一种脲酶抑制剂组合物和包含它的肥料组合物

技术领域

本发明涉及肥料技术增效领域，具体地涉及一种脲酶抑制剂组合物和一种含有丝兰提取物的肥料组合物及其制备方法。

背景技术

尿素是目前农业生产中应用最广泛的氮肥，在作物提质增产方面作用显著。由于尿素施入土壤中，首先被脲酶水解成NH

脲酶的活性是影响尿素水解的关键因素。若能控制尿素水解第一步反应中脲酶的活性，则可以延缓尿素的水解速度，减少氮素流失。目前较为常见的做法是，在尿素中添加适量的脲酶抑制剂。迄今已发现的脲酶抑制剂有上百种，主要有重金属类、醌类、多羟酚类、磷酰胺类、五氯硝基苯以及植物提取物等。然而，重金属类脲酶抑制剂毒性大、易对环境造成污染，有机物类有效抑制时间短且高残留、难降解。此外，上述两类脲酶抑制剂的使用往往会增加农户投入成本，还会对作物和土壤造成二次伤害。因此，开发高效、低毒、无残留、来源充足的植物源脲酶抑制剂具有重要价值。

丝兰属植物（Yucca schidigera）属龙舌兰科，是一种多年生常绿灌木，主要生长在美国西南部和墨西哥北部干燥沙漠地带，在我国浙江等省市也有种植，俗称洋菠萝。丝兰提取物主要含有甾类皂苷、多糖及多酚等活性成分，在畜牧业生产中应用广泛，可有效抑制动物大肠、小肠的脲酶活性，改善肠道环境，降低粪便中氨气等有害气体排放，改善畜舍环境。但目前丝兰提取物在肥料脲酶抑制剂领域的应用鲜被提及，具有很高的开发利用潜力。

发明内容

本申请提供一种脲酶抑制剂组合物以及采用该组合物的肥料组合物，该组合物的成本低，效率高，对环境污染小，适合于在土地上长期使用。本申请包括如下实施方式：

实施方式1.一种脲酶抑制剂组合物，其特征在于，包括：丝兰提取物；和化学脲酶抑制剂。

实施方式2.根据实施方式1所述的脲酶抑制剂组合物，其特征在于，所述丝兰提取物与所述化学脲酶抑制剂的比例为10至30：0.1至0.3。

实施方式3.根据实施方式1所述的脲酶抑制剂组合物，其特征在于，所述丝兰提取物与所述化学脲酶抑制剂的配比满足：10%≤X≤30%，0.1%≤Y≤0.3%，且40%≤X+100Y≤50%，其中，X为所述丝兰提取物占尿素纯氮量的质量百分比，Y为所述化学脲酶抑制剂占尿素纯氮量的质量百分比。

