CN102515959B - 一种用于化肥的水溶性高分子增效剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于化肥的水溶性高分子增效剂、其制备方法及应用方法，该化肥增效剂包括10%～20%（重量百分比）的瓜儿豆胶、20%～30%（重量百分比）的非离子型聚丙烯酰胺、20%～30%（重量百分比）的聚丙烯酸钾、20%～30%（重量百分比）的聚硅酸钾。本发明中的水溶性高分子增效剂能明显增加磷在土壤中的传输速度和传输距离，降低磷被固定的机率，提高土壤的保水性能和保肥性能，农作物增产效果显著，有效提高化肥利用率和减少化肥使用量。

Description

一种用于化肥的水溶性高分子增效剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种水溶性高分子增效剂，特别涉及一种化肥用的增效剂及其制备方法和应用。

背景技术

磷是植物生长发育必需的氮磷钾三大元素之一。磷肥被植物吸收以后，在植物体内参与多种形式的新陈代谢过程，是构成核蛋白、磷脂和植素不可缺少的组分。

大量实验结果表明有些土壤中的磷含量很高，但是作物对磷的利用率很低，仅为10-25%，主要原因是磷肥在土壤中移动性很小和易被化学固定。磷在土壤中的移动距离一般为1-3cm，绝大多数都集中在施肥点周围0.5cm范围内。中国专利CN101289345A公开了一种增效复合肥，其是在普通的复合化肥中加入聚天冬氨酸或者其盐和解磷剂，解磷剂为草酸、柠檬酸、酒石酸、丙烯酸、沸石粉、腐植酸中的一种或者几种的组合，虽然其可以降低磷的被固定，但是磷肥向周围移动的速度还是非常有限，影响磷肥的利用率。

由于磷肥在当季的利用率很低，低的磷肥转化利用率，也制约植物对其他元素的吸收利用，是影响化肥整体利用率的原因之一。仅靠简单的增加磷肥用量来弥补磷肥的利用率低带来的不足，又会使土壤中更多有用的离子如钙、镁、铁、锰、锌、铜等元素的离子被磷肥所固定，失去应有的离子活性，进一步加剧了土壤中植物营养元素的失衡，降低作物产量，劣化作物品质。同时，由于化肥利用率低，为实现单产高产，不得不加大用量，结果造成环境污染，资源浪费。

因此，增加化肥中磷元素（无机磷）在土壤中的传输特性，提高磷肥利用率，对增加农作物产量、改善作物品质以及环保、节能十分重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是由于磷肥在土壤中的移动距离小且容易被固定，保水、保肥性能差，导致当季磷肥的利用率低，造成化肥浪费，环境污染严重。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种作为用于化肥的水溶性高分子增效剂，包括重量百分比如下各组分：瓜儿豆胶10%～20%、非离子型聚丙烯酰胺20%～30%、聚丙烯酸钾20%～30%、聚硅酸钾20%～30%。根据施肥地区测土结果，还可以适当的加入约1%（重量比）的四硼酸钾或硼酸或七水硫酸锌等，所述高分子增效剂为灰白色粉末状，解决了化肥中的磷（无机磷）在土壤中的传输距离短，传输速度慢的问题，施用含有水溶性高分子增效剂化肥的土壤，该土壤中磷的传输距离显著增加，同时增加了土壤中的保水特性和保肥特性，更利于作物生长，适于多种作物使用，如小麦、玉米、棉花、蔬菜、果树、大豆、油菜、花生等。

本发明还提供了一种化肥用的水溶性高分子增效剂的制备方法，包括以下步骤：按重量百分比称取以下各物质：瓜儿豆胶10%～20%、非离子型聚丙烯酰胺20%～30%、聚丙烯酸钾20%～30%、聚硅酸钾20%～30%；将称取的物质采用干粉混合法进行混合。各组分按要求称量后在双螺旋锥形干粉混合机或者立式干粉混合机中搅拌混合，可以是常用的干粉混合方法。

