专利名称：一种改性谷氨酸肥料增效剂及其生产方法与用途的制作方法
一种改性谷氨酸肥料增效剂及其生产方法与用途
技术领域：
本发明涉及化肥增效技术领域。更具体地，本发明涉及一种改性谷氨酸肥料增效齐IJ，还涉及所述改性谷氨酸肥料增效剂的生产方法，还涉及所述改性谷氨酸肥料增效剂的用途。背景技术：
我国的化肥利用率普遍较低，氮肥平均利用率在30%左右，磷肥当季利用率在25%左右，钾肥利用率在50%左右，肥料科技工作者对提高肥料利用率的方式方法进行了大量研究，取得了一定的效果，但仍存在肥料生产工艺复杂、成本高、使用不方便、难以在大田作物上推广应用等问题。近年来，如何在低成本投入的条件下对我国的肥料产业进行技术升级改造成为研究热点。过去几十年，我国对肥料，特别是氮肥增效剂的研究较多。这些研究多集中在脲酶抑制剂和硝化抑制剂等化学制剂的研究和应用上，对于天然物质及改性天然物质在肥料增效剂上的研究较少。谷氨酸是植物体内含量最高的氨基酸，同时，谷氨酸是植物体内多种氨基酸合成的前体，在植物的生长发育过程中起着至关重要的作用。谷氨酸可以在植物体内形成谷氨酰胺，储存氮素并能消除因氨浓度过高产生的毒害作用。谷氨酸中含有的羧基、氨基可在一定程度上促进作物根系生长，提高根系活力；改善氮素在植物体内的储存形态；提高农产品品质和广量。本发明利用谷氨酸钠或谷氨酸制备谷氨酸溶液，并添加我国土壤中普遍缺乏的植物必需微量元素，生产改性谷氨酸肥料增效剂。本发明人在总结现有技术的基础上进行了大量试验研究工作，终于完成了本发明。
发明内容[要解决的技术问题]本发明的目的是提供一种改性谷氨酸肥料增效剂。本发明的另一个目的是提供所述改性谷氨酸肥料增效剂的制备方法。本发明的另一个目的是提供所述改性谷氨酸肥料增效剂的用途。[技术方案]本发明是通过下述技术方案实现的。本发明涉及一种改性谷氨酸肥料增效剂的生产方法。该生产方法的步骤如下A、配制浓度为以重量计10-30%谷氨酸钠溶液，在温度65 70°C下加热得到一种谷氨酸钠溶液I。本发明使用的谷氨酸钠是一种胺基酸谷氨酸的钠盐，是一种无颜色无气味的晶体，是目前市场上销售的产品。优选地，所述的谷氨酸钠纯度是以重量计95%以上。
根据本发明的一种优选实施方式，所述的谷氨酸钠溶液加热30-60分钟。B、以步骤A得到的谷氨酸钠溶液I为母液，按照每升母液为5 5(^成803和l(T30gEDTA往所述母液中添加H3BO3和EDTA，充分溶解后得到溶液II。优选地，每升谷氨酸钠溶液I母液添加12 40g H3BO3和15 25g EDTA。更优选地，每升谷氨酸钠溶液I母液添加24 36g H3BO3和18 22gEDTA。本发明使用的H3BO3和EDTA都是目前市场上销售的产品。C、按照每升溶液II为5 15g ZnSO4 7H20和5 15g MnSO4 7H20往所述溶液II中 添加ZnSO4 7H20和MnSO4 7H20，混匀后得到一种改性谷氨酸肥料增效剂。优选地，每升溶液II 添加 6 14g ZnSO4 7H20 和 6 14g MnSO4 7H20。更优选地，每升溶液II添加8 12g ZnSO4 7H20和8 12g MnSO4 7H20。本发明还涉及一种改性谷氨酸肥料增效剂的生产方法。该生产方法的步骤如下A、将浓度为以重量计5-15%无机碱溶液与谷氨酸按照重量比I. 8^7. 6 I进行混配，然后在温度65 7(TC下加热得到谷氨酸盐溶液I。所述的无机碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠或碳酸氢钾。优选地，所述的无机碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢钠或碳酸氢钾。所述无机碱溶液与所述谷氨酸的重量比优选地是2. 2 7.0 I。更优选地，所述无机碱溶液与所述谷氨酸的重量比是2.8飞.0 I。根据本发明的一种优选实施方式，所述无机碱溶液与谷氨酸混合物加热30-60分钟。