成果背景:

化肥是粮食安全的压舱石,对粮食产量的贡献率达 50% ~ 55%。中国是氮肥消耗量最多的国家,2020年无机氮肥消耗量约为4千万吨(按单质氮计算),占全球农业施用总量的1/3。氮肥的低利用效率(40%左右)造成大量的能源浪费和环境污染,因此,化肥的提质增效,尤其是氮肥,解决当前粮食危机和改善生态环境的战略需求,是我国农业绿色转型的迫切需求。向氮肥中添加肥料添加剂(增效剂)是实现氮肥高效利用的重要有效途径之一。

研究内容:

聚谷氨酸是一种主要由微生物利用农业废弃物发酵生产的胞外高分子聚合物,由谷氨酸之间的α-氨基和γ-羧基链接,其主链上含有大量羧基等基团,使其具有阴离子特性、吸附性、吸水保水性、螯合性等多种特性。聚谷氨酸显著促进作物生长、增加多种作物的产量和提高氮肥利用效率,将其添加到肥料中,可使常规肥料具备养分有效性强、高效吸收、利用率高、保水、促进作物根系发育和提高作物抗性等功能。与传统的肥料增效剂相比,还具有来源绿色、完全可降解、生物兼容(自身提供氨基酸营养)等优势,因此在肥料添加剂领域中具有明显竞争优势、在农业中具有广阔应用前景。本技术开展的具体研究内容包括:1)从土壤养分转化和作物吸收两方面系统解析聚谷氨酸的增效机理,2)针对土壤环境、作物需肥、肥料原材料特性进行肥料产品的研发和应用,3)建立工业化生产聚谷氨酸型肥料的添加和生产工艺。

重大科技贡献:

完成聚谷氨酸肥料增效机理、田间效果评价、肥料应用技术、专用肥产品开发、产品检测方法等研究,形成了系统的聚谷氨酸肥料增效与农业应用技术体系。明确聚谷氨酸的增效机理在于富集与保护土壤速效养分、改变土壤酶和微生物活、调控土壤养分转化、促进作物根系发育、增加作物养分吸收、提高植物新陈代谢、促进养分运转。针对干旱、半干旱风沙地作物研发了抗旱型种苗肥产品,针对叶菜茄果类作物,研发出快速供肥的增效底肥产品,针对生育期长的大田作物研发高氮免追肥产品;针对中微量元素易与肥料中的磷拮抗失效的问题,研发了新型聚合镁物质,实现补镁与肥料增效的双重目的。

成果产出与荣誉:

发表论文10篇,获得授权专利2个,《高分子聚谷氨酸肥料添加剂的研制与产业化》获得辽宁省科技进步二等奖,《聚谷氨酸肥料的研制与应用》获得本溪市科学技术进步一等奖、《聚合氨基酸复合型肥料增效剂》、《一种检测聚-γ-谷氨酸分子量的便携装置》获得辽宁省土壤肥料领域科技新成果。研究成果已在东北、中原、西南地区15家化肥生产企业得到应用,产品年销量约17万吨、推广面积约420万亩,代表性企业有山东三方化工集体团有限公司、辽宁盛源肥业科技有限公司、贵州天保丰原生态农业科技有限公司、赤峰金健生物科技有限公司等,培育出一批地区知名品牌,如“中科爱地”、“锦联”、 “聚离子生态肥”、“天保丰”等。

成果团队:

石元亮、张丽莉、武志杰(泰山学者)、卢宗云、张蕾、聂宏光、张鹰、宫平、李杰、王玲莉、薛妍

辽宁省科技进步二等奖

本溪市科学技术进步一等奖