CN115259959B - 杂交籼稻长穗期专用多肽增效肥及其无人机精准施肥方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种杂交籼稻长穗期专用多肽增效肥及其无人机精准施肥方法，尿素10‑11份，氯化钾10‑11份，天然草炭3‑5份，多肽增效剂1/4‑1/3份。制备方法：将多肽增效剂、天然草炭和尿素混合反应；加入氯化钾混合；挤压造粒并干燥过筛；冷却到室温。无人机精准施肥的方法：使用无人机进行空中播撒，无人机空中高度为离平均冠层顶部2.4‑2.6m，并以有效幅宽10‑11m的宽度为撒播宽度，每667m2杂交籼稻施肥20‑25kg，肥料施用时期为水稻晒田至水分自然落干至田间湿润但无水层状态。本发明组分成本低且制作方法简单，施肥方法保证田间水稻大面积均匀吸收养分，有利于提高肥料的利用，满足了高产杂交籼稻长穗期氮和钾的肥效要求。
Description
技术领域
本发明属于绿色增效肥料和农业机械化交叉领域，涉及一种杂交籼稻长穗期专用多肽增效肥及其无人机精准施肥方法。
背景技术
水稻是我国的主要粮食作物，全国以稻米为主食的人口占总人口的一半。而肥料的施用是实现水稻快速、有效增产的关键措施，在肥料施用过程中，肥料比例的合理安排又是重中之重。长期以来，学者对此进行了诸多研究，以期能实现肥料的营养供给和水稻的营养需求同步的目的。在这些研究中当属精确定量施氮、“三定”栽培施氮法、规律性适期施氮法等氮肥管理技术具有代表性。这些技术共同特点在于方法中穗肥所占比例很高，达35％-50％。由此可见，在实现水稻快速、有效增产过程中，穗肥的高效利用在整个水稻施肥过程中具有非常重要的意义。
在水稻的全生育期，提供水稻中后期营养需求的方法基本上可以分两类。第一，氮、磷、钾长效缓、控释复合肥作为基肥一道施，肥料的缓、控释作用延长了肥效达到供给水稻中后期的营养需求。第二，用尿素或碳铵、氯化钾或硫酸钾等单质肥在水稻拔节期和拔节后15-20天根据水稻的营养需求按量施用。对第一类方法而言，根据水稻的营养需求制作长效缓、控释复合肥，类如Ricardo Gil-Ortiz等提出的一种聚合物包膜控释肥，研究将涂有天然聚合物的尿素基CRF(控释肥料)与脲酶抑制剂和天然生物刺激剂(木浆生产的副产品)相结合达到减施稳产效果。FaisalZulfiqar等提出的一种纳米肥料，通过纳米级吸附剂非常慢的释放营养来提高肥料养分利用效率。Yukun Chen提出的一种生物有机肥料，该肥料是由牛粪有机肥76.20％、生物炭4.46％、γ-谷氨酸8.63％和节杆菌属等组成，达到废物利用增产作物的效果。其中，难降解的包衣材料污染环境，纳米吸附剂价格昂贵，最重要的是，即使是价格昂贵的纳米工艺制作的长效缓、控释肥也并无法达到满足水稻整个生育期的营养需求，或者说有些缓释肥的肥效时间很长，但其肥效释放并不符合杂交籼稻生长过程的需肥特性从而无法确保杂交籼稻品种高产高效潜力的发挥。对第二类方法而言，尿素或碳铵等作为氮肥施用会由于氨挥发、淋溶损失等原因造成氮营养损失，降低氮素利用。而为了提高氮的可利用量，则会加大肥料量的投入，从而进一步造成肥料的大量浪费和环境污染等一系列问题。极少有针对水稻中后期的需肥规律对穗肥展开的研究，其中王佩旋等人提出了一种针对香糯稻的专用缓释穗肥，以有机肥、无机肥-微肥混合肥、中草药添加物、专用肥增效剂、聚乙烯醇等为配方。配方中的有机肥包括禽畜粪便、豆粕、菜籽粕、酒糟、甘蔗渣、植物秸秆粉、虾蟹壳粉、海带渣、生物菌。微肥由硝酸铵、硫酸锌、硅酸盐、硫酸亚铁、稀土、硫酸锰、硼酸、氯化镧、硫酸铜、钼酸钠组成。中草药添加物由生枳、泽兰、荆芥穗、白蔹、生白术、车前草、洋葱、香薷、辣椒、曼陀罗制成。增效剂由腐殖酸、山楂、草蔻、百部、杜仲、土木香、黄连须、胡椒、苦参、天冬、陈皮中等制成。新型穗肥满足了香糯稻穗期的养分需求，提高香糯米的产量，提升糯米中香气有效成分的含量。然而，其大量的原料增加不仅提高了成本还增加了制作难度，最重要的是配方中没有钾肥，而这是杂交籼稻穗肥必须元素。
