一种新型含糖含磷肥料的制作方法

2021-01-30 20:01:30|

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本发明属于农业种植和化肥技术领域，具体涉及一种新型含糖含磷肥料。

背景技术：

土壤微生物在土壤磷素活化、利用过程中发挥着重要作用。微生物可以迅速将施入土壤中的磷肥固定在体内形成微生物生物量磷；在微生物生物量磷周转过程中，这部分磷又可以被释放到土壤中(gyaneshwaretal.2002)成为土壤有效磷的重要来源(richardsonetal.2009)。解磷微生物分泌的磷酸酶可将有机磷水解成正磷酸盐供植物吸收利用；微生物分泌的有机酸阴离子可以螯合被金属阳离子沉淀的磷酸根；微生物分泌质子以及通过呼吸作用释放的co2，也能降低根际土壤ph值，从而促进难溶性磷酸盐的溶解(meyeretal.2019)。然而，对土壤微生物生长来说，农田土壤是一个碳限制的环境，绝大多数微生物处于“碳饥饿”状态(demolingetal.,2007；groffmanandfisk,2011)，土壤微生物往往只有5％左右处于活性状态。因此，通过添加适宜的碳源促进微生物代谢活性，强化微生物对磷的转化与周转，降低磷肥施入土壤后的有效性损失、提高磷肥利用效率就成了土壤肥料领域的理论研究的热点和难点问题。

碳磷比是调节土壤微生物对磷的生物活化与周转的关键因素。从原理上，人们认识到在碳源相对匮乏的环境中，提高土壤碳磷比能够增加碱性磷酸酶活性以及含有phod的细菌功能群的丰度和多样性(luoetal.2017)，促进土壤微生物对有机磷的活化(spohnetal.2013；zhnagetal.2014；zhangetal.2016)。同时，提高碳磷比还可以增加土壤呼吸速率、促进土壤局部微域的酸化，进而增加难溶性无机磷的生物有效性(meyeretal.2019)。然而，过量的碳输入也会导致施入土壤中的磷肥被大量固定在微生物体内(zhangetal.2018)，造成土壤有效磷含量降低，抑制作物生长。因此，适宜的碳、磷投入比例是发挥微生物解磷功能、提高磷利用效率的关键。但是，迄今为止，还没有一个关于肥料产品中有机碳与磷酸盐碳磷元素化学计量比的具体技术参数。

检索专利文库发现，有一部分肥料配方的专利中涉及到含碳化合物的添加。在已公开的专利中，葡萄糖、蔗糖、糖蜜等含碳化合物都是作为生物有机肥发酵、微生物菌肥生产的过程中的一种添加剂，其作用是为微生物菌种扩大繁殖提供碳源，并没有考虑和涉及肥料的碳元素与磷元素化学计量比的问题。我们以“磷肥”和“碳磷比”、“碳磷比”和“磷利用效率”为关键词进行检索，未检索到相关的专利文献。我们以“肥料”和“碳磷比”为关键词，搜索到一份相关的专利，其内容是关于碳磷比调节有机肥发酵过程的(一种利用农业废弃物制备生物有机肥及生物有机无机复混肥的生产方法，cn201910338236.9)。

基于上述科研论文和专利文献分析可以认为：第一、就如何激发和促进农田土壤土著解磷功能微生物活性和功能的技术而言，前人对于如何控制肥料中的含碳化合物和磷酸盐的碳磷元素质量比没有形成具体和明确的技术参数；第二、对于含碳化合物和磷酸盐的配制方式和比例也没有形成相关的技术和产品。

技术实现要素：

本发明为了解决生产中磷肥利用率低的问题，提供了一种调控土著微生物活性、提高磷肥利用率的新型含糖含磷肥料。

本发明提供的含糖含磷肥料，由水溶性含碳化合物与含磷化合物组成；

所述水溶性含碳化合物中的碳元素与所述含磷化合物中的磷元素的质量比为1～15:1。

上述含糖含磷肥料中，所述水溶性含碳化合物选自葡萄糖、蔗糖、甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜中至少一种；

