CN103739390B - 一种包被缓释复混肥及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种包被缓释复混肥及其制备方法，复混肥包括尿素核和由里到外对尿素核进行包被的包裹层和疏水层，所述包裹层由粉状氮素、粉状磷素和粉状钾素高热混熔形成，所述包裹层中粉状氮素占包被缓释复混肥总氮量的15-25%；所述疏水层的材料为树脂。本发明的包被缓释复混肥能够满足作物不同时期的营养需求、成本低廉、对环境友好。

Description

一种包被缓释复混肥及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种农用化肥，具体是涉及到一种包被缓释复混肥。

背景技术

目前的缓/控释肥料主要应用在经济作物和高尔夫球场，限制其在农业上广泛应用的主要制约因素为：一、缓/控释肥料成本高，主要是缓腔释材料价格高，制备工艺复杂，包膜设备规模小，费用高，使得最终产品价格过高，目前缓控释肥的价格在2400-2600元/吨，令农民难以接受。二、目前的包膜材料基本以树脂为主，这种材料进入土壤很难降解，降解周期30-50年，连年施用将对土壤造成污染。三、目前的缓/控释肥料大部分都是单质型，以氮为主进行包膜，而忽略磷钾的缓释。长期过量盲目施肥，造成严重的污染，导致地表水严重富营养化，地下水硝酸盐过高等一系列生态环境问题，过量的氮肥导致氨挥发，产生的NH3、N2O、N2等温室气体扩大了全球的温室效应。某段时间的过量施肥导致过多养分胁迫和毒害，致使种子发芽率降低，农产品品质下降。四、价格与产出很难达到兼容。

因此，研制具有一定缓释效果、成本低且易降解的缓/控释肥料是今后缓/控释肥料发展的新方向，建立快速合理的肥料检测方法对肥料行业的管理和企业的生产销售具有重大的实际意义。

相关的技术文献如下：

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发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种满足作物不同时期营养需求、成本低廉、对环境友好的包被缓释复混肥。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

一种包被缓释复混肥，包括尿素核和由里到外对尿素核进行包被的包裹层和疏水层，所述包裹层由粉状氮素、粉状磷素和粉状钾素高热混熔形成，所述包裹层中粉状氮素占包被缓释复混肥总氮量的15-25％；所述疏水层的材料为树脂。

作为本发明的一种优选技术方案，所述包裹层中氮、磷、钾元素的重量比为(10-30):(5-30):(3-15)。

作为本发明的一种优选技术方案，所述包裹层中氮、磷、钾元素的重量比为19:21:5。

作为本发明的一种优选技术方案，所述包裹层中氮、磷、钾元素的重量比为20:8:12。

作为本发明的一种优选技术方案，所述粉状氮素为尿素，粉状磷素为磷酸一铵，粉状钾素为氯化钾。

作为本发明的一种优选技术方案，所述疏水层的材料为聚酰胺胺树状分子。

作为本发明的一种优选技术方案，所述尿素核的粒径为1mm-3mm，所述包裹层的厚度为1mm-1.5mm，所述疏水层的厚度为0.02mm-0.05mm。

上述包被缓释复混肥的制备方法，该制备方法包括如下步骤：

A、混合包裹层的各组分，将尿素核与包裹层各组分送入转鼓造粒机，通过热蒸汽在70-90℃下将尿素核表面熔融，外层包覆上由粉状氮素、粉状磷素和粉状钾素混熔形成的包裹层；