由于水稻中后期尤其是长穗期田间地表塌陷、有水层等原因导致水稻中后期施肥困难，撒施方式多以人工撒施为主。学者对此提出了一些解决办法，如任万军等设计了一款离心式无人机施肥装置，通过无人机搭载施肥装置并设定一些施肥参数使无人机能够实现对尿素类颗粒肥的均匀播撒；朱秋阳设计的一种无人机喷气式撒肥、撒种装置，以吹气的形式实现肥料的播撒；无人机施肥装置的研发应用可以有效的替代人工播撒方式，相比于喷气式施肥装置，离心式撒播装置能大大提高颗粒肥的撒播均匀性，但对粉末肥的播撒依然存在很大问题。虽然目前市面上已有颗粒状钾肥，但是其形状是不规则的块状物，无法满足无人机播撒装置对颗粒球形度的要求。因此钾肥播撒均匀效果依然较差，影响肥料养分钾的均匀吸收和充分利用，所以就目前的新型水稻穗肥来看依然缺乏氮和钾同步均匀撒施的产品，也缺乏氮和钾同步均匀撒施的技术。
这些问题影响了无人机在水稻穗肥上的应用，造成了资源的浪费。基于水稻长穗期施肥所遇到的问题，有必要开发满足杂交籼稻长穗期氮、钾营养需求，且便于机械化均匀撒施的新型肥料。
发明内容
发明目的
为解决现有杂交籼稻长穗期只能单质肥分开配施、各单质肥养分利用较差、物理特性不一且不适应无人机精准均匀播撒等问题，本发明提供一种组分成本低、制作简单且有利于无人机施肥的杂交籼稻长穗期专用多肽增效肥及其无人机精准施肥方法。
技术方案
杂交籼稻长穗期专用多肽增效肥，按照重量份数计算，具体配方为：尿素10-11份，氯化钾10-11份，天然草炭3-5份，多肽增效剂1/4-1/3份。
进一步的，所述多肽增效剂为伽马-氨基丁酸或聚天门冬氨酸。
进一步的，所述天然草炭包含20wt％-30wt％腐植酸。
进一步的，所述杂交籼稻长穗期专用多肽增效肥为颗粒状，粒径为2.46-4.18mm。一种如所述的杂交籼稻长穗期专用多肽增效肥的制备方法，步骤如下：
第一步、将多肽增效剂、天然草炭和尿素在常温状态混合搅拌使其充分反应；
第二步、将第一步混合成的混合物中加入氯化钾并搅拌使其充分混合；
第三步、用挤压造粒机对第二步混合成的混合物进行挤压造粒，并将挤压好的颗粒进行干燥，之后将肥料过2.46-4.18mm筛子；
第四步、过筛后的肥料冷却到室温即可得到杂交籼稻长穗期专用多肽增效肥。
进一步的，所述第一步中，搅拌速率为28-32r/min，不断的搅拌条件下，反应时间大于等于30min。
进一步的，所述第二步中，第一步混合成的混合物中加入氯化钾搅拌速率为28-32r/min，不断的搅拌条件下，混合的时间为8-12min。
进一步的，所述第三步中，挤压造粒成型的颗粒粒径为3.30-3.40m。
进一步的，所述第三步中，将挤压好的颗粒在滚筒干燥机中以120-125℃的热吹风进行滚动干燥整形，滚动转速为20-30r/min，时间为30-40min。
使用如所述的杂交籼稻长穗期专用多肽增效肥无人机精准施肥的方法，将杂交籼稻长穗期专用多肽增效肥装载于施肥用的无人机中，使用无人机搭载的离心撒播装置进行空中播撒，无人机空中高度为离每块田的水稻平均冠层顶部2.4-2.6m，并以有效幅宽10-11m的宽度为撒播宽度，每667m2杂交籼稻施肥20-25kg，肥料施用时期为水稻晒田至水分刚刚自然落干至田间湿润但无水层状态。
优点及效果
