CN108727105A - 一种适宜南方酸性红壤的膜控型缓控释改良剂及其制备方法 - Google Patents

一种适宜南方酸性红壤的膜控型缓控释改良剂及其制备方法 Download PDF

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CN108727105A CN201810652898.9A CN201810652898A CN108727105A CN 108727105 A CN108727105 A CN 108727105A CN 201810652898 A CN201810652898 A CN 201810652898A CN 108727105 A CN108727105 A CN 108727105A
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Abstract

本发明涉及土壤改良技术领域，公开了一种适宜南方酸性红壤的膜控型缓控释改良剂及其制备方法，该膜控型缓控释改良剂包括膜控型缓释颗粒和覆盖于所述膜控型缓释颗粒表面的速释层，按重量份数计：所述速释层包括生物炭10‑30份、改酸物质30‑45份、硅钙镁钾矿物肥2‑10份和粘合剂5‑20份；所述膜控型缓释颗粒包括生物炭10‑30份、含磷物质30‑65、硅钙镁钾矿物肥2‑10份、粘合剂5‑27份和包膜型缓释材料2‑32份。本发明的膜控型缓控释改良剂在降低土壤酸度的同时能够提高磷肥有效性，改善土壤质地，提高作物产量，而且利用内部的膜控型缓释颗粒和外部的速释层均包含生物炭和硅钙镁钾矿物肥的特点，既可以快速发挥作用，缩短土壤改良期，又能持续释放长期改良土壤。

Description

一种适宜南方酸性红壤的膜控型缓控释改良剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及土壤改良技术领域，具体涉及一种适宜南方酸性红壤的膜控型缓控释改良剂及其制备方法。
背景技术
红壤遍及南方十三个省区，是我国南方主要的土壤类型之一，也是我国粮食作物和经济作物的重要产区。但是，近年来红壤生态系统面临如下严峻问题：第一，工业化和城市化急速发展导致的酸沉降增加以及农业生产中铵态氮肥的大量使用，加剧了红壤酸化，不仅使红壤中钾、钙、镁、钼、硼等营养元素大量流失，也使红壤中重金属的活性增强、对植物的毒性提高，而且土壤酸化还会影响土壤微生物的活动，使微生物数量减少、活性降低，影响土壤中有机质的分解、转化；第二，传统清耕的耕种方式致使土壤有机质不断消耗，矿质养分流失，土壤肥力降低，甚至造成部分红壤区无法耕种；第三，红壤贫瘠化严重，N、P、K养分供应不足，多种中、微量元素缺乏，而且由于红壤自身特性造成施肥效果差，如施加磷肥极易被酸性土壤中大量存在的Fe、Al固定，导致磷肥效力降低，养分缺乏和肥料利用率低使得大多红壤区作物产量低、品质差。
土壤改良剂是现代发展用于改良土壤性状的新材料，土壤改良剂能够有效改善土壤的物理、化学性质，在生产上得到广泛应用。目前农业生产中，常采取强效改酸物质如石灰或者氧化镁和有机肥料混合使用以改良红壤土质，研究表明上述强效改酸物质能显著降低土壤交换性酸和交换性铁铝含量，提高交换性钙镁含量，并且其降酸作用能保持较长时间，例如，公开号为CN107226762的中国发明专利公开了一种营养缓释型酸性土壤调理剂及其制备方法，该种土壤调理剂用石灰或者白云石将土壤酸性由4.0-5.0调整至6.2-6.8，改良后玉米的株高和干物质量均有大幅度升高。
研究发现上述强效改酸物质虽然能够快速提高红壤pH，降低红壤中交换性铁铝含量，减少铁铝对磷的固定及产生的相应沉淀，但是，强效改酸物质溶解后也会在短期内集中、快速释放大量钙离子或镁离子,造成土壤施肥点局部pH激增，从而又易引起肥料释放的磷酸根离子与钙离子或镁离子生成磷酸钙沉淀或磷酸镁沉淀，降低磷肥有效性，诱发或者加速土壤板结，破坏土壤团粒结构，使得土面在内聚力的作用下变得坚硬，而土壤板结常常导致土壤透气性差、作物根系难以伸长，透水保水性差，抗涝抗旱能力下降，最终造成作物产量降低。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中强效改酸物质虽然能够快速提高红壤pH、减少铁铝对磷的固定的现象，但也会在短期内集中释放大量的钙离子或者镁离子，造成土壤施肥点局部pH激增，导致出现含磷肥料释放的磷酸根离子又被微环境中的钙离子或镁离子固定并生成沉淀、降低磷肥有效性、诱发或加速土壤板结、最终影响作物产量的情况，从而提供一种适宜南方酸性红壤的膜控型缓控释改良剂及其制备方法。
为此，本申请采取的技术方案为，
一种适宜南方酸性红壤的膜控型缓控释改良剂，包括膜控型缓释颗粒和覆盖于所述膜控型缓释颗粒表面的速释层，按重量份数计：
所述速释层包括生物炭10-30份、改酸物质30-45份、硅钙镁钾矿物肥2-10份和粘合剂5-20份；
