CN106748026A - 一种玉米专用木质素缓控释肥 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种玉米专用木质素缓控释肥，根据玉米的需肥规律，将碱氧改性的木质素、尿素、磷酸一铵、氯化钾、微量元素、活性炭、益生菌精确复配，除了玉米生长周期所需的氮、磷、钾外，配方中加入玉米特别需要的微量元素锌、锰，有利于玉米的生长，促进光合作用及叶绿素的生成；配方中还有活性炭和有益生物菌用于改善土壤结构、抗病杀菌。本发明玉米专用木质素缓控释肥含氮率在15%以上，在玉米生长周期内氮素释放率在75%以上，氮肥利用率达50%以上，其养分释放规律与玉米的营养吸收规律相吻合，在播种前将满足玉米整个生育季节需求的氮、磷、钾及微量元素一次施入土中，以后不再追肥，减轻劳动强度、提高肥料利用率。

Description

一种玉米专用木质素缓控释肥

技术领域

本发明属于肥料技术领域，更具体的说是涉及一种玉米专用木质素缓控释肥。

背景技术

化肥是粮食增产的基础，然而化肥养分释放速度快，其大部分养分被淋溶、挥发和固定，化肥利用率低直接导致巨额经济损失，同时也带来了一系列环境问题，化肥利用率低的根本原因在于肥料释放的养分与作物需求间的不平衡，解决这一问题的有效途径之一便是研制缓控释肥料，缓控释肥是利用各种调控机制使养分释放与作物的养分吸收规律相匹配，使其对作物的有效态养分随着时间而缓慢释放的肥料，目前，缓控释肥料主要有化学合成型和物理阻碍型2大类。化学合成型以脲醛缓控释肥为代表，由尿素和醛类反应缩合而成，物理阻碍型以包膜缓控释肥为代表，其研究主要集中在新型包膜材料研发上，目前脲醛类和包膜类缓控释肥的价格约为传统肥料的3~8倍，难以在大田作物上广泛应用。因此，寻找有效、廉价的天然材料作为载体制备性能优良、环境友好的新型缓控释肥是研制缓控释肥的关键之一。

近年来，国内外许多学者筛选出了一系列的天然高分子材料作为其载体，其中木质素的研究最为广泛。木质素是仅次于纤维素的第二大天然高分子材料，一方面具有质轻、比表面积大、吸附性强的物理特性；另一方面，其分子结构中具有芳香基、羟基、羧基、羰基和共轭双键等活性基团，有较强的反应活性。利用木质素作为肥料的载体，既可利用其物理特性吸附、包囊营养元素制备物理阻碍型缓控释肥；又可利用其反应活性与营养元素发生化学反应，使营养物质接在木质素上制备化学合成型缓控释肥。此外，木质素易降解，是土壤腐殖质的前体物质，在土壤中通过微生物降解可以生成腐殖酸，提高土壤通透性，改善土壤理化性质。

现有的化学合成型木质素缓控释氮肥的主要存在以下问题：（1）缺乏针对主要农作物使用的专用缓控释肥；（2）忽略了木质素缓控释氮肥的施用对耕作层土壤肥力培育的影响。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种玉米专用木质素缓控释肥，其释放模式与玉米生长规律一致，且具有对耕作层土壤肥力培育的作用。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种玉米专用木质素缓控释肥，包含如下原料组分，均为重量份：

木质素400-500份；

尿素45-60份；

磷酸一铵90-100份；

氯化钾140-155份；

硫酸锌5-10份；

含锰量40%-50%的锰泥5-10份；

活性炭100-200份；

生物菌3-6份。

作为本发明的进一步改进，所述的木质素为碱氧改性的工业木质素，改性方法如下：把木质素、30%过氧化氢和液氨按质量比1:0.7:2的比例加入到反应容器中，控制反应温度在90-150℃，反应时间为10-60分钟，然后烘干、粉碎得到含氮量为5%-22%碱氧改性木质素。

作为本发明的进一步改进，所述生物菌包括侧孢芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和米曲霉。

玉米专用木质素缓控释肥的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将395-490份木质素、50-100份活性炭、200-300单体混合均匀后，加入 18-22份交联剂、2-4份引发剂和1-3份催化剂进行聚合反应制得缓控释载体，聚合反应的温度是40-55℃，反应时间为 3-4 小时；

步骤二、将45-60份尿素、90-100份磷酸一铵、140-155份氯化钾、5-10份硫酸锌、5-10份锰泥混合均匀后，再与步骤一得到的缓控释载体混合均匀后挤压造粒得到肥芯；

步骤三、将3-6份生物菌、50-100份活性炭和30-80份聚乙二醇-2000混合均匀，再均匀涂在肥芯上，然后加入3-15份交联剂和0.05-0.1份催化剂进行聚合反应，聚合反应的温度是 20-30℃，反应时间为2-4小时；

