CN101965319A - 提高作物产量的双盐肥料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了多组分肥料材料及其施用方法，所述肥料材料包含第一肥料产品和第二肥料产品，所述第一肥料产品和第二肥料产品分别包含与选定的共聚物的部分钙盐组合的氨类肥料(例如脲)，以及与选定的共聚物的部分钠盐组合的磷肥料(例如DAP)。所述第一和第二肥料产品的共聚物部分最优选是衣康酸和马来酸酐的共聚物。当所述肥料材料施用于土壤或生长的植物的时候，能够获得协同提高的作物产量。

Description

提高作物产量的双盐肥料
发明背景
技术领域
本发明一般涉及双组分肥料材料(fertilizer material)及其使用方法，所述肥料材料能够提供提高的作物产量。更具体来说，本发明涉及包含第一肥料产品和第二肥料产品的肥料材料，所述第一肥料产品包含氨类肥料以及共聚物的部分钙盐，所述第二肥料产品包含磷肥料和共聚物的部分钠盐；所述第一和第二肥料产品以协同有效量使用，以提高作物产量。
现有技术说明
自从农业的最起始阶段，人们就开始用各种材料对植物施肥。肥料包括肥料产品以及氨类氮材料(例如无水氨和脲)，以及磷肥料，例如聚磷酸铵和源自磷酸盐岩的其它产品。世界范围内的工业以混乱的各种组合提供具有所需N-P-K等级的现代肥料。
近年来，一系列授权的美国专利描述了具有很高的农业实用价值的可生物降解的聚合物，特别是与常规的肥料结合使用。例如，美国专利第6,515,090号描述了由例如衣康酸和马来酸酐的部分组成的二羧酸共聚物。该专利还揭示了所述共聚物可以用金属或其它阳离子部分地中和，可以用来与肥料形成复合产品。这些结合的肥料-共聚物产品能够提供更多地可供生长的植物吸收的磷，可以施用于植物附近的土壤或者喷洒于叶片。第’090号专利的聚合物可以从美国密苏里州贝尔顿市的特别肥料产品公司(Specialty Fertilizer Products of Belton，MO)购得，商品名为
Figure BPA00001214016700011
和
Figure BPA00001214016700012
发明内容
本发明是基于以下发现：可以提供具有协同提高的作物产量的多组分肥料材料。所述肥料材料大体包括第一肥料产品和第二肥料产品，所述第一肥料产品包括氨类肥料和第一共聚物的部分钙盐，所述第二肥料产品包括磷肥料和第二共聚物的部分钠盐。这些肥料产品的含量对于特定的作物是协同有效量。优选的共聚物是美国专利第6,515,090号所述种类的共聚物，该专利参考结合入本文中。
在特别优选的实施方式中，所述第一肥料产品包括与共聚物的部分钙盐的水分散体相结合的常规肥料，例如脲，所述共聚物由基本上等摩尔量的衣康酸和马来酸酐部分组成，pH值约为1-5。所述第二肥料产品包含例如与相同共聚物的部分钠盐相结合的肥料，例如磷酸氢二钠(DAP)或或液体聚磷酸铵。
优选实施方式的详细描述
本发明优选的方法包括以下步骤：通过对土壤和/或植物施用包含协同有效量的第一和第二肥料产品的肥料材料，从而进行施肥。所述第一肥料产品是氨类肥料与少量选定种类的一种或多种共聚物的部分钙盐的混合物，所述第二肥料产品是磷肥料与一种或多种所述共聚物的部分钠盐的混合物。所述第一和第二肥料产品的“协同有效量”的表示各种肥料材料相配合的用量，使得所得的产量提高程度大于以这些用量单独施用第一或第二肥料产品能够获得的作物产量提高程度；除非另外说明，所述第一和第二肥料产品相互配合的量所得到的作物产量大于以同样用量单独使用相应的肥料产品可以得到的加合效应。需要注意的是，所述第一和第二肥料产品的协同有效量是针对特定的作物的，取决于所研究的作物、土壤情况、环境气候以及其它的因素，所述第一肥料产品的含量可以大于第二肥料产品，或者反之亦然。但是，一般来说，所述第一氨类肥料产品的用量通常约为30-200磅N/英亩，更优选约为50-150磅N/英亩。所述第二磷肥料产品的含量通常小于第一氨肥料产品，含量通常约为10-80磅P2O5/英亩，更优选约为20-50磅P2O5/英亩。
