1.本发明属于肥料技术领域，具体涉及一种生物炭吸附聚谷氨酸的微生物颗粒肥及其制备方法。
背景技术：2.我国氮肥、磷肥产量和消费量均位列全球第一，但其利用率都很低，其中，氮肥的利用效率仅为30％～50％，除少部分被作物吸收利用外，大部分以淋溶或挥发的形式流失掉。磷肥的利用率仅为10％～25％，近年来氮磷肥的超量施用问题越来越严重，损失率变大，残余化肥给环境带来严重的污染负荷。因此，解决氮、磷肥利用率低的问题，探索将增效剂应用到农业已经成为人们关注的热点。
3.γ-聚谷氨酸是谷氨酸单体通过γ-酰胺键聚合而成纯天然的生物高分子物质，其主链上含有大量游离的羧基基团，使其具有一般阴离子表面活性剂的特征，可以与肥料中的nh4
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、po
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、k+以及ca
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等阳离子相互键合，形成稳定的γ-聚谷氨酸盐溶液，具有吸附整合和吸蓄的功能，储存作物前期生长未使用的养分并在后期缓慢释放，从而提高nh
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、k
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的利用率，减轻肥力浪费，有效提高肥效。另一方面，γ-聚谷氨酸还能降低磷肥在土壤中的固定，提高有效磷的含量，促进作物生长、提高植物抗逆性、增强产品品质。因此，γ-聚谷氨酸所具有的特性使其成为替代传统化学肥料的新型生物肥料及绿色环保肥料的增效剂。
4.生物炭是由农林废弃物、木屑等生物质原料在高温限氧条件下分解下产生的多孔材料，含碳量极其丰富、吸附能力较强，吸附γ-聚谷氨酸后，可以降低γ-聚谷氨酸降解速率，施入土壤后，可进一步提高其改善土壤的保水、保肥性能和肥效。
技术实现要素：5.本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种能够提高肥料利用率，提高土壤肥力，改良土壤，促进植物生长的含炭吸附聚谷氨酸的微生物颗粒肥的制备方法。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种生物炭吸附聚谷氨酸的微生物颗粒肥，包括以下重量份数的原料：尿素15-20份、磷酸一铵10-20 份、氯化钾15-20份、生物炭10-15份、聚谷氨酸0.1-3份、枯草芽孢杆菌活菌体1亿/g、腐殖酸5-10份、辅料30-50份。
7.优选的，所述用于发酵的菌株为能产生γ-聚谷氨酸的枯草芽孢杆菌。
8.优选的，所述聚谷氨酸为枯草芽孢杆菌在液体发酵培养基中发酵产生的含有聚谷氨酸的发酵液。
9.其中的聚谷氨酸含量在4％；用于发酵的菌株分类命名为枯草芽孢杆菌 (bacillussubtilis)scp0101-1，已保藏于中国普通微生物菌种保藏管理中心(cgmcc)，地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号，菌种保藏编号 cgmcc24347，保藏日期为2022年1月19日；
10.本方案中提供另一种技术方案是提供一种生物炭吸附聚谷氨酸的微生物颗粒肥
的制备方法，所述微生物颗粒肥的制备工艺包括以下步骤：
