CN108002927A - 一种改良土壤酸化的功能型控释掺混肥及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一改良土壤酸化的功能型控释掺混肥，由如下重量百分比的原料制成：尿素：5％‑13％；农作物秸秆改性包膜控释尿素：11.7％‑30.3％；磷酸二铵：20.2％‑32.5％；氯化钾：5％‑11％；改性环氧树脂包膜控释氯化钾：11.7％‑25.5％；氧化钙：2％‑5％；生物炭：5％‑8％；硅藻土：9.3％‑10.5％；γ‑谷氨酸：2‰‑4‰；石蜡：1‰。本发明的功能型控释掺混肥能完全避免肥料中的碱性原料影响氮、磷活性，同时可有效减少土壤盐基离子的置换和淋失，从而改善我国南方地区、北方果园和温室种植区的土壤酸化问题。

Description

一种改良土壤酸化的功能型控释掺混肥及其制备方法
技术领域
本发明涉及缓控释肥料技术领域，具体涉及一种改良土壤酸化的功能型控释掺混肥及其制备方法。
背景技术
化肥是保障国家粮食安全的关键，建国以来化肥对我国粮食增产的贡献率已超过50％，我国是目前世界上最大的化肥施用国。然而随着我国长期大量不合理施用化肥，导致我国土壤酸化等环境问题凸显。尤其是化肥中的钾多以硫酸盐(K2SO4)和盐酸盐(KCl)的形式施入土壤，其中的钾离子被作物大量吸收，导致过量SO4 2-和Cl-1离子在土壤中残留，当其与土壤中的H+离子结合时，会产生无机酸导致土壤酸化。在我国南方地区和北方的温室、果园种植区土壤酸化问题尤为突出，部分地区土壤pH可低至4.5以下，严重影响了作物的正常生长。
土壤酸化改良多采用撒施熟石灰的方式，然而熟石灰易与空气中的二氧化碳反应失活，施用量较难控制，施用也不便，导致了其效果不稳定且费工费时。为减轻和改善施用化肥导致的土壤酸化问题，厂家往往在化肥生产过程中加入适量碱性成分，中和土壤中残留的酸根离子，然而复混肥料中直接添加碱性成分，容易与其他物料发生化学反应，致使氮挥发和磷固定，降低复混肥料肥效，使其无法达到国家相应标准。
专利CN104045470A公开了一种含N肥增效成分及微量元素的缓控释掺混肥，其通过将各种有机肥料经过简单的混合来解决土壤中微元素缺乏的问题。但此专利掺混肥仍存在肥料使用后可能造成的土壤酸化、磷易被固定等问题。专利CN104262048B公开了一种预防并改良土壤酸化的碱性复混肥料及其制备方法，以氧化钙为碱性成分、碳酸钙为隔离剂和酸碱度缓冲剂将碱性原料与生理酸性的硫酸钾混合造粒，再与磷酸二铵混合制为成品，以此避免碱性原料与磷酸二铵发生反应导致氮、磷元素活性降低。然而该专利产品使用硫酸钾为钾源，与氧化钙、碳酸钙长期配施施用会造成土壤板结，而且专利产品氮、钾元素均为速效，无法实现养分供应与作物吸收同步和一次性基施不追肥，后期追肥时施用尿素、氯化钾或硫酸钾依然有造成土壤酸化的风险。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种改良土壤酸化的功能型控释掺混肥及其制备方法。解决了传统肥料中直接添加碱性成分影响肥效的不足，大田作物可实现一次性基施不追肥，避免了传统复混肥料基肥加追肥带来的土壤酸化问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一方面，提供一种改良土壤酸化的功能型控释掺混肥，其由如下重量百分比的原料制成：
尿素：5％-13％；
农作物秸秆改性包膜控释尿素：11.7％-30.3％；
磷酸二铵：20.2％-32.5％；
氯化钾：5％-11％；
改性环氧树脂包膜控释氯化钾：11.7％-25.5％；
氧化钙：2％-5％；
生物炭：5％-8％；
硅藻土：9.3％-10.5％；
γ-谷氨酸：2‰-4‰；
石蜡：1‰。
上述功能型控释掺混肥中，所述农作物秸秆改性包膜控释尿素为市售产品，烟台众德集团有限公司有售。
所述生物炭为市售产品，也可以按如下方法制备：将自然风干棉花秸秆通过铡草机粉碎为5-10cm，在400℃-500℃厌氧条件下热解1-3h，冷却至室温后研磨过100目筛。
