CN111170813A - 一种水稻缓释肥及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水稻缓释肥，包括由内至外依次设置的粒肥内芯、第一包膜、穗肥层、第二包膜与分蘖肥层；所述粒肥内芯的粒径为1.5～2.5mm；所述水稻缓释肥的粒径为4.5～6mm；所述粒肥内芯、穗肥层与分蘖肥层均以木本泥炭为载体。与现有技术相比，本发明利用木本泥炭的多孔结构和吸附性能，将其作为矿质养分吸附、包裹的载体，有机质含量、游离腐植酸含量更高，无需高温制得，节能环保，同时将缓释肥设置为三层结构，结构设计合理，包括水稻全生育期所需矿质养分，使其分层缓慢释放，保证肥效时间长且释放率稳定，养分缓释对应水稻生育期需求；并且本发明材料易得成本低，一次施肥即可满足水稻生长需肥要求，提高肥料利用率。

Description

一种水稻缓释肥及其制备方法

技术领域

本发明属于肥料技术领域，尤其涉及一种水稻缓释肥及其制备方法。

背景技术

联合国粮农组织曾经在宏观层面做过一项估算，在所有使作物增产的措施中，粮食增产的30％～50％可以归功于化肥，因此可以得知肥料是制约作物增产的关键因素之一。

缓释肥料一般都是通过包膜、包裹、包囊、涂层等物理方法达到延长肥效的目的，或利用孔隙丰富、吸附能力强的生物质炭、凹凸棒石等材料，与化学养分混合，制成载体肥料达到缓释效果。但这些肥料的造价较高，一般用于花卉、果树等经济作物，很难在大田作物上大面积推广应用。

水稻种植的施肥期取决于其生长期，可分为基肥期与追肥期，追肥期又可细分为分蘖肥、穗肥、粒肥等不同时期，每个时期对肥料的需求量不同，在施肥过程中要结合水稻的生长期有针对性地进行施肥。而在当前的水稻生产过程中，水稻施肥中存在许多不合理之处，施肥时期和氮磷钾肥比例不当，有机肥与无机肥比例严重失衡，这些施肥方式和肥料配比的不合理，不仅使肥料利用率不高，同时肥料的大量流失也造成了生态环境污染和食品安全问题。根据农业部2015年12月发布的数据显示，我国粮食作物化肥利用率为35.2％。研究开发新的环保型包膜控/缓释肥，提高化肥利用率，从源头上控制化肥污染，对环境保护以及实现农业的可持续性发展具有重要的意义。

申请号为201510381214.2的中国专利公开了一种生物炭缓释水稻专用基肥，包括核心层和包覆在核心层表面的包膜层，该肥料核心层中包括生物炭和其他原料混合物，包膜层为生物炭粉和粘结剂的混合物，控制了养分的释放速度，得到了缓慢释放的效果。

公开号为CN102219604A的中国专利公开了一种水稻炭基缓释肥及其制备方法，将水稻秸秆热解成生物质炭，其中的半纤维素、纤维素、腐植酸含量低，需另外添加腐植酸原料混合制备，成本提高，且制备过程中仅将原料进行单纯混合，未对生物质炭的多孔特性进行充分利用。使用浓度为0.1～0.6 wt％的淀粉溶液作为粘结剂，且未进行外层包膜。在稻田环境中，肥料直接与水体接触，肥料颗粒易溶胀，肥料缓释率不稳定，前期养分释放快，水体养分增多，促进水稻无效分蘖的生成，后期养分释放少且缓慢，反而易造成水稻减产，肥效持续时间难以达到一次性施肥满足水稻整个生育期的肥料需求。

申请号为201810897324.8的中国专利公开了一种用于杂交水稻高效肥料的制备方法，使用椰壳制备的多孔碳将混合肥料吸附住，并采用微胶囊法将碳混合物包裹造粒，但未根据水稻生育期需肥规律释放养分，肥料结构设计不合理。使用多孔碳作为载体材料，涂层肥料作为包裹层，肥效持续时间短，持效期仅不到20天。

申请号为201510381214.2的中国专利公开了一种生物炭缓释水稻专用基肥及其制备方法，该肥料通过添加生物炭基，再加上包覆凹凸棒土的包覆层，控制养分的释放速度，得到了缓慢释放的效果，但在生育后期，外层包覆层溶胀脱落后，内层肥料前期缓释率高，后期养分释放较少，整体缓释率不稳定，且未根据水稻生育期需肥规律释放养分。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种缓释率稳定，肥效持续时间长且肥料配比满足水稻生育期养分需求的水稻缓释肥及其制备方法。

本发明提供了一种水稻缓释肥，包括由内至外依次设置的粒肥内芯、第一包膜、穗肥层、第二包膜与分蘖肥层；

所述粒肥内芯的粒径为1.5～2.5mm；所述水稻缓释肥的粒径为4.5～6mm；

所述粒肥内芯、穗肥层与分蘖肥层均以木本泥炭为载体。

优选的，所述粒肥内芯、穗肥层与分蘖肥层包括粘结剂；所述粒肥内芯、穗肥层与分蘖肥层中的粘结剂各自独立地选自硅酸钾；所述硅酸钾的模数为 1.5～3；所述第一包膜与第二包膜中均包括壳聚糖。

优选的，所述第一包膜与第二包膜的厚度各自独立地为0.2～0.4mm；所述粒肥内芯与穗肥层的质量比为1：(1.5～11)；所述粒肥内芯与穗肥层的总质量与分蘖肥层的质量比为1：(0.1～1.5)。

优选的，所述粒肥内芯由负载粒肥肥料的木本泥炭与粘结剂形成；所述粒肥肥料包括氮肥、磷肥与钾肥；以有效成分计，所述粒肥肥料中氮肥、磷肥与钾肥的质量比为(1.5～4)：(1～3)：(0.5～3)；