11.(1)生物炭的制备：将烘干的秸秆置于马弗炉中，厌氧条件下，升温至 400-500℃，热解90-180min，冷却至常温，取出炭化物，粉碎、过筛，制备获得生物炭；
12.(2)生物炭吸附聚谷氨酸的发酵液的制备：将产聚谷氨酸的枯草芽孢杆菌接种于富含营养的固体种子培养基上，37℃培养18-24小时，制备获得菌种，接种于液体活化培养液，37℃振荡培养18-24小时，获得活化的菌液，将活化的菌液接入装有液体发酵培养基的发酵罐中，37℃振荡培养36小时，加入一定量的生物炭，吸附聚谷氨酸，继续培养12小时，制备获得生物炭吸附聚谷氨酸的发酵液；
13.(3)颗粒状肥料的造粒成型：发酵结束后，按比例加入尿素、磷酸一铵、氯化钾、腐殖酸、辅料等，混匀，用摇摆机进行造粒，低温烘干，得到颗粒状肥料。
14.优选的，所述生物炭以玉米秸秆、辣椒秸秆、向日葵秸秆或小麦秸秆中的一种为原料制备获得。
15.优选的，所述辅料为可溶性淀粉、膨润土、硅酸钠溶液、滑石粉、β-环糊精、加益粉、腐熟牛粪中的一种或多种。
16.优选的，所述步骤(2)中所述的固体种子培养基成分为1％蛋白胨，0.5％酵母粉，0.5％氯化钠，2％琼脂粉，ph7.0；
17.所述的活化培养液，不含琼脂粉，其余成分与固体种子培养基相同，所述的液体发酵培养基成分为蔗糖90g/l,酵母粉10g/l,味精50g/l,氯化铵 5g/l,尿素6g/l,磷酸氢二钾1.5g/l,磷酸二氢钾0.5g/l,硫酸镁0.208g/l,氯化钙0.01g/l，ph为6.8-7.2。
18.优选的，所述步骤(3)中所述的颗粒状肥料的造粒成型，根据发酵液中聚谷氨酸具体含量，按比例加入尿素、磷酸一铵、氯化钾、腐殖酸、辅料、去离子水等，最后使聚谷氨酸的含量在0.1％-3％范围之间，混合物的含水量为 20-35％之间。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果是：该生物炭吸附聚谷氨酸的微生物颗粒肥及其制备方法，γ-聚谷氨酸具有改良土壤结构，对肥料中的nh
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、 po
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、k+具有吸附整合和吸蓄的作用，提高nh
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、k
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的利用率，减轻肥力浪费，有效提高肥效。特别是还能降低磷肥在土壤中的固定，提高有效磷的含量，促进磷肥的有效利用。生物炭为含碳量丰富、吸附能力强的多孔材料，可有效吸附γ-聚谷氨酸，延缓γ-聚谷氨酸的降解时间，施入土壤后，可进一步提高其改善土壤的保水、保肥性能。
20.本发明直接以含有聚谷氨酸的发酵液为基础，混入各种成分，工艺流程简单，无需专门提取聚谷氨酸，制备获得肥料颗粒，枯草芽孢杆菌含菌量达到2亿/g，有利于减少病原入侵和繁殖机会,从而达到减轻作物病害的目的。
附图说明
21.图1为本发明制备的生物炭在sem扫描电镜下放大500倍呈现的疏松多孔结构示意图；
22.图2为本发明制备的生物炭在sem扫描电镜下放大1500倍呈现的疏松多孔结构示意图。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。
24.实施例一：
25.一种含炭吸附聚谷氨酸的微生物颗粒肥及其制备方法，具体包括以下步骤：
