CN113277886B - 一种茶树用硅肥及应用其的茶树用复合硅肥 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及硅肥领域，更具体地说，它涉及一种茶树用硅肥及应用其的茶树用复合硅肥。茶树用硅肥由包含如下重量份的原料熔融煅烧制得：粉煤灰：25～50%；膨润土：10～20%；粘合剂：0.1～0.3%；助熔剂：35～45%；所述助熔剂中含有助熔剂总重量40～60%的氧化镁。本申请的制备得到的茶树用硅肥中有效硅含量较高，且具有较高的孔隙率，有利于提高茶树对硅肥中有效硅的利用率，进而增加茶树的产量。
Description
技术领域
本申请涉及硅肥领域，更具体地说，它涉及一种茶树用硅肥及应用其的茶树用复合硅肥。
背景技术
硅肥是土壤中最为重要的元素肥料之一，其对作物的生长具有多种促进作用。一是可促进作物的光合作用，以提高作物产量；二是可提高作物抗病害能力，作物吸收硅肥中的有效硅后，可在果实或茎叶上形成硅化细胞，其细胞壁的厚度增加，角质层增加，从而使病菌不易侵入、害虫不易侵食。三是可促进作物对土壤中营养元素的吸收，提高作物的产量、品质；四是硅肥中可通过络合沉淀作用使土壤中的重金属离子形成不溶性沉淀物，从而降低植物体中重金属离子的含量。
目前，市面上的硅肥品种主要有枸溶性硅肥、水溶性硅肥两大类，枸溶性硅肥是指不溶于水而溶于酸后可以被植物吸收的硅肥，常见的多为炼钢厂的废钢渣、粉煤灰、矿石经高温煅烧工艺等加工而成。在煅烧过程中，矿物中难以被植物吸收的硅成分的晶格被破坏，使其转化成易被植物吸收的有效硅。
发明人认为，在煅烧过程中，粉煤灰等矿物中含有的氧化铝在熔融后，聚合形成链状或网状结构，阻碍了熔体中有效硅的形成。
申请内容
为了提高粉煤灰等矿物原料制备得到硅肥中的有效硅含量，本申请提供一种茶树用硅肥及应用其的茶树用复合硅肥。
第一方面，本申请提供一种茶树用硅肥，采用如下的技术方案：
一种茶树用硅肥，由包含如下重量份的原料熔融煅烧制得：
粉煤灰：25～50％；
膨润土：10～20％；
粘合剂：0.1～0.3％；
助熔剂：35～45％；
所述助熔剂中含有助熔剂总重量40～60％的氧化镁。
由于粉煤灰中的硅成分主要是玻璃体部分与铝元素结合成柱状晶体，难以被作物吸收，而通过高温煅烧，上述硅成分的晶格被破坏，并转化成容易被作物吸收的枸溶性硅肥，即有效硅。然而，粉煤灰中的铝成分在高温熔融后会聚合形成具有网状结构的玻璃体，阻碍有效硅的形成。本申请中采用的氧化镁，其不仅具有助熔作用，还能够促进网状玻璃体的解聚，从而促进有效硅的生成。
另外，原料中的膨润土也能够在高温煅烧下生成有效硅，同时，由于膨润土具有层状结构，含有较多的层间结合水与吸附水。粉煤灰与膨润土经造粒后形成颗粒状，在高温煅烧过程中，粉煤灰与膨润土中的硅成分与铝成分熔融形成玻璃相，同时能够产生大量水蒸气等气体，穿透并逸出于玻璃体，从而使颗粒表面具有多孔结构，有利于茶树分泌的有机酸对硅肥颗粒的渗透溶解，从而提高有效硅的吸收利用率，最终，提高茶树的茶叶产量与品质。同时，多孔结构有利于硅肥颗粒对重金属离子的吸附与络合作用，从而有效降低植物中重金属离子的含量。
优选的，所述助熔剂还包括有碳酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钙与碳酸钠中的一种或几种。
通过采用上述技术方案，上述助熔剂有利于降低粉煤灰及膨润土的熔融温度，从而有利于有效硅的转化。
优选的，所述粘合剂采用水玻璃。