所述第一肥料产品包含氨类肥料。在本发明中可以使用许多种此类肥料中的任意一种。示例性的氨类肥料包括氨类含氮肥料，例如选自以下的那些：氨、硝酸铵、硫酸铵、脲、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、硝酸钠、硝酸钙、硝酸钾、硝酸钠、脲甲醛、甲基磷酸铵、氨化过磷酸钙，及其混合物。所述肥料优选为固体或液体的形式，最优选的肥料是颗粒状的脲。
所述第一肥料产品的共聚物部分包括一类共聚物的一种或多种的部分钙盐，所述共聚物包括重复聚合子单元，所述子单元各自由以下部分组成：独立地分别选自A，B和C部分的至少两种不同的部分，或者重复的C部分，以及没有不同的C部分，所述部分A具有以下通式
部分B具有以下通式
Figure BPA00001214016700032
部分C具有以下通式
式中，R1，R2和R7独立地分别选自下组：H、OH、C1-C30直链、支链和环状的烷基或芳基、C1-C30直链、支链和环状烷基或芳基的C1-C30基酯基(甲酸酯(C0)、乙酸酯(C1)、丙酸酯(C2)、丁酸酯(C3)等，最高为C30的酯)、R′CO2基团和OR′基，其中R′选自C1-C30直链、支链的链状以及环状烷基或芳基；R3和R4独立地分别选自下组：H、C1-C30直链、支链的链状和环状烷基或芳基；R5、R6、R10和R11独立地分别选自下组：H、碱金属、NH4和C1-C4烷基铵基、Y选自Fe、Mn、Mg、Zn、Cu、Ni、Co、Mo、V、Cr、Si、B和Ca；R8和R9独立地分别选自：没有基团、CH2、C2H4和C3H6。在许多情况下，当聚合子单元由A和C部分组成时，R3、R2和R7基团中的至少一种是OH，当聚合子单元由A、B和C部分组成的时候，R1、R2、R3、R4和R7基团中的至少一种是OH。
更优选种类的聚合物的通式为
Figure BPA00001214016700051
其中X是阳离子，p约为10-500。X取代基中的至少一部分是钙，其它的可以是不同的金属阳离子(例如碱金属阳离子和碱土金属阳离子)，一些是H。因此，所述共聚物以部分盐或络合物的形式存在。
所述第一肥料产品可以通过任何常规方式，将肥料和聚合物部分混合起来形成。例如，对于固体肥料，所述聚合物可以很方便地通过喷洒或浸没来施加。当使用液体肥料的时候，通常在合适的搅拌下，将共聚物混入液体中。但是，还可能将所述肥料和聚合物材料独立地同时或逐一施加在田地中，但是通常不优选这样做。
所述第一肥料产品共聚物部分通常是水性液体产品，其固体含量约为20-80重量％，更优选约为30-50重量％，pH值约为1-5，更优选约为2-3.5。
所述第二肥料产品包括磷肥料，例如磷酸二氢铵(MAP)、磷酸氢二铵(DAP)、磷酸钙(正磷酸盐和过磷酸盐)、磷酸铵、过磷酸铵、聚磷酸铵、磷酸、碱性炉渣、磷酸岩、胶体磷酸盐、骨质磷酸盐、硫酸铵、硫代硫酸铵、及其混合物。第二肥料产品地共聚物部分由以上关于第一肥料产物所述的相同共聚物的一种或多种部分钠盐组成。所述第二肥料产品共聚物部分通常是水性液体产品，其固体含量约为20-80重量％，更优选约为30-50重量％，pH值约为5-10，更优选约为6-8。所述第二肥料产品可以通过与第一肥料产品相同的方式制备。
用于第一和第二肥料产品的共聚物含量基本相同。具体来说，在各种情况下，以相应的肥料产品的总体积为100体积％计，所述第一和第二肥料产品中共聚物盐的含量约为0.01-2.0体积％，更优选约为0.1-0.5体积％。
所述第一和第二肥料产品可以以各种方式使用，只要两种产品均存在于植物上或周围，或者存在于植物附近的土壤上或周围即可。例如，所述肥料产品可以独立地配制，基本上同时或依序施加于土壤或植物。在另一种情况下，所述第一和第二肥料产品可以混合在一起，以此种条件施加。根据使用的肥料产品的种类以及产品是固体或是液体，所述产品可以通过铺展或播撒来施用。
