CN101397227A

CN101397227A - 有机—矿物材料包膜缓释肥料

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Publication number: CN101397227A
Application number: CNA2008101800808A
Authority: CN
Inventors: 王艳; 孙杰; 陈阳; 王小波; 富东英; 苏宵倩
Original assignee: Shanxi University Of Finance & Economics
Current assignee: Shanxi University Of Finance & Economics
Priority date: 2008-11-24
Filing date: 2008-11-24
Publication date: 2009-04-01
Anticipated expiration: 2028-11-24
Also published as: CN101397227B

Abstract

本发明涉及一种包膜缓释肥料，具体为一种有机-矿物材料包膜肥料的制作方法。解决了现有包膜肥料技术中存在的膜材料选择和工艺参数确定的问题。由肥芯和包膜材料组成，其特征在于：包膜使用的材料为，矿物材料、虫胶、过氯乙烯，矿物材料为蛭石、云母、沸石中的任意一种或两种或全部。综合来说，本发明所述技术方案得到的产品具有良好的缓释性、提高肥料元素的利用率，减轻了环境污染，促进作物生长的效果。

Description

有机—矿物材料包膜缓释肥料

技术领域

本发明涉及一种包膜缓释肥料，具体为一种有机—矿物材料包膜肥料。

背景技术

肥料是发展农业生产的重要物质基础，化肥的大量施用对农业生产带来了巨大的促进作用，极大地提高了农作物的产量和品质。但同时也带来了一系列的负面效应，特别是存在着化肥利用率低、污染环境、成份结构不平衡等问题。在长期的实践中，科技人员发明了把具有特定性质的材料使用粘结剂包裹在肥料颗粒的外层，以达到对速溶性化学肥料控制释放的方法，使肥料养分的释放与作物吸收达到同步。该方法是减少养分损失，是提高肥料利用率的有效方法之一。缓/控释肥料有以下的特点①在水中溶解度小，营养元素在土壤中释放缓慢，减少了营养元素的损失；②肥效长期、稳定，能源源不断的供给植物在整个生长期对养分的需求；③具有低盐指数，一次大量施用不会“烧苗”；④减少了施肥的数量和次数，节约成本；⑤适合不同类型的土壤和植物，有效防止土壤板结。缓/控释肥料被誉为是21世纪肥料产业的重要方向之一。

美国是世界包膜肥的发源地，1961年美国TVA公司开始包硫尿素(SCU)试验，1964年美国ADM公司以二聚环戊二烯和丙三醇脂共聚生产包膜复合肥，商品名为Osmocote。目前，SCU.Osmocot仍为世界上最有影响的包膜肥料，TVA的Allen等评价了包硫尿素SCU、包硫氯化钾SCK、包硫磷酸二铵SCP对牧草、玉米、高粱产量的影响，少量施用(正常释放)、S型(延迟释放)的包膜尿素，包膜剂主要含有低密度聚乙烯、聚环氧乙烷、壬基苯基醚以及滑石粉的悬浮液，住友化工的专利涉及热固性树脂包膜及含农药的包膜肥。众多的日本专利中，以开发可被生物或光降解的聚合物包膜肥料及具有不同养分释放模式的包膜肥为主体，SCU、SCK均使作物生长均匀且产量较高，但施用SCP由于作物生长前期供磷不足，产量低于未包硫的磷酸二铵。另外，美国在聚合物包膜肥料方面，有用甲苯和硫酸处理松香树脂所得腊状物质包膜，用乙烯甲基丙烯酸共聚物锌盐，用水分散状的乙基纤维素，醋酸树脂与不饱和油脂共聚物，以及对称、非对称聚尿一氨基甲酸脂，异氰酸脂等包膜专利技术。日本从60年代研究包膜肥料，以美国技术为基础，开发具有日本特色的热塑性树脂包膜肥料。他们的基础专利是以聚烯烃(Polyolefin)为主体的包膜肥料，简称POCF工艺。三菱化学1994开发了L型这方面代表当今包膜肥的研究方向。欧洲各国根据本国的实际情况开发了适合本国肥料品种的控(缓)释肥料，主要以微溶性含氮化合物的缓释肥料为主.德国BASF公司研发了用聚乙烯乙酸脂和N-乙烯吡咯烷酮包膜肥料以及用可生物降解的聚合物、醋酸纤维素、织物、木质纤维素制备包膜肥。英国的控释肥专利是以磷酸盐玻璃中引入K，Ca等形成玻璃态控释肥，而氮以CaCN₂的形式加入，能形成一个不释放养分的诱导期适合幼苗施肥(DrakeCF.英国专利，1978)。荷兰开发了一种用菊粉(呋喃果糖聚合的多糖)、甘油(增塑剂)、土豆淀粉与肥料捏合制成生物可降解包囊肥料^[40]，前苏联制备包膜肥的专利为脲醛(UF)，磷酸、铝粉和丁二烯胶乳多层包膜和用聚乙烯乙酸脂(15％-20％)和磷酸(0.3％-0.5％)包膜尿素，可提高肥料利用率15％。