通过采用上述技术方案，水玻璃具有粘合作用，有利于硅肥原料形成颗粒状；且水玻璃具有较好的耐温性，在高温下不易分解失效。同时，水玻璃中的主要成分为硅酸钠，是一种可溶性硅酸盐，能够被作物吸收利用。
优选的，所述茶树用硅肥按照如下方法制备得到：
S1-1:将硅肥原料混合造粒，在170～260℃下烘干，得混合颗粒；
S1-2:将混合颗粒进行煅烧处理，煅烧完毕后冷却至室温，制得活化颗粒；
S1-3:对活化颗粒进行粉磨处理，制得茶树用硅肥。
通过采用上述技术方案，煅烧前预先造粒，有利于在煅烧过程中形成具有多孔结构的硅肥颗粒，从而有利于植物对硅肥颗粒中有效硅的吸收利用；同时，提高对土壤中重金属离子的吸附和络合作用，将重金属离子转化为沉淀物，最终，降低植物中的重金属离子含量。
优选的，所述煅烧处理的具体操作为：将混合颗粒置于650～800℃下煅烧10～15min，再于900～980℃下煅烧5～10min。
经试验表明，若初始煅烧温度过高(高于800℃)，容易使颗粒表面升温过快，快速熔融并形成玻璃相，同时，颗粒内部因温度升温较慢,其温度无法使矿物原料分解产生足够穿透并逸出于表面玻璃相的气体，从而不利于形成多孔结构，阻碍作物对硅肥颗粒中有效硅的吸收利用和对重金属离子的吸附络合作用。
优选的，步骤S1-2中，采用冷水喷雾的方式进行冷却降温。
通过采用上述技术方案，冷水喷雾有利于硅肥颗粒快速降温，使硅肥颗粒之间充分分离，以减少硅肥颗粒表面的玻璃相相互黏结团聚的现象，并有利于提高硅肥颗粒的孔隙率，提高硅肥颗粒对重金属离子的抑制作用。
第二方面，本申请提供一种茶树用复合硅肥，采用如下的技术方案：
一种茶树用复合硅肥，包括如下重量份的组分：
氮肥：20％～35％；
磷肥：20～25％；
钾肥10～15％；
微肥：0.5～1％；
茶树用硅肥：5～10％；
纳米SiO2/植物纤维复合材料：3～8％；
腐殖酸钠：2～5％。
通过采用硅肥与氮磷钾元素以及微量元素复配制得的复合硅肥，营养元素更为全面，易于植物吸收，使用后可显著提高茶叶产量及品质。
优选的，所述纳米SiO2/植物纤维复合材料按照如下方法制备得到：
S2-1:按照1:(15～20)的重量比将正硅酸丁酯加入无水乙醇中，混合均匀后升温至50～60℃，制得前驱液；
S2-2:取植物纤维于前驱液中浸渍1～2d，然后滴加氨水，反应2～3h，取出烘干得到纳米SiO2/植物纤维复合材料。
采用粉煤灰等矿物原料制得的硅肥为枸溶性硅肥，茶树对枸溶性硅肥的吸收，需要由茶树根系先分泌有机酸，枸溶性硅肥溶于有机酸后被茶树吸收利用，有效硅利用率较低但作用周期较长。而纳米二氧化硅是一种可直接被茶树吸收利用的硅肥，促进茶树对营养元素的吸收利用。因此，本申请通过枸溶性硅肥与纳米二氧化硅的配合，能够快速有效地提高茶树的产量及品质。
另外，由于纳米二氧化硅容易团聚导致局部硅肥浓度过高，产生烧苗现象，影响茶树的正常生长。本申请通过将纳米二氧化硅负载于有机质载体上，可有效提高硅肥的分散性，保障硅肥促进作用的发挥。
优选的，所述植物纤维与正硅酸丁酯的重量比为1:(10～15)。
通过采用上述配比，在保障植物纤维表面纳米二氧化硅分散性，防止纳米二氧化硅含量过高的前提下，显著地提高纳米二氧化硅的负载量，进而促进茶树的产量及茶叶的品质。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用粉煤灰、膨润土为原料，采用氧化镁为助熔剂，在提高硅肥中有效硅的同时，提高了硅肥颗粒的孔隙率与比表面积，促进了茶树对硅肥颗粒中有效硅的吸收利用，提高了硅肥颗粒对重金属离子的吸附络合作用。