本发明杂交籼稻长穗期专用多肽增效肥组分成本低且制作方法简单。利用本发明的杂交籼稻长穗期专用多肽增效肥并结合其施肥方法，一是保证了杂交籼稻穗期专用多肽增效肥氮和钾养分在田间的均匀分布，保证田间水稻大面积均匀吸收养分。二是肥料嵌入土层有利于提高肥料的利用。三是本发明的多肽增效肥缓释作用来源于部分尿素与增效剂及草炭的络合反应，而非其他的复合肥是各种成分的物理混合后添加粘结剂后制成复合肥颗粒后再外加包膜以达到缓释效果或用价格昂贵的材料嵌合各种成分达到缓释效果。杂交籼稻长穗期专用多肽增效肥由于尿素的量大于与增效剂及草炭络合反应的比例，使得氮素的释放存在一定的缓释作用，施用后9-12天氮肥肥效刚好释放58％-61％，满足了高产杂交籼稻长穗期促花肥氮与保花肥氮6:4的肥效需求。四是由于整个肥料制作过程中钾元素时没有参与反应的，有缓释作用主要是由于氮素参与了化学反应，故而钾的释放相比氮元素的释放较快，又能够满足钾元素在肥料施用时期为水稻晒田至水分自然落干至田间湿润但无水层状态之后9-12天拔节时的肥效要求。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。本发明的保护范围不仅局限于下列内容的表述。
图1为杂交籼稻长穗期专用多肽增效肥制备步骤示意图；
图2为不同肥料的氮素累积淋出率示意图。
具体实施方式
杂交籼稻长穗期专用多肽增效肥，按照重量份数计算，具体配方为：尿素10-11份，氯化钾10-11份，天然草炭3-5份，多肽增效剂1/4-1/3份。
多肽增效剂为伽马-氨基丁酸(GABA)或聚天门冬氨酸(PASP)。配方中的氮、钾含量提供了水稻在保花和促花时期的氮、钾营养需求。天然草炭包含20wt％-30wt％腐植酸。杂交籼稻长穗期专用多肽增效肥为颗粒状，粒径为2.46-4.18mm。
如图1所示，杂交籼稻长穗期专用多肽增效肥的制备方法，步骤如下：
第一步、将多肽增效剂、天然草炭和尿素在常温状态混合搅拌使其充分反应；搅拌速率为28-32r/min，不断的搅拌条件下，反应时间大于等于30min。
第二步、将第一步混合成的混合物中加入氯化钾并搅拌使其充分混合，搅拌速率为28-32r/min，不断的搅拌条件下，混合的时间为8-12min。
第三步、用挤压造粒机对第二步混合成的混合物进行挤压造粒，挤压造粒成型的颗粒粒径为3.30-3.40mm，并将挤压好的颗粒在滚筒干燥机中以120-125℃的热吹风进行滚动干燥整形，滚动转速为20-30r/min，时间为30-40min，之后将肥料过2.46-4.18mm筛子。
第四步、过筛后的肥料冷却到室温即可得到杂交籼稻长穗期专用多肽增效肥，冷却到室温后得到的杂交籼稻长穗期专用多肽增效肥需立刻密封包装。
使用如上述的杂交籼稻长穗期专用多肽增效肥无人机精准施肥的方法，将杂交籼稻长穗期专用多肽增效肥装载于施肥用的无人机中，使用无人机搭载的离心撒播装置进行空中播撒，无人机空中高度为离每块田的水稻平均冠层顶部2.4-2.6m，并以“有效幅宽”10-11m的宽度为撒播宽度，每667m2杂交籼稻施肥20-25kg，肥料施用时期为水稻晒田至水分自然落干至田间湿润但无水层状态(为水稻主茎拔节前9-12天)，以保证肥料施用时不受地面水分影响又能在重力和离心力作用下嵌入土层。
制备杂交籼稻长穗期专用多肽增效肥的时候，原料的添加顺序不能改变，前期多肽增效剂、草炭与尿素的充分反应形成的络合物有利于实现延缓肥料肥效作用。除此之外，尿素的含量大于与腐植酸和多肽增效剂反应的量，意味着一部分尿素未参与反应，避免了杂交籼稻长穗期专用多肽增效肥像常规包膜缓释肥肥效过长失去了只满足穗肥需求的意义。草炭和多肽增效剂与氯化钾不发生反应，从而确保钾肥的及时释放以满足杂交籼稻促花肥需要。同时，多肽增效剂、草炭与尿素的反应不仅可以生成络合物延长肥效，还可以生成水分(即使混合物呈现潮湿状态)促进造粒，从而省去了像常规肥料制造需要添加水分和粘结剂才能促进成粒的步骤。干燥条件为120-125℃热吹风条件下滚筒干燥30-40min，120-125℃的热吹风可以进一步促进尿素与腐植酸的反应，增加络合物的生成量；干燥时间为30-40min避免了因时间太短会使多肽增效肥的颗粒水分没有完全散失而导致硬度不够，或因干燥时间过长会使肥料颗粒平均粒径增大等问题。2.46-4.18mm颗粒大小保证肥料用无人机播撒具有较好的撒播均匀性。
实施效果：
