CN106673840B - 一种清液型高钾液体肥及其专用钾溶液 - Google Patents

一种清液型高钾液体肥及其专用钾溶液 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种清液型高钾液体肥及其专用钾溶液。该钾溶液是在水、硝酸钾和/或氯化钾制成的基础钾液中添加柠檬酸和氢氧化钾进行中和反应，得到的含硝酸钾和/或氯化钾、柠檬酸钾和柠檬酸的混合液体。以体积份数计，该清液型高钾液体肥为下述(A)或(B)：(A)包括尿素硝铵溶液、聚磷酸铵溶液和所述的钾溶液；(B)包括尿素硝铵溶液、聚磷酸铵溶液、所述的钾溶液和水。本发明钾溶液氧化钾含量高，无沉淀、无结晶，耐温差变化；呈弱酸性，与聚磷酸铵和尿素硝铵相容性很好，对混合液体肥pH值的影响较小；易于添加农药或其他肥料增效剂一起使用。本发明液体肥含有机钾和无机钾，利于作物吸收和提高品质。工艺简单，不用加温，环保低碳。

Description

一种清液型高钾液体肥及其专用钾溶液
技术领域
本发明涉及一种清液型高钾液体肥及其专用钾溶液，属于液体水溶肥技术领域。
背景技术
液体肥料是当今世界化肥工业发展的趋势之一。美国液体肥料在八九十年代以后发展的非常迅速，到2010年，液体肥料占全部肥料销量的31％，迄今，液体肥料已占到化肥消费总量的68％以上。以色列液体肥应用更是达到80-90％，澳大利亚、法国、德国、西班牙、罗马尼亚等都是大量应用液体肥料的国家。我国到2018年水肥一体化应用面积将达到8000万亩，水溶性肥料将需要500万吨。随着水肥一体化技术的推广，特别是灌溉设施的普及，液体肥料会有巨大的市场需求。
水溶性肥料在物理形态上表现为固体和液体。相对于固体水溶肥料，液体肥料由于其速溶、均匀，溶解稀释不降温的优点，是灌溉设备施肥的首选肥料。由于其即用性，无需搅拌既能溶解，非常适合自动化施肥和提高肥料利用效率。
液体肥料按照透明程度可分为清液型肥料和悬浮型肥料。清液肥料澄清透明，不含杂质，一般以水为溶剂，养分含量百分之十几至百分之六十不等。清液肥最适用于自动化灌溉系统。另一类不透明的肥料则称为悬浮肥。悬浮肥料主要是借助悬浮剂(常见的有凹凸棒土、膨润土、高岭土等)与化学分散剂、增稠剂的作用，使养分粒子悬浮在一个胶体体系中。其养分原料有水溶的，也有完全不水溶的(如氧化铁、氧化镁等)。悬浮肥可用于喷灌系统，或在整地时做基肥使用，但能用于滴灌系统的悬浮肥料目前只有个别国外厂家可以生产，如以色列夫沃施公司KFOFS、英国欧麦思公司、德国康普公司COMPO等。悬浮肥料含有多种非作物营养物质的化学成份，且物理稳定性受多种因素影响，特别是对pH值比较敏感，严重制约了其应用发展。
清液肥料中所有的养分都溶解在液相中，形成均匀一致的液体，能在机械施肥中发挥固体肥料所没有的优势。但大部分情况下清液肥料养分含量较低(25％以下)，不方便远距离运输。氮磷的养分含量可以通过选用不同的原料来提高，如可以选用尿素和尿素硝铵溶液提高氮含量，磷含量可以选用磷酸二氢钾和聚磷酸铵来提高，而钾的含量在液体肥中很难提高，常用钾肥原料中，溶解度最高的氯化钾饱和溶液其氧化钾(K2O)含量仅有180g/L(20℃)。目前市场的产品为提高钾含量采用的方法主要有：用工业级磷酸二氢钾替代磷酸和硫酸钾，钾含量可以提高130％，但成本增加57％，而且伴随不必要的磷含量升高。还有采用与强碱复合增强硫酸钾的溶解性，此法会增加水溶液的pH值，不利于作物生长。对于需钾量较大的果类蔬菜、根茎类蔬菜和果树等，提高清液型肥料的钾含量和总养分含量十分必要。现有液体水溶肥钾含量低无法满足需钾较高的作物需求或者钾含量较高但成本较高无法普及。
发明内容
本发明的目的是提供一种清液型高钾液体肥及其专用钾溶液，该钾溶液根据氯化钾或硝酸钾溶解吸热、酸碱中和放热，以及溶液pH值调控的原理配制得到，在选用氮磷液体原料的基础上，与液体氮磷肥共同制成清液型高钾液体肥。
