CN110078557A - 一种肥料增效剂及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于增效肥料技术领域，具体涉及一种肥料增效剂及其制备方法与应用。该肥料增效剂有效成分包括：生物炭、脲酶抑制剂、硝化抑制剂、腐植酸、氨基酸、聚磷酸铵、海藻提取物、壳聚糖、钾长石和碳酸钙。本发明肥料增效剂，其针对性强、增效作用稳定，与肥料混施，能够进一步提高肥效，增加作物对养分的吸收和利用，提高产量与品质，值得推广应用。

Description

一种肥料增效剂及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于增效肥料技术领域，具体涉及一种肥料增效剂及其制备方法与应用。
背景技术
化肥在促进我国粮食和农业生产发展中起了不可替代的作用，但目前也存在化肥过量施用、盲目施用等问题，带来了成本的增加和环境的污染。因此，发展安全高效的新型肥料，改进施肥方式，提高肥料利用率，对促进农业可持续发展具有重要作用。肥料增效剂是一类能够增加养分有效性，促进作物吸收养分，提高肥料利用率的物质，近年来也得到越来越广泛的关注和使用，对新型肥料的发展起到了重要的推动作用。但是，肥料增效剂也存在着产品功能单一、效果不稳定、针对性不强、品类缺乏等系列问题，严重制约了其发展。
发明内容
为弥补现有技术的不足，本发明提供一种肥料增效剂，其针对性强、增效作用稳定，与肥料混施，能够进一步提高肥效，增加作物对养分的吸收和利用，提高产量与品质，值得推广应用。
本发明技术方案如下：
一种肥料增效剂，其有效成分包括：生物炭、脲酶抑制剂、硝化抑制剂、腐植酸、氨基酸、聚磷酸铵、海藻提取物、壳聚糖、钾长石和碳酸钙。
本发明中，所述生物炭可采用本领域常规类型。但为更好地提升增效作用，本发明所述生物炭优选由农作物秸秆在高温厌氧条件下炭化制备而成，炭化温度优选500-700℃、炭化时间优选30分钟。可选的农作物秸秆包括玉米、小麦、水稻、花生、大豆等中一种或多种。
在本发明一个具体实施方式中，上述生物炭的制备方法包括：将农作物秸秆清洁风干后，置于炭化炉内，于500-700℃下热解30分钟，冷却，粉碎过筛，即可。
本发明肥料增效剂以生物炭为载体，能够吸附养分、减少养分流失、改善土壤肥力、提高土壤保水性。另外，利用农作物秸秆为原料制成的生物炭还能够减少不合理利用农作物秸秆造成的资源浪费，扩充农作物秸秆资源化利用新途径，节能环保。
本发明中，所述脲酶抑制剂优选为正丁基硫代磷酰三胺、苯基磷酰二胺、硫代硫酸铵、硫代磷酸三酰胺中的一种或两种以上的混合物。
本发明中，所述硝化抑制剂优选为双氰铵、包被碳化钙、2-氯-6-(三氯甲基)吡啶、硫代硫酸铵、亚乙基脲中的一种或两种以上的混合物。
研究发现，在本发明肥料增效剂中通过添加脲酶抑制剂和硝化抑制剂，能够有效减少氮养分的流失，提高氮素利用率。
本发明中，所述腐植酸可采用本领域常规类型。具体地说，所述腐植酸是由泥炭、褐煤和风化煤等为原料制备而成，分子量为2000-5000，外观呈褐黑色粉末状，氮含量为1％-6％，以干基计腐植酸含量≥60％。在本发明肥料增效剂中通过添加腐植酸可以提高土壤有机质、调节土壤酸碱性、直接刺激植物根系生长和对养分的吸收、提高土壤及肥料的养分利用率。
本发明中，所述氨基酸优选为聚天冬氨酸、聚天冬氨酸衍生物、聚谷氨酸、聚谷氨酸衍生物中的一种或两种以上的混合物。研究发现，在本发明肥料增效剂中通过添加氨基酸可以提高土壤磷素活性，改善土壤中磷的营养状况。
本发明中，所述聚磷酸铵为低聚度的水溶性聚磷酸铵；通常情况下，其呈普通粉末状，是由小颗粒尿素和85wt％磷酸在一定条件下通过聚合反应制得，其聚合度为4-18，氮含量不低于23wt％，五氧化二磷含量不低于44wt％。
