微生物菌劑包膜無機肥料的制備

王國棟，張 星，李 恒，李洪姝，婁方亮

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

越來越多的農業應用證明，微生物能夠有效改良土壤，抑制土傳病害，提高肥料利用率，改善農產品品質［1］。微生物在現代農業種植中的應用是農業種植的發展趨勢。目前無機肥料市場競爭激烈，對無機肥料的增效、改性和升級換代要求十分迫切。

芽孢桿菌是一類好氧或兼性厭氧、桿狀革蘭氏陽性細菌。芽孢桿菌易于從土壤和植株中分離獲得，具有抗逆性強、營養要求簡單、繁殖速度快且穩定性強等生物特性。一些芽孢桿菌因能夠降解土壤中難溶的含磷、含鉀等化合物，可促進農作物生長，并且具有提高農作物抗性以防治病蟲害、改良土壤等作用，在農業領域應用廣泛［2-3］。常用的芽孢桿菌包括枯草芽孢桿菌、蘇云金芽孢桿菌、解淀粉芽孢桿菌、蠟樣芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、短小芽孢桿菌及多粘芽孢桿菌等［4］。

在國內市場上，大部分生物肥料是微生物肥、生物有機肥，都是以一定有機質為載體的生物肥料［5］。筆者研究將復合芽孢桿菌包裹在無機肥料（尿素、磷酸二銨（DAP）、復合肥料）顆粒表面，形成菌膜，制備微生物菌劑包膜無機肥料。

1 試驗部分

1.1 試驗原料和設備

1.1.1 試驗原料

牛肉膏蛋白胨培養基（液體）：牛肉膏5 g、蛋白胨10 g、氯化鈉5 g、蒸餾水1 000 mL混合，調節pH為7.2。

牛肉膏蛋白胨培養基（固體）：牛肉膏5 g、蛋白胨10 g、氯化鈉5 g、瓊脂粉15 g、蒸餾水1 000 mL混合，調節pH為7.2。

枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、解淀粉芽孢桿菌、短小芽孢桿菌；小顆粒尿素、64%磷酸二銨（DAP）、碳酸鈣粉、復合肥料（18-18-18、17-17-17、17-15-15）。

1.1.2 試驗設備

噴槍，空壓機，圓盤造粒機，電熱鼓風設備，超凈工作臺，滅菌鍋，生化培養箱，搖床，培養皿，移液槍，涂布棒。

1.2 試驗方法

1.2.1 復合菌劑制備

首先用牛肉膏蛋白胨培養基（固體）分別對枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、解淀粉芽孢桿菌、短小芽孢桿菌進行活化，37 ℃培養24 h；然后將活化好的4 種菌株分別接入裝有50 mL 牛肉膏蛋白胨培養基（液體）的錐形瓶中，在37 ℃、轉速160 r/min下振蕩培養至對數期，取出作為種子液。

將4種菌株種子液分別進行工業發酵，發酵終點通過鏡檢觀察微生物菌體的形態、密度以及芽孢形成率最終確定，一般芽孢形成率≥95%時即可界定發酵完成，然后導入發酵液儲罐備用。發酵好的4種菌液按照質量比1∶1∶1∶1進行混合，攪拌均勻，完成復合菌劑的制備，1 mL 菌液中總菌落數≥4×109CFU。

1.2.2 菌液包裹

把無機肥料40 kg加入圓盤造粒機中，采用電熱鼓風設備將無機肥料加熱到50 ℃，然后將復合菌劑攪拌均勻，裝入帶容器的噴槍內，通過壓縮空氣使菌液霧化，噴涂到肥料顆粒表面，形成一層微生物菌膜。為了防止無機肥料水分過多導致結塊，加入碳酸鈣粉并混合10 ～15 min，讓復合菌劑、碳酸鈣粉均勻包裹在無機肥料顆粒表面。其工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程

根據無機肥料產品質量對水含量的要求，選擇復合菌劑的添加量為0.1%～0.8%、碳酸鈣粉添加量為0.2% ～1.0%，進行單因素試驗和正交試驗，最后得出最優包裹條件，即復合菌劑添加量為0.2%，碳酸鈣粉添加量為0.4%。

2 結果與討論

根據NY/T 2321—2013《微生物肥料產品檢驗規程》，對小顆粒尿素，64%磷酸二銨，18-18-18、17-17-17、17-15-15復合肥料包裹復合菌劑后，所制備微生物菌劑包膜無機肥料中所含的有效活菌數進行檢測，結果見圖2。

