本發(fā)明涉及肥料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻專用肥及其制備方法。

背景技術(shù)：

高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的水稻生產(chǎn)是保障我國(guó)糧食安全的重要內(nèi)容，科學(xué)施肥在促進(jìn)水稻提質(zhì)增產(chǎn)上具有重要的作用和意義。近年來(lái)，我國(guó)稻田土壤普遍存在著專用性肥料品種單一、施肥量過(guò)大、施肥方式不合理及肥料利用率低等問(wèn)題，這造成了肥料專用性差、肥料養(yǎng)分損失嚴(yán)重、稻田土壤生態(tài)環(huán)境污染、土壤肥力下降，不利于水稻的安全生產(chǎn)。因此，在我國(guó)水稻生產(chǎn)上新型水稻專用肥的研制與科學(xué)施用刻不容緩。

γ-聚谷氨酸是一種對(duì)環(huán)境無(wú)毒害、能被生物降解的高分子氨基酸聚合物，作為肥料增效劑，具有防止肥料養(yǎng)分流失、促進(jìn)作物吸收養(yǎng)分、減少肥料用量、增加作物產(chǎn)量、改善作物品質(zhì)等作用。生物炭是生物質(zhì)在高溫限氧條件下熱解而成的含碳豐富的固體物質(zhì)，由于具有高度的芳香化結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積，作為土壤改良劑，能夠起到改善土壤結(jié)構(gòu)、增加土壤保水保肥能力、提高肥料利用率等效果。

因此，根據(jù)土壤供肥規(guī)律和水稻需肥特點(diǎn)，設(shè)計(jì)水稻專用肥配方，在傳統(tǒng)水稻專用配方肥料生產(chǎn)基礎(chǔ)上添加γ-聚谷氨酸和生物炭制備新型生物炭基水稻專用肥，對(duì)豐富水稻專用肥品種、提升水稻生產(chǎn)科學(xué)施肥水平、提高肥料利用率、促進(jìn)水稻提質(zhì)增產(chǎn)具有重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能夠提高土壤肥力、提高肥料利用率和促進(jìn)水稻提質(zhì)增產(chǎn)的添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻專用肥及其制備方法。

本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻專用肥，其特殊之處在于：包括以下重量份數(shù)的原料：

尿素 380-420份

磷酸一銨 260-300份

氯化鉀 240-280份

γ-聚谷氨酸 0.01-0.5份

生物炭 4-10份

腐植酸 4-10份

硅酸鉀 0.05-0.5份

硫酸鋅 0.05-0.5份

粉煤灰 0.1-0.8份

填充劑 25-50份。

本發(fā)明的添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻專用肥，所述γ-聚谷氨酸為微生物法發(fā)酵制得的γ-聚谷氨酸發(fā)酵液，其中用于制備γ-聚谷氨酸發(fā)酵液的菌株為地衣芽孢桿菌（Bacillus licheniformis）；所述γ-聚谷氨酸的平均分子量為100-1000kDa；所述地衣芽孢桿菌優(yōu)選中國(guó)工業(yè)微生物菌種保藏管理中心（China Center of Industrial Culture Collection，英文縮寫CICC）的地衣芽孢桿菌CICC 10037。

本發(fā)明的添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻專用肥，所述生物炭為作物秸稈在400℃～450℃厭氧條件下炭化、粉碎、過(guò)60目尼龍篩制得，作物秸稈包括玉米秸稈、小麥秸稈、花生秸稈、油菜秸稈中的一種或兩種以上的混合物。

本發(fā)明的添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻專用肥，所述生物炭由作物秸稈制得，所述腐植酸分子量為2000-5000，外觀呈褐黑色粉末狀，氮含量為2-5％，為質(zhì)量百分比。

本發(fā)明的添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻專用肥，

所述尿素為小顆粒尿素，粒徑為0.85-2.80mm，其中氮含量為46.2%；

所述磷酸一銨呈普通粉末狀，其中氮含量為14%，磷含量為43%；

所述氯化鉀中鉀含量為60%；

所述硅酸鉀呈粉末狀，其中鉀含量≥31%，二氧化硅含量≥65.5%；

所述硫酸鋅呈粉末狀，其中鋅含量≥21.5%；

所述粉煤灰呈粉末狀，其中二氧化硅含量≥40%；

上述含量均為質(zhì)量含量；其中氮含量以氮元素計(jì)，磷含量以五氧化二磷計(jì)，鉀含量以氧化鉀計(jì)，鋅含量以氧化鋅計(jì)。

本發(fā)明的添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻專用肥，所述填充劑為硝銨、硝銨磷、硫酸鎂、氯化銨、硫酸銨、硫酸鉀、硝酸鉀、粘土、滑石粉、膨潤(rùn)土、硅藻土中的一種或兩種以上的混合物。

