一種植物養分吸收促進劑及其制備方法和應用的制作方法

專利名稱：：一種植物養分吸收促進劑及其制備方法和應用的制作方法
技術領域：
：本發明涉及農業
技術領域：
，尤其提供了一種新型的植物養分吸收促進劑及其生產方法，本發明同時提出了該植物養分吸收促進劑在農業生產上的應用。
背景技術：
：在傳統農業生產中，為了促進作物生長、提高作物產量，普遍采用的方式就是施用各種肥料，特別是人工合成的化學肥料，如尿素、磷酸二銨、復合肥等。根據植物營養學理論，植物對各種營養成分(主要為氮、磷、鉀等大量元素)的需求是呈一定比例的，該比例受作物品種、土壤肥力、氣候條件、種植方式等各種復雜因素的決定，很難被農業生產者，尤其是農民準確掌握。同時，農民的集中施肥與作物需肥的周期性也形成一對難以解決的矛盾，這使得農業生產中的施肥往往出現在某種營養元素方面施肥過量，而在另一種營養元素方面又施用不足，或者某個時期營養元素過量供應，而其他時期供應不足，不僅造成了農業生產資源的大量浪費，也難以滿足作物對營養元素的全面需要；另一方面，對化肥的過量使用或不適當使用形成的肥料淋失，也直接導致地表水和地下水污染，成為農業面源污染治理的難點和重點。解決上述問題的一個重要途徑就在于強化植物對土壤中營養成分的富集、吸收和利用，通過適當手段盡可能的將各種營養元素吸附在植物根系周圍，在減少流失的同時，實現土壤中營養成分的長效供給。實驗證明，有機酸及其高分子聚合物在這方面可以發揮積極作用。美國專利USP5，861,356中提供了一種利用肥料與聚合氨基酸提高植物產量的方法，是利用聚天門冬氨酸及其鹽對養分的螯合作用，達到收集、吸附和固定土壤中植物所需的營養成分，使其為植物生長所利用的效果。但是，可以注意到，該發明應用在農業上存在以下缺陷和不足(1)單一的聚天門冬氨酸及其鹽僅僅能夠發揮富集和傳送營養的作用，并不能強化植物根系自身對土壤中所需養分的溶解和吸收的能力；(2)該發明所涉及產品為聚天門冬氨酸鈉鹽，pH值在8.09.5，其弱堿性的特點不僅僅限制了在土壤中的施用，長期使用將加劇土壤的鹽堿化，并且其僅限于根施，若葉面噴施會灼傷葉子，在應用方式上也有很大局限性；(3)聚天門冬氨酸對養分的傳輸需要一個過程和時間，根據該專利中應用實例證明，其產品至少在施用一周后才能發揮效果，這也限制了它應用在農業生產中的速效效果。氮、磷、鉀，是植物生長中不可缺少的三大營養元素，在研究中，我們還認識到作為植物營養大量元素之一的鉀，與其他兩個大量元素氮和磷不同，主要在蛋白質合成過程中起著輔酶和活化劑的作用。植物缺鉀時，蛋白質合成受阻，植物體內淀粉和多糖易水解成單糖，使淀粉合成和多糖聚合作用受阻，從而嚴重影響植物生長及其果實的產量和品質。施用無機鉀肥或有機鉀肥是保證植物生長對鉀需求的兩個主要途徑，其中有機鉀肥的合成與應用成為肥料發展方向之一。中國專利96118644.5和00101170.7分別提供了一種有機鉀肥和一種無氯有機高鉀液體復合肥，它們的主要組分都為有機酸鉀，并配以表面活性劑，提供用于農業生產中進行葉面噴施，二個專利公開的區別只是采取了不同的生產方法。這兩項專利公開的僅僅是一種液態有機肥料，目的是給作物提供鉀肥，但這兩種肥料的組成并不能實現對土壤中養分的溶解、吸附和運輸作用。而且，所添加的表面活性劑、滲透劑均為有機化合物，不是作物生長所需要，長期施用易造成土壤的二次污染。再者，兩項專利中提供的鉀肥產品均主要作為葉面噴施使用，使用方式和范圍有一定局限性。