本发明的方法可以用于数量不受限制的作物，只要该作物可以通过双重施肥而受益即可。示例性的作物选自下组：玉米、小麦、燕麦、大麦、高粱、蜀黍、大米、棉花、大豆和苜蓿，以及其他饲料作物。施用由衣康/马来共聚物的部分钙盐组成的第一肥料产品获得了极佳的结果。类似地，施用由钠阳离子部分中和的相同衣康/马来共聚物可以配制第二肥料产品。
以下实施例显示了施用本发明优选的钙和钠部分盐共聚物补充的肥料进行的产量测试。然而应理解，这些实施例是阐述性的，不应视作对本发明整体范围的限制。
实施例1
在此实验中，研究了用部分钙盐共聚物处理的颗粒状脲肥料和用部分钠盐共聚物处理过的磷酸氢二铵(DAP)肥料的相互作用对雀麦草产量的影响。所述实验在美国堪萨斯州的斯堪的亚市(Scandia，KS)附近的实验田地中，在克里特(Crete)粉砂壤土上进行。处理包括两种氮(N)施加比例：60和100磅N/英亩，仅施加颗粒状脲，或者施加用部分钙盐共聚物处理过的颗粒状脲。另外的处理包括以30磅P205/英亩的比率仅施加DAP，或者施加用部分钠盐共聚物处理过的DAP。还包括未处理过的对照样地。
所述实验在生长着4年龄的从未施过肥的雀麦草的区域进行。所有的施肥都是通过表面施加和播撒来进行的。在3月20日独立地进行氮肥和磷肥的施加。地块在5月18日收获。在收获的时候从每块田地提取草料的子样品，称重，干燥，然后再次称重，以确定草料的干重。产率单位为磅/英亩，以干重为基准计。实验区域得到的土壤测试结果是：pH＝6.8，有机物质2.8％，Bray-1P 18ppm，可交换的K 290ppm。
通过将0.25体积％的液体共聚物喷洒在颗粒状的脲上(每吨脲喷洒1/2加仑的液体共聚物)获得基本均一的喷洒，制得了脲+共聚物材料。所述聚合物是购自美国密苏里州的贝尔顿市(Belton，MO)的专用肥料产品公司(Specialty Fertilizer Products)的用于脲的(NSN)。该聚合物是衣康酸和马来酸酐部分的基本等摩尔量的40重量％固体的含水共聚物，用钙离子部分中和(CAS#877469-38-0)，pH值为2.5-5。
通过将0.25体积％的液体共聚物喷洒在颗粒状的DAP上(每吨DAP喷砂1/2加仑的液体共聚物)获得基本均一的喷洒，制得了DAP+共聚物材料。所述聚合物是购自美国密苏里州的贝尔顿市(Belton，MO)的专用肥料产品公司(Specialty Fertilizer Products)的
Figure BPA00001214016700072
该聚合物是衣康酸和马来酸酐部分的基本等摩尔量的40重量％固体的含水共聚物，用钠离子进行部分中和(CAS#556055-76-6)，pH值为6-8。
下表列出了该实验的结果，其中磅N/英亩表示施加未处理的颗粒状脲，磅N/英亩+NSN表示施加补充了NSN的颗粒状脲，磅P205/英亩表示施加未处理的DAP，磅P205/英亩+AVAIL表示施加补充了AVAIL的DAP。
表1
  处理磅N/英亩和/或磅P205/英亩   产量，磅/英亩，干重
  0磅N/英亩和0磅P205/英亩(对照样地)   1982F
  60磅N/英亩和30磅P205/英亩   2128F
  120磅N/英亩和30磅P205/英亩   3445E
  60磅N/英亩+NSN和30磅P205/英亩   6346C
  120磅N/英亩+NSN和30磅P205/英亩   5342D
  60磅N/英亩和30磅P205/英亩+AVAIL   6891B
  120磅N/英亩和30磅P205/英亩+AVAIL   6356C
  60磅N/英亩+NSN和30磅P205/英亩+AVAIL   7187AB
  120磅N/英亩+NSN和30磅P205/英亩+AVAIL   7306A
  0磅N/英亩和30磅P205/英亩+AVAIL   2096F
  LSD(0.05)   313
  CV％   3.6
方法通过邓肯多重范围检测分离。后面跟有相同符号的方法没有显著不同。
通过脲+NSN与DAP+AVAIL的组合获得了最高的饲料产率。产量对N和P做出很明显的响应。通过使用NSN和AVAIL聚合物，N和P的效率都获得了改进。
实施例2