所述穗肥层由负载穗肥肥料的木本泥炭与粘结剂形成；所述穗肥肥料包括氮肥、磷肥与钾肥；以有效成分计，所述穗肥肥料中氮肥、磷肥与钾肥的质量比为(5～12.5)：(2～5.5)：(8.5～12)；

所述分蘖肥层由负载分蘖肥肥料的木本泥炭与粘结剂形成；所述分蘖肥肥料包括氮肥、磷肥与钾肥；以有效成分计，所述分蘖肥肥料中氮肥、磷肥与钾肥的质量比为(2.5～8.5)：(0.5～3)：(3～7.5)。

优选的，所述粒肥内芯、穗肥层与分蘖肥层中的氮肥各自独立地选自氨态氮肥、铵态氮肥、硝态氮肥、硝铵态氮肥、氰氨态氮肥与酰胺态氮肥中的一种或多种；所述粒肥内芯、穗肥层与分蘖肥层中的磷肥各自独立地选自聚磷酸铵、磷酸脲、过磷酸钙、重过磷酸钙、钙镁磷肥、磷酸一铵、磷酸二铵与磷酸二氢钾中的一种或多种；所述粒肥内芯、穗肥层与分蘖肥层中的钾肥各自独立地选自氯化钾、硫酸钾、硝酸钾、磷酸二氢钾、窑灰钾肥、钾泻盐、钾石盐、钾镁盐与光卤石中的一种或多种。

本发明还提供了一种水稻缓释肥的制备方法，包括：

S1)将负载粒肥肥料的木本泥炭与粘结剂水溶液混合造粒，得到粒肥内芯；

S2)将所述粒肥内芯与第一包膜材料混合包膜，得到包覆第一包膜的粒肥内芯；

S3)将粘结剂水溶液喷涂于包覆第一包膜的粒肥内芯表面，然后喷洒负载穗肥肥料的木本泥炭，喷洒粘结剂水溶液与负载穗肥肥料的木本泥炭交替进行，得到包覆穗肥层的粒肥内芯；

S4)将所述包覆穗肥层的粒肥内芯与第二包膜材料混合包膜，得到包覆第二包膜的粒肥内芯；

S5)将粘结剂水溶液喷涂于包覆第二包膜的粒肥内芯表面，然后喷洒负载分蘖肥肥料的木本泥炭，喷洒粘结剂水溶液与负载分蘖肥肥料的木本泥炭交替进行，得到水稻缓释肥。

优选的，所述负载粒肥肥料的木本泥炭按照以下方法制备：

将粒肥肥料与水混合，然后喷洒至木本泥炭中，搅拌，然后加压静置，烘干后，得到负载粒肥肥料的木本泥炭；所述粒肥肥料包括氮肥、磷肥与钾肥；以有效成分计，所述氮肥、磷肥、钾肥与水的质量比为(1.5～4)：(1～3)： (0.5～3)：(10～50)；混合后溶液与木本泥炭的质量比为1：(0.4～0.6)。

优选的，所述负载穗肥肥料的木本泥炭按照以下方法制备：

将穗肥肥料与水混合，然后喷洒至木本泥炭中，搅拌，然后加压静置，烘干后，得到负载穗肥肥料的木本泥炭；所述穗肥肥料包括氮肥、磷肥与钾肥；以有效成分计，所述氮肥、磷肥、钾肥与水的质量比为(5～12.5)：(2～5.5)： (8.5～12)：(50～110)；混合后溶液与木本泥炭的质量比为1：(0.4～0.6)。

优选的，所述负载分蘖肥肥料的木本泥炭按照以下方法制备：

将分蘖肥肥料与水混合，然后喷洒至木本泥炭中，搅拌，然后加压静置，烘干后，得到负载分蘖肥肥料的木本泥炭；所述分蘖肥肥料包括氮肥、磷肥与钾肥；以有效成分计，所述氮肥、磷肥、钾肥与水的质量比为(2.5～8.5)： (0.5～3)：(3～7.5)：(20～80)；混合后溶液与木本泥炭的质量比为1：(0.4～0.6)。

优选的，所述粘结剂水溶液为10％～30％的硅酸钾粘结剂；

所述第一包膜材料与第二包膜材料各自独立地选自1.5％～3％的壳聚糖包膜材料。

本发明还提供了木本泥炭在制备缓控释肥料中的应用。

本发明提供了一种水稻缓释肥，包括由内至外依次设置的粒肥内芯、第一包膜、穗肥层、第二包膜与分蘖肥层；所述粒肥内芯的粒径为1.5～2.5mm；所述水稻缓释肥的粒径为4.5～6mm；所述粒肥内芯、穗肥层与分蘖肥层均以木本泥炭为载体。与现有技术相比，本发明利用木本泥炭的多孔结构和吸附性能，将其作为矿质养分吸附、包裹的载体，相比生物碳，木本泥炭有机质含量、游离腐植酸含量更高，无需高温制得，节能环保，同时将缓释肥设置为三层结构，结构设计合理，包括水稻全生育期所需矿质养分，使其分层缓慢释放，保证肥效时间长且释放率稳定，养分缓释对应水稻生育期需求；并且本发明材料易得成本低，一次施肥即可满足水稻生长需肥要求，节省劳动成本，科学配方，提高肥料利用率，减轻环境负担。

进一步地，本发明以低模数硅酸钾为粘结剂，其在水中溶解率低，与木本泥炭一起实现水稻缓释肥的缓释效果，且还可补充水稻所需硅肥。

进一步地，每层结构独立包膜，且以壳聚糖为包膜材料，其可降解同时还可促进水稻根据对肥力的吸收，提高肥料利用率。

附图说明

图1为本发明提供的水稻缓释肥的结构示意图；

图2为水稻养分吸收曲线图；

图3为本发明实施例1中得到的水稻缓释肥与环保包膜缓释复合肥养分溶出曲线对比图；

图4为本发明实施例1中得到的水稻缓释肥与对比例1中得到的水稻缓释肥的养分溶出曲线对比图；

图5为木本泥炭、土壤有机质与生物炭微形态结构的扫描电镜图；

图6为本发明实施例1中得到的水稻缓释肥与对比例2中得到的水稻缓释肥的养分溶出曲线对比图；

图7为本发明实施例1中得到的水稻缓释肥与对比例3中得到的水稻缓释肥的养分溶出曲线对比图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种水稻缓释肥，包括由内至外依次设置的粒肥内芯、第一包膜、穗肥层、第二包膜与分蘖肥层。