所述改性环氧树脂包膜控释氯化钾可参照“以喷涂尿素为底涂层的改性环氧树脂包膜控释肥料”(ZL200410024049.7)制备，具体制备方法如下：
以颗粒氯化钾为核芯肥料，改性环氧树脂包膜质量为核芯肥料质量的5％，改性环氧树脂包膜层使用的包膜剂按照以下方法制备：将环氧树脂E-44与聚氨酯PUR以9:1质量比混合制成改性环氧树脂，再加入5wt％-15wt％固化剂T-593、10wt％-25wt％苄基缩水甘油醚和1wt％-2wt％硅藻土混合制成。
本发明的第二方面，提供上述改良土壤酸化的功能型控释掺混肥的制备方法，以氧化钙、生物炭为碱性成分，以硅藻土和γ-谷氨酸为酸碱缓冲剂、隔离剂和造粒粘结剂，以石蜡涂层为防结块和隔离涂层，将碱性原料与生理酸性的氯化钾预混合制成颗粒，再与生理碱性磷酸二铵、农作物秸秆改性包膜控释尿素、尿素及改性环氧树脂包膜控释氯化钾混合，即得改良土壤酸化的功能型控释掺混肥。
优选的，所述改良土壤酸化的功能型控释掺混肥的制备方法包括如下步骤：
(1)将氧化钙、生物炭、γ-谷氨酸、硅藻土和氯化钾混合后粉碎，造粒；
(2)将石蜡加热熔融，均匀喷涂到步骤(1)制备的颗粒表面，待其固化和冷却后，制备得到含有石蜡涂层的肥料颗粒；
(3)将含有石蜡涂层的肥料颗粒、磷酸二铵、农作物秸秆改性包膜控释尿素、尿素和改性环氧树脂包膜控释氯化钾混合均匀，即得。
优选的，步骤(1)中，造粒的粒径为3-5mm。造粒采用常规的方法，于圆盘中或转鼓造粒设备中进行造粒。
优选的，步骤(2)中，采用热喷涂法将石蜡喷涂到颗粒表面。
优选的，步骤(3)中，将各原料一起放入混合机中搅拌8-10min以混合均匀。
本发明的改良土壤酸化的功能型控释掺混肥中，各原料组分是一个有机的整体，缺一不可。其中，以氧化钙、生物炭为碱性成分，以硅藻土和γ-谷氨酸为酸碱缓冲剂、隔离剂和造粒粘结剂，提高了碱性成分的稳定性，避免了混合物因pH过高对作物的损伤，对碱性成分和氯化钾预混合得到的肥料颗粒进行石蜡喷涂，有效避免其吸潮及结块，起到对磷酸二铵隔离的作用，保全了磷酸二铵的氮和磷的活性。本发明钾源使用改性环氧树脂包膜控释氯化钾，避免了氯化钾过量集中施用导致的土壤酸化和作物毒害，同时氮源采用农作物秸秆改性包膜控释尿素，实现专利产品的氮、钾供应与作物吸收相同步，一次性施肥既满足作物整个生育期养分需求，避免了追肥造成的土壤酸化问题。应用在我国南方地区、北方果园和温室种植区，土壤酸化改良效果好，作物增产显著。
发明人在研发过程中发现，减少上述任何一种原料组分，或以具有相似功效的原料进行替换，则肥料整体的作用效果显著降低；在本发明的肥料组成的基础上再增加其他的原料组分，肥料的整体效果并未有明显的改善，甚至有肥料的整体效果降低的情况出现。
本发明的第三方面，提供上述功能型控释掺混肥在提高土壤pH值中的应用。
本发明的第四方面，提供上述功能型控释掺混肥在提高作物产量中的应用。
所述作物为我国南方地区、北方果园和温室种植区的水稻、小麦、玉米、果树和蔬菜。
具体的，所述功能型控释掺混肥在提高水稻产量中的应用，包括：将所述功能型控释掺混肥按45-55公斤/亩的施用量施入；
所述施入为作为基肥一次性施入。
具体的，所述控释掺混肥在提高苹果产量中的应用，包括：将所述功能型控释掺混肥按如下方式施入：
在幼龄期和初果期，1-2kg/棵；在盛果期，3-4kg/棵；在更新衰老期，2-3kg/棵。
具体的，所述功能型控释掺混肥在提高萝卜产量中的应用，包括：将所述功能型控释掺混肥按30-50公斤/亩的施用量施入；
所述施入为作为基肥一次性施入。
本发明的有益效果：
(1)本发明采用的磷源为生理碱性的磷酸二铵，而非生理酸性的磷酸一铵，有利于缓解因施肥造成的土壤酸化。
(2)本发明掺混氯化钾和氧化钙、生物炭时添加了γ-谷氨酸和硅藻土作为酸碱缓冲剂和隔离剂，提高了碱性成分的稳定性，避免了混合物因pH过高对作物的损伤。