B、在进口温度160-200℃，出口温度60-80℃的干燥装置中将步骤A中所得松散颗粒进一步固化，形成一个以尿素核为馅，氮磷钾包裹层为皮的球状复混肥颗粒；

C、步骤B所得复混肥颗粒经冷却，包裹聚酰胺胺树状分子材料的疏水层，得成品。

作为上述制备方法的一种优选技术方案，步骤B中，所述干燥装置为热风烘干筒，热风烘干筒的进口温度为180℃，出口温度为70℃。

作为上述制备方法的一种优选技术方案，步骤C中，将聚酰胺胺树状分子材料溶解后喷涂到复混肥颗粒表面，再将聚酰胺胺胺树状分子粉剂材料作为扑粉剂滚涂到复混肥颗粒表面，得成品。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本专利技术以占配方总氮量20％左右粉状氮素与与粉状磷、钾为原料，采用物理高热熔混合，水溶性好，可以提高磷、铁等元素的有效性，不仅在缓/控释肥料的生产上大大地降低成本，更为缓/控释肥料的研制者提供了新的思路。本发明解决了环境污染和农产品品质下降的问题，一是解决由于长期过量盲目施肥，造成了严重的农业面源污染，导致地表水严重富营养化，地下水硝酸盐过高等一系列生态环境问题，过量的氮肥氨挥发，产生的NH₃、N₂O、N₂等温室气体扩大了全球的“温室效应”；二是解决由于其他包膜材料本身难以降解带来的二次环境污染问题；三是过多养分胁迫和毒害,致使种子发芽率降低，农产品品质下降。本发明使肥料养分释放与作物生长需求充分吻合，不仅解决了肥料利用率低下的问题，减少养分损失对环境的污染，提高了发芽率和作物品质,减少叶片灼伤、机械损伤及病害感染，而且还避免了其他包膜材料难以降解带来的二次环境污染问题。本发明解决缓控释肥料产品价格居高不下，普通农民百姓很难接受的问题。本项专利技术既可以满足作物对氮、磷、钾各元素的生长需求，又降低了其他包膜材料带来成本过高的问题，使得本技术所产产品价格适中，产投比合理，易于被广大普通农民百姓接受。据不完全统计，全国生产复(混)肥的企业有3000多家，总生产能力超过2亿吨(实物量)，因此，有利于复混肥技术升级换代，具有广阔推广应用前景。本发明有益效果的几个具体方面介绍如下：

(1)已有的复混肥包被技术大都采用的是钙镁磷肥，磷矿粉，磷石膏，钢渣磷肥等溶解度极低的惰性磷肥作为包膜剂，受土壤水分条件和土壤微生物的影响较大，水溶性差，前期养分释放很少，养分供应不足。本发明将粉状磷肥、钾肥和氮素混合料作为包裹剂，最外层包裹有疏水层，由于疏水层的水溶速率较为缓慢，但其厚度很薄，仅为0.02-0.05mm，而包裹层的主要组分为磷素、钾素，磷素的溶解速率也较尿素缓慢，因此，与尿素施入土壤随即浇水融化相比，本发明的溶解速率前期较为缓慢；待疏水层和包裹层溶解后，暴露出尿素核，溶解速率也将加快，刚好赶上小麦籽粒灌浆期或玉米大喇叭口时期，都是需肥的旺盛时期，与作物生长需肥规律相吻合，提高了磷等元素的有效性，氮素营养供应在后期供应，这样就保证了作物前期的养分供应，达到前期既有养分，特别是氮素的供应，又不是很多，以保障与作物生长同步；表现在作物上就是前期不旺长，中后期不早衰。

(2)本发明的包裹处理得到复混肥后的加工方法和现有技术不同，现有技术中用惰性磷肥包被完后就不作其它处理，本发明采用疏水层进行处理，这样就减缓了肥料施入土壤后溶解速度，达到缓释的目的。

(3)本发明的包被缓释复混肥的包裹层是氮磷钾完全肥料，可以适应机械化应用，简化施肥技术，而现有的包被方法只解决了氮素的包裹，没能达到复合氮磷钾等各种养分的目的。

(4)相比现有技术制造的复混肥包被产品，本发明的包被缓释复混肥价格有明显优势。

(5)本发明的包被缓释复混肥适于连年施用，肥料养分释放与作物生长需求充分吻合，不仅解决了肥料利用率低下的问题，减少养分损失对环境的污染，提高了发芽率和作物品质,减少叶片灼伤、机械损伤及病害感染，而且还避免了其他包膜材料难以降解带来的二次环境污染问题，较少造成土壤污染，属于环境友好型肥料。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是实施例3中不同包膜材料的水溶解度图。

