涂层缓控释掺混肥的开发与应用

点击次数:   更新时间:2020-10-23 09:59     来源:万搏体育

  涂层缓控释掺混肥的开发与应用_农学_农林牧渔_专业资料。涂层缓(控)释掺混肥开发与应用 中国科学院石家庄农业现代化研究所 阎宗彪 乔生 掺混肥料是用机械混拌的方法, 将两种或两种以上养分的肥料按照预制的养分比例, 加 工成的多养分混合肥料品种。 在美国常

  涂层缓(控)释掺混肥开发与应用 中国科学院石家庄农业现代化研究所 阎宗彪 乔生 掺混肥料是用机械混拌的方法, 将两种或两种以上养分的肥料按照预制的养分比例, 加 工成的多养分混合肥料品种。 在美国常以散装的形式销售, 所以又称做散装掺混肥料 (BulkBleding Fertilizer )简称 BB 肥。 掺混肥料较早兴起于美国,一般装置生产能力 3-5 万吨/年,销售服务半径 50 英里。在 20 世纪 50 年代美国约有 5000 套装置,年产散装掺混肥料达 2000 万吨,约占美国肥料总销 售量的 42%,占复肥总销售量的 61%。到 20 世纪 90 年代装置数上升到约 8000 套,产量占 美国总产量的 70%。在世界其他地区亦得到迅速推广,1988 年马来西亚的掺混肥用量已达 化肥总用量的 70%,1986 年巴西掺混肥用量达约 70%,日本 80%用掺混肥[1]。 掺混肥料能够迅速推广应用的主要优势表现在: ①工艺设备简单, 能耗少, 加工成本低。 掺混肥料的生产仅需要称重、混合、计量包装几个步骤。在生产复混肥的四种工艺中,掺混 肥料的生产投资最少,生产成本最低。散装掺混、挤压造粒、蒸汽团粒、化学料浆法四种工 艺的投资比例为 1﹕2.7﹕3.2﹕5.1,生产成本比例为 1﹕1.02﹕1.05﹕1.14。[2]可见,掺混肥料 更益于节约资金,降低成本。②配肥灵活,针对性强。掺混肥可以根据不同土壤、不同作物 制定相应的配方,科学便捷地混成肥料,避免某种养分的不足或过剩导致的浪费,提高肥料 的利用率。配方施肥是农业数字化的开端,在土壤调查数据的基础上,建立起计算机施肥系 统,为特定土壤条件下作物专用肥的施用提供技术支撑,是现代农业精准施肥的重要标志。 掺混肥料成为承载配方施肥理念的首选。③养分浓度高、肥效显著。一般掺混肥的 N、P、 K 总养分可以达到 50%以上,属高浓度全营养肥料,肥效显著。据广州农科院土肥所在 1989-1990 年的试验,各种作物专用掺混肥与通用型复合肥的肥效比较:水稻掺混肥增产 4.1%,香蕉掺混肥增产 2%--11.2%,柑桔掺混肥增产 9.2—11.2%,叶菜掺混肥增产 11.5%。 可以说,掺混肥料是一种多元素、全营养、多功能的复肥品种,具有投资少、成本低、 无污染、养分利用率高的特点, “极有可能成为我国复混肥的主流”[3]。但就掺混肥料自身 和在我国的应用实际来看,还存在一些亟待解决的问题。一是基础原料的化学相容性。多数 肥料原料混合后,由于临界湿度下降或化学反应,造成吸湿结块,甚至养分损失,所以产成 品不宜久存,而我国多数地方尚不具备散装即施的条件。一般掺混肥只能选择尿素、磷酸二 铵、氯化钾为主要原料,而长期施用就可能造成土壤硫、钙等中量元素的亏缺。二是基础原 料粒度和粒型。目前市场上有大颗粒尿素和球型颗粒磷酸二铵、球型颗粒重过磷酸钙等,缺 1 少与之相匹配的球型颗粒氯化钾和硫酸钾颗粒。因此一般掺混肥在储运、施用(特别是机械 施用)的过程中,较容易发生不同肥料颗粒组分不均匀离散现象,导致田间肥效差异,影响 施肥的均一性。