CN110342979A - 一种水稻肥料增效剂及其制备方法和使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种水稻肥料增效剂及其制备方法和使用方法，所述水稻肥料增效剂包括多聚氨基酸和植物激素，所述植物激素由萘乙酸和水杨酸组成。本发明的水稻肥料增效剂从代谢生理学和激素生理作用的角度出发，以萘乙酸和水杨酸组成植物激素，配伍多聚氨基酸，组分间发生协同作用，与肥料共同施用后，有效实现肥料的生理性缓慢释放，提高肥料利用率；同时提高水稻的抗逆性，包括抗高温和低温、抗干旱和渍涝、抗倒伏能力，改善水稻的生理代谢，促进水稻获得优质高产稳产。
Description
技术领域
本发明涉及肥料技术领域，尤其涉及一种水稻肥料增效剂及其制备方法和使用方法。
背景技术
肥料是农业产业发展的重要生产资料，对于促进作物优质、高产和稳产，保障粮食安全具有不可替代的作用。化肥是粮食作物的“粮食”，粮食产量与化肥施用量呈线性关系。为了提高单位面积的作物产量，土壤施肥量连年增加。统计资料表明：近二十年来，我国化肥施用量由3850多万吨增加到6348.7万吨；到目前为止，我国化肥用量占世界化肥用量的31％，相当于世界平均用量的4倍；过量施肥导致肥料边际效率降低，化肥利用率降低。我国常年水稻种植面积3000～3017.6万公顷，总产量2.0589～2.0856亿吨。按每公顷纯氮210公斤计算，需尿素433公斤/公顷，每年向土壤中施入的尿素量1299～1307万吨。当季利用率按24.98％计算，每年流失量974.51～980.51万吨，造成经济损失198.8～200.2亿元(按尿素2040元/吨计算)。过量施用氮肥，不仅造成巨大的经济损失，而且，还导致土壤有机质含量降低，土壤结构变差、容重增加、孔隙度减少，土壤微生物菌类数量减少和菌落种类比例失调，氮磷钾与微量元素有效养分间失去平衡，水稻生产对化肥的依赖性增强等问题。并且，过量施用氮肥，导致水稻籽粒氮素及蛋白质含量增加，氨基酸含量比例失衡，营养品质下降。因此，提高肥料特别是化肥的利用率，对水稻产业发展具有重要的理论和实践意义。
已有研究表明，采用常规栽培与施肥技术结合，在一定程度上，可以提高肥料利用率、降低化肥污染。第一，增施农家肥，包括秸秆、动物粪便、绿肥等，通过增加土壤有机质含量，改善土壤微生物生态环境，改善土壤结构，提高土壤的吸肥性和保肥性，增加土壤胶体对重金属等有毒物质的吸附能力。第二，应用配方施肥技术，可以通过确定施肥量、施肥种类、施肥时期，保障土壤养分的平衡供应，减少化肥的浪费，避免对土壤环境造成污染。第三，改进施肥方法，如：碳酸氢铵的深施可提高利用31％～32％，尿素可提高5％～12.7％。但是，常规栽培与施肥技术投资高、见效慢、施用条件受限制，应用效果有限，还有一定负面影响，如：秸秆还田需要大型农业机械，不适用于东北平原低温冷凉地区，并且易加重土壤病虫害危害；我国土壤类型复杂多变，精量配方施肥实际操作困难；氮肥深施需要大型农机具支持。因此，常规栽培与施肥技术结合推广受限。