图3是实施例4中不同水肥组合条件下小麦季产量示意图。

图4是实施例4中不同水肥组合下玉米季产量示意图。

图中：1尿素、2包裹层、3疏水层。

具体实施方式

以下实施例详细说明了本发明。本发明所使用的各种原料及各项设备均为常规市售产品，均能够通过市场购买直接获得。

实施例1

一种包被缓释复混肥，包括尿素核和由里到外对尿素核进行包被的包裹层和疏水层，尿素核的粒径为2mm，包裹层的厚度为1.3mm，疏水层的厚度为0.03mm；包裹层由粉状氮素、粉状磷素和粉状钾素高热混熔形成，包裹层中粉状氮素占包被缓释复混肥总氮量的15-25％；其中粉状氮素为尿素，粉状磷素为磷酸一铵，粉状钾素为氯化钾；用于小麦时，包裹层中氮、磷、钾元素的重量比为19:21:5，氮、磷、钾具体的比例依不同作物的生长需求不同而不同，可以参照相关的国家标准或行业标准；疏水层的材料为聚酰胺胺树状分子。

上述包被缓释复混肥的制备方法，包括如下步骤：

A、混合包裹层的各组分，将尿素核与包裹层各组分送入转鼓造粒机，通过热蒸汽在80℃下将尿素核表面熔融，外层包覆上由粉状氮素、粉状磷素和粉状钾素高热混熔形成的包裹层；

B、在进口温度180℃，出口温度70℃的干燥装置中将步骤A中所得松散颗粒进一步固化，形成一个以尿素核为馅，氮磷钾包裹层为皮的球状复混肥颗粒；

C、步骤B所得复混肥颗粒经冷却，将聚酰胺胺树状分子材料溶解后喷涂到复混肥颗粒表面，再将聚酰胺胺胺树状分子粉剂材料滚涂到复混肥颗粒表面，得成品。

实施例2

本实施例与实施例1的区别之处在于：包裹层2中氮、磷、钾元素的重量比为20:8:12；本实施例适用于大田玉米的种植。

实施例3、不同包裹层材料的水溶解度试验研究

通过对本发明的包裹层材料和现有技术中的硫包膜、树脂包膜材料在水中的溶解度(水溶解度)进行对比，具体结果如图2所示，可以知道，本发明的包裹层材料的水溶解度大大好于硫包膜和树脂包膜缓控释肥。

实施例4、本发明产品对作物产量及环境影响的试验研究

为了验证本技术的肥效，本研究组于2012-2013年，在距石家庄25km的黄壁庄镇黄壁庄村进行了冬小麦-夏玉米轮作体系下不同水肥组合的试验。

试验处理：设9个处理，分别为⑴习惯灌水W3+N0；⑵习惯灌水W3+习惯施氮N2；⑶习惯灌水W3+精确施氮N1；⑷习惯灌水W3+精确施氮玉米缓控释N控；⑸习惯灌水W3+精确施氮小麦/玉米专用肥N专；⑹节水灌溉W2+习惯施氮N2；⑺节水灌溉W2+精确施氮N1；⑻节水灌溉W2+精确施氮玉米缓控释N控；⑼节水灌溉W2+精确施氮小麦/玉米专用肥N专。

田间布置：每个处理设3次重复，随机区组排列。小区面积50m²。在区组之间留有宽1米的保护行以便观测。

肥料施用：氮肥分别为尿素(N46％)、缓控肥(N38％)、小麦专用肥(即本专利技术产品N：P：K＝19％:21％:5％，为N专处理)。磷和钾肥分别为过磷酸钙(P₂O₅15.8％)、氯化钾(K₂O58％)、玉米缓控释30％:4％:6％，玉米专用肥(即本专利技术产品N：P：K＝20％：8％：12％，为N专处理)。

①小麦季习惯施肥处理(即N2)的氮肥施用量为300kg/hm²，精确施氮处理(即N1、N控、N专)的氮肥施用量根据目标产量、作物需求量和土壤残留量相平衡的原则计算，为225kg/hm²。磷肥P₂O₅225kg/hm²和钾肥K₂O90kg/hm²。

②玉米季习惯施肥处理的氮肥施用量(即N2)为250kg/hm²，精确施氮处理(即N1、N控、N专)的氮肥施用量根据目标产量、作物需求量和土壤残留量相平衡的原则计算为190kg/hm²，钾肥K₂O90kg/hm²。

