CN109232082A - 基于改性凹凸棒土的盐碱地专用缓控释肥及其制备方法与应用 - Google Patents

基于改性凹凸棒土的盐碱地专用缓控释肥及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

基于改性凹凸棒土的盐碱地专用缓控释肥及其制备方法与应用，由内而外依次由内层、内包膜、外层和外包膜组成；其中，内层组分为改性凹凸棒土、生物炭、磷酸一铵和尿素；外层的组分为玉米芯粉、复合菌剂和黄腐酸；内包膜和外包膜组分相同，由硝化抑制剂和粘合剂组成。本发明利用改性凹凸棒土和生物炭的物理吸附，减少氮肥损失，通过激发异养细菌的活性以促进同化固氮，辅以含有硝化抑制剂的包膜以控制肥料释放与转化，调控氮素养分的释放期与速率，促进植物高效吸收，并通过肥力提升、作物生长和根系分泌物互馈于耕层土壤，形成良性循环体系。

Description

基于改性凹凸棒土的盐碱地专用缓控释肥及其制备方法与 应用
技术领域
本发明属于农业肥料技术领域，具体涉及基于改性凹凸棒土的盐碱地专用缓控释肥及其制备方法与应用。
背景技术
土壤盐碱化是引起土地退化的重要障碍因子，已成为全球关注的农业与生态问题。我国现有各类可利用盐渍化土地约3600万公顷，其中近期具备农业改良利用潜力的盐碱地面积近670万公顷。盐渍土作为我国重要的后备土地资源，其治理和利用是促进我国耕地资源占补平衡，确保区域粮食安全，推进地区生态建设的现实需求。氮素养分是作物生长必需的大量营养元素，亦是表征土壤肥力的重要因子，但盐碱农田土壤氮素迁移转化特性与非盐碱农田存在显著差别，盐碱地因含盐量高，土壤有机质、全氮等养分匮乏，抑制微生物活性并进而影响农田土壤中氮素养分的迁移、转化过程与作物吸收，一方面降低了氮素养分的有效性，另一方面严重制约了盐碱农田地力和养分利用效率的提升。这也使得采用常规的肥料类型与施肥方式，导致氮素的大量流失并引起潜在的农业面源污染风险。因此，研制一种盐碱地控制释放并减少氮素淋失、增加微生物固持、促进作物吸收的肥料类型对提升肥料利用率、增加土壤养分库容和地力培育具有重要意义。为此，我国近年来开展了诸多关于盐碱地化学氮素养分挥发抑制、土壤增持、作物增吸方面的理论与技术产品的研究工作，其中针对协调肥料养分释放与作物需肥的缓控释肥是备受关注的新趋势，与传统的肥料相比，具有施肥次数少、释放速率慢、肥效周期长、作物吸收高、供肥需肥同步、轻简节本等优势。
CN201510506109.7公开了一种以改性凹凸棒为主要原料制备土壤改良剂的方法，凹凸棒的制备方法包括盐酸酸化、微波活化、淋洗抽滤和烘干，该改良剂可以有效地改良土壤的物理性质，改善土壤微环境与养分供应能力。
CN 201610497604.0公开了一种土壤改良用凹凸棒基肥料及其制备方法，该肥料含有噻呋酰胺、过磷酸钙、分散剂、十二烷基苯磺酸钠、凹凸棒石、尿素等组分，通过对凹凸棒粘土热处理和酸处理使得凹凸棒晶体比表面增加，有效提高了吸附能力，所制备的凹凸棒基肥料兼具杀菌和提供作物营养的作用。
CN 201610613700.7公开了一种盐碱地小麦种植缓控释肥及其制备方法，由小麦秸秆、尿素、磷酸二铵、磷酸二氢钾、牛粪、鸽子粪、益生菌原液等组分组成，通过化学肥料与农家肥的合理结合，可以使得缓控释肥的使用效果更好，同时对盐碱地进行有效的改良，提高土壤的粘连性，提高植物种植效果。
CN 201610759313.4公开了一种盐碱地用壳聚糖包膜控释肥料，组分包括壳聚糖、粉煤灰、秸秆、动物粪便、糠醛渣、柠檬酸渣、酒糟、脱硫石膏等组分，经发酵、混料、粉碎、造粒、溶解、喷洒、打孔等过程制备而成，可使肥料缓慢释放，从而延长肥效、提高肥料利用率，更好的改良盐碱地状况，减轻盐害。
CN 201610027188.8公开了一种盐碱地玉米种植缓控释肥底肥，由氮肥、磷肥、硫酸钾释肥、腐植酸和改性剂制成，该肥料针对干旱少雨地区的土壤盐碱化，因地制宜，通过特殊配方配制而成，使肥料最大限度的发挥作用，控制氮肥挥发，解决氮磷径流造成的水体富营养化难题，提高了肥料的使用效率和玉米的增产增收。