近来又有研究发现，通过化学肥料改性，延缓有效养分的释放速度，可以减少施肥次数，提高肥料利用效率。在肥料改性技术中，首先提出了肥料包膜技术(沸石包膜、淀粉包膜、树脂包膜、硫包膜等)，通过膜相物质的物理阻碍效应，延缓肥料的释放速度，改善养分的有效性，减少养分流失，延长养分持效期。但是，该项技术在应用过程中发现：沸石和淀粉包衣延缓释放效果差，与常规肥料释放速度差异不大；树脂包衣延释效果显著，但耕层土壤中的树脂壳白色污染严重影响作物根系的发育；硫包衣不适于南方酸性土壤，易造成土壤酸化。而后又有学者提出在肥料中添加脲甲醛、硝化抑制剂和脲酶抑制剂，希望通过干扰尿素和硝态氮在土壤中的消化、反硝化进程，减少氮素损失，延长氮素的持效期，提高氮素利用率。但是，在实际应用中发现，脲甲醛分解和微生物相关，受温度、湿度影响，而且脲甲醛不适合旱地作物；硝化酶抑制剂和脲酶抑制剂不适合水田或者降水多的区域，因为水会降低硝化酶和脲酶抑制剂的浓度，降低有效性；并且，该类产品没有减少尿素流失的功能。
因此，研制新型水稻肥料增效剂，特别是氮素肥料增效剂，显得极其迫切和重要。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种水稻肥料增效剂及其制备方法和使用方法。
本发明提供一种水稻肥料增效剂，包括多聚氨基酸和植物激素，所述植物激素由萘乙酸和水杨酸组成。
优选地，本发明中所述水稻肥料为适用于水稻的氮肥或含氮的复合肥；进一步优选为尿素。
植物激素对植物的生长发育有重要的调控(促进、抑制)作用，根据其作用，大致将植物激素分为生长促进剂和生长延缓剂，其中，生长延缓剂包括赤霉素(GA3)、表油菜素内脂(BR)、萘乙酸(亦称α-萘乙酸，NAA)、吲哚乙酸(IAA)和吲哚丁酸(IBA)等，生长延缓剂包括多效唑(PP333)、烯效唑(S3307)、矮壮素(CCC)、抗倒酯(TE)、缩节胺(DPC)、水杨酸(SA)和茉莉酸(JA)等。
本发明从代谢生理学和激素生理作用的角度，发现由萘乙酸和水杨酸组成的植物激素，可有效促进根系建构，提高根系活力，提高作物抗高温、抗冷和抗病能力，促进氮素吸收同化，提高氮素利用率；同时，与多聚氨基酸发生协同作用，能更好地改善土壤中肥料的有效态和释放速度，改善作物的生理代谢，提高肥料尤其是氮素肥料的利用率。
优选地，所述萘乙酸和水杨酸的质量比为2:0.2～5；进一步优选为2:1。
当萘乙酸和水杨酸的质量比控制在上述范围内，所述肥料增效剂提高水稻抗逆性(抗高温和低温、抗干旱和渍涝、抗倒伏)的效果更好。
优选地，所述多聚氨基酸为聚天门冬氨酸和/或聚谷氨酸；进一步优选为聚天门冬氨酸。
从改善作物内部生理代谢过程，提高作物抗逆性，提高肥料速效性，提高肥料利用率的角度，选用聚天门冬氨酸。从螯合铵离子和电性吸附硝酸根离子，提高氨离子稳定性，提高土壤颗粒电负性和富集活化矿质元素的角度，选择聚天门冬氨酸(polyasparticacid，PASP)或聚谷氨酸(polyglutamic acid,PGA)，或两者复合物，结合应用方式和实用效果，更优选为聚天门冬氨酸。
优选地，所述水稻肥料增效剂还包括微量元素。
微量元素的引入可改善逆境蛋白的稳定性和活性，调控产量器官的发育，促进水稻高产。
优选地，所述微量元素为硫酸锌、硫酸锰和硼酸中的一种或多种；进一步优选为硼酸。
当选用硼酸时，其改善逆境蛋白稳定性和活性的效果更优，与其余组分协同作用更好。
在本发明一个优选实施方式中，所述水稻肥料增效剂包括以下重量份的原料：聚天门冬氨酸15-38份、萘乙酸10-24份、水杨酸5-12份和硼酸0.5-1.5份。