研究发现，在本发明肥料增效剂中通过添加聚磷酸铵可以有效提高土壤磷和中微量元素的有效性。
本发明中，所述海藻提取物优选为以海带、泡叶藻、马尾藻、浒苔等中一种或多种原材料，经水解法、酶解法或发酵工艺进行提取、固液分离后制备的活性固体物质。
研究发现，在本发明肥料增效剂中通过添加海藻提取物可以促进作物根系的生长，提高作物对养分的吸收。
本发明中，所述壳聚糖可选用本领域常规类型。具体地说，其是由甲壳素经系列化学反应脱去乙酰基后制备而成的多糖聚合物，通常为白色粉状固体。研究发现，在本发明肥料增效剂中通过添加壳聚糖可以更好地促进作物生长。其中，同时添加海藻提取物和壳聚糖在提高肥效的同时，还能够促进作物对养分的吸收利用。
本发明中，所述钾长石、碳酸钙均可选用本领域常规类型，通常情况下为白色粉状固体。
研究发现，在本发明肥料增效剂中通过添加钾长石、碳酸钙可以补充土壤养分，改善土壤结构。
作为本发明优选技术方案，上述肥料增效剂的有效成分即是由生物炭、脲酶抑制剂、硝化抑制剂、腐植酸、氨基酸、聚磷酸铵、海藻提取物、壳聚糖、钾长石和碳酸钙组成。
本发明肥料增效剂还包括适量本领域可用的填充剂，具体可选自硅藻土、粘土、高岭土、凹凸棒粉等中的一种或多种混合物。这些填充剂还能够对物料起到粘结成粒作用。
进一步地，本发明肥料增效剂为颗粒剂，由内到外依次包括由生物炭制成的丸芯、中间层和包衣层；所述包衣层由以海藻提取物、壳聚糖、钾长石、碳酸钙组成的包衣材料制成；所述中间层由以脲酶抑制剂、硝化抑制剂、腐植酸、氨基酸、聚磷酸铵、填充剂组成的材料制成。研究发现，本发明采用所述结构的肥料增效剂的优势在于兼具增强肥效、调理土壤、促进作物生长的多种功能。
为进一步提高增效作用以及便于工业生产，本发明各组分粒径优选小于100目。通常情况下，各组分呈固体粉末状。
本发明研究发现，上述有效成分之间相互配合，协同增效效果明显，显著增加了作物对养分的吸收和利用，在提高作物产量的同时还提高了作物品质。
为进一步提高各组分增效效果，本发明还对上述肥料增效剂中各组分的用量比例进行了优化，具体地，所述肥料增效剂包括如下重量份的组分：
进一步优选地，所述肥料增效剂包括如下重量份的组分：
在本发明一个较佳的实施例中，所述肥料增效剂包括如下重量份的组分：
意外地发现，上述配方下还能够改善外观颗粒均匀性、成粒率(大于85％)和颗粒强度(1.00mm-4.75mm，大于90％)，满足产品技术指标要求，更有利于工业化生产。
本发明肥料增效剂可采用本领域常规方法制备。
本发明还提供一种上述肥料增效剂的优选制备方法，包括以下步骤：
1)将生物炭造粒；
2)将脲酶抑制剂、硝化抑制剂、腐植酸、氨基酸、聚磷酸铵、填充剂按配比混匀，再加入经造粒的生物炭，混合造粒，制成颗粒混合物；
3)将海藻提取物、壳聚糖、钾长石、碳酸钙按配比混匀，喷涂于步骤2)制备的颗粒表面，烘干，过筛(包装)，制得肥料增效剂成品。
本发明还包括上述肥料增效剂用于制备增效复合肥料或用于提高肥料肥效中的应用。
本发明所述肥料增效剂可以直接单独或与肥料一起施用于农田，也可以与肥料一起制备增效复合肥料，这些肥料包括尿素、复合肥、复混肥、磷酸二胺或磷酸一铵等。
一般地，本发明所述肥料增效剂的使用量为10kg/亩左右。
实验证明，本发明所述肥料增效剂与史丹利牌三元复合肥(养分含量51％，N 25％P2O5 10％K2O 16％)配合使用，能够显著提高玉米(登海661)产量和品质。
本发明的有益效果是：肥料增效剂以生物炭为载体，科学搭配和添加具有提高肥料养分利用率和土壤养分有效性的物质，能够增强肥效、促进作物对养分的吸收利用和提质增产；有效减少氮流失、活化磷钾、改善土壤理化性质，针对性强、功能丰富；原材料易得，生产工艺简便、过程简单，便于控制生产条件和规模化生产，降低成本；与肥料搭配使用，能够减少肥料用量，减少过量施肥造成的环境污染。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。