B、以步骤A得到的谷氨酸盐溶液I为母液，按照每升母液为5 50gH3B03和l(T30gEDTA往所述母液中添加H3BO3和EDTA，充分溶解后得到溶液II。优选地，每升谷氨酸盐溶液I母液添加12 40g H3BO3和15 25g EDTA。更优选地，每升谷氨酸盐溶液I母液添加24 36g H3BO3和18 22gEDTA。本发明使用的H3BO3和EDTA都是目前市场上销售的产品。C、按照每升溶液II为5 15g ZnSO4 7H20和5 15g MnSO4 7H20往所述溶液II中添加ZnSO4 7H20和MnSO4 7H20，混匀后得到一种改性谷氨酸肥料增效剂。优选地，每升溶液II 添加 6 14g ZnSO4 7H20 和 6 14g MnSO4 7H20。更优选地，每升溶液II添加8 12g ZnSO4 7H20和8 12g MnSO4 7H20。根据本发明的另一种优选实施方式，根据区域土壤中、微量元素需要，在步骤B或步骤C中往所述母液中添加含钙、镁、铁或铜的中、微量元素肥料。这些中、微量元素肥料也都是目前市场上销售的产品。本发明还涉及采用上述方法得到的改性谷氨酸肥料增效剂。本发明还涉及所述改性谷氨酸肥料增效剂的用途，它作为肥料增效剂应用于尿素、碳铵、磷酸一铵、磷酸二铵、氯化钾、硫酸钾、复混肥及中微量元素肥料的生产，它的添加量是每1000重量份所述肥料为5 100公斤所述增效剂。其添加方法对于本技术领域的技术人员而言是不存在任何困难的。[有益效果]本发明是谷氨酸是植物体内含量最高的氨基酸，同时，谷氨酸是植物体内多种氨基酸合成的前体，在植物的生长发育过程中起着至关重要的作用。谷氨酸可以在植物体内形成谷氨酰胺，储存氮素并能消除因氨浓度过高产生的毒害作用。谷氨酸中含有的羧基、氨基可在一定程度上促进作物根系生长，提高根系活力，与常规对照相比，本发明的改性谷氨酸肥料增效剂能显著提高苗期玉米的根系活力达28%以上；增强作物对磷、钾和中微量元素的吸收；改善氮素在植物体内的储存形态；提高农产品品质和产量，与普通尿素相比，使用本发明谷氨酸增效剂的尿素能显著增加玉米的穗粒数和百粒重，分别增加14. 6%和5. 1%，产量增加21. 0%。因而，该增效剂产品通过谷氨酸增效液对作物生长的促进作用，改善氮素在作物植株体内的储存形态，降低氨对作物的危害，与普通尿素相比，本发明的谷氨酸增效尿素能显著降低氮的氨挥发损失量达52%以上。本发明增效剂产品促进作物对土壤养分的吸收，明显提高养分利用率，并可补充土壤的微量元素。
附图I表示本发明改性谷氨酸肥料增效剂生产流程示意图。I-谷氨酸钠(谷氨酸)、2_水(氢氧化钠或氢氧化钾溶液)、3_加热步骤、4-谷氨酸 溶液、5-硫酸锌和硫酸锰、6-硼酸和EDTA、7-改性谷氨酸肥料增效剂。
具体实施方式通过下述实施例与试验实施例将能够更好地理解本发明。具体地参见附图I表示的本发明改性谷氨酸肥料增效剂生产流程。实施例I :本发明改性谷氨酸肥料增效剂的制备该实施例的实施步骤如下A、配制浓度为以重量计25%的谷氨酸钠溶液，在70°C下加热45分钟，得到所述的谷氨酸钠溶液I ;B、以步骤A得到的谷氨酸钠溶液I为母液，按照每升母液为20g H3BOjP 20g EDTA往所述母液中添加H3BO3和EDTA，充分溶解后得到溶液II。C、按照每升溶液II为IOg ZnSO4 IW2Q和IOg MnSO4 IW2Q往所述溶液II中添加ZnSO4 7H20和MnSO4 7H20，混匀后得到所述的改性谷氨酸肥料增效剂。实施例2 :本发明改性谷氨酸肥料增效剂的制备该实施例的实施步骤如下A、配制浓度为以重量计15%的谷氨酸钠溶液，在65°C下加热60分钟，得到所述的谷氨酸钠溶液I ;B、以步骤A得到的谷氨酸溶液I为母液，按照每升母液为40g H3BO3,和IOg EDTA往所述母液中添加H3BO3和EDTA，充分溶解后得到溶液II ；C、按照每升溶液II为5g ZnSO4 IW2Q和5g MnSO4 IW2Q往所述溶液II中添加ZnSO4 7H20和MnSO4 7H20，混匀后得到改性谷氨酸肥料增效剂。实施例3 :本发明改性谷氨酸肥料增效剂的制备该实施例的实施步骤如下A、配制浓度为以重量计10%的谷氨酸钠溶液，在68°C下加热30分钟，得到所述的谷氨酸钠溶液I ;