中国是研究包膜肥较早的国家之一，针对我国包膜肥料品种少、产量低，成本高的问题，国内很多学者开展了相关的研究，1974年中科院南京土壤所使用碳铵掺入5％白云石熟粉造粒后，用磷酸将颗粒表面酸化，以钙镁磷肥粉末包膜，石蜡—沥青熔融液封面，经扑粉，制得含氮13％～14％，含P₂O₅3％～5％的长效碳铵包膜肥，用于直播水稻增产显著。1985年北京化工学院吴天详等，利用地膜、编袋、食品袋等废弃塑料为载体，与化肥均匀共混成型，制得包裹肥料，用于花卉，果蔬缓释效果明显。1985年郑州工学院许秀成等人利用钙镁磷肥包裹尿素，以动、植、矿物油类及其改性物为粘结剂，制造得包裹型缓释肥料；1991年以磷矿粉包裹尿素并部分酸化磷矿，制得缓释磷肥；1995年以二价金属磷酸铵钾盐包裹尿素，制得控制释放包膜肥料。1985年北京市园林所与北京市化工院开发了酚醛树脂包膜复合肥；1994年北京化工大学徐和昌开发了脲醛树脂包膜肥。1997年华南农业大学廖宗文等人利用工农业废弃物制备包膜控制释放肥料。据介绍山东农大张明，中国科学院张夫道，北京农林科学院徐秋明、湖南省土肥所郑圣先等也进行了许多研究开发工作。郑州乐喜施肥料公司生产出以钙镁磷肥为包膜，尿素为基质的商品名为Luxuriance的缓释肥，浙江龙游化工厂研制生产硫铵包膜肥料，原广州氮肥厂生产“涂层尿素”。吴春华等以廉价的淀粉、聚乙烯醇为原料制得的成本较低的包膜尿素，具备一定的缓释效果，且有保水性，抗结块性，该包膜材料能被微生物降解，无环境污染。陈慧泉等以尿素为基质，以硅藻土，膨胀珍珠岩等多孔物质或者钙镁磷肥为包膜材料，研究了包膜材料、粘结剂、包膜厚度对肥料释放速度的影响，结果表明该肥料肥分保持时间长，淋溶小，并具有一定的保水作用。

目前，对控释/缓释包膜肥料在肥料的缓释效果方面的研究已经取得了较大的进展，但离真正意义上的控制释放还有一段距离，另外，由于包膜肥料的价格高，因此，它们大部分只应用于经济价值较高的高尔夫球场、草坪、花卉、苗圃、果园及高档经济作物等。

在现有专利技术中，报道了很多包膜化肥的制造方法，例如：95109720.2一种控制释放肥料，该缓释化肥的包裹层由粘结剂构成，例如硫酸、磷酸、甲醛、羧甲基纤维钠、淀粉等混合构成。200710114216.0硫磺、树脂包膜苹果专用控释肥，使用的包膜材料为热塑性树脂。专利申请好为200610134812.0醋酸酯淀粉包膜控释尿素肥料，由醋酸酯淀粉，乙基纤维素，滑石粉、等物质组成。200810015602.9一种生物可降解型多功能自控缓释肥料，其包膜材料由纤维素、聚乙烯醇、聚氨酯预聚物、植物生长调节剂、乳化剂、交联剂、引发剂等合成以水作为分散介质的水溶性高分子聚合物乳液。200510024240.6一种树脂包膜肥料及其制造方法，在颗粒肥料表面包裹一层生物可降解树脂包膜，包膜含有脂肪族聚酯和聚乳酸族聚合物，两者重量比为20∶80至80∶20，该包膜占肥料总重量的2～40％。

发明内容

本发明为了解决现有包膜肥料技术中存在的膜材料选择和工艺参数确定的问题而提供了一种有机矿物材料包膜肥料。

本发明是由以下技术方案实现的，有机—矿物材料包膜肥料由肥芯和包膜组成，包膜为总重20％，包膜由质量比为蛭石、虫胶、过氯乙烯三种材料中的任意一种或两种或全部组成，包衣机的各项参数为倾角40°、转速60转/分、包膜时间20分钟。

具有最佳效果的方案为：有机—矿物材料包膜肥料由肥芯和包膜组成，包膜为总重20％，包膜由质量比为75％蛭石、20％虫胶、5％过氯乙烯三种材料组成，包衣机的各项参数为倾角40°、转速60转/分、包膜时间20分钟。

一、包膜工艺参数的确定

1、包衣机不同转速的比较

由表1可见，在60转/分时，由材料A(风化煤)、B(蛭石)包膜的肥料的溶水时间最长，材料A分别比40转/分、80转/分高出10.8％、9.0％，材料B分别比40转/分、80转/分高出7.9％、4.4％，转速太高或太低时溶水时间都会降低，转速低，肥料堆积于包衣机底部，虽能够自身旋转，但不能随包衣机转动；而转速过高，肥料颗粒粘附于包衣机内壁，自身不能旋转，这两种情况均难以形成均匀致密的膜。

表1 包衣机不同转速对包膜肥溶水时间的影响

2、不同包衣时间的比较

包膜肥料的生产要求遵循充分均匀接触的原则。包膜时间长就意味着材料的少量多次，每次的膜材料、粘结剂使用量少，相反，喷撒材料的次数减少，则每次用量增加，膜材料、粘结剂的单次使用量增多，一方面影响膜材料与粘结剂的充分接触，使某些“微域”的膜材料不能完全粘结在肥料表面，而是简单的封闭于内层或镶嵌^[86]，形成疏松区，因此，形成的包膜层致密性和坚硬度降低。另一方面，粘结剂的单次大量施用，会造成肥料颗粒之间的相互黏结，使它们的流动性降低，减少了它们与膜材料充分均匀接触的几率。减少单次用量，增加次数，固然可使材料和粘结剂充分均匀接触，但是，生产时间的延长，就意味着生产成本的增加。因此，寻求适当的生产时间对产品质量和节约成本非常重要，由表2可见生产时间在20min时，包膜肥的水溶时间比10分时有很大的提高，材料A、B分别高出18.7％、8.2％。但30分与20分比较虽有提高但相差不大，说明在20分钟的这段时间内材料与粘结剂就能很好的接触反应，粘结剂的溶剂也能完全挥发，考虑到生产成本，我们选用20分的生产时间。