發明內容本發明欲解決的主要技術問題是針對目前在促進農作物生長技術研究和應用領域存在的問題，提出一種新型的植物養分吸收促進劑，將聚天門冬氨酸、生態有機酸和鉀離子的功效有機結合為一體，在實際應用中可有效促進植物對各種養分的快速吸收，實現作物的增產增效。本發明同時提供了制備上述植物養分吸收促進劑產品的方法，以確保該產品具有所預期的功效。本發明還提供了上述植物養分吸收促進劑在農業生產中的應用。本發明首先提供了一種植物養分吸收促進劑，是以聚琥珀酰亞胺、有機酸和氫氧化鉀的反應產物作為活性組分的水溶液，其中的活性組分含量為25-60%，且該水溶液的pH值為7-8，所述有機酸為可與金屬離子絡合形成可溶性金屬絡合物的二元羧酸或三元羧酸。申請人的研究探索發現，植物是通過其根系吸收根際土壤中的各種營養成分的，土壤中無機態養分通過截獲、質流和擴散作用到達根表面，然后以質流、擴散等的被動方式和主動吸收過程通過生物膜被吸收進入根表皮細胞內。這一過程中，根系分泌物是根系影響根際土壤的主要物質基礎，它主要包括低分子有機化合物(游離分泌物)、高分子凝膠物質(粘液)和細胞組織脫落物及溶解產物三大部分。其中，糖和有機酸是其中的主要有機化合物，而重要的有機酸分泌物包括蘋果酸、檸檬酸、酒石酸、各種氨基酸等，這些有機酸是可與金屬離子，尤其是多價金屬離子和堿土金屬離子絡合后形成可溶性絡合物的生態螯合劑。這些有機酸分泌物可通過多種螯合作用實現根系對土壤中枸溶性養分的溶解和吸收，而土壤中的高分子聚合物螯合土壤中的養分離子后，改變了根系周圍溶液的濃度差，促進周邊各種螯合態養分離子向根系附近進行擴散。申請人的結論是，在土壤中施入低分子有機酸，特別是檸檬酸、蘋果酸、酒石酸或氨基酸等，可以強化作物根系對所需養分的溶解和吸收能力；而施入高分子聚合物，則可以促進營養成分圍繞根系的富集和擴散。本發明成功研制出一種新型植物養分吸收促進劑，其實質上是一種通過化學反應獲得的聚天門冬氨酸及生態有機酸與鉀鹽螯合而成的活性組分水溶液產品，本發明稱為聚肽螯合鉀。該產品中，聚天門冬氨酸(鉀)，是一種仿生生物高分子聚合物，它的分子結構獨特，是含有鉀離子的聚肽蛋白質；生態有機酸(鉀)是可以絡合多種金屬離子形成可溶性金屬絡合物的螯合劑，同時也是植物根系在吸收養份及各種微量元素所分泌的低分子有機酸，例如可以是檸檬酸、蘋果酸、酒石酸、氨基酸等。所以，本發明提供的該植物養分吸收促進劑產品自身具備了聚肽蛋白質特性和螯合特性，借助它們之間的協同作用，單獨使用或與肥料配合使用，均可有效促進植物通過根系或葉面對營養元素的均衡和有效吸收。圖3示意了施用本發明的產品(本發明稱聚肽螯合鉀)對促進植物根系溶解和吸收各種難溶養分的幾種不同的作用機理。由于聚琥珀酰亞胺在氫氧化鉀作用下將水解成為聚天門冬氨酸，根據本發明的具體實施方案，以鉀鹽計，該水溶液產品的活性組分中聚天門冬氨酸鉀與有機酸鉀的重量比例在1:1至5:1。對于本發明提供的植物養分吸收促進劑，所述活性組分中包含的聚天門冬氨酸的分子量應大于5000，例如所述聚天門冬氨酸的分子量可控制在5000-20000，采用公知的檢測方法可以實現測定。