实施方式4.根据实施方式1所述的脲酶抑制剂组合物，其特征在于，所述丝兰提取物为粉末状；所述化学脲酶抑制剂为NBPT。

实施方式5.根据实施方式1所述的脲酶抑制剂组合物，其特征在于，所述丝兰提取物由以下方法制备：

萃取：丝兰粉末置于溶剂中萃取，然后过滤取滤液，制得萃取液；

浓缩：将所述萃取液减压浓缩至相对密度为1.05至1.25，得到浸膏；

干燥：将所述浸膏干燥，即得到所述丝兰提取物。

实施方式6.根据实施方式1所述的脲酶抑制剂组合物，其特征在于，所述丝兰提取物由以下方法制备：

煎煮：丝兰粉末置于水中煎煮后过滤取滤液，制得煎煮液；

一次浓缩：将所述煎煮液减压浓缩至相对密度为1.05至1.25，得到一次浓缩液；

萃取：将所述一次浓缩液用萃取溶剂萃取，制得萃取液；

洗涤：将所述萃取液用洗涤液洗涤，弃去洗液，制得洗涤后的萃取液；

二次浓缩：将所述洗涤后的萃取液减压浓缩，制得二次浓缩液；

纯化：将所述二次浓缩液用大孔吸附树脂柱分离纯化，得到洗脱液；

三次浓缩：将所述洗脱液减压浓缩得到稠膏；

干燥：将所述稠膏干燥即得到所述丝兰提取物。

实施方式7.根据实施方式6所述的脲酶抑制剂组合物，其特征在于，所述萃取步骤中的所述萃取溶剂为水饱和的正丁醇溶液，所述洗涤步骤中的所述洗涤液为正丁醇饱和的水溶液。

实施方式8.一种肥料组合物，其特征在于，包括：氮肥；和根据实施方式1-7中任一项所述的脲酶抑制剂组合物。

实施方式9.根据实施方式8所述的肥料组合物，其特征在于，所述氮肥是尿素。

实施方式10.根据实施方式8所述的肥料组合物，其特征在于，所述脲酶抑制剂组合物中，所述丝兰提取物与所述化学脲酶抑制剂的比例为10至30：0.1至0.3，所述脲酶抑制剂组合物的用量为所述氮肥的纯N量的20wt%至30wt%，其中所述化学脲酶抑制剂的用量不超过所述氮肥的纯N量的0.3wt%。

本发明的技术方案，通过使化学脲酶抑制剂与丝兰提取物进行组合，能够减少脲酶抑制剂的用量，提高脲酶抑制剂的效能，减少对环境的污染，提供了一种适合于长期用于土地，而没有残留的脲酶抑制剂组合物和肥料组合物。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。

图1为实施例2中不同处理下土壤尿素态N含量动态变化；

图2为实施例3中不同处理下土壤尿素态N含量动态变化。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

在本申请中，除非特别指出或者根据上下文的理解可以得出不同的含义，否则各个术语具有本领域通常理解的含义。

本发明公开了一种脲酶抑制剂组合物，其特征在于，包括：丝兰提取物；和化学脲酶抑制剂。化学脲酶抑制剂降解周期长，长期施用存在化学残留并对人体产生毒害，且化学脲酶抑制剂的抑制作用易受水分、pH、温度等因素影响，抑制作用不够温和稳定。而丝兰提取物具有很好的脲酶抑制作用，且来源广泛，作用温和，将化学脲酶抑制剂和丝兰提取物组合应用，能够在大幅降低化学脲酶抑制剂用量的同时，保持甚至提高脲酶抑制效能，从而降低化学脲酶抑制剂残留。另外，丝兰提取物含有丰富的皂苷，在起到脲酶抑制剂作用之外，还能够减轻作物重茬影响，提高作物对生物及非生物胁迫的抵御能力，挖掘作物自身抗逆潜能，帮助作物提质增效。

本申请中的化学脲酶抑制剂指除植物提取物之外的脲酶抑制剂，其一般通过化学方法合成，分子量不超过500。

在一些实施方式中，所述丝兰提取物与所述化学脲酶抑制剂的比例为10至30：0.1至0.3。应用试验表明，若单独施用化学脲酶抑制剂或者单独施用丝兰提取物，化学脲酶抑制剂投入量远少于丝兰提取物的投入量，例如，1重量份的化学脲酶抑制剂的抑制效能与100重量份丝兰提取物的抑制效能相当，而化学脲酶抑制剂的成本远高于丝兰提取物，若二者单独施用，无法兼顾抑制效能和投入量及投入成本，本申请人的发明人出乎意料的发现，在二者组合应用时，当所述丝兰提取物与所述化学脲酶抑制剂的比例为10至30：0.1至0.3时，能够大幅降低相较于二者单独使用时的投入量，保持投入成本不增加或略有降低，但脲酶抑制效能并未降低，二者在该配比范围内具有协同增效作用。

本申请中的“脲酶抑制效能”或者“抑制效能”指抑制脲酶活性的能力大小，以抑制剂作用一定时间后土壤中尿素态的含量的大小来表征。

在一些实施方式中，所述丝兰提取物与所述化学脲酶抑制剂的配比满足：10%≤X≤30%，0.1%≤Y≤0.3%，且40%≤X+100Y≤50%，其中，X为所述丝兰提取物占尿素纯氮量的质量百分比，Y为所述化学脲酶抑制剂占尿素纯氮量的质量百分比。应用试验表明，1重量份的化学脲酶抑制剂的抑制效能与100重量份丝兰提取物的抑制效能相当，当二者组合应用时，在所述丝兰提取物与所述化学脲酶抑制剂的配比在满足上述关系的范围内，相对于单独投入等量的其中任一种脲酶抑制剂，脲酶抑制效能有显著提升，即二者组合后的脲酶抑制效能高于二者单独使用的抑制效能的简单叠加，表明二者在该配比范围内具有显著的协同增效作用。应用于农业种植时能够以较低的投入量和投入成本，取得最优的脲酶抑制效能。