所述膜控型缓释颗粒包括生物炭10-30份、含磷物质30-65份、硅钙镁钾矿物肥2-10份、粘合剂5-27份和包膜型缓释材料2-32份。
进一步优选地，所述粘合剂包括下述重量份的组分：羟丙甲纤维素1-10份、羧甲基纤维素钠1-10份和水70-90份。
进一步优选地，所述包膜型缓释材料包括下述重量份的组分：乙基纤维素15-24份、壳聚糖40-50份、邻苯二甲酸二丁酯7-15份和水20-30份。
进一步优选地，所述改酸物质为氧化钙、氧化镁、氢氧化钙、氢氧化镁、石灰氮、石灰石、碳酸钙和碳酸镁中的一种或者至少两种混合物。
进一步优选地，所述含磷物质为磷矿粉、磷石膏、磷酸铵和钙镁磷肥中的一种或者至少两种混合物。
进一步优选地，按重量份数计，所述速释层和膜控型缓释颗粒所占份数分别为10-25份和75-95份。
本发明的另一种目的在于提供一种制备上述改良剂的方法，包括如下步骤：
(1)将膜控型缓释颗粒的原料生物炭、含磷物质和硅钙镁钾矿物肥分别粉粹，过60-100目筛后均匀混合，得到膜控型缓释颗粒原料混合物粉末；
(2)将膜控型缓释颗粒的粘合剂中的羟丙甲纤维素和羧甲基纤维素钠依次均匀分散到水中制备粘合剂溶液，将步骤(1)得到的膜控型缓释颗粒原料混合物粉末置于流化床制粒包衣机或者离心包衣造粒机中，喷涂粘合剂溶液制粒，干燥、整粒后制得半成品缓释颗粒；
(3)将乙基纤维素、壳聚糖分别溶解或者溶胀后混合加入邻苯二甲酸二丁酯后制得缓释包衣液，将步骤(2)制得的半成品缓释颗粒置于流化床制粒包衣机、离心包衣造粒机或者包衣锅中，将缓释包衣液喷涂于上述半成品缓释颗粒表面，制得膜控型缓释颗粒；
(4)将速释层的原料生物炭、改酸物质和硅钙镁钾矿物肥分别粉粹，过80-100目筛后均匀混合，得到速释层原料混合物粉末；
(5)将速释层的原料组成粘合剂中的羟丙甲纤维素和羧甲基纤维素钠依次均匀分散到水中制备粘合剂溶液；将步骤(3)制得的膜控型缓释颗粒加入到流化床制粒包衣机中，调节风速使膜控型缓释颗粒呈流化状态，然后以流动的空气为载体将步骤(4)中制得的速释层原料混合物粉末带入流化床内，与呈流化态膜控型缓释颗粒进行碰撞，同时向流化床内喷入雾状粘合剂溶液，令速释层原料混合物粉末通过碰撞而粘结在膜控型缓释颗粒表面形成速释层，连续操作使得速释层不断加厚，制得膜控型缓控释改良剂。
进一步优选地，所述膜控型缓控释改良剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将膜控型缓释颗粒的生物炭、含磷物质和硅钙镁钾矿物肥分别粉粹，过60-80目筛后均匀混合，得到膜控型缓释颗粒原料混合物粉末；
(2)将膜控型缓释颗粒粘合剂中的羟丙甲纤维素加入部分水中，用分散均质机调节转速为8000-12000rpm分散均匀，将粘合剂羧甲基纤维素钠加入剩余的水中，用分散均质机调节转速为8000-12000rpm分散均匀，将上述两种分散液磁力搅拌15min混合均匀，制备得到粘合剂溶液，将步骤(1)得到的膜控型缓释颗粒原料混合物粉末置于流化床制粒包衣机中，在流化转速为800-1000rpm，干燥转速为800-1000rpm，流化温度为50-60℃，干燥温度为50-60℃，雾化压力为0.22-0.24MPa，物料温度为29-30℃的条件下，采用顶喷方式将上述粘合剂溶液喷涂到膜控型缓释颗粒原料混合物粉末上并调节蠕动泵的转速为20-25rpm进行制粒，干燥、整粒后制得半成品缓释颗粒；
(3)将乙基纤维素、壳聚糖分别溶解或者溶胀，混合均匀，加入邻苯二甲酸二丁酯制得缓释包衣液，将步骤(2)制得的半成品缓释颗粒置于流化床制粒包衣机中，在进风压力为0.22-0.25MPa，进风温度为35-40℃的条件下，调节包衣液流速2.5ml/min，采用底喷的方式将缓释包衣液喷涂于上述半成品缓释颗粒表面，制得膜控型缓释颗粒；
(4)将速释层的原料生物炭、改酸物质和硅钙镁钾矿物肥分别粉粹，过80-100目筛后均匀混合，得到速释层原料混合物粉末；
(5)将速释层的粘合剂中的羟丙甲纤维素加入部分水中，用分散均质机调节转速为8000-12000rpm分散均匀，将粘合剂羧甲基纤维素钠加入剩余的水中，用分散均质机调节转速为8000-12000rpm分散均匀，将上述两种分散液磁力搅拌15min混合均匀，制备得到粘合剂溶液；将步骤(3)制得的膜控型缓释颗粒加入到流化床制粒包衣机中，调节流化转速为1000-1500rpm，干燥转速为1000-1500rpm，流化温度为50-60℃，干燥温度为50-60℃，雾化压力为0.22-0.24MPa，物料温度为29-30℃，膜控型缓释颗粒呈流化状态，以流动的空气为载体将步骤(4)中制得的速释层原料混合物粉末带入流化床内，与呈流化态膜控型缓释颗粒进行碰撞，同时以侧喷或者顶喷方式向流化床喷入雾状粘合剂溶液，粘合剂溶液用蠕动泵的转速为20-25rpm，令速释层原料混合物粉末通过碰撞而粘结在膜控型缓释颗粒表面形成速释层，连续操作使得速释层不断加厚，制得膜控型缓控释改良剂。