所述有機酸優選包括檸檬酸、酒石酸和蘋果酸中的一種或多種的組合。本發明提供的植物養分吸收促進劑，所述活性組分更優選為聚琥珀酰亞胺、有機酸和氫氧化鉀在75'C9(TC下的反應產物。本發明提供的植物養分吸收促進劑是通過聚琥珀酰亞胺、氫氧化鉀和所述有機酸之間反應而獲得，其反應過程是聚琥珀酰亞胺在過量氫氧化鉀作用下水解生成聚天門冬氨酸陰離子，同時，過量的鉀離子使有機酸離子化，二種陰離子和一種陽離子組成為本發明的植物養分吸收促進劑的活性組分，最終產品是一種活性組分質量含量達到25%-60%的水溶液。本發明還提供一種制備所述植物養分吸收促進劑的具體方法，其包括(1)使聚琥珀酰亞胺與過量的氫氧化鉀在75'C9(TC下反應，直至聚琥珀酰亞胺全部溶解，得到具有過量鉀離子的中間產物A;(2)維持上述反應溫度，向中間產物A中加入所述有機酸，調整反應體系的pH值至7-8，得到中間產物B;(3)將中間產物B進行過濾，收取濾液，即為所述植物養分吸收促進劑。根據本發明的方案，聚琥珀酰亞胺首先在堿作用下充分轉化為聚天門冬氨酸，從反應現象可以觀察到聚琥珀酰亞胺已經完全溶解，該過程應控制適當的體系溫度，過量的氫氧化鉀被所述有機酸螯合，同時調節體系的pH為7-8，得到具有一定活性組分含量的中性至弱堿性水溶液產物。為使產物中的聚天門冬氨酸具有期望的分子量，最好采用分子量大于5000的聚琥珀酰亞胺為原料。按照本發明方法制備所述植物養分吸收促進劑產品所用的原料均可商購得到，反應產物無毒并可生物降解。本發明還提供了該植物養分吸收促進劑在促進作物生長中的應用，包括利用該植物養分吸收促進劑的稀釋液進行浸種、灌根或葉面噴施。具體地，用于浸種時的稀釋液的稀釋倍數為1000-2000倍；用于灌根或葉面噴施時的稀釋倍數為1500-3000倍。本發明的植物養分吸收促進劑還可加入肥料中制成增效肥料，以干物質計，該植物養分吸收促進劑在肥料中的加入比例為0.5%。至1%(以所用肥料的重量為基準)，所述肥料包括無機肥料、有機肥料或有機-無機復混肥。本發明方案的實施具有以下特點1、本發明產品在促進植物對養分吸收方面的功效是其活性組分協同作用的結果聚天門冬氨酸為高分子有機聚合物，能把植物所需的養分元素富集在植物根須周圍供植物吸收，并能強化植物對土壤中N、P、K及中微量營養元素的吸收，從而提高肥料的利用率，減少環境污染；有機酸是可以絡合多種金屬離子，形成可溶性金屬絡合物的螯合劑，施用中通過其螯合作用可以強化根系對土壤中含有可溶性和枸溶性的營養成分的溶解和吸收；鉀離子與有機酸以離子形式存在，有機酸離子可促進鉀離子通過根系或葉面的吸收利用，被植物吸收的鉀離子可促進淀粉的合成和多糖的聚合(促進植物蛋白質合成)，具有輔酶和活化劑的作用，有利于提高產量，改善產品品質，而聚天門冬氨酸鉀具有良好的生物降解性，降解后的小分子氨基酸同樣易被作物吸收利用。2、本發明產品(肽螯合鉀溶液)中聚天門冬氨酸的負離子還具有表面活劑功能，能與肥料、農藥復配使用，起到分散劑的作用，提高肥效、藥效，增強它們的競爭力。3、本發明產品原料易得，生產方式簡單易控制，成本較低。4、本發明的制劑熱穩定性好，耐高溫，但可全部生物降解；經國家權威部門檢測為無毒、無害、無殘留、全降解、不含任何重金屬和激素，對土壤、植物、動物無任何不良影響，是符合國家產業政策的高效環保型產1=1叩o總之，無論以上何種使用方式，本發明產品均可以達到在植物生長過程中強化養分吸收和利用的作用，能提高肥料綜合利用率，提高產量，改善品質。