在一些实施方式中，所述丝兰提取物为粉末状；所述化学脲酶抑制剂为NBPT。N-丁基硫代磷酰三胺(简称NBPT)是最有效的土壤脲酶抑制剂之一。丝兰提取物和NBPT组合能够发挥各自优势，取得较好的脲酶抑制效果。

在一些实施方式中，所述丝兰提取物由以下方法制备：

萃取：丝兰粉末置于溶剂中萃取，然后过滤取滤液，制得萃取液；

浓缩：将所述萃取液减压浓缩至相对密度为1.05至1.25，得到浸膏；

干燥：将所述浸膏干燥，即得到所述丝兰提取物。

由此制备丝兰提取物工艺简单，操作方便。

在一些实施方式中，所述丝兰提取物由以下方法制备：

煎煮：丝兰粉末置于水中煎煮后过滤取滤液，制得煎煮液；

一次浓缩：将所述煎煮液减压浓缩至相对密度为1.05至1.25，得到一次浓缩液；

萃取：将所述一次浓缩液用萃取溶剂萃取，制得萃取液；

洗涤：将所述萃取液用洗涤液洗涤，弃去洗液，制得洗涤后的萃取液；

二次浓缩：将所述洗涤后的萃取液减压浓缩，制得二次浓缩液；

纯化：将所述二次浓缩液用大孔吸附树脂柱分离纯化，得到洗脱液；

三次浓缩：将所述洗脱液减压浓缩得到稠膏；

干燥：将所述稠膏干燥即得到所述丝兰提取物。

在一些实施方式中，所述萃取步骤中的所述萃取溶剂为水饱和的正丁醇溶液，所述洗涤步骤中的所述洗涤液为正丁醇饱和的水溶液。

由此制备的

本发明还公开了一种肥料组合物，包括：氮肥；和所述的脲酶抑制剂组合物。

在一些实施方式中，所述氮肥是尿素。

在一些实施方式中，所述脲酶抑制剂组合物中，所述丝兰提取物与所述化学脲酶抑制剂的比例为10至30：0.1至0.3，所述的肥料组合物中的所述脲酶抑制剂组合物的用量为所述氮肥的纯N量的20wt%至30wt%，其中所述化学脲酶抑制剂的用量不超过所述氮肥的纯N量的0.3wt%。

实施例

实施例1

本实施例公开了丝兰提取物的制备，取丝兰植物叶片（产地：江苏沭阳），在50℃条件下恒温烘干，粉碎至粉末，过40目筛，得到丝兰粉末备用。丝兰提取物的制备包括如下步骤：

煎煮：取过筛后的丝兰粉末2kg，加水12kg，煎煮2小时，过滤，重复2次，合并各次滤液，制得煎煮液；

一次浓缩：将所述煎煮液减压浓缩至相对密度为1.10，放冷至室温，得到一次浓缩液；

萃取：将所述一次浓缩液用萃取溶剂萃取，制得萃取液；所述萃取溶剂为水饱和的正丁醇溶液，所述一次浓缩液与正丁醇的体积比为1:3，至正丁醇层颜色变淡，合并正丁醇萃取液，制得萃取液；