本發(fā)明的添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻專用肥，所述原料除γ-聚谷氨酸發(fā)酵液、尿素外，其余原料的粒徑均小于1mm。

本發(fā)明的優(yōu)選方案為，一種添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻專用肥，包括以下重量份數(shù)的原料：

尿素 400-410份

磷酸一銨 270-290份

氯化鉀 260-270份

γ-聚谷氨酸 0. 1-0.4份

生物炭 5-8份

腐植酸 5-8份

硅酸鉀 0.1-0.4份

硫酸鋅 0.1-0.4份

粉煤灰 0.2-0.6份

填充劑 30-40份。

本發(fā)明的最優(yōu)方案為，一種添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻專用肥，包括以下重量份數(shù)的原料：

尿素 404份

磷酸一銨 280份

氯化鉀 265份

γ-聚谷氨酸 0. 2份

生物炭 7.5份

腐植酸 7.5份

硅酸鉀 0.2份

硫酸鋅 0.2份

粉煤灰 0.4份

填充劑 35份。

本發(fā)明的添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻專用肥的制備方法，包括以下步驟：

（1）γ-聚谷氨酸發(fā)酵液的制備：將地衣芽孢桿菌菌株在富含營(yíng)養(yǎng)的固體培養(yǎng)基斜面上于37℃培養(yǎng)24小時(shí)，制得成熟的斜面種子；將上述種子接種于活化培養(yǎng)基中，在37℃震蕩培養(yǎng)24小時(shí)，制得地衣芽孢桿菌種子液；將上述地衣芽孢桿菌種子液以10%的接種量接入發(fā)酵罐培養(yǎng)基中，于37℃培養(yǎng)48小時(shí)，制得含γ-聚谷氨酸發(fā)酵液，備用；

（2）生物炭的制備：將農(nóng)作物秸稈清潔風(fēng)干后，置于炭化爐內(nèi)，于400-450℃厭氧條件下熱解40-80min，冷卻后取出，粉碎、過(guò)篩，制得生物炭，備用；

（3）將尿素經(jīng)過(guò)高溫熔融至120-150℃，進(jìn)入緩沖槽，再經(jīng)輸送泵加壓，經(jīng)計(jì)量后送至造粒塔塔頂混合槽內(nèi)；

（4）將經(jīng)過(guò)預(yù)處理的磷酸一銨、氯化鉀、γ-聚谷氨酸發(fā)酵液、生物炭、腐植酸、硅酸鉀、硫酸鋅、粉煤灰、填充劑按重量比例分別計(jì)量后，輸送至攪拌器中充分混合，加熱至90-105℃，由提升機(jī)提升至造粒塔塔頂料倉(cāng)；

（5）將塔頂料倉(cāng)中加熱后的混料計(jì)量后輸送至塔頂混合槽中，攪拌混合3-5min，料漿溫度110-115℃，然后采用噴淋裝置進(jìn)行噴淋造粒，當(dāng)噴淋滴珠在造粒塔中下落穿過(guò)上升的空氣流時(shí)，冷卻固化，形成顆粒；

（6）進(jìn)一步冷卻、篩分、計(jì)量、包裝，制得添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻專用肥。

本發(fā)明的添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻專用肥的制備方法，步驟（1）中所述固體培養(yǎng)基成分包括蛋白胨10g/L、牛肉膏5g/L、NaCl 5g/L、瓊脂20g/L，以水補(bǔ)足體積，固體培養(yǎng)基的pH為7.2；所述活化培養(yǎng)基成分包括葡萄糖20g/L、蛋白胨20g/L、谷氨酸鈉20g/L、K₂HPO₄ 0.5g/L、MgSO₄·7H₂O 0.5 g/L，以水補(bǔ)足體積，活化培養(yǎng)基的pH為7.2；所述發(fā)酵罐培養(yǎng)基成分包括葡萄糖30g/L、蛋白胨30g/L、谷氨酸鈉20g/L、檸檬酸12g/L、NaCl 10g/L、K₂HPO₄ 0.5g/L、MgSO₄·7H₂O 0.5g/L、CaCl₂·2H₂O 0.15g/L、FeCl₃·6H₂O 0.04g/L，以水補(bǔ)足體積，發(fā)酵罐培養(yǎng)基的pH為7.2-7.5。

本發(fā)明的添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻專用肥的制備方法，步驟（1）中所述發(fā)酵罐的通氣量60L/min、轉(zhuǎn)速300-600r/min、罐壓0.02-0.04MPa。

