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1、第三章缓 控释肥料的研制 第一节概述第二节包膜肥料的开发第三节氮肥长效增效剂的研究应用第四节缓 控释肥料施肥技术 第一节概述 缓 控释肥料概念中华人民共和国化工行业标准HG T3931 2007对缓控释肥料的定义 以各种调控机制使其养分最初释放延缓 延长植物对其有效养分吸收利用的有效期 使其养分按照设定的释放率或控制释放的肥料 美国作物营养检察官学会 AAPFCO 对缓释和控释肥的定义为 缓释和控释肥是指那些 所含养分形态在施肥后能延缓被作物吸收与利用的肥料 所含养分比速效肥有更长肥效的肥料 并认为二者之间没有法定区别 两词常常混用 我国也常以 缓 控释肥料 还有的习惯将能为微生物分解的含氮化
2、合物 如脲醛化合物等 称为缓释肥 将包膜或用胶囊包裹的产品称为控释肥 缓 控释肥的类型 按缓 控释肥控制养分释放的方式通常可分为3种类型 1 物理法主要是指包膜肥料 其方法是在水易溶性或缓释性颗粒肥料外表包裹上一层渗透扩散阻滞层 来减缓或控制肥料养分的溶出速率 如包膜尿素等 主要应用物理障碍因素阻止水溶性肥料和土壤水接触 从而达到养分控释的目的 2 化学法是将肥料直接或间接地通过共价离子键连接到预先形成的聚合物上 构成一种新型组合物 其所含养分的释放速度取决于聚合物键的性质 立体化学结构 疏水性 降解难宜度和交联程度等 分为 难溶性有机化合物 如脲醛肥料 水溶性难降解化合物 如异丁叉二脲等 低
3、溶性无机盐 如磷酸铵镁等 3 生物法应用生物抑制剂 或促进剂 改良常规肥料 应用对象主要为速效氮肥 如脲酶抑制剂 硝化抑制剂 氨稳定剂等 第二节包膜肥料的开发 什么是包膜肥料 包膜肥料研究应用概况 包膜肥料养分释放机理包膜肥料制造技术 包膜肥料特点 包膜肥料发展前景 什么是包膜肥料 包膜肥料 coatedfertilizer 又称包衣肥料 薄膜肥料 用半透性或不透性薄膜物质包裹速效性化肥颗粒而成的肥料 它是缓释或控释肥料的一种类型 包膜的目的是使包膜肥料在施入土壤后里面的速效养分缓慢地释放出来 以延长肥效 释放速率决定于包膜种类 厚度 粒径 肥料溶解性 土壤温度 土壤含水量以及土壤微生物活性等
4、 适用于经济价值高 生育期长 需肥量大但又不便分次施肥的作物 以及养分易于淋失的高温 多雨地区或灌溉地区 尤其是在质地轻的砂性土壤上 包膜肥料研究应用概况 1 国外研究现状美国是世界包膜肥料的发源地 20世纪60年代中期 美国首先研制成功硫包膜尿素 SCU 其包膜层由包硫层 密封层 石蜡 煤焦油 扑粉层组成 在当前的包膜肥料中 硫包膜尿素是一类很重要的包膜肥料 尤其适用于缺硫土壤 它可以提供植物生长所需要的硫营养元素 还可以杀菌 改善土壤通透性 1964年美国ADM公司用二聚环戊二烯和丙三醇共聚生产出聚合物包膜缓释肥料 商品名为Osmocote 目前 SCU Osmocote仍为世界上最有影响
5、的包膜肥料 而Osmocote肥料则主要应用在草坪 花卉等经济作物上 1966年美国杜邦公司提出用甲醛气体与尿素粒肥在酸性催化剂作用下缩合 制备脲甲醛包膜尿素 美国还有学者提出 用聚乙烯薄膜制作成小胶囊 包在颗粒肥料外面 在胶囊上打孔 利用孔的数量 大小来控制养分释放 进入80年代以后 美国对硫包膜尿素工艺进行改进 在包硫层外面再加上聚合物层 进一步控制肥料释放 这些聚合物主要包括松香树脂 醇酸树脂与不饱和油脂及其共聚物 日本最初学习美国硫包膜尿素技术开发包膜肥料 1970年昭和电工首先研制出一种热固型树脂包膜肥料 随后日本多家公司开发出具有日本特色的热固型树脂包膜肥料 研究表明 以热固型树脂