步骤四、取5-10份木质素和10-20份淀粉粘合剂调成糊状，将糊状物均匀涂在步骤三得到的颗粒上，干燥即可得到产品；

所述步骤一中单体为水溶性壳聚糖、丙烯酰胺或N-异丙基丙烯酰胺中的一种或几种。

作为本发明的进一步改进，所述步骤一中交联剂为2,2,2- 三 ( 丙烯酰氧基 )乙醇、新戊二醇二丙烯酸酯或聚乙二醇二丙烯酸酯中的一种。

作为本发明的进一步改进，所述步骤一中引发剂包括摩尔比2：1-4：1的氧化剂和还原剂；其中，氧化剂为过硫酸铵、过硫酸钠和过硫酸钾中的一种；还原剂为亚硫酸氢钠、四乙烯五胺和连二硫酸钠的一种。

作为本发明的进一步改进，所述步骤一中催化剂是 N,N,N',N'- 四甲基乙二胺、三乙胺或者三正丁胺中的一种。

作为本发明的进一步改进，所述步骤三中交联剂为丙二醛和戊二醛中一种或者几种。

作为本发明的进一步改进，所述步骤三中催化剂为盐酸或磷酸中的一种或几种。

本发明利用木质素制备缓控释氮肥，既是对木质素资源的综合利用，又同时解决了化肥的流失和污染，实现了生物资源综合利用和环境保护的双赢，根据玉米的需肥规律，将碱氧改性的木质素、尿素、磷酸一铵、氯化钾、微量元素、活性炭、益生菌精确复配，除了玉米生长周期所需的氮、磷、钾外，配方中加入玉米特别需要的微量元素锌、锰，有利于玉米的生长，促进光合作用及叶绿素的生成；配方中还有活性炭和有益生物菌用于改善土壤结构、抗病杀菌。

本发明中玉米专用木质素缓控释肥的制备方法通过两次聚合反应使肥料颗粒中分布有若干孔径不同的孔，使肥料颗粒具有缓释和控释的优点，本发明玉米专用木质素缓控释肥含氮率在15%以上，在玉米生长周期内氮素释放率在75%以上，氮肥利用率达50%以上，其养分释放规律与玉米的营养吸收规律相吻合，在播种前将满足玉米整个生育季节需求的氮、磷、钾及微量元素一次施入土中，以后不再追肥，减轻劳动强度、提高肥料利用率。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明做进一步的详述。

以下实施例中尿素为含氮量46%的颗粒尿素，活性炭为木质颗粒活性炭，含碳量大于85%。氮含量采用凯氏定氮法（GB 50095-2010）测定。

实施例1

木质素的碱氧改性：把木质素、30%过氧化氢和液氨按质量比1:0.7:2的比例加入到反应容器中，控制反应温度在90℃，反应时间为10分钟，然后烘干、粉碎得到含氮量为10%碱氧改性木质素。

步骤一、将395份木质素、50份活性炭、200份水溶性壳聚糖混合均匀后，加入 18份2,2,2- 三 ( 丙烯酰氧基 ) 乙醇、2份过硫酸铵、1份亚硫酸氢钠和1份N,N,N',N'- 四甲基乙二胺进行聚合反应制得缓控释载体，聚合反应的温度是 40℃，反应时间为 3小时；

步骤二、将45份尿素、90份磷酸一铵、140份氯化钾、5份硫酸锌、5份含锰量40%锰泥混合均匀后，再与步骤一得到的缓控释载体混合均匀后挤压造粒得到肥芯；

步骤三、将3份侧孢芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和米曲霉的混合生物菌、50份活性炭和30份聚乙二醇-2000混合均匀，再均匀涂在肥芯上，然后加入3份丙二醛和0.05份盐酸或磷酸进行聚合反应，聚合反应的温度是 20℃，反应时间为2小时；

步骤四、取5份木质素和10份淀粉粘合剂调成糊状，将糊状物均匀涂在步骤三得到的颗粒上，干燥即可得到产品。

实施例2

木质素的碱氧改性：把木质素、30%过氧化氢和液氨按质量比1:0.7:2的比例加入到反应容器中，控制反应温度在110℃，反应时间为30分钟，然后烘干、粉碎得到含氮量为12%碱氧改性木质素。

步骤一、将400份木质素、60份活性炭、230份丙烯酰胺混合均匀后，加入20份新戊二醇二丙烯酸酯、1.3份过硫酸钠、0.67份连二硫酸钠、2份三乙胺进行聚合反应制得缓控释载体，聚合反应的温度是50℃，反应时间为 3.5 小时；