参见图1，图1为本发明提供的水稻缓释肥的结构示意图。

所述粒肥内芯的粒径为1.5～2.5mm，优选为2～2.5mm；所述水稻缓释肥的粒径为4.5～6mm，优选为5～6mm。

所述粒肥内芯、穗肥层与分蘖肥层的质量比优选为1：(1～5)；所述粒肥内芯与穗肥层的质量与分蘖肥层的质量比为1：(1.5～11)：(0.6～7)；在此处质量指的是实际质量，在在本发明中，如没有特殊标记出，所述质量均指实际质量；所述粒肥内芯、穗肥层与分蘖肥层均以木本泥炭为载体。

本发明提供的水稻缓释肥为三层肥料结构，其核心为粒肥内芯；所述粒肥内芯的粒径优选为1.5～2.5mm，更优选为2～2.5mm，再优选为2.5mm；所述粒肥内芯由由负载粒肥肥料的木本泥炭与粘结剂形成；所述负载粒肥肥料的木本泥炭的目数优选为100～300目，更优选为150～250目，再优选为200 目；所述粒肥肥料包括氮肥、磷肥与钾肥；以有效成分计，所述粒肥肥料中氮肥、磷肥与钾肥的质量比优选为(1.5～4)：(1～3)：(0.5～3)，更优选为(2.5～4)：(2～3)：(1～2.5)，再优选为(3～4)：(2～2.5)：(1.5～2)，最优选为(3.5～3.65)：(2.3～2.5)：(1.8～2)；所述氮肥优选为氨态氮肥、铵态氮肥、硝态氮肥、硝铵态氮肥、氰氨态氮肥与酰胺态氮肥中的一种或多种；所述磷肥优选为聚磷酸铵、磷酸脲、过磷酸钙、重过磷酸钙、钙镁磷肥、磷酸一铵、磷酸二铵与磷酸二氢钾中的一种或多种；所述钾肥优选为氯化钾、硫酸钾、硝酸钾、磷酸二氢钾、窑灰钾肥、钾泻盐、钾石盐、钾镁盐与光卤石中的一种或多种；所述粒肥肥料与木本泥炭的质量比优选为1：(0.6～1.8)，更优选为1：(0.8～1.6)，再优选为1：(1.2～1.4)，最优选为1：(1.33～ 1.35)；所述粘结剂优选为硅酸钾；所述硅酸钾的模数优选为1.5～3，更优选为2～2.5。

所述粒肥内芯外包裹有第一包膜；所述第一包膜的厚度优选为0.2～0.4 mm，更优选为0.2～0.3mm；所述第一包膜包括壳聚糖；以壳聚糖为包膜材料，其可降解同时还可促进水稻根据对肥力的吸收，提高肥料利用率。

所述第一包膜外包裹有穗肥层；粒肥内芯、第一包膜与穗肥层组成的粒径优选为3～4mm；所述粒肥内芯与穗肥层的质量比优选为1：(1～5)；所述穗肥层由负载穗肥肥料的木本泥炭与粘结剂形成；所述负载穗肥肥料的木本泥炭的目数优选为100～300目，更优选为150～250目，再优选为200目；所述穗肥肥料优选包括氮肥、磷肥与钾肥；以有效成分计，所述穗肥肥料中氮肥、磷肥与钾肥的质量比优选为(5～12.5)：(2～5.5)：(8.5～12)，更优选为(10～12.5)：(3～5.5)：(10～12)，再优选为(12～12.5)：(4.5～5.5)： (10.5～11.5)，最优选为(12～12.1)：(5～5.05)：(11.4～11.5)；所述氮肥优选为氨态氮肥、铵态氮肥、硝态氮肥、硝铵态氮肥、氰氨态氮肥与酰胺态氮肥中的一种或多种；所述磷肥优选为聚磷酸铵、磷酸脲、过磷酸钙、重过磷酸钙、钙镁磷肥、磷酸一铵、磷酸二铵与磷酸二氢钾中的一种或多种；所述钾肥优选为氯化钾、硫酸钾、硝酸钾、磷酸二氢钾、窑灰钾肥、钾泻盐、钾石盐、钾镁盐与光卤石中的一种或多种；所述穗肥肥料与木本泥炭的质量比优选为1：(0.6～1.8)，更优选为1：(0.8～1.6)，再优选为1：(1.2～1.4)，再优选为1：(1.25～1.35)，最优选为1：(1.33～1.35)；所述粘结剂优选为硅酸钾；所述硅酸钾的模数优选为1.5～3，更优选为2～2.5。