从以上现有技术反应的情况来看，针对养分贫瘠、肥力供给困难或肥料利用率低下的调理剂较多，以无机-有机类为主，且针对盐碱地的专用肥主要通过无机肥、有机肥的包膜实现养分缓慢释放、延长肥效，但是未见结合双层包膜、微生物活化固氮、硝化过程定向抑制、硝态氮固持阻淋等效用的基于改性凹凸棒土的盐碱地专用缓控释肥。
发明内容
解决的技术问题：本发明针对目前盐碱化农田土壤基础地力差、养分挥发和淋失损耗大、氮素养分利用率低等现实问题，提供一种基于改性凹凸棒土的盐碱地专用缓控释肥及其制备方法与应用。
技术方案：基于改性凹凸棒土的盐碱地专用缓控释肥，按质量比，由内而外依次由内层、内包膜、外层和外包膜组成；其中，内层组分为改性凹凸棒土、生物炭、磷酸一铵和尿素，质量份数为30～40份、15～25份、25～30份和10～15份；外层的组分为玉米芯粉、复合菌剂和黄腐酸，质量份数为5～10份、0.05～0.1份和3～5份；内包膜和外包膜组分相同，由硝化抑制剂和粘合剂组成，所述硝化抑制剂和粘合剂在内包膜的质量分数分别为0.01～0.02份和0.5～1.5份，在外包膜的质量份数分别为0.03～0.04份和1.5～2.5份。
上述改性凹凸棒土的制备步骤如下：①高温焙烧：将凹凸棒粉磨碎，过100目筛，将过筛后的凹凸棒粉送入焙烧炉中，以20～30℃/min的速度升温到300～350℃，焙烧1.5～2h；②瞬时冷却：将焙烧后的凹凸棒粉上喷洒4-15℃的冷水并搅拌，使其冷却；③盐酸处理：将冷却后的凹凸棒粉中加入1～2mol/L盐酸，其中盐酸:凹凸棒粉的比例为6～8mL:1g，在30～40℃水浴温度下搅拌，酸化处理时间3～4小时；④抽滤淋洗：抽滤上述盐酸、凹凸棒粉混合液以去除酸液，将酸化后的凹凸棒粉装入淋洗装置，用蒸馏水淋洗至滤液pH＝6～7；⑤烘干磨碎：将淋洗后的凹凸棒粉于120～150℃下烘干，然后研磨，并进行筛分得到改性凹凸棒粉，筛网粒度为100～150目。
上述生物炭利用玉米秸秆和花生壳作为生物质原料，其中玉米秸秆:花生壳的质量比为(50-70):(30-50)，在400～500℃下热裂生成的多孔生物质颗粒炭，粉碎后过100目筛。
上述玉米芯粉是玉米脱去籽粒后的穗轴磨碎过100目筛，含水量3～5wt.％。
上述复合菌剂为固氮菌、芽孢杆菌、肠杆菌和反硫化细菌组成的复合菌剂，其中固氮菌0.02～0.04份、芽孢杆菌0.01～0.02份、肠杆菌0.01～0.02份、反硫化细菌0.01～0.02份，复合菌剂含水量≤10wt.％，有效活菌数≥50亿CFU/克。
优选的，上述黄腐酸为粉末状，水溶性100％，黄腐酸含量在干基条件下≥70wt.％，pH为5-7；所述磷酸一铵为过30目筛粉末状，N含量≥11wt.％，P2O5含量≥40wt.％，含水量≤3wt.％；所述尿素为过30目筛粉末状，N含量≥46wt.％，含水量≤3wt.％。
优选的，上述硝化抑制剂为含有效成分4-氨基-1,2,4-三唑≥95wt.％的粉剂；所述粘合剂由聚乙烯醇和氧化淀粉组成，其中聚乙烯醇1.5～2份，氧化淀粉0.5～1份。
优选的，上述基于改性凹凸棒土的盐碱地专用缓控释肥的制备方法，步骤为：①内层造粒：将改性凹凸棒土、生物炭、磷酸一铵、尿素按照上述原料配比混合，搅拌均匀，放入肥料造粒机内造粒，颗粒直径1-3mm；②包膜材料的制备：将硝化抑制剂加入聚乙烯醇和氧化淀粉粘合剂中，混合均匀，制成带有硝化抑制剂的粘合剂；③内层包膜：将步骤①的内层颗粒放入包膜机，加入所述步骤②的包膜材料进行包膜，包膜厚度为20～30微米；④外层造粒：将步骤③完成包膜的内层颗粒与玉米芯粉、复合菌剂、黄腐酸混合，搅拌均匀，放入肥料造粒机内进行外层造粒；⑤外层包膜：将步骤④的外层颗粒放入包膜机，加入步骤②所述的包膜材料进行包膜，包膜厚度为30～40微米。
上述缓控释肥作为盐碱地用基肥或追肥中的应用。
