CN103351216A - 一种氮肥高分子复合增效剂及其配制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种化肥增效剂，尤其是一种氮肥高分子复合增效剂及其配制方法。增效剂包含高吸水性树脂、沸石和腐植酸钾，所述各材料的重量比为：高吸水性树脂1～1.5、沸石6～10、腐植酸钾0.5～0.8，所述步骤为：筛选高吸水性树脂、沸石和腐植酸钾；将高吸水性树脂、沸石、腐植酸钾烘干；按比例混匀，与增效剂与氮肥纯量的重量比1:1～1.4进行混合。本发明具优点和意义：具有吸附和调节氮肥释放速率，提高氮肥的利用效率，同时具有改善土壤团粒结构、促进植物的水肥吸收和促进作物生长、可反复利用等特点。该增效剂能够提高作物对氮肥的利用效率，减小农民负担，减小氮肥流失造成的环境污染，具有实现农业增产、节肥和环保相结合的特点。

Description

一种氮肥高分子复合增效剂及其配制方法

技术领域

本发明涉及一种氮肥增效剂，尤其是一种氮肥高分子复合增效剂及其配制方法。 

背景技术

严重的干旱缺水问题一直是制约我国，特别是西北干旱半干旱地区经济社会发展的重要因素。作为一个农业大国，当前我国农业用水约占全国总用水量的70%，但农业水生产效率却只有不到1.0kg/m³。于此同时，我国从上世纪70年代初开始大量施用氮肥，目前已成为世界上最大的氮肥消费国。作物产量大幅增长的同时，过量氮肥的施用及仅有30%～35%的氮肥利用率，导致了水体富营养化、地下水硝酸盐含量升高、土壤及作物中硝酸盐累积，威胁人类健康等一系列问题，并造成巨大的直接经济损失。因此，为实现水肥高效耦合，提高农作物生产效益，实现从源头上控制氮素污染，保障环境安全，必须提高水分利用效率，增强肥效，减少氮肥施用。 

研发合适的外源添加物以改善土壤环境，增强土壤对水肥的吸持能力并进而提高水肥利用率是农业保水保肥的重要手段。当前，国内已有学者研制开发出了保水剂、氮肥增效剂等产品，将高分子材料与复合肥、尿素、沸石等材料以包裹、混合等方式加工，为农业抗旱保墒提供了新的技术手段。但这些材料在应用过程中仍存在成本较高、生产、配制工艺复杂、增强剂本身无法改善土壤营养环境等问题。为此，提出一种材料易得、制备简单、具有改善土壤理化及生物营养环境特点的绿色生态型肥料增效剂具有重要意义。 

发明内容

为促进土壤保持水肥，提高作物的水肥有效性，本发明以特定材料的物化特性和吸附效能为基础，提出了基于高分子吸水性树脂与沸石、腐植酸钾协同耦合作用的氮肥增效剂，并通过反复试验提出能最大限度发挥不同材料间的协同效应，并获得最佳综合效益的制备方案，在此基础上，提出该种氮肥增效剂与氮肥的配施方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包含高吸水性树脂、沸石和腐植酸钾。 

所述各材料的重量比份数为：高吸水性树脂1～1.5、沸石6～10、腐植酸钾0.5～0.8。 

高吸水性树脂为聚丙烯酰胺-无机矿物复合型高分子。 

沸石可以为天然沸石或人造沸石。 

高吸水性树脂可以为聚丙烯酸盐高分子材料或淀粉-聚丙烯酸盐性高分子材料，根据应用环境不同，也可以选用其他类型高吸水性树脂材料。 

一种氮肥高分子复合增效剂配制方法，所述步骤为： 

步骤1）根据应用环境筛选高吸水性树脂、沸石和腐植酸钾； 

步骤2）将高吸水性树脂、沸石、腐植酸钾烘干，使其含水率<20%，过至少100目筛； 

步骤3）将高吸水性树脂、沸石、腐植酸钾按比例混匀； 

步骤4）将高分子复合增效剂与氮肥按照纯氮量：高分子增效剂实用量=1:1-1.4进行混合应用。 

本发明具有如下优点和意义： 

1)高吸水性树脂由于具有羧基、羟基等亲水性基团而易与水分子形成氢键，从而产生分子扩张膨胀，快速吸收水分。吸水过程中，肥料分子也被“捕捉”进入高分子网状交联结构空间。当环境水肥含量低时，高分子网状交联结构中的水肥分子被缓慢释放，从而达到对水肥的长效保持效果；沸石具有硅酸盐四面体结构，即通常所说的“分子筛”，当NH₄ ⁺等阳离子通过分子筛进入空穴通道时， 易于交换其中平衡的阳离子，而大于“分子筛”孔径的硝化杆菌则被排除在外，从而使NH₄ ⁺得以储存，而当环境NH₄ ⁺浓度降低时，NH₄ ⁺还可被其他阳离子代换出来，补给土壤所需；腐植酸含有羧基、羟基、羰基等多种活性功能基团，具有水溶性，从而易于结合其他营养成分并缓释，同时，腐植酸还具有刺激植物生长发育、降低土面蒸发和植物蒸腾、改善土壤微生物环境等多重作用。当此三种材料配合混施时，能更好地发挥各材料间的协同耦合作用，实现对土壤水肥的理化吸收、缓释。 

