CN102417425B - 一种生态缓释尿素复合物、其制备方法和在农业或林业生产中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型生态缓释尿素复合物、其制备方法和在农业或林业中的应用，属于农、林领域，该新型生态缓释尿素复合物以尿素为核心，总氮31～37wt%，植物益生菌活菌数≥2000万/克，有机质2～15wt%，微量元素≥2wt%，中量元素1～3wt%；余量为C、O元素。与现有的相比，本发明能够根据作物不同生长期养分需求的不同，为作物长效、均衡提供多种养分，不同作物专用品敏感中、微量元素的添加和防治植物及蔬菜等缺素症的发生。

Description

一种生态缓释尿素复合物、其制备方法和在农业或林业生产中的应用

技术领域

本发明涉及一种新型生态缓释尿素复合物、其制备方法和在农业或林业生产中的应用。 

背景技术

我国拥有耕地面积约18.26亿亩，而人均不到1.35亩，并且现有耕地正在不断被占用而缩减。提高有限土地资源的产出率是建设现代农业的核心问题。众所周知，由于挥发、淋溶、径流等原因，单施化肥的利用率很低，大部分有效养分流失。肥料利用率低，直接导致农业成本增加和环境污染。据统计，仅氮肥一项，我国每年施用量的约3500万吨（折纯）中，就有2400万吨（折纯）通过不同途径流失掉了，价值上千亿。农业部最新报道：从1980年至1999年的近20年期间,我国粮食增产了34.4%，而化肥施用量增长高达349%，增长速度远高于粮食增产速度。但是,由于我国化肥利用率低,特别是氮肥,每年农田氮肥的损失率是33.3%～73.6%,平均总损失率在60%左右。而另一方面，由于不合理的过量施用化肥又造成了对农作物、土壤、水体和大气的负面影响，诸如土壤板结，肥力水平下降没有后劲，施肥经济效益下滑，农产品品质降低——即所谓“瓜不香、果不甜、菜无味”。氮肥中的氨的硝化使水体中硝酸盐、亚硝酸盐含量增加，导致农产品尤其是蔬菜中硝酸盐、亚硝酸盐含量超标，对人体健康造成威胁。水体的富营养化使藻类及水生植物大量繁殖，这些植物死亡后的遗体分解又致使水体缺氧，水质恶化，鱼虾等水产品死亡等等，同样对人类构成威胁。氮肥的分解、挥发、硝化——反硝化形成的氧化二氮对大气臭氧层的破坏导致紫外线穿透大气层对地球生物造成危害等等。如何减轻上述负面影响，使其降低到最低，这是我国农业实现可持续发展迫切需要解决的问题。           

提高肥料的利用率和肥效，实施农业生产的增产增收，并保护和改善生态环境，为人类提供更多更好的安全食品，这是世界性的重大课题。改变肥料结构和优化肥料性能，创新肥料产品，为农业提供高质量的“绿色肥料”，这是提高肥料利用总体水平的关键，腐植酸与农业的关系最为密切，波及的范围也最广，包括土壤、肥料、植物生理与营养、植物保护、生态农业等。腐植酸的各项应用中，用于肥料的比重约占70%，在腐植酸肥料的开发中，煤炭腐植酸目前占90%。腐植酸类肥料与等养分普通化肥相比，可增产5～35%，这是一个举世属目的重大突破。肥料利用率提高的同时，也减轻了化肥的污染并保护了生态环境，腐植酸对肥料养分的贮藏、运转、吸收和生物化学作用是其他肥料或物质不可替代的。创新开发腐植酸微生物类绿色肥料是实现农业增产增收、并保护生态环境的有效途径和措施。随着经济与技术的发展和人们对绿色食品的渴望与需求，也必将把天然有机物——煤炭腐植酸与微生物的综合利用和科技开发推向深层次、高效益阶段。

发明内容

本申请文件中，新型生态缓释尿素复合物为一种植物生长营养素，褐煤腐殖酸为褐煤中的腐殖酸，褐煤腐殖酸是黄腐植酸、棕腐植酸、黑腐植酸的混合体，属原生腐植酸。 

本申请文件中，如无特别指出，分量比均为重量比。 

本申请文件中，固氮类芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌可以自中国科学院获取。   

本发明的目的之一是提供一种新型生态缓释尿素复合物，该新型生态缓释尿素复合物以尿素为核心，总氮 31～37wt%；植物益生菌活菌数≥2000万/克；有机质  2～15wt%；微量元素 ≥2 wt%；中量元素1～3wt%；余量为C、O元素；所述新型生态缓释尿素复合物PH 7～8，所述有机质为腐殖酸和氨基酸混合物。

