CN100407898C

CN100407898C - 一种农业灌溉施肥方法

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Publication number: CN100407898C
Application number: CNB200510075256XA
Authority: CN
Inventors: 许秀成; 李菂萍; 李冬光; 王好斌; 黄永; 胡永才
Original assignee: BEIJING HAIYIFEI TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING HAIYIFEI TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2005-06-09
Filing date: 2005-06-09
Publication date: 2008-08-06
Anticipated expiration: 2025-06-09
Also published as: CN1875688A; WO2006131056A1; IL187811A0; IL187811A

Abstract

本发明涉及一种农业灌溉施肥方法，该方法包括让活化剂水溶液通过一种肥料固定床得到可用于灌溉作物的灌溉水。采用本发明的灌溉施肥方法可使肥料用量比传统施肥方法节省30%-60%，肥料利用率达到70%-90%。

Description

一种农业灌溉施肥方法

[技术领域]

本发明涉及一种农业生产技术，更具体地，本发明涉及一种农业灌溉施肥方法。

[背景技术]

随着世界人口的急剧增长和世界经济的高速发展，世界水资源消耗飞速增加，同时对水资源的破坏日趋严重，根据联合国粮农组织统计和预测，在1950-2000年间，世界人均水资源拥有量减少了25％。中国的水资源状况更为严峻，人均占有河川径流量仅为世界人均占有量的1/4，而且分布不均，其中辽河、海河、黄河、淮河四个流域片，耕地占全国总量的45.2％，人口占全国总人口的38.4％，而水资源的占有量仅为全国的9.6％。于是，这些地区的农业灌溉用水和肥料的利用率是制约粮食增产的主要因素，因此，采用新的灌溉技术，提高水和肥料的利用率对于农业持续发展将具有十分重要的意义。

直到现在世界各国、各地区采用的灌溉施肥方法都需要采用适当的液体或全水溶性的固体肥料，例如，目前农业上通常使用的氮肥和钾肥主要是水溶性的，采用灌溉施肥方法应是简单易行的，不存在严重的问题；磷肥中，例如工业级、食品级磷酸铵、磷酸二氢钾等少数品种也是全水溶性的，因此采用灌溉施肥方法应也是可行的。然而，目前农业上通常使用的大多数磷肥品种是部分水溶性或非水溶性的，难以采用灌溉施肥方法实施农作物的灌溉施肥。含中微量元素的一些肥料也是非水溶性的。因此，也难以采用灌溉施肥方法实施农作物的灌溉施肥。现在，在大多数情况下这些非水溶性肥料都作为基肥施用，这时作物对磷等资源的利用率一直很低，只有8％-20％，碱性土壤尤其如此。这种基肥施用方法的缺陷是显而易见的。因此，为了克服这种缺陷，本发明人经过多年研究，成功地研制出非水溶性肥料的灌溉施肥，这种方法能够充分发挥灌溉与施肥相结合的优越性，为农作物连续提供磷及其它中微量元素源，是一种解决灌溉施肥中磷源问题的全新思路，到目前为止尚未检索到任何相关的文献资料。

[发明内容]

【要解决的技术问题】

本发明的目的在于开发一种农业灌溉施肥方法，这种方法不仅可以为农作物连续提供磷，使非水溶性磷肥充分挥发其肥料效果，提高肥料利用率，还可以提供多种中、微量元素，并增强作物抗病毒、抗倒伏的能力。

发明内容

【技术方案】

本技术领域的技术人员知道，灌溉施肥是指使用全水溶性固体或液体肥料，通过微灌系统为农作物提供所需要营养元素而实施的一种灌溉方法，这种方法可以达到肥料随同灌溉用水一起进入田间，达到以最少量的营养元素使灌溉的作物增产。所述的灌溉施肥，利用一种灌溉系统可以在施肥量、施肥时间和施肥空间等方面达到很高的精度，是精确施肥与精确灌溉相结合的产物。