上述应用的具体方法为：作为基肥撒施时，施用后与耕层土壤旋耕混匀，旱田用量80～120kg/亩，水田用量60～80kg/亩；作为追肥撒施时，旱田用量40～60kg/亩，提前10～15d施入，水田以含2-4cm水层为宜，用量30-50kg/亩，提前7～10d施入；作为基肥条施时，肥料和种子间距3～5cm，施用后覆土2～4cm，用量60～80kg/亩；作为追肥条施时，肥料和种苗间距10～15cm，施用后其上覆土2～4cm，用量60～80kg/亩，提前7～10d施入；作为基肥或追肥穴施时，每穴10～40g，施肥穴和种苗间距7～12cm，施用后覆土3～5cm，用量30～60kg/亩。
有益效果：(1)减少氮素损失。该缓控释肥的内核由改性凹凸棒土、生物炭、磷酸一铵和尿素组成，其中磷酸一铵和尿素提供作物生长所需养分，改性凹凸棒土和生物炭具有比表面积大、孔隙率高的特点，其活性和吸附性能较强，能够吸附肥料水解后形成的铵态氮，减少氨挥发与铵态氮损失。
(2)促进土壤微生物固持。该缓控释肥的中间层由玉米芯粉、复合菌剂和黄腐酸组成，其中玉米芯粉为异养细菌(固氮菌、芽孢杆菌、肠杆菌和反硫化细菌)提供碳源，黄腐酸提升微生物的活性，使复合菌剂能同化固定无机的铵态氮、硝态氮为微生物量氮，进一步减少氮素的淋失与损耗，增加土壤氮素固持。
(3)控释效果好。该缓控释肥采用双层包膜，包膜由粘合剂和硝化抑制剂组成，其中硝化抑制剂控制肥料中铵态氮向硝态氮的转化过程(硝态氮是最易于淋失的氮素形态)，粘合剂由聚乙烯醇和氧化淀粉组成，包膜效果好，控释性强、肥效时间长并降低硝态氮峰值浓度，大幅减少氮素的淋失。
(4)养分释放与作物需求同步。该缓控释肥作为基肥使用时，其养分释放的高峰期在30d以后，此时作物正值需肥相对较多的苗期，满足苗期及后续生育期的需肥要求；作为追肥使用时，通过错期提前施用，满足作物的需肥高峰期，且养分释放期较常规肥料增加15-20天。
(5)多重协同增效。该缓控释肥针对了盐碱农田土壤氮素养分匮乏、常规氮肥肥效期短等特点，具有快速改善土壤缓冲性能、增加养分含量与库容、减少氮素淋失、提高氮肥利用率的协同效果，具体表现为：利用改性凹凸棒土和生物炭的物理吸附，减少氮肥损失，通过激发异养细菌的活性以促进同化固氮，辅以含有硝化抑制剂的包膜以控制肥料释放与转化，调控氮素养分的释放期与速率，促进植物高效吸收，并通过肥力提升、作物生长和根系分泌物互馈于耕层土壤，形成良性循环体系。
主要成分的效果：
凹凸棒土通过焙烧和酸化改性后，其比表面积和吸附性能大幅提升，对土壤铵态氮的平衡吸附容量达12mg/g，比表面积达300m2/g，同时还具有较好的阳离子代换性、保水性、粘结性等特点，可促进土壤团聚体的前体形成，能够吸附尿素和磷酸一铵水解后形成的铵态氮，减少氨挥发与铵态氮淋失。
生物炭由玉米秸秆、花生壳秸秆按照一定的配比低温裂解制得，其pH相对较低，对土壤铵态氮的吸附能力达2.5mg/g，对硝态氮的吸附能力达40mg/g，减少硝态氮与铵态氮的淋失；同时生物炭还能增加持水性能，使缓控释肥的内层保持较好的水分条件，有利于肥料养分的控释。
磷酸一铵和尿素作为肥效期不同的水溶性速效肥，主要为苗期作物生长提供氮素和磷素养分，考虑到盐碱地Na+、Cl-、SO4 2-、K+含量较高，因此未施用含上述离子的肥料，以免增加盐碱危害。
玉米芯粉碳氮比在85:1以上，可调节该缓控释肥料的碳氮比，其含有糖、粗蛋白质、粗脂肪和粗纤维等物质，为复合菌剂的微生物活动提供底物，促进微生物同化固氮，将无机氮转化为微生物氮。
复合菌剂由固氮菌、芽孢杆菌、肠杆菌和反硫化细菌组成，均为异养固氮微生物，其能够以适宜的有机碳化合物(玉米芯粉)为碳源和能源，将铵态氮和硝态氮同化为有机氮，并在后期通过矿化释放出来。
黄腐酸能激发缓控释肥与土壤中微生物的生长和繁殖，同时黄腐酸作为一种植物生长调节剂，能改善土壤pH，促进植物生长与根系分泌物，加快土壤团粒结构的形成，增加土壤养分库容。
硝化抑制剂专一抑制土壤中硝化细菌的活性，阻止铵态氮的氧化，进而控制硝态氮的形成，使氮肥长时间的以铵态氮形式保持在土壤中，供植物吸收利用或微生物固氮，不仅提高了肥效，还减少了硝态氮淋溶损失。