作为优选，所述尿素核心外包覆有两层膜，内层膜为二水石膏和半水石膏薄膜，外层膜为植物益生菌、有机质、微量元素、中量元素膜。 

作为优选，所述二水石膏和半水石膏薄膜膜厚为0.01～0.5mm。 

作为优选，所述微量元素为三种或三种以上微量元素，所述中量元素为三种或三种以上中量元素。 

作为优选，所述微量元素为Fe、Mn、Cu、B、Zn；所述中量元素Ca、Mg、S。 

作为优选，所述植物益生菌由固氮类芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌组成。 

本发明的另一目的是提供一种上述新型生态缓释尿素复合物的制备方法，包括以下步骤： 

 步骤一：半水石膏制备  

    磷石膏在130～200℃脱水，用雷蒙磨研磨； 

步骤二：尿素与半水石膏混合

将步骤一中得到的半水石膏与尿素，按尿素：半水石膏重量份67～80：33～20比例混合；

步骤三：半水石膏的水化成膜

在25～60℃下，将1～8 wt %的水雾化喷入含有步骤二中得到半水石膏与尿素混合物的回转圆筒包膜机内，水化反应，使尿素表面形成一层二水石膏和半水石膏的薄膜；

步骤四、二次包膜

将固氮类芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌1～5份，加入到5～25份有机包膜液中，经搅拌混合均匀后加入1～5份硫酸镁、10～20份硫酸锌、2～10份硫酸锰、1～5份硼酸钠，再经搅拌混合均匀，按5～15：95的重量比喷涂到步骤三所得薄膜包膜的缓释尿素上。

作为优选，所述上述方法中所述步骤一中脱水时间为10～60分钟，制得的半水石膏中99%可过150目筛子，所述步骤二混合在回转圆筒包膜机内，所述步骤三中水化反应时间为5s～30分钟，所形成的二水石膏和半水石膏的薄膜厚度为0.01～0.5mm；所述步骤四中固氮类芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌中，活菌数/克为20～30亿，所述有机包膜液含有机质20～50 wt %、氮1～5wt %、钾1～5wt %；所述有机质含黄腐植酸 5～10 wt %、棕腐植酸14～35 wt %和氨基酸1～5wt %。 

本发明的再一目的是将上述所述的新型生态缓释尿素复合物应用在农业、林业生产中。 

作为优选，所述应用在小麦、玉米、水稻或蔬菜瓜果穴施、撒施作为基肥或追肥。 

发明原理及有益效果： 

1、在添加固氮类芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌后，氮利用率提高20～40个百分点，磷利用率提高15～30个百分点，植物吸钾量提高1。5倍以上，这是一个举世属目的重大突破。

2、≤150目筛的半水石膏，采用扑粉的方法涂在尿素表面，再经水合反应形成一层0.01～0.5mm均匀的二水石膏薄膜，利用石膏（二水硫酸钙）薄膜的微溶性控制了尿素有效养分的释放，解决了尿素有效养分释放与植物生长需求有效养分不同步的问题，提高肥料的利用率。 

3、磷石膏脱水、研磨制成≤150目筛的半水石膏，经扑粉涂在尿素表面，水合成二水石膏薄膜，解决石膏不易包膜尿素的问题。 

4、植物生长营养素的生产工艺过程中，利用形成的二水石膏薄膜不光滑表面，进行二次扑粉引入腐植酸有机质、植物益生菌、微量元素，提高其有效养分释放的控制功能和增加其功能基团的含量及生理活性。 

5、生产工艺合理，并以适宜的步骤加入植物益生菌，有效地避免和防止了植物益生菌植入高含量肥料中大量死亡。通过上述技术方案的实施，保证了植物生长营养素的各项质量指标和对农作物的作用及功效。 

6、本品含有作物生长所需的大量元素养分N和中、微量元素，经石膏和腐植酸、氨基酸、植物益生菌等二次包膜，能够根据作物不同生长期养分需求的不同，为作物长效、均衡提供多种养分，不同作物专用品敏感中、微量元素的添加克防治植物及蔬菜等缺素症的发生。石膏与腐植酸的二次扑粉包膜具有控制尿素中氮养分的释放速度，使之与植物生长相匹配，同时腐植酸和植物益生菌具有固氮、解磷、解钾作用并加速各种营养元素的释放和运转，减少土壤中肥料的固定与流失，提高肥料利用率，减轻污染，保护环境。 