洗涤：将所述萃取液用正丁醇饱和的水溶液洗涤2次，弃水洗液，制得洗涤后的萃取液；

二次浓缩：将所述洗涤后的萃取液减压浓缩，蒸去有机溶剂正丁醇，制得二次浓缩液；

纯化：将所述二次浓缩液加入到D101型大孔吸附树脂柱上，用4倍柱体积的蒸馏水洗脱，弃去洗液。然后用5倍柱体积的70%乙醇洗脱，收集洗脱液；

三次浓缩：将所述洗脱液减压浓缩得到稠膏；

干燥：将所述稠膏用真空干燥机干燥10小时，粉碎、过筛，即得到丝兰提取物34.6g。

实施例2

本实施例公开了单独施用丝兰提取物（YE）和N-丁基硫代磷酰三胺（NBPT）作为脲酶抑制剂时的脲酶抑制效能。

试验材料：供试土壤采自北京艾格鲁国际农业有限公司花生试验田0-20cm耕层土壤，质地为沙壤土。新鲜土壤采回后剔除杂物及残留根系，风干后过2mm筛备用。供试肥料尿素为分析纯试剂，供试丝兰植物提取物为实施例1方法下制得，供试脲酶抑制剂N-丁基硫代磷酰三胺（NBPT）由武汉华翔科洁生物技术有限公司生产。

试验设计及方法：试验共设置4个处理，每个处理重复3次，各处理依次如下：

处理1：空白对照（CK）：不施用任何材料；

处理2：单施尿素处理（U）：施用尿素，施用量按纯N量计为350mg/kg干土；

处理3：NBPT+尿素处理（0.5%NBPT+ U）：同时施用尿素和脲酶抑制剂NBPT，其中，尿素施用量按纯N量计为350mg/kg干土，脲酶抑制剂NBPT添加量为尿素纯N量的0.5%；

处理4：丝兰提取物+尿素处理（50%YE +U）：同时施用尿素和丝兰提取物，其中，尿素施用量按纯N量计为350mg/kg干土，丝兰提取物添加量为尿素纯N量的50%。

采用聚乙烯培养瓶装土，每瓶装干土300g，加入蒸馏水调整土壤含水量至田间最大持水量的60%左右。预培养1周，之后将NBPT和丝兰提取物分别与尿素按上述用量同土壤混合均匀，于25℃培养箱中黑暗条件下恒温、恒湿培养。从培养第1天至第15天每隔3天取样一次（5g），测定土壤中尿素态N含量。尿素态N采用KCl-乙酸苯汞浸提，用二乙酰一肟比色法测定。结果见下表：

表1 不同处理下土壤尿素态N含量（mg/kg）动态变化

注：同一列中不同字母表示多重比较差异显著（p＜0.01）。

参照图1，结果表明4个处理中尿素分解时间存在一定差异。在培养时间内，添加NBPT和丝兰提取物的处理中尿素态N含量始终高于单施尿素处理，而NBPT与丝兰提取物处理之间差异不显著。添加0.5% NBPT和50%YE的两个处理在培养15天后，土壤中尿素态N含量分别为106.08mg/kg和116.80mg/kg，以上表明，100重量份丝兰提取物的抑制效能与1重量份的NBPT的抑制效能相当，说明丝兰提取物可作为一种植物源脲酶抑制剂，具备与NBPT同等的抑制土壤中尿素水解的效果。

实施例3

本实施例公开了由丝兰提取物（YE）和N-丁基硫代磷酰三胺（NBPT）组合作为脲酶抑制剂组合物时的脲酶抑制效能。

试验材料同实施例2。

试验设计及方法：试验共设置7个处理，每个处理重复3次，各处理依次如下：

处理1：单施尿素处理（U）；

处理2：0.1%NBPT+10%YE+U处理；

处理3：0.1%NBPT+20%YE+U处理；

处理4：0.1%NBPT+30%YE+U处理；

处理5：0.3%NBPT+10%YE+U处理；

处理6：0.3%NBPT+20%YE+U处理；

处理7：0.3%NBPT+30%YE+U处理。

其中，各处理的尿素施用量一致，均按纯N量计为350mg/kg干土；NBPT和丝兰提取物的用量以尿素N量的百分数计。

采用聚乙烯培养瓶装土，每瓶装干土300g，加入蒸馏水调整土壤含水量至田间最大持水量的60%左右。预培养1周，之后将脲酶抑制剂组合物分别与尿素按上述用量同土壤混合均匀，于25℃培养箱中黑暗条件下恒温、恒湿培养。从培养第1天至第27天每隔3天取样一次（5g），测定土壤中尿素态N含量。尿素态N采用KCl-乙酸苯汞浸提，用二乙酰一肟比色法测定。结果见下表：