2)本发明中涉及的三种主要材料具有改善土壤团粒结构、刺激作物根部发育、改善土壤微生物及营养环境、促进水肥吸收，并可反复利用等特点，在实现作物增产、农民增收的同时，对环境无危害，不会造成二次污染。 

3)由于能够吸附、缓释水肥分子，该增效剂能够提高水肥的利用效率，从而实现农业节水、保水，并通过减少氮肥的施用和流失，在农业面源污染和地下水氮素污染的源头防治方面发挥效能。 

具体实施方式

实施例1：高分子复合氮肥增效剂的大田应用试验 

试验目的：在半干旱地区农田生产中，结合玉米生产实际，比较氮肥增效剂对作物产量和氮肥利用效率、水分利用效率效应。 

试验地点的概况：采用本发明研制的高分子复合氮肥增效剂，在中国矿业大学（北京）和中国科学院水土保持研究所神木侵蚀与环境试验站进行田间试验。该站位于陕西省神木县以西14km处的六道沟流域，北依长城，地处黄土高原与毛乌素沙漠的过渡区。区域气候属于中温带半干旱草原季风气候，多年平均降水量437.4mm。年内降水分布不均，冬春干旱，夏秋多雨，7^-8月份降水量约占全年降水的50%以上。年均气温8.4℃，全年日照时数2836h，总太阳辐射量5922MJ/m²；≥10℃的日数为169d，≥10℃积温3248.0℃，多年平均无霜期153d。试验区土壤以黑垆土、绵沙土为主，容重 1.26^-1.41g/cm³，耕层稍低，下层稍高。土壤质地疏松，肥力较低，试验前测定0-60cm土壤全氮0.6g/kg，全磷0.74g/kg。 

试验方法与处理：设置对照小区和处理小区，播种前进行试验处理。底肥按当地耕作习惯选用碳酸氢铵（含N量≥17%）和过磷酸钙（含磷量≥12%）作为氮肥和磷肥。磷肥按照90kg·P/hm²施加。对照小区按照当地氮肥施用习惯450kg·N/hm²进行，处理小区按照当地常规氮肥施用量的约70%，即300kg·N/hm²进行。处理小区按照60kg/hm²、450kg/hm²和30kg/hm²施加高吸水性树脂、沸石和腐植酸钾。其中，高吸水性树脂选用聚丙烯酰胺-无机矿物复合型树脂；沸石选用天然沸石。播种前，按照处理将底肥与高吸水性复合氮肥增效剂混匀后，平施。试验期间累计天然降水量为313.9mm，人工灌溉2次，每次约750m³/hm²。播种10d后，追肥尿素1次，施用量为每小区3kg。 

试验结果如下： 

可见，施加了高分子复合氮肥增效剂后，在减少氮肥施用的情况下，水分和肥料利用效率分别提高了110%和40%。同时，籽粒产量增加了47%，每公顷收入增加近万元。 

实例2：高分子复合氮肥增效剂的淋溶和盆栽实验 

实验目的：模拟农田土壤施用氮肥高分子复合增效剂后，对土壤氮肥和水分的淋失，以及对作物生长影响，选在和确定氮肥高分子复合增效剂的各组分优化组合。 

实验方法与处理：实验分土柱淋溶实验和盆栽作物种植实验方法；实验设计均采用三因素三水平的正交试验方法。两种实验的土壤均采用来自北京大兴的轻壤土，土壤容重1.39g/cm3，田间持水量19.3%，土壤组成为：粘粒14.25%，粉粒为56.26%，沙粒29.49%，土壤pH7.22，电导率0.17ms/cm，有机质含量5.1g/kg。实验材料高分子保水剂东营华业新材料有限公司的沃特新型多功能高分子保水材料；腐植酸钾为复合腐植酸，其中黑腐酸45%，黄腐酸16.7%，棕腐酸29.5%；沸石为人造矿物吸附材料（40-60目）。尿素含氮量为46%。 

实验装置：土柱淋溶实验装置选用口径13cm、深20cm大烧杯为盆栽土柱，盆底垫200目纱布封底，盆下面有直径1cm小孔可使土壤溶液漏出；小孔由塞子塞住。在烧杯下面安置一个收集淋溶液容器（500ml小烧杯），用来收集土壤淋溶液。盆栽装置采用25mm×20mm的塑料盆，每盆装土7kg，播种3穴，每穴1株玉米。播种前将将保水剂、沸石、腐植酸和氮肥尿素按比例混匀。其中，尿素添加量都为1g/kg，保水剂（A）腐殖酸（B）都按其占土壤干中0.05%，0.1%，0.15%比例添加，沸石（C）按其土壤中的0.3%，0.6%，0.9%。 

实验处理均设3个重复. 