杂交籼稻长穗期专用多肽增效肥中多肽增效剂使用的是伽马-氨基丁酸时，杂交籼稻长穗期专用多肽增效肥简称为“Hcf-G”；杂交籼稻长穗期专用多肽增效肥中多肽增效剂使用的是聚天门冬氨酸时，杂交籼稻长穗期专用多肽增效肥简称为“Hcf-P”。2020年，2021年在四川省大邑县开展两年试验，按照上述提到的施肥方法和施肥时期对水稻进行施肥。并对水稻的干物质积累，氮素积累，产量，经济收益进行考察。试验设置了用“无人机撒施尿素和人工撒施钾肥(简称CK)”作为对照，并保证对照处理的氮、钾施用量与杂交籼稻长穗期专用多肽增效肥料相同。两年的数据表明，Hcf-G对干物质积累、氮积累、产量均有明显的提升。经济收益高出CK近两倍。Hcf-P可以稳定干物质积累、氮积累、产量的情况下增加经济效益。
表1新型肥料的田间效果
延缓了肥料的释放时间，用普通尿素和氯化钾为原料用相同的方法造成颗粒肥料作为对照(简称Cf)，并以此为对照进行了肥料的养分释放试验。如图2所示，当Cf、Hcf-P和Hcf-G的氮素累积释放量达到总施氮量的60％时，分别耗时6d、11d和16d，Hcf-P和Hcf-G分别延迟肥效5d和10d。
表2无人机施肥和传统施肥的经济效益对比
草炭、氨基酸均为纯天然添加剂表现了环境友好；且草炭为自然形成，价格便宜，降低了原料成本。
显然，本发明的上述实施方式仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (7)
1.杂交籼稻长穗期专用多肽增效肥无人机精准施肥的方法，其特征在于：杂交籼稻长穗期专用多肽增效肥按照重量份数计算，具体配方为：尿素10-11份，氯化钾10-11份，天然草炭3-5份，多肽增效剂1/4-1/3份；
所述杂交籼稻长穗期专用多肽增效肥为颗粒状，粒径为2.46-4.18mm；
使用所述的杂交籼稻长穗期专用多肽增效肥无人机精准施肥的方法，将杂交籼稻长穗期专用多肽增效肥装载于施肥用的无人机中，使用无人机搭载的离心撒播装置进行空中播撒，无人机空中高度为离每块田的水稻平均冠层顶部2.4-2.6m，并以有效幅宽10-11m的宽度为撒播宽度，每667m2杂交籼稻施肥20kg，肥料施用时期为水稻晒田至水分自然落干至田间湿润但无水层状态，为水稻主茎拔节前9-12天；
所述多肽增效剂为伽马-氨基丁酸或聚天门冬氨酸。
2.根据权利要求1所述的杂交籼稻长穗期专用多肽增效肥无人机精准施肥的方法，其特征在于：所述天然草炭包含20wt%-30wt%腐植酸。
3.根据权利要求1所述的杂交籼稻长穗期专用多肽增效肥无人机精准施肥的方法，其特征在于：步骤如下：
第一步、将多肽增效剂、天然草炭和尿素在常温状态混合搅拌使其充分反应；
第二步、将第一步混合成的混合物中加入氯化钾并搅拌使其充分混合；
第三步、用挤压造粒机对第二步混合成的混合物进行挤压造粒，并将挤压好的颗粒进行干燥，之后将肥料过2.46-4.18mm筛子；
第四步、过筛后的肥料冷却到室温即可得到杂交籼稻长穗期专用多肽增效肥。
4.根据权利要求3所述的杂交籼稻长穗期专用多肽增效肥无人机精准施肥的方法，其特征在于：所述第一步中，搅拌速率为28-32r/min，不断的搅拌条件下，反应时间大于等于30min。
5.根据权利要求3所述的杂交籼稻长穗期专用多肽增效肥无人机精准施肥的方法，其特征在于：所述第二步中，第一步混合成的混合物中加入氯化钾搅拌速率为28-32r/min，不断的搅拌条件下，混合的时间为8-12min。
6.根据权利要求3所述的杂交籼稻长穗期专用多肽增效肥无人机精准施肥的方法，其特征在于：所述第三步中，挤压造粒成型的颗粒粒径为3.30-3.40mm。
7.根据权利要求3所述的杂交籼稻长穗期专用多肽增效肥无人机精准施肥的方法，其特征在于：所述第三步中，将挤压好的颗粒在滚筒干燥机中以120-125℃的热吹风进行滚动干燥整形，滚动转速为20-30r/min，时间为30-40min。
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