26.(1)菌种培养：将产聚谷氨酸的枯草芽孢杆菌接种于lb固体种子培养基上，37℃培养24小时，制备获得菌种；
27.(2)活化菌液的制备：将挑取枯草芽孢杆菌菌落，接种于液体活化培养液，37℃振荡培养24小时，获得活化的菌液；
28.(3)发酵培养：取活化的菌液，按照5％的接种量，接入装有液体发酵培养基的发酵罐中，按照以下条件进行发酵培养：
29.溶氧量：空气流量0.5vvmm，溶氧36％；搅拌速度450r/m；
30.温度：37℃；
31.ph值：使用过滤除菌的氨水控制ph为6.8；
32.罐压：0.04mpa；
33.发酵过程中32小时前，根据蔗糖和谷氨酸的消耗，补加蔗糖和谷氨酸含量，使其浓度不低于10g/l时。发酵至第32小时，按一定比例加入生物炭，以吸附发酵液中的聚谷氨酸，继续培养16小时后，最终制备获得生物炭吸附聚谷氨酸的发酵液。
34.(4)颗粒状肥料的造粒成型：在上述制备的生物炭吸附聚谷氨酸的发酵液中，按前述重量计加入尿素15份、磷酸一铵15份、氯化钾15份、腐殖酸 5份、膨润土20份、可溶性淀粉20份、腐熟牛粪10份，混匀，分批倒入摇摆机进行造粒；低温烘干，得到鸡精柱状的颗粒肥料。
35.实施例二：
36.一种含炭吸附聚谷氨酸的微生物颗粒肥及其制备方法，具体包括以下步骤：
37.(1)菌种培养：将产聚谷氨酸的枯草芽孢杆菌接种于lb固体种子培养基上，37℃培养24小时，制备获得菌种；
38.(2)活化菌液的制备：将挑取枯草芽孢杆菌菌落，接种于液体活化培养液，37℃振荡培养24小时，获得活化的菌液；
39.(3)发酵培养：取活化的菌液，按照5％的接种量，接入装有液体发酵培养基的发酵罐中，按照以下条件进行发酵培养：
40.溶氧量：空气流量0.6vvmm，溶氧35％；搅拌速度400r/m；
41.温度：37℃；
42.ph值：使用过滤除菌的氨水控制ph为6.8；
43.罐压：0.04mpa；
44.发酵过程中32小时前，根据蔗糖和谷氨酸的消耗，补加蔗糖和谷氨酸含量，使其浓度不低于10g/l时。发酵至第32小时，按一定比例加入生物炭，以吸附发酵液中的聚谷氨酸，继续培养16小时后，最终制备获得生物炭吸附聚谷氨酸的发酵液。
45.(4)颗粒状肥料的造粒成型：在上述制备的生物炭吸附聚谷氨酸的发酵液中，按前述比例加入尿素20份、磷酸一铵15份、氯化钾15份、腐殖酸10 份、可溶性淀粉10份、膨润土20份、硅酸钠溶液5份、滑石粉10份、β
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环糊精5份等，混匀，分批倒入摇摆机进行造粒；低温烘干，得到鸡精柱状的颗粒肥料。
46.实施例三：
47.一种含炭吸附聚谷氨酸的微生物颗粒肥及其制备方法，具体包括以下步骤：
48.(1)菌种培养：将产聚谷氨酸的枯草芽孢杆菌接种于lb固体种子培养基上，37℃培养24小时，制备获得菌种；
49.(2)活化菌液的制备：将挑取枯草芽孢杆菌菌落，接种于液体活化培养液，37℃振荡培养24小时，获得活化的菌液；
50.(3)发酵培养：取活化的菌液，按照5％的接种量，接入装有液体发酵培养基的发酵罐中，按照以下条件进行发酵培养：
51.溶氧量：空气流量0.6vvmm，溶氧不35％；搅拌速度400r/m；
52.温度：37℃；
53.ph值：使用过滤除菌的氨水控制ph为6.8；
54.罐压：0.04mpa；
55.发酵过程中32小时前，根据蔗糖和谷氨酸的消耗，补加蔗糖和谷氨酸含量，使其浓度不低于10g/l时。发酵至第32小时，按一定比例加入生物炭，以吸附发酵液中的聚谷氨酸，继续培养16小时后，最终制备获得生物炭吸附聚谷氨酸的发酵液。