B、以步骤A得到的谷氨酸钠溶液I为母液，按照每升母液为5g H3BO3和30g EDTA往所述母液中添加H3BO3和EDTA，充分溶解后得到溶液II。C、按照每升溶液II为15g ZnSO4 IW2Q和15g MnSO4 IW2Q往所述溶液II中添加ZnSO4 7H20和MnSO4 7H20，混匀后得到所述的改性谷氨酸肥料增效剂。实施例4 :本发明改性谷氨酸肥料增效剂的制备该实施例的实施步骤如下A、配制浓度为以重量计30%的谷氨酸钠溶液，在70°C下加热60分钟，得到所述的谷氨酸钠溶液I ;
B、以步骤A得到的谷氨酸溶液I为母液，按照每升母液为50g H3BO3,和20g EDTA往所述母液中添加H3BO3和EDTA，充分溶解后得到溶液II ；C、按照每升溶液II为12g ZnSO4 IW2Q和12g MnSO4 IW2Q往所述溶液II中添加ZnSO4 7H20和MnSO4 7H20，混匀后得到改性谷氨酸肥料增效剂。实施例5 :本发明改性谷氨酸肥料增效剂的制备该实施例的实施步骤如下A、配制浓度为以重量计12%的氢氧化钠溶液，与谷氨酸按重量比2. 3 I的比例混合，然后在68°C下加热50分钟，得到谷氨酸钠溶液I ;B、以步骤A得到的谷氨酸溶液I为母液，按照每升母液为35g H3BO3,和20g EDTA往所述母液中添加H3BO3和EDTA，充分溶解后得到溶液II ；C、按照每升溶液11为IOg ZnSO4 IW2Q和IOg MgSO4往所述溶液11中添加ZnSO4 7H20和MnSO4 7H20，混匀后得到一种改性谷氨酸肥料增效剂。实施例6 :本发明改性谷氨酸肥料增效剂的制备该实施例的实施步骤如下A、将浓度为以重量计10%的氢氧化钾溶液与谷氨酸按重量比4. 8 I的比例混合，然后在70°C下加热30分钟，得到谷氨酸钾溶液I ;B、以步骤A得到的谷氨酸溶液I为母液，按照每升母液为20g H3BO3,和30g EDTA往所述母液中添加H3BO3和EDTA，，充分溶解后得到溶液II ；C、按照每升溶液II为15g CuSO4 5H20和15g MnSO4 H2O往所述溶液II中添加ZnSO4 7H20和MnSO4 7H20，混匀后得到一种改性谷氨酸肥料增效剂。实施例7 :本发明改性谷氨酸肥料增效剂的制备该实施例的实施步骤如下A、用浓度为以重量计5%的氢氧化钾溶液与谷氨酸按重量比7. 6 I的比例混合，然后在70°C下加热40分钟，得到谷氨酸钾溶液I ;B、以步骤A得到的谷氨酸溶液I为母液，按照每升母液为50g H3BO3,和IOg EDTA往所述母液中添加H3BO3和EDTA，充分溶解后得到溶液II ；C、按照每升溶液II为15g ZnSO4 H2O和15g FeSO4 IW2Q往所述溶液II中添加ZnSO4 7H20和MnSO4 7H20，混匀后得到一种改性谷氨酸肥料增效剂。实施例8 :本发明改性谷氨酸肥料增效剂的制备该实施例的实施步骤如下A、用浓度为以重量计15%的氢氧化钾溶液与谷氨酸按重量比I. 8 I的比例混合，然后在65°C下加热60分钟，得到谷氨酸钾溶液I ;B、以步骤A得到的谷氨酸溶液I为母液，按照每升母液为5g H3BO3,和3(^ EDTA往所述母液中添加H3BO3和EDTA，充分溶解后得到溶液II ；C、按照每升溶液II为5g ZnSO4 H2O和5g FeSO4 IW2Q往所述溶液II中添加ZnSO4 7H20和MnSO4 7H20，混匀后得到一种改性谷氨酸肥料增效剂。肥料试骀试验实施例I :本发明改性谷氨酸肥料增效剂对苗期玉米根系活力的影响
