CN109160849B - 一种松树用固体菌剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种生物菌肥菌剂领域，尤其涉及一种松树用固体菌剂的制备方法。包括以下制备步骤：1）将聚乳酸和细粉肥料在熔融混合，得到聚乳酸/肥料复合材料，随后进行发泡得到聚乳酸/肥料开孔复合发泡材料；2）将甲基丙烯酸钠接枝于发泡材料表面；3）将黄色须腹菌菌液与发泡材料混合培养，得到黄色须腹菌固体菌剂。本发明以聚乳酸/肥料开孔复合发泡材料为载体，发泡材料中的孔壁内包覆有肥料细粉，在孔壁的表面吸附有大量的黄色须腹菌，使用时先释放孔壁表面黄色须腹菌，随后肥料细粉随着聚乳酸/肥料开孔复合发泡材料的降解而实现控释，且使用的材料均为生物可降解材料，不会残留土壤中，绿色环保。
Description
技术领域
本发明涉及一种生物菌肥菌剂领域，尤其涉及一种松树用固体菌剂的制备方法。
背景技术
菌根是自然界土壤中的菌根真菌菌丝与高等植物营养根系形成的一种联合体，是土壤微生物和植物相容性最普遍的共生现象。共生真菌从植物体内获取必要的碳水化合物及其他营养物质，而植物也从真菌那里得到所需要的营养、水分等，从而达到一种互利互助、互通有无的高度统一的联合体，它既具有一般植物根系所具有的特征，又具有专性真菌所具有的特征。根菌分为内生菌根，外生菌根和内外生菌根，外生菌根对林木生长有很大的促进作用，大部分外生菌根都通过外延菌丝与地下菌丝网络***相连接，这个菌丝网是菌根的主要吸收器官，在较好的森林立地条件下，一般的地下都有一庞大复杂的菌丝网络***。分布于土壤中的真菌菌丝体，发生侵染时，在其分泌的纤维素酶、果胶酶、淀粉酶、脂肪酸及其它糖酶等水解酶的酶促作用下，通过侵染点由林木树根的根尖及根毛区进人到皮层细胞间隙进行生长繁殖，这种位于外皮层至和皮层之间细胞间隙的真菌菌丝体为哈蒂氏网，与此同时分布于根外皮层外表面的次生菌丝体也繁殖形成真菌套将根尖包裹，从而完成真菌对根的侵染，形成林木菌根。树木一旦同外生菌根菌形成菌根，等于它同这个网络***相连通。研究表明树木将其光合产物投人菌根菌菌丝的形成要比投人到根系上的投资效益高得多。同样的投入，菌丝的吸收面积和吸收长度要比根系的分别大10倍和1000倍。除所需的生物菌肥，化学肥料也是林木生长所必须的肥料，在农业生产过程中，生物菌肥和化学肥料由于一次施肥无法满足作物不同生长阶段的需要，往往需要多次施肥，化学肥料的肥料利用率低下，对环境也会产生污染。而在现有技术中，对于将生物菌肥和化学肥料同时负载与一个载体中，且不相互影响的技术手段很难找寻，因此，研究出一种科学施肥的载体，增加肥料利用率，减少肥料的使用量和施肥次数，节省劳动力，减少对环境污染，提高农产品品质是肥料发展的一个重要趋势。
中国专利局于2012年6月29日公开了一种松树外生菌根菌胶丸菌剂及其应用的发明专利，授权公告号为CN101889587B，该发明公开了一种松树外生菌根菌胶丸菌剂，它是由如下制备工艺制备得到：将松树外生菌根菌菌丝体在匀浆机里粉碎后，与海藻酸钠溶液和活性碳的混合物按体积比2～3∶5充分混匀形成菌根菌胶液；再将菌根菌胶液滴加入CaCl2溶液中，形成球形胶粒，固化24～30h后，用无菌水洗涤，即得。该发明还公开了上述松树外生菌根菌胶丸菌剂的在促进松树生长中的应用。本发明的菌根菌胶丸菌剂活力高，且制备工艺简单、材料来源方便、易保存、容易工业化生产，具有良好的应用前景使得菌丝在储藏过程中延长保存期限，但是该发明只将生物菌肥制成胶丸，在农业生产施肥时，为了满足松树对生物菌肥和化肥两者的需求，需要多次分别施肥，增加了施肥的次数，也增加了农业生产中人力与物力的消耗，并且，施肥后肥料浪费严重，利用率低下，增加了施肥成本，也对环境和人类健康构成了威胁，因此，研究出一种科学施肥的载体，增加肥料利用率，减少肥料的使用量和施肥次数，节省劳动力，减少对环境污染，提高农产品品质是肥料发展的一个重要趋势。