所述穗肥层外包裹有第二包膜；所述第二包膜的厚度优选为0.2～0.4mm，更优选为0.3～0.4mm；所述第二包膜包括壳聚糖。

所述第二包膜外包裹有分蘖肥层，构成水稻缓释肥；所述水稻缓释肥的粒径优选为4.5～6mm，更优选为5～6mm，再优选为5～5.5mm；所述粒肥内芯、穗肥层与分蘖肥层的质量比为1：(1～5)：(0.4～2.5)；所述分蘖肥层由负载分蘖肥肥料的木本泥炭与粘结剂形成；所述负载分蘖肥肥料的木本泥炭的目数优选为100～300目，更优选为150～250目，再优选为200目；所述分蘖肥肥料优选包括氮肥、磷肥与钾肥；以有效成分计，所述分蘖肥肥料中氮肥、磷肥与钾肥的质量比优选为(2.5～8.5)：(0.5～3)：(3～7.5)，更优选为(6～8.5)：(1.5～3)：(5～7.5)，再优选为(7.95～8.5)：(2～3)： (6.5～7.5)，最优选为(7.95～8)：(2.75～3)：(7.2～7.5)；所述氮肥优选为氨态氮肥、铵态氮肥、硝态氮肥、硝铵态氮肥、氰氨态氮肥与酰胺态氮肥中的一种或多种；所述磷肥优选为聚磷酸铵、磷酸脲、过磷酸钙、重过磷酸钙、钙镁磷肥、磷酸一铵、磷酸二铵与磷酸二氢钾中的一种或多种；所述钾肥优选为氯化钾、硫酸钾、硝酸钾、磷酸二氢钾、窑灰钾肥、钾泻盐、钾石盐、钾镁盐与光卤石中的一种或多种；所述分蘖肥肥料与木本泥炭的质量比优选为1：(0.6～1.8)，更优选为1：(0.8～1.6)，再优选为1：(1.2～1.4) 最优选为1：(1.33～1.35)；所述粘结剂优选为硅酸钾；所述硅酸钾的模数优选为1.5～3，更优选为2～2.5。

本发明利用木本泥炭的多孔结构和吸附性能，将其作为矿质养分吸附、包裹的载体，相比生物质碳有机质含量、游离腐植酸含量更高，无需高温制得，节能环保，同时将缓释肥设置为三层结构，结构设计合理，包括水稻全生育期所需矿质养分，使其分层缓慢释放，保证肥效时间长且释放率稳定，养分缓释对应水稻生育期需求；并且本发明材料易得成本低，一次施肥即可满足水稻生长需肥要求，节省劳动成本，科学配方，提高肥料利用率，减轻环境负担。

进一步地，本发明以低模数硅酸钾为粘结剂，其在水中溶解率低，与木本泥炭一起实现水稻缓释肥的缓释效果，且还可补充水稻所需硅肥。

进一步地，每层结构独立包膜，且以壳聚糖为包膜材料，其可降解同时还可促进水稻根据对肥力的吸收，提高肥料利用率。

本发明还提供了上述水稻缓释肥的制备方法，包括：S1)将负载粒肥肥料的木本泥炭与粘结剂水溶液混合造粒，得到粒肥内芯；S2)将所述粒肥内芯与第一包膜材料混合包膜，得到包覆第一包膜的粒肥内芯；S3)将粘结剂水溶液喷涂于包覆第一包膜的粒肥内芯表面，然后喷洒负载穗肥肥料的木本泥炭，喷洒粘结剂水溶液与负载穗肥肥料的木本泥炭交替进行，得到包覆穗肥层的粒肥内芯；S4)将所述包覆穗肥层的粒肥内芯与第二包膜材料混合包膜，得到包覆第二包膜的粒肥内芯；S5)将粘结剂水溶液喷涂于包覆第二包膜的粒肥内芯表面，然后喷洒负载分蘖肥肥料的木本泥炭，喷洒粘结剂水溶液与负载分蘖肥肥料的木本泥炭交替进行，得到水稻缓释肥。

本发明对所有原料的来源并没有特殊的限制，为市售即可。

在本发明中，所述负载粒肥肥料的木本泥炭优选按照以下方法制备：将粒肥肥料与水混合，然后喷洒至木本泥炭中，搅拌，然后加压静置，烘干后，得到负载粒肥肥料的木本泥炭；所述粒肥肥料包括氮肥、磷肥与钾肥；以有效成分计，所述氮肥、磷肥、钾肥与水的质量比优选为(1.5～4)：(1～3)： (0.5～3)：(10～50)，更优选为(2.5～4)：(2～3)：(1～2.5)：(30～50)，再优选为(3～4)：(2～2.5)：(1.5～2)：(35～45)，最优选为(3.5～3.65)：(2.3～2.5)：(1.8～2)：40；混合后形成无晶体析出溶液，优选将其采用喷雾器均匀喷洒至木本泥炭中；混合后溶液与木本泥炭的质量比优选为1： (0.4～0.6)，更优选为1：(0.4～0.5)；然后搅拌，所述搅拌的时间优选为 2～4h；搅拌后加压静置，此时混合溶液与木本泥炭充分混匀并被吸收；所述加压静置的压力优选为0.2～0.3Mpa，更优选为0.25Mpa；所述加压静置的时间优选为1～2小时；所述烘干的温度优选为40℃～60℃；烘干后的固态物优选进行粉碎，得到负载粒肥肥料的木本泥炭；所述粉碎优选粉碎成100～300 目，更优选为150～250目，再优选为200目。

所述负载穗肥肥料的木本泥炭优选按照以下步骤制备：将穗肥肥料与水混合，然后喷洒至木本泥炭中，搅拌，然后加压静置，烘干后，得到负载穗肥肥料的木本泥炭；所述穗肥肥料包括氮肥、磷肥与钾肥；以有效成分计，所述氮肥、磷肥、钾肥与水的质量比优选为(5～12.5)：(2～5.5)：(8.5～12)： (50～110)，更优选为(10～12.5)：(3～5.5)：(10～12)：(80～110)，再优选为(12～12.5)：(4.5～5.5)：(10.5～11.5)：(90～110)，最优选为 (12～12.1)：(5～5.05)：(11.4～11.5)：110；混合后形成无晶体析出溶液，优选将其采用喷雾器均匀喷洒至木本泥炭中；混合后溶液与木本泥炭的质量比优选为1：(0.4～0.6)，更优选为1：(0.4～0.5)；然后搅拌，所述搅拌的时间优选为2～4h；搅拌后加压静置，此时混合溶液与木本泥炭充分混匀并被吸收；所述加压静置的压力优选为0.2～0.3Mpa，更优选为0.25Mpa；所述加压静置的时间优选为1～2小时；所述烘干的温度优选为40℃～60℃；烘干后的固态物优选进行粉碎，得到负载粒肥肥料的木本泥炭；所述粉碎优选粉碎成 100～300目，更优选为150～250目，再优选为200目。