步骤二、将50份尿素、95份磷酸一铵、142份氯化钾、6份硫酸锌、6份含锰量45%锰泥混合均匀后，再与步骤一得到的缓控释载体混合均匀后挤压造粒得到肥芯；

步骤三、将4份侧孢芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和米曲霉的混合生物菌、60份活性炭和40份聚乙二醇-2000混合均匀，再均匀涂在肥芯上，然后加入5份丙二醛和0.06份盐酸进行聚合反应，聚合反应的温度是30℃，反应时间为3小时；

步骤四、取6份木质素和12份淀粉粘合剂调成糊状，将糊状物均匀涂在步骤三得到的颗粒上，干燥即可得到产品。

实施例3

木质素的碱氧改性：把木质素、30%过氧化氢和液氨按质量比1:0.7:2的比例加入到反应容器中，控制反应温度在120℃，反应时间为20分钟，然后烘干、粉碎得到含氮量为15%碱氧改性木质素。

步骤一、将420份木质素、70份活性炭、260份N-异丙基丙烯酰胺混合均匀后，加入20份聚乙二醇二丙烯酸酯、2.67份过硫酸钾、1.33份四乙烯五胺和2份三正丁胺进行聚合反应制得缓控释载体，聚合反应的温度是 50℃，反应时间为 3小时；

步骤二、将56份尿素、97份磷酸一铵、152份氯化钾、7份硫酸锌、8份含锰量50%锰泥混合均匀后，再与步骤一得到的缓控释载体混合均匀后挤压造粒得到肥芯；

步骤三、将4份侧孢芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和米曲霉混合的生物菌、65份活性炭和45份聚乙二醇-2000混合均匀，再均匀涂在肥芯上，然后加入13份丙二醛和0.08份磷酸进行聚合反应，聚合反应的温度是 20℃，反应时间为2小时；

步骤四、取7份木质素和18份淀粉粘合剂调成糊状，将糊状物均匀涂在步骤三得到的颗粒上，干燥即可得到产品。

实施例4

木质素的碱氧改性：把木质素、30%过氧化氢和液氨按质量比1:0.7:2的比例加入到反应容器中，控制反应温度在120℃，反应时间为50分钟，然后烘干、粉碎得到含氮量为20%碱氧改性木质素。

步骤一、将450份木质素、80份活性炭、290份水溶性壳聚糖混合均匀后，加入21份新戊二醇二丙烯酸酯、2份过硫酸钾、1份四乙烯五胺和2.5份三正丁胺进行聚合反应制得缓控释载体，聚合反应的温度是50℃，反应时间为4小时；

步骤二、将55份尿素、98份磷酸一铵、153份氯化钾、6份硫酸锌、9份含锰量48%锰泥混合均匀后，再与步骤一得到的缓控释载体混合均匀后挤压造粒得到肥芯；

步骤三、将4份侧孢芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和米曲霉混合的生物菌、95份活性炭和75份聚乙二醇-2000混合均匀，再均匀涂在肥芯上，然后加入13份戊二醛和0.09份盐酸进行聚合反应，聚合反应的温度是 30℃，反应时间为3小时；

步骤四、取5-10份木质素和10~20份淀粉粘合剂调成糊状，将糊状物均匀涂在步骤三得到的颗粒上，干燥即可得到产品；

实施例5

木质素的碱氧改性：把木质素、30%过氧化氢和液氨按质量比1:0.7:2的比例加入到反应容器中，控制反应温度在150℃，反应时间为60分钟，然后烘干、粉碎得到含氮量为22%碱氧改性木质素。

步骤一、将490份木质素、100份活性炭、300份丙烯酰胺混合均匀后，加入22份聚乙二醇二丙烯酸酯、2.67份过硫酸铵、1.33份连二硫酸钠和3份三正丁胺进行聚合反应制得缓控释载体，聚合反应的温度是55℃，反应时间为4 小时；

步骤二、将60份尿素、100份磷酸一铵、155份氯化钾、10份硫酸锌、10份含锰量50%锰泥混合均匀后，再与步骤一得到的缓控释载体混合均匀后挤压造粒得到肥芯；

步骤三、将3-6份侧孢芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和米曲霉混合的生物菌、100份活性炭和80份聚乙二醇-2000混合均匀，再均匀涂在肥芯上，然后加入15份戊二醛和0.1份磷酸进行聚合反应，聚合反应的温度是30℃，反应时间为4小时；

步骤四、取10份木质素和20份淀粉粘合剂调成糊状，将糊状物均匀涂在步骤三得到的颗粒上，干燥即可得到产品。

本发明所设计的玉米专用木质素缓控释肥的氮、磷、钾比例配方为1：（0.32-0.38）：（0.60-0.84），缓释氮肥改性木质素和速效氮肥尿素的比例为1：（0.25-0.5），控释期为施肥后40-100天。根据玉米的生长规律，其氮、磷、钾比例应为1：0.33：0.83。玉米生长期在拔节至大喇叭口期和抽丝至籽粒建成期为氮素吸收高峰，约70-80%，这两个时期约在玉米播种后40-90天。在玉米苗期加入了部分速效氮肥。添加了玉米特别需要的营养元素锌，促进玉米体内生长素的形成。以木质素制备缓控释氮肥，既是对木质素资源的综合利用，又解决了化肥利用率低下及其带来的环境污染，实现了生物资源综合利用和环境保护的双赢。