发明内容
为解决现有技术中农业生产过程中肥料使用量较高，施肥次数多，肥料及人力物力浪费严重，无法满足作物在不同生长时期需要不同肥料，且无法满足同时负载生物菌肥与化学肥料，且不相互影响的问题，提供了一种内层为置于可降解发泡材料孔内，外层吸附有生物菌肥的固体菌剂。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种松树用固体菌剂的制备方法，包括以下制备步骤：
(1)将肥料烘干，研磨成细粉；
(2)将聚乳酸和细粉肥料在190-220℃下熔融混合0.5-1.5h，得到聚乳酸/肥料复合材料；
(3)将聚乳酸/肥料复合材料进行发泡得到聚乳酸/肥料开孔复合发泡材料；
(4)将聚乳酸/肥料开孔复合发泡材料进行等离子体处理；
(5)将甲基丙烯酸钠接枝于聚乳酸/肥料开孔复合发泡材料表面；
(6)将黄色须腹菌菌株放入培养基中静置培养，得到黄色须腹菌菌液；
(7)将黄色须腹菌菌液与灭菌后的聚乳酸/肥料开孔复合发泡材料混合培养，得到黄色须腹菌固体菌剂。
本发明的固体菌剂以聚乳酸发泡材料为载体，聚乳酸发泡材料中的孔壁内包覆有肥料细粉，在孔壁的表面吸附有大量的黄色须腹菌，在发明人进行发明创造时，发现肥料细粉也不可避免的暴露于孔壁表面，当多聚乳酸发泡材料放于黄色须腹菌液中培养吸附时，肥料细粉会降低菌液中的黄色须腹菌的存活率，最终使得聚乳酸发泡材料中的有效菌数量降低，且黄色须腹菌吸附量也比较低，因此，发明人在聚乳酸发泡材料放于黄色须腹菌液中培养之前，将甲基丙烯酸钠接枝于聚乳酸发泡材料的表面，此时聚乳酸发泡材料的表面就会长成一层聚甲基丙烯酸钠薄膜，聚甲基丙烯酸钠薄膜不但能隔离肥料细粉和黄色须腹菌，使肥料细粉不对黄色须腹菌产生任何影响，而且聚甲基丙烯酸钠薄膜也能促进聚乳酸发泡材料对黄色须腹菌的吸附，此方法制得的固体菌剂效果更好。当本发明的固体菌剂应用于松树种植时，在土中加入固体菌剂，此时孔壁表面吸附的黄色须腹菌会与地下菌丝网络***相连接，随后聚乳酸发泡材料逐渐降解，释放肥料，且缓慢降解释放肥料的过程也起到了肥料控释的作用，增加肥期，提高肥料的吸收利用率，并且聚乳酸发泡材料完全降解后，不会残留在土壤中，绿色环保。
作为优选，所述步骤(1)中肥料包括重量份尿素10-15份、磷酸二铵30-40份、氯化钾30-40份和硫酸锌10-15份。
各种肥料合理搭配，通过聚乳酸发泡材料的降解能实现对肥料的控释，满足松树不同阶段对氮肥、钾肥、磷肥及微量元素的需求。
作为优选，所述步骤(3)中聚乳酸/肥料复合材料发泡包括如下步骤：a)将聚乳酸/肥料复合材料放置与反应釜中，通入二氧化碳或者氮气至压力为8-15Mpa；b)将反应釜加热至80-120℃，静置6-12h；c)将反应釜卸压，冰浴冷却1-5min，得到聚乳酸/肥料开孔复合发泡材料。
聚乳酸和细粉肥料熔融共混造粒后，得到聚乳酸/细粉肥料复合材料复合材料，将复合材料放置与反应釜中，通入二氧化碳或者氮气至压力为8-15Mpa，并将反应釜加热至80-120℃，静置6-12h使得复合材料充分吸收二氧化碳或者氮气，随后快速将反应釜卸压，聚乳酸/细粉肥料复合材料中的二氧化碳或者氮气由于压力的骤降而逃逸出聚乳酸/细粉肥料复合材料中，形成泡孔，冰浴冷却1-5min，泡孔定型，得到聚乳酸/肥料开孔复合发泡材料。
作为优选，所述卸压速率为25-40MPa/s。
卸压速率能控制泡孔的直径大小，在卸压速率为25-40MPa/s范围内泡孔的直径吸附色须腹菌较好。
作为优选，所述甲基丙烯酸钠接枝包括以下步骤：a)将等离子体处理后的聚乳酸/肥料开孔复合发泡材料浸没于水中，氩气保护下，加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷，反应持续12-24h，随后取出发泡材料，烘干；b)将烘干后的发泡材料浸没于二氯甲烷和三乙胺中，并在氩气保护下滴加2-溴异丁酰溴中，反应12-24h，随后取出发泡材料，用水和丙酮依次涮洗，烘干；c)在去离子水中加入甲基丙烯酸钠和联吡啶，放置5-10min至完全溶解，随后加入溴化铜和溴化亚铜，再将发泡材料完全浸没于体系中，在氩气保护下，反应10-15h，随后取出发泡材料，依次用水和甲醇清洗，得到甲基丙烯酸钠接枝的聚乳酸/肥料开孔复合发泡材料。