所述甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜的含糖量为40-100％；具体为85％；

所述含磷化合物选自磷酸和磷酸盐中至少一种；所述磷酸盐具体选自磷酸一铵、磷酸二铵、磷酸二氢钾、磷酸脲和聚磷酸铵中至少一种；所述聚磷酸铵的聚合度为2-10；所述聚磷酸铵可购自云南天耀化工有限公司。

具体的，所述水溶性含碳化合物中的碳元素与所述含磷化合物中的磷元素的质量比为1～4:1(低碳型)或4～15:1(高碳型)。

更具体的，所述水溶性含碳化合物中的碳元素与所述含磷化合物中的磷元素的质量比可为(1.44～5.71)：1、(1.44-3.66):1、(4.58-5.71):1、(6.58-13.16)：1；

其中，所述水溶性含碳化合物中的碳元素与所述含磷化合物中的磷元素的质量比为(1.44-3.66):1时为低碳型所述含糖含磷肥料；更具体可为2.45：1；

所述水溶性含碳化合物中的碳元素与所述含磷化合物中的磷元素的质量比为(4.58-5.71):1时为高碳型所述含糖含磷肥料；

更具体的，所述含糖含磷肥料可由所述水溶性含碳化合物、含磷化合物和水组成；

所述水与所述水溶性含碳化合物的质量比为1:10-3:10。

本发明提供的制备所述含糖含磷肥料的方法，包括：

按照配比将各组分混匀，得到所述含糖含磷肥料。

具体的，本发明提供的制备所述含糖含磷肥料的方法，包括如下步骤：

将特定份量的水溶性含碳化合物与含磷化合物混合均匀，制成粉剂的所述含糖含磷肥料；

或者将特定份量的水溶性含碳化合物溶于水，再将含磷化合物溶解加入上述水溶性含碳化合物溶液中配成液体状的所述含糖含磷肥料；

更具体的，如所述水溶性含碳化合物为液体状态的甘蔗糖蜜(或液体状态的甜菜糖蜜时，可将特定份量液体状态的甘蔗糖蜜(或液体状态的甜菜糖蜜)加水稀释，再将含磷化合物溶解加入到上述糖蜜溶液中而得。

另外，上述本发明提供的含糖含磷肥料在施肥中的应用，也属于本发明的保护范围。具体的，所述施肥中，所述含糖含磷肥料的施用量为每公顷农田中施用90-525kg；具体为195.0、415或425；

施肥对象为玉米、棉花或苜蓿；

施肥次数为1-3次；

施肥方式为滴施、条施或穴施。

具体的，由于滴施施肥中肥料是随水滴入的，并不仅仅是将肥料溶液滴入土壤，同时也要兼顾作物灌溉，因此滴施条件下，肥料与水的比例并不固定，需要根据具体情况确定灌水定额。

