本發明屬于肥料領域，具體涉及一種含水溶性有機質和微生物的肥料增效包裹劑及其制備方法和應用。
背景技術：
農業是國民經濟的基礎，提高農業經濟作物的增產增收離不開化學肥料的施用。但是由于長期大量單施、偏施化學肥料，我國的土壤已出現各種各樣的問題，例如板結、酸化、鹽漬化以及土壤微生物多樣化被破壞，并直接導致地力下降、田間病蟲害大量發作，農業增產不明顯，且同時帶來了環境污染等一系列的問題，土壤生態環境日益惡化，對農業的可持續發展構成了嚴重的挑戰。這些化肥的不當施用帶來的不容忽視的問題，迫使研究者不斷尋找和探索提高化學肥料利用率達到平衡施肥、合理施肥以克服其弊端的途徑。
CN 104262062 A公布了一種包膜尿素，，所述包膜尿素包括尿素和包膜劑，所述包膜劑為可降解的低密度聚乙烯和氧化淀粉，氧化淀粉為經過雙氧水氧化后的氧化淀粉，所述包膜尿素的利用率高，可減少尿素的流失，使尿素分解產生的氨長時間保存在土壤中；制備方法簡單，操作簡捷。CN 102838420 B公布了一種富硒緩釋包膜尿素，其是以冷溶性聚乙烯醇為粘結劑、以膨潤土為包覆材料將肥芯包裹之中形成的顆粒物；所述膨潤土是肥芯質量的2％～5％，肥芯按重量份數比包含15～35份尿素、5～10份抗菌肽和10～20份螯合硒組成。本發明肥料可顯著改善作物對氮素的吸收利用效果，增強植物對氮素和其它營養元素的吸收量，顯著提高肥料的利用率，肥料利用率提高到30％～40％，減少肥料用量20％～33％。使用本發明在等量的肥料條件下，可使糧食增產15％～30％，蔬菜增產20％～50％，經濟作物增20％以上。
在土壤生態如此惡劣的形勢下，土壤和植物研究者建議，向土壤中施入微生物菌劑以改良土壤性狀，從而改善土壤生態環境，并提高農作物產量和品質。微生物能夠溶解土壤中固定礦質元素，增加養分的的有效性，降解土壤中的污染物，解除重金屬和農藥的危害，有些微生物還能分泌激素類物質，刺激并調節作物的生長，有些微生物還能產生揮發性或非揮發性抑制病原菌生長的物質，可以限制病原菌的生長或代謝，提高植物抗性，具有保護和治療雙重功效，可有效防治土傳性病害。因此，從生態農業的角度來看，微生物在農業方面具有廣闊的應用前景。
現有的微生物肥料制備工藝中，主要是在造粒過程中添加微生物菌劑，高溫處理會導致大量微生物死亡，且施用后，菌劑效用時間短、重復性和穩定性差。此外，由于微生物肥料中的微生物不能直接與化學肥料接觸，因此微生物肥料存在著微生物存活率低、活性差等問題，故而需要開發一種微生物存活率高且制備工藝簡單的微生物肥料，以改善目前土壤生態環境不斷惡化的現狀。
技術實現要素：
為解決上述問題，本發明發明人經過反復實驗，發現將微生物菌劑和水溶性有機質混合之后再涂覆于肥料顆粒的表面，避免了微生物與化學肥料直接接觸，以致化學肥料的高鹽環境不會影響微生物的存活率，且施用于土壤時能夠增加土壤中有效活菌數，提高土壤肥力，改善土壤結構，并同時能夠充分發揮微生物與復合肥之間的配合作用，實現作物增產增效。
在本發明的第一方面，提供一種含水溶性有機質和微生物的肥料增效包裹劑，其包含水溶性有機質和微生物菌劑，其特征在于，所述水溶性有機質和微生物的重量比為(3-100):1，其中所述水溶性有機質選自氨基酸和/或乙醇制備過程中產生的全部溶于水的發酵液經干燥后形成的物質。
優選地，在所述含水溶性有機質和微生物的肥料增效包裹劑中，所述水溶性有機質的重量基于所述氨基酸和/或乙醇制備過程中產生的全部溶于水的發酵液經干燥后形成的物質的重量的百分比為40％以上且所述經干燥后形成的物質的pH值為2-6。
在本發明中，所述水溶性有機質的重量是根據《NYT 1976-2010水溶肥料有機質含量的測定》進行測定的。
優選地，在所述含水溶性有機質和微生物的肥料增效包裹劑中，所述微生物菌劑為復合微生物菌劑。
優選地，在所述含水溶性有機質和微生物的肥料增效包裹劑中，所述微生物菌劑的含水量小于5％。
優選地，在所述含水溶性有機質和微生物的肥料增效包裹劑中，所述微生物菌劑的有效活性菌數為1-400億/克。
