CN111348942A - 一种水稻用靶向匹配氮素需求的混合肥及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水稻用靶向匹配氮素需求的混合肥及应用，所述肥料包括第一植物油基聚氨酯包膜尿素和第二植物油基聚氨酯包膜尿素，所述第一和第二植物油基聚氨酯包膜尿素按照质量比为3：7混合，所述水稻用靶向匹配氮素需求的混合肥中，氮质量百分比为41％～42％。本发明的水稻用靶向混合肥实现了稳定的分蘖期和穗分化至抽穗期“双峰”供氮，一次性施肥可以满足水稻全生育期氮素需求，与常规速效氮肥高产分次施肥相比，本发明混合肥一次性施肥增产9.9％，增加氮肥利用效率14.0％，减少稻田主要氮素损失氨挥发57.4％，实现节本增效24.9％。

Description

一种水稻用靶向匹配氮素需求的混合肥及应用

技术领域

本发明属于肥料生产技术领域，尤其涉及一种水稻用靶向匹配氮素需求的混合肥及应用。

背景技术

合理施用氮肥，是提高水稻产量，减少环境污染的关键。为了同步水稻分蘖期和穗分化至抽穗期“双峰”需氮要求，传统高效氮肥管理一般采用包括基肥、分蘖肥、促花肥和保花肥的“一基三追”分次施肥技术。然而，这种方式存在劳动力成本高、技术掌握难度大、受季节雨水影响大、机械化可操作性不强等诸多问题，难以满足新形势下水稻规模化种植的需要。聚合物包膜控释氮肥通过对膜材料和厚度的设计，可以精确控制和延长核芯速效氮肥释放周期，是目前简化一次性施肥的重要载体。然而，大量研究均证实，包膜控释氮肥氮素释放呈S型“单峰”曲线。

公开号CN102351602A(申请号201110200693.5)的中国专利申请文件公开了四类同步营养肥料及其制备方法和应用，应用了树脂包衣尿素、树脂包衣氯化钾、尿素、二胺、氯化钾、硫酸钾、复合肥以及一些微量元素为原料制备而成，实现了肥料养分释放与作物营养需求基本同步。但是此肥料配方以水溶性速效性肥料为主，要求树脂尿素的氮素释放初始期在分蘖期，在田间高温高湿条件下将难以满足分蘖期以后的氮素供应、控制无效分蘖期氮素释放，且这种不利影响不能通过组配的比例或类型进行优化。

公开号CN103922853B(申请号201410175904.8)的中国专利申请文件公开了一种用于水稻机插的缓释复混肥，组分由树脂包衣复合肥、树脂包衣二胺、树脂包衣氯化钾、2个月树脂包衣尿素、3个月树脂包衣尿素组成，基本实现了水稻生产全程一次性施肥。但是此肥料混合后的氮素释放规律基本仅有穗分化至抽穗期“单峰”模式，水稻分蘖期氮素供应需要进一步加强。此外，此配方包膜氮肥种类多、混合比例复杂，且粮食作物大面积生产中磷、钾肥的包膜生理利用和经济效益并不高。

上述包膜控释氮肥氮素释放呈S型“单峰”曲线，均不能匹配水稻“双峰”吸氮规律。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：现有单一及混合控释肥氮素释放不能精确同步水稻分蘖期和穗分化至抽穗期“双峰”氮素吸收规律，提供了一种水稻用靶向匹配氮素需求的混合肥及应用。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明的一种靶向匹配水稻氮素需求的混合肥，包括第一植物油基聚氨酯包膜尿素和第二植物油基聚氨酯包膜尿素，所述第一植物油基聚氨酯包膜尿素与第二植物油基聚氨酯包膜尿素的质量比为3：7，所述水稻用靶向匹配氮素需求的混合肥中，氮质量百分比为41％～42％，所述的第一植物油基聚氨酯包膜尿素的包膜材料与核心尿素的质量比为2.5％，所述的第二植物油基聚氨酯包膜尿素的包膜材料与核心尿素的质量比为3.2％。