据巴斯夫(BASF)公司的测定,对有尿素、磷酸二铵、氯化钾为原料生产的 13-13-21 掺混肥,倒出后成肥料堆的分离状况,如图:[4] 减少颗粒肥料分离现象 13.7—13.3—20.5 的基本方法是选用粒重、粒径 均匀和粒型相似的基础肥料, 12.3—14.1—21.1 - 减少粉状物质的掺入,混合均 匀。③三是农化服务相对薄 弱。优质高效的农化服务是掺 混肥料发展的前提,也是掺混 肥产业链中的重要一环。国外 1 13.5—12.7—20.8 21.11 14.3—14.3—19.3 2 3 4 19.3 7.7—12.2—26.0 5 6 7 17.4—12.3—17.8 13.5—12.7—20.8 掺混肥配肥站能够提供测土、 配方、生产、储运、施肥、监 控全程服务。而目前,我们大 8.3—12.1—25.8 多肥料企业只注重抓生产、促销售,忽略了农化服务,这样掺混肥料作为“地域专用”的优 势就不能发挥。加入 WTO,国外价廉质优的单质肥料、复合肥料会给我国的肥料企业带来冲 击, 但也给我们以农化服务为纽带的区域性掺混肥料生产带来新的发展契机。 ④一般的掺混 肥所选择的基础肥料大都属速效肥料,不具备缓(控)释的特性,不能实现一茬作物一次施 肥,难以适应机械化施肥、规模化经营的现代农业发展的新趋势。 当前,伴随着农业结构调整,绿色环保、优质高效的特色农业和机械化、标准化为特征 的规模经营新模式逐步形成, 这为以平衡施肥为理念的掺混肥料的发展提供了难得的发展机 遇。 但是简单机械混拌的掺混肥已经不能够适应现代农业对肥料需求, 需要全面提升掺混肥 料的科技水平,着力开发以植物营养学为基础,以提高肥料利用率为目标,集成肥料研究和 生产的高新技术,生产效益和生态效益相统一的适合我国国情特点的绿色环保肥料。 中国科学院石家庄农业现代化研究所多年来一直致力于新型肥料的研究与开发, 从九十 年代初既与原广州氮肥厂合作研制、开发、推广涂层尿素技术。 “八五”“九五”期间相继 、 完成了“涂层尿素的研制与生产”“涂层尿素的应用技术研究与开发”和“可控缓释肥料研 、 究与应用”三项科研任务。相继荣获中国科学院科技进步二等奖、国家科技进步三等奖、联 合国中国分部发明之星奖、列入“九五”国家科技成果“重中之重”推广项目。1997 年经 2 国务院批准为当前国家重点鼓励发展的产业、产品。1998 年取得“涂层肥料及其涂覆方法 与制造涂层肥料的设备”国家发明专利(专利证号:ZL96105688.6) 。 新一代掺混肥料产品——涂层缓 (控) 释掺混肥 (也称为可控缓释掺混肥、 长效 BB 肥、 涂层掺混肥或涂层一次肥) ,以控氮为核心,分别采用与 N、P、K 肥料表面具有较强亲和能 力和成膜特性的涂层材料, 分别涂布在不同肥料颗粒表面形成一层或多层包膜, 使之成为具 有“控氮缓释、促磷增效、防钾淋失”特点的单质改性肥料品种,采取掺混工艺组配可控缓 释的掺混肥产品。涂层缓(控)释掺混肥具有这样几个主要特点: 一、可控缓释。肥料的缓(控)释主要指的是对氮素的控制。我们最早开发的涂层尿素 就是一种缓释氮肥,在普通尿素的表面喷涂一层特殊的溶液,经干固氧化而成。涂层尿素的 包膜是由有机物质和少量的氮、钾、镁、锌、锰、铁、硼等营养元素合成的胶态物质,喷涂 尿素表面形成相当于尿素直径 1/12-1/20 的金黄色包膜,包膜仅为尿素重量 0.2%-0.3%,涂 层尿素含氮量基本不变。尿素涂层后,不仅具有显著的缓释、长效、高效的农化特点,而且 改善了结块性状,不易吸潮,便于施用,减少对环境的污染。大量示范试验证明,涂层尿素 比普通尿素氮素利用率平均提高 6 个百分点,作物产量提高 10%左右。多年来,我们就涂层 尿素的缓释机理进行了深入系统的研究,在土壤吸附、氨挥发、脲酶活性、矿化、氮回收率 等方面都取得了详实科学的数据,为缓(控)释氮肥的研究提供了依据。