優選地，在所述含水溶性有機質和微生物的肥料增效包裹劑中，所述微生物菌劑選自為芽孢桿菌、擬青霉菌、粘帚霉、輪枝菌中的兩種或兩種以上。
優選地，在所述含水溶性有機質和微生物的肥料增效包裹劑中，還包含菌種保護劑、潤滑劑和堿性氧化物中的一種或多種。
優選地，在所述含水溶性有機質和微生物的肥料增效包裹劑中，所述菌種保護劑選自凹凸棒土、輕質碳酸鈣和硅藻土中的一種或多種。
更優選地，所述菌種保護劑的細度為200目以上。
在本發明中，所述輕質碳酸鈣是用化學加工方法制得的，由于它的沉降體積(2.4-2.8mL/g)比用機械方法生產的重質碳酸鈣沉降體積(1.1-1.9mL/g)大，因此被稱為輕質碳酸鈣。
優選地，在所述含水溶性有機質和微生物的肥料增效包裹劑中，所述堿性氧化物選自氧化鈣、氧化鎂和氧化鋅中的一種或多種。
優選地，在所述含水溶性有機質和微生物的肥料增效包裹劑中，所述潤滑劑為粉狀物質，其選自二硫化鉬、二氧化鈦、云母粉和滑石粉中的一種或多種。
優選地，本發明含水溶性有機質和微生物的肥料增效包裹劑包含以下重量份數的物質，：
其中，所述菌種保護劑的細度為200目以上。
在本發明的第二方面，還提供一種制備上述含水溶性有機質和微生物的肥料增效包裹劑的方法，其包括以下步驟：
(1)按比例將水溶性有機質、菌種保護劑、潤滑劑和堿性氧化物混合均勻并過篩；
(2)將微生物菌劑加入至步驟(1)過篩后獲得的混合均勻即可，
其中，步驟(1)中過篩所用的篩子的目數為200-400。
在本發明的第三方面，還提供一種包含上述肥料增效包裹劑的微生物肥料，其包含化學肥料顆粒核心層和化學肥料核心層表面的微生物包膜層，其特征在于，所述微生物肥料通過將上述肥料增效包裹劑包覆于化學肥料核心層表面制成。
優選地，在所述包含上述肥料增效包裹劑的微生物肥料中，所述化學肥料顆粒核心層與微生物包膜層的重量比為(10-300)：1。
優選地，在所述包含上述肥料增效包裹劑的微生物肥料中，所述化學肥料顆粒核心層為市售可得的化學肥料顆粒。
優選地，在所述包含上述肥料增效包裹劑的微生物肥料中，所述化學肥料顆粒核心層包含氮肥、磷肥、鉀肥、中量元素肥、微量元素肥中的一種或多種。其中，氮肥為硫酸銨、硝酸銨、磷酸銨、氨水、氯化銨、尿素中的一種或多種；磷肥為磷酸、磷酸銨、鈣鎂磷肥、過磷酸鈣、磷酸二銨、磷酸一銨、聚磷酸銨中的一種或多種；鉀肥為磷酸鉀、氯化鉀、硝酸鉀中的一種或多種；中量元素肥為含硅、鈣、鎂、硫中的一種或多種的肥料，如硅酸鈉、石膏、硫酸鎂等；微量元素肥為含鐵、錳、硼、鋅、銅、鉬中的一種或多種的肥料，如硫酸亞鐵、硫酸錳、硼砂、硫酸鋅、硫酸銅、鉬酸銨等。
優選地，所述包含上述肥料增效包裹劑的微生物肥料的制備過程為在包膜機內將上述上述肥料增效包裹劑均勻地噴入到化學肥料顆粒表面進行包膜，包膜時間為5-8分鐘，包膜溫度為30-70℃，即可獲得微生物復合肥。
通過上述肥料增效包裹劑的包膜，能夠保證微生物在高濃度化學肥料環境下的高存活率且制備過程簡單、效率高。
與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：
(1)本發明肥料增效包裹劑屬于無水型包裹劑，在制作微生物肥料的包膜過程中能夠提高所述肥料增效包裹劑的包裹率；此外，本發明肥料增效包裹劑含有菌種保護劑，能夠提高微生物的存活率且在一定時間內使土壤中有效活菌數量增加，從而能夠改善土壤狀況；
(2)本發明的微生物肥料中涂覆于化學肥料顆粒表面的微生物包膜層由于含有水溶性有機質，在釋放到土壤中后會在肥料周圍形成有機緩沖層，從能夠保證在其施用于作物生長環境后為微生物的存活提供優良的繁殖環境，同時能夠抑制肥料中氮磷鉀等肥料形成的高鹽環境，為微生物快速繁殖提供其所需要的能量和適宜的環境，同時本發明微生物肥料中的微生物能夠與有害微生物競爭生存空間，抑制了有害微生物的繁殖；