上述技术方案中，将聚天门冬氨酸、萘乙酸、水杨酸和硼酸四种物质合理配伍、发挥协同作用，得到的肥料增效剂添加到氮素化肥或NPK复混肥中，可达到如下效果：改善化肥中氮磷钾无机离子的电负性，提高肥料溶解度，增加肥料速效性；将铵根、硝酸根等由无机离子转化为螯合态或高电负性缓效型离子团，降低养分离子在土壤中的移动速率，减少养分流失，延长肥效，提高肥料利用率；施入土壤后，改善土壤颗粒吸附能力，提高土壤颗粒的阳离子交换量，增强土壤的保肥能力，富集养分，减少养分流失，延长肥效；延缓尿素和硝态氮在土壤中的硝化、反硝化进程，减少氮气形成量，减少氮肥损失；提高生物膜的稳定性，提高作物抗逆性，包括抗高温和低温、抗干旱和渍涝、抗倒伏，保障作物高产稳产；促进根系建构，提高根系活力，延长叶片寿命和功能期，促早熟，防早衰。
对聚天门冬氨酸、萘乙酸、水杨酸和硼酸四种组分的协同作用进行了验证。选择聚天门冬氨酸钠(PASP)、萘乙酸(NAA)、水杨酸(SA)和硼酸(B)为主要组分，分别设置0、1、2、3四个用量梯度(用量梯度见表1)，2015年-2018年，分别设置了不同因子的大田试验，三次重复。将不同组分配比处理与尿素(折合每亩12.5kg纯氮)搅拌均匀后基施，于水稻幼苗三叶一心期放入4℃低温培养室处理4天，三次重复，取样测定超氧化物岐化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性和丙二醛(MDA)含量。在大田试验中，以鑫优9113为测试品种，于水稻播种前，与尿素(折合每亩12.5kg纯氮)搅拌均匀后基施，三次重复；成熟期收获，测产。测试结果如表2-4所示，其中CK代表喷施清水对照，P代表聚天门冬氨酸、N代表萘乙酸、S代表水杨酸、B代表硼酸，SOD代表超氧化物歧化酶，POD代表过氧化物酶，MDA代表丙二醛。
表1聚天门冬氨酸、萘乙酸、水杨酸和硼酸重量梯度表(单位：kg/吨尿素)
| 代码 | PASP | NAA | SA | H<sub>3</sub>BO<sub>3</sub> |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 1.50 | 0.5 | 0.25 | 0.05 |
| 2 | 2.65 | 1.5 | 0.75 | 0.10 |
| 3 | 3.80 | 2.5 | 1.25 | 0.15 |
表2聚天门冬氨酸、萘乙酸、水杨酸和硼酸氮肥利用效率协同作用实验
注：氮肥偏生产力＝施肥区水稻产量/施氮量；
氮肥农学效率＝(施肥区水稻产量-不施肥对照区水稻产量)/施氮量。
表3聚天门冬氨酸、萘乙酸、水杨酸和硼酸抗逆性协同作用实验
表4聚天门冬氨酸、萘乙酸、水杨酸和硼酸产量协同作用实验
由表2-4可知，聚天门冬氨酸、萘乙酸、水杨酸和硼酸具有显著的协同作用，抗逆性显著提高，其中超氧化物歧化酶和过氧化物酶分别提高了121.01％和65.03％，丙二醛含量降低了55.15％；氮肥缓释性增强，氮素利用率提高，其中偏氮肥生产率和氮肥农学效率分别提高35.76％和105.71％；平均亩穗数增加了10.22％，穗粒数增加15.97％，千粒重增高8.12％，结实率增加22.10％，平均亩产量增加了208.0kg，占31.26％。
本发明还提供上述水稻肥料增效剂的制备方法，包括：先配制氢氧化钠溶液，然后加入聚天门冬氨酸，反应完全得到聚天门冬氨酸钠溶液后，再加入萘乙酸、水杨酸和硼酸。
上述制备方法中，先将聚天门冬氨酸用氢氧化钠溶液进行溶解，再加入其余组分，有利于各组分的溶解，得到均质的水稻肥料增效剂。
另外，本发明还提供上述水稻肥料增效剂的使用方法，包括：将所述水稻肥料增效剂均匀喷布在肥料颗粒表面；
或，将所述水稻肥料增效剂添加到肥料生产过程中。