更具体的，所述施肥对象为玉米如春玉米时，施肥方式为滴施时，施肥次数为3次；

第一次至第三次施肥的时间及施肥量如下所示：

在玉米滴出苗水时第一次施肥，施用量占所述含糖含磷肥料总用量的40％；

在玉米出苗后滴第一水时第二次施肥，施用量占所述含糖含磷肥料总用量的40％；

在玉米出苗后滴第三水时第三次施肥，施用量占所述含糖含磷肥料总用量的20％。

所述施肥对象为玉米如春玉米时，施肥方式为条施时，施肥次数为2次；

第一次至第二次施肥的时间及施肥量如下所示：

在玉米播种时，与种肥一起施入所述含糖含磷肥料总用量的40％；

在玉米的拔节期追肥时施入所述含糖含磷肥料总用量的60％。

所述施肥对象为棉花时，施肥方式为滴施，施肥次数为2次；

第一次至第二次施肥的时间及施肥量如下所示：

在出苗水时，一次性施用低碳型所述含糖含磷肥料；

在出苗后第一水一次性施用高碳型所述含糖含磷肥料。

所述低碳型所述含糖含磷肥料中折合含磷元素用量为所述低碳型和高碳型所述含糖含磷肥料中磷元素总量的60％。

另外，上述本发明提供的含糖含磷肥料在如下任意一种中的应用，也属于本发明的保护范围：

a、提高土壤中的土著解磷功能微生物的活性；

b、提高磷素在土壤中的有效性；

c、促进作物生长；

d、提高磷肥利用效率。

本发明人通过大量的研究发现，将含碳化合物与含磷的化学肥料按照碳磷元素质量比例(即碳磷比)1～15:1混合后施入土壤，可以显著提高土壤中的土著解磷功能微生物的活性，提高磷素在土壤中的有效性，进而促进作物生长、提高磷肥利用效率。例如，我们通过模拟实验发现，施用化学磷肥和含碳化合物的混合物(碳磷元素比例为1～13.3:1)时，土壤微生物活性和磷酸酶活性显著增加，作物生长和磷吸收效率得到显著提高。在田间试验中，我们发现每公顷农田混合施用含有磷元素32.67kg的化学磷肥和含有48～180kg碳元素的含碳化合物(对应的碳磷比范围为1.5～5.5:1)时，土壤呼吸加强、土壤磷酸酶活性和水溶性磷含量增加，作物产量显著提高。本发明人研究还发现，在碳磷投入比例达到21.9:1时，棉花生长显著受到抑制。

综上所述，本发明提供的新型肥料含有刺激微生物生长和活性的碳源，施用后，可以调控土壤微生物的解磷活性、提高磷利用效率，增加作物产量。

附图说明

图1为施用新型含糖含磷肥料对玉米产量、水溶性磷浓度和磷肥偏生产力的影响。a为不同处理中玉米的产量；b为不同处理水溶性磷的浓度；c为不同处理磷肥的偏生产力。不同的小写字母表示处理之间差异达到显著水平(p≤0.05)。

图2为施用新型含糖含磷肥料对玉米产量、土壤酸性磷酸酶活性和磷肥偏生产力的影响。a为不同处理中玉米的产量；b为不同处理酸性磷酸酶活性；c为不同处理磷肥的偏生产力。不同的小写字母表示处理之间差异达到显著水平(p≤0.05)。

图3为施用新型含糖含磷肥料对皮棉产量(a)、磷肥偏生产力(b)、磷肥利用率(c)、土壤水溶性磷浓度(d)、土壤酸性磷酸酶活性(e)和土壤呼吸(f)的影响。不同的小写字母表示不同处理之间的差异达到显著水平(p≤0.05)。

图4为实施例4所得施用效果图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步清楚、完整地描述。显然，本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论是在含碳化合物、化学磷肥原料种类或成分比例上作任何变化，凡是具有与本申请相同的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径获得。

实施例1春玉米滴施新型含糖含磷肥料

1、本实施例的新型含糖含磷肥料的成分组成及其碳磷比如下：

新型含糖含磷肥料1(低碳型)：碳磷比为2.45:1，葡萄糖120份(含碳40％，折合碳元素48份)，磷酸一铵75份(含p2o560％，折合磷元素19.6份)。

新型含糖含磷肥料2(高碳型)：碳磷比为5.71:1，葡萄糖280份(含碳40％，折合碳元素112份)，磷酸一铵75份(含p2o560％，折合磷元素19.6份)。

2、制备和施用方法为：

采用滴施，在滴水时，称取上述份量的葡萄糖和磷酸一铵，按比例充分混匀，配制成高、低两种碳磷比的新型含糖含磷肥料粉剂。将新型含碳含磷肥料粉剂加入施肥罐中搅拌混匀，随水滴施。

3、以目标产量为12tha^-1的膜下滴灌春玉米种植模式为例。

新型含糖含磷肥料的施用方法包括新型肥料的类型、肥料全生育期的总用量和不同生育时期的用量。

(1)施用上述“新型含糖含磷肥料1(低碳型)”。每公顷农田的新型含糖含磷肥料用量为195.0kgha^-1(折合碳、磷元素总用量为67.7kgha^-1，含磷元素19.6kgpha^-1)分三次施入土壤。