表2 不同包衣时间对包膜肥溶水时间的影响

3、不同材料细度的比较

表3 不同材料细度对包膜肥溶水时间的影响

由表3可看出，随着材料细度的增加，其溶水时间相应延长。材料A120目时的溶水时间比100目、80目分别增加5.6％、11.3％，材料B120目时的溶水时间比100目、80目分别增加4.6％、7.3％。随着材料细度的增加，比表面积增大，使其拥有高的表面能。但随着材料细度的增加其成本就会相应提高，以材料B为例，其市场价格100目时为1100元/吨、200目时为1300元/吨、320目时为1900元/吨，所以在生产时即要考虑到控效时间的长短又要考虑到生产成本的高低，对不同材料应在合理价格与效果的范围内选择。

4、不同材料用量的比较

表4 不同材料用量对包膜肥溶水时间的影响

注：用量百分数为膜材料量占整个包膜肥质量的百分数

现代肥料的生产是向着高浓度的方向发展的，包膜肥在生产过程中，随着包膜材料用量的增多，包膜厚度增大，其溶水时间就会增加，控释时间就会延长。由表4可知在膜重占20％时的溶水时间与15％、10％相比，材料A高出7.3％、21.4％，材料B高出4.7％、11.3％。但随膜材料用量的增多，其养分浓度就会相应减少他们的有效养分含量分别为36.8％、39.1％、41.4％，相同养分量的肥料量就会加大，增加在运输过程中的成本及肥料的施用量。因此要同时考虑到控释时间与养分浓度及对土壤的污染情况来选择合适的膜材料用量，一般对于矿物包裹量在10-20％，有机高分子聚合物包裹量在1-5％较好。

通过设定包衣机的不同参数以两种不同的材料包膜尿素，然后进行溶水试验比较它们的缓释效果，可以得出如下的结论：

(1)其包衣机的各项参数以倾角40°、转速60转/分、包膜时间20分钟为最佳。

(2)包膜材料的细度一般不应小于80目，其越细控释时间越长，但成本同样越高，在生产时可根据控释要求及成本而具体选定。

(3)包膜材料用量越大其控释时间越长，从本试验中可以看出在膜材料占20％时的水溶时间要比15％的高出4.7-7.3％，比10％的高出11.3-21.4％，但同时也要看到其养分浓度的变化。

二、包膜材料与粘结剂的筛选

1供试材料

表5供试材料信息

粘结剂的筛选

1不同粘结剂对包膜肥料的影响

粘结剂是指凡能把同种或不同种的固体材料表面连接在一起的媒介物质，统称为粘结剂。试验中用不同粘结剂包膜同一种膜材料的结果如表6

表6不同粘结剂溶水时间的比较

可以看出以AH(松香)，AI(虫胶)，AL(聚乙烯醇)为粘结剂时的成膜效果最好，AF，AG，AK，AC其次。AH(松香)，AI(虫胶)包膜时膜表面光滑，均匀，其它包膜时膜较粗糙，不均匀。主要原因为它们在水溶液中的粘性较大，流动性不好，喷洒不均匀。

2不同包膜材料对包膜肥料的影响

用无机材料包裹尿素，基本要求一是包裹材料具有成膜性，二是有合适的粘结剂，能够与包裹材料反应生成不易透水的物质，或将包裹材料通过物理性质粘合在一起形成膜层。而有机包裹材料则需要适宜的溶剂及包膜工艺，使其在一定条件下与溶剂共溶，涂于尿素表面后能迅速挥发干燥。

(1)以AF(阿拉伯胶)为粘结剂的结果(表7)，表明材料(MG)污泥，(MI)鸡粪，(ML)蛭石，(MM)风化煤，(MK)膨润土的成膜性较好，但膜整体较粗糙，不光滑。这与粘结剂的选择有很大关系。

表7：不同材料的溶水时间的比较

(2)以松香为粘结剂时对包膜肥的影响为(表3.4)，(MA)3A，(MD)沸石，(MF)高岭土，(MG)污泥，(MI)鸡粪，(ML)蛭石，(MM)风化煤的成膜性较好，其中(ML)蛭石，(MF)高岭土的溶水效果非常好，高出其它几倍到十几倍。

表8：不同材料对CSR的影响

3材料与粘结剂最佳比例选择

材料以腐煤(MM)，粘结剂以松香为例，总量为50g，尿素250g，选粘结剂占膜材料总量的10％、15％、20％、25％、30％结果如表9，在粘结剂量为20％时的溶水时间最长。太大太小会降低其溶水时间。太大时膜材料量就会相应减少，包膜厚度减小，太小时膜材料与粘结剂接触不完全，不能形成致密的膜。

表9：不同用量粘结剂对CSF的影响

在以上试验的基础上我们选择了MF高岭土、MG污泥、ML蛭石、MM风化煤四种材料，分别以AH松香，AI虫胶为粘结剂包膜，以AH松香为粘结剂时以膜占15％，膜占20％分别包膜制得CSF1-8；以AI虫胶为粘结剂膜占20％包膜制得CSF9-12，在以AI虫胶为粘结剂包膜MF高岭土、MG污泥、ML蛭石、MM风化煤后再包材料MN过氯乙烯，使MN过氯乙烯占膜重5％，膜总重占20％制得CSF13-16。