表2

不同配比脲酶抑制组合物处理下土壤尿素态N含量（mg/kg）动态变化

注：同一列中不同字母表示多重比较差异显著（p＜0.01）。

参照图2，结果表明，与单施尿素（U）处理对比，不同配比脲酶抑制组合物均能延缓土壤中尿素水解。当所述丝兰提取物与所述化学脲酶抑制剂的比例为10至30：0.1至0.3时，脲酶抑制组合物能够在不同程度上抑制脲酶，延缓尿素水解，相对于单独施用YE或者NBPT，能够降低投入量，但脲酶抑制效能并未降低。其中以0.1%NBPT+10%YE+U（处理2）和0.1%NBPT+20%YE+U（处理3）的处理延缓时长最短，为3天；以0.3%NBPT+30%YE+U（处理7）处理延缓时长最长，达12天。说明随着丝兰提取物和NBPT添加比例的增加，土壤中尿素水解速度逐渐放缓，二者具有协同增效的作用。

从实施例2的数据可以看出，单独施用0.5%NBPT（处理3）或者50%YE（处理4），施用后15天，土壤尿素态氮的含量均略大于100mg/kg，二者具有基本相同的抑制作用。

对比实施例3的数据可以看出，当二者配合施用时，按处理4（0.1%NBPT+30%YE）和处理5（0.3%NBPT+10%YE）的配合比例，施用后15天，土壤尿素态氮的含量均略大于100mg/kg，与实施例2单独施用0.5%NBPT（处理3）或者50%YE（处理4）持平。实施例2中表明，100重量份丝兰提取物的抑制效能与1重量份NBPT的抑制效能相当，按照0.1%NBPT替换10%YE计算，实施例3的处理4和处理5相当于施用40%YE或者0.4% NBPT，但YE和NBPT的组合施用使其抑制效能和实施例2中的50%YE或者0.5% NBPT一致，即通过二者组合应用，投入单独施用量的80%的脲酶抑制剂组合物，脲酶抑制效能并未降低。按实施例3处理6（0.3%NBPT+20%YE）的配合比例，施用后15天，土壤尿素态氮的含量达到143.81 mg/kg，相对于实施例2单独施用0.5%NBPT并作用15天后的尿素态氮的含量106.08 mg/kg提高35%，相对于实施例2单独施用50%YE并作用15天后的尿素态氮的含量116.80 mg/kg提高24%，表明二者组合后的脲酶抑制效能高于二者单独使用的抑制效能的简单叠加，二者在该配比范围内具有显著的协同增效作用。

由本申请公开的脲酶抑制剂组合物和尿素组合制备成具有脲酶抑制效能的肥料组合物，按照实施例2和实施例3中各处理的比例进行添加，则每吨肥料组合物中，脲酶抑制剂的添加成本如表3所示，其中，NBPT的成本约为320元/公斤，丝兰提取物成本约为5元/公斤。

表3 不同脲酶抑制剂添加比例的成本

由上表可以看出，按照实施例2的添加比例计算每吨肥料的添加成本，0.5%NBPT的添加成本为736元/吨，50%YE的添加成本为1150元/吨，后者略高。和实施例2具有同等抑制作用的实施例3的处理4和处理5的计算，添加成本分别为837.2元/吨（处理4）和671.6元/吨（处理5），与实施例2中的0.5%NBPT的添加成本大致持平，较实施例2中50%YE的添加成本大幅降低，表明通过NBPT和丝兰提取物的合理组合应用，在不增加投入成本或减少投入成本的前提下，能够减少脲酶抑制剂的投入量，获得与单独使用时相同的抑制效能。

一般地，对于添加量0.5%NBPT的稳定性尿素，在大田作物上50kg/亩施用量，可将尿素水解时间由原本的2-7天延长至14-28天。那么，由上述实施例筛选出的0.30%NBPT+10%丝兰提取物的脲酶抑制剂组合物，可达到同样的脲酶抑制效果。借助NBPT和丝兰提取物的协同增效作用，应用于农业种植时能够以较低的投入量和投入成本，取得最优的脲酶抑制效能。