本发明还提供一种水溶性高分子增效剂的应用方法，施肥时将水溶性高分子增效剂与化肥按重量比1：4～1：19混匀，然后施用；或在化肥生产加工过程中添加5%～20%（重量比）的水溶性高分子增效剂进行造粒制成，然后施用。所述化肥包括按照国家标准或者其他地方标准、企业标准生产的尿基、硝基或者硫基复合肥，如尿素，硫酸钾，氯化钾，硝酸铵，磷酸一铵，磷酸二铵，磷酸二氢钾等市售的普通化肥。含有本发明水溶性高分子增效剂配制的复混化肥或复合化肥，有效氮磷钾总含量一般不低于50%。

进一步，所述化肥与本发明水溶性增效剂结合使用时或在普通化肥生产加工过程加入造粒，所述水溶性高分子增效剂含量为10%（重量百分比），将水溶性高分子增效剂直接与普通复混化肥、复合化肥混合均匀，然后施用，或者在普通复混化肥、复合化肥加工过程中加入，通过造粒加工形成，然后施用，均能起到减少磷酸根与金属离子接触频率的作用，降低了磷被固化的机率，并为化肥中磷素的传输创造了一个膜状的通道，在不改变土壤通透性的前提下，使离散的土壤颗粒形成了离子可以顺利传导的连续结构，磷肥的迁移距离在相同时间范围内可大大提高，大大增加了磷元素与作物根系的接触，提高了磷肥的利用率，并带动氮磷钾整体利用率的提高。

同时，添加高分子增效剂的复混肥料、复合肥料在水中溶解后，形成一种蛋清状胶体水溶液，在这种状态下的水溶液中的营养物质可以在浓度梯度驱动下长距离传输，有利于被植物根系吸收，同时这种状态下的水溶液物质可以很好的附着于土壤粒子表面，与土壤表面胶体物质溶为一体，起到保水、保肥作用。

本发明的有益效果是：含有水溶性高分子增效剂化肥，能增加磷肥的移动速度和移动距离，降低磷肥被固化的机率，增加保水性和保肥性，提高化肥利用率，与其它化肥相比，在减少化肥用量的情况下实现单产增产，增加农民收入，减少化肥污染，节约资源。

本发明还具有如下的优势和特点：

（1）土壤中施入含有水溶性高分子组合物质后，明显增加了土壤中的水分含量，土壤保水性得到改善，进而改善了化肥在土壤中的水溶液含量，而植物根系往往只吸收水溶液中的化肥，因此，有利于作物对化肥的吸收利用。（2）土壤中磷的扩散系数受土壤含水率影响大，随着土壤含水量的增加，土壤磷的扩散系数明显增加，这是因为含水率的增加，扩大了土壤磷扩散的有效截面积，土壤表面水膜变厚，离子扩散阻力减少，途径变短，同时增加了固相磷向液相的转化速率，即增加了磷在土壤液相的迁移速率，又降低了磷的吸附作用，土壤中水分含量较高时，土壤液相水力连续性增加，磷的扩散系数也增加。扩散系数与土壤中含水率的关系成幂函数关系。

（3）水溶性高分子组合物质都具有一定的离子交换特性，与土壤中的钙镁离子结合后，可置换出钾离子等，形成离子交联的高分子膜，对高分子水溶液中的水溶性磷起保护作用，减少或避免了水溶性磷被固化或沉淀。

（4）高分子组合物质溶解后形成一种蛋清状胶体水溶液,也属于是一种仿生物质。因为自然界生物为了克服重力的影响都利用了自身生成的胶体水溶液在垂直面上有很好的附着性，同时又能在浓度梯度驱动下有效的扩散，从而满足了生物对各种养分传导的需求。

（5）高分子组合物质其粘度比水明显增加，当土壤遇到灌溉水或雨水时，高分子水溶液中的磷元素不易被冲稀或淋洗，减少化肥的下渗与损失。

（6）本发明的受试样品化肥对雌、雄小鼠的急性口服毒性LD50（半数致死量）均大于5000mg/kg，属于无毒、无污染、环保型化肥。

本专利主要是利用一种水溶性高分子增效剂增加磷肥在土壤中的移动速度和移动距离，降低磷肥被固定的机率，同时提高保水、保肥性能。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：

实施例1

制备本发明的化肥增效剂

瓜尔豆胶10%，聚硅酸钾30%，聚丙烯酸钾30%，非离子聚丙烯酰胺30%。各组分按上述比例取料总重100公斤，放置在双螺旋锥形干粉混合机中搅拌混合25分钟即可包装，检验合格后即可使用。