4各包膜肥的水溶时间

由表10可见在膜材料占15％时MM风化煤的溶水时间最长达61m41s，然后为蛭石ML蛭石47m57s。它们分别为MF高岭土、MG污泥的3.85倍、9.69倍和2.99倍、7.53倍。在膜材料占20％时保持了同样的趋势，MM风化煤、ML蛭石分别为MF高岭土、MG污泥的2.92倍、7.47倍和2.33倍、5.97倍。相同膜材料在膜为20％时比膜为15％时的溶水时间高出63.4％—114.5％。

表10不同包膜肥料的溶水时间

注：成本的计算中各溶剂按80％的回收率计算，每吨人工费为100元。

在以AI虫胶为粘结剂时，ML蛭石的溶水时间最长达170min分别为MF高岭土、MG污泥、MM风化煤的1.89倍、3.40倍、6.30倍。在又包了材料MN过氯乙烯后其溶水时间有了大幅的提高其ML蛭石达到了540min为不包时的3.18倍，MF高岭土达360min为原来的4倍，MM风化煤为原来的11.04倍，MG污泥为原来的4.80倍，且各材料间的规律为ML蛭石+MN过氯乙烯>MF高岭土+MN过氯乙烯>MM风化煤+MN过氯乙烯>MG污泥+MN过氯乙烯。与不包MN过氯乙烯时顺序稍有不同，说明材料MN过氯乙烯的使用能大幅提高包膜肥料的溶水时间，但材料MN过氯乙烯为有机高分子聚合物树脂，是否会对土壤产生污染还有待进一步的研究。

5各包膜肥淋溶曲线的变化，见附图1

从图1中可以看到尿素的释放曲线为倒L型，在第一次淋溶其释放就达到89.4％，到第二次即40min时达到95.1％，在从第3次到第10次总共淋溶出3.9％，说明尿素在介质中的释放方式为刚开始大量释放，然后就基本上没有了养分供养。这与作物的吸收规律是很不相符合的，不能满足作物后期对养分的需求，而且前期随养分的大量释放土壤中的盐分浓度增加很可能对作物产生盐害。而自制的矿物包膜缓释肥的释放模型曲线基本为S型，矿物+有机高分子聚合物包膜缓释肥的释放模型曲线在测试范围内大致为直线型。第一次淋溶时各包膜缓释肥的养分释放情况：最大CSF-5为27.4％，最小CSF-16为0.5％，其依次顺序为CSF-5(蛭石+松香)(蛭石+松香)>CSF-8(蛭石+松香)>CSF-6(高岭土+松香)(高岭土+松香)>CSF-9(蛭石+虫胶)>CSF-7(污泥+松香)(污泥+松香)>CSF-11(污泥+虫胶)>CSF-12(蛭石+虫胶)>CSF-10(高岭土+虫胶)>CSF-15(污泥+虫胶+过氯乙烯)>CSF-14(高岭土+虫胶+过氯乙烯)＝CSF-13(蛭石+虫胶+过氯乙烯)>CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)，其大致规律为以松香为粘结剂的>以AI虫胶为粘结剂的>以AI虫胶为粘结剂再包材料MN过氯乙烯的，但各材料间没什么规律可遵循。在以松香为粘结剂时各材料的溶出顺序为M>L>F>G，以AI虫胶为粘结剂时的溶出顺序为M>G>L>F，而以AI虫胶为粘结剂再包材料MN过氯乙烯时则为G>F＝M>L。在到第5次时各包膜缓释肥的养分释放情况为最大CSF-11(污泥+虫胶)为85.9％，最小为CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)为4.0％，其依次顺序为CSF-11(污泥+虫胶)>CSF-7(污泥+松香)>CSF-9(蛭石+虫胶)>CSF-6(高岭土+松香)(高岭土+松香)>CSF-12(蛭石+虫胶)>CSF-8(蛭石+松香)>CSF-5(蛭石+松香)(蛭石+松香)>CSF-10(高岭土+虫胶)>CSF-15(污泥+虫胶+过氯乙烯)>CSF-13(蛭石+虫胶+过氯乙烯)>CSF-14(高岭土+虫胶+过氯乙烯)>CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)显示出了它们的缓释效应，且其溶出率大小顺序有75％与它们的水溶试验结果相一致。在到第10次时CSF-5(蛭石+松香)(蛭石+松香)、CSF-6(高岭土+松香)(高岭土+松香)、CSF-7(污泥+松香)、CSF-8(蛭石+松香)、CSF-9(蛭石+虫胶)、CSF-10(高岭土+虫胶)、CSF-11(污泥+虫胶)、CSF-12(蛭石+虫胶)已基本溶出，而CSF-13(蛭石+虫胶+过氯乙烯)、CSF-14(高岭土+虫胶+过氯乙烯)、CSF-15(污泥+虫胶+过氯乙烯)、CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)中溶出最多的CSF-15(污泥+虫胶+过氯乙烯)为25.8％，最小的CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)为12.2％，说明它们的缓释效果与其它相比非常好，在到第10次即400min时只有少部分释放，而且在测试范围内基本保持着养分的匀速释放，这与水溶释放时间有很大的差异，但在溶出率顺序上同水溶释放快慢顺序是100％的一致。

结论在通过比较不同材料和粘结剂溶水时间的基础上，我们可选出粘结剂：AH松香，AI虫胶；包膜材料：MF高岭土、MG污泥、ML蛭石、MM风化煤因它们的溶水时间及膜的形状较其他要好。并以这些材料为主制作了包膜缓释肥CSF1-16。