不同肥料技术对产量的影响：由图3～4可以看出，小麦季产量大于5800kg/hm²的前三组水肥组合是N_专W₂>N₂W₃＝N_控W₂；玉米季产量大于8000kg/hm²的前三组水肥组合是N_专W₂>N₂W₃>N_控W₂。而由以下价格分析可知，N_专即本专利技术产品是上佳选择。

实施例5、不同水肥组合对氮平衡及淋失影响的试验研究

氮素输入

(1)基础土壤的硝态氮量

在布置实验前，对研究区0-2m的基础土壤进行了分层采集，并分析了其硝态氮总量，为212.05kghm^-2。

(2)有机肥

据调查，在冬小麦-夏玉米轮作体系中有机肥的投入主要依靠残留在田间的作物秸秆。华北地区冬小麦农田有机肥氮平均投入为N59kghm^-2a^-1夏玉米仅为N9kghm^-2a^-1，冬小麦-夏玉米轮作有机肥氮的施用量平均为N68kghm^-2a^-1。本文沿用这一结果。

(3)非生物固氮-

旱地作物的非共生固氮，国内外的研究估测一般为15～30kghm^-2a^-1。朱兆良和文启孝考虑到氮肥对非共生固氮的抑制作用，估计中国小麦的非共生固氮量为15kghm^-2a^-1。基于目前对非共生固氮数量的研究较为缺乏，本文沿用这一估算结果。

(4)降水

大气氮素沉降是氮素生物地球化学循环中的重要环节之一。由于化学肥料使用，矿物质燃烧以及畜牧业发展，人类活动导致了大气活性氮浓度的持续升高。由于该指标在氮素输入总量中所占比例仅为3％左右，因此本项目未在当地做实际测定。据张颖等研究的华北平原农田生态系统中，由降水输入的大气氮素年均沉降量为28kghm^-2。本文沿用这一结果。

(5)种子

除上述氮素的输入项以外，在冬小麦和夏玉米播种过程中，种子也输入少量的氮素养分。冬小麦、夏玉米播种时种子带入的氮量可以直接根据冬小麦、夏玉米播种量和籽粒含氮量计算。华北地区冬小麦-夏玉米轮作体系中，一般冬小麦播种量为225kghm^-2a^-1，夏玉米播种量为30kghm^-2a^-1，一般冬小麦和夏玉米籽粒含氮量为N21和16gkg^-1，所以冬小麦和夏玉米种子带入的氮量分别为4.73和0.48kghm^-2a^-1，整个轮作周期播种带入的总氮量为N5kghm^-2a^-1。

氮素输出

(1)氨挥发

目前北方旱作农业中，尤其是在华北地区，虽然氮肥的施用多采取深施、“以水带氮”或撒施后翻埋等减少氮肥氨挥发损失等农业措施，但在华北地区石灰性土壤上氮肥的氨挥发损失仍然较高。微气象法和风洞法的测定氨挥发结果表明，华北地区冬小麦-夏玉米轮作体系中氨挥发损失量与氮肥施用量的之间呈显著的正相关关系(y＝0.239x+1.330，相关系数r＝0.874)，李俊良等根据对微气象学观测结果的统计汇总，指出旱地常规管理下氮肥的氨挥发损失平均为施氮量的16％^[12]，以本文沿用这一比例。

(2)反硝化

从华北地区的气候条件来看，冬小麦-夏玉米轮作体系的夏玉米生育期温度、水分状况都很好，比较适于微生物活动，张玉铭、邹国元等认为华北地区冬小麦-夏玉米轮作体系反硝化损失量平均占施氮量的3％。

不同水肥组合对氮素平衡的影响因素

氮素输入

(1)不同水肥组合的化肥施入量

不同处理的氮肥施用量，小麦季：不施N(N0)，适宜N量(225kghm^-2)(N1)，农民传统用量(300kghm^-2)(N2)；玉米季：不施N(N0)，适宜N量(150kghm^-2)(N1)，农民传统用量(225kghm^-2)(N2)。

(2)不同水肥组合由灌溉引入的氮素量

由采集的灌溉水样品测定结果得知，灌溉水中氮素浓度小麦季(玉米季不设水分处理)为3.39mg/L(以NO₃-N计)。由不同的灌溉处理、W2灌溉两水(1800m³hm^-2)、W3农民传统灌溉(2700m³hm^-2)计算分别可得：处理W2为N4.086kghm^-2，处理W3为N6.129kghm^-2。