进一步优选地，所述半成品缓释颗粒的平均粒径为2.2-4.0mm，所述膜控型缓释颗粒的平均粒径为3.1-5.6mm，所述膜控型缓控释改良剂成品的平均粒径为3.8-6.2mm。
进一步优选地，所述缓释包衣液的制备方法：
(1)将乙基纤维素置于无水乙醇中，室温下使其充分溶胀、溶解，得到乙基纤维素溶液；将壳聚糖置于质量分数2％的醋酸溶液中，于30℃水浴加热，搅拌溶解，得到壳聚糖醋酸溶液；
(2)将乙基纤维素溶液与壳聚糖醋酸溶液混合后，加入邻苯二甲酸二丁酯，搅拌均匀，干燥至恒重，加水溶胀、溶解，制得缓释包衣液。
本发明技术方案，具有如下优点：
1、本发明提供了一种适宜南方酸性红壤的膜控型缓控释改良剂，其特点是在膜控型缓释颗粒外面覆盖速释层，外部的速释层包含改酸物质，内部的膜控型缓释颗粒包含含磷物质，二者分阶段释放。首先，速释层能够快速释放改酸物质，在较短的时间内提高酸性土壤pH，降低红壤中交换性铁铝含量，减少酸性土壤中铁铝对磷的固定及产生的相应沉淀；其次，利用膜控型缓释颗粒表面由包膜型缓释材料形成的缓释膜，实现内部含磷物质的缓慢释放，此时随时间推移外部强效改酸物质的改良效果在土壤中已从施肥点向周围逐步扩散、改良效果趋于稳定，内部磷的缓慢释放避免了强效改酸物质溶解后在短期内集中释放大量钙离子或镁离子,造成土壤施肥点局部pH激增而引起释放的磷酸根离子被钙离子或镁离子所固定并生成沉淀的现象，因此该种膜控型缓控释改良剂的施用在降低土壤酸度的同时能够提高磷肥有效性，改善土壤质地，有利于作物持续吸收养分，提高作物产量；
2、本发明提供了一种适宜南方酸性红壤的膜控型缓控释改良剂，内部的膜控型缓释颗粒和外部的速释层均包含生物炭，生物炭一般呈碱性，可以持续提高土壤的pH，降低红壤铝毒性；生物炭也具有高含量的碳组分和丰富多级孔隙，可以疏松土壤、提高土壤肥力、改善土壤的保水性和供水性，防治土壤板结，将生物炭同时添加于外部的速释层和内部的膜控型缓释颗粒中，既可以快速发挥作用，又能持续释放长期改良土壤；速释层中的生物炭不仅能够利用自身多级孔隙结构疏松土壤，而且能够利用生物炭中高含量的有机物协同增强带正电的钙离子或者镁离子与带负电的土壤粘粒形成土壤团聚体以进一步改良土壤质地。
3、本发明提供了一种适宜南方酸性红壤的膜控型缓控释改良剂，硅钙镁钾矿物肥能够补充红壤中硅、钙、镁、钾、锰、钼等微量元素，有助于改善土壤营养结构，从而促进作物生长，内部的膜控型缓释颗粒和外部的速释层均包含硅钙镁钾矿物肥，既可以快速发挥作用，又能持续释放长期改良土壤营养状况。
4、本发明提供了一种适宜南方酸性红壤的膜控型缓控释改良剂的制备方法，通过将膜控型缓释颗粒原料混合后加入粘合剂制粒，然后包衣得到膜控型缓释颗粒；然后通过粘合剂将速释层原料混合物粉末喷覆到膜控型缓释颗粒上得到外部为速释层内部为膜控型缓释颗粒的膜控型缓控释改良剂，包膜型缓释材料中含有的壳聚糖带正电能够与粘合剂中的羧甲基纤维素钠发生静电交联，从而提高膜控型缓释颗粒与速释层之间以及半成品缓释颗粒和包衣膜之间的稳定性，改善外部速释层或者包衣膜脱落的情况。
具体实施方式
本发明以下实施例、对比例和评价例中，生物炭、氧化镁、氧化钙、磷酸铵、羟丙甲纤维素、羧甲基纤维素钠、乙基纤维素、壳聚糖、邻苯二甲酸二丁酯和硅钙镁钾矿物肥均为市售品。
实施例1
本实施例中速释层的原料组成为：生物炭1.2kg、氧化镁4.5kg、硅钙镁钾矿物肥0.2kg，粘合剂为：羟丙甲纤维素0.15kg、羧甲基纤维素钠0.15kg和水1.2kg。
膜控型缓释颗粒的原料组成为：生物炭3.85kg、磷酸铵22.68kg、硅钙镁钾矿物肥0.790kg，粘合剂为：羟丙甲纤维素0.85kg、羧甲基纤维素钠0.85kg和水6.8kg，包膜型缓释材料为：乙基纤维素2.05kg、壳聚糖5.47kg、邻苯二甲酸二丁酯1.09kg和水2.73kg。
适宜南方酸性红壤的膜控型缓控释改良剂的制备方法包括如下步骤：
(1)膜控型缓释颗粒原料混合物粉末的制备：将膜控型缓释颗粒的原料生物炭、含磷物质和硅钙镁钾矿物肥分别粉粹，过80目筛后均匀混合，得到膜控型缓释颗粒原料混合物粉末；
(2)半成品缓释颗粒的制备：按照上述膜控型缓释颗粒的原料组成，将羟丙甲纤维素分3次加入3kg水中，用分散均质机调节转速为12000rpm分散均匀，将粘合剂羧甲基纤维素钠分3次加入剩余的水中，用分散均质机调节转速为8000rpm分散均匀，将上述两种分散液混合，磁力搅拌15min，制备粘合剂溶液；将步骤(1)制得的膜控型缓释颗粒原料混合物粉末置于流化床制粒包衣机中，在流化转速为1000rpm，干燥转速为1000rpm，流化温度为50℃，干燥温度为50℃，雾化压力为0.23MPa，物料温度为29.6℃的条件下，采用顶喷方式将上述粘合剂溶液喷涂到上述粉末上制粒，粘合剂溶液用蠕动泵的转速为25rpm，干燥、整粒后制得半成品缓释颗粒，用游标卡尺测定半成品缓释颗粒的平均粒径为3.82mm；