圖1是應用例3采用本發明的植物養分吸收促進劑及常規產品在大棚黃瓜上應用試驗的產量對照曲線。圖2是應用例4采用本發明的植物養分吸收促進劑及常規產品在大棚黃瓜上應用試驗的產量對照曲線。圖3是施用本發明的植物養分吸收促進劑在強化根系對土壤中含有營養成分的各種無機化合物，特別是難溶性無機化合物的溶解和吸收過程幾種不同機理的示意圖。具體實施例方式以下通過具體實施例和應用例對本發明的方案和實施效果做進一步的說明，但不對本發明的實施范圍形成任何限制。以下實施例中使用的聚琥珀酰亞胺為商購產品，而所用的氫氧化鉀和各種有機酸均為商購化工原料。實施例1將20.3千克分子量大于5000的聚琥珀酰亞胺常溫下加入到54.1千克水中，邊攪拌邊加入18.0千克純度大于90%的固體氫氧化鉀，過程中控制反應溫度約8(TC左右，直到聚琥珀酰亞胺全部溶解(約3-4小時)，再維持該反應溫度加入一水檸檬酸7.6千克，將pH值調節至7-8，經過濾可得到100千克棕紅色透明的溶液，本發明稱為"聚肽螯合鉀"，(以下實施例相同)其中的活性組分含量為43%，以鉀鹽計，聚天門冬氨酸鉀檸檬酸鉀重量比為2.9:1。實施例2將19千克分子量大于5000的聚琥珀酰亞胺常溫下加入到47千克水中，邊攪拌邊加入24.7千克純度大于90%的固體氫氧化鉀，過程中控制反應溫度在75"C-8(TC左右，直到聚琥珀酰亞胺全部溶解后，再維持該反應溫度加入14.4千克的一水檸檬酸，將pH值調節至7-8，經過濾可得到100千克的棕紅色透明的聚肽螯合鉀溶液，其中的活性組分含量為53%,以鉀鹽計，聚天門冬氨酸鉀檸檬酸鉀重量比為1.5:1。實施例3將14千克分子量大于5000的聚琥珀酰亞胺常溫下加入到50千克水中，邊攪拌邊加入11.6千克純度大于90%的固體氫氧化鉀，過程中控制反應溫度在85'C左右，直到聚琥珀酰亞胺全部溶解后(約3-4小時)，再維持該反應溫度加入4千克的酒石酸和20.4千克的水，待酒石酸全部溶解后，pH值為7-8，經過濾可得到棕紅色透明的聚肽螯合鉀溶液，其中活性組分含量為28%，以鉀鹽計，聚天門冬氨酸鉀酒石酸鉀重量比為3.6:1。實施例4將14千克分子量大于5000的聚琥珀酰亞胺常溫下加入到50千克水中，邊攪拌邊加入11.8千克純度大于90%的固體氫氧化鉀，過程中控制反應溫度在85'C左右，直到聚琥珀酰亞胺全部溶解后，再維持該反應溫度加入3.8千克的蘋果酸和20.3千克的水，使其全部溶解，pH值為7-8，經過濾可得到棕紅色透明的聚肽螯合鉀溶液，其中活性組分含量為28%，以鉀鹽計，聚天門冬氨酸鉀酒石酸鉀重量比為3.6:1。實施例5將14千克分子量大于5000的聚琥珀酰亞胺室溫下加入到50千克水中，邊攪拌邊加入11.9千克純度大于90%的固體氫氧化鉀，過程中控制反應溫度在S5。C左右，直到聚琥珀酰亞胺全部溶解后，再加入2.5千克檸檬酸、0.83千克酒石酸、0.32千克的蘋果酸和20.5千克的水，使其全部溶解，經過濾可得到棕紅色透明的聚肽螯合鉀溶液，其中活性組分含量為28%，以鉀鹽計，聚天門冬氨酸鉀生態酸螯和鉀重量比為3.6:1，其中生態酸螯合鉀包含檸檬酸螯合鉀、酒石酸螯合鉀和蘋果酸螯合鉀。