用作硝酸化和尿素酶抑制剂的新型制剂及其制备方法 发明范围
本发明涉及一种含有氮肥和蓖麻油和黄花蒿油的用作硝酸化和尿素酶抑制剂的新型制剂。更具体地说，本发明涉及廉价的和有效的由香精油(黄花蒿油)得到的尿素酶硝酸化抑制剂的开发。本发明还提供一种制备用作硝酸化抑制剂的新型制剂的方法。
【发明背景】
在为了扩大粮食生产而导致的农业消耗品中，肥料、特别是尿素的应用起关键性作用。估计目前全世界氮肥的消耗量每年为77Tg左右，估计到下世纪开始将增加到144Tg。在印度，目前氮肥的消耗量为约9.5百万吨，估计到2001年将增加到14百万吨。肥料中氮的利用率很少超过50％；在稻田中甚至更低。
在施加到土壤中时，尿素被尿素酶水解成NH4，最终被某些细菌转变成NO3。NH4通过蒸发损失，而NO3易于通过浸出和脱氮造成损失。除了增加农业栽培的费用以外，氮还通过浸出损失以及以气态形式损失直接引起环境变差。由于浸出的结果，在地下水中NO3的浓度以令人感到惊慌的速率增加。可限制或减缓这些过程的任何一种对策都可减少氮的损失。本发明涉及寻找减缓尿素转变和硝酸化的对策，以便有更高地氮肥利用率。
研究人员试图用以下方法来减少氮的损失：(i)在作物的不同生长阶段小剂量施加氮，以致在氮损失以前就被植物利用和(ii)将尿素深深放置或结合在土壤中。生成的铵有时可在土壤白土颗粒的交换复合中被保留。
提出的一些现代手段是(i)尿素酶抑制剂的使用，例如苯基膦二酰胺化物(PPD)、异羟肟酸酯和苯醌(Gould，WD等，1986，Adv.Agron.40：209-238)，它们使尿素的水解减少，这一点可减少氨的蒸发损失，以及(ii)硝酸化抑制剂的使用，例如N serve或nitrapyrin(2-氯-6(三氯甲基)吡啶)、DCD(双氰胺)、AM(2-氨基-4-氯-6-甲基嘧啶)、KN3(钾叠氮化物)和硫脲(Sahrawat，1989，Adv.Agron.42：279-302，Prasad andPower，1995，Adv.Agron.54：233-81)。
这些化合物已在世界一些地方成功应用。但是，由于价格高和可供性差，这些化合物不能在商业上普及到普通农户。令人感兴趣的发现是印度楝子油饼(Prasad等，1971，Adv.Agron.23：337-381)和用印度楝子油饼涂覆的尿素有硝酸化抑制性质，并已发现在印度农户中得到某些应用。用于处理尿素的印度楝子卤/萃取物例如Nimin、Neemex等在印度上市。最近，还报导了印度楝子油尿素乳化加合物(Prasad等，1998，Curr.Sci.75：15)。许多肥料混合物、涂覆材料、特别是合成化学品已用于有限的应用中，例如用于草场或高附加值农业中，例如商业花卉，但由于价格高，在发达国家中也不能用于一般农户。
发明目的
本发明的主要目的是开发一种由天然来源生产的新型尿素酶和硝酸化抑制剂，更具体地说，涉及在黄花蒿油中尿素酶和硝酸化抑制性质的利用。
另一目的是开发含有尿素和其他氮肥、蓖麻油和黄花蒿油的新型尿素酶和硝酸化抑制剂制剂。
另一目的是开发廉价和生态友好的尿素酶和硝酸化抑制剂，它在土壤中易于分解和不留下不良影响。
另一目的是提供一种生产硝酸化抑制剂制剂的方法。
发明概述