所述负载分蘖肥肥料的木本泥炭优选按照以下方法进行制备：将分蘖肥肥料与水混合，然后喷洒至木本泥炭中，搅拌，然后加压静置，烘干后，得到负载分蘖肥肥料的木本泥炭；所述分蘖肥肥料包括氮肥、磷肥与钾肥；以有效成分计，所述氮肥、磷肥、钾肥与水的质量比优选为(2.5～8.5)：(0.5～3)： (3～7.5)：(20～80)，更优选为(6～8.5)：(1.5～3)：(5～7.5)：(60～80)，再优选为(7.95～8.5)：(2～3)：(6.5～7.5)：(70～80)，最优选为(7.95～8)： (2.75～3)：(7.2～7.5)：75；混合后形成无晶体析出溶液，优选将其采用喷雾器均匀喷洒至木本泥炭中；混合后溶液与木本泥炭的质量比为1：(0.4～0.6)，更优选为1：0.4；然后搅拌，所述搅拌的时间优选为2～4h；搅拌后加压静置，此时混合溶液与木本泥炭充分混匀并被吸收；所述加压静置的压力优选为0.2～0.3Mpa，更优选为0.25Mpa；所述加压静置的时间优选为1～2小时；所述烘干的温度优选为40℃～60℃；干燥过程中，木本泥炭孔道中的水分汽化排出，氮磷钾等养分留在木本泥炭的孔道内；烘干后的固态物优选进行粉碎，得到负载粒肥肥料的木本泥炭；所述粉碎优选粉碎成100～300目，更优选为150～250目，再优选为200目。

将负载粒肥肥料的木本泥炭与粘结剂水溶液混合造粒，得到粒肥内芯；所述粘结剂水溶液优选为硅酸钾水溶液；所述硅酸钾的模数优选为1.5～3，更优选为2～2.5；所述硅酸钾水溶液的浓度优选为10％～30％，更优选为 15％～25％，再优选为20％；所述粘结剂水溶液的质量优选为负载粒肥肥料的木本泥炭质量的5％～10％；所述造粒的方法优选为流化造粒，更优选为采用圆盘造粒或滚筒造粒；在本发明中优选具体为：将负载粒肥肥料的木本泥炭送入流化床加料口，通过雾化装置添加粘结剂水溶液，使原料粉末粘结造粒，设置送风口封料，得到目标粒径的粒肥内芯会下落并送入下流工艺设备中。

将所述粒肥内芯与第一包膜材料混合包膜，得到包覆第一包膜的粒肥内芯；所述第一包膜材料优选为1.5％～3％的壳聚糖包膜材料，更优选按照以下方法进行制备：在55～75℃搅拌条件下，将壳聚糖与酸性硅溶胶混合加热，调节pH值至碱性，并保持55～75℃条件下搅拌1～1.5h，最后真空除去气泡，得到第一包膜材料；所述壳聚糖与酸性硅溶胶的体积比优选为1：2～5；所述酸性硅溶胶中二氧化硅质量浓度优选为5％～15％；在本发明中优选采用氢氧化钾和氨水中的一种或几种混合溶液，调节pH值；优选调节pH值至7～9；所述包膜的方法为本领域技术人员熟知的方法即可，并无特殊的限制，本发明中优选在粒肥内芯表面喷涂第一包膜材料进行包膜；所述包膜优选在滚筒造粒设备中进行；得到的第一包膜的厚度优选为0.2～0.4mm，更优选为0.2～0.3 mm。

将粘结剂水溶液喷涂于包覆第一包膜的粒肥内芯表面，然后喷洒负载穗肥肥料的木本泥炭，喷洒粘结剂水溶液与负载穗肥肥料的木本泥炭交替进行，得到包覆穗肥层的粒肥内芯；此过程优选在流化床中通过圆盘或滚筒造粒进行，通过雾化装置将粘结剂水溶液喷涂于包覆第一包膜的粒肥内芯表面，然后利用粉末加料口喷洒负载穗肥肥料的木本泥炭，交替进行，以保证负载穗肥肥料的木本泥炭均匀包裹在包覆第一包膜的粒肥内芯表面，并设置送风口风级，得到目标粒径的包覆穗肥层的粒肥内芯会下落并被送入下流工艺设备中；所述粘结剂水溶液同上所述，在此不再赘述；所述粘结剂水溶液的质量优选为负载穗肥肥料的木本泥炭质量的5％～10％；所述负载穗肥肥料的木本泥炭与包覆第一包膜的粒肥内芯的质量比优选为(1.5～11)：1；得到的包覆穗肥层的粒肥内芯的粒径优选为3～4mm。

将所述包覆穗肥层的粒肥内芯与第二包膜材料混合包膜，得到包覆第二包膜的粒肥内芯；所述第二包膜材料优选为1.5％～3％的壳聚糖包膜材料，更优选按照以下方法进行制备：在55～75℃搅拌条件下，将壳聚糖与酸性硅溶胶混合加热，调节pH值至碱性，并保持55～75℃条件下搅拌1～1.5h，最后真空除去气泡，得到第一包膜材料；所述壳聚糖与酸性硅溶胶的体积比优选为1：2～5；所述酸性硅溶胶中二氧化硅质量浓度优选为5％～15％；在本发明中优选采用氢氧化钾和氨水中的一种或几种混合溶液，调节pH值；优选调节pH值至7～9；所述包膜的方法为本领域技术人员熟知的方法即可，并无特殊的限制，本发明中优选在穗肥层表面喷涂第二包膜材料进行包膜；所述包膜优选在滚筒造粒设备中进行；得到的第二包膜的厚度优选为0.2～0.4mm，更优选为0.3～0.4mm。