四、玉米盆栽试验

试验设计、试验于2005年5月至10月在山西农业大学资源环境学院大棚内进行。每盆装土13kg，施肥水平为N0.2g/kg，P₂O₅ 0.1g/kg，K₂O 0.2g/kg，各处理为：(1)不施N肥CK1；(2)施用尿素CK2；(3)施用自制包膜肥CSF-5(蛭石+松香)；(4)施用自制包膜肥CSF-6(高岭土+松香)；(5)施用自制包膜肥CSF-7(污泥+松香)；(6)施用自制包膜肥CSF-8(蛭石+松香)，(7)施用自制包膜肥CSF-13(蛭石+虫胶+过氯乙烯)；(8)施用自制包膜肥CSF-14(高岭土+虫胶+过氯乙烯)；(9)施用自制包膜肥CSF-15(污泥+虫胶+过氯乙烯)；(10)施用自制包膜肥CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)；10个处理的磷、钾肥相同为磷酸二氢钾，硫酸钾。各处理随机排列，重复3次。

结论1、不同处理土壤中碱解氮的动态变化

从图2中可看出，各处理土壤中碱解氮的变化曲线，CK2在20到40d时变化不大，在40d以后开始急剧下降，直到保持到最后。各包膜肥中CSF-5(蛭石+松香)、CSF-7(污泥+松香)、CSF-13(蛭石+虫胶+过氯乙烯)、CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)的变化为蛇形，CSF-6(高岭土+松香)、CSF-8(蛭石+松香)、CSF-14(高岭土+虫胶+过氯乙烯)、为“S”形，CSF-15(污泥+虫胶+过氯乙烯)为“U”性。这与它们的养分释放速率和作物的吸收量有关。在第20d时各处理土壤碱解氮含量顺序为CSF-5(蛭石+松香)>CK2>CSF-15(污泥+虫胶+过氯乙烯)>CSF-6(高岭土+松香)>CSF-14(高岭土+虫胶+过氯乙烯)>CSF-7(污泥+松香)>CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)>CSF-13(蛭石+虫胶+过氯乙烯)＝CSF-8(蛭石+松香)>CK1，在120d收获时含量顺序变为CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)>CSF-15(污泥+虫胶+过氯乙烯)>CSF-5(蛭石+松香)>CSF-13(蛭石+虫胶+过氯乙烯)＝CSF-7(污泥+松香)>CSF-6(高岭土+松香)>CSF-8(蛭石+松香)>CSF-14(高岭土+虫胶+过氯乙烯)>CK2>CK1。其中CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)、CSF-13(蛭石+虫胶+过氯乙烯)的顺序在120d时比20d时上升，这与它们在前期的抑制释放而后期的大量释放有关，说明这些处理的缓释效果比其它要好。

2、不同处理对叶绿素含量的影响

在玉米抽穗期(见图3)各包膜肥处理叶绿素含量除CSF-15(污泥+虫胶+过氯乙烯)外，较CK2都有所增加，增幅为0-14％。各包膜肥处理中含量高的有CSF-5(蛭石+松香)，CSF-7(污泥+松香)，CSF-13(蛭石+虫胶+过氯乙烯)，CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)。

3不同处理对氮素利用率的影响

表11不同肥料处理的氮素利用率

包膜缓/控释肥的首要目标为提高肥料的利用率，减少肥料的损失所带来了经济，环境，生态问题。从表11中可以看出各包膜肥氮肥利用率的顺序为CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)>CSF-15(污泥+虫胶+过氯乙烯)>CSF-7(污泥+松香)>CSF-13(蛭石+虫胶+过氯乙烯)>CSF-6(高岭土+松香)>CSF-14(高岭土+虫胶+过氯乙烯)>CSF-5(蛭石+松香)>CK2>CSF-8(蛭石+松香)，除CSF-8(蛭石+松香)外其余都比CK2有所提高，其中CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)最高提高了19.2个百分点，各处理差异性为：CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)与其它处理差异显著，CSF-15(污泥+虫胶+过氯乙烯)、CSF-7(污泥+松香)也与其它处理差异达显著，但它俩之间的差异不显著，CSF-13(蛭石+虫胶+过氯乙烯)同CK2间的差异也达显著，剩余CSF-6(高岭土+松香)、CSF-14(高岭土+虫胶+过氯乙烯)、CSF-5(蛭石+松香)、CSF-8(蛭石+松香)与CK2之间的差异都不显著。

结论，土壤中的碱解氮的变化，CK2在20d时为最高然后一直保持下降的趋势。各包膜肥中CSF-5(蛭石+松香)、CSF-7(污泥+松香)、CSF-13(蛭石+虫胶+过氯乙烯)、CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)的变化为蛇形，CSF-6(高岭土+松香)、CSF-8(蛭石+松香)、CSF-14(高岭土+虫胶+过氯乙烯)、为“S”形，CSF-15(污泥+虫胶+过氯乙烯)为“U”性。收获时CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)处理土壤中的碱解氮含量为最高。

通过玉米盆栽试验后，可得各包膜肥的N素利用率除CSF-8(蛭石+松香)外都高于尿素，最高CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)，它的N素利用率与其它处理差异达显著水平。然后为CSF-15(污泥+虫胶+过氯乙烯)、CSF-7(污泥+松香)、CSF-13(蛭石+虫胶+过氯乙烯)它们与CK2间的差异也达显著水平，其余与CK2处理间的差异都不显著。