2、本申请中采用造粒、分步煅烧及粉磨的工艺制备得到硅肥颗粒进一步地提高了硅肥颗粒的孔隙率，促进了茶树对硅肥颗粒中有效硅的吸收利用，促进了硅肥颗粒对重金属离子的吸附络合,减少了茶叶中重金属离子的含量。
3、本申请的复合硅肥中通过采用纳米SiO2/植物纤维复合材料与茶树用硅肥一同配合，显著地提高了茶树的茶叶产量及品质。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
制备例
制备例1,一种纳米SiO2/植物纤维复合材料，按照如下步骤制备得到：
S2-1:按照1:16的重量比将30g正硅酸丁酯加入450g无水乙醇中，混合均匀后升温至50℃，制得前驱液；
S2-2:取3g稻草秸秆(植物纤维)于前驱液中浸渍1d，然后滴加30wt％的氨水60ml，保温反应3h，取出于60℃下烘焙5h，得到纳米SiO2/植物纤维复合材料。
制备例2，一种纳米SiO2/植物纤维复合材料，与制备例1的区别在于，步骤S2-2中，植物纤维的用量为5g，即植物纤维与正硅酸丁酯的重量比为1:6。
制备例3，一种纳米SiO2/植物纤维复合材料，与制备例1的区别在于，步骤S2-2中，植物纤维的用量为1g，即植物纤维与正硅酸丁酯的重量比为1:30。
制备例4，一种纳米SiO2，与制备例1的区别在于，步骤S2-2中，不加入植物纤维，直接滴加氨水，制备得到纳米二氧化硅。
实施例
实施例1，一种茶树用硅肥，各原料组分的选择及其相应用量如表1所示，且按照如下方法制备得到：
S1-1:将硅肥原料混合均匀后进行造粒，得到粒径为0.3～0.5mm的颗粒，然后在200℃下烘干1h，得混合颗粒；
S1-2:将混合颗粒置于680℃下煅烧15min，再置于950℃下煅烧10min，
煅烧完毕后取出，采用(20±2)℃的冷水进行喷雾降温，冷却至室温(23±2)℃，制得活化颗粒；
S1-3:对活化颗粒进行粉磨处理，制得粒径为100～200目的茶树用硅肥。
实施例2～3，一种茶树用硅肥，与实施例1的区别在于，各原料组分的选择及其相应用量如表1所示。
表1实施例1～3中茶树用硅肥的原料组分的选择及其相应用量(㎏)
其中，表1中的粉煤灰购买自厦门好联建材的二级粉煤灰；膨润土购买自福建凯诺瑞恒的钙基膨润土；水玻璃购买自济南洪德化工，其含量为50％。
实施例4，一种茶树用硅肥，与实施例1的区别在于，茶树用硅肥的原料组分中，采用等量的40wt％氢氧化钾溶液替代水玻璃。
实施例5，一种茶树用硅肥，与实施例1的区别在于，步骤S1-2的具体操作为：将混合颗粒置于800℃下煅烧15min，再置于980℃下煅烧10min，煅烧完毕后取出，采用(20±2)℃的冷水进行喷雾降温，冷却至室温，制得活化颗粒。
实施例6，一种茶树用硅肥，与实施例1的区别在于，步骤S1-2的具体操作为：将混合颗粒置于680℃下煅烧30min，煅烧完毕后取出，采用(20±2)℃的冷水进行喷雾降温，冷却至室温，制得活化颗粒。
实施例7，一种茶树用硅肥，与实施例1的区别在于，步骤S1-2的具体操作为：将混合颗粒置于950℃下煅烧30min，煅烧完毕后取出，采用(20±2)℃的冷水进行喷雾降温，冷却至室温，制得活化颗粒。
实施例8，一种茶树用硅肥，与实施例1的区别在于，步骤S1-2的具体操作为：将混合颗粒置于680℃下煅烧15min，再置于950℃下煅烧10min，
煅烧完毕后取出，放置在室温(23±2)℃环境下自然冷却，制得活化颗粒。
对比例