在此实验中，研究了用部分钙盐共聚物处理的液态脲-硝酸铵肥料(28％UAN)和用部分钠盐共聚物处理过的聚磷酸铵(APP，10-34-0)肥料的相互作用对玉米产量的影响。所述实验在美国堪萨斯州的斯堪的亚市(Scandia，KS)附近的实验田地中，在克里特(Crete)粉砂壤土上进行。处理包括以两种氮(N)施用比率160和240磅N/英亩单独施用UAN以及施用补充了部分盐共聚物的UAN。另外的处理包括以30磅P205/英亩的比率仅施加APP，或者施加用部分钠盐共聚物处理过的APP。还包括未处理过的对照样地。实验区域得到的土壤测试结果是：pH＝6.8，有机物质2.8％，Bray-1P 18ppm，可交换的K 290ppm。
在4月27日，将氮肥播撒在前一年种植大豆的田地的土壤表面上。在4月30日，将磷肥作为起始肥料(starter)施加在成排的玉米之侧2英寸处的土壤表面上，不进行任何另外的耕作。种植的玉米为杂交Pioneer 33B51，种植密度为32,000个种子/英亩。在生长季对田地进行六次灌溉，每次灌溉采用1.25英寸的水。玉米在11月1日收获。
通过将液体共聚物以0.50体积％的比例混入UAN中，实现基本均一的材料，从而制得UAN+共聚物材料。所述聚合物是购自美国密苏里州的贝尔顿市(Belton，MO)的专用肥料产品公司(Specialty Fertilizer Products)的用于液体肥料的
Figure BPA00001214016700081
(NSN)。该聚合物是衣康酸和马来酸酐部分的基本等摩尔量的40重量％固体的含水共聚物，用钙离子进行部分中和(CAS#877469-38-0)，pH值为1-2。
通过将液体共聚物以0.50体积％的比例混入液体APP中，实现基本均一的材料，从而制得APP+共聚物材料。所述聚合物是购自美国密苏里州的贝尔顿市(Belton，MO)的专用肥料产品公司(Specialty Fertilizer Products)的
Figure BPA00001214016700091
该聚合物是衣康酸和马来酸酐的部分基本等摩尔量的40重量％固体的含水共聚物，用钠离子进行部分中和(CAS#556055-76-6)，pH值为6-8。
下表列出了该实验的结果，其中磅N/英亩表示施加未处理的UAN，磅N/英亩+NSN表示施加补充了NSN的UAN，磅P205/英亩表示施加未处理的APP，磅P205/英亩+AVAIL表示施加补充了AVAIL的APP。
表2
  处理磅N/英亩和/或磅P205/英亩   产量蒲式耳/英亩
  0磅N/英亩和0磅P205/英亩(对照地样)   148.7F
  160磅N/英亩和30磅P205/英亩   227.7E
  240磅N/英亩和30磅P205/英亩   323.3E
  160磅N/英亩和30磅P205/英亩+AVAIL   240.8D
  240磅N/英亩和30磅P205/英亩+AVAIL   243.6CD
  160磅N/英亩+NSN和30磅P205/英亩   251.1B
  240磅N/英亩+NSN和30磅P205/英亩   248.7BC
  160磅N/英亩+NSN和30磅P205/英亩+AVAIL   258.6A
  240磅N/英亩+NSN和30磅P205/英亩+AVAIL   260.5A
  LSD(0.05)   6.8
  CV％   3.0
方法通过邓肯多重范围检测分离。后面跟有相同符号的方法没有显著不同。
在此实验中，通过以160或240磅N/英亩的量施用UAN+NSN并且在种植的时候作为初始肥料施加AVAIL-处理过的APP，获得了最高的玉米产量。NSN处理过的UAN与单独施用APP的组合所得的产量大于单独施用UAN并且单独施用APP的情况。当施用率为160磅N/英亩的时候，加入两种聚合物使得产量比单独施用N和P的产量增大了31蒲式耳/英亩。同时施用NSN和AVAIL共聚物的时候，产量提高程度最大。该研究表明，通过加入共聚物，含N和P的肥料的功效可以获得显著改进。

Claims (29)

1.一种适合用来对作物施肥的肥料材料，所述肥料材料包含：