7、改良土壤，棕腐植酸和黄腐植酸FA本身是一种胶体物质，通过一些阳离子（如Ca²⁺桥）与土壤的无机胶体结合，形成有机无机胶体复合体（棕腐植酸和黄植酸的阳离子络合胶体）；棕腐植酸、黄腐植酸FA这种高分子聚合物，它在土壤里发生絮凝成为一种胶合剂，能把分散的土粒胶结起来，通过以上两种物理化学作用所形成的团粒结构水稳定性很好，促进了土壤微结构改善，孔隙度增加，容重降低，土壤疏松，理化性质和生物学形状改善，减轻了由于施用化肥造成土壤的板结状况。 

8、独特的抗旱效果，棕腐植酸和黄腐植酸能够使作物叶片气孔张度缩小，减少水分蒸发，使植株和土壤保持较多水分，是一种理想的蒸发抑制剂，在当前世界淡水资源普遍匮乏的严峻形势下，棕腐植酸和黄腐植酸在抗旱和抵御干热风危害方面的独特效果意义重大。棕腐植酸能够促进促进根系发育并提高根系活力，增强了植物吸水、吸肥能力，使作物生长健壮，抗旱能力提高。 

9、本品中棕腐植酸和黄腐植酸的多种功能团（羟基和羧基等功能团）能够激活并提高土壤中有益微生物及多种酶的活性，激活和提高植物体内多种酶的活性和增加叶绿素含量，使新陈代谢旺盛，光合作用加强，加快了对养分的吸收，蛋白质、糖分、维C和干物质增多，抗寒、抗旱等抗逆能力提高，增加了产量，提高了品质。 

10、棕腐植酸和黄腐植酸本身是一种优良的络合剂，与二价离子生成螯合物，使其易溶于水，提高了植物对微量元素的吸收和运转能力。 

11、产品中棕腐植酸和黄腐植酸有很好的抑制有害菌类生长，防病、抗病作用，它可以与农药通过物理化学作用形成农药—棕腐植酸和黄腐植酸的复合体，降低农药的分解速率，使农药增效，用量减少，降低残留，有利于绿色食品的开发，提高了农产品的安全性，减轻了环境污染。 

附图说明

图1为本发明生态缓释尿素制备工艺流程图。 

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。 

按图1所述的生态缓释尿素制备工艺流程图制备生态缓释尿素复合物，其中： 

步骤一：半水石膏制备  

    磷石膏在脱水炉中于130～200℃脱水10～60分钟，用雷蒙磨研磨即可制得过150目筛子99%的半水石膏。 

步骤二：尿素与半水石膏混合 

将步骤一中得到的半水石膏与尿素，按尿素：半水石膏（CaSO4·1/2H2O）=（67～80）：（33～20）的比例在回转圆筒包膜机内混合。

步骤三：半水石膏的水化成膜 

在25～60℃下，将重量为步骤二产物的1～8 wt %的水雾化喷入含有步骤二产物的回转圆筒包膜机内（不断旋转过程中），水化反应5s～30分钟，使尿素表面形成一层0.01～0.5mm的二水石膏和半水石膏的薄膜。

步骤四、二次包膜 

将固氮类芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌（20～30亿活菌数/克）1～5份，加入到5～25份褐煤和味精废液提取的有机包膜液中，经搅拌混合均匀后加入1～5份硫酸镁、10～20份硫酸锌、2～10份硫酸锰、1～5份硼酸钠，再经搅拌混合均匀，按5～15：95的重量比喷涂到步骤三所得二水石膏和半水石膏的薄膜包膜的缓释尿素上，计量包装，即得生态缓释尿素。

上述步骤中固氮类芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌其相互比例是无关紧要的。 

上述步骤中的有机包膜液含有机质20～50 wt %、氮1～5wt %、钾1～5wt %；所述有机质含黄腐植酸 5～10 wt %、棕腐植酸14～35 wt %和氨基酸1～5wt %。该有机包膜液是通过以下步骤制取的： 

步骤1：将褐煤（腐植酸）粉碎（≤100目），按褐煤：碱=1: 1 ～ 7的重量比加入5～15%的氢氧化钾溶液，在80～100℃下在蒸煮提取器中蒸煮提取1～2h,提取液经压滤器分离除渣后，按50:3～5的重量比向滤液中加入10%的双氧水，于50～69℃在活化槽中氧解活化3～4小时，制得活化液A；

步骤2：将味精生产高浓度废液加热浓缩提浓，在过滤器中过滤分离，取滤饼在100～120℃下干燥10～60分钟，粉碎（≤150目），制得粉剂B；

步骤3： 将1000份步骤1中得到的活化液A加入混合器中，在40～60℃下加入35～40份钼酸铵，待溶解后再加入150～300份粉剂B，搅拌混合，加入10份增效愈创木酚和5份糖蜜，即得有机包膜液。

