微生物菌剂包膜无机肥料的制备

王国栋，张 星，李 恒，李洪姝，娄方亮

（1. 云南云天化股份有限公司研发中心，云南昆明 650228；2. 云南云天化股份有限公司，云南昆明 650228）

越来越多的农业应用证明，微生物能够有效改良土壤，抑制土传病害，提高肥料利用率，改善农产品品质［1］。微生物在现代农业种植中的应用是农业种植的发展趋势。目前无机肥料市场竞争激烈，对无机肥料的增效、改性和升级换代要求十分迫切。

芽孢杆菌是一类好氧或兼性厌氧、杆状革兰氏阳性细菌。芽孢杆菌易于从土壤和植株中分离获得，具有抗逆性强、营养要求简单、繁殖速度快且稳定性强等生物特性。一些芽孢杆菌因能够降解土壤中难溶的含磷、含钾等化合物，可促进农作物生长，并且具有提高农作物抗性以防治病虫害、改良土壤等作用，在农业领域应用广泛［2-3］。常用的芽孢杆菌包括枯草芽孢杆菌、苏云金芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、短小芽孢杆菌及多粘芽孢杆菌等［4］。

在国内市场上，大部分生物肥料是微生物肥、生物有机肥，都是以一定有机质为载体的生物肥料［5］。笔者研究将复合芽孢杆菌包裹在无机肥料（尿素、磷酸二铵（DAP）、复合肥料）颗粒表面，形成菌膜，制备微生物菌剂包膜无机肥料。

1 试验部分

1.1 试验原料和设备

1.1.1 试验原料

牛肉膏蛋白胨培养基（液体）：牛肉膏5 g、蛋白胨10 g、氯化钠5 g、蒸馏水1 000 mL混合，调节pH为7.2。

牛肉膏蛋白胨培养基（固体）：牛肉膏5 g、蛋白胨10 g、氯化钠5 g、琼脂粉15 g、蒸馏水1 000 mL混合，调节pH为7.2。

枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、短小芽孢杆菌；小颗粒尿素、64%磷酸二铵（DAP）、碳酸钙粉、复合肥料（18-18-18、17-17-17、17-15-15）。

1.1.2 试验设备

喷枪，空压机，圆盘造粒机，电热鼓风设备，超净工作台，灭菌锅，生化培养箱，摇床，培养皿，移液枪，涂布棒。

1.2 试验方法

1.2.1 复合菌剂制备

首先用牛肉膏蛋白胨培养基（固体）分别对枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、短小芽孢杆菌进行活化，37 ℃培养24 h；然后将活化好的4 种菌株分别接入装有50 mL 牛肉膏蛋白胨培养基（液体）的锥形瓶中，在37 ℃、转速160 r/min下振荡培养至对数期，取出作为种子液。

将4种菌株种子液分别进行工业发酵，发酵终点通过镜检观察微生物菌体的形态、密度以及芽孢形成率最终确定，一般芽孢形成率≥95%时即可界定发酵完成，然后导入发酵液储罐备用。发酵好的4种菌液按照质量比1∶1∶1∶1进行混合，搅拌均匀，完成复合菌剂的制备，1 mL 菌液中总菌落数≥4×109CFU。

1.2.2 菌液包裹

把无机肥料40 kg加入圆盘造粒机中，采用电热鼓风设备将无机肥料加热到50 ℃，然后将复合菌剂搅拌均匀，装入带容器的喷枪内，通过压缩空气使菌液雾化，喷涂到肥料颗粒表面，形成一层微生物菌膜。为了防止无机肥料水分过多导致结块，加入碳酸钙粉并混合10 ～15 min，让复合菌剂、碳酸钙粉均匀包裹在无机肥料颗粒表面。其工艺流程见图1。

图1 工艺流程

根据无机肥料产品质量对水含量的要求，选择复合菌剂的添加量为0.1%～0.8%、碳酸钙粉添加量为0.2% ～1.0%，进行单因素试验和正交试验，最后得出最优包裹条件，即复合菌剂添加量为0.2%，碳酸钙粉添加量为0.4%。

2 结果与讨论

根据NY/T 2321—2013《微生物肥料产品检验规程》，对小颗粒尿素，64%磷酸二铵，18-18-18、17-17-17、17-15-15复合肥料包裹复合菌剂后，所制备微生物菌剂包膜无机肥料中所含的有效活菌数进行检测，结果见图2。