利用砂培试验研究改性谷氨酸肥料增效剂对玉米苗期根系活力的影响。试验设常规对照(CK)和本发明改性谷氨酸肥料增效剂(G-l、G-2、G-3) 4个处理，G_l、G_2、G-3分别是实施例1、2、5制备的改性谷氨酸肥料增效剂，重复6次。首先将石英砂用清水洗净，放入不锈钢托盘中，保持一定湿度，将玉米籽粒放入盘中，用湿布覆盖其上，在温度25°C的条件下进行育苗。当玉米出芽长至3-5cm时，将玉米取出放入盛满石英砂的培养杯中，每天浇浓度为0. 2%的改性谷氨酸肥料增效剂25mL，CK浇25mL水。当玉米长至20cm左右时，取出根系，用清水洗净，采用TTC法(参考文献张雄，用“TTC”法(红四氮唑)测定小麦根和花粉的活力及其应用[J]，植物生理学通讯，1982年第3期)测定玉米的根系活力。其试验结果列于下表I中。表I :玉米根系活力(mg/g h, TTC法)
~lm根系活力
CKI. 127
G-I1.512
G-2I. 476
G-3I. 448上述试验结果表明，与常规对照相比，本发明的改性谷氨酸肥料增效剂能显著提高苗期玉米的根系活力，G-l、G-2、G-3分别比对照高出34. 2%、31. 0%和28. 5%。试验实施例2 :谷氨酸增效尿素对玉米产量及产量构成因素的影响试验设CK (不施肥)、普通尿素⑶和利用本发明谷氨酸肥料增效剂生产的谷氨酸尿素(⑶)3个处理，施氮水平为每柱施纯氮Ig (按30cm耕层计，相当于0. 053gN/kg 土)，共3个处理，重复8次，随机排列。留取土柱上层30cm为土肥混合层，供试肥料作基肥施入，过磷酸钙(P2O5 16%)每柱施12. 50g，氯化钾(K2O 60%)每柱施3. 33g，在装柱时一次性施入。各玉米土柱均播种5粒玉米种子,待出苗后,定植长势最佳的一棵,株距为40cm,行距为80cm。表2:玉米产量及构成因素
处理I产量(g/株)穗粒数百粒重(g)
CK 26.2214318. 34
上述试验结果与普通尿素相比，谷氨酸增效尿素能显著增加玉米的穗粒数和百粒重，分别增加14. 6%和5. 1%，产量增加21. 0%。由此可见，在氮用量相同的情况下，与普通尿素处理相比，本发明的谷氨酸增效尿素可显著增加玉米籽粒产量。试验实施例3 :谷氨酸尿素对氨挥发的影响参照文献(凌莉等人，“石灰性土壤氨挥发损失的研究”，《土壤侵蚀与水土保持学报》，1999,5(6) : 119 122)，采用“静态吸收法”测定氨的挥发量。 具体操作如下称取经Imm网筛筛分的土壤500g (以干土计),再按照0. 84gN/kg 土称取本发明的谷氨酸增效尿素，将土肥混合均勻，放入规格为15cmX8. 5cmX 17. 5cm的塑料桶中，调节其水含量为田间最大持水量的60%，用塑料封口膜封口，桶内放入装有IOml 2%硼酸的小杯，以甲基红-溴甲酚绿混合指示剂作为指示剂，设2个处理，分别为普通尿素(U)和谷氨酸尿素(⑶)，重复6次。置于智能人工气候箱中，在25°C条件下连续培养,在培养的第1、3、5、7、9、14、21和35天时，取出桶中吸收杯，用0. 02mol/Ll/2$S04标准溶液滴定(参考文献刘增兵，赵秉强，林治安.腐植酸尿素氨挥发特性及影响因素研究[J].植物营养与肥料学报，2010年第I期)，按照下述公式换算得到每次挥发出的纯氮量m=cX (V-V0) X0. 014式中m—硼酸吸收氨态氮的量，g ；c 一硫酸(1/2H2S04)标准溶液的浓度，mo I/L ；V—样品滴定时消耗的硫酸标准溶液的体积，mL ；Vci—空白滴定时消耗的硫酸标准溶液的体积，mL;0. 014—氮的毫摩尔质量，g。得到的结果列于表I中。表3 :氨挥发累积量(25°C条件下)动态变化(mg/pot)
培养天数~I ~3 ~5 ~7~14 ~21 ~35
~U0 24 3 44 9766 13.04 15. 13 17. 52 19.91 21.06
GUoTTi 2709 Ha 5766 6727 05 8791 10.02上述试验结果表明与普通尿素相比，本发明的谷氨酸增效尿素能显著降低氮的氨挥发损失量。在土壤培养的各时间段，谷氨酸增效尿素的氨挥发累积量均显著低于普通尿素处理，培养至35天时，氨挥发累积量降低52. 4%。由此可见，本发明改性谷氨酸液肥料增效剂具有可促进作物根系生长、提高根系活力、可显著增加作物产量，减少氨挥发损失，提高肥料利用率、环境友好、补充土壤微量元素等特点。其制作技术工艺简单、原料来源广、易于操作、成本低等。
