出看出核苷酸破壁抽提浓缩液在提高草莓品质方面优于γ-聚谷氨酸。由本实施例可知，本发明中含γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混肥料对水果类作物不但具有突出的增产效果，而且还能显著提高水果的品质。

实施例7本发明所述肥料对小青菜叶绿素及产量的影响

为考察本发明对茎叶类蔬菜的影响，试验设计了5个处理：

处理1施用普通复合肥；

处理2施用含γ-聚谷氨酸有机-无机复混肥；

处理3施用含核苷酸的有机无机复混肥；

处理4施用实施例4中制备的含γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混肥料；

处理5施用实施例4中制备的γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混肥料，但施用量比处理4减少15％。

本实施例开展盆栽小青菜试验，以试验肥料作为基施肥，不追肥，待小青菜采收后考察产量与品质。

表3不同复合肥对小青菜叶绿素及产量的影响

注：数值表示为平均值±标准差，同列数据后不同小写字母表示差异显著(P<0.05)

表3的结果表明，与普通无机复合肥对比，本发明中含γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混肥料显著提高了小青菜的株高及鲜重，即使在肥料减少10％的情况下含γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混肥料也能促进作物的产量。肥料中添加γ-聚谷氨酸与核苷酸后的促生效果显著优于只添加γ-聚谷氨酸或核苷酸。本实施例表明含γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混肥料在茎叶类蔬菜上作用效果显著，且能有效提高肥料利用效率，减少肥料施用量。

实施例8本发明所述肥料对黄瓜品质及产量的影响

为考察本发明对果蔬类蔬菜的影响，试验设计了5个处理：

处理1施用普通无机复合肥；

处理2施用仅含γ-聚谷氨酸的有机-无机复混肥(γ-聚谷氨酸含量同实施例2)；

处理3施用仅含发酵核苷酸菌体破壁抽提浓缩液的有机-无机复混肥(核苷酸含量同实施例2)；

处理4施用含γ-聚谷氨酸与核苷酸纯品的有机-无机复混肥料(γ-聚谷氨酸、核苷酸含量同实施例2)；

处理5施用实施例2制备的γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混肥料。

本实施例开展大棚黄瓜试验，以试验肥料作为基施肥，不追肥，待黄瓜采收后考察产量与品质。

表4同复合肥对黄瓜产量及品质的影响

注：数值表示为平均值±标准差，同列数据后不同小写字母表示差异显著(P<0.05)

表4的结果表明，与普通无机复合肥对比，有机-无机复混肥料均能提高黄瓜的产量及品质，本发明γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混肥料在与其他不同成分的具有显著优势，仅添加发酵核苷酸破壁抽提浓缩液的复混肥料在不含γ-聚谷氨酸的条件下，无法使作物充分吸收养分，导致其与仅添加γ-聚谷氨酸的复混肥相比，γ-聚谷氨酸具有锁水吸收无机元素的作用，使得其有显著提高产量和品质的效果。而用纯核苷酸的复混肥和本发明的使用发酵核苷酸菌体破壁抽提浓缩液制备的复混肥相比，含纯核苷酸的复混肥缺少了其他有机质，提高效果没有本发明发酵核苷酸菌体破壁抽提浓缩液复混肥明显，本发明中除了无机肥、γ-聚谷氨酸、核苷酸，更具有其他丰富的有机质，为作物的生长提供了重要的基础。更为明显的是，使用本发明即可以减少生产成本，又能大幅提高作物产量与品质，添加纯核苷酸的复混肥造价成本高于本发明添加发酵核苷酸菌体破壁抽提浓缩液，且添加纯核苷酸的复混肥提高效果也只与仅添加γ-聚谷氨酸的复混肥相近，甚至略低。由以上实例可知，本发明γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混肥料具有低成本、高效率的作物提升效果。

实施例9本发明所制备的速效肥和长效肥具有不同的缓释期

制备如下肥料：

肥料1：普通无机复合肥；

肥料2：含γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混速效肥，制备工艺同实施例2，其中，聚谷氨酸含量为氮磷钾复合肥质量的0.3％，核苷酸的含量为氮磷钾复合肥质量的5％，总有机质含量35％，氮磷钾含量同肥料1；