将粘结剂水溶液喷涂于包覆第二包膜的粒肥内芯表面，然后喷洒负载分蘖肥肥料的木本泥炭，喷洒粘结剂水溶液与负载分蘖肥肥料的木本泥炭交替进行，得到水稻缓释肥。此过程优选在流化床中通过圆盘或滚筒造粒进行，通过雾化装置将粘结剂水溶液喷涂于包覆第二包膜的粒肥内芯表面，然后利用粉末加料口喷洒负载分蘖肥肥料的木本泥炭，交替进行，以保证负载分蘖肥肥料的木本泥炭均匀包裹在包覆第二包膜的粒肥内芯表面，并设置送风口风级，得到目标粒径的水稻缓释肥；所述粘结剂水溶液同上所述，在此不再赘述；所述粘结剂水溶液的质量优选为负载分蘖肥肥料的木本泥炭质量的 5％～10％；所述负载分蘖肥肥料的木本泥炭与包覆第二包膜的粒肥内芯的质量比优选为(0.1～1.5)：1；得到的水稻缓释肥的粒径优选为4.5～6mm，更优选为5～6mm。

最后还优选进行干燥；所述干燥优选在烘干设备中进行。

本发明还提供了上述水稻缓释肥在水稻施肥中的应用；所述水稻缓释肥的使用时期为在稻田基肥施用之后，水稻插秧前或后3～10天进行撒施；所述水稻缓释肥的用量为80～150公斤/亩。

本发明提供的水稻缓释肥以木本泥炭作为养分负载材料，以硅酸钾作为粘结剂，同时提供水稻所需硅养分，以壳聚糖作为包膜材料，降低成本；且该水稻缓释肥能够增加肥料利用率、提高缓释肥料，一次性施肥，即可保证水稻全生育期养分供应，不必再使用其他化学肥料，节省劳动力。

本发明还提供了木本泥炭在制备缓控释肥料中的应用；所述木本泥炭作为负载材料用于制备缓控释肥料。

为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种水稻缓释肥及其制备方法进行详细描述；在本发明中如需特殊说明，所述份均指重量份。

以下实施例中所用的试剂均为市售。

实施例1：南方早稻木本泥炭基专用肥料生产

以有效成分换算，粒肥中氮肥(氮)：磷肥(五氧化二磷)：钾肥(氧化钾)：水的比例为3.65：2.30：1.80：40；穗肥中氮肥(氮)：磷肥(五氧化二磷)：钾肥(氧化钾)：水的比例为12.1：5.05：11.4：110；分蘖肥中氮肥(氮)：磷肥(五氧化二磷)：钾肥(氧化钾)：水的比例为：7.98：2.75： 7.2：75。

尿素中中氮含量以46％计；磷酸二铵中氮含量以18％计，五氧化二磷含量以46％计，氯化钾中氧化钾含量以60％计。

(1)将尿素6份、磷酸二铵5份、氯化钾3份溶于40份水中，采用喷雾器将此无晶体析出混合溶液按照质量比1：0.4均匀喷洒至干燥木本泥炭粉末中，搅拌反应3小时后加压静置(0.25Mpa；1小时)，将养分负载完成的木本泥炭在60℃烘干，烘干后的固态物质粉碎成200目粉末，得到负载粒肥肥料的木本泥炭。

(2)将尿素22份、磷酸二铵11份、氯化钾19份溶于110份水中，采用喷雾器将此无晶体析出混合溶液按照质量比1：0.4均匀喷洒至干燥木本泥炭粉末中，搅拌反应3小时后加压静置(0.25Mpa；1小时)，将养分负载完成的木本泥炭在60℃烘干，烘干后的固态物质粉碎成200目粉末，得到负载穗肥肥料的木本泥炭。

(3)将尿素15份、磷酸二铵6份、氯化钾12份溶于75份水中，采用喷雾器将此无晶体析出混合溶液按照质量比1：0.4均匀喷洒至干燥木本泥炭粉末中，搅拌反应3小时后加压静置(0.25Mpa；1小时)，将养分负载完成的木本泥炭在60℃烘干，烘干后的固态物质粉碎成200目粉末，得到负载分蘖肥肥料的木本泥炭。

(4)通过圆盘或滚筒造粒，负载粒肥肥料的木本泥炭中喷涂模数为2、浓度为20％的硅酸钾粘结剂(粘结剂水溶液的质量为负载粒肥肥料的木本泥炭质量的5％)，制备出粒径2.5mm的木本泥炭基粒肥芯材，在芯材表面喷涂壳聚糖包膜材料(在65℃搅拌条件下，将壳聚糖与含10％二氧化硅的酸性硅溶胶按照1：4的体积比混合加热，使用氢氧化钾溶液调节pH值至8，并保持65℃条件下搅拌1～1.5h，最后真空除去气泡，制得壳聚糖质量分数为2％的包膜材料。)进行包膜，包膜厚度为0.2mm，得到包覆第一包膜的粒肥内芯。

(5)在内芯表面喷涂模数为2、浓度为20％的硅酸钾粘结剂，加入负载穗肥肥料的木本泥炭(粘结剂水溶液的质量为负载穗肥肥料的木本泥炭质量的5％)，使用圆盘或滚筒造粒，制备出粒径4mm的内层粒肥和中层穗肥芯材，在芯材表面喷涂壳聚糖包膜材料进行包膜，包膜厚度为0.4mm，得到两层结构颗粒。

(6)在两层结构颗粒表面喷涂模数为2、浓度为20％的硅酸钾粘结剂，加入负载分蘖肥肥料的木本泥炭，使用圆盘或滚筒造粒，制备出粒径5mm的水稻缓释肥。

对比例1～3

按照实施例1的方法进行制备，只是原料有所不同，具体请见表1。

表1实施例1及对比例1～3肥料所使用的原料、粘结剂及包衣材料

对实施例1及对比例1～3的肥料的缓释性能进行测试

分别称取本发明实施例1中得到的水稻缓释肥、根据专利申请号 201610195837.5一种水稻种植用长效环保包膜缓释复合肥及其制备方法中的实施例一配方制得的环保包膜缓释复合肥(该缓释复合肥包括核芯肥及包覆于核芯肥表面的包膜层，所述核芯肥包括氮磷钾等多种化学养分，所述包膜层包括壳聚糖、聚乙烯醇缩醛、粘结剂等多种成分)和对比例1～3各10g进行实验，放入孔径0.150mm的尼龙纱网做成的小袋中，封口后将小袋放入250 m L塑料瓶中，加入200mL水，加盖密封，置于25℃的生化恒温培养10、 20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150天后取样。取样时，将水样移入另一小瓶，摇匀后，取大约40mL浸提液到50mL 离心管里，用于养分测定，其余浸提液全部弃去。然后向装有试样小袋的瓶中再加入200mL水，加盖密封后放入生化恒温培养箱继续培养。