在本发明一个优选实施方式中，肥料为尿素，其生产过程中有一中间产物为脲液，则将所述水稻肥料增效剂添加到脲液中，从而使肥料增效剂与尿素更均匀地结合到一起。
在使用上述水稻肥料增效剂时，每1000kg肥料中添加3.05-7.55kg所述水稻肥料增效剂。若添加的量过少，其提高肥料利用率效果不明显，若添加的量过多则会导致肥料造粒效果差，不易分装。
添加了肥料增效剂后的肥料可用作基肥或用于追肥。
本发明的水稻肥料增效剂从代谢生理学和激素生理作用的角度出发，以萘乙酸和水杨酸组成植物激素，配伍多聚氨基酸，组分间发生协同作用，与肥料共同施用后，有效实现肥料的生理性缓慢释放，增加肥料效果，提高肥料利用率；同时提高水稻的抗逆性，包括抗高温和低温、抗干旱和渍涝、抗倒伏能力，改善水稻的生理代谢，促进水稻获得优质高产稳产。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下实施例中，所用试剂均为市购获得：
聚天门冬氨酸(河北协同环保科技股份有限公司，CAS登记号：5608-40-6)，水杨酸(湖北鸿鑫瑞宇精细化工有限公司,CAS登记号：69-72-7)，萘乙酸(常州市佳业化工有限公司，CAS登记号：86-87-3)，氢氧化钠(天津市同鑫化工厂，CAS登记号：1310-73-2)，硼酸(天津市同鑫化工厂，CAS登记号：10043-35-3)。
实施例1
本实施例提供一种水稻肥料增效剂，包括以下组分：聚天门冬氨酸30g、萘乙酸10g、水杨酸5g和硼酸1g。
本实施例还提供上述水稻肥料增效剂的制备方法：首先称取27g氢氧化钠溶于60ml水中，之后加入30g聚天门冬氨酸，待反应完全后，再依次加入10g萘乙酸、5g水杨酸和1g硼酸，最后用水定容至200ml。
实施例2
本实施例提供一种水稻肥料增效剂，包括以下组分：聚天门冬氨酸30g、萘乙酸10g、水杨酸15g和硼酸2g。其制备方法同实施例1。
实施例3
本实施例提供一种水稻肥料增效剂，包括以下组分：聚天门冬氨酸30g、萘乙酸30g、水杨酸25g和硼酸2g。其制备方法同实施例1。
实施例4
本实施例提供一种水稻肥料增效剂，包括以下组分：聚天门冬氨酸30g、萘乙酸30g、水杨酸15g和硼酸1g。其制备方法同实施例1。
实施例5
本实施例提供一种水稻肥料增效剂，包括以下组分：聚天门冬氨酸30g、萘乙酸30g、水杨酸5g和硼酸3g。其制备方法同实施例1。
实施例6
本实施例提供一种水稻肥料增效剂，包括以下组分：聚天门冬氨酸30g、萘乙酸10g和水杨酸15g。其制备方法同实施例1。
实施例7
本实施例提供一种水稻肥料增效剂，包括以下组分：聚谷氨酸30g、萘乙酸30g、水杨酸15g和硫酸锌1g。其制备方法同实施例1。
对照例1
本对照例提供一种水稻肥料增效剂，包括以下组分：聚天门冬氨酸30g、吲哚乙酸10g、水杨酸4g、矮壮素1g和硼酸1g。其制备方法同实施例1。
对照例2
本对照例提供一种水稻肥料增效剂，包括以下组分：聚谷氨酸30g、萘乙酸5g、吲哚乙酸5g、水杨酸5g和硼酸2g。其制备方法同实施例1。
实验例
将实施例1-7和对比例1-2得到的水稻肥料增效剂分别均匀喷布于尿素颗粒表面，喷布比例为每吨肥料添加10L水稻肥料增效剂。当所用肥料为尿素时，也可将肥料增效剂添加到生产过程中的脲液中。