不同肥料处理¹⁵N同位素示踪试验

试验在山西农业大学药用植物研究所试验地进行，供试土壤为石灰性褐土，质地为中壤，其基本性状如表12

表12供试土壤基本性状

供试作物，早鲜粘白玉米，生育期100d左右。

供试肥料，选用CSF-5(蛭石+松香)，CSF-7(污泥+松香)，CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)(因它们之间的N素利用率差异达到了显著水平)通过原子示踪进行了进一步的肥效确认试验。

供试肥料选用丰度5％的尿素(购于：中国农业科学院原子能利用研究所)，稀释成4％后，造粒，然后按照CSF-5(蛭石+松香)，CSF-7(污泥+松香)CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)的方法包膜，N含量都为36.8％。磷，钾肥为磷酸二氢钾、硫酸钾。施肥水平为：N:P₂O₅:K₂O＝180:90:180(kg/hm²)

试验设计

表13试验处理

试验小区设置与管理，小区面积为1m²，不同的处理采用随机区组的方法进行排列(表14)。所有肥料一次基施，翻地后于7月1日播种，5日出苗，10日间苗每小区保留18株，10月15日收获，其生长期共100d。

表14田间试验处理分布图

CK1

CK2

CSF-7(污泥+松香)

CSF-5(蛭石+松香)

CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)

CK2

CSF-7(污泥+松香)

CSF-5(蛭石+松香)

CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)

CSF-5(蛭石+松香)

CK1

CSF-7(污泥+松香)

CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)

CK2

CK1

结果与分析1、不同处理对土壤脲酶活性的影响

在图4中可以看出，其中CK1，CK2，CSF-5(蛭石+松香)，CSF-7(污泥+松香)的最大值出现在出苗后的第45d，而CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)则出现在第60d，说明CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)在前期具有抑制脲酶活性的作用。在第45天各处理脲酶活性大小的顺序为CK2>CK1>CSF-7(污泥+松香)>CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)>CSF-5(蛭石+松香)这时CK2处理的尿素的分解能力最强，土壤中速效氮的含量也应较高，这与所测结果(图6.2)一致。CSF处理的活性都低于CK处理说明他们具有抑制脲酶活性的作用，阻止尿素在前期的大量释放。在第60d时CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)活性达最大，测定的土壤速效氮含量这时也是在经历了一个上升阶段后达到了最高，并高于其他处理。而在其后CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)处理的脲酶活性也高于其他处理，说明在后期CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)还具有促进脲酶活性的功能，促进尿素的转化供给作物后期所需的养分。而CK1在整个过程中的变化不大，它的变化可能与土温的变化有关。

2、不同处理对土壤速效氮变化的影响

表15不同处理对不同时期土壤中速效氮的影响

从图5中可以看出：在肥料施入土壤中后，随着作物生长吸收、淋溶等损失，土壤中碱解氮含量总体为下降的趋势，其下降的比率顺序为CK2>CSF-7(污泥+松香)>CSF-5(蛭石+松香)>CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)。从图5中曲线的变化规律可知，各施肥处理土壤速效氮含量在施肥后的第15d出现高峰期，以后快速下降，其中CK2在下降到60d后保持了稳定，这时其速效氮含量远低于其它施肥处理，比包膜肥中最低的CSF-7(污泥+松香)少了35％。CSF-5(蛭石+松香)，CSF-7(污泥+松香)从30d到60d含量保持不变，60d后又开始了下降。CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)在出苗后30d时停止了下降，并开始上升到第60d达到最大值，然后又开始下降直到收获。CK1则一直在下降，且其速效氮含量远低于其它的处理。

玉米出苗后的第15d，各处理土壤中速效氮含量情况为(表6.4)CK2>CSF-5(蛭石+松香)>CSF-7(污泥+松香)>CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)>CK1，其中CK2与各包膜肥处理差异显著，而包膜肥CSF-5(蛭石+松香)与CSF-7(污泥+松香)、CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)的差异也显著。这是因为包膜肥能较好的控制养分的释放，在前期的养分释放较少，而尿素处理养分的释放较大。在出苗后的第30d时，尿素处理土壤中速效氮含量下降，但依然为最高，这时玉米生长开始进入拔节期，开始吸收大量的养分。在到45d各施肥处理土壤中速效氮含量没有差异。到第60d时玉米生长为抽穗期，各处理土壤中速效氮含量情况为CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)>CSF-5(蛭石+松香)>CSF-7(污泥+松香)>CK2>CK1，CSF处理高出了CK2，差异也达到了显著。各CSF中以CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)的含量为最高，因其前期养分释放较少，这时仍能大量释放来满足玉米后期对养分的需求，并保持到收获。收获后土壤中速效氮的含量依然为CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)>CSF-5(蛭石+松香)>CSF-7(污泥+松香)>CK2>CK1，各CSF处理分别比CK2高处24.7％、15.6％、9.3％。

从以上可以看出在供给作物养分上，各包膜肥处理均优于尿素处理，它们在后期还能使土壤养分保持较高的含量，持续的供给作物生长所需。在各包膜肥中以CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)的控释效果最好，它在前期能有效控制养分的释放，避免前期因作物吸收少造成养分的损失，而在后期作物开始需要吸收大量养分时，快速平稳的释放。这与作物的需肥规律是一致的，其原因于包膜材料的特性有一定的关系，CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)的有机材料可有效阻止土壤水分的渗入阻止肥料颗粒在前期的快速溶解，而膜中的无机矿质材料为多孔的粘土矿物，能吸持肥料中的养分使之一直保持较高的含量，各包膜肥的供肥能力同水溶试验结果一致。