摘录部分数据如下 [5]: 1、土壤对尿素的吸附的测试,数据如下表: 肥 料 溶液浓度 (N-毫升/升) 普通尿素 涂层尿素 200 400 200 400 土壤吸附量 (N-毫升/公斤) 659.1 1864.2 1521.4 2186.8 吸附量占施肥量 (%) 9.47 13.49 14.67 14.30 在同一浓度情况下,土壤对涂层尿素的吸附量较普通尿素多,在浓度为 200 毫克氮/升 的涂层尿素被吸附量比普通尿素多 1 倍以上。 2、脲酶活性的比较,数据如下表: 处理 脲酶活性 (NH4-N,毫克/公斤) x-584 212 12 12 差 x-596 200 0 异 x-596 200 普通尿素 尿素+涂液 涂层尿素 涂 液 796 596 596 584 3 可见脲酶活性明显降低,降低幅度为 25.1-26.6%。脲酶活性的降低,意味着涂层尿素施 入土壤后分解转化速度减慢,即起到缓释、长效的作用。 在涂层尿素的基础上, 我们又研发出涂层大颗粒尿素。 大颗粒尿素属于物理方法生产的 限制溶解性质的缓释尿素, 具有氮素损失小, 氮素肥效长的特点, 粒度均匀, 大多为 2-4mm, 是生产 BB 肥的首选原料。我们用特制的与大颗粒尿素表面有较强亲和能力的涂层涂液,经 一次或多次涂层处理后, 即得到具有不同养分释放期的缓释大颗粒尿素。 涂层大颗粒尿素颜 色金黄,与其他原料肥料混配,有效的减少了结块现象,相容性明显增强。河北省农业科学 院土肥所在沙培、微区和田间试验表明,涂层大颗粒尿素的氮素利用率显著提高,增产效果 显著。 1、微区试验玉米籽粒产量(克/区) 处 对 理 照 Ⅰ 2602 3026 2960 3200 3062 Ⅱ 2538 3002 2804 3236 3084 Ⅲ 2648 3024 2896 3174 2976 平均 2596 3016 2886 3202 3040 420 290 606 444 16.2 11.2 23.3 17.1 增产(克) 增产(%) 大粒尿素 普通尿素 大粒涂层 普通涂层 2、用差减法对微区肥料氮的利用率测定,各处理对氮素的吸收量: 吸氮量(g) 处理 普通尿素 大粒尿素 普通涂层 大粒涂层 籽粒 7.16 7.36 7.66 7.95 秸杆 6.01 6.08 6.60 7.32 施肥量 (N-克) 41.4 41.4 41.4 41.4 利用率 (%) 31.8 32.5 34.9 36.9 3、田间试验玉米籽粒产量(公斤/亩) 处 对 理 照 Ⅰ 370.5 450.0 430.2 493.5 472.2 Ⅱ 365.0 465.2 440.0 502.1 469.4 Ⅲ 370.0 457.1 451.2 493.5 475.5 平均 368.5 457.4 440.5 493.0 472.4 88.9 72.0 124.5 103.9 24.1 19.5 31.8 28.2 增产量(公斤/亩) 增产率(%) 大粒尿素 普通尿素 大粒涂层 普通涂层 4、田间肥料利用率测定,对收获后的玉米籽粒和秸杆全氮含量进行测定,用差减法计 算氮素的当季利用率,各处理玉米对氮素吸收量如下表: 4 吸氮量(公斤) 处理 普通尿素 大粒尿素 普通涂层 大粒涂层 籽 粒 1.15 1.26 1.20 1.40 秸 杆 1.09 1.22 1.30 1.37 施肥量 (N-公斤) 6.9 6.9 6.9 6.9 利用率 (%) 32.5 35.9 36.2 40.1 通过微区和大田试验证明, 涂层大粒尿素比大粒尿素的利用率提高了 4.2-4.4 个百分点, 涂层大粒尿素比普通尿素的利用率可提高到 5.1-7.6 个百分点。涂层大颗粒尿素具有明显的 缓释、长效的特点,基本上满足了玉米等短生育期作物全生育期的氮肥需求,可以实现一茬 一次肥。