利用以上產物作為試驗產品應用在小麥、菠菜、黃瓜、茄子等多種作物，進行了以下應用和對照試驗。試驗中所用的對照品均為商購產品。應用例12006年8月份在大田小麥上進行了對照試驗。試驗區及對照區面積均為1市畝，種植品種為小麥9411。試驗區使用實施例1中活性組分含量為43%的聚肽螯合鉀液體0.2公斤稀釋15倍，在20公斤NPK配比為15-15-15的復合肥中摻混均勻后做試驗區底肥使用。對照區僅施用20公斤NPK配比為15-15-15的復合肥。生長期表現(1)試驗區出苗早于對照區4天，且苗齊較旺；(2)試驗區麥苗較對照區，分蘗平均多出1-2個，且作物根系發育較好；(3)統計最后產量，試驗區產量為490公斤，對照區產量380公斤，增產28.9%;(4)試驗區小麥籽粒普遍飽滿有光亮，對照區小麥籽粒明顯較為痩癟。應用例22007年4月在大田菠菜上進行了對照試驗。試驗區及對照區面積均為1市畝，種植品種為全能菠菜。將實施例1的聚肽螯合鉀液體0.2公斤稀釋15倍，在20公斤NPK配比為15-15-15的復合肥中摻混均勻后做試驗區底肥使用。對照區僅施用20公斤NPK配比為15-15-15的復合肥。35天后菠菜收獲稱重，對照區產量1876公斤(作為增產100%基準)，試驗區產量為2334公斤，增產458公斤，增產率24.4%。顯示施用聚肽螯合鉀增產效果明顯。表1、實施例1在菠菜上的應用試驗<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>應用例32007年5月在三個蔬菜大棚中進行對照小區試驗。三個大棚面積均為1市畝，種植品種為綠油黃瓜，試驗時黃瓜株高1米左右。大棚A噴施實施例3中的新型植物養分吸收促進劑(聚肽螯合鉀)30毫升，其中活性組分含量28%，稀釋3000倍，葉面噴施；大棚B噴施液態有機鉀肥(商購品)60毫升，濃度16%，稀釋1500倍液，葉面噴施；大棚C為空白對照區，沒有葉面噴施，其余用肥及棚內管理相同。兩周內三個大棚每日黃瓜產量情況對比如圖1所示。施用本發明產品的大棚A中合計產量為355公斤，施用有機鉀肥產品的大棚B中合計產量為287公斤，二者相比，施用本發明產品后產量增加23.7%;空白對照區產量273公斤，二者相比，施用本發明產品后產量相比增加30%。表2、實施例2在大棚黃瓜上的應用試驗(對比增產的統計基于空白對照)<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>應用例42007年5月在三個蔬菜大棚中進行對照小區試驗。三個大棚面積均為1市畝，種植品種為冬冠四號黃瓜，試驗時黃瓜株高1米左右。大棚A隨水根灌實施例3中的新型植物養分吸收促進劑(聚肽螯合鉀)300g，其中活性組分含量28%，稀釋2000倍；大棚B隨水根灌美國產(商品名為"金回報"30%濃度)聚天門冬氨酸鈉鹽300g，濃度30%，稀釋2000倍液；大棚C不做任何處理，為空白對照。其余用肥及棚內管理相同。一個月內三個大棚每日黃瓜產量情況對比如圖2所示。大棚A中合計產量為1875根，大棚B中合計產量1467根，空白區合計產量1180根。施用聚肽螯合鉀的大棚A相對大棚B增產27.8%，相對空白區增產58.9%。不僅增產效果顯著，而且可以從圖中看出，施用聚肽螯合鉀后，作物產量迅速提高，短期內達到較高水平；相比較而言，大棚B要在1周后才能達到較高產量。