对比例1～5，一种茶树用硅肥，与实施例1的区别在于，各原料组分的选择及其相应用量如表2所示。
表2对比例1～5中茶树用硅肥的原料组分的选择及其相应用量(㎏)
应用例
应用例1～3，一种茶树用复合硅肥，各原料组分的选择及其相应用量如表3所示，将原料组分混合均匀即得。
表3应用例1～3中茶树用硅肥的原料组分的选择及其相应用量(㎏)
表3中茶树用硅肥采用实施例1制得的茶树用硅肥；纳米SiO2/植物纤维复合材料采用制备例1制得的纳米SiO2/植物纤维复合材料。
应用例4，一种茶树用复合硅肥，与应用例1的区别在于，采用等量实施例2制得的茶树用硅肥替代实施例1制得的茶树用硅肥。
应用例5，一种茶树用复合硅肥，与应用例1的区别在于，采用等量实施例3制得的茶树用硅肥替代实施例1制得的茶树用硅肥。
应用例6，一种茶树用复合硅肥，与应用例1的区别在于，采用等量实施例4制得的茶树用硅肥替代实施例1制得的茶树用硅肥。
应用例7，一种茶树用复合硅肥，与应用例1的区别在于，采用等量实施例5制得的茶树用硅肥替代实施例1制得的茶树用硅肥。
应用例8，一种茶树用复合硅肥，与应用例1的区别在于，采用等量实施例6制得的茶树用硅肥替代实施例1制得的茶树用硅肥。
应用例9，一种茶树用复合硅肥，与应用例1的区别在于，采用等量实施例7制得的茶树用硅肥替代实施例1制得的茶树用硅肥。
应用例10，一种茶树用复合硅肥，与应用例1的区别在于，采用等量实施例8制得的茶树用硅肥替代实施例1制得的茶树用硅肥。
应用例11，一种茶树用复合硅肥，与应用例1的区别在于，采用等量制备例2制得的纳米SiO2/植物纤维复合材料替代制备例1制得的纳米SiO2/植物纤维复合材料。
应用例12，一种茶树用复合硅肥，与应用例1的区别在于，采用等量制备例3制得的纳米SiO2/植物纤维复合材料替代制备例1制得的纳米SiO2/植物纤维复合材料。
对照例
对照例1，一种茶树用复合硅肥，与应用例1的区别在于，采用等量制备例4制得的纳米SiO2替代制备例1制得的纳米SiO2/植物纤维复合材料。
对照例2，一种茶树用复合硅肥，与应用例1的区别在于，原料组分中采用等量实施例1制得的茶树用硅肥替代制备例1制得的纳米SiO2/植物纤维复合材料。
对照例3，一种茶树用复合硅肥，与应用例1的区别在于，采用等量对比例1制得的茶树用硅肥替代实施例1制得的茶树用硅肥。
对照例4，一种茶树用复合硅肥，与应用例1的区别在于，采用等量对比例2制得的茶树用硅肥替代实施例1制得的茶树用硅肥。
对照例5，一种茶树用复合硅肥，与应用例1的区别在于，采用等量对比例3制得的茶树用硅肥替代实施例1制得的茶树用硅肥。
对照例6，一种茶树用复合硅肥，与应用例1的区别在于，采用等量对比例4制得的茶树用硅肥替代实施例1制得的茶树用硅肥。
对照例7，一种茶树用复合硅肥，与应用例1的区别在于，采用等量对比例5制得的茶树用硅肥替代实施例1制得的茶树用硅肥。
性能检测试验
试验1：硅肥中有效硅含量测试
试样制备：从实施例1～8与对比例1～3制得的茶树用硅肥中各取10g作为试样。
试验方法：按照GB/T 1873-1995《磷精矿和磷矿石中二氧化硅含量的分析方法》中的重量法对各组硅肥试样中的有效硅含量进行测定，测试结果如表4所示。
表4硅肥中有效硅含量测试结果
试验结果分析：
(1)结合实施例1～8和对比例1～4并结合表4可以看出，采用含40～60％氧化镁的助熔剂，能够有效提高硅肥中有效硅的含量，且氧化镁含量超出该范围则无法达到最佳效果。其原因可能在于，氧化镁能够促进氧化铝熔融聚合形成的网状玻璃体的解聚，从而促进有效硅单体的生成。氧化镁含量太低，无法充分解聚氧化铝网状玻璃体；氧化镁含量太高，则不利于助熔作用的发挥，起到降低熔点的作用，从而不利于硅成分晶格的破坏，影响有效硅的转化。
