一种氨基酸水溶肥及其制备方法

技术领域

本发明涉及水溶肥技术领域，特别涉及一种氨基酸水溶肥及其制备方法。

背景技术

水溶肥即水溶性肥料，是指能够完全溶解于水的多元素复合型、速效性肥料。施用方式主要有3种：随水冲施、营养液栽培和叶面喷施，具有配方可控、吸收效率高等优点。氨基酸水溶肥是指以游离氨基酸为主体，按适合植物生长所需比例，添加适量的铜、铁、锰、锌、硼、钼微量元素或钙元素而制成的液体或固体水溶肥料。随着人们对化肥的缺点的认识不断加深以及环保意识的增强，具有提高肥料利用率、增产增收、改善品质和环保等优点的氨基酸水溶肥迎来巨大的发展机遇。

然而，目前的采用混合方式制得的氨基酸微量元素混合肥存在金属元素生物利用率不高的问题，进一步提高氨基酸水溶肥中金属元素的生物利用率是本领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氨基酸水溶肥及其制备方法，通过采用高压微波法螯合氨基酸与金属元素，提高了氨基酸与金属元素的螯合率；选用至少含有两个N原子的氨基酸与金属元素进行螯合，提高了作物对金属元素的生物利用率，加入第二含氮化合物，可进一步提高作物的金属元素生物利用率。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明的技术方案之一：提供一种氨基酸水溶肥，组分包含多氮氨基酸与金属元素组成的螯合物；其中，多氮氨基酸与金属元素的摩尔比为(2～4):1。

优选的，所述氨基酸水溶肥的组分还包含第二含氮化合物，其中第二含氮化合物与多氮氨基酸的质量比为(1～2):1。

优选的，所述多氮氨基酸为至少含有两个N原子的氨基酸；所述金属元素为锌、镁、钙、锰中的一种或多种。

优选的，所述至少含有两个N原子的氨基酸为精氨酸、组氨酸、赖氨酸中的一种或多种。

优选的，所述第二含氮化合物为尿素和/或硝酸铵。

本发明的技术方案之二：提供一种上述氨基酸水溶肥的制备方法，包括以下步骤：

将多氮氨基酸溶于水中，加入可溶性金属盐，调节pH值为5.0～6.0，在高压条件下进行微波处理，制得液态氨基酸水溶肥。

优选的，将上述液态氨基酸水溶肥喷雾干燥，制得固态氨基酸水溶肥。

本发明的技术方案之三：提供上述包含第二含氮化合物氨基酸水溶肥的制备方法，包括以下步骤：

将多氮氨基酸溶于水中，加入可溶性金属盐，加酸调节溶液pH值为5.0～6.0，在高压条件下进行微波处理，加入第二含氮化合物，制得液态氨基酸水溶肥。

优选的，将上述液态氨基酸水溶肥喷雾干燥，制得固态氨基酸水溶肥。

优选的，所述多氮氨基酸与水的质量比为1:(4～8)；所述酸为柠檬酸；述所高压条件的压力为3～4MPa。

较高的固液比可明显提高传质推动力，但当固液比过高时，会使后续的处理难度增加，也浪费了原料。

优选的，所述微波处理采用分段微波处理，条件为先在300～350W的功率下处理5～10min，再于500～600W的功率下处理2～5min。

本发明的技术方案之四：上述氨基酸水溶肥作为叶面肥的应用。

优选的，将氨基酸水溶肥加水配置成适宜浓度，对果树作物施用时，在新梢期、现蕾期各施用一次，挂果期施用3-4次；对多次采摘作物，新梢期、初花现蕾期各施用一次，每采摘完第二轮施用一次；对短周期蔬菜作物，幼苗期施用一次，10-12天后施用一次。

本发明的有益技术效果如下：

本发明通过选用多氮氨基酸与可溶性金属盐进行螯合，合成的多氮氨基酸金属螯合物在作物中活性高，转运快。制备氨基酸水溶肥用于叶面喷肥时，能够快速被植物吸收，提高了氨基酸水溶肥的利用率，增产增收，可提高作物的品质。同时，本发明提供的氨基酸水溶肥不含有毒化合物及非生命活动所需重金属，安全环保。