上述材料的优化配比与制备，经过内层造粒，包裹由聚乙烯醇、氧化淀粉和硝化抑制剂组成的粘合剂进行包膜，再经过外层造粒，再次外层包膜，制成的缓控释肥具有改善盐碱地土壤缓冲性能、增加养分供给、减少氮素淋失、提高氮肥利用率的综合效果，构建土壤-微生物-肥料-植物互馈协同的良性循环体系，促进肥料养分高效利用与土壤养分库容快速提升。
附图说明
图1基于改性凹凸棒土的盐碱地专用缓控释肥结构示意图；
图2基于改性凹凸棒土的盐碱地专用缓控释肥制备方法流程示意图；
图3各缓控释肥和对照处理淋洗液铵态氮、硝态氮浓度变化图(2017年8月-2017年10月)。各缓控释肥的配方组分及制备见实施例1；
图4各缓控释肥和对照处理土壤铵态氮、硝态氮累积淋洗量图(2017年8月-2017年10月)。各缓控释肥的配方组分及制备见实施例1；
图5缓控释肥和对照处理下土壤净矿化速率图(2018年4月-2018年7月)。各缓控释肥的配方组分及制备见实施例3；
图6缓控释肥和对照处理下土壤净硝化速率图(2018年4月-2018年7月)。各缓控释肥的配方组分及制备见实施例3。
具体实施方式
以下的具体实施例是对本发明的进一步说明，而不意味本发明的内容仅限于所举实例的范围。
实施例1：
江苏东部滨海某中度盐碱障碍农田。试验地块耕层0-20cm土壤盐分2.3-4.4g/kg，pH为8.25，平均有机质含量5.3g/kg，全氮0.46g/kg，碱解氮为46.82mg/kg，有效磷为13.54mg/kg，速效钾202.18mg/kg，土壤质地为粉砂壤土。地点：江苏省东台市条子泥垦区条北现代农业示范基地，为淤泥质海岸带盐碱障碍耕地的典型代表，于2015年10月开始农业种植，种植方式为水稻-黑麦草轮作。于2017年5月采集示范基地0-20cm耕层土壤样品，作为室内土柱淋洗实验用土，试验时间为2017年8月～2017年10月。供试土壤平均盐分为2.6g/kg，有机质含量5.9g/kg，全氮含量0.53g/kg，碱解氮含量43.56mg/kg。
主要实施环节如下：
(1)缓控释肥A的制备，按质量份：①首先将二氧化硅粉35份、生物炭16份、磷酸一铵26份、尿素12份混合，搅拌均匀，放入肥料造粒机内造粒，得第一层造粒肥料粒，颗粒直径2mm；②将0.05份硝化抑制剂加入1.5份聚乙烯醇和0.5份氧化淀粉粘合剂中，混合均匀，制成带有硝化抑制剂的包膜材料；③将步骤①制得的第一层造粒肥料粒放入包膜机，加入所述步骤②制得的包膜材料进行包膜，得第一层包膜肥料，包膜厚度为20微米；④再将步骤③制得的第一层包膜肥料与5份玉米芯粉、0.1份复合菌剂(固氮菌0.04份、芽孢杆菌0.02份、肠杆菌0.02份、反硫化细菌0.02份)和4份黄腐酸混合，搅拌均匀，放入肥料造粒机内进行第二层造粒，得第二层造粒肥料粒；⑤将步骤④制得的第二层造粒肥料粒放入包膜机，加入所述步骤②制得的包膜材料再次进行包膜，包膜厚度为35微米，完成缓控释肥A制备。与本发明推荐缓控释肥组分相比，肥料A不含有改性凹凸棒土组分。
(2)缓控释肥B的制备，按质量份：①首先将改性凹凸棒粉35份、二氧化硅粉16份、磷酸一铵26份、尿素12份混合，搅拌均匀，放入肥料造粒机内造粒，得第一层造粒肥料粒，颗粒直径2mm；②将0.05份硝化抑制剂加入1.5份聚乙烯醇和0.5份氧化淀粉粘合剂中，混合均匀，制成带有硝化抑制剂的包膜材料；③将步骤①制得的第一层造粒肥料粒放入包膜机，加入所述步骤②制得的包膜材料进行包膜，得第一层包膜肥料，包膜厚度为20微米；④再将步骤③制得的第一层包膜肥料与5份玉米芯粉、0.1份复合菌剂(固氮菌0.04份、芽孢杆菌0.02份、肠杆菌0.02份、反硫化细菌0.02份)和4份黄腐酸混合，搅拌均匀，放入肥料造粒机内进行第二层造粒得第二层造粒肥料粒；⑤将步骤④制得的第二层造粒肥料粒放入包膜机，加入所述步骤②制得的包膜材料再次进行包膜，包膜厚度为35微米，完成缓控释肥B制备。与本发明推荐缓控释肥组分相比，肥料B不含有生物炭组分。