水稻在移栽2周后，进入分蘖期，养分需求增大，移栽7～8周后，水稻穗分化，养分需求达到高峰，研究5种肥料的养分释放曲线是否满足水稻养分需求规律。研究发现，市场上水稻长效环保包膜缓释复合肥肥效时间虽长，但是缓释率不稳定，与水稻养分吸收规律(图2)差异较大，在水稻收获后仍有一部分养分未释放。而实施例1中制备的水稻缓释肥，由于其分层包膜的结构设计，养分缓释效果稳定，由曲线规律可知(图3)，缓释高峰符合水稻的养分需求规律，分蘖肥与穗肥之间的独立包膜设计，在水稻分蘖达到最大数时，能够减缓肥料颗粒的养分释放，减少无效分蘖的形成，提高水稻产量。

对比例1中将基材替换为生物炭，养分溶出实验发现，相比实施例1，对比例1的养分溶出高峰提前(图4)，电镜扫描结果(图5)也发现生物炭与木本泥炭的微孔结构存在差异，两者对养分的负载效果可能存在差异。使用木本泥炭作为基材时，肥料养分溶出曲线更贴合水稻养分需求，且木本泥炭中腐植酸含量丰富，有利于水稻根系生长。

对比例2中将粘结剂替换为淀粉溶液，养分溶出实验发现(图6)，相比实施例1，对比例2颗粒的养分缓释时间变短，养分溶出高峰提前，淀粉作为粘结剂时，肥料颗粒在水中易溶胀，各分层养分释放加快，养分溶出量大，初期植株易疯长，且养分溶出高峰与水稻需肥规律不符。而实施例1中使用低模数硅酸钾作为粘结剂，在水中溶解率低，肥料颗粒不易溶胀，养分缓释率稳定，且能补充水稻所需硅元素。

对比例3中将包膜材料替换为热塑性树脂，养分溶出实验发现(图7)，相比实施例1，对比例3使用的热塑性树脂膜壳的通透性较小，肥料前期养分溶出率低于壳聚糖包膜肥料，造成第二层肥料穗肥的养分溶出高峰时间推后，不利于水稻的幼穗分化。壳聚糖作为包膜材料成本低，具有良好的生物可降解性，无环境污染风险，利于在大田作物上推广应用。

实验例1得到的水稻缓释肥对水稻产量的影响

试验选择水稻品种为早熟晚粳稻品种：南粳5055。选择四块相邻水稻田作为试验地，前茬作物相同，试验设计如表2所示。

表2水稻实验设计

每个小区在插秧前一周施入肥料，水稻田采用常规管理方式管理。肥料对比试验结果见表3。

表3肥料对比实验结果

注：水稻价格按照3.5元/kg计算。

施用氮磷钾复合肥的小区水稻产量平均为622.8kg/亩，施用实施例1中的水稻缓释肥的小区水稻亩产量均高于对照氮磷钾复合肥处理，实施例1中的水稻缓释肥亩施量为80～120kg/亩时，亩施量均能满足水稻生育期养分需求。其中实施例1中的水稻缓释肥的施用量为100kg/亩时，试验小区水稻产量较对照小区增加20.6kg/亩，水稻每亩能够获得最大纯收益，较对照氮磷钾复合肥种植方式增收71.6元/亩。实施例1中的水稻缓释肥仅需一次施肥操作，比氮磷钾复合肥更节省劳动力，有利于农民减轻劳动负担，提高经济效益。

实施例1中得到的水稻缓释肥对水稻产量及稻田土壤理化性质的影响

利用扫描电子显微镜对木本泥炭、生物炭及土壤有机质进行分析，得到其扫描电镜照片如图5所示。由图5可知，生物炭和木本泥炭都具有孔隙丰富，吸附能力强的特点，有机质含量高，对生物质炭、木本泥炭和土壤有机质进行电镜扫描，发现与生物质炭的微形态结构相比，木本泥炭的微形态结构与土壤有机质更相近，加入到土壤中能够直接补充土壤有机质含量。

将实施例1中得到的水稻缓释肥的结构设计、使用材料、施用效果与现有的生物炭缓释肥进行对比，得到结果见表4。

表4实施例1中得到的水稻缓释肥与现有生物炭缓释肥对比结果

试验选择水稻品种为早熟晚粳稻品种：武运粳30号。选择三块相邻水稻田作为试验地，前茬作物相同，试验设计如表5所示。

表5水稻测试实验设计

每个小区在插秧前一周施入肥料，水稻田采用常规管理方式管理。水稻收割后，分别从每个小区取0～15cm土层的混合土样，风干后用于测定土壤有机质、有机碳、全氮、速效磷、速效钾和pH值，得到结果见表6与表7。

表6水稻测试结果

表7施肥测试后土壤性能测试结果

各肥料对比产量试验结果见表6，施用本发明水稻缓释肥的小区水稻产量为695.9kg/亩，较品牌1生物炭肥小区产量增加25.3kg/亩，较品牌2生物炭肥小区产量增加20.5kg/亩。对土壤性质进行测试发现，施用本发明水稻缓释肥，种植前后土壤中全氮、速效磷、速效钾的增加量明显小于使用其他生物炭肥的处理，说明本肥料的养分配比更合理，且肥料利用率更高，有利于水稻增产。施用其他生物炭肥土壤有机质含量基本没有变化，而施用本发明水稻缓释肥，土壤有机质含量平均增加0.06％，长期使用本发明木本泥炭基水稻专用肥，提升经济效益的同时，还能增加土壤有机质含量，改良土壤。