(3)膜控型缓释颗粒的制备：将乙基纤维素置于无水乙醇中，室温下使其充分溶胀、溶解，得到乙基纤维素溶液；将壳聚糖置于质量分数2％的醋酸溶液中，于30℃水浴加热，搅拌溶解，得到壳聚糖醋酸溶液；将乙基纤维素溶液与壳聚糖醋酸溶液混合后，加入邻苯二甲酸二丁酯，搅拌均匀，干燥至恒重，加水溶胀、溶解，制得缓释包衣液，将步骤(2)制得的半成品缓释颗粒置于流化床制粒包衣机中，在进风压力为0.25MPa，进风温度为40℃的条件下，采用底喷的方式，包衣液流速2.5ml/min，将缓释包衣液喷涂于半成品缓释颗粒表面，制得膜控型缓释颗粒，用游标卡尺测定膜控型缓释颗粒的平均粒径为5.48mm；
(4)速释层原料混合物粉末的制备：将速释层的原料生物炭、氧化镁和硅钙镁钾矿物肥分别粉粹，过100目筛后均匀混合，得到速释层原料混合物粉末；
(5)膜控型缓控释改良剂的制备：按照上述速释层的原料组成，将粘合剂中的羟丙甲纤维素加入0.6kg水中，用分散均质机调节转速为12000rpm分散均匀，将羧甲基纤维素钠加入剩余的水中，用分散均质机调节转速为8000rpm分散均匀，将上述两种分散液混合，磁力搅拌15min，制备粘合剂溶液；将步骤(3)制得的膜控型缓释颗粒加入到流化床制粒包衣机中，调节流化转速为1300rpm，干燥转速为1300rpm，流化温度为60℃，干燥温度为60℃，雾化压力为0.24MPa，物料温度为30℃的条件下，膜控型缓释颗粒呈流化状态，以流动的空气为载体将步骤(4)制得的速释层原料混合物粉末带入流化床内，与呈流化态的膜控型缓释颗粒进行碰撞，同时以侧喷或者顶喷方式向流化床喷入雾状上述粘合剂溶液，粘合剂溶液用蠕动泵的转速为25rpm，令速释层原料混合物粉末通过碰撞而粘结在膜控型缓释颗粒表面形成速释层，连续操作使得速释层不断加厚，制得膜控型缓控释改良剂，用游标卡尺测定膜控型缓控释改良剂颗粒的平均粒径为6.08mm。
实施例2
本实施例中速释层的原料组成为：生物炭2.9kg、氧化钙3.8kg、硅钙镁钾矿物肥1.0kg，粘合剂为：羟丙甲纤维素0.04kg、羧甲基纤维素钠0.04kg和水1.92kg。
膜控型缓释颗粒的原料组成为：生物炭7.68kg、磷酸铵17.28kg、硅钙镁钾矿物肥1.92kg，粘合剂为：羟丙甲纤维素0.15kg、羧甲基纤维素钠0.15kg和水7.37kg，包膜型缓释材料为：乙基纤维素1.69kg、壳聚糖3.17kg、邻苯二甲酸二丁酯1.06kg和水1.76kg。
适宜南方酸性红壤的膜控型缓控释改良剂的制备方法包括如下步骤：
(1)膜控型缓释颗粒原料混合物粉末的制备：将膜控型缓释颗粒的原料生物炭、含磷物质和硅钙镁钾矿物肥分别粉粹，过80目筛后均匀混合，得到膜控型缓释颗粒原料混合物粉末；
(2)半成品缓释颗粒制备：按照上述膜控型缓释颗粒的原料组成，将羟丙甲纤维素分2次加入3kg水中，用分散均质机调节转速为8000rpm分散均匀，将粘合剂羧甲基纤维素钠分2次加入剩余的水中，用分散均质机调节转速为8000rpm分散均匀，将上述两种分散液混合，磁力搅拌15min，制备粘合剂溶液；将步骤(1)膜控型缓释颗粒原料混合物粉末置于流化床制粒包衣机中，在流化转速为900rpm，干燥转速为900rpm，流化温度为55℃，干燥温度为55℃，雾化压力为0.22MPa，物料温度为29.2℃的条件下，采用顶喷方式将上述粘合剂溶液喷涂到上述粉末上制粒，粘合剂溶液用蠕动泵的转速为23rpm，干燥、整粒后制得半成品缓释颗粒，用游标卡尺测定半成品缓释颗粒的平均粒径为2.84mm；
(3)膜控型缓释颗粒的制备：将乙基纤维素置于无水乙醇中，室温下使其充分溶胀、溶解，得到乙基纤维素溶液；将壳聚糖置于质量分数2％的醋酸溶液中，于30℃水浴加热，搅拌溶解，得到壳聚糖醋酸溶液；将乙基纤维素溶液与壳聚糖醋酸溶液混合后，加入邻苯二甲酸二丁酯，搅拌均匀，干燥至恒重，加水溶胀、溶解，制得缓释包衣液，将步骤(2)制得的半成品缓释颗粒置于流化床制粒包衣机中，在进风压力为0.23MPa，进风温度为37℃的条件下，采用底喷的方式，包衣液流速2.5ml/min，将缓释包衣液喷涂于上述半成品缓释颗粒表面，制得膜控型缓释颗粒，用游标卡尺测定膜控型缓释颗粒的平均粒径为4.43mm；
(4)速释层原料混合物粉末的制备：将速释层的原料生物炭、氧化钙和硅钙镁钾矿物肥分别粉粹，过80目筛后均匀混合，得到速释层原料混合物粉末；