(3)缓控释肥C的制备，按质量份：①首先将改性凹凸棒粉35份、生物炭16份、磷酸一铵26份、尿素12份混合，搅拌均匀，放入肥料造粒机内造粒，得第一层造粒肥料粒，颗粒直径2mm；②将0.05份硝化抑制剂加入1.5份聚乙烯醇和0.5份氧化淀粉粘合剂中，混合均匀，制成带有硝化抑制剂的包膜材料；③将步骤①制得的第一层造粒肥料粒放入包膜机，加入所述步骤②制得的包膜材料进行包膜，得第一层包膜肥料，包膜厚度为20微米；④再将步骤③制得的第一层包膜肥料与5份玉米芯粉、4份黄腐酸混合，搅拌均匀，放入肥料造粒机内进行第二层造粒，第二层造粒肥料粒；⑤将步骤④制得的第二层造粒肥料粒放入包膜机，加入所述步骤②制得的包膜材料再次进行包膜，包膜厚度为35微米，完成缓控释肥C制备。与本发明推荐缓控释肥组分相比，肥料C不含有复合菌剂组分。
(4)缓控释肥D的制备，按质量份：①首先将改性凹凸棒粉35份、生物炭16份、磷酸一铵26份、尿素12份、玉米芯粉5份、复合菌剂0.1份(固氮菌0.04份、芽孢杆菌0.02份、肠杆菌0.02份、反硫化细菌0.02份)和黄腐酸4份混合，搅拌均匀，放入肥料造粒机内造粒，得造粒肥料粒，颗粒直径2mm；②将0.05份硝化抑制剂加入1.5份聚乙烯醇和0.5份氧化淀粉粘合剂中，混合均匀，制成带有硝化抑制剂的包膜材料；③将步骤①制得的造粒肥料粒放入包膜机，加入所述步骤②制得的包膜材料进行包膜，包膜厚度为35微米，完成缓控释肥D制备。与本发明推荐的缓控释肥组分相比，肥料D为单层包膜。
(5)缓控释肥E的制备，按质量份：①首先将改性凹凸棒土35份、生物炭16份、磷酸一铵26份、尿素12份混合，搅拌均匀，放入肥料造粒机内造粒，得第一层造粒肥料粒，颗粒直径2mm；②将0.05份硝化抑制剂加入1.5份聚乙烯醇和0.5份氧化淀粉粘合剂中，混合均匀，制成带有硝化抑制剂的包膜材料；③将步骤①制得的第一层造粒肥料粒放入包膜机，加入所述步骤②制得的包膜材料进行包膜，得第一层包膜肥料，包膜厚度为20微米；④再将步骤③制得的第一层包膜肥料与5份玉米芯粉、0.1份复合菌剂(固氮菌0.04份、芽孢杆菌0.02份、肠杆菌0.02份、反硫化细菌0.02份)和4份黄腐酸混合，搅拌均匀，放入肥料造粒机内进行第二层造粒，得第二层造粒肥料粒；⑤将步骤④制得的第二层造粒肥料粒放入包膜机，加入所述步骤②制得的包膜材料再次进行包膜，包膜厚度为35微米，完成缓控释肥E制备。缓控释肥E为本发明申请推荐的组分。
(6)土柱填充：采用土柱淋洗试验方式，土柱为高80cm、内径15cm的圆柱型有机玻璃柱。填土高度40cm，最下层5cm为滤层，填充石英砂以加速淋溶液的渗出，最上方的35cm用于添加和储存淋洗液。首先，每个土柱按照体积质量1.4g/cm3填装土样9.90kg(填土高度40cm)。实际填土过程中，首先填土25cm高度(6.19kg土)，将制备的各缓控释肥与剩余3.71kg土壤混匀后再填土15cm。缓控释肥均用作基肥，将10g上述制备的缓控释肥A、B、C、D、E与3.71kg土壤混匀后填土15cm(模拟穴施条件，每穴10g)，同时以20g缓控释肥含有的磷酸一铵和尿素作为对照(即2.6g磷酸一铵和1.2g尿素与3.71kg土壤混匀后填15cm)，共计6个处理，每个处理重复4次，共24个土柱。
(7)淋洗实验：土柱填充完成后，慢慢加水调节土壤含水量至75％田间持水量，土柱表面覆盖保鲜膜以保持水分，培养20日后解开保鲜膜，从各土柱顶部分别加入5.3L蒸馏水(相当于30cm灌水量)，同时收集渗漏液。渗漏液的采集按每收集500mL为一次，试验持续10天，共收集7次计3500mL渗漏液。
测定渗漏液中铵态氮NH4 +-N、硝态氮NO3 --N含量，并计算出累计淋洗量；淋洗试验结束后，按照0-20cm和20-40cm分两层取出土柱内的土壤样品，测定土壤铵态氮NH4 +-N、硝态氮NO3 --N和微生物量氮含量(实施例结果见图3-图4和表1)。与对照相比，5种缓控释肥处理铵态氮、硝态氮淋洗液浓度和累积淋洗量均有所降低，硝态氮平均浓度和淋洗量降低10.42～33.41％，铵态氮平均浓度和淋洗量降低10.64～58.19％，其中缓控释肥E降低幅度最大；0～20cm土层全氮含量较对照提高10.91～40.03％，微生物量氮提高10.80～80.34％，铵态氮和硝态氮含量均有不同程度的提高，其中以缓控释肥E增幅最为显著。综合比较来看，缓控释肥E处理的淋洗液浓度和累积淋洗量最小，铵态氮和硝态氮分别减小58.19％和33.41％，土壤全氮、微生物量氮最高，其微生物量氮增加80.34％，表明其在减少氮素损失、增加土壤氮素固持与微生物固定效果最佳，是最为优化的缓控释肥配方组分。