在玉米滴出苗水时第一次施肥，施用量占肥料总用量的40％(新型含糖含磷肥料用量为78.0kgha^-1，折合碳、磷元素总用量为27.1kgha^-1)；

在玉米出苗后滴第一水时第二次施肥，施用量占肥料总用量的40％(新型含糖含磷肥料用量为78.0kgha^-1，折合碳、磷元素总用量为27.1kgha^-1)；

在玉米出苗后滴第三水时第三次施肥，施用量占肥料总用量的20％(新型含糖含磷肥料用量为39.0kgha^-1，折合碳、磷元素总用量为13.5kgha^-1)。

(2)施用上述“新型含糖含磷肥料2(高碳型)”。每公顷农田的新型含糖含磷肥料用量为355.0kgha^-1(折合碳、磷元素总用量为131.6kgha^-1，含磷元素19.6kgpha^-1)，分三次施入土壤。

在玉米滴出苗水时第一次施肥，施用量占肥料总用量的40％(新型含糖含磷肥料用量为142.0kgha^-1，折合碳、磷元素总用量为52.6kgha^-1)；

在玉米出苗后滴第一水时第二次施肥，施用量占肥料总用量的40％(新型含糖含磷肥料用量为142.0kgha^-1，折合碳、磷元素总用量为52.6kgha^-1)；

在玉米出苗后滴第三水时第三次施肥，施用量占肥料总用量的20％(新型肥料用量为71.0kgha^-1，折合碳、磷元素总用量为26.3kgha^-1)。

4、其余的施肥和田间管理与实际生产一致。

施用效果：

按照上述方法，2018年在新疆石河子进行田间试验，共设置5个处理。

处理一：对照，不施磷肥，其他肥料按生产常规足量供应；

处理二：低磷，施磷19.6kgpha^-1(45kgp2o5ha^-1)；

处理三：低碳新型肥料，施用上述新型含糖含磷肥料1(低碳型)195.0kgha^-1；

处理四：高碳新型肥料，施用上述新型含糖含磷肥料2(高碳型)355.0kgha^-1；

处理五：高磷，施磷52.4kgpha^-1(120kgp2o5ha^-1)。

试验结果如图1所示。施用新型肥料处理的玉米产量显著高于不施磷和低磷处理，达到了与高磷处理相同的产量水平(图1中a)。低碳新型肥料和高碳新型肥料处理磷肥的总投入量与低磷处理相等，但产量显著增加。在相同施磷量条件下，施用低碳和高碳新型肥料分别使土壤水溶性磷提高了39％和51％(图1中b)，使磷肥偏生产力提高了9.1％和8.3％(图1中c)。整体来看，与高磷处理相比，在产量相当的情况下，施用新型含糖含磷肥料平均使磷肥偏生产力提高了1.7倍(图1中c)。整体来看，施用新型含糖含磷肥料显著增加了土壤磷的生物有效性，提高了作物的磷利用效率。说明应用本发明的新型含糖含磷肥料在适当减磷的条件下可以维持作物高产，对生产上磷肥减施增效具有重要意义。

实施例2春玉米条施新型含糖含磷肥料

1、本实施例的新型含糖含磷肥料的成分组成及其碳磷比如下：

新型含糖含磷肥料1(葡萄糖)：碳磷比为3.66:1，葡萄糖300份(含碳40％，折合碳元素120份)，磷酸一铵125份(含p2o560％，折合磷元素32.7份)。

新型含糖含磷肥料2(甘蔗糖蜜)：碳磷比为3.66:1，甘蔗糖蜜粉(购自济南鑫康新材料有限公司，糖蜜粉，含糖量为85％)353份(含碳34％，折合碳元素120份)，磷酸一铵125份(含p2o560％，折合磷元素32.7份)。

2、制备和施用方法为：

将上述特定份量的葡萄糖和甘蔗糖蜜粉分别与磷酸一铵混合均匀，制成新型含糖含磷肥料粉剂。在作物根系附近开7～15cm深的沟，沟内均匀撒施新型含糖含磷肥料粉剂，覆土并及时灌溉。