第一肥料产品，其包含氨类肥料以及第一共聚物的部分钙盐；和
第二肥料产品，其包含磷肥料和第二共聚物的部分钠盐，
所述第一和第二肥料产品的含量对于所述作物为协同有效量，
所述第一共聚物和第二共聚物单独而独立地选自下组共聚物：包含重复聚合子单元的共聚物，所述子单元各自由以下部分组成：独立而分别选自A，B和C部分的至少两种不同的部分，或者重复的C部分，以及没有不同的C部分，其中A部分具有以下通式
Figure FPA00001214016600011
部分B具有以下通式
Figure FPA00001214016600012
部分C具有以下通式
式中，R1，R2和R7独立地分别选自下组：H、OH、C1-C30直链、支链和环状的烷基或芳基、C1-C30直链、支链和环状烷基或芳基C1-C30基酯基(甲酸酯(C0)、乙酸酯(C1)、丙酸酯(C2)、丁酸酯(C3)等，最高为C30的酯)、R′CO2基团和OR′基，其中R′选自C1-C30直链、支链的链状以及环状烷基或芳基；R3和R4独立地分别选自下组：H、C1-C30直链、支链的链状和环状烷基或芳基；R5、R6、R10和R11独立地分别选自下组：H、碱金属、NH4和C1-C4烷基铵基，Y选自Fe、Mn、Mg、Zn、Cu、Ni、Co、Mo、V、Cr、Si、B和Ca；R8和R9独立地分别选自：没有基团、CH2、C2H4和C3H6。
2.如权利要求1所述的肥料材料，其特征在于，以所述第一肥料产品的总体积为100体积％计，所述第一共聚物的部分钙盐以大约0.01-2体积％的含量与所述氨类肥料产品混合。
3.如权利要求2所述的肥料材料，其特征在于，所述含量约为0.1-0.5体积％。
4.如权利要求1所述的肥料材料，其特征在于，以所述第二肥料产品的总体积为100体积％计，所述第二共聚物的部分钠盐以大约0.01-2体积％的比例与所述磷肥料产品混合。
5.如权利要求4所述的肥料材料，其特征在于，所述含量约为0.1-0.5体积％。
6.如权利要求1所述的肥料材料，其特征在于，所述聚合物具有以下通式
其中X是阳离子，p约为10-500。
7.如权利要求6所述的肥料材料，其特征在于，所述X取代基中的至少一部分是金属阳离子，一部分是H。
8.如权利要求1所述的肥料材料，其特征在于，所述氨类肥料选自：氨、硝酸铵、硫酸铵、脲、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、硝酸钠、硝酸钙、硝酸钾、硝酸钠、脲甲醛、甲基磷酸铵、氨化过磷酸钙，及其混合物。
9.如权利要求8所述的肥料材料，其特征在于，所述氨类肥料包括脲。
10.如权利要求1所述的肥料材料，其特征在于，所述氨类肥料是液体或固体肥料。
11.如权利要求1所述的肥料材料，其特征在于，所述磷肥料选自磷酸二氢铵(MAP)、磷酸氢二铵(DAP)、磷酸钙(正磷酸盐和过磷酸盐)、磷酸铵、过磷酸铵、聚磷酸铵、磷酸、碱性炉渣、磷酸岩、胶体磷酸盐、骨质磷酸盐、硫酸铵、硫代硫酸铵，及其混合物。
12.如权利要求1所述的肥料材料，其特征在于，所述第一和第二共聚物是相同的。
13.如权利要求1所述的肥料材料，其特征在于，所述第一和第二共聚物各自包含衣康酸和马来酸酐的部分。
14.对作物施肥的方法，所述方法包括以下步骤：
将肥料材料施加于土壤或所述作物，所述肥料材料包含第一肥料产品和第二肥料产品，所述第一肥料产品包含氨类肥料和第一共聚物的部分钙盐，所述第二肥料产品包含磷肥料和第二共聚物的部分钠盐，
所述第一和第二肥料产品的含量对于所述作物为协同有效量，
所述第一共聚物和第二共聚物单独而独立地选自下组共聚物：包含重复聚合子单元的共聚物，所述子单元各自由以下部分组成：独立而分别选自A，B和C部分的至少两种不同的部分，或者重复的C部分，以及没有不同的C部分，其中A部分具有以下通式
Figure FPA00001214016600041
部分B具有以下通式
Figure FPA00001214016600042
部分C具有以下通式
Figure FPA00001214016600052