本发明提供的钾溶液，它是在水、硝酸钾和/或氯化钾制成的基础钾液中添加柠檬酸和氢氧化钾进行中和反应，得到的含硝酸钾和/或氯化钾、柠檬酸钾和柠檬酸的混合液体。
上述的钾溶液中，所述钾溶液中钾含量以氧化钾(K2O)浓度计含量为230～300g/L，具体可为230～260g/L、250～300g/L、250g/L、260g/L、230g/L或300g/L；pH值可为5.1～6.0，具体可为5.1、5.2、5.3或6.0。
上述的钾溶液中，所述钾溶液中各原料的配比可如下：1L水：(0.2～0.3)kg硝酸钾和/或氯化钾：(0.5～1.11)kg柠檬酸：(0.3～0.75)kg氢氧化钾。
所述钾溶液中各原料的配比具体可为下述1)-4)中的任一种：
1)1L水：(0.2～0.25)kg硝酸钾和/或氯化钾：(0.5～0.75)kg柠檬酸：(0.3～0.5)kg氢氧化钾；
2)1L水：0.2kg硝酸钾和/或氯化钾：0.5kg柠檬酸：0.3kg氢氧化钾；
3)1L水：0.25kg硝酸钾和/或氯化钾：0.5kg柠檬酸：0.3kg氢氧化钾；
4)1L水：0.2kg硝酸钾和/或氯化钾：0.75kg柠檬酸：0.5kg氢氧化钾。
上述的钾溶液中，所述柠檬酸和氢氧化钾可分为1～3次(如3次)进行添加(三次中和反应)。
上述的钾溶液中，所述氯化钾中钾元素的质量百分含量可为折合氧化钾(K2O)含量≥60％，具体可为60％。所述硝酸钾中，钾元素的质量百分含量可为折合氧化钾(K2O)含量≥46％(如46％)，氮元素的质量百分含量可≥14％(如14％)。所述氯化钾和所述硝酸钾具体可为农用级固体粉状。
上述的钾溶液中，所述柠檬酸以一水合结晶物(C6H8O7·H2O)的形式进行添加，具体可为食品级一水合结晶物。
上述的钾溶液中，所述氢氧化钾中，钾元素的质量百分含量可为折合氧化钾含量≥84％，具体可为84％。所述氢氧化剂具体可为工业级片状物。
上述的钾溶液中，所述水可为自来水或井水。
本发明进一步提供了一种清液型高钾液体肥，它为下述(A)或(B)：
(A)包括尿素硝铵溶液、聚磷酸铵溶液和上述任一项所述的钾溶液；
(B)包括尿素硝铵溶液、聚磷酸铵溶液和上述任一项所述的钾溶液和水。
上述的清液型高钾液体肥中，以体积份数计，各组分的配比可如下：250～400份尿素硝铵溶液、200～350份聚磷酸铵溶液、300～400份所述钾溶液、0～200份水。
以体积份数计，各组分的配比具体可为下述1)-4)中的任一种：
1)300～400份尿素硝铵溶液、200～350份聚磷酸铵溶液、300～400份钾溶液和0份水；
2)300份尿素硝铵溶液、300份聚磷酸铵溶液、300份钾溶液和0份水；
3)300份尿素硝铵溶液、350份聚磷酸铵溶液、350份钾溶液和0份水；
4)400份尿素硝铵溶液、200份聚磷酸铵溶液、400份钾溶液和0份水。
上述的清液型高钾液体肥中，采用尿素硝铵溶液作为氮素来源，所述尿素硝铵溶液为固体尿素和固体硝酸铵的前体物质，未经浓缩和造粒，成本低廉且环保。所述尿素硝铵溶液中氮元素的质量百分含量可为28～32％，具体可为32％。
上述的清液型高钾液体肥中，采用聚磷酸铵溶液作为磷素来源，所述聚磷酸铵溶液为清澈透明的淡绿色液体。所述聚磷酸铵溶液中，磷元素的质量百分含量可为折合五氧化二磷(P2O5)≥37％，具体可为37％；氮元素的质量百分含量可≥11％，具体可为11％；密度可为1.43～1.51kg/L，pH值可为5.75～6.02，聚磷酸铵的聚合度可为2～5。
上述的清液型高钾液体肥中，所述液体肥还可包括氮素增效剂。所述氮素增效剂可为水溶性液体脲酶抑制剂或硝化抑制剂。
以体积份数计，所述液体肥中各组分的配比可如下：
250～400份尿素硝铵溶液、200～350份聚磷酸铵溶液、300～400份所述钾溶液、0～200份水、0～3.7份氮素增效剂。
以体积份数计，所述液体肥中各组分的配比具体可如下：
250份尿素硝铵溶液、250份聚磷酸铵溶液、300份钾溶液、200份水和1.1份氮素抑制剂。