3、以目标产量10.5tha^-1的春玉米为例。

新型含糖含磷肥料的施用方法包括新型肥料的类型、肥料全生育期的总用量和不同生育时期的用量。

(1)施用上述“新型含糖含磷肥料1(葡萄糖)”。每公顷农田的新型含糖含磷肥料用量为425.0kgha^-1(折合碳、磷元素总用量为152.7kgha^-1，含磷元素32.7kgpha^-1)分两次施入土壤。

在玉米播种时，与种肥一起施入肥料总用量的40％(新型含糖含磷肥料用量为170.0kgha^-1，折合碳、磷元素总用量为61.1kgha^-1)；

在玉米的拔节期追肥时施入肥料总用量的60％(新型含糖含磷肥料用量为255.0kgha^-1，折合碳、磷元素总用量为91.6kgha^-1)。

(2)施用上述“新型含糖含磷肥料2(甘蔗糖蜜)”。每公顷农田的新型含糖含磷肥料用量为478.1kgha^-1(折合碳、磷元素总用量为152.7kgha^-1，含磷元素32.7kgpha^-1)分两次施入土壤。

在玉米播种时，与种肥一起施入肥料总用量的40％(新型含糖含磷肥料用量为191.3kgha^-1，折合碳、磷元素总用量为61.1kgha^-1)；

在玉米的拔节期追肥时施入肥料总用量的60％(新型含糖含磷肥料用量为286.8kgha^-1，折合碳、磷元素总用量为91.6kgha^-1)。

4、其余的施肥和田间管理与实际生产一致。

施用效果：

按照上述方法，在中国农业大学上庄试验站进行了田间试验，共设置了4个处理。处理一：对照，不施磷肥，其他肥料按生产常规足量供应；处理二：磷肥，施磷52.4kgpha^-1(120kgp2o5ha^-1)；处理三：新型肥料1，施用“新型含糖含磷肥料1(葡萄糖)”425.0kgha^-1；处理四：新型肥料2，施用上述“新型含糖含磷肥料2(甘蔗糖蜜)”478.1kgha^-1。

试验结果如图2所示。施用新型含糖含磷肥料平均比对照处理增产22％(图2中a)。与施磷肥处理相比，施用新型含糖含磷肥料在减少磷肥用量37.5％的情况下，玉米并未减产(图2中a)。施用新型含糖含磷肥料后，土壤酸性磷酸酶活性平均比对照不施磷处理提高14.5％，比施磷肥处理提高45.5％(图2中b)，同时，施用新型含糖含磷肥料处理的磷肥偏生产力比施用磷肥处理提高了59％(图2中c)。说明在农业生产中，应用本发明的肥料可以有效调控解磷(矿化有机磷)微生物活性、提高作物磷利用效率。

实施例3棉花滴施新型含糖含磷肥料

1、本实施例的新型含糖含磷肥料的成分组成及其碳磷比如下：

新型含糖含磷肥料1(低碳型)：碳磷比为1.44:1，葡萄糖85份(含碳40％，折合碳元素34份)，磷酸一铵90份(含p2o560％，折合磷元素23.6份)。

新型含糖含磷肥料2(高碳型)：碳磷比为4.58:1，葡萄糖180份(含碳40％，折合碳元素72份)，磷酸一铵60份(含p2o560％，折合磷元素15.7份)。

2、制备和施用方法为：

采用滴施，在滴水时，称取上述份量的葡萄糖和磷酸一铵，按比例充分混匀，分别配制成低碳和高碳两种新型含糖含磷肥料粉剂。将新型含糖含磷肥料粉剂随其他肥料一起加入施肥罐中搅拌混匀，随水滴施。在出苗水时施入新型含糖含磷肥料1(低碳型)，在出苗后第一水施入新型含糖含磷肥料2(高碳型)。

3、以皮棉目标产量2.25tha^-1的膜下滴灌棉花种植模式为例。

新型含糖含磷肥料的施用方法包括新型肥料的类型、肥料全生育期的总用量和不同生育时期的用量。

棉花整个生育期施用上述新型含糖含磷肥料1(低碳型)和新型含糖含磷肥料2(高碳型)共415.1kgha^-1(折合碳、磷元素总用量为145.3kgha^-1，含磷元素39.3kgpha^-1)。