本发明涉及由涂覆以尿素/生成铵的氮肥的香精油及其衍生物(按肥料的重量计为0.5-1.0％)得到的尿素酶和硝酸化抑制剂的开发。氮肥首先用1％(按肥料的重量计)的蓖麻油涂覆。涂层使硝酸化减缓29-36％，相比使用双氰胺(DCD)减缓31-42％，后者用作参比值。就对尿素酶活性的抑制来说，已发现这一制剂优于DCD(与DCD相比减缓32-35％；5-15％)。使用这一制剂，有硝酸化性能的有机物、即亚硝化细菌和硝化细菌的活性显著下降。这一天然产品制剂使表观氮吸收利用率提高到57％，相比之下，未涂覆的尿素为37％和使用DCD的为54％。
发明详述
因此，本发明提供一种用作硝酸化和尿素酶抑制剂的新型制剂；所述的制剂含有有效数量氮肥、蓖麻油和黄花蒿油，后者的数量足以提高该制剂的硝酸化抑制活性。
在本发明的一实施方案中，蓖麻油的数量可为0.2-2％、优选1.0％(按肥料的重量计)。
在另一实施方案中，在组合物中所用的油量(由黄花蒿得到)可为约0.5至5％(按肥料的重量计)。
在本发明的另一实施方案，黄花蒿的香精油可用氮肥涂覆、与氮肥混合或掺合。
在本发明的另一实施方案中，氮肥可从尿素或硫酸铵以及其他生成铵的肥料中选择。
在本发明的另一实施方案中，香精油可选自黄花蒿油或其衍生物。
在另一实施方案中，本发明提供一种生产硝酸化抑制剂制剂的方法，该方法包括，将有效数量的蓖麻油(1.0％)和黄花蒿油涂覆到氮肥上的步骤。
在一实施方案中，氮肥可用蓖麻油和黄花蒿油或其衍生物涂覆、掺合或甚至混合。
本发明的另一实施方案涉及一种用黄花蒿油作为尿素酶和硝酸化抑制剂的方法，该方法包括，用1.0％蓖麻油(按肥料的重量计)作为第一涂层(作为固定性材料)涂覆到尿素颗粒或任何其他生成铵的肥料上，随后用0.5-5.0％的黄花蒿油(按肥料的重量计)涂覆。
氮在农业中是最必需的植物养分之一。估计目前全世界每年氮肥的消耗量为77Tg左右，到下世纪开始时可能增加到145Tg。印度的消耗量约9.5百万吨，估计到2005年增加到约14百万吨。尿素肥占氮肥总消耗量的80％以上。施加到土壤的全部氮中，利用率很少超过50％。在水中的条件(水稻)中，它还要进一步减少。当施加到土壤中时，尿素肥料被尿素酶水解生成NH4，它易于蒸发损失。NH4进一步通过硝酸化氧化成NO2，最后生成NO3，它通常通过浸出和脱氮损失。任何一种能减缓这些转变过程的方法都可在很大程度减少氮的损失。尿素酶和硝酸化抑制剂在减缓这些过程中起必不可少的作用，从而提高了氮的利用率。
提出了一系列化学品用作尿素酶和硝酸化抑制剂。但是，由于它们价格高、可供性低、化学性质、植物毒性和环境等原因，其中许多的应用受到研究水平限制。据报导，如由Karanj(Pongamia glabra)、印度楝子(Azadirachta indica)等得到的天然产品有硝酸化抑制性质。但是，由于某种原因，这些材料的商业开发还不可能。
本发明涉及由黄花蒿油生产的尿素酶和硝酸化抑制剂的开发。已观测到它与化学抑制剂如DCD一样有效，其费用低(因为只需要很少的数量)和生态友好的(预计有很小的残留影响)。
由于尿素的氮含量高、溶解性高和非极性，所以尿素是用于全世界的氮肥的主要来源。但是，它易受各种氮损失机理的影响，即氨的蒸发、浸出和脱氮。尿素酶和硝酸化抑制剂通过减缓尿素水解和硝酸化来减少氮肥的损失。一系列合成化学品用作尿素酶和硝酸化抑制剂，它们分别限制水解和脱氮。这些化合物已成功地在世界一些地方应用。但是，由于某些原因，这些合成化学品中有许多并未在商业上有生命力。本发明发现了黄花蒿油作为尿素酶和硝酸化抑制剂的性质，它是一种天然产品，与合成产品相比是生态友好的和廉价的。进行了一系列实验室和温室实验，以便解决黄花蒿油的抗微生物性质和氮调节性质，用双氰胺(DCD)作参比。已发现作为硝酸化抑制剂的黄花蒿油与DCD一样有效。它是天然来源的，有尿素酶和硝酸化抑制性质，对于调节尿素氮在土壤中的转变是很有效的、廉价的、安全的(生态友好的)添加材料。