6、制膜生产的缓释肥料 控制养分释放效果较好 日本Chisso Asahi肥料公司运用POCF工艺生产的包膜缓释肥料商品名称为MEISTER 该肥料主要用于草坪 花卉 温室栽培 是亚洲园艺市场主导品牌 包膜肥料研究应用概况 2 中国研究现状中国于20世纪70年代初开始研究包膜缓释肥料 早在1974年 中国科学院南京土壤研究所在李庆逵院士领导下 采用钙镁磷肥作为包膜剂 包裹颗粒碳铵 在农田试验效果较好 80年代末期国内肥料学术及产业界再度重视对包膜肥料的研究 包膜肥料发展很快 至今已有几家研究单位具备试制包膜化肥的试验设备 目前中国在缓释肥料的研究主要以无机物包裹型和聚合物包膜型为主 作为包裹型的无
7、机物主要有钙镁磷肥 硫磺 石膏 沸石 1985年 许秀成教授提出用稀硫酸溶解钙镁磷肥 碳铵调节pH5 7 制得含有大量硅胶的氮磷泥浆 作为黏结剂 以尿素为核心 钙镁磷肥为包裹层制造以肥料包裹肥料的复合肥 该肥料既能达到缓释的目的又能起到复合肥料的作用 中国从20世纪80年代中期开展了有机聚合物包膜肥料 1985年北京市园林科学研究所与化学工业研究所联合开发了酚醛树脂包膜复合肥 1990年浙江农业大学何念祖开发聚合物包膜肥料 在水稻上应用效果较好 90年代中期北京化工学大学开发出了将废旧泡沫树脂溶解在高分子溶液中同时加入无机物制成肥料包膜材料 1993年四川周家龙发明一种以骨胶等蛋白质物质为活性
8、组分作为肥料的包膜材料 能在很长的时间内控制养分释放 而且能针对作物生长的需求释放养分 河北沧州大化集团有限公司研制成功 可控缓释尿素颗粒肥料及其制备方法 肥料包膜材料由氮肥增效剂 氮素稳定剂 有机酸 被膜剂 表面活性物质 调节剂等组成 沈阳农业大学利用天然产物松香 羧甲基纤维素钠作为黏结剂 高表面活性矿物沸石粉 膨润土 硅藻土等材料为包裹材料 研制无机矿物包裹缓释尿素 通过土柱淋洗试验结果表明 该包膜 裹 肥料具有较好的缓释效果 目前还有中国农业科学院 华南农业大学 山东农业大学 北京农林科学院等多家单位正在开展不同类型包膜缓释肥料的研究 包膜肥料养分释放机理 从植物生理学角度来看 一种理想
9、的包膜肥料应当是能以大小合适的速度和浓度向土壤溶液提供养料 使生长中植物能最大程度地发挥遗传能力 包膜肥料颗粒在土壤溶液中 由于渗透热梯度 水分和养分相互运动 达到养分释放的效果 包膜类型不同 释放机理也不同 水溶性包膜肥料释放机理如下 不渗透性涂层 溶解的肥料从所开微孔中扩散出来 不渗透性涂层 靠物理 化学或生物作用打开后释放出N 半渗透性涂层 水扩散到涂层内 直到内部渗透压力把涂层胀破 或涂层扩张到具有足够的渗透性 包膜肥料生产 包膜肥料生产主要包括包膜材料的筛选和加工工艺两个过程 1 目前的包膜材料无机包膜材料 主要有硫磺 钙镁磷肥 磷石膏 高龄土等 优点 材料来源广 成本低 不污染土壤
10、 缓释效果明显 缺点 成膜时 由于膜存在残缺孔洞 极易被微生物分解带来养分控释性能不稳定 弹性差 易脆 难以实现真正意义上对养分的控制释放 有机包膜材料 合成高分子材料 脲甲醛树脂 聚脂 聚乙烯醇磷酸脲 聚丙烯等 天然高分子材料 淀粉 面粉 纤维及其衍生物 其中最常用的是硫磺和树脂 树脂又可以分为热固性树脂 PE PVC PP DVAC 和热塑性树脂 酚醛树脂和醇酚树脂等 硫磺包膜尿素 sulfurcoatedurea SCU 是1961年由美国纳西流域管理局 TVA 国家肥料发展中心开发成功的 以TVA法了解包膜肥料制造工艺 2 制造方法在包膜装置 一般采用转鼓式 盘式 流化床 中 将已成球
11、的化肥 如尿素 NPK复肥等 喷涂包膜材料 使化肥球粒表面涂上一层薄膜 密封剂 石蜡 调理剂 高龄土粉 滑石粉 瓷土等 颗粒尿素过筛 预热 65 包裹密封剂转鼓 调理剂转鼓 过筛 装包 包膜肥料的评价方法 欧洲标准委员会 CEN 对评价缓释肥料作如下说明 若营养释放在25 能满足下列三个条件 则把该肥料称为缓释肥料 1d内释放量不大于15 28d释放量不超过75 在规定的时间内 至少有75 被释放 目前通常采用肥料在水中的溶出率来评价肥料缓释性 分为初期溶解率和微分溶解率 有学者提出测定土壤溶出率的方法测定包膜肥料养分释放速率 包膜肥料具体制造工艺以及评价标准可以查阅国家专利及标准 包膜肥料特