肥料3：含γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混长效肥，制备工艺同实施例2，其中，聚谷氨酸含量为氮磷钾复合肥质量的1％，核苷酸的含量为氮磷钾复合肥质量的1.5％，总有机质含量35％，氮磷钾含量同肥料1。

缓释期测定方法：称10.00g上述肥料样品，放入孔径0.15mm的尼龙纱网做成的小袋中，封口，并将其置于盛有200mL去离子水的带盖密封塑料瓶中，塑料瓶密封后置于25℃恒温水浴中。每隔5天取样一次，取样时，将塑料瓶上下颠倒3次，使瓶中的液体浓度一致。然后取出网袋，将肥料浸提液摇匀后取样，用凯氏定氮法测定浸提液中释放的N素，并计算营养释放率。

如图1所示，普通复合肥的缓释期在20天左右，本发明制备的含γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混速效肥，其缓释期在40天左右，本发明制备的含γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混长效肥，其缓释期在90天左右。因此，与普通复合肥相比，本发明所述的含γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复肥具有显著的缓释效果，且通过调整聚谷氨酸和核苷酸的含量，可实现制备缓释期不同的肥料，以适应不同作物的需求。

Claims (10)

1.一种含γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混肥料母粒，其特征在于，它包括如下组分：

氮磷钾复合肥、聚谷氨酸和核苷酸。

2.根据权利要求1所述的含γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混肥料母粒，其特征在于，聚谷氨酸的质量为氮磷钾复合肥质量的0.05～2％，核苷酸的质量为氮磷钾复合肥质量的1～5％。

3.根据权利要求1所述的含γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混肥料母粒，其特征在于，所述的聚谷氨酸为γ-聚谷氨酸纯品、γ-聚谷氨酸盐纯品、γ-聚谷氨酸发酵液或γ-聚谷氨酸发酵液喷雾干燥粉剂中的任意一种或几种的组合；其中，聚谷氨酸的分子量为2k～3000kDa。

4.根据权利要求1所述的含γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混肥料母粒，其特征在于，所述的核苷酸为发酵核苷酸菌体破壁抽提浓缩液。

5.根据权利要求4所述的含γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混肥料母粒，其特征在于，所述的发酵核苷酸菌体破壁抽提浓缩液，其制备工艺为：

将酵母泥加水稀释至酵母泥的浓度为10～30wt％，在碱性环境下进行破壁处理后，再将所得混合体系的pH调至中性，最后经浓缩后，得到发酵核苷酸菌体破壁抽提浓缩液。

6.根据权利要求4所述的含γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混肥料母粒，其特征在于，所述的发酵核苷酸菌体破壁抽提浓缩液中包括核苷酸、蛋白质、氨基酸、维生素、有机酸和菌体细胞壁。

7.根据权利要求2所述的含γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混肥料母粒，其特征在于，当聚谷氨酸的质量与氮磷钾复合肥质量之比大于0.5％，小于等于2％，核苷酸的质量与氮磷钾复合肥质量之比大于等于1％，小于2％时，所述的含γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混肥料母粒的缓释时间大于2个月，小于等于3个月。

8.根据权利要求2所述的含γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混肥料母粒，其特征在于，当聚谷氨酸的质量与氮磷钾复合肥质量之比大于等于0.05％，小于等于0.5％，核苷酸的质量与氮磷钾复合肥质量之比大于等于2％，小于等于5％时，所述的含γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混肥料母粒的缓释时间大于等于0.5个月，小于等于2个月。

9.权利要求1所述的含γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混肥料母粒的制备方法，其特征在于，它包括如下步骤：

将磷肥、钾肥、氮肥混合生成肥料浆后，制备成肥料母粒；其中，在由肥料浆制备得到肥料母粒的过程中，加入聚谷氨酸和核苷酸。

10.权利要求1所述的含γ-聚谷氨酸与核苷酸的有机-无机复混肥料母粒在农业生产中的应用。