以下所用生物炭的制备方法：将一定量的玉米秸秆清洁风干后，置于炭化炉内，于500-700℃下热解30分钟，冷却后取出，粉碎过筛，制备成生物炭粉末。
以下海带固体提取物是由海带经酶解法制备的固体提取物，由史丹利农业集团股份公司提供。
实施例1
一种肥料增效剂，由以下重量份数的原料组成：生物炭40份、正丁基硫代磷酰三胺1份、硫代硫酸铵1份、腐植酸1份、聚谷氨酸0.5份、聚磷酸铵0.5份、海带固体提取物0.5份、壳聚糖0.5份、钾长石0.5份、碳酸钙0.5份、填充剂4份。
本实施例还提供该肥料增效剂的制备方法，包括以下步骤：
1)将生物炭粉末造粒；
2)将正丁基硫代磷酰三胺、硫代硫酸铵、腐植酸、聚谷氨酸、聚磷酸铵、填充剂按配比混匀，再加入经造粒的生物炭，混合造粒，制成大小均匀的颗粒混合物；
3)将海带固体提取物、壳聚糖、钾长石、碳酸钙按配比混匀，喷涂于步骤2)制备的颗粒表面，烘干，过筛，包装，制得肥料增效剂成品。
实施例2
一种肥料增效剂，由以下重量份数的原料组成：生物炭25份、正丁基硫代磷酰三胺3份、硫代硫酸铵3份、腐植酸5份、聚谷氨酸2份、聚磷酸铵2份、海带固体提取物2份、壳聚糖2份、钾长石1份、碳酸钙1份、填充剂4份。
本实施例的肥料增效剂的制备方法同实施例1。
实施例3
一种肥料增效剂，由以下重量份数的原料组成：生物炭45份、正丁基硫代磷酰三胺0.2份、硫代硫酸铵0.2份、腐植酸0.2份、聚谷氨酸0.1份、聚磷酸铵0.1份、海带固体提取物0.1份、壳聚糖0.1份、钾长石0.1份、碳酸钙0.1份、填充剂3.8份。
本实施例的肥料增效剂的制备方法同实施例1。
对比例1
一种肥料增效剂，由以下重量份数的原料组成：生物炭45份、正丁基硫代磷酰三胺0.15份、硫代硫酸铵0.15份、腐植酸0.15份、聚谷氨酸0.08份、聚磷酸铵0.08份、海带固体提取物0.08份、壳聚糖0.08份、钾长石0.08份、碳酸钙0.05份、填充剂4.1份。
本对比例的肥料增效剂的制备方法同实施例1。
对比例2
一种肥料增效剂，由以下重量份数的原料组成：生物炭22份、正丁基硫代磷酰三胺3.2份、硫代硫酸铵3.2份、腐植酸5.2份、聚谷氨酸2.2份、聚磷酸铵2.2份、海带固体提取物2.2份、壳聚糖2.2份、钾长石1.2份、碳酸钙1.2份、填充剂5.2份。
本对比例的肥料增效剂的制备方法同实施例1。
实验例1产品工艺指标试验：
由表1可以看出，不同原料配比对肥料增效剂产品技术指标的影响不同。整体来看，实施例1-3的肥料增效剂产品的外观颗粒均匀，成粒率均大于85％，颗粒强度(1.00mm-4.75mm)均大于90％，含水量小于4％，其中实施例1的肥料增效剂产品各项技术指标在实施例中最好。对比例1-2产品外观不均匀，成粒率相对较低，颗粒强度(1.00mm-4.75mm)均小于90％，含水量大于5％，这说明对比例1-2的原材料配比生产的产品整体质量差于实施例1-3，实施例1-3的原材料配比更有利于实际生产。
表1不同原料制备的肥料增效剂产品技术指标
实验例2产品使用效果试验
实验地点：山东省临沂市临沭县史丹利现代农业科技示范园。
供试土壤：土壤类型为棕壤，土壤基本性质：pH 6.2,有机质16.6g/kg，全氮0.8g/kg，碱解氮88.6mg/kg，速效磷29.2mg/kg，速效钾132.8mg/kg。
供试作物及品种：玉米，登海661。
实验样品：实施例1-3及对比例1-2制备的肥料增效剂。
实验所用肥料：史丹利牌三元复合肥,养分含量51％(N 25％P2O5 10％K2O16％)。