本發(fā)明的添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻專用肥的制備方法，步驟（1）中活化培養(yǎng)基的震動(dòng)頻率為180r/m。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明配方科學(xué)，養(yǎng)分均衡，能夠滿足水稻全生長(zhǎng)期不同階段對(duì)養(yǎng)分的需求；富含γ-聚谷氨酸，能夠富集根際養(yǎng)分，增強(qiáng)養(yǎng)分濃度,促進(jìn)水稻對(duì)養(yǎng)分的吸收；含有生物炭，減少養(yǎng)分的流失，改善土壤養(yǎng)分狀況，提高肥料利用率，促進(jìn)水稻提質(zhì)增產(chǎn)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

實(shí)施例1

本實(shí)施例制備一種未添加γ-聚谷氨酸與生物炭的水稻專用肥，氮、五氧化二磷、氧化鉀含量分別為22%、12%、16%，均為質(zhì)量百分比。

本實(shí)施例的未添加γ-聚谷氨酸與生物炭的水稻專用肥，包括以下重量份數(shù)的原料：尿素404份，磷酸一銨280份，氯化鉀265份，腐殖酸15份，硅酸鉀0.2份，硫酸鋅0.2份，粉煤灰0.6份，填充劑35份。

本實(shí)施例的未添加γ-聚谷氨酸與生物炭的水稻專用肥的制備方法，包括以下步驟：

（1）將404份尿素經(jīng)過(guò)高溫熔融至130-140℃，進(jìn)入緩沖槽，再經(jīng)輸送泵加壓，經(jīng)計(jì)量后送至造粒塔塔頂混合槽內(nèi)；

（2）將經(jīng)過(guò)預(yù)處理的280份磷酸一銨、265份氯化鉀、15份腐植酸、0.2份硅酸鉀、0.2份硫酸鋅、0.6份粉煤灰、35份填充劑按重量比例分別計(jì)量后，輸送至攪拌器中充分混合，加熱至90-105℃，由提升機(jī)提升至造粒塔塔頂料倉(cāng)；

（3）將塔頂料倉(cāng)中加熱后的混料計(jì)量后輸送至塔頂混合槽中，攪拌混合3-5min，料漿溫度110-115℃，然后采用噴淋裝置進(jìn)行噴淋造粒，當(dāng)噴淋滴珠在造粒塔中下落穿過(guò)上升的空氣流時(shí)，冷卻固化，形成顆粒；

（4）再進(jìn)一步冷卻、篩分、計(jì)量、包裝，制得添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻專用肥。

實(shí)施例2

本實(shí)施例一種添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻專用肥，氮、五氧化二磷、氧化鉀含量分別為22%、12%、16%，均為質(zhì)量百分比。

本實(shí)施例的添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻專用肥，包括以下重量份數(shù)的原料：尿素404份，磷酸一銨280份，氯化鉀265份，γ-聚谷氨酸0.2份，生物炭7.5份，腐植酸7.5份，硅酸鉀0.2份，硫酸鋅0.2份，粉煤灰0.4份，填充劑35份。

本實(shí)施例的添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻專用肥的制備方法，包括以下步驟：

（1）γ-聚谷氨酸發(fā)酵液的制備：取適量地衣芽孢桿菌菌劑，在富含營(yíng)養(yǎng)的固體培養(yǎng)基（培養(yǎng)基成分包含：蛋白胨10g/L、牛肉膏5g/L、NaCl 5g/L、瓊脂20g/L、pH7.2，以水補(bǔ)足體積）斜面上于37℃條件下培養(yǎng)24小時(shí)，制得成熟的斜面種子；將上述種子接種于100mL活化培養(yǎng)基（該活化培養(yǎng)基成分包含：葡萄糖20g/L、蛋白胨20g/L、谷氨酸鈉20g/L、K₂HPO₄ 0.5g/L、MgSO₄·7H₂O 0.5 g/L、pH7.2，以水補(bǔ)足體積）中，在37℃、180r/m條件下震蕩培養(yǎng)24小時(shí)，制得地衣芽孢桿菌種子液；將上述地衣芽孢桿菌種子液以10%的接種量接入50L發(fā)酵罐培養(yǎng)基（該發(fā)酵罐培養(yǎng)基成分包含：葡萄糖30g/L、蛋白胨30g/L、谷氨酸鈉20g/L、檸檬酸12g/L、NaCl 10g/L、K₂HPO₄ 0.5g/L、MgSO₄·7H₂O 0.5g/L、CaCl₂·2H₂O 0.15g/L、FeCl₃·6H₂O 0.04g/L、pH7.2-7.5，以水補(bǔ)足體積）中，于37℃、通氣量60L/min、轉(zhuǎn)速300-600r/min、罐壓0.02-0.04MPa條件下培養(yǎng)48小時(shí)，制得含γ-聚谷氨酸發(fā)酵液，備用；