本发明采用减压微波法合成多氮氨基酸金属螯合物，与传统的水体系合成法相比，微波法具有更高的金属螯合率。在微波电磁场作用下，极性分子从原来的热运动状态转向依照电磁场的方向交变而排列取向，微波处理过程中金属离子在微波电磁场的作用下活性大大提升；理论上微波功率越高，金属离子活性越强，但长时间的高功率微波会破坏氨基酸分子结构，因此本发明采用分段微波处理，在低功率微波条件下，游离金属离子与氨基酸分子先进行螯合，再切换短时间的高功率微波，进一步促进游离金属离子与氨基酸进行螯合；采用高压处理的目的在于，在微波处理过程中，水分子的活性会得到极大提升，会阻碍金属离子与氨基酸的螯合，在短时间的微波处理中，高压条件可有效抑制水分子的活性，提高氨基酸与金属离子的螯合率。

本发明提供的方法步骤简单，耗时短，无需高成本设备，有利于氨基酸水溶肥的推广应用。

具体实施方式

现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。

另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

实施例1

将精氨酸与水按质量比1:5混合，搅拌至精氨酸完全溶解；加入硫酸锌，其中硫酸锌与精氨酸的摩尔比为1:3，搅拌至硫酸锌完全溶解；用柠檬酸调节溶液pH值为5.5，对微波处理设备进行增压，使内部压力维持在3～4MPa，压力稳定后先在300W的功率下微波处理10min，再于600W的功率下微波处理2min，取出冷却，制得液态氨基酸水溶肥。

将上述液态氨基酸水溶肥喷雾干燥，制得固态氨基酸水溶肥。

实施例2

将组氨酸与水按质量比1:4混合，搅拌至组氨酸完全溶解；加入硝酸钙，其中硝酸钙与组氨酸的摩尔比为1:2，搅拌至硝酸钙完全溶解；用柠檬酸调节溶液pH值为5.0，对微波处理设备进行增压，使内部压力维持在3～4MPa，压力稳定后先在350W的功率下微波加热5min，再于500W的功率下微波处理5min，取出冷却，制得液态氨基酸水溶肥。

将上述液态氨基酸水溶肥喷雾干燥，制得固态氨基酸水溶肥。

实施例3

将赖氨酸与水按质量比1:8混合，搅拌至赖氨酸完全溶解；加入硫酸锌，其中硫酸锌与赖氨酸的摩尔比为1:4，搅拌至硫酸锌完全溶解；用柠檬酸调节溶液pH值为6.0，对微波处理设备进行增压，使内部压力维持在3～4MPa，压力稳定后先在320W的功率下微波加热8min，再于550W的功率下微波处理4min，取出冷却，加入尿素，其中尿素与赖氨酸的质量比为1:1，搅拌均匀，制得液态氨基酸水溶肥。

将上述液态氨基酸水溶肥喷雾干燥，制得固态氨基酸水溶肥。

实施例4

将精氨酸与水按质量比1:5混合，搅拌至精氨酸完全溶解；加入硫酸锌，其中硫酸锌与精氨酸的摩尔比为1:3，搅拌至硫酸锌完全溶解；用柠檬酸调节溶液pH值为5.5，对微波处理设备进行增压，使内部压力维持在3～4MPa，压力稳定后先在300W的功率下微波加热10min，再于600W的功率下微波处理2min，取出冷却，加入尿素，其中尿素与赖氨酸的质量比为2:1，搅拌均匀，制得液态氨基酸水溶肥。

将上述液态氨基酸水溶肥喷雾干燥，制得固态氨基酸水溶肥。

对比例1

与实施例1相比，区别在于制备过程中不进行增压处理，其他条件与实施例1相同。

对比例2

与实施例1相比，区别在于微波处理采用一段微波处理，条件更改为在300W的功率下处理12min，其他条件与实施例1相同。

对比例3

与实施例1相比，区别在于微波处理采用一段微波处理，条件更改为在600W的功率下处理12min，其他条件与实施例1相同。

对比例4

将甘氨酸与水按质量比1:5混合，搅拌至甘氨酸完全溶解；加入硫酸锌，其中硫酸锌与甘氨酸的摩尔比为1:3，搅拌至硫酸锌完全溶解；用柠檬酸调节溶液pH值为5.5，对微波处理设备进行增压，使内部压力维持在3～4MPa，压力稳定后先在300W的功率下微波加热10min，再于600W的功率下微波处理2min，取出冷却，制得液态氨基酸水溶肥。

将上述液态氨基酸水溶肥喷雾干燥，制得固态氨基酸水溶肥。

对比例5

将亮氨酸与水按质量比1:5混合，搅拌至亮氨酸完全溶解；加入硫酸锌，其中硫酸锌与亮氨酸的摩尔比为1:3，搅拌至硫酸锌完全溶解；用柠檬酸调节溶液pH值为5.5，对微波处理设备进行增压，使内部压力维持在3～4MPa，压力稳定后先在300W的功率下微波加热10min，再于600W的功率下微波处理2min，取出冷却，制得液态氨基酸水溶肥。