3、不同处理玉米吸收氮素的动态变化，见图6，

在45d以后，玉米进入了高速生长的阶段，体内N的含量也开始大量累积，这时土壤如能提供足够的速效养分，作物就能保持高的生长速率，在45-60d，各处理玉米的生长速率表现为：CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)>CSF-5(蛭石+松香)>CSF-7(污泥+松香)>CK2这同各处理土壤中速效氮含量高低顺序是一致的。在60d以后，CK2的N素累积量就明显低于各包膜肥处理，这于CK2处理的N素供应有关，CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)的累积为最多，这与CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)后期养分的供养有关。而CSF-5(蛭石+松香)、CSF-7(污泥+松香)虽然在供肥能力上有较大的差别，但它们N素的累积量相差不大，可能原因为虽然CSF-7(污泥+松香)缓释效应较差，但它的膜材料中含有多种微量元素和一些生长刺激性物质，能促进玉米的生长。

4、不同处理对土壤全氮含量变化的影响

表16不同处理土壤全氮影响

在表中我们可以看到玉米收获后土壤中全氮含量的变化，其中CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)>CSF-7(污泥+松香)＝CSF-5(蛭石+松香)>CK2>CK1。各CSF处理间的差异不显著，但CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)与CK1间的差异达到了显著水平，CK2，CK1间的差异也不显著。CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)、CSF-7(污泥+松香)、CSF-5(蛭石+松香)分别比CK2高出了1.2％、1.2％、1.9％。

5不同处理对土壤细菌、真菌、放线菌数量的影响

表17不同处理土壤中细菌、真菌、放线菌数量(个/克土)

在表17中我们可以看出本试验中的三种包膜肥对土壤细菌、真菌、放线菌的影响情况。在CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)处理土壤中细菌、真菌、放线菌的数量为最高分别比CK2高66.4％、10.0％、328％。除真菌数CSF-5(蛭石+松香)、CSF-7(污泥+松香)比CK2低外，其它均高于CK2，说明本试验中的三种包膜肥对土壤细菌、真菌、放线菌的影响是有益的。

6、不同处理对玉米产量，产量结构的影响

表18不同处理对玉米产量结构的影响

收获后对玉米产量的构成因素进行了分析，结果见表18，不同包膜肥处理对玉米穗行数、行粒数、百粒重与尿素处理相比都有增加，他们的增加幅度为穗行数2.3％～13.1％、行粒数0～7.1％、百粒重1.4％～6.4％，除CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)的穗行数与其它差异明显外，剩下的差异都不明显。各施肥处理产量的顺序为CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)>CSF-5(蛭石+松香)>CSF-7(污泥+松香)>CK2，CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)的产量最高比CK2高出21.3％，与其它CSF处理间的差异也达显著的水平，而包膜肥CSF-7(污泥+松香)，CSF-5(蛭石+松香)之间的差异就不明显。CSF-5(蛭石+松香)与CK2间的差异也达显著的水平。说明包膜肥CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)，CSF-5(蛭石+松香)的养分缓慢释放对增加玉米产量起到了一定的作用。

7、不同处理对氮肥利用率的影响

表19不同肥料处理的氮素利用效率

统计结果表明(表19)，包膜肥处理CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)，CSF-5(蛭石+松香)与CK2的差异显著，CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)与CSF-5(蛭石+松香)差异也显著，但CSF-5(蛭石+松香)与CSF-7(污泥+松香)的差异不显著。包膜肥CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)、CSF-5(蛭石+松香)的农学效率比CK2提高了79.4％、38.5％。

氮肥吸收效率是评价作物对氮素肥料吸收的一个重要指标，反映作物对土壤中肥料氮的吸收利用效果。表6.8中可看出各包膜肥的吸收效率都高于尿素处理，顺序为CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)>CSF-5(蛭石+松香)>CSF-7(污泥+松香)>CK2，它们的利用率比尿素提高了6.9—25.2个百分点，CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)的吸收利用率高达55.9％有效减少了N素的损失，它的施用对环境，生态都有很大的益处。

8、不同处理各肥料间经济效益分析

表20各施肥处理间经济效益分析

注：尿素的价格：1840元/吨，甜玉米(鲜玉米棒)价格2.5元/kg。

各施肥处理投入与产出分析(表20)表明，各处理肥料成本的投入不一样，产值也不一样，总趋势为随着投入的增加，产值也随着增加，处理CSF-5(蛭石+松香)，CSF-7(污泥+松香)，CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)每公顷的投入虽比CK2高，但其净收入分别比CK2多1826元，843元，3092元。各处理

8、不同处理各肥料间经济效益分析

表20各施肥处理间经济效益分析

注：尿素的价格：1840元/吨，甜玉米(鲜玉米棒)价格2.5元/kg。

各施肥处理投入与产出分析(表20)表明，各处理肥料成本的投入不一样，产值也不一样，总趋势为随着投入的增加，产值也随着增加，处理CSF-5(蛭石+松香)，CSF-7(污泥+松香)，CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)每公顷的投入虽比CK2高，但其净收入分别比CK2多1826元，843元，3092元。各处理产投比的顺序为CK2>CSF-5(蛭石+松香)>CSF-7(污泥+松香)>CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)，说明在包膜肥处理中CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)虽然在其它方面优于CSF-5(蛭石+松香)、CSF-7(污泥+松香)，但其产投比没它们高。这是因为CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)的生产成本远高于CSF-5(蛭石+松香)、CSF-7(污泥+松香)，而CSF-5(蛭石+松香)、CSF-7(污泥+松香)的成本与尿素相差不大。综合比较得CSF-5(蛭石+松香)在大田中的发展前景较好，CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)可应用于高等经济作物如：花卉、高尔夫草坪等。