下文将参考以下实施例详细地描述本发明，这些实施例不应当作对本发明中提出的发明概念的限制。
为了评价所推荐的天然产品的性能，进行了培育实验以跟踪尿素氮的转变中的变化和所用材料对土壤微生物和微生物活性的影响。随后，进行了温室实验以评价所用材料对植物的表观氮吸收利用率的影响。
以下实施例实际上是说明性的，不应当作对本发明范围的限制。
实施例
1.培育实验
进行了一系列实验室和温室实验，以便评价所提出的材料作为有效的尿素酶和硝酸化抑制剂的效果。黄花蒿油用作天然产品，它与双氰胺(DCD)作为标准参比物进行了比较。分别用黄花蒿油和DCD涂覆尿素(46％氮)，用蓖麻油(Ricinas communis)作为固定性的材料。为此，通过蓖麻油(1％)与尿素物理混合，产生尿素颗粒的第一涂层，随后用该天然产品和DCD按0.50％和1.00％与尿素混合(按重量计)。混合24小时以后，将涂覆的尿素与500克土壤(砂土，pH值8.2，可利用的氮65毫克/公斤)混合，并装在塑料容器中。对照物(只有尿素，未涂覆)用作参考。经受所有处理的每种有4个重复样的土壤样在维持土壤的最大水保留容量为60％以后在25℃下培育。在一组实验中，在培育24小时以后用Tabatabai和Bremner的方法(1972，土壤生物学，生物化学(soil.Biol.Biochem.)4：479-487)分析土壤的尿素酶活性和尿素氮。
在固定的时间间隔内分析代表性土壤样中的不同类型氮，即尿素氮、NH4和NO3氮，以便确定材料在所述的以下标准步骤中(Pouglas和Bremner，1970，美国土壤科学协会会报(soil.Sci.Soc.Am.Proc.)34：859-862)的硝酸化抑制性质。进行另一组实验，以便检定总的细菌、放线菌类和硝化细菌(亚硝化细菌和硝化细菌)总数(Alexander和Clark，1965，土壤分析方法，第2部分(C.A.Black编辑)，Am.Soc.Agron.Inc.威斯康星，美国；KenKnight和Torariko，1973，农业化学，7：3)。
2.温室实验：
为了证实培育实验的结果，随后进行了盆栽实验，用日本薄荷(Menthaarvensis)作为试验作物。将8公斤土壤(2毫米)装入塑料容器。与培育实验中相同的涂层材料和肥料(尿素)被使用，不同的是，不是所说的两个涂层材料含量，而以1％(按重量计)涂覆。实验以4个重复实验完全随机设计安排。在固定时间间隔内分析土壤的不同类型氮。此外，还分析植物材料的氮积累和表观肥料氮吸收利用率。
在处理过的盆中的氮积累(毫克/公斤)-对照盆中的氮积累(毫克/公斤)表观氮吸收利用率＝(没有肥料氮)/施加的氮量(毫克/公斤)×100涂层材料对氮转变(矿化)、尿素酶活性、硝酸化和肥料氮吸收利用率的影响
培育实验的结果(表1)表明，天然产品延迟尿素的水解，正如在处理后1天有较高的尿素氮浓度证明的。这一影响持续2天。就尿素氮转变成NH4和NO3的过程来说，黄花蒿油象DCD一样有效。在DCD和天然产品中，在两个涂层材料含量下对NO3的生成有重大的减缓作用。与只有尿素相比，在第1天，DCD使NO3的生成减缓19-31％，而黄花蒿油使NO3的生成减缓13-44％。