实施例2

制备本发明的化肥增效剂

瓜尔豆胶20%，聚硅酸钾20%，聚丙烯酸钾30%，非离子聚丙烯酰胺30%。各组分按上述比例取料总重100公斤，放置在双螺旋锥形干粉混合机中搅拌混合25分钟即可包装，检验合格后即可使用。

实施例3

制备本发明的化肥增效剂

瓜尔豆胶20%，聚硅酸钾30%，聚丙烯酸钾20%，非离子聚丙烯酰胺30%。各组分按上述比例取料总重100公斤，放置在双螺旋锥形干粉混合机中搅拌混合25分钟即可包装，检验合格后即可使用。

实施例4

制备本发明的化肥增效剂

瓜尔豆胶20%，聚硅酸钾30%，聚丙烯酸钾30%，非离子聚丙烯酰胺20%。各组分按上述比例取料总重100公斤，放置在双螺旋锥形干粉混合机中搅拌混合25分钟即可包装，检验合格后即可使用。

实施例5

制备本发明的化肥增效剂

瓜尔豆胶20%，聚硅酸钾20%，聚丙烯酸钾30%，非离子聚丙烯酰胺29%，四硼酸钾1%。各组分按上述比例取料总重100公斤，放置在双螺旋锥形干粉混合机中搅拌混合25分钟即可包装，检验合格后即可使用。

实施例6

本发明的化肥增效剂对土壤中磷的传输作用对比试验

（1）模拟土壤：以细度为150目的石英砂占50%，与细度为15目的石英砂占50%的混合物为模拟土壤。其原因是纯净的石英砂不含能与磷反应的活性物质，石英砂具有与真实土壤类似的表面亲水特性，常作为实验室用模拟土壤。

（2）用蒸馏水反复清洗模拟土壤，尽可能排除杂质对实验结果的干扰。

（3）向石英砂中加入浓度为万分之五的水溶性高分子水溶液直到充满模拟土壤中的全部空隙，打开盛有石英砂模拟土壤的容器底部的塑料隔离膜，让水分通过滤布在重力作用下自然流出，待水流出结束后，测量石英砂中水分含量，模拟土壤中的田间持水量。

（4）用蒸馏水代替高分子水溶液在与（3）相类似的模拟土壤容器中注水，充满模拟土壤全部空隙，打开盛有石英砂模拟土壤的容器底部塑料隔离膜，流出全部重力水，待水流出结束后，测量石英砂中水分含量，模拟对照物中的田间持水量。

（5）在模拟土壤表面圆心处放置一片直径为5毫米，厚度为2毫米的磷酸二氢钾药片，模拟土壤中的磷肥

（6）用塑料薄膜包封模拟土壤容器，以保持土壤中水分不会挥发

（7）将模拟土壤圆心360度均分为三份，每隔120度沿半径方向，每隔1厘米取样，每次取样沿半径方向依次错开，每隔120度重复取样一次，每次取样约0.2克模拟土壤

（8）将模拟土壤取样用蒸馏水多次淋洗，其淋洗的水溶液用于测量磷含量

（9）依照国家标准中磷元素测量方法（分光光度法）测量模拟土壤不同时刻、不同位置淋洗液中的磷含量，折算成土壤中的磷含量，以此计算磷元素在土壤中的传输扩散特性。

表1.24小时后磷的传输特性对比

表2.48小时后磷的传输特性对比

表3.72小时后磷的传输特性对比

实施例7

本发明的化肥增效剂对土壤保水特性对比试验

（1）在与实施例6中（1）（2）（3）相同的方法模拟含有水溶性高分子土壤。

（2）在与实施例6中（1）（2）（4）相同的方法模拟不含有水溶性高分子的空白土壤。

表4.保水性对比

结果表明，含有万分之五高分子增效剂水溶液的模拟土壤，其田间持水量比不含有高分子增效剂水溶液的空白土壤，其含水量多出2.4个百分点，相对含量增加了13.1%。说明水溶性高分子增效剂能有效增加土壤的保水性能。