氮素输出

(1)不同水肥组合的作物收获带走的氮素量

在2012-2013试验年度内，全部秸秆都还田，因此作物秸秆带走的氮素不计算在内，仅计算作物籽粒带走的氮素；不同水肥处理的小麦和玉米产量见表1。利用测定的每季作物吸氮量和产量，可计算出以作物吸收输出的氮量在173.06～215.65kghm^-2a^-1。见表2。

表12013年不同水肥组合的小麦和玉米产量(kghm^-2)

不同水肥组合的土壤中残留的硝态氮量

2013试验年度内，经分析采集玉米收获期后的土壤样品得知，在0-2m土层中残留的硝态氮总量在151.69～406.18kghm^-2。见表2.

表2不同水肥组合的氮素平衡账单(kghm^-2)

由表2不同水肥组合的氮素平衡账单可以看出，在经过一年冬小麦-夏玉米的轮作周期后，淋溶到2m以下土层的硝态氮的淋洗量主要取决于0-2m土壤硝态氮残留量以及作物收获带走的氮素，最大的三组水肥组合为：N₁W₃>N₂W₃>N_控W₂，最小的三组水肥组合为：N₀W₃<N_专W₂<N_专W₃。因此，可以判断出，除N₀W₃组合外(N₀仅作为试验对照，日常农业生产中没有农民不对农田进行施肥管理)，对环境影响最小的水肥组合为N_专W₂，即本专利技术产品与两次灌水搭配的组合。

实施例6、价格比较

农民传统施肥：尿素：约1500-1850元/吨；磷肥：约1800-2000元/吨；

钾肥：约2700-3000元/吨；不仅费工费时，且肥料利用率低下；在作物生长中期还需再进行追肥，更增加了劳动力成本。

不同缓控释肥之间的比较：本专利技术缓释肥：约2000-2100元/吨；其他缓控释肥：约2400-2600元/吨。因此，综合上述水溶性、产量、环境、价格四个因素的分析，本专利技术缓释肥在产量较高的前提下，比其他缓控释肥节约20％～25％的肥料农资的投入，较农民传统施肥不仅生工省时，节约了劳动力成本，而且提高了肥料利用率，减少了对环境的污染，是农民朋友们进行农业生产的理想选择。

上述描述仅作为本发明可实施的技术方案提出，不作为对其技术方案本身的单一限制条件。

Claims (3)

1.一种包被缓释复混肥，包括尿素核和由里到外对尿素核进行包被的包裹层和疏水层，其特征是，所述包裹层由粉状氮素、粉状磷素和粉状钾素高热混熔形成，所述包裹层中粉状氮素占包被缓释复混肥总氮量的15-25％；所述疏水层的材料为树脂；

所述包裹层中氮、磷、钾元素的重量比为19:21:5或20:8:12；

所述粉状氮素为尿素，粉状磷素为磷酸一铵，粉状钾素为氯化钾；

所述尿素核的粒径为1mm-3mm，所述包裹层的厚度为1mm-1.5mm，所述疏水层的厚度为0.02mm-0.05mm；

该包被缓释复混肥按照如下步骤制备：

A、混合包裹层的各组分，将尿素核与包裹层各组分送入转鼓造粒机，通过热蒸汽在70-90℃下将尿素核表面熔融，外层包覆上由粉状氮素、粉状磷素和粉状钾素混熔形成的包裹层；

B、在进口温度160-200℃，出口温度60-80℃的干燥装置中将步骤A中所得松散颗粒进一步固化，形成一个以尿素核为馅，氮磷钾包裹层为皮的球状复混肥颗粒；

C、步骤B所得复混肥颗粒经冷却，包裹聚酰胺胺树状分子材料的疏水层，得成品。

2.如权利要求1所述的包被缓释复混肥，其特征是，步骤B中，所述干燥装置为热风烘干筒，热风烘干筒的进口温度为180℃，出口温度为70℃。

3.如权利要求1所述的包被缓释复混肥，其特征是，步骤C中，将聚酰胺胺树状分子材料溶解后喷涂到复混肥颗粒表面，再将聚酰胺胺胺树状分子粉剂材料作为扑粉剂滚涂到复混肥颗粒表面，得成品。