56.(4)颗粒状肥料的造粒成型：在上述制备的生物炭吸附聚谷氨酸的发酵液中，按前述比例加入尿素12份、磷酸一铵20份、氯化钾20份、腐殖酸5 份、膨润土15份、滑石粉15份、β-环糊精5份、加益粉5份、腐熟牛粪10 份，混匀，分批倒入摇摆机进行造粒；低温烘干，得到鸡精柱状的颗粒肥料。
57.实施例四：
58.一种含炭吸附聚谷氨酸的微生物颗粒肥及其制备方法，具体包括以下步骤：
59.(1)菌种培养：将产聚谷氨酸的枯草芽孢杆菌接种于lb固体种子培养基上，37℃培养24小时，制备获得菌种；
60.(2)活化的菌液的制备：将挑取枯草芽孢杆菌菌落，接种于液体活化培养液，37℃振荡培养24小时，获得活化的菌液；
61.(3)发酵培养：取活化的菌液，按照5％的接种量，接入装有液体发酵培养基的发酵罐中，按照以下条件进行发酵培养：
62.溶氧量：空气流量0.6vvmm，溶氧不35％；搅拌速度400r/m；
63.温度：37℃；
64.ph值：使用过滤除菌的氨水控制ph为7.2；
65.罐压：0.04mpa；
66.发酵过程中32小时前，根据蔗糖和谷氨酸的消耗，补加蔗糖和谷氨酸含量，使其浓度不低于10g/l时。发酵至第32小时，按一定比例加入生物炭，以吸附发酵液中的聚谷氨酸，继续培养16小时后，最终制备获得生物炭吸附聚谷氨酸的发酵液。
67.(4)颗粒状肥料的造粒成型：在上述制备的生物炭吸附聚谷氨酸的发酵液中，按前
述比例加入尿素12份、磷酸一铵20份、氯化钾18份、腐殖酸10 份、可溶性淀粉10份、膨润土10份、滑石粉10份、腐熟牛粪10份等，混匀，分批倒入摇摆机进行造粒；低温烘干，得到颗粒肥料。
68.肥效实验
69.以小油菜为实验对象，进行盆栽种植实验。实验设置3个处理，处理1不施肥，处理2施用普通复合肥，处理3施用本发明的生物炭吸附聚谷氨酸的微生物颗粒肥，每公斤土所施入肥量为：2g。对比小油菜收获后，植株氮、磷、钾的吸收量与播种前氮肥、磷肥、钾肥的施用量，计算肥料的利用率，实验结果如下：
70.表格1生物炭吸附聚谷氨酸的微生物颗粒肥的氮、磷、钾利用率分析
[0071][0072]
由表1可知，本发明制备的生物炭吸附聚谷氨酸的微生物颗粒肥，其氮、磷、钾利用率分别提高了46.3％、36.3％、23.2％，因此本发明获得的复合肥能够有效的提高肥料的利用率。
[0073]
表格2不同处理对小油菜鲜重、干重、株高、叶绿素含量的影响
[0074]
处理单株鲜重(g)单株干重(g)株高(mm)叶绿素含量(spad)处理116.3
±
2.51.4
±
0.2145
±
437.5
±
0.24处理226.7
±
3.43.2
±
0.2548
±
341.2
±
0.15处理332.1
±
3.63.8
±
0.3058
±
347.7
±
0.25
[0075]
施用本发明制备的生物炭吸附聚谷氨酸的微生物颗粒肥处理的实验组，鲜重、干重、株高和叶素含量均髙于对未施肥对照组，以及施用普通复合肥的实验组。说明施用本发明制备的生物炭吸附聚谷氨酸的微生物颗粒肥能显著提高作物的鲜重、干重、株髙和叶绿素含量,具有促进作物生长发育的作用。
[0076]