实施例8

本发明的水溶性高分子增效剂对土壤保肥特性对比试验

（1）在与实施例6（1）（2）（3）相同的方法模拟含有水溶性高分子土壤

（2）在与实施例6（1）（2）（4）相同的方法模拟不含有水溶性高分子的空白土壤。

（3）各取0.35克磷酸二氢钾粉末，分别施入两种模拟土壤表面，经24小时后，分别用500毫升蒸馏水淋洗两种模拟土壤容器，用容器接住经模拟土壤底部纱布过滤后流出的磷酸二氢钾的淋洗水溶液，测量两种模拟土壤经淋洗后的磷酸二氢钾水溶液中的磷含量，以此测量水溶性高分子对磷肥的保肥特性。

表5.保肥性对比(模拟土壤施磷后淋洗液中磷含量)

结果表明，不含有万分之五高分子水溶液的模拟土壤，施磷后淋洗液中磷的含量远高出含有万分之五高分子水溶液模拟土壤施磷后淋洗液中磷的含量。空白试样的淋洗液中磷的含量是后者的60.62倍，说明含有万分之五高分子水溶液的模拟土壤具有明显的保肥效果。

实施例9

本发明的水溶性高分子增效剂与普通复混或/和复合化肥结合时的应用

磷酸二铵90%，水溶性高分子增效剂10%，两组分总重量为100公斤，放置于立式干粉混合机中搅拌混合30分钟，检验合格后即可使用。

实施例10

本发明的水溶性高分子增效剂与普通复混或/和复合化肥结合时的应用

磷酸二铵95%，水溶性高分子增效剂5%，两组分总重量为100公斤，放置于立式干粉混合机中搅拌混合30分钟，检验合格后即可使用。

实施例11

本发明的水溶性高分子增效剂与普通复混或/和复合化肥结合时的应用

磷酸二氢钾80%，水溶性高分子增效剂20%，两组分总重量为100公斤，放置于立式干粉混合机中搅拌混合30分钟，检验合格后即可使用。

实施例12

本发明的水溶性高分子增效剂与氮鳞钾复混肥配合时的应用：

某蔬菜用水溶性高分子增效肥，N-P-K=20-10-20,各组分按要求配制后，合计含量为85%，水溶性高分子增效剂含量为15%。两组分总重量为500公斤，放置于立式干粉混合机中搅拌混合30分钟，检验合格后即可使用。

实施例13

以下（包括实施例14、15、16、17）提供评价本发明水溶性高分子增效

剂与普通复混化肥或者复合化肥混合时，增效剂的增效作用对比试验数据：

试验地：河北省永年县，

2011年，夏玉米，大面积示范

示范田（连片210亩）：底肥施含有10%（重量百分比）水溶性高分子增效剂的瑞泰丰复混肥25公斤/亩，养分含量为氮磷钾28-10-10。喇叭口期追施瑞泰丰复混肥料12.5公斤/亩。

对照田（连片50亩）：底肥施常规复合肥料40公斤/亩，养分含量为氮磷钾15-15-15。大喇叭口期追施尿素20公斤/亩。

表6.不同处理对玉米生物学性状的影响

处理	气生根层数	基部第一节茎粗cm	茎倒伏率%	茎折断率%
					示范田	3.2	3.3	0	0
对照田	2.4	2.7	62	8.2

表7.不同处理对玉米玉米产量的影响

由示范结果可以看出，示范田每亩肥料用量比对照田减少37.5%，示范田平均亩产744.8公斤，比对照田亩产681公斤增加63.8公斤，增产率9.37%；比全县平均亩产606.9公斤增加137.9公斤，增产率22.7%。说明与普通化肥相比，在减少化肥用量的情况下实现亩产增加，较大的提高了化肥的利用率。