表1淋洗实验结束后各缓控释肥和对照处理土壤全氮、铵态氮、硝态氮和微生物量氮的对比(2017年8月-2017年10月)。各缓控释肥的配方组分及制备见上述实施例1
实施例2：
江苏滨海轻度、中度和重度盐碱障碍耕地。在3种不同盐分梯度的盐碱农田内选择试验点，其中轻度盐碱农田试验点土壤盐分1.6g/kg，pH为8.91，有机质8.16g/kg，全氮0.68g/kg；中度盐碱农田试验点土壤盐分3.1g/kg，pH为8.43，有机质6.44g/kg，全氮0.49g/kg；重度盐碱农田土壤盐分4.8g/kg，pH为8.15，有机质3.82g/kg，全氮0.31g/kg；三种盐分梯度的试验点土壤全剖面为粉砂壤土，耕层土壤容重平均为1.41g/cm3。地点：江苏省东台市条子泥垦区条北现代农业示范基地，试验时间为2017年11月-2018年5月，上茬种植玉米并粉碎还田。供试作物为大麦，品种海花1号。主要实施环节如下：
(1)缓控释肥的制备，按质量份：①将改性凹凸棒土35份、生物炭16份、磷酸一铵26份、尿素12份混合，搅拌均匀，放入肥料造粒机内造粒，得第一层造粒肥料粒，颗粒直径2mm；②将0.05份硝化抑制剂加入1.5份聚乙烯醇和0.5份氧化淀粉粘合剂中，混合均匀，制成带有硝化抑制剂的包膜材料；③将步骤①制得的第一层造粒肥料粒放入包膜机，加入所述步骤②制得的包膜材料进行包膜，得第一层包膜肥料，包膜厚度为20微米；④再将步骤③制得的第一层包膜肥料与5份玉米芯粉、0.1份复合菌剂(固氮菌0.04份、芽孢杆菌0.02份、肠杆菌0.02份、反硫化细菌0.02份)和4份黄腐酸混合，搅拌均匀，放入肥料造粒机内进行第二层造粒，得第二层造粒肥料粒；⑤将步骤④制得的第二层造粒肥料粒放入包膜机，加入所述步骤②制得的包膜材料再次进行包膜，包膜厚度为35微米，完成制备过程。
(2)监测设备安装：在3个不同盐分梯度的试验点，各建成2个面积12m2(3m×4m)的小区，均在地下80cm深度埋土壤淋溶液采集装置，该装置主要由漏斗、集液管、取样瓶和缓冲瓶组成，收集大麦生育期因降雨导致的土壤渗漏液，同时在每个小区的地面安装氨挥发捕获装置，采用磷酸甘油吸收法采集土壤氨挥发；每次降雨后采集雨水测定土壤氮沉降。
(3)缓控释肥的施用：采用田间小区试验方式，共6个试验小区，每个盐分梯度2个小区；对每个盐分梯度的2个小区，其中1个以缓控释肥作为基肥，另一个以等量的磷酸二铵、尿素作基肥；大麦全生育期投入纯氮15kg/亩计，基肥投入纯氮9kg/亩，小区内施入1.91kg缓控释肥，相当于105.9kg/亩用量；对照小区施入496.6g磷酸一铵和229.2g尿素。肥料于2017年11月5日施入，施入后将其与耕层土壤混匀，并于11月7日进行大麦播种。追肥均采用常规尿素，用量为纯氮6kg/亩，即每个小区追肥尿素235g，于2018年3月20日施入。
在大麦种植前和收获后，分别采样测定0-20、20-40、40-60、60-80和80-100cm土层全氮含量，每次降雨后采集土壤渗漏液和雨水样品，测定全氮含量；大麦于5月28日收获，采集植株样并测定植株的含氮量，以估算不同盐分梯度下，各试验小区土壤剖面的氮平衡状况和氮肥利用率(实施例结果见表2和表3)。对比种植大麦前后土壤氮平衡数据可以看出，轻度盐碱地施用缓控释肥的氮素损失量为5.30g/亩，而常规肥料达7.16kg/亩；中度盐碱地施用缓控释肥的氮素损失量为8.15g/亩，而常规肥料达9.63kg/亩；重度盐碱地施用缓控释肥的氮素损失量为9.94g/亩，而常规肥料达11.19kg/亩；从大麦吸氮率来看，无论哪个盐分梯度施用缓控释肥均高于常规肥料。缓控释肥的氮损失较常规肥料降低11.14～25.97％。此外，施用缓控释肥的大麦生物量、产量和氮肥农学利用效率ANUE均高于常规肥料。综上所述，不同障碍程度的盐碱地施用该缓控释肥均能减少氨挥发、氮淋失等环境损耗，增加土壤氮素固持与作物吸收利用。