对冬小麦、棉花等较长生长期的作物,基本能够满足前、中期的需求。 对作物后期供氮的研究,是研究缓控释肥料的重点和难点。我们摒弃了非亲水物质包 裹的做法,应用独有的涂液制备技术,生产出不同特性的涂层涂液,采用涂液做粘合剂,将 氮肥与腐殖酸等辅料混合, 团粒法造粒, 并添加隔水添加剂, 研制出缓控释氮肥。 我们知道, 肥料养分的释放取决于养分的溶出速度和扩散速度, 应该从养分溶出和溶出后为土壤所吸附 两个方面来评价肥料的肥效。用非亲水物质包裹来缓(控)释的做法,只解决控制溶出速度 的问题, 而水中测得养分释放速度并不代表肥料在土壤中对作物表现出的肥效。 涂层缓 (控) 氮肥在控制溶出的基础上, 更侧重增强添加辅料介质和施肥土壤对养分的吸附能力。 涂层缓 (控) 释氮肥是由有机高分子聚合物和少量微量元素离子经独特工艺加工成的胶态涂液粘着 而成,吸水膨胀后形成团絮结构,是具有交联网络结构的自然包裹体,对肥料养分具有较强 的携载能力,具有显著的缓(控)释效果。 运用具有不同养分释放时期的大颗粒尿素、 涂层大颗粒尿素、 涂层缓释氮肥就可以组配 不同供氮效应、不同供氮强度的“缓控释氮肥模型” ,使肥料的供氮能力与作物需氮要求趋 于协调。 二、控促分离,节约成本。在对氮进行缓释和控释的基础上,对磷而言,主要是解决被 土壤离子固定的问题,我们在用特制的“磷涂液”对磷酸一铵、磷酸二铵、重过磷酸钙等进 行涂层处理的同时,适量添加对磷具有活化作用的腐殖酸等辅料,增强磷的“活性” ,促进 作物对磷的吸收。 涂层缓(控)释掺混肥以 B.B 肥的形式,解决了“控制缓释”与“促进增效”的矛盾, 其核心是控氮。 缓释氮肥主要作用于作物生长的后期, 只占肥料总量的一小部分, 涂层缓 (控) 释掺混肥有针对性的处理,改变了一般缓(控)释肥料全包裹的做法,极大的节约了成本。 其成本仅比简单机械混拌的掺混肥增加 3%--5%(一般每吨增加成本 40--70 元左右) 。 5 三、粒度均匀。解决掺混肥离析的问题,目前主要是开发与球型大颗粒尿素、磷铵相匹 配的钾肥颗粒。我国钾肥资源相对匮乏,大量进口,有专家预测我国最终将形成 150—180 万吨的大颗粒钾肥的生产能力,才能满足市场需求。目前,在掺混肥生产中主要以分筛钾粒 为主,其粒型不够规则,与球型大颗粒尿素,磷铵比配的掺混肥(B.B 肥)很容易发生离析, 不适宜机械化施肥。 我们采用特制涂液做粘合剂, 进行粉状钾肥造粒, 成粒迅速, 粒度均匀, 抗压强度高,耐水性好,钾素利用率高。能有效的减少淋渗损失,提高对作物后期生长的供 钾能力,是生产缓释掺混肥料的必须原料。用这种方法可以生产不同养分比例的造粒钾肥, 如进口氯化钾肥颗粒(K2O≥55%) ;青海产氯化钾肥颗粒(K2O≥40%);硫酸钾肥颗粒(K2O ≥45%)等产品。 由于对掺混肥原料的涂层处理,避免了原料肥的直接接触,减少了“晶体架桥”的结块 现象。因此涂层掺混肥产品不结块、不吸湿、不离析,更适宜机械化施肥,规模化经营,标 准化生产。 四、养分齐全,肥效显著。涂层掺混肥氮、磷、钾总养分含量可达到 45%以上,属高 浓度掺混肥。且含有作物所必须的多种中、微量元素,也是一种全元肥料。根据不同作物、 土壤进行调节, 成为专用肥, 一次施肥或少次施肥即可满足作物营养需要, 实现了简化栽培。 几年来的试验示范表明:涂层复混肥比一般复合肥氮素利用率提高 8-10 个百分点,比同养 分普通复合肥在小麦上增产率 7-13%、玉米 10%、棉花 8-15%,在西瓜、桃、芹菜、草莓、 甘蓝、枣等上试验均表现增产,并明显改善作物品质,据初步测定施用涂层缓释复混肥可使 玉米子粒氨基酸增加 3%;明显提高瓜果 VC 含量。