（2）生物炭的制備：取適量農(nóng)作物秸稈清潔風(fēng)干后，置于炭化爐內(nèi)，于400-450℃厭氧條件下熱解60min，冷卻后取出，粉碎、過(guò)60目尼龍篩，制得生物炭，備用；

（3）將404份尿素經(jīng)過(guò)高溫熔融至130-140℃，進(jìn)入緩沖槽，再經(jīng)輸送泵加壓，經(jīng)計(jì)量后送至造粒塔塔頂混合槽內(nèi)；

（4）將經(jīng)過(guò)預(yù)處理的280份磷酸一銨、265份氯化鉀、0.2份γ-聚谷氨酸發(fā)酵液、7.5份生物炭、7.5份腐植酸、0.2份硅酸鉀、0.2份硫酸鋅、0.4份粉煤灰、35份填充劑按重量比例分別計(jì)量后，輸送至攪拌器中充分混合，加熱至90-105℃，由提升機(jī)提升至造粒塔塔頂料倉(cāng)；

（5）將塔頂料倉(cāng)中加熱后的混料計(jì)量后輸送至塔頂混合槽中，攪拌混合3-5min，料漿溫度110-115℃，然后采用噴淋裝置進(jìn)行噴淋造粒，當(dāng)噴淋滴珠在造粒塔中下落穿過(guò)上升的空氣流時(shí)，冷卻固化，形成顆粒；

（6）再進(jìn)一步冷卻、篩分、計(jì)量、包裝，制得添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻專用肥。

對(duì)比例

采用市售普通三元復(fù)合肥作為對(duì)比例，氮、五氧化二磷、氧化鉀含量分別為12%、18%、20%，均為質(zhì)量百分比。

肥效試驗(yàn)

試驗(yàn)地址：湖南省岳陽(yáng)縣長(zhǎng)湖鄉(xiāng)。

供試土壤情況：試驗(yàn)區(qū)域耕作層土壤深度約20cm，土壤養(yǎng)分含量：有機(jī)質(zhì)12.82g/kg，堿解氮76mg/kg，速效磷13.6mg/kg，速效鉀82mg/kg，pH 6.7。

供試品種：Y兩優(yōu)1號(hào)水稻。

試驗(yàn)處理：每個(gè)處理小區(qū)面積為24平方米，肥料類型設(shè)對(duì)比例、實(shí)施例1和實(shí)施例2共計(jì)3個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)，共9個(gè)小區(qū)，隨機(jī)區(qū)組排列。試驗(yàn)小區(qū)為長(zhǎng)方形，小區(qū)間與處理間用塑料薄膜筑土埂，實(shí)行單灌。施肥量為675kg/hm²，小區(qū)施肥量為1.62kg，所有肥料均做底肥一次性施入，中后期不追肥。試驗(yàn)于2016年5月9日播種育秧，6月5日移栽，移栽密度設(shè)為10cm×15cm，栽150萬(wàn)苗/hm²，于10月5日收獲。收割前一天，每個(gè)小區(qū)選取有代表性植株12蔸測(cè)定株高、穗長(zhǎng)、每穗總粒數(shù)、每穗實(shí)粒數(shù)、千粒重情況，小區(qū)單收單曬測(cè)定實(shí)際產(chǎn)量，結(jié)果如下表所示：

由表可知，實(shí)施例1的株高、穗長(zhǎng)、每穗總粒數(shù)和實(shí)粒數(shù)、千粒重均大于對(duì)比例，這說(shuō)明實(shí)施例1的配方肥料更有利于水稻的生長(zhǎng)；與對(duì)比例相比，實(shí)施例1的千粒重增幅達(dá)10.4%，產(chǎn)量增幅為1.6%，這說(shuō)明實(shí)施例1的肥料增產(chǎn)效果好于對(duì)比例。實(shí)施例2各項(xiàng)指標(biāo)均為各處理中最大，其中千粒重和產(chǎn)量較實(shí)施例1分別增加1.9%、2.2%，較對(duì)比例分別增加12.4%、3.8%，這說(shuō)明肥料中添加γ-聚谷氨酸和生物炭能夠提高肥效，進(jìn)一步促進(jìn)水稻生產(chǎn)和產(chǎn)量提高。

綜上所述，施用本發(fā)明的添加γ-聚谷氨酸的生物炭基水稻專用肥，可以提高水稻株高、穗長(zhǎng)、每穗總粒數(shù)、每穗實(shí)粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量，促進(jìn)了水稻的生長(zhǎng)，提高了產(chǎn)量；產(chǎn)品配方科學(xué)，能夠滿足水稻生長(zhǎng)對(duì)養(yǎng)分的需求，提升肥效和肥料利用率，值得推廣。