(3)对碱性原料和生理酸性氯化钾预混合得到的肥料颗粒进行石蜡喷涂，既能有效避免其吸潮、结块，同时起到与磷酸二铵相隔离的作用，保全了磷酸二铵的氮、磷活性。
(4)产品中未包膜的组分(包括：尿素、氯化钾，以及磷酸二铵)可以提供作物前期生长所需养分，产品中包膜的组分(包括：农作物秸秆改性包膜控释尿素、包膜控释氯化钾)可实现养分离子的缓慢释放，既可长期供应作物生育期内的养分需求，也可减缓土壤盐基离子的置换和淋失，改良土壤酸化问题。
(5)本发明的改良土壤酸化的功能型控释掺混肥应用在我国南方地区、北方果园和温室种植区，土壤酸化改良效果好，作物增产显著。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。
本发明实施例中所用的试验材料均为本领域常规的市售原料，均可通过商业渠道购买得到。
实施例1：一种改良土壤酸化的功能型控释掺混肥(平衡型，氮:磷:钾＝15:15:15)
原料组成为：
尿素：65kg；
农作物秸秆改性包膜控释尿素：152kg；
磷酸二铵：325kg；
氯化钾：80kg；
改性环氧树脂包膜控释氯化钾：187kg；
氧化钙：33kg；
生物炭：50kg
γ-聚谷氨酸：3kg
硅藻土：104kg；
石蜡：1kg。
其配制方法为：
(1)将33kg氧化钙、104kg硅藻土、3kgγ-聚谷氨酸和80kg氯化钾混合均匀后置于转鼓造粒机中，加热后，分次喷洒19kg水，边喷边搅拌，制备出粒径3-5毫米的混合物颗粒。
(2)将1kg石蜡加热熔融，利用常规热喷法将其均匀的喷涂到步骤(1)制备处的肥料颗粒表面，待其固化和肥料冷却。
(3)取环氧树脂E-44与聚氨酯PUR以9:1质量比混合，制备成改性环氧树脂，取7.4kg改性环氧树脂、0.7kgT-583、1.1kg苄基缩水甘油醚和0.1kg硅藻土，混合，配制成改性环氧树脂包膜剂，取粒径3-4mm的氯化钾颗粒177.7kg作为核芯加入到转鼓中，在80℃温度下，按照现有技术包裹一层环氧改性环氧树脂包膜剂，包膜剂占肥料质量的5％，制备得到改性环氧树脂包膜控释氯化钾。
(4)将步骤(2)制备的混合物颗粒、步骤(3)制备的改性环氧树脂包膜控释氯化钾、农作物秸秆改性包膜尿素、尿素和磷酸二铵加入混合器混合均匀，即为改良土壤酸化的功能型控释掺混肥成品。
实施例2：一种改良土壤酸化的功能型控释掺混肥(高钾型，氮:磷:钾＝12:12:21)
原料组成为：
尿素：50kg；
农作物秸秆改性包膜控释尿素：117kg；
磷酸二铵：260kg；
氯化钾：110kg；
改性环氧树脂包膜控释氯化钾：255kg；
氧化钙：50kg；
生物炭：50kg；
硅藻土：105kg；
γ-聚谷氨酸：2kg
石蜡：1kg。
其制配方法为：
(1)将自然风干的棉花秸秆200kg，通过铡草机粉碎为5cm，在450℃厌氧条件下热解2h，冷却至室温后研磨过100目筛制得棉花秸秆生物炭。
(2)将50kg氧化钙、50kg生物炭、105kg硅藻土、2kgγ-聚谷氨酸和110kg氯化钾混合均匀后混合均匀置于转鼓造粒机中，加热后，分次喷洒15kg水，边喷边搅拌，制备出粒径3-5毫米的混合物颗粒。
(3)将2kg石蜡加热熔融，利用常规热喷法将其均匀的喷涂到步骤(1)制备处的肥料颗粒表面，待其固化和肥料冷却。
(4)取环氧树脂E-44与聚氨酯PUR以9:1质量比混合，制备成改性环氧树脂，取10.1kg改性环氧树脂、1.0kg T-583、1.5kg苄基缩水甘油醚和0.2kg硅藻土，混合，配制成改性环氧树脂包膜剂，取粒径3-4.5毫米的氯化钾颗粒242.2kg作为核芯加入到转鼓中，在80℃温度下，按照现有技术包裹一层环氧改性环氧树脂包膜剂，包膜剂占肥料质量的5％，制备得到改性环氧树脂包膜控释氯化钾。
(5)将步骤(2)制备的混合物颗粒、步骤(3)制备的改性环氧树脂包膜控释氯化钾、农作物秸秆改性包膜尿素、尿素和磷酸二铵加入混合器混合均匀，即为改良土壤酸化的功能型控释掺混肥成品。
实施例3：一种改良土壤酸化的功能型控释掺混肥(高氮型，氮:磷:钾＝23:9:9)，