本发明还提供了上述任一项所述的清液型高钾液体肥在下述1)-3)中的至少一种中的应用：
1)提高设施番茄的产量；
2)提高设施番茄的果实糖酸比；
3)降低土壤硝态氮含量。
本发明具有如下有益效果：
1、氧化钾(K2O)含量高，无沉淀、无结晶，耐温差变化。
2、钾溶液呈弱酸性，与聚磷酸铵和尿素硝铵相容性很好，对混合液体肥pH值的影响较小。易于添加农药或其他肥料增效剂一起使用。
3、液体肥含有机钾和无机钾，利于作物吸收和提高品质。
4、工艺简单，不用加温，环保低碳。
5、成本低，钾溶液所用原料单价均低于1万元/吨，与其他高钾液体原料多聚磷酸钾(3万元/吨以上)，糖醇钾(4-10万元/吨以上)等钾肥相比成本大幅降低。
6、本发明液体肥料用于设施番茄生产上，与其他水溶性肥料相比可以提高番茄产量7-12％，增加果实糖酸比15-25％，降低土壤硝态氮含量10-22％。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1：制备钾溶液及清液型高钾液体肥
一、制备钾溶液
按照如下步骤制备钾溶液：
取0.6kg氯化钾(K2O，60％)，市售农用级)溶于3L自来水中，依次加入0.5kg柠檬酸(C6H8O7·H2O，市售食品级)和0.3kg氢氧化钾(K2O，84％)，市售工业级)进行酸碱中和反应。反应完成后，接着继续添加0.5kg柠檬酸和0.3kg氢氧化钾反应，依次共进行3次中和反应，共加入柠檬酸1.5kg，氢氧化钾0.9kg。将反应后的液体冷却至室温，制成4.5L含K2O 250g/L的澄清液体钾肥溶液，该溶液pH值为5.2。
本实施例中，制备钾溶液的配料比例如下：1L水：0.2kg氯化钾：0.5kg柠檬酸：0.3kg氢氧化钾。
二、制备清液型高钾液体肥
按照如下步骤制备清液型高钾液体肥：
取3L尿素硝铵溶液(UAN，鲁西化工，N-P2O5-K2O:32-0-0)放入搅拌桶，再加入3L聚磷酸铵溶液(APP，山东临沂富源化工，N-P2O5-K2O:11-37-0，pH值5.75，聚合度2-5，密度1.43kg/L)搅拌均匀，接着加入第一部分制成的钾溶液3L，搅拌，制得含氮磷钾分别为140g/L，120g/L，80g/L(N-P2O5-K2O:14-12-8)的清液型高钾混合水溶肥料。
以体积份数计，本实施例液体肥由下述组分组成：300份尿素硝铵溶液、300份聚磷酸铵溶液和300份钾溶液。
实施例2：制备钾溶液及清液型高钾液体肥
一、制备钾溶液
按照如下步骤制备钾溶液：
取0.75kg氯化钾(K2O 60％，市售农用级)溶于3L自来水中，依次加入0.5kg柠檬酸(C6H8O7·H2O，市售食品级)和0.3kg氢氧化钾(K2O 84％，市售工业级)进行酸碱中和反应。反应完成后，接着继续添加0.5kg柠檬酸和0.3kg氢氧化钾反应，依次共进行3次中和反应，共加入柠檬酸1.5kg，氢氧化钾0.9kg。将反应后的液体冷却至室温，制成4.5L含K2O 260g/L的澄清液体钾肥溶液，该溶液pH值为5.3。
本实施例中，制备钾溶液的配料比例如下：1L水：0.25kg氯化钾：0.5kg柠檬酸：0.3kg氢氧化钾。
二、制备清液型高钾液体肥
按照如下步骤制备清液型高钾液体肥：
取3L尿素硝铵溶液(UAN，鲁西化工，N-P2O5-K2O:32-0-0)放入搅拌桶，再加入3.5L聚磷酸铵溶液(APP，山东临沂富源化工，N-P2O5-K2O:11-37-0，pH值5.76，聚合度2-5，密度1.48kg/L)搅拌均匀，接着加入第一部分制成的混合钾液3.5L，搅拌，制得含氮磷钾分别为13％，13％，10％(N-P2O5-K2O:13-13-10)的清液型高钾混合水溶肥料。
以体积份数计，本实施例液体肥由下述组分组成：300份尿素硝铵溶液、350份聚磷酸铵溶液和350份钾溶液。
实施例3：制备钾溶液及清液型高钾液体肥
一、制备钾溶液
按照如下步骤制备钾溶液：