產品提前上市，意味著可以獲得較高的市場價格，投資回報率更高。表3、實施例3在大棚黃瓜上的應用試驗(對比增產的統計基于空白對照)<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>權利要求1、一種植物養分吸收促進劑，所述植物養分促進劑是以聚琥珀酰亞胺、有機酸和氫氧化鉀的反應產物作為活性組分的水溶液，其中的活性組分含量為25-60％，且該水溶液的pH值為7-8，所述有機酸為可與金屬離子絡合形成可溶性金屬離子絡合物的二元羧酸或三元羧酸。2、根據權利要求1所述的植物養分吸收促進劑，其中，以鉀鹽計，該水溶液的活性組分中聚天門冬氨酸鉀與有機酸鉀的重量比例在1:1至5:1。3、根據權利要求1或2所述的植物養分吸收促進劑，其中，所述活性組分中包含的聚天門冬氨酸的分子量應大于5000。4、根據權利要求1所述的植物養分吸收促進劑，其中，所述有機酸包括檸檬酸、酒石酸和蘋果酸中的一種或多種的組合。5、根據權利要求1或2所述的植物養分吸收促進劑，其中，所述活性組分為聚琥珀酰亞胺、有機酸和氫氧化鉀在75"C9(TC的反應產物。6、制備權利要求1-5任一項所述的植物養分吸收促進劑的方法，所述方法包括(1)使聚琥珀酰亞胺與過量的氫氧化鉀在75'C9(TC溫度范圍內反應，直至聚琥珀酰亞胺全部溶解，得到含有過量鉀離子的中間產物A;(2)維持上述反應溫度，向中間產物A中加入所述有機酸，調整反應體系的pH值至78，得到中間產物B;(3)將中間產物B進行過濾，收取濾液，即為所述植物養分吸收促進劑。7、根據權利要求6所述的方法，其中，聚琥珀酰亞胺的分子量應大于5000。8、權利要求l-5任一項所述植物養分吸收促進劑在促進作物生長中的應用，包括利用該植物養分吸收促進劑的稀釋液進行浸種、灌根或葉面噴施。9、根據權利要求8所述的應用，其中，用于浸種時的稀釋液的稀釋倍數為1000-2000倍；用于灌根或葉面噴施時的稀釋倍數為1500-3000倍。10、權利要求1-5任一項所述植物養分吸收促進劑在促進作物生長中的應用，包括將該植物養分吸收促進劑作為肥料增效劑加入肥料中制成增效肥料，以干物質計，該植物養分吸收促進劑在肥料中的加入比例為0.5%。至1%，所述肥料包括無機肥料、有機肥料或有機-無機復混肥。全文摘要本發明提供一種新型植物養分吸收促進劑產品，該產品是以聚琥珀酰亞胺、有機酸和氫氧化鉀的反應產物作為活性組分的水溶液，其中的活性組分含量為25-60％，且該水溶液的pH值為7-8，所述有機酸為可與金屬離子絡合形成可溶性金屬絡合物的二元羧酸或三元羧酸。本發明還提供了該植物養分吸收促進劑的制備方法及其在農業生產中的應用。本發明產品可螯合植物生長所需的氮磷鉀及中微量營養元素，并將之輸送到植物根系周圍，從而促進植物對養分的吸收，提高肥料利用率、提高作物產量、改善作物品質。本發明還從農業生產實踐出發提出了本發明產品在農業生產中的多種應用方式，有著靈活而廣泛的適用范圍。文檔編號A01N37/18GK101379977SQ200710121488公開日2009年3月11日申請日期2007年9月7日優先權日2007年9月7日發明者華則科,唐建榮,安保軍,趙云建申請人:北京巨泰科技有限公司