在小麦亩产 450 公斤,玉米 500 公斤, 棉花 75 公斤的产量水平下,均可实现一茬作物施一次肥。以下摘录中科院南皮试验站 2001 年—2002 年在棉花试验的一组数据(同养分对比试验,三次重复,N:P:K=18:7:15): (一)、2001 年棉花涂层掺混肥微区试验产量结构及产量调查表: 类 别 涂 层 肥 料 普 通 肥 料 1 2 3 平均 1 2 3 平均 小区 号 单株成 铃 11.0 11.6 8.3 10.3 9.9 9.6 8.3 9.3 单铃重 g 5.22 5.47 5.08 5.26 5.35 5.10 5.03 5.16 衣份 % 34.73 40.18 39.1 38.0 36.83 38.5 39.5 37.94 小区成 铃 7942 8375 5993 7437 7148 6931 5993 6715 小区籽棉产 量 Kg 41.46 45.81 30.44 39.11 38.25 35.34 30.14 34.65 小 区 皮 棉 Kg 14.4 18.41 11.9 14.86 14.09 3.61 11.91 13.15 折 亩 产 Kg 72 92 59.5 74.3 70.3 68.03 59.53 65.7 13.09 增产 % 6 (二) 、2002 年棉花涂层掺混肥大田试验产量结构及产量调查表: 类 别 涂 层 肥 料 普 通 肥 料 1 2 3 平均 1 2 3 平均 小区 号 亩株数 (株) 2084 2084 2084 2084 2084 2084 2084 2084 单株成 亩成铃 单铃重 籽棉亩产量 (Kg) 335.33 260.27 291.88 303.15 299.16 248.94 267.75 261.52 衣份 (%) 38.5 35.55 34.18 36.08 37.54 36.44 35.81 36.59 亩 产皮 增 铃(个) 数(个) (g) 31.4 23.3 24.4 26.4 26.1 19.6 22.0 22.57 65438 48557 50850 54948 54392 40846 45848 47036 5.43 5.36 5.74 5.74 5.5 5.36 5.84 5.56 棉(Kg) 产% 136.80 92.52 99.76 109.38 112.3 79.78 95.88 95.69 14.3 上表所列田间试验实际亩产皮棉 109.69 公斤和 95.99 公斤,与计算产量所显示的增产 幅度一致。棉花涂层掺混肥田间试验在河北辛集、桃城、藁城、威县等地已经连续四年,参 试单位和农户反映,涂层掺混肥一次全部底 施,既省工又解决了地膜覆盖追肥受限制的 问题,棉花施用涂层掺混肥,生长旺盛,与 同养分普通肥料分期施用,生育进程基本一 致,但涂层掺混肥肥效长,后劲大,后期生 长明显优于普通肥料,平均增产 13.5%,亩 增收益一百多元。 我国人多地少,复种指数高。现阶段我国肥料的研究方向应该是“一茬作物施一茬 肥”,既要平衡施肥,又要简化工序;既要提高农产品质量、减少施肥对生态的污染,又要 质优价廉、简单方便适宜农民使用。“一次肥”的创新方向是实现农田机械化施肥,农业规 模化经营的技术保证, 实现农业可持续发展的技术支撑。 涂层掺混肥的问世是肥料创新的有 益探索,具有广阔开发应用前景。 参考文献: [1]、[3]方天翰主编 《复混肥料生产技术手册》 [2] 冯元琦《散装复混肥的发展趋势》 [3] 奚振邦编著《现代化学肥料学》 [4] 阎宗彪主编《涂层尿素及农业应用》 7

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