本发明的方法主要使用非水溶性的磷肥颗粒和非水溶性的含中微量元素的肥料颗粒作为原料。所述非水溶性磷肥系指这种或这些磷肥在室温与大气压力的条件下在水中的溶解度小于或等于1000mg/kg，优选地小于或等于500mg/kg，更优选地小于或等于300mg/kg。所述非水溶性含中微量元素肥料系指这种或这些含中微量元素的肥料在室温与大气压力的条件下在水中的溶解度小于或等于100mg/kg，优选地小于或等于50mg/kg，更优选地小于或等于20mg/kg。

所述的非水溶性磷肥颗粒选自磷矿粉、酸制磷肥和热制磷肥。

所述的磷矿粉是直接由磷矿石粉碎而成的磷肥。磷矿石中含磷化合物是以氟磷灰石为主的。磷矿粉是一种难溶性磷肥，含有占总磷8％以下的枸溶性磷，肥效缓慢而持久。

所述的酸制磷肥是用硫酸、硝酸、盐酸等酸类处理磷矿粉而成的。在酸制磷肥中包括沉淀磷酸钙。沉淀磷酸钙可以由磷矿石与硫酸、硝酸、盐酸等反应生成磷酸，再用石灰乳沉淀制得。

以硝酸制造为例，其反应如下：

Ca₅(PO₄)₃·F+10HNO₃→3H₃PO₄+5Ca(NO₃)₂+HF

3H₃PO₄+5Ca(NO₃)₂+3Ca(OH)₂→3CaHPO₄·2H₂O+5Ca(NO₃)₂

由此可见，沉淀磷酸钙的主要成分是磷酸二钙，不溶于水，但溶于2％柠檬酸溶液中，属于枸溶性磷肥，含磷量(P₂O₅)高，一般为30％-40％。

所述的热制磷肥是通过电力或燃料燃烧而产生的高温分解磷矿石，制成的磷肥，其中主要包括脱氟磷肥、烧结钙钠磷肥、偏磷酸钙、钢渣磷肥、钙镁磷肥。

脱氟磷肥是氟磷灰石在高温(1500℃)下与水蒸汽作用制成的。其反应如下：

Ca₅(PO₄)₃·F+H₂O→Ca₅(OH)(PO₄)₃+HF

2Ca₅(OH)(PO₄)₃→2Ca₃(PO₄)₂+Ca₄P₂O₉+H₂O

脱氟磷肥含磷量(P₂O₅)一般约19％-18％，属于枸溶性磷肥。

烧结钙钠磷肥是磷矿石与碳酸钠和硅砂在高温(1250℃)下烧结而成的。产品含P₂O₅28-30％。

偏磷酸钙是磷矿粉在950℃下与P₂O₅气体接触制成的，其反应如下：

2Ca₅(PO₄)₃·F+7P₂O₅+H₂O→10Ca(PO₃)₂+2HF

偏磷酸钙呈玻璃状微黄色晶体，含磷量(P₂O₅)可达60％-70％，可溶于中性柠檬酸铵溶液。

钢渣磷肥是炼钢工业的副产品，呈深棕色粉末状，强碱性，其中磷的形态为磷酸四钙(Ca₄P₂O₉)和磷酸四钙与硅酸钙的复盐(Ca₄P₂O₉·CaSiO₃)，两者都溶于柠檬酸和柠檬酸铵溶液中。

钙镁磷肥是以磷矿、助熔剂(蛇纹石、橄榄石等)和燃料(无烟煤、焦炭等)为原料，加热到1450℃以上高温熔融，出料时用高压水流喷射，使骤冷并破碎成细小的玻璃状物，经干燥、磨细得到的产品，通常呈深灰、灰绿或墨绿色粉末，物理性状良好，不吸湿，不结块，碱性反应，但没有腐蚀性。它是由磷、硅、钙和镁为主要成分构成的玻璃体，无明确的分子式和分子量，产品含P₂O₅14％-18％，可溶于2％的柠檬酸中。钙镁磷肥还含有MgO 8％-20％、CaO 25％-40％、SiO₂22-32％、FeO 0.5-3％等。