实验1： 

1）将磷石膏在130～200℃条件下，脱水10～60分钟，使之形成半水石膏，并将粉磨至≤150目。

2）按尿素：半水石膏（CaSO₄·1/2H₂O）=75：28的比例在回转圆筒包膜机内混合。 

3）在25～60℃下，将6 wt %的水雾化喷入含有步骤1）中得到半水石膏与尿素混合物的回转圆筒包膜机内（不断旋转过程中）中进行扑粉，水化反应5s～30分钟，使尿素表面形成一层0.01～0.5mm的二水石膏和半水石膏的薄膜。 

4）将固氮类芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌（20～30亿活菌数/克）3份，加入到15份有机包膜液中，经搅拌混合均匀后加入3份硫酸镁、15份硫酸锌、6份硫酸锰、3份硼酸钠，再经搅拌混合均匀，按10：90的重量比喷涂到步骤3.所得二水石膏和半水石膏的薄膜包膜的缓释尿素上，得生态缓释尿素复合物。 

实验1所得的生态缓释尿素复合物各组分的含量为： 总氮37wt%，植物益生菌活菌数≥2000万/克，有机质10wt%，微量元素（Fe、Mn、Cu、B、Zn等）≥2 wt%，PH7～8,还含有Ca、Mg、S等中量元素。 

实验2： 

将实验1所制备的生态缓释尿素复合物用于玉米种植中。供试玉米品种东单60，土壤为棕壤，栽培方式是盆栽，盆钵为30厘米（外径）×30厘米（高度），挑选大小一致的玉米种苗移载。每一盆移载玉米两株、间距10厘米，共试10盆；玉米栽培试验：每一盆穴施实验1所得的生态缓释尿素复合物24.0克，磷酸一铵7.1克，16克氯化钾；

实验3：

将实验1所制备的生态缓释尿素复合物用于小麦种植中。供试小麦品种为豫麦28号，土壤为棕壤，栽培方式是盆栽，盆钵为30厘米（外径）×30厘米（高度），挑选大小一致的小麦种苗移载。每一盆移载小麦6株，共试10盆。每一盆穴施生态缓释尿素10.5克，过磷酸钙17.5克，11.2克硫酸钾。

对比实验1： 

除采用的植物生长营养素不同外，其余条件同实验2。本实验采用的是江苏通州腐植酸包膜尿素（总氮37%）24.0克。

对比实验2： 

除采用的植物生长营养素不同外，其余条件同实验3。本实验采用的是江苏通州腐植酸包膜尿素（总氮37%）10.5克。

实验2同对比实验1实验结果：实验2比对比实验1平均提前3～10天成熟，籽粒较饱满、平均增产幅度3%～10%。 

实验3同对比实验2实验结果比较：实验3比对比实验2叶片宽厚、平均单果重增加、单惠籽粒平均多5%～10%、平均增产幅度5%～12%，平均提前成熟5～10天。 

上面对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明并不止局限于上述实施方式，大部分凡是在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化均在本发明保护的范围之内。 

Claims (1)

1.一种制备生态缓释尿素复合物的制备方法，包括以下步骤：

 步骤一：半水石膏制备  

  磷石膏在130～200℃脱水，用雷蒙磨研磨； 

 步骤二：尿素与半水石膏混合

将步骤一中得到的半水石膏与尿素，按尿素：半水石膏重量份67～80：33～20的比例混合；

步骤三：半水石膏的水化成膜

在25～60℃下，将步骤二产物的1～8 wt %的水雾化喷入含有步骤二中得到半水石膏与尿素混合物的回转圆筒包膜机内，水化反应，使尿素表面形成一层二水石膏和半水石膏的薄膜；

步骤四：二次包膜

将固氮类芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌1～5份，加入到5～25份有机包膜液中，经搅拌混合均匀后加入1～5份硫酸镁、10～20份硫酸锌、2～10份硫酸锰、1～5份硼酸钠，再经搅拌混合均匀，按5～15：95的重量比喷涂到步骤三所得薄膜包膜的缓释尿素上；所述有机包膜液含有机质20～50 wt %、氮1～5wt %、钾1～5wt %。

2.根据权利要求1所述的生态缓释尿素复合物的制备方法，其特征在于：所述步骤一中脱水时间为10～60分钟，制得的半水石膏中99%可过150目筛子，所述步骤二混合在回转圆筒包膜机内，所述步骤三中水化反应时间为5s～30分钟，所形成的二水石膏和半水石膏的薄膜厚度为0.01～0.5mm；所述步骤四中固氮类芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌中，活菌数/克为20～30亿；所述有机质含黄腐植酸 5～10 wt %、棕腐植酸14～35 wt %和氨基酸1～5wt %。