(3)本發明微生物肥料中的化學肥料核心層能夠為植物生長提供必要的營養元素，且由于微生物包膜層中的水溶性有機質在肥料周圍形成有機緩沖層而加速化學肥料核心層在土壤中的分解轉化，并與微生物優勢互補，養分全面均衡，持久高效，所述微生物肥料對改善施肥結構、提高土壤肥力，改善土壤板結狀況，提高化肥利用率、保護環境、促進農業可持續發展等方面顯示出較強的優勢，具有較好的經濟、社會和生態效益。
具體實施方式
為了使本發明的目的及優點更加簡潔明了，本發明將用以下具體實施例進行闡明，但本發明絕非僅限于這些實施例。以下實施例僅為本發明較優選的實施例，且僅用于闡述本發明，不能理解為對本發明的范圍的限制。應當指出的是，凡在本發明的實質和原則之內所做的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。因此，本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
制備實施例
制備實施例1
1)含水溶性有機質和微生物的肥料增效包裹劑的制備
將1kg氨基酸制備過程中產生的全部溶于水的發酵液經干燥后形成的物質(所述水溶性有機質的重量基于所述經干燥后形成的物質的重量的百分比為50％)過300目的篩子，隨后將過篩之后的物質與0.05kg枯草芽孢桿菌和0.05kg淡紫擬青霉菌混合均勻，即制得含水溶性有機質和微生物的肥料增效包裹劑。
2)微生物肥料的制備
將30kg尿素放入包膜機內，隨后往包膜機內噴入上述制備的含水溶性有機質和微生物的肥料增效包裹劑，停留5分鐘即制得本發明的微生物肥料。
制備實施例2
1)含水溶性有機質和微生物的肥料增效包裹劑的制備
將1kg氨基酸制備過程中產生的全部溶于水的發酵液經干燥后形成的物質(所述水溶性有機質的重量基于所述經干燥后形成的物質的重量的百分比為50％)、0.2kg凹凸棒土(其細度為250目)、80g云母粉、50g氧化鎂混合均勻，然后過300目的篩子，隨后將過篩之后的物質與0.05kg枯草芽孢桿菌和0.05kg淡紫擬青霉菌混合均勻，即制得含水溶性有機質和微生物的肥料增效包裹劑。
2)微生物肥料的制備
將30kg尿素放入包膜機內，隨后往包膜機內噴入上述制備的含水溶性有機質和微生物的肥料增效包裹劑，停留5分鐘即制得本發明的微生物肥料。
制備實施例3
1)含水溶性有機質和微生物的肥料增效包裹劑的制備
將1kg氨基酸制備過程中產生的全部溶于水的發酵液經干燥后形成的物質(所述水溶性有機質的重量基于所述經干燥后形成的物質的重量的百分比為50％)、0.1kg凹凸棒土(其細度為250目)、50g云母粉、30g氧化鎂混合均勻，然后過300目的篩子，隨后將過篩之后的物質與0.05kg枯草芽孢桿菌和0.05kg淡紫擬青霉菌混合均勻，即制得含水溶性有機質和微生物的肥料增效包裹劑。
2)微生物肥料的制備
將30kg尿素放入包膜機內，隨后往包膜機內噴入上述制備的含水溶性有機質和微生物的肥料增效包裹劑，停留5分鐘即制得本發明的微生物肥料。
制備實施例4
1)含水溶性有機質和微生物的肥料增效包裹劑的制備
將1kg氨基酸制備過程中產生的全部溶于水的發酵液經干燥后形成的物質(所述水溶性有機質的重量基于所述經干燥后形成的物質的重量的百分比為50％)、0.1kg凹凸棒土(其細度為250目)、50g云母粉、30g氧化鎂混合均勻，然后過300目的篩子，隨后將過篩之后的物質與0.025kg枯草芽孢桿菌和0.025kg淡紫擬青霉菌混合均勻，即制得含水溶性有機質和微生物的肥料增效包裹劑。
2)微生物肥料的制備
將30kg尿素放入包膜機內，隨后往包膜機內噴入上述制備的含水溶性有機質和微生物的肥料增效包裹劑，停留5分鐘即制得本發明的微生物肥料。
對比實施例
對比實施例1
將1kg氨基酸制備過程中產生的未經過濾處理的發酵液經干燥后形成的物質(所述氨基酸制備過程中產生的未經過濾處理的發酵液含有不溶于發酵液的物質)過300目的篩子，隨后將過篩之后的物質與0.05kg枯草芽孢桿菌和0.05kg淡紫擬青霉菌混合均勻，即制得含水溶性有機質和微生物的肥料增效包裹劑。