人们由植物营养学可以知道，所有作物生长发育需要氮、磷、钾营养元素外，还需要许多种中微量营养元素。

所述的中微量元素是钙、镁、硫、硼、钼、锌、锰、铁、铜和镍，以及有益元素硅等。

钙是细胞壁的结构成分，对蛋白质的合成有一定的作用，也是某些酶促反应的辅助因素，并且对调节介质的生理平衡具有特殊的功效，因此，作物缺钙时植株矮小，根系发育不良，细胞壁缺钙，易被病毒侵入，严重时会腐烂死亡；

镁是叶绿素构成元素，是很多酶的活化剂，还能促进脂肪的合成，也参与氮的代谢。作物缺镁时叶片网状组织呈黄色或白色，乃至变成褐色甚至坏死。缺镁的牧草会引起牲畜抽搐病。

硫是蛋白质和酶的组成元素，还存在于某些生理活性物质中，也是固氮酶系统的一个组成部分。作物缺硫时，生长受到严重障碍，叶片褪绿或黄化。

硅虽然不是作物的必需营养元素，但作物缺硅易发生倒伏及病毒侵入表面细胞。因此，硅对许多作物，特别是喜硅的水稻、甘蔗、竹子等是重要的有益元素。

微量元素在植物体内往往是酶或辅酶的组成部分，具有很强的专一性，是作物生长发育不可缺少和不可相互代替的。

因此，在本发明使用的肥料中伴随有中微量元素，或另外配制水不溶性的含中微量元素的肥料。

所述水不溶性的含中微量元素的肥料是一种或多种选自水不溶性的含钙、镁、硫、硼、钼、锌、锰、铁或铜的肥料。

所述的含非水溶性钙肥例如是硫酸钙、磷石膏、工业废渣，像钢铁工业炉渣。

所述的含非水溶性镁肥例如是菱镁矿、白云石。

所述的含非水溶性硫肥例如是硫酸钙、硫化锌矿、硫铁矿、磷石膏、硫黄。

所述的含非水溶性硼肥例如是硼镁矿、硼泥。

所述的含非水溶性钼肥例如是钼渣。

所述的含非水溶性锌肥例如是氧化锌、硫化锌。

所述的含非水溶性锰肥例如是氧化锰、含锰矿渣。

所述的含非水溶性铁肥例如是氧化亚铁、硫铁矿砂。

所述的含非水溶性铜肥例如是氧化铜、炼铜矿渣。

由上述内容可知，所述的磷肥和含中微量元素的肥料在水中溶解很低。为了实现灌溉施肥的目的，使非水溶性磷肥和含中微量元素的肥料的溶解度和溶解速度获得适当的提高，因此在灌溉施肥过程加入了一种活化剂。