图2 不同肥料包裹复合菌剂后有效活菌数

由图2可知，尿素、磷酸二铵和复合肥料包裹复合菌剂后，肥料中4 种微生物的菌落数量不相同，3个配方复合肥和尿素2中微生物菌落总数大于1×106CFU/g，磷酸二铵和尿素1中菌数总数小于1×106CFU/g。复合肥料和尿素中地衣芽孢杆菌数量占优，磷酸二铵中解淀粉芽孢杆菌数量占优，说明这两种菌株的耐盐性和生物活性相对其余两种菌株较好。尿素、磷酸二铵和复合肥料的盐度不相同，导致包裹在肥料上的微生物存活率不一致，微生物菌落数差异较大。

所制备微生物菌剂包膜无机肥料中微生物存活周期见图3。从图3 可以看出，包裹微生物菌剂的复合肥料存放170 d 后，有效菌落数仍然维持1×106CFU/g 以上；包裹微生物菌剂的尿素和磷酸二铵存放170 d后，有效菌落数有所下降。

图3 微生物菌剂包膜无机肥料中微生物存活周期

图4是包菌磷酸二铵水溶液经过牛肉膏蛋白胨培养基（固体）培养后，固体培养基上微生物的菌落形态。4种菌株的菌落数量及菌落形态不完全一样。

图4 苞菌磷酸二铵水溶液培养后固体培养基上菌落形态

3 农化效果

将微生物菌剂包膜无机肥料在马铃薯、生菜、甘蓝上进行农化试验，验证微生物菌剂包膜无机肥料相比同等养分无机肥料的肥效。按照每个重复面积为20 m2，每个处理3个重复，每667 m2施肥量为40 kg设置试验。

（1）在马铃薯上施用微生物菌剂包膜17-17-17和17-15-15 复合肥料，折算每667 m2分别比常规马铃薯专用肥15-10-20增产21.0%和43.4%。比较合格种球与小种球的收获比例，常规马铃薯专用肥施用区域的马铃薯小种球比例为23.04%，而微生物菌剂包膜17-17-17和17-15-15复合肥料施用区域马铃薯小种球比例仅为16.00%和17.70%，种球合格率升高。说明2种微生物菌剂包膜复合肥料在马铃薯种薯种植中能够在提高产量的同时明显增加种球的尺寸。

（2）在生菜上施用微生物菌剂包膜18-18-18复合肥料，生菜蛋白质、总糖的含量比常规对照明显增加，w（蛋白质）增幅达44%～56%，w（总糖）增幅达102%～130%，增幅随着微生物菌剂包膜复合肥料用量增加而呈扩大的趋势。微生物菌剂包膜复合肥料处理，生菜叶绿素含量比常规对照明显增加。

（3）在甘蓝上施用微生物菌剂包膜18-18-18复合肥料，并对各处理结球甘蓝产量数据进行分析。结果表明，处理3（90%用量）比对照每公顷增产1.56 t，增产比例为2.94%；小区商品菜头数比对照增加2 个，增加比例为2.47%。通过投入产出比分析，处理2（100%用量）和处理3（90%用量）净收入比对照分别增加30.52%和43.99%，产投比分别达到2.32及3.56。说明该产品能够较为显著地提高农户的综合收益。

4 结语

（1）微生物菌剂包膜复合肥料总菌落数都能达到1×106CFU/g，微生物菌剂包膜磷酸二铵总菌落数小于1×106CFU/g。

（2）微生物菌剂包膜磷酸二铵和包膜尿素放置170 d 后总有效活菌数均小于1×106CFU/g；微生物菌剂包膜复合肥料放置170 d后总有效活菌数均大于1×106CFU/g。

（3）微生物菌剂包膜复合肥料能够显著增加农作物的产量，可以促进植株的生长及根系发育、生物量的累积，显著改善农作物的品质。且微生物的加入，能够改善土壤微生物种群，协同根际微生物和农作物互作，提升土壤肥力和有益微生物数量。

（4）微生物菌剂包膜无机肥料，是无机肥料和微生物结合的新产品，增加的原料成本为70 元/t，售价较无机肥料增加200元/t，可实现毛利130元/t，同时极大地提升了无机肥料品质及功能，值得进一步推广。

（5）目前该包膜工艺能够满足尿素、磷酸二铵和复合肥料的产品质量要求，但是有效活菌数还有待提升。下一步工作需要改进微生物菌剂的活性和耐盐性，使其货架期延长，以利于保证产品质量和市场销售。