在平均生成的NO3基础上比较，在0.5％施加含量下DCD和黄花蒿油对硝酸化的减缓％分别为31和29％。在1.0％的施加含量下，对应的减缓率分别为42和36％。与黄花蒿油相比，DCD保持更高的NH4含量。因为NH3的过量有助于使土壤的pH值增加，造成土壤中局部地方适宜于NH3蒸发的条件，因此NH4的积累是不希望的。
当以每周的间隔评价矿物氮时，观测到在温室实验中尿素氮的转变(氮的类型)有几乎类似的趋势(表2)。象在培育实验中一样，与黄花蒿油处理的土壤相比，在DCD处理的土壤中NH4的积累更高。用DCD和黄花蒿油分别涂覆尿素，估计总的NO3生成率比单独用尿素时要减缓60％和50％。
培育实验进一步表明，象DCD一样，黄花蒿油也影响对硝酸化负有责任的亚硝化细菌和硝化细菌的数目，以及放线菌类和总细菌的数目(表4)。用DCD，亚硝化细菌总数下降9-14％，而用黄花蒿油，亚硝化细菌总数下降36-45％。同样，用DCD，硝化细菌总数下降到69-87％，而用黄花蒿油，下降到65-77％。随着涂层材料的含量增加，减缓作用也增加。
DCD在两个施加含量下，放线菌类总数减少，而黄花蒿对放线菌类总数没有任何影响。最后，总细菌总数表明合成产品和天然产品都有重大的抗菌性质。
这些材料对尿素酶和硝酸化抑制性质以及对尿素氮转变的影响反映在植物的表观氮吸收利用率、总氮积累上，随后反映在试验作物的草本产率上(表5)。仅施加100毫克尿素/公斤土壤和施加DCD和黄花蒿涂层的尿素比对照样日本薄荷的草本产率分别增加37％、82％和81％、当与只用尿素相比，用DCD和黄花蒿的草本产率分别提高29％和31％。两种材料都使表观氮吸收利用率增加。使用DCD和黄花蒿，氮的吸收利用率分别为54％和55％，相比而言，仅用尿素时氮的吸收利用率为37％。
本发明还包括了对在黄花蒿油中尿素酶和硝酸化抑制性质的评价。在0.5％施加量下，黄花蒿使NO3的生成下降29％。在1.0％施加量下，对应值为36％。就抑制尿素酶活性来说，已发现黄花蒿油优于DCD。与DCD的下降5-15％相比，使用黄花蒿油时，尿素酶的活性下降32-35％。这一产品抑制亚硝化细菌和硝化细菌的总数，而放线菌类总数不受黄花蒿油影响。与仅用尿素相比，用黄花蒿油涂覆使表观氮吸收利用率提高到56％，而使用DCD，提高到54％。
表1.不同涂层材料在培育的不同阶段对氮的转变的影响处理 氮的类型
1天 2天 3天
尿素 NH4 NO3 尿素 NH4 NO3 尿素 NH4 NO3只有尿素 4.5 42.5 99 - 6.2 218 - 16.5 16.9(没有涂层材料)尿素+DCD
(0.50) 16.0 59.5 80 - 8.5 125 - 25.2 9.5
(1.00) 16.8 69.5 68 - 20.0 60 - 35.6 99尿素+黄花蒿
(0.50) 27.5 35.0 86 7.8 5.0 120 - 22.1 112
(1.00) 32.5 56.5 55 9.2 8.9 92 - 24.2 118LSD(P＝0.05) 3.45 8.90 7.50 - 1.25 10.3 - 3.90 0.50表1(续)
处理 氮的类型
7天 14天 平均
尿素 NH4 NO3 尿素 NH4 NO3 尿素 NH4 NO3
- 10.5 136 - 6.9 155 - 16.5 156只有尿素(没有涂层材料)尿素+DCD - 6.2 100 - 8.5 135 - 21.6 107
(0.50) - 9.2 102 - 8.9 120 - 28.6 90
(1.00)尿素+黄花蒿 - 3.5 109 - 9.5 125 - 15.0 110