在本发明的意义上，活化剂应当理解是一种使非水溶性磷肥和含非水溶性中微量元素肥料的结构受到破坏，从而释放出非水溶性肥料中营养元素的化合物。

所述的活化剂是一种或多种选自无机酸、有机酸、无机盐和酰胺态氮肥的化合物。

所述的活化剂与非水溶性磷肥和非水溶性含中微量元素肥料的作用机制是，以氢离子或碱金属元素离子与磷酸根离子、中微量元素离子发生离子置换反应而使后者释放到灌溉水中。

所述的无机酸是一种或多种选自盐酸、硝酸和硫酸的无机酸。

所述的有机酸是一种或多种选自草酸、柠檬酸、甲酸和苯甲酸的有机酸。

所述的无机盐是一种或多种选自硫酸氢钠、硫酸氢钾、硝酸铵、硫酸镁、硫酸钾、硫酸铵、氯化铵、氯化钾和硝酸钾的无机盐。

所述的酰胺态氮肥是尿素。

基于对非水溶性磷肥和非水溶性含中微量元素肥料的认识和发现，本发明人作出了如下的发明。

本发明涉及一种农业灌溉施肥的方法。这种方法的特征在于它包括下述步骤：

(i)把一种或多种选自磷矿粉、酸制磷肥和热制磷肥的非水溶性磷肥颗粒，与非水溶性的中微量元素肥料颗粒混合后装入容器中，制备一种肥料颗粒固定床。

所述非水溶性的酸制磷肥是沉淀磷酸钙。

所述非水溶性的热制磷肥选自脱氟磷肥、烧结钙钠磷肥、偏磷酸钙、钢渣磷肥、钙镁磷肥。

所述非水溶性的中微量元素肥料颗粒是一种或多种选自非水溶性的含钙、镁、硫、硼、钼、锌、锰、铁或铜的肥料。其中所述的钙肥例如是硫酸钙、磷石膏、工业废渣，像钢铁工业炉渣；所述的镁肥例如是菱镁矿、白云石；所述的硫肥例如是硫酸钙、硫化锌矿、硫铁矿、磷石膏、硫黄；所述的硼肥例如是硼镁矿、硼泥；所述的钼肥例如是钼渣；所述的锌肥例如是氧化锌、硫化锌；所述的锰肥例如是氧化锰、含锰矿渣；所述的铁肥例如是氧化亚铁、硫铁矿砂；所述的铜肥例如是氧化铜、炼铜矿渣。

所述的磷矿粉、磷肥、含中微量元素肥料的粒度是0.5-3毫米，优选地0.7-1.5毫米；更优选地0.8-1.0毫米。如果粒度小于0.5毫米则床层阻力太大，动力消耗也大；如果粒度大于3毫米，则需要更长的接触时间，浸出效率比较低。

所述非水溶性磷肥颗粒与所述中微量元素肥料颗粒的混合比是100∶0-2；优选地100∶0-1；更优选地100∶0-0.3；

(ii)将一种或多种选自无机酸、有机酸、无机盐和酰胺态氮肥的活化剂溶于水中制备一种活化剂水溶液。

其中，所述的无机酸是一种或多种选自盐酸、硝酸和硫酸的无机酸。

所述的有机酸是一种或多种选自草酸、柠檬酸、甲酸或苯甲酸的有机酸。

所述的无机盐是一种或多种选自硫酸氢钠、硫酸氢钾、硝酸铵、硫酸镁、硫酸钾、硫酸铵、氯化铵、氯化钾或硝酸钾的无机盐。

所述的酰胺态氮肥是尿素。

所述活化剂水溶液的质量浓度是5％-30％；优选地5％-15％；更优选地8％-12％。

如果所述的活化剂水溶液的质量浓度高于30％，某些无机盐溶解不完全，低于5％，活化剂槽容积过大。

(iii)让在步骤(ii)制备的所述活化剂水溶液与水混合得到一种稀释的活化剂溶液，然后让所述稀释的活化剂溶液通过在步骤(i)制备的所述肥料颗粒固定床得到一种灌溉水，所述的灌溉水含有磷以及各种中微量元素，这种灌溉水可直接灌溉作物，

其中所述活化剂水溶液与水的混合比以体积计是1∶1000至1∶100，优选地1∶500至1∶100；更优选地1∶200。

如果所述活化剂水溶液与水的混合比以体积计大于1∶1000，活化剂浓度太稀，降低对非水溶性颗粒的溶解能力；小于1∶100，活化剂太浓，对非水溶性颗粒溶出太快，可能引起灌溉水中继发式沉淀，堵塞输水管道。

所述稀释的活化剂溶液通过所述肥料颗粒固定床的线速度是0.1-5厘米/秒；优选地0.5-2厘米/秒；更优选地0.8-1.2厘米/秒。

如果线速度高于5厘米/秒，则接触时间太短，需固定床层高且溶出量太少，如果线速度低于0.1厘米/秒，固定床容器太大，设备投资高，效率低。

通过选择所述的非水溶性肥料、活化剂类型、控制所述活化剂水溶液与水的混合比与所述稀释的活化剂溶液的线速度，使得到灌溉水的质量浓度是P₂O₅ 1-200mg/kg、CaO 2-300mg/kg、MgO 1-300mg/kg、SiO₂1-300mg/kg、Fe 1-100mg/kg、Cu 0-5mg/kg、Zn 0-5mg/kg、Mn 0-5mg/kg、B₂O₃ 0-5mg/kg、N 0-400mg/kg、S 0-300mg/kg和K₂O 0-200mg/kg。本说明书实施例部分将详细具体地说明这样一些选择方法。