原料组成为：
尿素：130kg；
农作物秸秆改性包膜控释尿素：303kg；
磷酸二铵：202kg；
氯化钾：50kg；
改性环氧树脂包膜控释氯化钾：117kg；
氧化钙：20kg
生物炭：80kg；
硅藻土：93kg；
γ-聚谷氨酸：4kg
石蜡：1kg。
其制配方法为：
(1)将自然风干的棉花秸秆200kg，通过铡草机粉碎为5cm，在500℃厌氧条件下热解1h，冷却至室温后研磨过100目筛制得棉花秸秆生物炭。
(2)将80kg生物炭、93kg硅藻土、4kgγ-聚谷氨酸和50kg氯化钾混合均匀后混合均匀置于转鼓造粒机中，加热后，分次喷洒10kg水，边喷边搅拌，制备出粒径3-5mm的混合物颗粒。
(3)将1kg石蜡加热熔融，利用常规热喷法将其均匀的喷涂到步骤(1)制备处的肥料颗粒表面，待其固化和肥料冷却。
(4)取环氧树脂E-44与聚氨酯PUR以9:1质量比混合，制备成改性环氧树脂，取4.6kg改性环氧树脂、0.5kgT-583、0.7kg苄基缩水甘油醚和0.1kg硅藻土，混合，配制成改性环氧树脂包膜剂，取粒径3-4毫米的氯化钾颗粒111.1kg作为核芯加入到转鼓中，在80℃温度下，按照现有技术包裹一层环氧改性环氧树脂包膜剂，包膜剂占肥料质量的5％，制备得到改性环氧树脂包膜控释氯化钾。
(5)将步骤(2)制备的混合物颗粒、步骤(3)制备的改性环氧树脂包膜控释氯化钾、农作物秸秆改性包膜尿素、尿素和磷酸二铵加入混合器混合均匀，即为改良土壤酸化的功能型控释掺混肥成品。
对比例1：
(1)原料组成：
尿素22％、磷酸二铵32％、硫酸钾30％、氧化钙2％、碳酸钙14％。(均为重量百分比)
(2)制备方法：
将尿素、硫酸钾、氯化钙和碳酸钙分别粉碎后混合均匀，加热后通过滚筒造粒机进行造粒，造粒完成后加入磷酸二铵颗粒进入混合器后混合均匀，制备得到复混肥料。
对比例2：
将实施例3的原料组成中，“氧化钙”的加入量调整为100Kg，“生物炭”省略，其余同实施例3，制备得到复混肥料。
对比例3：
将实施例3的原料组成中，“石蜡”省略，并将制备方法的步骤(3)省略，其余同实施例3，制备得到复混肥料。
试验例1：
(1)供试肥料：实施例1制备的控释掺混肥、对比例1制备的复混肥料、普通复合肥(氮:磷:钾＝15:15:15)。
(2)供试土壤：青紫泥(浙江余姚)。
(3)作物：水稻，品种：宁88。
(4)试验设计(3个处理、6次重复)：
处理1：实施例1制备的控释掺混肥，50公斤/亩；
处理2：对比例1制备的复混肥料，50公斤/亩；
处理3：普通复合肥(氮:磷:钾＝15:15:15)，50公斤/亩；
施肥方式：作为基肥，一次施入。
(5)试验时间：2015.6-2016.11。
(6)试验结果：
试验结果见表1。
表1：
处理 施肥前pH 收获后pH 增产效果 肥料利用率提高的百分点
处理1 5.45 5.72 11.8％ 8.2
处理2 5.45 5.51 2.4％ 1.7
处理3 5.45 5.42 - -
试验例2：
(1)供试肥料：实施例2制备的控释掺混肥、对比例1制备的复混肥料、普通复合肥(氮:磷:钾＝12:12:21)。
(2)供试土壤：棕壤(山东招远)。
(3)作物：苹果，品种：红富士。
(4)试验设计(3个处理、6次重复)：
处理1：实施例2制备的控释掺混肥；
处理2：对比例1制备的复混肥料；
处理3：普通复合肥(氮:磷:钾＝12:12:21)；
施肥方式：幼龄期和初果期，1.5kg/棵；在盛果期，3.5kg/棵；在更新衰老期，2.5kg/棵。
(5)试验时间：2014.11-2015.10。
(6)试验结果：
试验结果见表2。
表2：
处理 施肥前pH 收获后pH 增产效果 肥料利用率提高的百分点
处理1 5.68 5.94 10.7％ 7.3
处理2 5.68 5.77 2.1％ 1.4
处理3 5.68 5.70 - -
试验例3：
(1)供试肥料：实施例3制备的控释掺混肥、对比例1-3制备的复混肥料、普通复合肥(氮:磷:钾＝23:9:9)。