(5)膜控型缓控释改良剂的制备：按照上述速释层的原料组成，将速释层粘合剂中的羟丙甲纤维素加入0.8kg水中，用分散均质机调节转速为8000rpm分散均匀，将粘合剂羧甲基纤维素钠加入剩余的水中，用分散均质机调节转速为8000rpm分散均匀，将上述两种分散液混合，磁力搅拌15min，制备粘合剂溶液，将步骤(3)制得的膜控型缓释颗粒加入到流化床制粒包衣机中，调节流化转速为1200rpm，干燥转速为1200rpm，流化温度为50℃，干燥温度为50℃，雾化压力为0.23MPa，物料温度为29.9℃的条件下，膜控型缓释颗粒呈流化状态，以流动的空气为载体将步骤(4)的速释层原料混合物粉末带入流化床内，与呈流化态的膜控型缓释颗粒进行碰撞，同时以侧喷或者顶喷方式向流化床喷入雾状粘合剂溶液，粘合剂溶液用蠕动泵的转速为20rpm，令速释层原料混合物粉末通过碰撞而粘结在膜控型缓释颗粒表面形成速释层，连续操作使得速释层不断加厚，制得膜控型缓控释改良剂，用游标卡尺测定膜控型缓控释改良剂颗粒的平均粒径为5.32mm。
实施例3
本实施例中速释层的原料组成为：生物炭1.5kg、氧化镁3.0kg、硅钙镁钾矿物肥0.5kg，粘合剂为：羟丙甲纤维素0.025kg、羧甲基纤维素钠0.05kg和水1.275kg。
膜控型缓释颗粒的原料组成为：生物炭6.36kg、磷酸铵12.72kg、硅钙镁钾矿物肥2.12kg，粘合剂为：羟丙甲纤维素0.10kg、羧甲基纤维素钠0.20kg和水5.0kg，包膜型缓释材料为：乙基纤维素0.96kg、壳聚糖2.40kg、邻苯二甲酸二丁酯0.72kg和水1.20kg。
适宜南方酸性红壤的膜控型缓控释改良剂的制备方法包括如下步骤：
(1)膜控型缓释颗粒原料混合物粉末的制备：将膜控型缓释颗粒的原料生物炭、含磷物质和硅钙镁钾矿物肥分别粉粹，过80目筛后均匀混合，得到膜控型缓释颗粒原料混合物粉末；
(2)半成品缓释颗粒制备：按照上述膜控型缓释颗粒的原料组成，将羟丙甲纤维素分3次加入2.5kg水中，用分散均质机调节转速为10000rpm分散均匀，将粘合剂羧甲基纤维素钠分3次加入剩余的水中，用分散均质机调节转速为10000rpm分散均匀，将上述两种分散液混合，磁力搅拌15min，制备粘合剂溶液；将步骤(1)制得的膜控型缓释颗粒原料混合物粉末置于流化床制粒包衣机中，在流化转速为900rpm，干燥转速为900rpm，流化温度为60℃，干燥温度为60℃，雾化压力为0.22MPa，物料温度为29.2℃的条件下，采用顶喷方式将上述粘合剂溶液喷涂到上述粉末上制粒，粘合剂溶液用蠕动泵的转速为23rpm，干燥、整粒后制得半成品缓释颗粒，用游标卡尺测定半成品缓释颗粒的平均粒径为2.33mm；
(3)膜控型缓释颗粒的制备：将乙基纤维素置于无水乙醇中，室温下使其充分溶胀、溶解，得到乙基纤维素溶液；将壳聚糖置于质量分数2％的醋酸溶液中，于30℃水浴加热，搅拌溶解，得到壳聚糖醋酸溶液；将乙基纤维素溶液与壳聚糖醋酸溶液混合后，加入邻苯二甲酸二丁酯，搅拌均匀，干燥至恒重，加水溶胀、溶解，制得缓释包衣液，将步骤(2)制得的半成品缓释颗粒置于流化床制粒包衣机中，在进风压力为0.22MPa，进风温度为37℃的条件下，采用底喷的方式，包衣液流速2.5ml/min，将缓释包衣液喷涂于上述半成品缓释颗粒表面，制得膜控型缓释颗粒，用游标卡尺测定膜控型缓释颗粒的平均粒径为3.18mm；
(4)速释层原料混合物粉末的制备：将速释层的原料生物炭、氧化镁和硅钙镁钾矿物肥分别粉粹，过80目筛后均匀混合，得到速释层原料混合物粉末；
(5)膜控型缓控释改良剂的制备：按照上述速释层的原料组成，将羟丙甲纤维素加入0.6kg水中，用分散均质机调节转速为10000rpm分散均匀，将粘合剂羧甲基纤维素钠加入剩余的水中，用分散均质机调节转速为10000rpm分散均匀，将上述两种分散液混合，磁力搅拌15min，制备粘合剂溶液；将步骤(3)制得的的膜控型缓释颗粒加入到流化床制粒包衣机中，调节流化转速为1500rpm，干燥转速为1500rpm，流化温度为50℃，干燥温度为50℃，雾化压力为0.23MPa，物料温度为29.6℃的条件下，膜控型缓释颗粒呈流化状态，以流动的空气为载体将步骤(4)制得的速释层原料混合物粉末带入流化床内，与呈流化态的膜控型缓释颗粒进行碰撞，同时以侧喷或者顶喷方式向流化床喷入雾状粘合剂溶液，粘合剂溶液用蠕动泵的转速为23rpm，令速释层原料混合物粉末通过碰撞而粘结在膜控型缓释颗粒表面形成速释层，连续操作使得速释层不断加厚，制得膜控型缓控释改良剂，用游标卡尺测定膜控型缓控释改良剂颗粒的平均粒径为3.87mm。
实施例4
本实施例中速释层的原料组成为：生物炭1.5kg、氧化钙4.5kg、硅钙镁钾矿物肥1.0kg，粘合剂为：羟丙甲纤维素0.025kg、羧甲基纤维素钠0.05kg和水1.275kg。
膜控型缓释颗粒的原料组成为：生物炭3.04kg、磷酸铵9.12kg、硅钙镁钾矿物肥1.52kg，粘合剂为：羟丙甲纤维素0.28kg、羧甲基纤维素钠0.14kg和水7.18kg，包膜型缓释材料为：乙基纤维素1.48kg、壳聚糖3.69kg、邻苯二甲酸二丁酯0.59kg和水1.84kg。
适宜南方酸性红壤的膜控型缓控释改良剂的制备方法包括如下步骤：
(1)膜控型缓释颗粒原料混合物粉末的制备：将膜控型缓释颗粒的原料生物炭、含磷物质和硅钙镁钾矿物肥分别粉粹，过100目筛后均匀混合，得到膜控型缓释颗粒原料混合物粉末；