(0.50) - 3.9 101 - 10.5 128 - 20.8 99
(1.00) - - 6.50 - - 7.50 - 4.50 8.50LSD(P＝0.05)*按重量计加入0.50和1.0％涂层材料；按100毫克尿素/公斤土壤施加表2.不同涂层材料对栽培了薄荷(Mentha arvensis)的土壤中氮的矿化的影响处理 矿物氮(毫克/公斤土壤) I周 II周 III周 IV周 V周 合计 NH4 NO3 NH4 NO3 NH4 NO3 NH4 NO3 NH4 NO3 NH4 NO3对照样(没有肥料和涂层材料)只有尿素(没有涂料层材)尿素+DCD尿素+黄花蒿LSD(P＝0.05) 6.5 2.0 45.0 25.0 3.8 6.4 109 39.0 49.0 5.2 - 25.5 50.0 20.5 2.9 4.8 120 25.0 35.0 5.4 - 8.0 12.0 6.5 2.5 6.8 45 14.0 17.5 5.0 - - 10.5 - - 9.3 34 20.0 22.8 6.5 2.8 10.2 6.5 5.9 1.9 3.5 18.9 12.5 11.2 2.8 9.3 63.8 12.4 58.0 6.9 30.8 324 110 135 13.5表3.不同涂层材料对尿素酶活性的影响(释放的微克NH4-N/克土壤/小时)处理* 尿素酶活性对照样(没有肥料和没有涂层材料) 24.5只有尿素(没有涂层材料) 66.5尿素+DCD(0.50) 56.7
(1.00) 45.1尿素+黄花蒿油
(0.50) 45.2
(1.00) 43.5LSD(P＝0.05) 8.23*施加的尿素@100毫克/公斤土壤；施加的涂层材料@0.50和1.00％(按重量计)表4.涂层材料对土壤中亚硝化细菌、硝化细菌、总放线菌类和细菌总数的影响处理* 亚硝化细菌 硝化细菌 放线菌类 细菌总数
×103/克土壤 ×103/克土壤 ×104/克土壤 ×105/克土壤对照样(没有肥料 1.10 2.50 6.50 2.00和涂层材料)只有尿素(没 3.30 14.00 5.60 4.00有涂层材料)尿素+DCD(0.50) 3.00 4.30 1.00 1.00
(1.00) 2.85 1.80 1.00 1.00尿素+黄花蒿油
(0.50) 2.10 4.90 6.00 3.50
(1.00) 1.80 3.20 6.00 2.50LSD(P＝0.05) 0.25 0.50 0.45 0.45*尿素施加@100毫克/公斤土壤；涂层材料@0.50和1.00％(按重量计)。表5.不同涂层材料对薄荷的草本产率、总氮积累和表观氮吸收利用率的影响 处理* 草本产率 氮积累 表观氮吸收利用率尿素氮含量 涂层材料 (克/盆) (毫克/盆) (％)(毫克/公斤) (1.00％)0(对照样) 无 32.5 170 100 无 44.5 467 37.12
DCD 59.2 603 54.12
黄花蒿 58.9 612 55.25LSD(P＝0.05) 520 11.8
本发明的优点：
1.本产品作为硝酸化抑制剂如双氰胺(DCD)一样有效。
2.本产品有更高的尿素酶抑制性质。
3.本产品在尿素水解以后不会使NH4氮高积累。较高的NH4氮积累使土壤的pH值增加，从而引起NH3蒸发。
4.本产品为天然产品，有低的持续性，预计不会对有利的微生物群落和有关的转变过程和环境留下不良影响。
5.本产品比其他香精油和衍生物更好。
6.本产品比合成抑制剂更廉价。