表2不同盐分梯度下施用缓控释肥与常规肥料土壤氮素表观平衡分析(2017年11月-2018年5月试验)。缓控释肥的配方组分及制备见实施例2
表3不同盐分梯度下施用缓控释肥与常规肥料大麦生物量、产量与氮肥农学利用效率ANUE(2017年11月-2018年5月试验)。缓控释肥的配方组分及制备见实施例2
实施例3：
采用室内恒温培养实验方式，供试土壤来自内蒙古河套平原中度盐碱障碍耕地。试验地块耕层0-20cm土壤盐分3.8g/kg，pH为8.47，有机质含量8.36g/kg，全氮0.53g/kg，碱解氮为38.92mg/kg，有效磷为10.44mg/kg，速效钾138.63mg/kg，土壤质地为粉砂粘壤土。地点：内蒙古巴彦淖尔市杭锦后旗三道桥镇澄泥村一社，试验时间为2018年4月-2018年7月。主要实施环节如下：
(1)缓控释肥的制备，按质量份：①将改性凹凸棒土35份、生物炭16份、磷酸一铵26份、尿素12份混合，搅拌均匀，放入肥料造粒机内造粒，得第一层造粒肥料粒，颗粒直径2mm；②将0.05份硝化抑制剂加入1.5份聚乙烯醇和0.5份氧化淀粉粘合剂中，混合均匀，制成带有硝化抑制剂的包膜材料；③将步骤①制得的第一层造粒肥料粒放入包膜机，加入所述步骤②制得的包膜材料进行包膜，得第一层包膜肥料，包膜厚度为20微米；④再将步骤③制得的第一层包膜肥料与5份玉米芯粉、0.1份复合菌剂(固氮菌0.04份、芽孢杆菌0.02份、肠杆菌0.02份、反硫化细菌0.02份)和4份黄腐酸混合，搅拌均匀，放入肥料造粒机内进行第二层造粒，得第二层造粒肥料粒；⑤将步骤④制得的第二层造粒肥料粒放入包膜机，加入所述步骤②制得的包膜材料再次进行包膜，包膜厚度为35微米，完成制备过程。
(2)室内培养实验：采取室内通气恒温培养的方法来分析缓控释肥、常规肥料(等量磷酸一铵和尿素)两种肥料在中度盐碱地的硝化速率和矿化速率。以不施肥为对照，两种肥料的矿化速率和硝化速率减去对照处理的相应值即为净矿化速率和净硝化速率。将肥料与土壤掺混均匀后，每个处理取相当于干土质量100g的风干土装填入350ml的玻璃瓶，调整土壤含水率至30％左右，瓶口上部用保鲜膜封口，并在保鲜膜上均匀扎20个小孔通气，后放入28℃恒温培养箱培养，培养期间定期补水保持各处理水分含量相对稳定，由于取样属于破坏性取样，总共3个处理，每个处理21次重复。
于培养开始1、3、7、14、21、28、35天取土样(取其中3次重复破坏性采样)测定硝态氮和铵态氮含量，首尾两次样品测定土壤全氮含量；以培养补水至30％后，放置两小时水肥均匀后采样作为各盐分梯度的初始铵态氮、硝态氮和无机氮含量(实施例结果见图5-图6)。对比试验期间不同时段土壤净矿化速率、净硝化速率看出，施用缓控释肥的净矿化速率低于常规肥料，由于缓控释肥中微生物菌剂的加入，促进土壤氮同化，抑制土壤氮矿化，其平均净矿化速率降低29.23％；常规肥料土壤净硝化速率在第1周内达到峰值，而缓控释肥在第3周后达到峰值，其平均净硝化速率降低10.60％；综合比较来看，缓控释肥较常规肥料肥效时间更长、释放过程更平稳、氮素微生物固持效果更佳。

Claims (10)

1.基于改性凹凸棒土的盐碱地专用缓控释肥，其特征在于按质量比，由内而外依次由内层、内包膜、外层和外包膜组成；其中，内层组分为改性凹凸棒土、生物炭、磷酸一铵和尿素，质量份数为30～40份、15～25份、25～30份和10～15份；外层的组分为玉米芯粉、复合菌剂和黄腐酸，质量份数为5～10份、0.05～0.1份和3～5份；内包膜和外包膜组分相同，由硝化抑制剂和粘合剂组成，所述硝化抑制剂和粘合剂在内包膜的质量分数分别为0.01～0.02份和0.5～1.5份，在外包膜的质量份数分别为0.03～0.04份和1.5～2.5份。