得到聚乳酸/肥料开孔复合发泡材料进行等离子体处理，使其表面富含羟基，随后，在氩气保护下，加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷，反应持续12-24h，得到氨基化功能表面，随后，加入引发剂溴代异丁酰溴，在0-2℃下与氨基反应，从而将引发剂接枝于聚乳酸/肥料开孔复合发泡材料表面，得到溴代发泡材料，随后加入甲基丙烯酸钠和联吡啶，并加入溴化亚铜和溴化铜，在真空保护下，常温反应10-15h，依次用水和甲醇清洗，得到聚甲基丙烯酸钠接枝的聚乳酸/肥料开孔复合发泡材料。
作为优选，所述聚甲基丙烯酸钠接枝厚度为40-75nm。
当聚乳酸/肥料开孔复合发泡材料表面聚甲基丙烯酸钠的厚度为20-45nm时黄色须腹菌更易吸附。
作为优选，所述水和3-氨基丙基三乙氧基硅烷的体积比为100-50:1。
作为优选，所述二氯甲烷、三乙胺和2-溴异丁酰溴的体积比为20-30:1:1。
作为优选，所述甲基丙烯酸钠、联吡啶、溴化亚铜和溴化铜的体积比为100-150:10-15:3-5:1。
作为优选，所述聚乳酸/肥料开孔复合发泡材料灭菌处理的步骤为将黄色须腹菌载体暴露于紫外灯光照下1-24h。
本发明的有益效果在于：(1)以聚乳酸/肥料开孔复合发泡材料为载体，发泡材料中的孔壁内包覆有肥料细粉，在孔壁的表面吸附有大量的黄色须腹菌，使用时先释放孔壁表面黄色须腹菌，随后肥料细粉随着聚乳酸/肥料开孔复合发泡材料的降解而实现控释；(2)聚甲基丙烯酸钠的接枝不但能隔离肥料细粉和黄色须腹菌，使肥料细粉不对黄色须腹菌产生任何影响，而且聚甲基丙烯酸钠薄膜也能促进聚乳酸/肥料开孔复合发泡材料对黄色须腹菌的吸附；(3)使用的材料均为生物可降解材料，不会残留土壤中，绿色环保。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明方案进行更加清楚、完整地描述，显然所描述实施例仅为本发明一部分实施例，而不是全部实施例。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，都属于本发明的保护范围。
实施例1：松树用固体菌剂的制备步骤如下：
(1)将重量份尿素10份、磷酸二铵40份、氯化钾40份和硫酸锌10份的肥料烘干，研磨成细粉；
(2)将聚乳酸和细粉肥料在190℃下熔融混合1.5h，得到聚乳酸/肥料复合材料；
(3)将聚乳酸/肥料复合材料放置与反应釜中，通入二氧化碳或者氮气至压力为10Mpa；
(4)将反应釜加热至80℃，静置12h；
(5)将反应釜卸压，冰浴冷却1min，得到聚乳酸/肥料开孔复合发泡材料，
(6)将聚乳酸/肥料开孔复合发泡材料进行等离子体处理30s；
(7)将甲基丙烯酸钠接枝于聚乳酸/肥料开孔复合发泡材料表面，步骤为：a)将20g等离子体处理后的聚乳酸/肥料开孔复合发泡材料浸没于500ml水中，氩气保护下，加入7g3-氨基丙基三乙氧基硅烷，反应持续12h，随后取出发泡材料，烘干；b)将烘干后的发泡材料浸没于10ml二氯甲烷和0.5ml三乙胺中，并在氩气保护下滴加0.5ml 2-溴异丁酰溴中，反应12h，随后取出发泡材料，用水和丙酮依次涮洗，烘干；c)在12.5ml去离子水中加入5.4g甲基丙烯酸钠和0.39g联吡啶，放置5min至完全溶解，随后加入0.045g溴化铜和0.143g溴化亚铜，再将发泡材料完全浸没于体系中，在氩气保护下，反应10h，随后取出发泡材料，依次用水和甲醇清洗，得到聚甲基丙烯酸钠接枝厚度为40nm左右的聚乳酸/肥料开孔复合发泡材料；