(2)半成品缓释颗粒制备：按照上述膜控型缓释颗粒的原料组成，将粘合剂的羟丙甲纤维素加入3kg水中，用分散均质机调节转速为10000rpm分散均匀，将粘合剂羧甲基纤维素钠加入剩余的水中，用分散均质机调节转速为10000rpm分散均匀，将上述两种分散液混合，磁力搅拌15min，制备粘合剂溶液；将步骤(1)制得的膜控型缓释颗粒原料混合物粉末置于流化床制粒包衣机中，在流化转速为800rpm，干燥转速为800rpm，流化温度为60℃，干燥温度为60℃，雾化压力为0.24MPa，物料温度为29.2℃的条件下，采用顶喷方式将上述粘合剂溶液喷涂到上述粉末上制粒，粘合剂溶液用蠕动泵的转速为20rpm，干燥、整粒后制得半成品缓释颗粒，用游标卡尺测定半成品缓释颗粒的平均粒径为2.63mm；
(3)膜控型缓释颗粒的制备：将乙基纤维素置于无水乙醇中，室温下使其充分溶胀、溶解，得到乙基纤维素溶液；将壳聚糖置于质量分数2％的醋酸溶液中，于30℃水浴加热，搅拌溶解，得到壳聚糖醋酸溶液；将乙基纤维素溶液与壳聚糖醋酸溶液混合后，加入邻苯二甲酸二丁酯，搅拌均匀，干燥至恒重，加水溶胀、溶解，制得缓释包衣液，将步骤(2)制得的半成品缓释颗粒置于流化床制粒包衣机中，在进风压力为0.23MPa，进风温度为35℃的条件下，采用底喷的方式，包衣液流速2.5ml/min，将缓释包衣液喷涂于上述半成品缓释颗粒表面，制得膜控型缓释颗粒，用游标卡尺测定膜控型缓释颗粒的平均粒径为3.48mm；
(4)速释层原料混合物粉末的制备：将速释层的原料生物炭、氧化钙和硅钙镁钾矿物肥分别粉粹，过100目筛后均匀混合，得到速释层原料混合物粉末；
(5)膜控型缓控释改良剂的制备：按照上述速释层的原料组成，将粘合剂的羟丙甲纤维素加入0.6kg水中，用分散均质机调节转速为10000rpm分散均匀，将粘合剂羧甲基纤维素钠加入剩余的水中，用分散均质机调节转速为10000rpm分散均匀，将上述两种分散液混合，磁力搅拌15min，制备粘合剂溶液；将步骤(3)制得的膜控型缓释颗粒加入到流化床制粒包衣机中，调节流化转速为1500rpm，干燥转速为1500rpm，流化温度为55℃，干燥温度为55℃，雾化压力为0.22MPa，物料温度为29.7℃的条件下，膜控型缓释颗粒呈流化状态，以流动的空气为载体将步骤(4)制得的速释层原料混合物粉末带入流化床内，与呈流化态的膜控型缓释颗粒进行碰撞，同时以侧喷或者顶喷方式向流化床喷入雾状粘合剂溶液，粘合剂溶液用蠕动泵的转速为25rpm，令速释层原料混合物粉末通过碰撞而粘结在膜控型缓释颗粒表面形成速释层，连续操作使得速释层不断加厚，制得膜控型缓控释改良剂，用游标卡尺测定膜控型缓控释改良剂颗粒的平均粒径为4.03mm。
对比例1
一种土壤改良剂，包括：生物炭5.05kg、磷酸铵22.68kg、氧化镁4.5kg、硅钙镁钾矿物肥0.990kg，粘合剂为：羟丙甲纤维素1.0kg、羧甲基纤维素钠1.0kg和水8.0kg。
改良剂的制备方法包括如下步骤：
将生物炭、磷酸铵、氧化镁和硅钙镁钾矿物肥分别粉粹，过80目筛后均匀混合，得到混合物粉末；将粘合剂的羟丙甲纤维素加入4kg水中，用分散均质机调节转速为12000rpm分散均匀，将粘合剂羧甲基纤维素钠加入剩余的水中，用分散均质机调节转速为8000rpm分散均匀，将上述两种分散液混合，磁力搅拌15min，制备粘合剂溶液；将上述混合粉末置于流化床制粒包衣机中，在流化转速为1000rpm，干燥转速为1000rpm，流化温度为50℃，干燥温度为50℃，雾化压力为0.23MPa，物料温度为29.6℃的条件下，采用顶喷方式将上述粘合剂溶液喷涂到上述粉末上制粒，粘合剂溶液用蠕动泵的转速为25rpm，干燥、整粒后制得改良剂颗粒，用游标卡尺测定改良剂颗粒的平均粒径为4.01mm。
对比例2
一种土壤改良剂，包括：生物炭5.05kg、磷酸铵22.68kg、氧化镁4.5kg、硅钙镁钾矿物肥0.990kg，粘合剂为：羟丙甲纤维素1.0kg、羧甲基纤维素钠1.0kg和水8.0kg，包膜型缓释材料为：乙基纤维素2.05kg、壳聚糖5.47kg、邻苯二甲酸二丁酯1.09kg和水2.73kg。
改良剂的制备方法包括如下步骤：
(1)将生物炭、磷酸铵、氧化镁和硅钙镁钾矿物肥分别粉粹，过80目筛后均匀混合，得到混合物粉末；将粘合剂的羟丙甲纤维素加入4kg水中，用分散均质机调节转速为12000rpm分散均匀，将粘合剂羧甲基纤维素钠加入剩余的水中，用分散均质机调节转速为8000rpm分散均匀，将上述两种分散液混合，磁力搅拌15min，制备粘合剂溶液；将上述混合粉末置于流化床制粒包衣机中，在流化转速为1000rpm，干燥转速为1000rpm，流化温度为50℃，干燥温度为50℃，雾化压力为0.23MPa，物料温度为29.6℃的条件下，采用顶喷方式将上述粘合剂溶液喷涂到上述粉末上制粒，粘合剂溶液用蠕动泵的转速为25rpm，干燥、整粒后制得半成品缓释颗粒，用游标卡尺测定颗粒的平均粒径为3.96mm。