所述第一植物油基聚氨酯包膜尿素田间氮累计释放Richards方程为：Y＝82.0886×(1-0.7426×e^{(-0.0754×(X-6.9454))})^1.3466(R²＝0.998)，80％氮释放期为60天，氮质量百分比为42％～43％。

所述第二植物油基聚氨酯包膜尿素田间氮累计释放Richards方程为：Y＝82.2263×(1-0.1250×e^{(-0.0545×(X-41.1390))})^8.0000(R²＝0.999)，80％氮释放期为118天，氮质量百分比为41％～42％。

所述第一和/或第二植物油基聚氨酯包膜尿素的包膜涂层包括聚醚多元醇、环氧大豆油、多亚甲基多苯基异氰酸酯，所述环氧大豆油占所述第一和/或第二植物油基聚氨酯包膜涂层的质量分数为20％，所述多亚甲基多苯基异氰酸酯中的异氰酸酯基与聚醚多元醇中的羟基的摩尔比为1.05：1。

一种所述的水稻用靶向匹配氮素需求的混合肥在水稻施肥中的应用。

所述施肥在水稻移栽前1～3天采用旋耕机械一次性深施入稻田2～3cm，或配合专用施肥机械在机插秧的同时将肥料一次性施入秧苗根际一侧2～3cm处。

本发明相比现有技术具有以下优点：

(1)现有水稻生产以速效氮肥多次施肥为主，控释氮肥的运用很难同时兼顾水稻“双峰”吸氮规律，本发明通过前期建立的80％肥料释放期与水稻有效穗数和穗粒数的关系，筛选获得了两种靶向“单峰”供氮的植物油基聚氨酯包膜尿素进行组配，其中第一植物油基聚氨酯包膜尿素控释肥在水稻分蘖期集中供氮，第二植物油基聚氨酯包膜尿素控释肥在水稻穗分化和抽穗期稳定供氮，第一植物油基聚氨酯包膜尿素与第二植物油基聚氨酯包膜尿素按照3：7的质量比混合得到混合肥，一次性施肥下很好的匹配水稻吸氮规律，提高水稻产量9.9％，增加氮肥利用效率14.0％，减少稻田主要氮素损失氨挥发57.4％，实现节本增效24.9％。

(2)现有的水稻配方控释肥采用的肥料种类多、配比操作复杂，磷、钾包膜冗余、生产成本高，本发明配方仅采用两种包膜控释肥组配即可很好满足水稻全生育期氮素需求，解决稻田一次施肥的关键问题，大大降低了肥料生产和使用成本。此外，针对不同水稻类型、生态气候特征及土壤肥力下水稻基蘖肥和穗肥的差异吸收特征，通过调节本发明混合肥的两种包膜控释肥比例能够解决该问题。