(8)将黄色须腹菌菌株放入培养基中静置培养3天，得到黄色须腹菌菌液；
(9)将黄色须腹菌菌液与暴露于紫外灯光照下1h灭菌后的聚乳酸/肥料开孔复合发泡材料60℃混合培养5天，得到黄色须腹菌固体菌剂。
实施例2：松树用固体菌剂的制备步骤如下：
(1)将重量份尿素15份、磷酸二铵40份、氯化钾30份和硫酸锌15份的肥料烘干，研磨成细粉；
(2)将聚乳酸和细粉肥料在200℃下熔融混合1h，得到聚乳酸/肥料复合材料；
(3)将聚乳酸/肥料复合材料放置与反应釜中，通入二氧化碳或者氮气至压力为12Mpa；
(4)将反应釜加热至100℃，静置10h；
(5)将反应釜卸压，冰浴冷却5min，得到聚乳酸/肥料开孔复合发泡材料；
(6)将聚乳酸/肥料开孔复合发泡材料进行等离子体处理40s；
(7)将甲基丙烯酸钠接枝于聚乳酸/肥料开孔复合发泡材料表面，步骤为：a)将30g等离子体处理后的聚乳酸/肥料开孔复合发泡材料浸没于800ml水中，氩气保护下，加入14g3-氨基丙基三乙氧基硅烷，反应持续18h，随后取出发泡材料，烘干；b)将烘干后的发泡材料浸没于20ml二氯甲烷和1ml三乙胺中，并在氩气保护下滴加0.8ml 2-溴异丁酰溴中，反应16h，随后取出发泡材料，用水和丙酮依次涮洗，烘干；c)在20ml去离子水中加入7g甲基丙烯酸钠和0.49g联吡啶，放置7min至完全溶解，随后加入0.063g溴化铜和0.175g溴化亚铜，再将发泡材料完全浸没于体系中，在氩气保护下，反应12h，随后取出发泡材料，依次用水和甲醇清洗，得到聚甲基丙烯酸钠接枝厚度为60nm左右的聚乳酸/肥料开孔复合发泡材料；
(8)将黄色须腹菌菌株放入培养基中静置培养3天，得到黄色须腹菌菌液；
(9)将黄色须腹菌菌液与暴露于紫外灯光照下12h灭菌后的聚乳酸/肥料开孔复合发泡材料60℃混合培养5天，得到黄色须腹菌固体菌剂。
实施例3：松树用固体菌剂的制备步骤如下：
(1)将重量份尿素15份、磷酸二铵30份、氯化钾40份和硫酸锌15份的肥料烘干，研磨成细粉；
(2)将聚乳酸和细粉肥料在220℃下熔融混合0.5h，得到聚乳酸/肥料复合材料；
(3)将聚乳酸/肥料复合材料放置与反应釜中，通入二氧化碳或者氮气至压力为15Mpa；
(4)将反应釜加热至120℃，静置6h；
(5)将反应釜卸压，冰浴冷却3min，得到聚乳酸/肥料开孔复合发泡材料；
(6)将聚乳酸/肥料开孔复合发泡材料进行等离子体处理60s；
(7)将甲基丙烯酸钠接枝于聚乳酸/肥料开孔复合发泡材料表面，步骤为：a)将40g等离子体处理后的聚乳酸/肥料开孔复合发泡材料浸没于1000ml水中，氩气保护下，加入15g3-氨基丙基三乙氧基硅烷，反应持续24h，随后取出发泡材料，烘干；b)将烘干后的发泡材料浸没于25ml二氯甲烷和1.1ml三乙胺中，并在氩气保护下滴加1ml 2-溴异丁酰溴中，反应12-24h，随后取出发泡材料，用水和丙酮依次涮洗，烘干；c)在30ml去离子水中加入9g甲基丙烯酸钠和0.69g联吡啶，放置10min至完全溶解，随后加入0.069g溴化铜和0.215g溴化亚铜，再将发泡材料完全浸没于体系中，在氩气保护下，反应15h，随后取出发泡材料，依次用水和甲醇清洗，得到聚甲基丙烯酸钠接枝厚度为75nm左右的聚乳酸/肥料开孔复合发泡材料；
(8)将黄色须腹菌菌株放入培养基中静置培养3天，得到黄色须腹菌菌液；
(9)将黄色须腹菌菌液与暴露于紫外灯光照下24h灭菌后的聚乳酸/肥料开孔复合发泡材料60℃混合培养5天，得到黄色须腹菌固体菌剂。
表1：各实施例黄色须腹菌吸附量。
对比例1：与实施例1的区别在于，在制备固体菌剂时，未使用聚甲基丙烯酸钠进行接枝，其余均与实施例1相同。
对比例2：与实施例1的区别在于，在制备固体菌剂时，接枝反应时间为5h，聚甲基丙烯酸钠厚度为20nm左右，其余均与实施例1相同。