12、点 优点 减少化肥流失 提高利用率 能协调作物过分共给 达到优质高产 减少施肥次数 省时 省工 适合机械化施肥 提高工作效率 防止大量施用氮肥导致土壤中硝酸盐积累而污染环境 甚至使人畜中毒现象 缺点 成本高 有的包膜材料 人工合成 也会导致环境污染 包膜肥料发展前景 尽管包膜肥料对改善生态环境 提高肥效和节省劳动力 提高作物产量等方面具有明显的优越性 但实际应用范围仍然很有限 许多试验表明 包膜肥料适宜在灌溉农田 种植生育期长的作物而又比较湿润的地区 以及草地 牧场和果园应用 1990年 美国包膜肥料的消耗量仅占氮肥消耗量的1 近年来 世界包膜肥料年消耗量仅5 108kg 不足NPK消耗量的1
13、 而美国及西欧各国主要用于非农业生产 造成这种现象的要原因 一是包膜肥料的价格高 一般比普通化肥高出2 5 8倍 二是对包膜肥料的综合效益缺乏正确评价 单纯考虑单位养分量的价格 因而大大限制了它的推广 为了促进包膜肥料的发展 广泛用于农业生产实践 首先要改进工艺技术 降低生产成本 特别是选用价格低廉的包膜材料 其次要正确评价包膜肥料的综合效益 其中包括减少养分损失 提高利用率 节省劳动力等所取得的效益 三是要进一步研究养分控释的机制及影响因素 建立养分释放量预测的数学模型 完善养分释放特性的测试方法 为改善工艺生产技术和农民施用决策提供科学依据 随着包膜肥料工艺技术 测试方法和机制研究的进展
14、包膜肥料必将会得到更大发展 第三节氮肥长效增效剂的研究应用 化学氮肥应用中存在的问题氮肥长效增效剂与长效氮肥 氮肥增效剂的种类氮肥长效增效剂的研究应用前景 化学氮肥应用中存在的问题 N肥在农业生产中具有重要意义 但是在应用中也存在着很多问题 归纳起来主要有以下几方面 首先是肥效期短 不适合于农作物的需要 尿素施到土壤中一般只有50 55天的有效期 而碳酸氢铵只有30 35天 作物的生育期 以北方为例 通常有120 130天 为了解决这一问题 生产中多采用多次施肥的办法 增加了劳动强度和生产成本 其次是利用率低 我国N肥利用率仅有25 35 尿素中50 以上的氮都是通过NH3的形式挥发损失掉的
15、环境污染严重 氮肥长效增效剂与长效氮肥 长效氮肥 长效氮肥 又叫涂层氮肥 是一种被涂层物质包裹的氮肥 它的包膜是由少量氮 钾 镁 锰 锌 铁 硼等营养元素的溶液喷涂而成 经过涂层的氮肥 不改变原有的性质 与普通氮肥相比较 长效氮肥具有物理性能好 氮素释放平缓 肥效长 氮素利用率高等特点 氮肥长效增效剂概念 氮肥长效增效剂集脲酶抑制 硝化抑制 氨定剂及植物生长刺激作用于一体 其作用机制互相补充促进 使氮肥长效 增效功能显著稳定 使氮肥的供肥特征与植物对营养的吸收规律趋于一致 能达到作物生长前期肥不过量 中期不疯长 后期不脱肥 促进作物生长 增加作物产量的效果 机理 以尿素为例 提高脲酶抑制作用
16、延缓尿素水解过程 氨稳定剂减少了氨挥发 被土壤颗粒吸附 不很快转化为硝态氮 氮肥长效增效剂的硝化抑制使氨形成高峰期向后推迟30天 硝态氮形成减少21 7 氮肥增效剂的种类 氮肥增效剂目前应用较多的几种类型 一 硝化抑制剂 nitrogenfertilizersynergist 适合于与各种铵态氮肥或尿素配用 硝化抑制剂是具有能抑制亚硝化细菌等活动功能的一类化合物 进入土壤后能抑制土壤中的亚硝化 硝化 反硝化细菌的活动 从而阻碍铵态氮转化为NO2 NO3 或N2O N2等的过程 硝化抑制剂除有减少氮肥损失 提高氮肥利用率而增加产量的作用外 还可降低农作物中亚硝酸盐含量 提高农作物品质 减少施肥量过高时对土壤 地下水和环境的污染 但在某些情况下 硝化抑制剂对作物的增产效果不够稳定 氮肥增效剂的种类 二 脲酶抑制剂 ureaseinhibitor 专门与尿素配合使用 对土壤脲酶活性有抑制作用的一类物质 它在短期内能延缓尿素的水解 减少氮的损失 三 NH3稳定剂NH3稳定剂具有吸附或改善土壤环境 减少挥发的一类化合物 研究较多的有无机酸类 Ca盐类 高分子的腐植酸及氰胺类化合物 其作用原理主要