取0.6kg硝酸钾(K2O 46％，N 14％，市售农用级)溶于3L自来水中，依次加入0.5kg柠檬酸(C6H8O7·H2O，市售食品级)和0.3kg氢氧化钾(K2O 84％，市售工业级)进行酸碱中和反应。反应完成后，接着继续添加0.5kg柠檬酸和0.3kg氢氧化钾反应，依次共进行3次中和反应，共加入柠檬酸1.5kg，氢氧化钾0.9kg。将反应后的液体冷却至室温，制成4.5L含K2O230g/L的澄清液体钾肥溶液，该溶液pH值为5.1。
本实施例中，制备钾溶液的配料比例如下：1L水：0.2kg硝酸钾：0.5kg柠檬酸：0.3kg氢氧化钾。
二、制备清液型高钾液体肥
按照如下步骤制备清液型高钾液体肥：
取4L尿素硝铵溶液(UAN，鲁西化工，N-P2O5-K2O:32-0-0)放入搅拌桶，再加入2L聚磷酸铵溶液(APP，山东临沂富源化工，N-P2O5-K2O:11-37-0，pH值5.94，聚合度2-5，密度1.45kg/L)搅拌均匀，接着加入第一部分制成的混合钾溶液4L，搅拌，制得含氮磷钾分别为150g/L，70g/L，90g/L(N-P2O5-K2O:15-7-9)的清液型高钾混合水溶肥料。
以体积份数计，本实施例液体肥由下述组分组成：400份尿素硝铵溶液、200份聚磷酸铵溶液和400份钾溶液。
实施例4：制备钾溶液及清液型高钾液体肥
一、制备钾溶液
按照如下步骤制备钾溶液：
取0.8kg氯化钾(K2O 60％，市售农用级)溶于2.7L自来水中，依次加入1.0kg柠檬酸(C6H8O7·H2O，市售食品级)和0.67kg氢氧化钾(K2O 84％，市售工业级)进行酸碱中和反应。反应完成后，接着继续添加1.0kg柠檬酸和0.67kg氢氧化钾反应，依次共进行3次中和反应，共加入柠檬酸3.0kg，氢氧化钾2.01kg。将反应后的液体冷却至室温，制得6.0L有少量沉淀的肥液，按肥液总体积20％加入自来水1.2L，搅拌，沉淀溶解，最终制成7.2L含K2O 300g/L的澄清液体钾肥溶液，该溶液pH值为6.0。
本实施例中，制备钾溶液的配料比例如下：1L水：0.2kg氯化钾：0.75kg柠檬酸：0.5kg氢氧化钾。
二、制备清液型高钾液体肥
按照如下步骤制备清液型高钾液体肥：
取5L尿素硝铵溶液(UAN，鲁西化工，N-P2O5-K2O:32-0-0)放入搅拌桶，再加入5L聚磷酸铵溶液(APP，山东临沂富源化工，N-P2O5-K2O:11-37-0，pH值6.02，聚合度2-5，密度1.51kg/L)搅拌均匀，接着加入第一部分制成的混合钾液6L，搅拌，同时加入自来水4L。同时，按照氮素含量的1％添加水溶性液体氮素抑制剂(市售，上海索尔威公司)22ml，搅拌均匀，制得含氮磷钾分别为110g/L，90g/L，90g/L(N-P2O5-K2O:11-9-9)的氮素增效清液型高钾混合水溶肥料。
以体积份数计，本实施例液体肥由下述组分组成：250份尿素硝铵溶液、250份聚磷酸铵溶液、300份钾溶液、200份水和1.1份氮素抑制剂。
实施例5、混合液体肥耐温差试验
将上述实施例1-4制得的清液型高钾液体肥各取500mL分别装瓶，放入冰箱冷藏(4℃)，24小时后取出观察，4种液肥均无任何沉淀。继续放入冰箱冷藏，3天后取出观察，每种液肥均出现部分沉淀。说明环境温度长期低于4℃时，会使液肥产生沉淀，但短时低温不会产生沉淀。将上述出现沉淀的液肥在室温下放置4小时后，摇晃，沉淀完全消失。说明温度一旦升高，液肥的沉淀物会全部溶解。华北设施蔬菜温室内，冬天最冷季节夜间温度不会低于5℃，因此所述液肥不会在实际生产的低温环境中产生沉淀，进而影响滴灌使用。
实施例6、清液型高钾液体肥田间应用效果
上述实施例1-4中制备得到的清液型高钾液体肥在设施番茄应用情况：