对比例3：与实施例1的区别在于，在制备固体菌剂时，接枝反应时间为15h，聚甲基丙烯酸钠厚度为75nm左右，其余均与实施例1相同。
对比例4：与实施例1的区别在于，在制备固体菌剂时，接枝反应时间为30h，聚甲基丙烯酸钠厚度为100nm左右，其余均与实施例1相同。
表2：不同接枝厚度黄色须腹菌吸附量。
由表2可知，当不接枝聚甲基丙烯酸钠接枝或者接枝厚度超过40-75nm范围时，黄色须腹菌吸附密度会显著下降，因此当聚甲基丙烯酸钠接枝厚度为40-75nm范围内时，聚乳酸/肥料开孔复合发泡材料对黄色须腹菌吸附效果最好。
Claims (9)
1.一种松树用固体菌剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将肥料烘干，研磨成细粉；
(2)将聚乳酸和细粉肥料在190-220℃下熔融混合0.5-1.5h，得到聚乳酸/肥料复合材料；
(3)将聚乳酸/肥料复合材料进行发泡得到聚乳酸/肥料开孔复合发泡材料；
(4)将聚乳酸/肥料开孔复合发泡材料进行等离子体处理；
(5)将甲基丙烯酸钠接枝于聚乳酸/肥料开孔复合发泡材料表面；
(6)将黄色须腹菌菌株放入培养基中静置培养，得到黄色须腹菌菌液；
(7)将黄色须腹菌菌液与灭菌后的聚乳酸/肥料开孔复合发泡材料混合培养，得到黄色须腹菌固体菌剂。
2.根据权利要求1所述的一种松树用固体菌剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中肥料包括重量份尿素10-15份、磷酸二铵30-40份、氯化钾30-40份和硫酸锌10-15份。
3.根据权利要求1所述的一种松树用固体菌剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中聚乳酸/肥料复合材料发泡包括如下步骤：
(1)将聚乳酸/肥料复合材料放置于反应釜中，通入二氧化碳或者氮气至压力为8-15Mpa；
(2)将反应釜加热至80-120℃，静置6-12h；
(3)将反应釜卸压，冰浴冷却1-5min，得到聚乳酸/肥料开孔复合发泡材料。
4.根据权利要求3所述的一种松树用固体菌剂的制备方法，其特征在于，所述卸压速率为25-40MPa/s。
5.根据权利要求1所述的一种松树用固体菌剂的制备方法，其特征在于，所述甲基丙烯酸钠接枝包括以下步骤：
(1)将等离子体处理后的聚乳酸/肥料开孔复合发泡材料浸没于水中，氩气保护下，加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷，反应持续12-24h，随后取出发泡材料，烘干；
(2)将烘干后的发泡材料浸没于10ml二氯甲烷和0.5ml三乙胺中，并在氩气保护下滴加0.5ml 2-溴异丁酰溴中，反应12-24h，随后取出发泡材料，用水和丙酮依次涮洗，烘干；
(3)在去离子水中加入甲基丙烯酸钠和联吡啶，放置5-10min至完全溶解，随后加入溴化铜和溴化亚铜，再将发泡材料完全浸没于体系中，在氩气保护下，反应10-15h，随后取出发泡材料，依次用水和甲醇清洗，得到聚甲基丙烯酸钠接枝的聚乳酸/肥料开孔复合发泡材料。
6.根据权利要求5所述的一种松树用固体菌剂的制备方法，其特征在于，所述聚甲基丙烯酸钠接枝厚度为40-75nm。
7.根据权利要求5所述的一种松树用固体菌剂的制备方法，其特征在于，所述水和3-氨基丙基三乙氧基硅烷的体积比为100-50:1。
8.根据权利要求7所述的一种松树用固体菌剂的制备方法，其特征在于，所述甲基丙烯酸钠、联吡啶、溴化亚铜和溴化铜的体积比为100-150:10-15:3-5:1。
9.根据权利要求1所述的一种松树用固体菌剂的制备方法，其特征在于，所述聚乳酸/肥料开孔复合发泡材料灭菌处理的步骤为将聚乳酸/肥料开孔复合发泡材料暴露于紫外灯光照下1-24h。
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