圖2 不同肥料包裹復合菌劑后有效活菌數

由圖2可知，尿素、磷酸二銨和復合肥料包裹復合菌劑后，肥料中4 種微生物的菌落數量不相同，3個配方復合肥和尿素2中微生物菌落總數大于1×106CFU/g，磷酸二銨和尿素1中菌數總數小于1×106CFU/g。復合肥料和尿素中地衣芽孢桿菌數量占優，磷酸二銨中解淀粉芽孢桿菌數量占優，說明這兩種菌株的耐鹽性和生物活性相對其余兩種菌株較好。尿素、磷酸二銨和復合肥料的鹽度不相同，導致包裹在肥料上的微生物存活率不一致，微生物菌落數差異較大。

所制備微生物菌劑包膜無機肥料中微生物存活周期見圖3。從圖3 可以看出，包裹微生物菌劑的復合肥料存放170 d 后，有效菌落數仍然維持1×106CFU/g 以上；包裹微生物菌劑的尿素和磷酸二銨存放170 d后，有效菌落數有所下降。

圖3 微生物菌劑包膜無機肥料中微生物存活周期

圖4是包菌磷酸二銨水溶液經過牛肉膏蛋白胨培養基（固體）培養后，固體培養基上微生物的菌落形態。4種菌株的菌落數量及菌落形態不完全一樣。

圖4 苞菌磷酸二銨水溶液培養后固體培養基上菌落形態

3 農化效果

將微生物菌劑包膜無機肥料在馬鈴薯、生菜、甘藍上進行農化試驗，驗證微生物菌劑包膜無機肥料相比同等養分無機肥料的肥效。按照每個重復面積為20 m2，每個處理3個重復，每667 m2施肥量為40 kg設置試驗。

（1）在馬鈴薯上施用微生物菌劑包膜17-17-17和17-15-15 復合肥料，折算每667 m2分別比常規馬鈴薯專用肥15-10-20增產21.0%和43.4%。比較合格種球與小種球的收獲比例，常規馬鈴薯專用肥施用區域的馬鈴薯小種球比例為23.04%，而微生物菌劑包膜17-17-17和17-15-15復合肥料施用區域馬鈴薯小種球比例僅為16.00%和17.70%，種球合格率升高。說明2種微生物菌劑包膜復合肥料在馬鈴薯種薯種植中能夠在提高產量的同時明顯增加種球的尺寸。

（2）在生菜上施用微生物菌劑包膜18-18-18復合肥料，生菜蛋白質、總糖的含量比常規對照明顯增加，w（蛋白質）增幅達44%～56%，w（總糖）增幅達102%～130%，增幅隨著微生物菌劑包膜復合肥料用量增加而呈擴大的趨勢。微生物菌劑包膜復合肥料處理，生菜葉綠素含量比常規對照明顯增加。

（3）在甘藍上施用微生物菌劑包膜18-18-18復合肥料，并對各處理結球甘藍產量數據進行分析。結果表明，處理3（90%用量）比對照每公頃增產1.56 t，增產比例為2.94%；小區商品菜頭數比對照增加2 個，增加比例為2.47%。通過投入產出比分析，處理2（100%用量）和處理3（90%用量）凈收入比對照分別增加30.52%和43.99%，產投比分別達到2.32及3.56。說明該產品能夠較為顯著地提高農戶的綜合收益。

4 結語

（1）微生物菌劑包膜復合肥料總菌落數都能達到1×106CFU/g，微生物菌劑包膜磷酸二銨總菌落數小于1×106CFU/g。

（2）微生物菌劑包膜磷酸二銨和包膜尿素放置170 d 后總有效活菌數均小于1×106CFU/g；微生物菌劑包膜復合肥料放置170 d后總有效活菌數均大于1×106CFU/g。

（3）微生物菌劑包膜復合肥料能夠顯著增加農作物的產量，可以促進植株的生長及根系發育、生物量的累積，顯著改善農作物的品質。且微生物的加入，能夠改善土壤微生物種群，協同根際微生物和農作物互作，提升土壤肥力和有益微生物數量。

（4）微生物菌劑包膜無機肥料，是無機肥料和微生物結合的新產品，增加的原料成本為70 元/t，售價較無機肥料增加200元/t，可實現毛利130元/t，同時極大地提升了無機肥料品質及功能，值得進一步推廣。

（5）目前該包膜工藝能夠滿足尿素、磷酸二銨和復合肥料的產品質量要求，但是有效活菌數還有待提升。下一步工作需要改進微生物菌劑的活性和耐鹽性，使其貨架期延長，以利于保證產品質量和市場銷售。