结论(1)在各包膜肥中以CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)的控释效果最好，它在前20d左右时，速效氮含量低于CSF-5(蛭石+松香)、CSF-7(污泥+松香)，20d以后则高于它们，并保持到收获。CSF-5(蛭石+松香)在前45d左右时低于CSF-7(污泥+松香)，45d后则高出CSF-7(污泥+松香)。收获后土壤中速效氮的含量顺序为CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)>CSF-7(污泥+松香)>CSF-5(蛭石+松香)>CK2>CK1，各CSF处理分别比CK2高处24.3％、17.5％、8.4％。

(2)包膜肥对土壤全N影响不大，对土壤中微生物具有益作用，对脲酶具有抑制或延缓其活性最大值出现的时期。

(3)包膜肥可提高玉米产量，产量顺序为CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)>CSF-5(蛭石+松香)>CSF-7(污泥+松香)>CK2其中CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)的产量最高比CK2高出21.3％。从对玉米产量结构的效应来看，不同包膜肥处理对玉米穗行数、行粒数、百粒重与CK2处理相比都有增加，增加幅度为穗行数2.3％～13.1％、行粒数0～7.1％、百粒重1.4％～6.4％。

(4)通过¹⁵N的示踪，得出各包膜肥N素吸收效率比尿素高出6.9—25.2个百分点。CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)的吸收效率高达55.9％，CSF-5(蛭石+松香)达到了40.9％。包膜肥CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)、CSF-5(蛭石+松香)的农学效率比CK2提高了79.4％，38.5％，它们间的差异达显著水平。各施肥处理间的生理效率差异不显著。

(5)在相同施氮量的条件下，CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)的利润为最大，产投比方面包膜肥中CSF-5(蛭石+松香)为最高。综合比较得CSF-5(蛭石+松香)在大田中的发展前景较好，CSF-16(蛭石+虫胶+过氯乙烯)可应用于高等经济作物，如花卉、高尔夫草坪等。

综合来说，本发明所述技术方案得到的产品具有良好的缓释性、提高肥料元素的利用率，减轻了环境污染，促进作物生长的效果。

附图说明

图1不同包膜肥料在淋溶试验中N素累积释放曲线

图2各处理土壤中碱解氮的变化曲线

图3各肥料处理对叶绿素含量的影响

图4各处理不同时期土壤脲酶活性的变化

图5土壤中速效氮的动态变化

图6玉米N素的吸收动态

具体实施方式

实施例1、一种有机矿物材料包膜肥料，由肥芯和包膜组成，包膜为总重20％，包膜由质量比为75％的蛭石、20％的虫胶、5％的过氯乙烯三种材料组成，包衣机的各项参数为倾角40°、转速60转/分、包膜时间20分钟。

实施例2、一种有机矿物材料包膜肥料，由肥芯和包膜组成，包膜为总重20％，包膜为75％云母、20％虫胶、5％过氯乙烯三种材料组成，，包衣机的各项参数为倾角40°、转速60转/分、包膜时间20分钟。

实施例3、一种有机矿物材料包膜肥料，由肥芯和包膜组成，包膜为总重20％，包膜为75％沸石，20％虫胶、5％过氯乙烯三种材料组成，包衣机的各项参数为倾角40°、转速60转/分、包膜时间20分钟。

实施例4、一种有机矿物材料包膜肥料，由肥芯和包膜组成，包膜为总重20％，包膜由质量比为75％的(蛭石+云母以任意比例混合)、20％的虫胶、5％的过氯乙烯三种材料组成，包衣机的各项参数为倾角40°、转速60转/分、包膜时间20分钟。

实施例5、一种有机矿物材料包膜肥料，由肥芯和包膜组成，包膜为总重20％，包膜由质量比为75％的(蛭石+沸石以任意比例混合)、20％的虫胶、5％的过氯乙烯三种材料组成，包衣机的各项参数为倾角40°、转速60转/分、包膜时间20分钟。

实施例6、一种有机矿物材料包膜肥料，由肥芯和包膜组成，包膜为总重20％，包膜由质量比为75％的(云母+沸石以任意比例混合)、20％的虫胶、5％的过氯乙烯三种材料组成，包衣机的各项参数为倾角40°、转速60转/分、包膜时间20分钟。

实施例6、一种有机矿物材料包膜肥料，由肥芯和包膜组成，包膜为总重20％，包膜由质量比为75％的(蛭石+云母+沸石以任意比例混合)、20％的虫胶、5％的过氯乙烯三种材料组成，包衣机的各项参数为倾角40°、转速60转/分、包膜时间20分钟。

Claims

1、一种有机一矿物材料包膜缓释肥料，由肥芯和包膜材料组成，其特征在于：包膜使用的材料为，矿物材料、虫胶、过氯乙烯，矿物材料为蛭石、云母、沸石中的任意一种或两种或全部。

2、根据权利要求1所述的有机—矿物材料包膜缓释肥料，由肥芯和包膜材料组成，其特征在于：包膜材料为总重的20％，膜材料的质量比为：75％的矿物材料、20％的虫胶、过氯乙烯占膜材料的5％，包衣机的各项参数为倾角40°、转速60转/分、包膜时间20分钟。