实施本发明时使用的容器可以是任何能够装填所述磷肥和含中微量元素肥料颗粒，构成固定床的设备。这种设备可以例如是一种选自槽、罐、塔和柱的容器。所述槽、罐、塔和柱的截面可以任何形状的，例如圆的、方的、长方的、多角形、椭圆的。

除了固定床外，还可以采用本技术领域的技术人员已知的脉动床、流化床等实施本发明。优选地，采用固定床和脉动床，更优选地采用固定床实施本发明。

【有益效果】

由于土壤、气候、作物品种及其不同生长期等诸多因素，作物对这些营养元素的需求是不一样的。因此，人们施肥就应当适应于这些变化。本发明的灌溉施肥法所产生的灌溉水中营养元素含量可在很大幅度范围内变动正好适应于这种变化。

采用本发明的灌溉施肥方法可使肥料用量比传统施肥方法节省30％-60％，可使肥料利用率达到70％-90％，属于水、肥高利用率的现代农业方法。此外，还有利于实现农业产业化。

具体实施方式

实施例一

这个实施例首先选择一种非水溶性的磷矿粉。这种磷矿粉经筛分得到其直径约2mm、以磷矿颗粒质量计含有P₂O₅ 20％、CaO 28％、MgO 6％、SiO₂ 20％、FeO 1％的磷矿颗粒，称取500kg的这种磷矿颗粒以及0.25kg氧化锌、0.25kg硼镁矿，混合均匀后加到有效容积为0.5m³的圆柱形反应器中，构成一种称之肥料固定床的固定床。

其次，制备活化剂溶液。称取20kg硫酸铵、5kg 36％盐酸、3.5kg硫酸钾、5kg硫酸镁在常温搅拌下溶于水300kg中，这样得到一种活化剂水溶液，将所配制的活化剂溶液装入储罐中待用。

然后，用水泵从灌溉系统中以流量10m³/h引出灌溉用水，再用计量泵将上述储罐中的活化剂溶液以50升/小时的速度加入到灌溉用水中，得到一种稀释的活化剂溶液，其活化剂溶液与灌溉用水的比例是1∶200。让这种稀释的活化剂溶液通过所述的肥料固定床得到一种灌溉水，这种灌溉水含有以质量计P₂O₅ 20mg/kg、CaO 26mg/kg、MgO 13mg/kg、SiO₂3mg/kg、FeO 2mg/kg、B₂O₃ 1mg/kg、Zn 3mg/kg、Mn 1mg/kg、N 70mg/kg、S 90mg/kg和K₂O 29mg/kg。

使用上述灌溉水进行了棉花的田间试验。经66.7公顷的棉田试验表明，在获得棉花产量相同的情况下，比传统施肥量节省60％。

实施例二：

选择颗粒直径约1mm的钙镁磷肥，它以钙镁磷肥质量计含有P₂O₅ 14％、CaO 36％、MgO 8％、SiO₂ 31％、FeO 1.5％，称取200Kg这种钙镁磷肥加到有效容积为0.3m³的反应器中，构成一种固定床。

按下述比例称取原料，配制活化剂溶液：5kg硫酸镁，20kg硝酸钾，5kg尿素，水100公斤。将这种活化剂装入有效容积为0.3m³的储罐中。

从灌溉系统中以流量10m³/h引入的灌溉用水，按照1000∶1的比例加到活化剂溶液中得到一种稀释的活化剂溶液，让这种稀释的活化剂溶液通过上述固定床后得到一种灌溉水，这种灌溉水含有以质量计P₂O₅ 50mg/kg、N 50mg/kg、K₂O 90mg/kg、CaO 100mg/kg、MgO 36mg/kg、SiO₂60mg/kg、FeO 5mg/kg，B₂O₃≤6mg/kg。

使用得到的灌溉水进行了葡萄的田间试验。经10公顷的葡萄试验表明，在获得棉花产量相同的情况下，比传统施肥量节省30％。

实施例三：

选择颗粒直径约1.5mm的钢渣磷肥，它以钢渣磷肥质量计含有P₂O₅18％、CaO 40％、MgO 3％、SiO₂ 5％、FeO 10％、MgO 3％，称取100Kg这种钢渣磷肥加入到有效容积为0.2m³的反应器中，构成一种固定床。