实施例14

试验地：河北省永年县

2010—2011年，冬小麦

试验田（6亩）：底肥施含有10%（重量百分比）水溶性高分子增效剂的复合肥25公斤/亩,养分含量为氮磷钾28-10-10。返青后追施尿素10公斤/亩。

对照田（2.2亩）：底肥施常规化肥史丹利牌复合肥35公斤/亩，养分含量为氮磷钾18-22-8。返青后追施尿素17.5公斤/亩。

表8.小麦苗情考察

据以上小麦苗情分析，冬前试验田比对照田亩蘖增4.1万，单株分蘖、次生根分别比对照增0.2个、0.6条。

返青期调查试验田亩分蘖达86万，比对照田增加3万，次生根增加2条。

起身期调查试验田亩蘖101万，比对照田增加3万，生根达7条，比对照田增加2条。

在各生育期调查观察中，试验田苗情好于对照田，表现出叶色深、浓绿，整齐一致，没有出现脱肥现象。

表9.产量结构

	亩穗数	穗粒数	千粒重	亩产
					试验田	36.7	30.6	45.4	433
对照田	35	29.4	44.3	388

根据以上可以看出，试验田每亩用肥35公斤，对照田每亩用肥52.5公斤，试验田肥料用量比对照田减少33.3%，试验田亩产比对照田增加45公斤，增产率11.5%。

实施例15

试验地：河北省大名县，

2007—2008年，冬小麦

示范田：底肥施含有10%（重量百分比）水溶性高分子增效剂的复合肥12.5公斤/亩,追肥施相同的肥料12.5公斤/亩。

对照田：底肥施常规化肥磷酸二铵30公斤/亩，追肥施尿素20公斤/亩。

表10.对比产量调查结果

上述数据可以看出，示范田施用含有10%（重量百分比）水溶性高分子增效剂的复合肥，示范田肥料用量比对照田减少50%，示范田产量比对照田亩产增加了54公斤，增产率12.7%。

实施例16

试验地：河南省商丘市，

2008—2009年冬小麦

示范田：底肥施含有10%（重量百分比）水溶性高分子增效剂的万木春复合肥12.5公斤/亩,追肥施相同的肥料10公斤/亩。

对照田：底肥施常规化肥碳铵50公斤/亩、磷肥50公斤/亩，追肥施尿素15公斤/亩。

表11.对比产量调查结果

上述数据可以看出，示范田施用含有10%（重量百分比）水溶性高分子增效剂的万木春复合肥，示范田肥料用量比对照田减少80.4%，示范田产量比对照田亩产增加了55.2公斤，增产率12.5%。

实施例17

试验地：河北省永年县

2007—2008年冬小麦

示范田：底肥施含有10%（重量百分比）水溶性高分子增效剂的万木春复合肥12.5公斤/亩,追肥施相同的肥料12.5公斤/亩。

对照田：底肥施常规化肥碳铵80公斤/亩、磷肥100公斤/亩，追肥施尿素15公斤/亩。

表11.对比产量调查结果

上述数据可以看出，示范田施用含有10%（重量百分比）水溶性高分子增效剂的万木春复合肥，示范田肥料用量比对照田减少87.1%，示范田产量比对照田亩产增加了118.9公斤，增产率34.1%。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，其中一系列数字表明含有水溶性高分子增效剂的化肥，与其它化肥相比，在用量减少的情况下仍能实现单产增产，这就印证了含有水溶性高分子增效剂的化肥的利用率提高了。上述实施例并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于化肥的水溶性高分子增效剂，包括重量百分比如下各组分：瓜儿豆胶10%～20%、非离子型聚丙烯酰胺20%～30%、聚丙烯酸钾20%～30%、聚硅酸钾20%～30%。

2.一种用于化肥的水溶性高分子增效剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）按重量百分比称取以下各物质：瓜儿豆胶10%～20%、非离子型聚丙烯酰胺20%～30%、聚丙烯酸钾20%～30%、聚硅酸钾20%～30%；（2）将称取的物质采用干粉混合法进行混合。

3.一种权利要求1所述的水溶性高分子增效剂的应用方法，其特征在于：将权利要求1所述的水溶性高分子增效剂与化肥按重量比1：4～1：19混匀，然后施用或在化肥生产加工过程中添加5%～20%（重量比）的水溶性高分子增效剂进行造粒，然后施用。

4.根据权利要求3所述水溶性高分子增效剂的应用方法，其特征在于：所述水溶性高分子增效剂与化肥按重量比1：10混匀。

5.根据权利要求3所述水溶性高分子增效剂的应用方法，其特征在于：在化肥生产加工过程中添加10%（重量比）的水溶性高分子增效剂进行造粒制成。

6.根据权利要求3至5任一项所述水溶性高分子增效剂的应用方法，其特征在于：所述化肥为尿素、硫酸钾、氯化钾、硝酸铵、磷酸一铵、磷酸二铵、磷酸二氢钾中的一种或几种的混合物。