(3)本发明肥料涂层采用植物油改性聚氨酯，使用可再生资源植物油代替部分聚醚多元醇，降低了生产成本，增加了膜材料生物降解特性，具有重要的应用前景。

附图说明

图1是本发明混合肥的第一和第二植物油基聚氨酯包膜尿素田间养分累计释放拟合曲线；

图2是本发明混合肥的第一和第二植物油基聚氨酯包膜尿素田间养分累计释放Richards方程拟合曲线；

图3是本发明混合肥田间养分释放加权曲线与对比例1水稻氮素吸收曲线；

图4是实施例1、对比例1、对比例2水稻产量；

图5是实施例1、对比例1水稻氮肥回收利用效率；

图6是实施例1、对比例1、对比例2田间氨挥发日通量；

图7是实施例1、对比例1、对比例2田间氨挥发总量。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

本申请人2019年在安徽农业大学庐江试验基地(31°48’N，117°23’E)以本发明混合肥进行大田试验，以常规尿素人工多次施用和不施氮肥为对照例。

(1)制备水稻用靶向匹配氮素需求的混合肥

采用第一植物油基聚氨酯包膜尿素和第二植物油基聚氨酯包膜尿素按照质量比3：7组配制备，所述的第一植物油基聚氨酯包膜尿素的包膜材料与核心尿素的质量比为2.5％，所述的第二植物油基聚氨酯包膜尿素的包膜材料与核心尿素的质量比为3.2％，所述水稻用靶向匹配氮素需求的混合肥中，氮质量百分比为41％，植物油基聚氨酯包膜尿素生产原料包括尿素、聚醚多元醇(A1料)、环氧大豆油(A2料)、多亚甲基多苯基异氰酸酯(B料)，A2添加质量分数20％，所述多亚甲基多苯基异氰酸酯中的异氰酸酯基与聚醚多元醇中的羟基的摩尔比为1.05：1。肥料生产委托安徽茂施新型肥料有限公司进行，采用转鼓流化床包膜工艺，被包裹尿素颗粒通过流化床、抄板形成料帘，膜材料预聚体分别按照包膜材料与核心尿素的质量比为2.5％(w/w)和包膜材料与核心尿素的质量比为3.2％(w/w)通过雾化枪多次、均匀地喷涂在料帘上反应成膜，包裹后的颗粒尿素进入流化床冷却器进行冷却。

(2)试验品种：镇稻18，属于早熟晚粳稻品种，是江苏、安徽等地大面积种植的中、晚粳品种。

(3)采用施氮量200kg N hm^-2，侧深施肥机械(PZ640)在插秧的同时将制备的混合肥一次性施入秧苗根际一侧2～3cm处。磷肥用量为P₂O₅ 90kg hm^-2，一次性基施，钾肥用量为K₂O 144kg hm^-2，均分为基肥和穗肥两次使用。采用干湿交替水分管理，病、虫、草害管理同当地高产。

对比例1

采用尿素(46％N)为供试氮源，施氮量200kg N hm^-2，人工面施，按基肥、分蘖肥、促花肥和保花肥(3：3：2：2)四次施用。磷肥用量为P₂O₅ 90kg hm^-2，一次性基施，钾肥用量为K₂O144kg hm^-2，均分为基肥和穗肥两次使用。采用干湿交替水分管理，病、虫、草害管理同当地高产。

对比例2

不施加氮肥，其他同实施例。

对实施例1、对比例1、对比例2的试验结果测定

(1)肥料氮素释放规律测定：准确称取控释氮肥样品(15±0.01g)，放入孔径为1.0mm的尼龙网袋(12cm长×2cm宽)中，于施肥当天同时埋入小区田头土壤表面1～2cm。分别于埋藏后1个月内每隔5天，之后每隔10天，取肥料样品，通过凯氏定氮法测定残留的N含量，使用Richards模型拟合肥料田间累计释放。

所述第一和第二植物油基聚氨酯包膜尿素在田间的氮素释放速率及Richards模型的拟合分别见图1和图2。所述第一植物油基聚氨酯包膜尿素田间氮累计释放Richards方程为：Y＝82.0886×(1-0.7426×e^{(-0.0754×(X-6.9454))})^1.3466(R²＝0.998)。所述第二植物油基聚氨酯包膜尿素田间氮累计释放Richards方程为：Y＝82.2263×(1-0.1250×e^{(-0.0545×(X-41.1390))})^8.0000(R²＝0.999)。

不同养分释放期控释尿素掺混后的养分释放速率计算公式：

W＝W₁×[m₁/(m₁+m₂)]×100％+W₂×[m₂/(m₁+m₂)]×100％

式中：W表示掺混控释尿素某时段理论加权氮素释放率，％；

W₁，W₂分别为第一和第二植物油基聚氨酯包膜尿素在该时段的氮素释放率，％；m₁，m₂分别为第一和第二植物油基聚氨酯包膜尿素的质量。

所述第一和第二植物油基聚氨酯包膜尿素按照3：7加权的氮素释放曲线见图3。

(2)水稻氮素吸收规律测定：于移栽的每隔10～15天，对比例1按照平均茎蘖数取代表性植株5株，105℃杀青30min，80℃烘干至恒重，称取地上部干重。干样磨碎过0.5mm筛，使用凯氏定氮法测定组织中氮含量，计算水稻全生育期氮素吸收规律。