按下述比例称取原料，配制活化剂溶液：5kg硝酸钾，5kg 98％硫酸，25kg氯化铵，200公斤水。将这种活化剂装入有效容积为0.3m³的储罐中。

从灌溉系统中以流量为10m³/h的灌溉用水，按照300∶1的比例加到活化剂溶液中得到一种稀释的活化剂溶液，让这种稀释的活化剂溶液通过上述固定床后得一种灌溉水，这种灌溉水含有以质量计P₂O₅ 30mg/kg、N 100mg/kg、K₂O 37mg/kg、CaO 65mg/kg、MgO 5mg/kg、SiO₂8mg/kg、FeO 10mg/kg、MnO 5mg/kg、S 26mg/kg。

使用得到的灌溉水进行了玉米的田间试验。经66.7公顷的玉米试验表明，在获得棉花产量相同的情况下，比传统施肥量节省50％。

Claims

1. 一种农业灌溉施肥方法，其特征在于：该方法包括下述步骤：

(i)把一种或多种选自磷矿粉、酸制磷肥和热制磷肥的非水溶性磷肥颗粒作为磷源，与非水溶性的中微量元素肥料颗粒混合后装入容器中，制备一种肥料颗粒固定床，所述的非水溶性磷肥颗粒与所述的中微量元素肥料颗粒混合比是100∶0.1-2；

(ii)将一种或多种选自无机酸、有机酸、无机盐和酰胺态氮肥的活化剂溶于水中制备一种活化剂水溶液，所述活化剂水溶液的质量浓度是5％-30％；

(iii)让在步骤(ii)制备的所述活化剂水溶液与水混合得到一种稀释的活化剂溶液，然后让所述稀释的活化剂溶液通过在步骤(i)制备的所述肥料颗粒固定床得到一种灌溉水，所述的灌溉水含有磷以及多种中、微量元素，这种灌溉水可直接灌溉作物；

其中所述活化剂水溶液与水的混合比以体积计是1∶1000至1∶100；

所述稀释的活化剂溶液通过所述肥料颗粒固定床的线速度是0.1-5厘米/秒；

通过选择所述的非水溶性磷肥、活化剂类型、控制所述活化剂水溶液与水的混合比与所述稀释的活化剂溶液的线速度，使得所述灌溉水的质量浓度是P₂O₅ 1-200mg/kg、CaO 2-300mg/kg、MgO 1-300mg/kg、SiO₂ 1-300mg/kg、Fe 1-100mg/kg、Cu 5mg/kg、Zn 3-5mg/kg、Mn 1-5mg/kg、B₂O₃ 1-5mg/kg、N 50-400mg/kg、S 26-300mg/kg和K₂O 29-200mg/kg。

2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的酸制磷肥是沉淀磷酸钙；所述的热制磷肥选自脱氟磷肥、烧结钙钠磷肥、偏磷酸钙、钢渣磷肥或钙镁磷肥。

3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述含中微量元素的肥料是一种或多种选自非水溶性的含钙、镁、硫、硼、钼、锌、锰、铁和铜的肥料。

4. 根据权利要求1-3中任一权利要求所述的方法，其特征在于所述的磷矿粉、磷肥、含中微量元素的肥料的粒度是0.5毫米至3毫米。

5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的无机酸是一种或多种选自盐酸、硝酸和硫酸的无机酸。

6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的有机酸是一种或多种选自草酸、柠檬酸、甲酸和苯甲酸的有机酸。

7. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的无机盐是一种或多种选自硫酸氢钠、硫酸氢钾、尿素、硝酸铵、硫酸镁、硫酸钾、硫酸铵、氯化铵、氯化钾或硝酸钾的无机盐。

8. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的酰胺态氮肥是尿素。

9. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述活化剂水溶液与灌溉用水的混合比以体积计是1∶1000至1∶100。

10. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述稀释的活化剂溶液通过所述肥料颗粒固定床的线速度是0.1-5厘米/秒。