将上述添加有肥料增效剂的氮肥施用在湖北省和黑龙江省的多个示范试验基地，最终观察发现，在2016年、2017年籼稻/粳稻氮素农学效率和片氮肥生产率分别提高105.71％和35.76％；所有参试水稻田均未发生高温热害(中稻/籼稻)、低温冷害(粳稻)和风灾倒伏，对照田均发生不同程度的热害、冷害和风灾倒伏影响，冷害影响包括弱小苗和死苗，受害率介于42％～60％；产量平均提高27％以上；热害影响包括空秕粒、垩白米，受害率介于37％～52％；产量平均提高37％以上。在黑龙江省、湖北省，所有参试水稻田和对照田均未发生倒伏的情况下，处理比对照增产20％以上。
由此可知，本发明的肥料增效剂具有以下有益效果：
(1)降低土壤氮素损失量，提高肥料利用率。该肥料增效剂与氮肥或NPK复合肥混合施用，提高了土壤有效氮含量，降低了40cm以下土壤中有效氮素含量，减少了氮素流失；提高了水稻吸收、同化氮素的能力，提高了氮素利用率；达到了促进化肥生理性缓慢释放和提高肥料利用率的效果。
(2)改善植株氮素代谢过程，提高水稻抗逆性。该肥料增效剂与氮肥或NPK复合肥混合施用后，水稻根系庞大，次生根数量多，根系活力强；增加水稻根系对土壤的固着力和吸收养分的能力，苗齐、苗壮；秸秆木质素含量和粗纤维含量增高，抗拉强度增大，抗倒伏和抗逆境能力强。
(3)提高水稻整齐度，促早熟。该肥料增效剂与氮肥或NPK复合肥混合施用后(基施)水稻一、二级分蘖长势整齐一致；叶片宽厚浓绿，功能期延长，增强光合作用，增加千粒重，促进早熟。
(4)提高产量和品质。促穗壮籽，提高穗粒数和千粒重，减少空秕籽率，减少垩白米率，改善水稻品质，提高产量，增产20％以上。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种水稻肥料增效剂，包括多聚氨基酸和植物激素，其特征在于，所述植物激素由萘乙酸和水杨酸组成；
优选地，所述水稻肥料为氮肥或含氮的复合肥。
2.根据权利要求1所述的一种水稻肥料增效剂，其特征在于，所述萘乙酸和水杨酸的质量比为2:0.2～5，优选为2:1。
3.根据权利要求1或2所述的一种水稻肥料增效剂，其特征在于，所述多聚氨基酸为聚天门冬氨酸和/或聚谷氨酸；优选为聚天门冬氨酸。
4.根据权利要求1～3任一项所述的一种水稻肥料增效剂，其特征在于，所述水稻肥料增效剂还包括微量元素。
5.根据权利要求4所述的一种水稻肥料增效剂，其特征在于，所述微量元素为硫酸锌、硫酸锰和硼酸中的一种或多种；优选为硼酸。
6.根据权利要求1～5任一项所述的一种水稻肥料增效剂，其特征在于，所述水稻肥料增效剂包括以下重量份的原料：聚天门冬氨酸15-38份、萘乙酸10-24份、水杨酸5-12份和硼酸0.5-1.5份。
7.权利要求6所述的水稻肥料增效剂的制备方法，其特征在于，包括：先配制氢氧化钠溶液，然后加入聚天门冬氨酸，反应完全后，再加入萘乙酸、水杨酸和硼酸。
8.权利要求1-6任一项所述的水稻肥料增效剂的使用方法，其特征在于，包括：将所述水稻肥料增效剂均匀喷布在肥料颗粒表面；
或，将所述水稻肥料增效剂添加到肥料生产过程中。
9.根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于，在尿素生产过程中，将所述水稻肥料增效剂添加到脲液中。
10.根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于，每1000kg肥料中添加3.05-7.55kg所述水稻肥料增效剂。
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