2.根据权利要求1所述基于改性凹凸棒土的盐碱地专用缓控释肥，其特征在于：所述改性凹凸棒土的制备步骤如下：①高温焙烧：将凹凸棒粉磨碎，过100目筛，将过筛后的凹凸棒粉送入焙烧炉中，以20～30℃/min的速度升温到300～350℃，焙烧1.5～2h；②瞬时冷却：将焙烧后的凹凸棒粉上喷洒4-15℃的冷水并搅拌，使其冷却；③盐酸处理：将冷却后的凹凸棒粉中加入1～2mol/L盐酸，其中盐酸:凹凸棒粉的比例为6～8mL:1g，在30～40℃水浴温度下搅拌，酸化处理时间3～4小时；④抽滤淋洗：抽滤上述盐酸、凹凸棒粉混合液以去除酸液，将酸化后的凹凸棒粉装入淋洗装置，用蒸馏水淋洗至滤液pH＝6～7；⑤烘干磨碎：将淋洗后的凹凸棒粉于120～150℃下烘干，然后研磨，并进行筛分得到改性凹凸棒粉，筛网粒度为100～150目。
3.根据权利要求1所述基于改性凹凸棒土的盐碱地专用缓控释肥，其特征在于：所述生物炭利用玉米秸秆和花生壳作为生物质原料，其中玉米秸秆:花生壳的质量比为(50-70):(30-50)，在400～500℃下热裂生成的多孔生物质颗粒炭，粉碎后过100目筛。
4.根据权利要求1所述基于改性凹凸棒土的盐碱地专用缓控释肥，其特征在于：所述玉米芯粉是玉米脱去籽粒后的穗轴磨碎过100目筛，含水量3～5wt.％。
5.根据权利要求1所述基于改性凹凸棒土的盐碱地专用缓控释肥，其特征在于：所述复合菌剂为固氮菌、芽孢杆菌、肠杆菌和反硫化细菌组成的复合菌剂，其中固氮菌0.02～0.04份、芽孢杆菌0.01～0.02份、肠杆菌0.01～0.02份、反硫化细菌0.01～0.02份，复合菌剂含水量≤10wt.％，有效活菌数≥50亿CFU/克。
6.根据权利要求1所述基于改性凹凸棒土的盐碱地专用缓控释肥，其特征在于：所述黄腐酸为粉末状，水溶性100％，黄腐酸含量在干基条件下≥70wt.％，pH为5-7；所述磷酸一铵为过30目筛粉末状，N含量≥11wt.％，P2O5含量≥40wt.％，含水量≤3wt.％；所述尿素为过30目筛粉末状，N含量≥46wt.％，含水量≤3wt.％。
7.根据权利要求1所述基于改性凹凸棒土的盐碱地专用缓控释肥，其特征在于：所述硝化抑制剂为含有效成分4-氨基-1,2,4-三唑≥95wt.％的粉剂；所述粘合剂由聚乙烯醇和氧化淀粉组成，其中聚乙烯醇1.5～2份，氧化淀粉0.5～1份。
8.权利要求1～7任一所述基于改性凹凸棒土的盐碱地专用缓控释肥的制备方法，其特征在于步骤为：①内层造粒：将改性凹凸棒土、生物炭、磷酸一铵、尿素按照上述原料配比混合，搅拌均匀，放入肥料造粒机内造粒，颗粒直径1-3mm；②包膜材料的制备：将硝化抑制剂加入聚乙烯醇和氧化淀粉粘合剂中，混合均匀，制成带有硝化抑制剂的粘合剂；③内层包膜：将步骤①的内层颗粒放入包膜机，加入所述步骤②的包膜材料进行包膜，包膜厚度为20～30微米；④外层造粒：将步骤③完成包膜的内层颗粒与玉米芯粉、复合菌剂、黄腐酸混合，搅拌均匀，放入肥料造粒机内进行外层造粒；⑤外层包膜：将步骤④的外层颗粒放入包膜机，加入步骤②所述的包膜材料进行包膜，包膜厚度为30～40微米。
9.权利要求1-7任一所述缓控释肥作为盐碱地用基肥或追肥中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于：作为基肥撒施时，施用后与耕层土壤旋耕混匀，旱田用量80～120kg/亩，水田用量60～80kg/亩；作为追肥撒施时，旱田用量40～60kg/亩，提前10～15d施入，水田以含2-4cm水层为宜，用量30-50kg/亩，提前7～10d施入；作为基肥条施时，肥料和种子间距3～5cm，施用后覆土2～4cm，用量60～80kg/亩；作为追肥条施时，肥料和种苗间距10～15cm，施用后其上覆土2～4cm，用量60～80kg/亩，提前7～10d施入；作为基肥或追肥穴施时，每穴10～40g，施肥穴和种苗间距7～12cm，施用后覆土3～5cm，用量30～60kg/亩。
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