(2)供试土壤：潮土(山东寿光)。
(3)作物：萝卜，品种：满堂红。
(4)试验设计(5个处理、10次重复)：
处理1：实施例3制备的控释掺混肥，40公斤/亩；
处理2：对比例1制备的复混肥料，40公斤/亩；
处理3：对比例2制备的复混肥料，40公斤/亩；
处理4：对比例3制备的复混肥料，40公斤/亩；
处理5：普通复合肥(氮:磷:钾＝23:9:9)，40公斤/亩；
施肥方式：作为基肥，一次施入。
(5)试验时间：2015.8-2015.10。
(6)试验结果：
试验结果见表3。
表3：
处理 施肥前pH 收获后pH 增产效果 肥料利用率提高的百分点
处理1 6.48 6.61 9.6％ 8.5
处理2 6.48 6.54 1.8％ 1.6
处理3 6.48 6.52 4.6％ 4.1
处理4 6.48 6.54 5.2％ 4.6
处理5 6.48 6.43 - -
由试验例1-3可以看出，在供试土壤条件下，单季施用本发明实施例制备的改良土壤酸化的功能型控释掺混肥可提高土壤pH 0.13-0.27，显著提高作物产量9.6％-11.8％，预计连续多年多季施用可以达到大幅度改善土壤酸化和提升产量的作用。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种改良土壤酸化的功能型控释掺混肥，其特征在于，由如下重量百分比的原料制成：
尿素：5％-13％；
农作物秸秆改性包膜控释尿素：11.7％-30.3％；
磷酸二铵：20.2％-32.5％；
氯化钾：5％-11％；
改性环氧树脂包膜控释氯化钾：11.7％-25.5％；
氧化钙：2％-5％；
生物炭：5％-8％；
硅藻土：9.3％-10.5％；
γ-谷氨酸：2‰-4‰；
石蜡：1‰。
2.权利要求1所述的功能型控释掺混肥的制备方法，其特征在于，以氧化钙、生物炭为碱性成分，以硅藻土和γ-谷氨酸为酸碱缓冲剂、隔离剂和造粒粘结剂，以石蜡涂层为防结块和隔离涂层，将碱性原料与生理酸性的氯化钾预混合制成颗粒，再与生理碱性磷酸二铵、农作物秸秆改性包膜控释尿素、尿素及改性环氧树脂包膜控释氯化钾混合，即得改良土壤酸化的功能型控释掺混肥。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将氧化钙、生物炭、γ-谷氨酸、硅藻土和氯化钾混合后粉碎，造粒；
(2)将石蜡加热熔融，均匀喷涂到步骤(1)制备的颗粒表面，待其固化和冷却后，制备得到含有石蜡涂层的肥料颗粒；
(3)将含有石蜡涂层的肥料颗粒、磷酸二铵、农作物秸秆改性包膜控释尿素、尿素和改性环氧树脂包膜控释氯化钾混合均匀，即得。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，造粒的粒径为3-5mm。
5.权利要求1或2所述的功能型控释掺混肥在提高土壤pH值中的应用。
6.权利要求1或2所述的功能型控释掺混肥在提高作物产量中的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述作物为水稻、小麦、玉米、果树和蔬菜。
8.根据权利要求6或7所述的应用，其特征在于，所述功能型控释掺混肥在提高水稻产量中的应用，包括：将权利要求1所述的功能型控释掺混肥按45-55公斤/亩的施用量施入；
所述施入为作为基肥一次性施入。
9.根据权利要求6或7所述的应用，其特征在于，所述功能型控释掺混肥在提高苹果产量中的应用，包括：将权利要求1所述的功能型控释掺混肥按如下方式施入：
在幼龄期和初果期，1-2kg/棵；在盛果期，3-4kg/棵；在更新衰老期，2-3kg/棵。
10.根据权利要求6或7所述的应用，其特征在于，所述功能型控释掺混肥在提高萝卜产量中的应用，包括：将权利要求1所述的功能型控释掺混肥按30-50公斤/亩的施用量施入；
所述施入为作为基肥一次性施入。
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