(2)将乙基纤维素置于无水乙醇中，室温下使其充分溶胀、溶解，得到乙基纤维素溶液；将壳聚糖置于重量份数2％的醋酸溶液中，于30℃水浴加热，搅拌溶解，得到壳聚糖醋酸溶液；将乙基纤维素溶液与壳聚糖醋酸溶液混合后，加入邻苯二甲酸二丁酯，搅拌均匀，干燥至恒重，加水溶胀、溶解，制得缓释包衣液，将步骤(1)制得的半成品缓释颗粒置于流化床制粒包衣机中，在进风压力为0.25MPa，进风温度为40℃的条件下，采用底喷的方式，包衣液流速2.5ml/min，将缓释包衣液喷涂于上述颗粒表面，制得膜控型缓释颗粒，用游标卡尺测定膜控型缓释颗粒的平均粒径为5.62mm。
评价例
1、试验地概况：试验在江西省鹰潭市余江县刘家站垦殖场五分场进行。试验地为弃耕酸性红壤荒地，成土母质为第四纪红黏土，表层土壤(0-20cm)的基础性质为：pH 4.52，有机质10.81g·kg-1，全氮0.97g·kg-1，全磷0.38g·kg-1，全钾9.39g·kg-1，碱解氮68.2mg·kg-1，有效磷12.3mg·kg-1，速效钾89.5mg·kg-1，土壤粘粒含量达42.3％。因此，供试土壤具有酸性强，有机质、氮、磷、钾养分含量低，质地黏重，通透性差的特点。
2、试验方法：试验设7个处理：分别为不施用改良剂的空白对照，施用本发明实施例1-4所制备的膜控型缓控释改良剂、施用本发明对比例1和对比例2制备的普通土壤改良剂，改良剂的用量为75kg/亩。种植作物为玉米，玉米品种为掖单13号，种植密度为45000株/hm2，玉米种植的施肥量为复合肥150kg/亩，有机肥为300kg/亩。玉米采用育苗盘育苗而后移苗的方式种植，在移苗前将改良剂、复合肥和有机肥依次撒施于地表，而后翻扒与表土混匀。每个处理设3次重复，随机区组排列，小区面积300m2(10m×30m)，不同处理除土壤改良剂不同外，其他操作管理均相同。试验期内分时期采集表层土样，测定土壤的pH和速效磷含量，在玉米成熟期全小区收获测产并计算磷肥利用率。
3、结果和分析：如表1所示，本发明的膜控型缓控释改良剂能够有效改善红壤酸性，对作物的产量也具有显著地提升效果。本发明的膜控型缓控释改良剂首先利用速释层的改酸物质快速提高土壤pH，及时改良土壤酸性；而后利用膜控型缓释颗粒中的生物炭和硅钙镁钾矿物肥等缓慢释放进一步提高或长期维持土壤pH，防止土壤出现对比例1中的急速返酸情况；本发明实施例1-4的膜控型缓控释改良剂相比于对比例1的速释改良剂和对比例2的缓释改良剂，将内部含磷物质延迟于强效改酸物质释放，使二者的释放存在时间差，既有利于改善大环境的土壤酸性，减少红壤中的铁铝对磷的固定，也避免了施肥点局部pH激增导致强效改酸物质中的钙离子或镁离子对磷的固定，从而明显提高了玉米生长期中大部分时间土壤有效磷的含量(表2)，促进了作物更好地吸收磷素营养，加快了作物生长，最终提高了磷肥利用率和玉米产量。
表1不同时期土壤pH变化及玉米产量
表2不同时期土壤有效磷含量变化及玉米磷肥利用率
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种适宜南方酸性红壤的膜控型缓控释改良剂，其特征在于，包括膜控型缓释颗粒和覆盖于所述膜控型缓释颗粒表面的速释层，按重量份计：
所述速释层包括生物炭10-30份、改酸物质30-45份、硅钙镁钾矿物肥2-10份和粘合剂5-20份；
所述膜控型缓释颗粒包括生物炭10-30份、含磷物质30-65份、硅钙镁钾矿物肥2-10份、粘合剂5-27份和包膜型缓释材料2-32份。
2.根据权利要求1所述的改良剂，其特征在于：所述粘合剂包括下述重量份的组分：羟丙甲纤维素1-10份、羧甲基纤维素钠1-10份和水70-90份。
3.根据权利要求1或2所述的改良剂，其特征在于：所述包膜型缓释材料包括下述重量份的组分：乙基纤维素15-24份、壳聚糖40-50份、邻苯二甲酸二丁酯7-15份和水20-30份。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的改良剂，其特征在于：所述改酸物质为氧化钙、氧化镁、氢氧化钙、氢氧化镁、石灰氮、石灰石、碳酸钙和碳酸镁中的一种或者至少两种的混合物。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的改良剂，其特征在于：所述含磷物质为磷矿粉、磷石膏、磷酸铵和钙镁磷肥中的一种或者至少两种的混合物。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的改良剂，其特征在于：按重量份数计，所述速释层和膜控型缓释颗粒所占份数分别为10-25份和75-95份。