试验处理：采用小区试验，每个处理的小区面积为48m2，设对照处理(只施用复合肥、不施用肥料增效剂)、实施例1-3、对比例1-2共计6个处理(除对照外，其他处理均同时施用复合肥和肥料增效剂)，每个处理3次重复，随机区组排列。试验小区为长方形，四周设保护行，每个小区施肥量为4.3kg(折合60kg/667m2)，所有肥料基施60％，大喇叭口期追施40％；每个小区肥料增效剂用量为0.72kg(折合10kg/667m2)，于玉米播种前与基肥混合施入土壤中。试验于2017年6月15日播种，种植密度为6000株/667m2，于2017年10月13日收获。田间管理按照当地习惯进行。
指标测定：玉米成熟后，测定相关生长性状及产量指标。
结果如下：由表2可知，施用不同肥料增效剂处理的玉米生长和产量不同。整体来看，与对照处理相比，施用肥料增效剂的处理的玉米各项指标均有所提高，且实施例1-3各处理优于对比例1-2各处理，实施例1>实施例2>实施例3>对比例2>对比例1，其中，与对照相比，实施例1的玉米各项指标提高幅度最大，有效促进肥效的发挥和玉米的生长。
表2不同处理对玉米产量和品质的影响
综上所述，本发明的肥料增效剂生产工艺简便，产品质量稳定，能够用于规模化的实际生产，与肥料混施，能够进一步提高肥效，增加作物对养分的吸收和利用，提高产量与品质，值得推广应用。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种肥料增效剂，其特征在于，有效成分包括：生物炭、脲酶抑制剂、硝化抑制剂、腐植酸、氨基酸、聚磷酸铵、海藻提取物、壳聚糖、钾长石和碳酸钙。
2.根据权利要求1所述的肥料增效剂，其特征在于，包括如下重量份的组分：
3.根据权利要求1所述的肥料增效剂，其特征在于，包括如下重量份的组分：
4.根据权利要求1所述的肥料增效剂，其特征在于，包括如下重量份的组分：
5.根据权利要求1-4任一项所述的肥料增效剂，其特征在于，所述生物炭由农作物秸秆在高温厌氧条件下炭化制备而成，炭化温度优选500-700℃；进一步优选地，所述农作物秸秆选自玉米、小麦、水稻、花生、大豆中一种或多种。
6.根据权利要求1-5任一项所述的肥料增效剂，其特征在于，所述脲酶抑制剂为正丁基硫代磷酰三胺、苯基磷酰二胺、硫代硫酸铵、硫代磷酸三酰胺中的一种或两种以上的混合物；和/或，
所述硝化抑制剂为双氰铵、包被碳化钙、2-氯-6-(三氯甲基)吡啶、硫代硫酸铵、亚乙基脲中的一种或两种以上的混合物；和/或，
所述氨基酸为聚天冬氨酸、聚天冬氨酸衍生物、聚谷氨酸、聚谷氨酸衍生物中的一种或两种以上的混合物；和/或，
所述聚磷酸铵为低聚度的水溶性聚磷酸铵；和/或，
所述海藻提取物为以海带、泡叶藻、马尾藻、浒苔中一种或多种原材料，经水解法、酶解法或发酵工艺进行提取、固液分离后制备的活性固体物质。
7.根据权利要求1-6任一项所述的肥料增效剂，其特征在于，其为颗粒剂，由内到外依次包括由生物炭制成的丸芯、中间层和包衣层；所述包衣层由以海藻提取物、壳聚糖、钾长石、碳酸钙组成的包衣材料制成；所述中间层由以脲酶抑制剂、硝化抑制剂、腐植酸、氨基酸、聚磷酸铵、填充剂组成的材料制成。
8.根据权利要求1-7任一项所述肥料增效剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将生物炭造粒；
2)将脲酶抑制剂、硝化抑制剂、腐植酸、氨基酸、聚磷酸铵、填充剂按配比混匀，再加入经造粒的生物炭，混合造粒，制成颗粒混合物；
3)将海藻提取物、壳聚糖、钾长石、碳酸钙按配比混匀，喷涂于步骤2)制备的颗粒表面，烘干，过筛，即可。
9.权利要求1-7任一项所述肥料增效剂用于制备增效复合肥料或用于提高肥料肥效中的应用。
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