权利要求
1.一种改性谷氨酸肥料增效剂的生产方法，其特征在于该方法的步骤如下 A、配制浓度为以重量计10-30%谷氨酸钠溶液，在温度65 70°C下加热得到一种谷氨酸钠溶液I ; B、以步骤A得到的谷氨酸钠溶液I为母液，按照每升母液为5 50gH3B0jPl(T30g EDTA往所述母液中添加H3BO3和EDTA，充分溶解后得到溶液II ； C、按照每升溶液II为5 15gZnSO4 7H20和5 15g MnSO4 7H20往所述溶液II中添加ZnSO4 7H20和MnSO4 7H20，混匀后得到一种改性谷氨酸肥料增效剂。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述的谷氨酸钠溶液加热30-60分钟。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述的谷氨酸钠纯度是以重量计95%以上。
4.一种改性谷氨酸肥料增效剂的生产方法，其特征在于该方法的步骤如下 A、将浓度为以重量计5-15%无机碱溶液与谷氨酸按照重量比I.8 7. 6 I进行混配，然后在温度65 7(TC下加热得到谷氨酸盐溶液I ; B、以步骤A得到的谷氨酸盐溶液I为母液，按照每升母液为5 50gH3B0jPl(T30g EDTA往所述母液中添加H3BO3和EDTA，充分溶解后得到溶液II ； C、按照每升溶液II为5 15gZnSO4 7H20和5 15g MnSO4 7H20往所述溶液II中添加ZnSO4 7H20和MnSO4 7H20，混匀后得到一种改性谷氨酸肥料增效剂。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述的无机碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠或碳酸氢钾。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述的无机碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢钠或碳酸氢钾。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述无机碱溶液与谷氨酸混合物加热30-60分钟。
8.根据权利要求I或4所述的方法，其特征在于根据区域土壤微量元素需要，在步骤B或步骤C中往所述母液中添加含钙、镁、铁或铜的中、微量元素肥料。
9.根据权利要求1-8中任一权利要求所述方法得到的改性谷氨酸肥料增效剂。
10.根据权利要求9所述改性谷氨酸肥料增效剂的用途，其特征在于它作为肥料增效剂应用于尿素、碳铵、磷酸一铵、磷酸二铵、氯化钾、硫酸钾、复混肥及含中微量元素肥料的生产，它的添加量是每1000重量份所述肥料为5 100公斤所述增效剂。
全文摘要
本发明涉及一种改性谷氨酸肥料增效剂，它的生产方法与用途。本发明利用谷氨酸钠或谷氨酸制备谷氨酸溶液，并添加植物必需微量元素硼、锌、锰，生产改性谷氨酸肥料增效剂。本发明的改性谷氨酸肥料增效剂对作物生长具有促进作用，提高根系活力，增强作物对磷、钾和中微量元素的吸收能力，显著提高作物产量和品质，实现肥料利用率提高，减少氨挥发损失，避免二次污染，并可补充土壤的微量元素。
文档编号C05G3/08GK102701870SQ20121021582
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月27日 优先权日2012年6月27日
发明者李娟 , 李燕婷, 杨相东, 林治安, 殷军港, 温延臣, 袁亮, 赵秉强, 高仁升 申请人:中国农业科学院农业资源与农业区划研究所