7.一种制备权利要求1-6中任一所述的改良剂的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将膜控型缓释颗粒的原料组成生物炭、含磷物质和硅钙镁钾矿物肥分别粉粹，过60-100目筛后均匀混合，得到膜控型缓释颗粒原料混合物粉末；
(2)将膜控型缓释颗粒的原料组成粘合剂中的羟丙甲纤维素和羧甲基纤维素钠依次均匀分散到水中制备粘合剂溶液，将步骤(1)得到的膜控型缓释颗粒原料混合物粉末置于流化床制粒包衣机或者离心包衣造粒机中，喷涂上述粘合剂溶液制粒，干燥、整粒后制得半成品缓释颗粒；
(3)将乙基纤维素、壳聚糖分别溶解或者溶胀后混合加入邻苯二甲酸二丁酯后制得缓释包衣液，将步骤(2)制得的半成品缓释颗粒置于流化床制粒包衣机、离心包衣造粒机或者包衣锅中，将缓释包衣液喷涂于上述半成品缓释颗粒表面，制得膜控型缓释颗粒；
(4)将速释层的原料生物炭、改酸物质和硅钙镁钾矿物肥分别粉粹，过80-100目筛后均匀混合，得到速释层原料混合物粉末；
(5)将速释层的原料组成粘合剂中的羟丙甲纤维素和羧甲基纤维素钠依次均匀分散到水中制备粘合剂溶液；将步骤(3)制得的膜控型缓释颗粒加入到流化床制粒包衣机中，调节风速使膜控型缓释颗粒呈流化状态，然后以流动的空气为载体将步骤(4)中制得的速释层原料混合物粉末带入流化床内，与呈流化态膜控型缓释颗粒进行碰撞，同时向流化床内喷入雾状粘合剂溶液，令速释层原料混合物粉末通过碰撞而粘结在膜控型缓释颗粒表面形成速释层，连续操作使得速释层不断加厚，制得膜控型缓控释改良剂。
8.根据权利要求7所述的改良剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将膜控型缓释颗粒的生物炭、含磷物质和硅钙镁钾矿物肥分别粉粹，过60-80目筛后均匀混合，得到膜控型缓释颗粒原料混合物粉末；
(2)将膜控型缓释颗粒的粘合剂中的羟丙甲纤维素加入部分水中，用分散均质机调节转速为8000-12000rpm分散均匀，将粘合剂羧甲基纤维素钠加入剩余的水中，用分散均质机调节转速为8000-12000rpm分散均匀，将上述两种分散液磁力搅拌15min混合均匀，制备得到粘合剂溶液，将步骤(1)得到的膜控型缓释颗粒原料混合物粉末置于流化床制粒包衣机中，在流化转速为800-1000rpm，干燥转速为800-1000rpm，流化温度为50-60℃，干燥温度为50-60℃，雾化压力为0.22-0.24MPa，物料温度为29-30℃的条件下，采用顶喷方式将上述粘合剂溶液喷涂到膜控型缓释颗粒原料混合物粉末上并调节蠕动泵的转速为20-25rpm进行制粒，干燥、整粒后制得半成品缓释颗粒；
(3)将乙基纤维素、壳聚糖分别溶解或者溶胀，混合均匀，加入邻苯二甲酸二丁酯制得缓释包衣液，将步骤(2)制得的半成品缓释颗粒置于流化床制粒包衣机中，在进风压力为0.22-0.25MPa，进风温度为35-40℃的条件下，调节包衣液流速2.5ml/min，采用底喷的方式将缓释包衣液喷涂于上述半成品缓释颗粒表面，制得膜控型缓释颗粒；
(4)将速释层的原料生物炭、改酸物质和硅钙镁钾矿物肥分别粉粹，过80-100目筛后均匀混合，得到速释层原料混合物粉末；
(5)将速释层的粘合剂中的羟丙甲纤维素加入部分水中，用分散均质机调节转速为8000-12000rpm分散均匀，将粘合剂羧甲基纤维素钠加入剩余的水中，用分散均质机调节转速为8000-12000rpm分散均匀，将上述两种分散液磁力搅拌15min混合均匀，制备得到粘合剂溶液；将步骤(3)制得的膜控型缓释颗粒加入到流化床制粒包衣机中，调节流化转速为1000-1500rpm，干燥转速为1000-1500rpm，流化温度为50-60℃，干燥温度为50-60℃，雾化压力为0.22-0.24MPa，物料温度为29-30℃，膜控型缓释颗粒呈流化状态，以流动的空气为载体将步骤(4)中制得的速释层原料混合物粉末带入流化床内，与呈流化态膜控型缓释颗粒进行碰撞，同时以侧喷或者顶喷方式向流化床喷入雾状粘合剂溶液，粘合剂溶液用蠕动泵的转速为20-25rpm，令速释层原料混合物粉末通过碰撞而粘结在膜控型缓释颗粒表面形成速释层，连续操作使得速释层不断加厚，制得膜控型缓控释改良剂。
9.根据权利要求7或8所述的改良剂的制备方法，其特征在于，所述半成品缓释颗粒的平均粒径为2.2-4.0mm，所述膜控型缓释颗粒的平均粒径为3.1-5.6mm，所述膜控型缓控释改良剂成品的平均粒径为3.8-6.2mm。
10.根据权利要求7-9中任一所述的改良剂的制备方法，其特征在于，所述缓释包衣液的制备方法：
(1)将乙基纤维素置于无水乙醇中，室温下使其充分溶胀、溶解，得到乙基纤维素溶液；将壳聚糖置于质量分数2％的醋酸溶液中，于30℃水浴加热，搅拌溶解，得到壳聚糖醋酸溶液；
(2)将乙基纤维素溶液与壳聚糖醋酸溶液混合后，加入邻苯二甲酸二丁酯，搅拌均匀，干燥至恒重，加水溶胀、溶解，制得缓释包衣液。
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