式中，R1，R2和R7独立地分别选自下组：H、OH、C1-C30直链、支链和环状的烷基或芳基、C1-C30直链、支链和环状烷基或芳基C1-C30基酯基(甲酸酯(C0)、乙酸酯(C1)、丙酸酯(C2)、丁酸酯(C3)等，最高为C30的酯)、R′CO2基团和OR′基，其中R′选自C1-C30直链、支链的链状以及环状烷基或芳基；R3和R4独立地分别选自下组：H、C1-C30直链、支链的链状和环状烷基或芳基；R5、R6、R10和R11独立地分别选自下组：H、碱金属、NH4和C1-C4烷基铵基、Y选自Fe、Mn、Mg、Zn、Cu、Ni、Co、Mo、V、Cr、Si、B和Ca；R8和R9独立地分别选自：没有取基团、CH2、C2H4和C3H6。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，以所述第一肥料产品的总体积为100体积％计，所述第一共聚物的部分钙盐以大约0.01-2体积％的比例与所述氨类肥料产品混合。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述含量约为0.1-0.5体积％。
17.如权利要求14所述的方法，其特征在于，以所述第二肥料产品的总体积为100体积％计，所述第二共聚物的部分钠盐以大约0.01-2体积％的比例与所述磷肥料产品混合。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述含量约为0.1-0.5体积％。
19.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述聚合物具有以下通式
Figure FPA00001214016600061
其中X是阳离子，p约为10-500。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述X取代基中的至少一部分是金属阳离子，一部分是H。
21.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述氨类肥料选自：氨、硝酸铵、硫酸铵、脲、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、硝酸钠、硝酸钙、硝酸钾、硝酸钠、脲甲醛、甲基磷酸铵、氨化过磷酸钙、及其混合物。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述氨类肥料包括脲。
23.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述氨类肥料是液体或固体肥料。
24.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述磷肥料选自磷酸二氢铵(MAP)、磷酸氢二铵(DAP)、磷酸钙(正磷酸盐和过磷酸盐)、磷酸铵、过磷酸铵、聚磷酸铵、磷酸、碱性炉渣、磷酸岩、胶体磷酸盐、骨质磷酸盐、硫酸铵、硫代硫酸铵、及其混合物。
25.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述第一和第二共聚物是相同的。
26.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述第一和第二共聚物各自包含衣康酸和马来酸酐的部分。
27.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述第一和第二肥料产品是基本上同时施加的。
28.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述第一和第二肥料产品是顺次施加的。
29.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述第一和第二肥料产品是混合起来然后施加的。
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