在出苗水时，一次性施用上述新型含糖含磷肥料1(低碳型)175.1kgha^-1(折合碳、磷元素总用量为57.6kgha^-1，含磷元素23.6kgpha^-1)；

在出苗后第一水一次性施用新型含糖含磷肥料2(高碳型)240.0kgha^-1(折合碳、磷元素总用量为87.7kgha^-1，含磷元素15.7kgpha^-1)。

4、其余的施肥和田间管理与实际生产一致。

施用效果：

按照上述方法，在新疆石河子开展田间试验，共设置3个处理。处理一：对照，不施磷肥，其他肥料按生产常规足量供应；处理二：磷肥，施磷52.4kgpha^-1(120kgp2o5ha^-1)；处理三：新型肥料，出苗水时施入新型含糖含磷肥料1(低碳型)175.1kgha^-1，在出苗后第一水施入新型含糖含磷肥料2(高碳型)240.0kgha^-1。

试验结果如图3所示。施用新型含糖含磷肥料处理皮棉产量比对照增加23.8％；在减磷25％的条件下，施用新型肥料处理皮棉产量比施磷肥处理增加7.7％(图3中a)。在产量水平一致的条件下，施用新型含糖含磷肥料处理磷肥偏生产力比施用磷肥提高43.6％(图3中b)，磷肥利用率提高3.6个百分点(图3中c)。与对照相比，施用新型含糖含磷肥料后水溶性磷浓度、酸性磷酸酶活性和土壤呼吸分别增加了14.8％，5.0％和55.7％。与施磷肥处理相比，施用新型肥料后土壤酸性磷酸酶活性和土壤呼吸分别增加了16.2％和46.3％(图3中d、e、f)。上述结果说明，施用新型肥料，提高了土壤微生物的活性，使磷酸酶活性显著提高，土壤水溶性磷浓度显著增加，土壤供磷能力增强，提高了作物产量和磷利用效率。

实施例4盆栽棉花施用新型含糖含磷肥料

1、本实施例的新型含糖含磷肥料的成分组成及其碳磷比如下：

新型含糖含磷肥料1：碳磷比为6.58:1，葡萄糖375份(含碳40％，折合碳元素150份)，磷酸二氢钾100份(含p22.79％，折合磷元素22.79份)。

新型含糖含磷肥料2：碳磷比为13.16:1，葡萄糖750份(含碳40％，折合碳元素300份)，磷酸二氢钾100份(含p22.79％，折合磷元素22.79份)。

新型含糖含磷肥料3：碳磷比为21.94:1，葡萄糖1250份(含碳40％，折合碳元素500份)，磷酸二氢钾100份(含p22.79％，折合磷元素22.79份)。

2、制备和施用方法为：

播种前将上述份量的葡萄糖和磷酸二氢钾按比例与土壤充分混匀，然后播种。

3、以盆栽棉花为例。

在播种前，将4.75gkg^-1新型含糖含磷肥料1，8.50gkg^-1新型含糖含磷肥料2，13.50gkg^-1新型含糖含磷肥料3与土壤混合均匀，浇透水后播种。每盆定苗两株，棉花生长80天后收获。

施用效果：

按照上述方法，在中国农业大学温室开展盆栽实验，共设置5个处理。处理一：对照，不施磷肥；处理二：磷肥，施磷0.228gpkg^-1；处理三：含糖含磷肥料1，施入4.75gkg^-1新型含糖含磷肥料；处理四：含糖含磷肥料2，施入8.50gkg^-1新型含糖含磷肥料；处理五：含糖含磷肥料3，施入13.50gkg^-1新型含糖含磷肥料。

试验结果如图4所示。与对照相比，施用磷肥处理，棉花生物量显著提高。当施入的新型糖含磷肥料碳磷比为6.58:1和13.16:1时，棉花生物量显著高于对照处理。然而，当施入的新型含糖含磷肥料碳磷比达到21.94:1时，棉花生长受到了极大抑制，地上生物量显著低于对照和施磷处理。上述结果说明，新型含糖含磷肥料的碳磷比不宜超过21.94:1。

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