将上述液态氨基酸水溶肥喷雾干燥，制得固态氨基酸水溶肥。

对上述实施例及对比例制备的氨基酸水溶肥进行效果测试：

(1)测定实施例1与对比例1-3的氨基酸螯合率，测定方法包括以下步骤：

氨基酸金属螯合物中金属总量的测定：

精密移取10ml液态氨基酸水溶肥于100ml容量瓶中，定容，摇匀。再精密移取20ml于200ml锥形瓶中，加入蒸馏水50ml，滴加2～3滴PAN指示剂，用EDTA标准溶液(浓度为c

氨基酸金属螯合物中螯合金属的测定：

精密移取10ml液态氨基酸水溶肥于100ml烧杯中，加热浓缩至进干，加入50ml无水乙醇，水浴加热并充分搅拌，离心，将沉淀溶于水中，转移至100ml容量瓶中，定容，摇匀。再精密移取20ml于200ml锥形瓶中，加入蒸馏水50ml，滴加2～3滴PAN指示剂，用EDTA标准溶液(浓度为c

金属元素螯合率计算公式如下：

通过上述试验方法测得实施例1的锌螯合率为98.6％；对比例1的锌螯合率为91.2％；对比例2的锌螯合率为86.5％；对比例3的锌螯合率为65.6％。从测定结果可以看出，本发明提供的高压微波法耗时短，氨基酸与金属离子的螯合率高，对比例3的螯合率远低于对比例2的原因在于，长时间的高功率微波处理，破坏了氨基酸分子结构，导致螯合率大大降低。

(2)对比实施例1-4、对比例4-5制备的氨基酸水溶肥对桔子产量及品质的影响

在南方某一砂糖桔园(种植密度约为75棵/亩)选取7处大小为1亩的地作为试验用地，将实施例1-4、对比例4-5制备的氨基酸水溶肥配置成含锌量为400ppm的水溶液，另配制含锌量为400ppm，精氨酸含量为0.32％的硫酸锌精氨酸混合水溶液作为对照组，分别施用于四块试验用地，施用时间为在桔树的新梢期和现蕾期各进行一次叶面喷洒，挂果期进行3次叶面喷洒，每次喷洒的量为30升每亩。

在7块试验用地各随机选取70棵桔树进行采摘，统计采摘的砂糖橘的重量，结果见表1。

表1桔树产量

从表1可以看出，施用氨基酸螯合锌的实施例1-4、对比例4-5产量明显高于施用硫酸锌精氨酸混合肥的对照组；施用多氮氨基酸螯合锌的实施例1-4组产量明显高于施用单氮氨基酸螯合锌的对比例2-3组；添加第二含氮化合物的实施例3-4组产量明显高于未添加第二含氮化合物的实施例1-2组。

利用ICP测定7块试验用地所选取的桔树在桔子采摘后，对桔树的树叶及果实中锌的含量，测定结果见表2。

表2 ICP测定桔树树叶及果实中锌含量

从表2可以看出，施用添加第二含氮化合物的多氮氨基酸螯合锌的实施例3-4组的果实中锌含量最高，其次为施用多氮氨基酸螯合锌的实施例1-2组，再次为施用单氮氨基酸螯合锌的对比例4-5组，对照组最低。表明施用含锌的叶面喷肥时，多氮氨基酸螯合锌在植物体内转运最迅速，优于施用单氮氨基酸螯合锌，生物利用率最高；相比于普通的可溶性锌盐，氨基酸螯合锌转运明显更高；另外，添加第二含氮化合物也有利于植物中锌的转运。

结合桔树树叶中锌的含量，也证明了上述观点，施用单氮氨基酸螯合锌的对比例4-5组，树叶中锌含量明显高于施用多氮氨基酸螯合锌的实施例1-4组，但是对照组中树叶锌含量与实施例3-4相差不大，出现这种现象的原因是，单纯使用可溶性锌盐与多氮氨基酸混合，吸收率不高，因此出现了叶片中锌含量不高，果实中锌含量也较低。另外，添加第二含氮化合物的实施例3-4组树叶中锌含量高于实施例1-2组，证明第二含氮化合物的加入，促进了植物通过叶片吸收的锌的转运。

多氮氨基酸螯合锌的生物利用率高于单氮氨基酸螯合锌，可能由于，相比单氮氨基酸螯合锌，多氮氨基酸螯合锌在结构上与植物体内的酶形态更为相似，因而在植物体内转运速度更快，生物利用率更高。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。