將30kg尿素放入包膜機內，隨后往包膜機內噴入上述制備的含水溶性有機質和微生物的肥料增效包裹劑，停留5分鐘即制得肥料。
對比實施例2
將1kg氨基酸制備過程中產生的全部溶于水的發酵液經干燥后形成的物質(所述水溶性有機質的重量基于所述經干燥后形成的物質的重量的百分比為50％)過300目的篩子。
將30kg尿素放入包膜機內，隨后往包膜機內噴入上述過300目的篩后獲得的物質，停留5分鐘即制得肥料。
對比實施例3
將1kg氨基酸制備過程中產生的全部溶于水的發酵液經干燥后形成的物質(所述水溶性有機質的重量基于所述經干燥后形成的物質的重量的百分比為50％)、0.2kg凹凸棒土(其細度為250目)、80g云母粉、50g氧化鎂混合均勻，然后過300目的篩子。
將30kg尿素放入包膜機內，隨后往包膜機內噴入上述過300目的篩后獲得的混合物，停留5分鐘即制得肥料。
田間實驗(白菜)
實驗設8個處理，采取隨機區組排列，三次重復。每個實驗區50平方米，每個實驗區之間和區組間設田埂，防止竄水竄肥，所述實驗地設2m的保護行，并對每個實驗區的土壤進行滅菌。實驗各區按方案要求追肥，其他管理措施相同。施肥：在播種后將供試肥料全部底施。
處理1：施入制備實施例1制備的微生物肥料3kg；
處理2：施入制備實施例2制備的微生物肥料3kg；
處理3：施入制備實施例3制備的微生物肥料3kg；
處理4：施入制備實施例4制備的微生物肥料3kg；
處理5：施入對比實施例1制備的肥料3kg；
處理6：施入對比實施例2制備的肥料3kg；
處理7：施入對比實施例3制備的肥料3kg；
處理8：施入市售的尿素3kg。
在施肥一周后，將白菜根系區土樣挖出、抖掉根系外圍土，取緊貼在根表附近的土樣作為根際土，采用平板梯度稀釋法測定微生物數量，其中測定細菌采用牛肉膏蛋白胨瓊脂培養基，測定真菌采用虎紅培養基，測定放線菌采用高氏1號瓊脂培養基，從而進行不同處理對根際土壤有效微生物活菌數的影響，每個處理區分別取3次土樣，得出結果見表1。
有效活菌分散直徑測定：施肥1周后，測定有效活菌分散范圍，以有效活菌分散圈直徑表示，重復3次，得出結果見表1。
土壤板結情況統計：施肥2個星期后，觀察各組土壤板結情況，土壤板結情況按土壤板結程度分為無板結、輕度板結和一般板結，結果表1所示。
表1 施肥后土壤中微生物指標和板結情況
由上表可知，處理6、7和8施用的是不含微生物的肥料，土壤中有效活菌數量較少，分布范圍較小，同時板結情況都是嚴重板結；處理5施用的肥料與處理6、7和8略微不同，含有微生物，土壤中有效活菌數量較處理6、7、8多且板結情況得到改善，可見水溶性有機質對土壤中的微生物繁殖有利；處理1-4施用本發明微生物肥料由于包含微生物和氨基酸制備過程中產生的全部溶于水的發酵液經干燥后形成的物質即水溶性有機質而使土壤中有效活菌數量顯著增加，活菌范圍也增加并改善了土壤板結，可見本發明肥料增效包裹劑包覆的化學肥料顆粒能夠有效緩解土壤板結，增加土壤中微生物含量，從而改善土壤性狀。
施肥一個月后，白菜成熟進行采收，比較各處理的白菜產量和抗病率，結果示于下表2中。
表2 各處理的白菜產量和抗病率
由表2可知，與處理5、6、7和8相比，處理1、2、3和4由于施用了本發明的微生物肥料而使白菜畝產量顯著增加，增產效果顯著，并且發病率也顯著降低，可見本發明微生物肥料能夠實現增產增效的目的，并同時提高作物的抗病能力。
結合表1和2分析可知，本發明的微生物肥料由于在化學肥料顆粒表面包覆有含水溶性有機質和微生物的肥料增效包裹劑而能夠顯著改善土壤板結狀況、提高土壤中微生物數量，同時實現增產和提高作物抗病性的作用。
根據上述說明書的揭示和教導，本發明所屬領域的技術人員還可以對上述實施例進行變更和修改。因此，本發明并不局限于上面揭示和描述的具體實施例，對發明的一些修改和變更也應當落入本發明的權利要求的保護范圍內。此外，盡管本說明書中使用了一些特定的術語，但這些術語只是為了方便說明，并不對本發明構成任何限制。