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.一种生物炭吸附聚谷氨酸的微生物颗粒肥，其特征在于，包括以下重量份数的原料：尿素15-20份、磷酸一铵10-20份、氯化钾15-20份、生物炭10-15份、聚谷氨酸0.1-3份、枯草芽孢杆菌活菌体1亿/g、腐殖酸5-10份、辅料30-50份。2.根据权利要求1所述的一种生物炭吸附聚谷氨酸的微生物颗粒肥，其特征在于：所述用于发酵的菌株为能产生γ-聚谷氨酸的枯草芽孢杆菌。3.根据权利要求1所述的一种生物炭吸附聚谷氨酸的微生物颗粒肥，其特征在于：所述聚谷氨酸为枯草芽孢杆菌在液体发酵培养基中发酵产生的含有聚谷氨酸的发酵液。4.一种如权利要求1所述的生物炭吸附聚谷氨酸的微生物颗粒肥的制备方法，其特征在于：所述微生物颗粒肥的制备工艺包括以下步骤：(1)生物炭的制备：将烘干的秸秆置于马弗炉中，厌氧条件下，升温至400-500℃，热解90-180min，冷却至常温，取出炭化物，粉碎、过筛，制备获得生物炭；(2)生物炭吸附聚谷氨酸的发酵液的制备：将产聚谷氨酸的枯草芽孢杆菌接种于富含营养的固体种子培养基上，37℃培养18-24小时，制备获得菌种，接种于液体活化培养液，37℃振荡培养18-24小时，获得活化的菌液，将活化的菌液接入装有液体发酵培养基的发酵罐中，37℃振荡培养36小时，加入一定量的生物炭，吸附聚谷氨酸，继续培养12小时，制备获得生物炭吸附聚谷氨酸的发酵液；(3)颗粒状肥料的造粒成型：发酵结束后，按比例加入尿素、磷酸一铵、氯化钾、腐殖酸、辅料等，混匀，用摇摆机进行造粒，低温烘干，得到颗粒状肥料。5.根据权利要求4所述的一种生物炭吸附聚谷氨酸的微生物颗粒肥的制备方法，其特征在于：所述生物炭以玉米秸秆、辣椒秸秆、向日葵秸秆或小麦秸秆中的一种为原料制备获得。6.根据权利要求4所述的一种生物炭吸附聚谷氨酸的微生物颗粒肥的制备方法，其特征在于：所述辅料为可溶性淀粉、膨润土、硅酸钠溶液、滑石粉、β-环糊精、加益粉、腐熟牛粪中的一种或多种。7.根据权利要求4所述的一种生物炭吸附聚谷氨酸的微生物颗粒肥的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中所述的固体种子培养基成分为1％蛋白胨，0.5％酵母粉，0.5％氯化钠，2％琼脂粉，ph7.0；所述的活化培养液，不含琼脂粉，其余成分与固体种子培养基相同，所述的液体发酵培养基成分为蔗糖90g/l,酵母粉10g/l,味精50g/l,氯化铵5g/l,尿素6g/l,磷酸氢二钾1.5g/l,磷酸二氢钾0.5g/l,硫酸镁0.208g/l,氯化钙0.01g/l，ph为6.8-7.2。8.根据权利要求4所述的一种生物炭吸附聚谷氨酸的微生物颗粒肥的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中所述的颗粒状肥料的造粒成型，根据发酵液中聚谷氨酸具体含量，按比例加入尿素、磷酸一铵、氯化钾、腐殖酸、辅料、去离子水等，使最后使聚谷氨酸的含量在0.1％-3％范围之间，混合物的含水量为20-35％之间。
技术总结本发明公开了一种生物炭吸附聚谷氨酸的微生物颗粒肥及其制备方法，它包括一定比例的生物炭、聚谷氨酸发酵液、微生物菌、尿素、磷酸一铵、氯化钾、腐殖酸、辅料等；其制备方法为：以秸秆为原料制备得到生物炭；接种活化的产聚谷氨酸的枯草芽孢杆菌于液体发酵培养基中进行发酵，发酵过程中加入生物炭；发酵结束后，按一定比例加入尿素、磷酸一铵、氯化钾、腐殖酸、辅料等，混匀，用摇摆造粒机进行造粒，低温烘干得到颗粒状肥料。该生物炭吸附聚谷氨酸的微生物颗粒肥，可以有效促进作物生长发育，生根、壮苗，显著提高作物抗旱能力和肥料利用效率。显著提高作物抗旱能力和肥料利用效率。显著提高作物抗旱能力和肥料利用效率。
技术研发人员：李维
受保护的技术使用者：四川师范大学
技术研发日：2022.06.28
技术公布日：2022/11/1