Claims (10)

1.一种水稻缓释肥，其特征在于，包括由内至外依次设置的粒肥内芯、第一包膜、穗肥层、第二包膜与分蘖肥层；

所述粒肥内芯的粒径为1.5～2.5mm；所述水稻缓释肥的粒径为4.5～6mm；

所述粒肥内芯、穗肥层与分蘖肥层均以木本泥炭为载体。

2.根据权利要求1所述的水稻缓释肥，其特征在于，所述粒肥内芯、穗肥层与分蘖肥层包括粘结剂；所述粒肥内芯、穗肥层与分蘖肥层中的粘结剂各自独立地选自硅酸钾；所述硅酸钾的模数为1.5～3；所述第一包膜与第二包膜中均包括壳聚糖。

3.根据权利要求1所述的水稻缓释肥，其特征在于，所述第一包膜与第二包膜的厚度各自独立地为0.2～0.4mm；所述粒肥内芯与穗肥层的质量比为1：(1.5～11)；所述粒肥内芯与穗肥层的总质量与分蘖肥层的质量比为1：(0.1～1.5)。

4.根据权利要求1所述的水稻缓释肥，其特征在于，所述粒肥内芯由负载粒肥肥料的木本泥炭与粘结剂形成；所述粒肥肥料包括氮肥、磷肥与钾肥；以有效成分计，所述粒肥肥料中氮肥、磷肥与钾肥的质量比为(1.5～4)：(1～3)：(0.5～3)；

所述穗肥层由负载穗肥肥料的木本泥炭与粘结剂形成；所述穗肥肥料包括氮肥、磷肥与钾肥；以有效成分计，所述穗肥肥料中氮肥、磷肥与钾肥的质量比为(5～12.5)：(2～5.5)：(8.5～12)；

所述分蘖肥层由负载分蘖肥肥料的木本泥炭与粘结剂形成；所述分蘖肥肥料包括氮肥、磷肥与钾肥；以有效成分计，所述分蘖肥肥料中氮肥、磷肥与钾肥的质量比为(2.5～8.5)：(0.5～3)：(3～7.5)。

5.根据权利要求4所述的水稻缓释肥，其特征在于，所述粒肥内芯、穗肥层与分蘖肥层中的氮肥各自独立地选自氨态氮肥、铵态氮肥、硝态氮肥、硝铵态氮肥、氰氨态氮肥与酰胺态氮肥中的一种或多种；所述粒肥内芯、穗肥层与分蘖肥层中的磷肥各自独立地选自聚磷酸铵、磷酸脲、过磷酸钙、重过磷酸钙、钙镁磷肥、磷酸一铵、磷酸二铵与磷酸二氢钾中的一种或多种；所述粒肥内芯、穗肥层与分蘖肥层中的钾肥各自独立地选自氯化钾、硫酸钾、硝酸钾、磷酸二氢钾、窑灰钾肥、钾泻盐、钾石盐、钾镁盐与光卤石中的一种或多种。

6.一种水稻缓释肥的制备方法，其特征在于，包括：

S1)将负载粒肥肥料的木本泥炭与粘结剂水溶液混合造粒，得到粒肥内芯；

S2)将所述粒肥内芯与第一包膜材料混合包膜，得到包覆第一包膜的粒肥内芯；

S3)将粘结剂水溶液喷涂于包覆第一包膜的粒肥内芯表面，然后喷洒负载穗肥肥料的木本泥炭，喷洒粘结剂水溶液与负载穗肥肥料的木本泥炭交替进行，得到包覆穗肥层的粒肥内芯；

S4)将所述包覆穗肥层的粒肥内芯与第二包膜材料混合包膜，得到包覆第二包膜的粒肥内芯；

S5)将粘结剂水溶液喷涂于包覆第二包膜的粒肥内芯表面，然后喷洒负载分蘖肥肥料的木本泥炭，喷洒粘结剂水溶液与负载分蘖肥肥料的木本泥炭交替进行，得到水稻缓释肥。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述负载粒肥肥料的木本泥炭按照以下方法制备：

将粒肥肥料与水混合，然后喷洒至木本泥炭中，搅拌，然后加压静置，烘干后，得到负载粒肥肥料的木本泥炭；所述粒肥肥料包括氮肥、磷肥与钾肥；以有效成分计，所述氮肥、磷肥、钾肥与水的质量比为(1.5～4)：(1～3)：(0.5～3)：(10～50)；混合后溶液与木本泥炭的质量比为1：(0.4～0.6)。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述负载穗肥肥料的木本泥炭按照以下方法制备：

将穗肥肥料与水混合，然后喷洒至木本泥炭中，搅拌，然后加压静置，烘干后，得到负载穗肥肥料的木本泥炭；所述穗肥肥料包括氮肥、磷肥与钾肥；以有效成分计，所述氮肥、磷肥、钾肥与水的质量比为(5～12.5)：(2～5.5)：(8.5～12)：(50～110)；混合后溶液与木本泥炭的质量比为1：(0.4～0.6)。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述负载分蘖肥肥料的木本泥炭按照以下方法制备：

将分蘖肥肥料与水混合，然后喷洒至木本泥炭中，搅拌，然后加压静置，烘干后，得到负载分蘖肥肥料的木本泥炭；所述分蘖肥肥料包括氮肥、磷肥与钾肥；以有效成分计，所述氮肥、磷肥、钾肥与水的质量比为(2.5～8.5)：(0.5～3)：(3～7.5)：(20～80)；混合后溶液与木本泥炭的质量比为1：(0.4～0.6)；

所述粘结剂水溶液为10％～30％的硅酸钾粘结剂；

所述第一包膜材料与第二包膜材料各自独立地选自1.5％～3％的壳聚糖包膜材料。

10.木本泥炭在制备缓控释肥料中的应用。

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