为比较本发明中具体实施例在设施蔬菜上的应用效果，我们在北京市大兴区长子营镇罗三村和北京市农林科学院温室内分别进行了田间试验。试验设液体肥处理和常规水溶肥处理，北京市农林科学院试验面积252m2，所用液体肥配方为实施例1和实施例2配置的肥料，氮(N)磷(P2O5)钾(K2O)含量分别为140g/L，120g/L，80g/L和130g/L，130g/L，100g/L，用量分别为250kg/hm2和270kg/hm2；常规水溶肥处理用2种固体肥水溶肥，氮(N)磷(P2O5)钾(K2O)配比为30％，10％，10％和15％，5％，30％(市购，三河香丰肥业有限公司，商品名溉尔壮)，用量分别为133kg/hm2和267kg/hm2。大兴罗三村试验面积582m2，液体肥配方为实施例3和实施例4配置的肥料，氮(N)磷(P2O5)钾(K2O)含量分别为150g/L，70g/L，90g/L和110g/L，90g/L，90g/L，用量分别为333kg/hm2和454kg/hm2；常规水溶肥处理用2种固体水溶肥，氮(N)磷(P2O5)钾(K2O)配比为30％，10％，10％和15％，5％，30％(市购，北京精耕天下肥料有限公司，商品名贝灵)，用量分别为200kg/hm2和400kg/hm2。施肥方法为：采用滴灌施肥技术，液体肥与灌溉水的比例为1：1000，2种液体肥交替施用；固体肥采用施肥罐施肥，2个配方的产品交替施用。按照番茄座果顺序，每个处理均追肥4次。
结果表明，与常规水溶肥滴灌相比，在减少纯氮量和灌溉水15-30％的情况下，所述清液型高钾大量元素液体肥比常规水溶肥增产7-12％，果实糖酸比增加15-25％，减少土壤氮素残留10-22％，实现了资源高效利用与增产协同提升。具体数据见表1。
表1、本发明清液型高钾液体肥在设施番茄上的应用效果
Figure BDA0001197245050000071

Claims (6)

1.一种清液型高钾液体肥，其特征在于：它由尿素硝铵溶液、聚磷酸铵溶液、钾溶液和水组成；
以体积份数计，各组分的配比如下：250～400份尿素硝铵溶液、200～350份聚磷酸铵溶液、300～400份所述钾溶液、0～200份水；
所述钾溶液是在水、硝酸钾和/或氯化钾制成的基础钾液中依次添加柠檬酸和氢氧化钾进行中和反应，得到的含硝酸钾和/或氯化钾、柠檬酸钾和柠檬酸的混合液体；
所述钾溶液中各原料的配比如下：1L水：(0.2～0.3)kg硝酸钾和/或氯化钾：(0.5～1.11)kg柠檬酸：(0.3～0.75)kg氢氧化钾；
所述钾溶液中钾含量以氧化钾浓度计含量为230～300g/L，pH值为5.1～6.0。
2.根据权利要求1所述的清液型高钾液体肥，其特征在于：所述柠檬酸和氢氧化钾分1～3次进行添加。
3.根据权利要求1或2所述的清液型高钾液体肥，其特征在于：所述氯化钾中钾元素的质量百分含量为折合氧化钾含量≥60％；所述硝酸钾中，钾元素的质量百分含量为折合氧化钾含量≥46％，氮元素的质量百分含量≥14％；和/或，
所述柠檬酸以一水合结晶物的形式进行添加；和/或，
所述氢氧化钾中，钾元素的质量百分含量为折合氧化钾含量≥84％。
4.根据权利要求1或2所述的清液型高钾液体肥，其特征在于：所述尿素硝铵溶液中氮元素的质量百分含量为28～32％；和/或，
所述聚磷酸铵溶液中，磷元素的质量百分含量为折合五氧化二磷≥37％，氮元素的质量百分含量≥11％，密度为1.43～1.51kg/L，pH值5.75～6.02，聚磷酸铵的聚合度为2～5。
5.根据权利要求1或2所述的清液型高钾液体肥，其特征在于：所述液体肥还包括氮素增效剂；以体积份数计，所述液体肥中各组分的配比如下：250～400份尿素硝铵溶液、200～350份聚磷酸铵溶液、300～400份所述钾溶液、0～200份水、0～3.7份氮素增效剂。
6.权利要求1-5中任一项所述的清液型高钾液体肥在下述1)-3)中的至少一种中的应用：
1)提高设施番茄的产量；
2)提高设施番茄的果实糖酸比；
3)降低土壤硝态氮含量。
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