所述对比例1水稻氮素吸收曲线见图3。

(3)水稻实际产量测定：于水稻成熟期，三个处理各小区中心未采样处实割100穴，晾干后测定谷物质量和含水量，然后按含水量13.5％折算实际产量。

水稻产量结果见图4。

(4)水稻氮素(回收)利用效率：根据2)结果，计算氮素回收利用效率。

计算公式：氮肥回收利用率NRE(％)＝(施氮区吸氮量–空白区吸氮量)/施氮量×100％。

氮素回收利用效率结果见图5。

(5)氨挥发测定：采用通气法进行三个处理氨挥发收集。定期更换吸收载体，将海绵充分浸泡在200ml、1mol L^-1的KCL溶液中，震荡1h后浸提，使用流动分析仪(Model AA3)测定浸取液中的NH₄ ⁺–N含量。

计算公式：氨挥发通量(kg hm^-2d^-1)＝单个装置平均每次测得的氨量(mg)/捕获装置的横截面积(m²)/每次连续捕获天数(d)/100。

氨挥发损失通量和积累量结果见图6、图7。

(6)经济效益计算结果见表1。

综上结果表明，第一和第二植物油基聚氨酯包膜尿素的氮素集中释放时间分别为移栽后的0～30天和40～60天，在200kg N hm^-2的施氮水平下，以3：7加权的氮素日平均释放曲线出现0～30天和40～60天明显的“双峰”模式，与水稻分蘖期和穗分化至抽穗期“双峰”吸氮曲线基本吻合。因此，一次性施用本发明的混合肥可以很好的匹配水稻全生育期氮素需求。在实施例中，混合肥的产量为9.0t hm^-2，氮素吸收效率为54.9％，与对比例1常规高产分次施肥相比，分别提高产量和氮肥利用效率9.9％和14.0％，同时减少稻田氮素主要损失氨挥发57.4％。另外，本发明混合肥肥料成本仅提高32.6％，大大降低了施肥人工成本59.0％，最终节本增效24.9％。

表1不同施肥案例下水稻经济效益

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种水稻用靶向匹配氮素需求的混合肥，其特征在于，所述的水稻用靶向匹配氮素需求的混合肥包括第一植物油基聚氨酯包膜尿素和第二植物油基聚氨酯包膜尿素，所述第一植物油基聚氨酯包膜尿素与第二植物油基聚氨酯包膜尿素的质量比为3：7，所述水稻用靶向匹配氮素需求的混合肥中，氮质量百分比为41％～42％，所述的第一植物油基聚氨酯包膜尿素的包膜材料与核心尿素的质量比为2.5％，所述的第二植物油基聚氨酯包膜尿素的包膜材料与核心尿素的质量比为3.2％。

2.根据权利要求1所述的一种水稻用靶向匹配氮素需求的混合肥，其特征在于，所述第一植物油基聚氨酯包膜尿素田间氮累计释放Richards方程为：Y＝82.0886×(1-0.7426×e^{(-0.0754×(X-6.9454))})^1.3466(R²＝0.998)，80％氮释放期为60天，氮质量百分比为42％～43％。

3.根据权利要求1所述的一种水稻用靶向匹配氮素需求的混合肥，其特征在于，所述第二植物油基聚氨酯包膜尿素田间氮累计释放Richards方程为：Y＝82.2263×(1-0.1250×e^{(-0.0545×(X-41.1390))})^8.0000(R²＝0.999)，80％氮释放期为118天，氮质量百分比为41％～42％。

4.根据权利要求1所述的一种水稻用靶向匹配氮素需求的混合肥，其特征在于，所述第一和/或第二植物油基聚氨酯包膜尿素的包膜涂层包括聚醚多元醇、环氧大豆油、多亚甲基多苯基异氰酸酯。

5.根据权利要求4所述的一种水稻用靶向匹配氮素需求的混合肥，其特征在于，所述环氧大豆油占所述第一和/或第二植物油基聚氨酯包膜涂层的质量分数为20％，所述多亚甲基多苯基异氰酸酯中的异氰酸酯基与聚醚多元醇中的羟基的摩尔比为1.05：1。

6.一种由权利要求1～5任一项所述的水稻用靶向匹配氮素需求的混合肥在水稻施肥中的应用。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述施肥在水稻移栽前1～3天采用旋耕机械一次性深施入稻田2～3cm。

8.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述施肥在机插秧的同时将肥料一次性施入秧苗根际一侧2～3cm处。

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