（1）土壤不施氮肥增效剂但施尿素，为对照（CK）； 

（2）土壤施加相尿素，保水剂，腐植酸，沸石分别按土壤的0.05%，0.1%，0.15%进行三因素三水平正交试验（表1、表2）。 

表1.氮肥增效剂正交试验水平与编码 

表2.氮肥增效剂正交试验水平与编码 

盆号	保水剂	腐殖酸	沸石
				1	A1	B1	C1
2	A1	B2	C3
				3	A1	B3	C2
4	A2	B1	C3
				5	A2	B2	C2
6	A2	B3	C1
				7	A3	B1	C2
8	A3	B2	C1
				9	A3	B3	C3

实验结果： 

（1）淋溶液体积与水分保持 

淋溶液体积表示土壤水分流失量，对比各处理4次淋溶液体积（表3）看出，保水剂（A）中ka₁>ka₂>ka₃,A中最优水平为A₃；腐植酸（B）中kb₁>kb₂>kb₃，B中最优水平B₃;沸石（C）中kC₁>kC₂>kC₃，C中最优水平为C₃。证明保持水分效果配比为A₃B₃C₃，是对照ck₁流失量的62.78%，其次为A₃B₁C₂是对照ck1流失量的66.16%。过方差分析看出，保水剂（A）变化对林溶液体积影响最显著，沸石（C）相对较小，3种材料对土壤水分的影响大小为A>C>B。 

表3.淋溶液体积总量实验结果分析表 

（2）淋溶液含氮量与氮素保持 

淋溶液含氮累计量结果（表4）说明，保水剂（A）中ka₁>ka₂>ka₃,在A中的最优水平为A₃；腐植酸（B）中kb₂>kb₃>kb₁在B中的最优水平为B₁;沸石C中kC₃>kC₁>kC₂在C中的最优水平为C₃。则在各处理中对土壤保氮效果最好的最优环境材料的配比为A₃B₁C₂。通过极差分析可以看出，对于淋溶液含氮量的变化，保水剂（A）、腐植酸（B）、沸石（C）三种环境材料的影响相差不是很大，其影响大小依次为C>B>A。 

表4.淋溶液含氮总量实验结果分析表 

（3）玉米生物量与生长效应 

表5为三种材料不同配比对植玉米干重影响。M1为玉米苗期干重，M2为玉米拔节期干重，M3为玉米收获干重。 

表5环境材料对玉米干重的影响 

从表5看出，玉米苗期三种环境材料对玉米干重影响大小顺序A>B=C，最优水平为A₂B₁C₁；玉米拔节期三种环境材料对玉米干重的影响顺序为A>B>C，最优组合为A₃B₁C₁；玉米收获期三种环境材料对玉米干重的影响顺序为C>A>B，最优组合为A₃B₁C₁。综合考虑应选择A₃B₁C₁为最佳组合，实验设计中处理1、7、8与其配比组合最为接近，生长效果也相对较好分别比对照ck1的最后干重高17.20g、15.20g、27.37g 

实验结论：组合A₃B₁C₂与组合A₃B₁C为提高氮肥利用效率和促进植物生长的最优组合，即保水剂（A）：腐殖酸（B）：沸石（C）=1.5:0.5:3～6。 

本文中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。 

Claims (6)

1.一种氮肥高分子复合增效剂，其特征在于：包含高吸水性树脂、沸石和腐植酸钾。

2.根据权利要求1所述的一种氮肥高分子复合增效剂，其特征在于，所述各材料的重量比份数为：高吸水性树脂1～1.5、沸石6～10、腐植酸钾0.5～0.8。

3.根据权利要求1或2所述的一种氮肥高分子复合增效剂，其特征在于：高吸水性树脂为聚丙烯酰胺-无机矿物复合型高分子。

4.根据权利要求1或2所述的一种氮肥高分子复合增效剂，其特征在于：沸石可以为天然沸石或人造沸石。

5.根据权利要求1或2所述的一种氮肥高分子复合增效剂，其特征在于：高吸水性树脂可以为聚丙烯酸盐高分子材料或淀粉-聚丙烯酸盐性高分子材料，根据应用环境不同，也可以选用其他类型高吸水性树脂材料。

6.根据权利要求1或2所述的一种氮肥高分子复合增效剂配制方法，其特征在于，所述步骤为：

步骤1）根据应用环境筛选高吸水性树脂、沸石和腐植酸钾；

步骤2）将高吸水性树脂、沸石、腐植酸钾烘干，使其含水率<20%，过至少100目筛；

步骤3）将高吸水性树脂、沸石、腐植酸钾按比例混匀；

步骤4）将高分子复合增效剂与氮肥按照纯氮量：高分子增效剂实用量=1:1-1.4进行混合应用。