该配方中活性炭可以利用其物理特性吸附对营养元素释放产生一定的物理阻碍，碱氧改性的木质素使营养物质接在木质素上形成化学合成型缓控释肥。木质素易降解，是土壤腐殖质的前体物质，在土壤中通过微生物降解可以生成腐殖酸，提高土壤通透性，活性炭对反复利用的土壤进行修复。

有益生物菌包括侧孢芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和米曲霉三种。侧孢芽孢杆菌主要促进玉米根系生长、杀菌及降解重金属；地衣芽孢杆菌主要抗病及杀灭有害菌；米曲霉提高土壤有机质，使其成为玉米生长所需营养，改善土壤结构。三种以上复合菌相互促进、相互补充，抗土传病害效果远大于一种，有益菌群相互协同、共同作用使玉米达到高产、丰产的效果。

通过将活性炭和生物菌混合后交联到肥芯上，可调控缓释氮肥的释放速率，使其养分释放规律与玉米的营养吸收规律相吻合。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种玉米专用木质素缓控释肥，其特征在于：包含如下原料组分，均为重量份：

木质素400-500份；

尿素45-60份；

磷酸一铵90-100份；

氯化钾140-155份；

硫酸锌5-10份；

含锰量40%-50%的锰泥5-10份；

活性炭100-200份；

生物菌3-6份。

2.根据权利要求1所述的一种玉米专用木质素缓控释肥，其特征在于：所述的

木质素为碱氧改性的工业木质素，改性方法如下：把木质素、30%过氧化氢和液氨按质量比1:0.7:2的比例加入到反应容器中，控制反应温度在90-150℃，反应时间为10-60分钟，然后烘干、粉碎得到含氮量为5%-22%碱氧改性木质素。

3.根据权利要求2所述的一种玉米专用木质素缓控释肥，其特征在于：所述生物菌包括侧孢芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和米曲霉。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种玉米专用木质素缓控释肥，其特征在于：其制备方法如下：

步骤一、将395-490份木质素、50-100份活性炭、200-300单体混合均匀后，加入 18-22份交联剂、2-4份引发剂和1-3份催化剂进行聚合反应制得缓控释载体，聚合反应的温度是40-55℃，反应时间为 3-4 小时；

步骤二、将45-60份尿素、90-100份磷酸一铵、140-155份氯化钾、5-10份硫酸锌、5-10份锰泥混合均匀后，再与步骤一得到的缓控释载体混合均匀后挤压造粒得到肥芯；

步骤三、将3-6份生物菌、50-100份活性炭和30-80份聚乙二醇-2000混合均匀，

再均匀涂在肥芯上，然后加入3-15份交联剂和0.05-0.1份催化剂进行聚合反应，聚合反应的温度是 20-30℃，反应时间为2-4小时；

步骤四、取5-10份木质素和10-20份淀粉粘合剂调成糊状，将糊状物均匀涂在步骤三得到的颗粒上，干燥即可得到产品；

所述步骤一中单体为水溶性壳聚糖、丙烯酰胺或N-异丙基丙烯酰胺中的一种或几种。

5.根据权利要求4所述的一种玉米专用木质素缓控释肥，其特征在于：所述步骤一中交联剂为2,2,2- 三 ( 丙烯酰氧基 ) 乙醇、新戊二醇二丙烯酸酯或聚乙二醇二丙烯酸酯中的一种。

6.根据权利要求5所述的一种玉米专用木质素缓控释肥，其特征在于：所述步骤一和步骤三中引发剂包括摩尔比2：1-4：1的氧化剂和还原剂；其中，氧化剂为过硫酸铵、过硫酸钠和过硫酸钾中的一种；还原剂为亚硫酸氢钠、四乙烯五胺和连二硫酸钠的一种。

7.根据权利要求6所述的一种玉米专用木质素缓控释肥，其特征在于：所述步骤一中催化剂是 N,N,N',N'- 四甲基乙二胺、三乙胺或者三正丁胺中的一种。

8.根据权利要求7所述的一种玉米专用木质素缓控释肥，其特征在于：所述步骤三中交联剂为丙二醛和戊二醛中一种或者几种。

9.根据权利要求8所述的一种玉米专用木质素缓控释肥，其特征在于：所述步骤三中催化剂为盐酸或磷酸中的一种或几种。