(2)结合实施例1和对比例5并结合表4可以看出，采用膨润土会造成有效硅含量的下降。其原因可能在于，膨润土中含有较多的氧化铝成分，容易形成网状玻璃体，从而影响有效硅单体的冷却生成。
(3)结合实施例1和实施例5～7并结合表4可以看出，煅烧温度过低，易导致硅肥中有效硅含量的下降。其原因可能在于，温度过低，不利于粉煤灰、膨润土中硅非有效硅晶格畸变活化，从而无法转化为能够被植物吸收利用的有效硅。
试验2：茶树用复合硅肥作用效果测试
试样制备：从应用例1～12与对照例1～7制得的茶树用复合硅肥。
试验方法：(1)按照每亩50㎏的用量，将上述茶树用复合硅肥沟施于铁观音茶树根部的土壤中，试验地点为福建哈龙峰茶叶有限公司的茶叶种植基地。于采摘季节采摘茶叶，并对茶叶进行称重，计算得到茶树单次采摘的亩产量(鲜重)，亩产量越高，则复合硅肥的效用越好，测试结果如表5所示。
(2)取上述采摘得到茶叶，按照GB/T 14962测定茶叶中铬的含量；按GB/T5009.15-2010测定茶叶中镉的含量；按GB/T 5009.17-2010测定茶叶中汞的含量；按GB/T5009.12-2010测定茶叶中铅的含量；测试结果如表6所示。
表5各应用例与对照例中茶叶亩产量
表6茶叶中重金属含量测试结果(mg/kg)
试验结果分析：
(1)结合应用例1～12和对照例3～7并结合表5与表6可以看出，采用含有40～60％氧化镁的助熔剂制备得到的硅肥，可显著提高茶树亩产量，并减少茶叶中重金属元素的含量。其原因可能在于，适量的氧化镁能够促进氧化铝熔融形成的网状玻璃体的降解，从而促进有效硅单体的生成，提高硅肥中有效硅含量。一方面可促进茶树生长的同时，另一方面可提高硅酸根离子含量，从而增加硅肥对土壤中重金属离子的络合作用，使重金属离子形成植物难以吸收的沉淀物，抑制重金属离子自土壤向植物体的迁移。
(2)结合应用例1和应用例7～9并结合表5与表6可以看出，将硅肥原料先后于650～800℃和900～980℃下煅烧，制得的硅肥能够有效提高茶树亩产量，并减少茶叶中重金属的含量。其原因可能在于，粉煤灰与膨润土中的硅成分与铝成分在高温煅烧下会熔融成玻璃相；在650～800℃下，造粒后的颗粒内外均逐渐升温，缓慢达到熔融点，从而使得颗粒内外温差较大，颗粒表面在熔融成玻璃相的同时，颗粒内部在高温下分解产生水蒸气等气体，随着内部气压的升高，气体穿透表面玻璃质，形成孔隙。若将造粒后的颗粒放置于超过800℃的温度下，由于颗粒表面升温过快，将快速达到熔融点，从而快速形成玻璃体并硬化，而颗粒内部升温较慢，熔融较慢，难以形成足够穿透表面玻璃相的气体，从而使得硅肥颗粒的孔隙率下降。
而单独采用650～800℃的低温，不进行后续的900～980℃高温煅烧，则颗粒中非有效硅的晶格难以发生畸变活化，因而无法充分转化为有效硅，也会造成茶树亩产量的下降，并导致络合沉淀作用的下降，从而使茶叶中重金属含量的上升。
茶树通过分泌有机酸，以溶解并吸收利用枸溶性硅肥，因此，硅肥颗粒上的孔隙，有利于增加有机酸渗透硅肥颗粒，提高吸收面积，从而增加茶树对硅肥颗粒中有效硅的利用率，进而促进茶树的生长。
另外，硅肥颗粒中孔隙率的上升，有助于硅肥颗粒对重金属离子的吸附作用，增加硅肥颗粒与重金属离子的络合沉淀作用，使重金属离子形成植物难以吸收的沉淀物，从而减少茶叶中重金属含量。
(3)结合应用例1和应用例10并结合表5与表6可以看出，采用冷水喷雾的方式进行冷却降温，制得的硅肥能够有效提高茶树亩产量，并减少茶叶中重金属的含量。其原因可能在于，采用冷水喷雾能够使硅肥颗粒快速降温，从而使得硅肥颗粒表面的玻璃体不易相互黏结，导致硅肥颗粒的分散性与孔隙率下降，进而能够改善茶树对硅肥的吸收利用率，并提高硅肥颗粒与重金属的吸附、络合作用，以降低茶叶中重金属的含量。
(4)结合应用例1和对照例1～2并结合表5与表6可以看出，采用纳米SiO2/植物纤维复合材料有利于提高茶树的亩产量，且单独采用纳米纳米SiO2无法达到最佳效果。其原因可能在于，纳米SiO2是一种能够直接被植物吸收利用的硅肥，能够有效弥补硅肥颗粒中有效硅含量较少的问题，从而促进茶树的生长。然而纳米SiO2容易发生团聚，沟施后容易造成局部浓度过高，产生烧苗现象，不利于茶树的生长。而本申请通过将纳米SiO2负载于植物纤维上，促使其分散均匀，从而有效的提高了茶树对纳米SiO2硅肥的吸收利用，进而提高了茶叶产量。
(5)结合应用例1和对照例7并结合表4、表5与表6可以看出，采用膨润土不利于提高硅肥颗粒中的有效硅含量，但是最终能够提高茶树产量，并降低茶叶中重金属含量，其原因可能在于，膨润土中含有较多的氧化铝成分，其熔融后聚合形成网状玻璃体，不利于有效硅的生成。然而膨润土具有层状结构，其层间含有较多的结合水、吸附水。使得其在高温煅烧时能够产生充足的气体，进而提高硅肥颗粒的孔隙率。最终，提高茶树的产量，并降低茶叶中重金属含量。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (5)
1.一种茶树用硅肥，其特征在于，由包含如下重量份的原料熔融煅烧制得：
粉煤灰：25～50%；
膨润土：10～20%；
水玻璃：0.1～0.3%；
助熔剂：35～45%；
所述助熔剂包括有占助熔剂总重量40～60%的氧化镁；
所述茶树用硅肥按照如下方法制备得到：
S1-1:将硅肥原料混合造粒，在170～260℃下烘干，得混合颗粒；
S1-2:将混合颗粒置于650～800℃下煅烧10～15min，再于900～980℃下煅烧5～10min，煅烧完毕后采用冷水喷雾的方式将颗粒冷却至室温，制得活化颗粒；
S1-3:对活化颗粒进行粉磨处理，制得茶树用硅肥。
2.根据权利要求1所述的一种茶树用硅肥，其特征在于，所述助熔剂还包括有碳酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钙与碳酸钠中的一种或几种。
3.一种茶树用复合硅肥，其特征在于，包括如下重量份的组分：
氮肥：20%～35%；
磷肥：20～25%；
钾肥10～15%；
微肥：0.5～1%；
权利要求1～2任一项的茶树用硅肥：5～10%；
纳米SiO2/植物纤维复合材料：3～8%；
腐殖酸钠：2～5%。
4.根据权利要求3所述的一种茶树用复合硅肥，其特征在于，所述纳米SiO2/植物纤维复合材料按照如下方法制备得到：
S2-1:按照1:(15～20)的重量比将正硅酸丁酯加入无水乙醇中，混合均匀后升温至50～60℃，制得前驱液；
S2-2:取植物纤维于前驱液中浸渍1～2d，然后滴加氨水，反应2～3h，取出烘干得到纳米SiO2/植物纤维复合材料。
5.根据权利要求4所述的一种茶树用复合硅肥，其特征在于，所述植物纤维与正硅酸丁酯的重量比为1:(10～15)。
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