CN116023183A - 一种提高水稻肥料利用率的复合型增效剂及其制备方法 - Google Patents

一种提高水稻肥料利用率的复合型增效剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种提高水稻肥料利用率的复合型增效剂及其制备方法，具有减缓肥料流失并且肥料效果持久期长的特点，所述复合型增效剂包括以下组分SiO2微球、海藻酸、组合剂、调环酸钙、分散剂和盐酸多巴胺；其制备方法包括分散剂的制备、促进组合物的制备、负载微球的制备和包膜处理；属于肥料增效剂的技术领域。

Description

一种提高水稻肥料利用率的复合型增效剂及其制备方法
技术领域
本发明属于肥料增效剂的技术领域，涉及一种提高水稻肥料利用率的复合型增效剂及其制备方法。
背景技术
目前现有的肥料增效剂，大多采用脲酶抑制剂和硝化抑制剂作为肥料增效剂的主要成分，通过抑制土壤中的脲酶菌来延长复混肥料的肥效时间。其成分极易污染水体，不宜长期施用，对磷肥和钾肥的增效效果不显著，且肥效延长期短，难以提高复合肥的综合利用率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高水稻肥料利用率的复合型增效剂及其制备方法，具有减缓肥料流失并且肥料效果持久期长的特点。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种提高水稻肥料利用率的复合型增效剂，按重量份数包括以下组分：
作为本发明的一种优选技术方案，所述组合剂为2-氯-6-三氯甲基吡啶、正丁基硫代磷酰三胺中的一种或两种混合而成。
一种提高水稻肥料利用率的复合型增效剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、分散剂的制备：向褐煤中加入氢氧化钠溶液，搅拌反应后，得到腐殖酸钠溶液，向其加入亚硫酸钠和甲醛溶液，搅拌反应，离心洗涤，喷雾干燥后得到分散剂；其中，该分散剂为液态磺甲基化腐植酸系分散剂；
S2、促进组合物的制备：将海藻酸、调环酸钙、组合剂和分散剂搅拌混合均匀，得到促进组合物；
S3、负载微球的制备：向促进组合物加入SiO2微球，分散均匀，自然干燥，得到负载微球；SiO2微球为多孔中空结构的SiO2微球；
S4、包膜处理：取盐酸多巴胺溶于去离子水中，配置成盐酸多巴胺溶液，调节盐酸多巴胺溶液的pH值，将负载微球浸泡在盐酸多巴胺溶液中，震荡后取出沉淀物，清洗，干燥，得到复合型增效剂。
作为本发明的一种优选技术方案，在步骤S1中，腐殖酸钠、亚硫酸钠和甲醛质量分数之比为3：3：4；在90℃温度下反应150min，1000r/min转速搅拌，反应4h，3000r/min离心15min，干燥温度为60℃。
作为本发明的一种优选技术方案，在步骤S1中，氢氧化钠与褐煤质量比为2：25,氢氧化钠溶液的浓度为0.6mol/L，在80℃搅拌反应2h。
作为本发明的一种优选技术方案，在步骤S2中，搅拌温度30-40℃，800r/min转速搅拌。
作为本发明的一种优选技术方案，在步骤S3中，分散均匀条件为1000W超声分散1h。
作为本发明的一种优选技术方案，在步骤S4中，盐酸多巴胺溶液的浓度为2.5～5g/L，pH值为8～9，震荡条件为在40～50℃下震荡10～20小时。
本发明的有益效果：
(1)所述组合剂的添加量为尿素纯N量的0.5-0.8％时,能有效抑制脲酶和硝化细菌活性，有效降低内核肥料中氮肥的分解，提高氮肥利用效率；海藻酸类物质主要包括多糖类、甜菜碱、蛋白类以及萜类等天然生长调节物质，可以实现微量高效，它可以通过提高作物对养分的吸收能力，活化土壤氮素和磷素，提高氮磷养分利用效率，从而实现减肥增效。
(2)调环酸钙官能团上的氢离子可以被Ca2+、Al3+、Mg2+等金属置换，从而减少金属离子对铵根、磷酸根离子的络合，达到减少氮、磷固定，能有效矮壮水稻植株，促进早期分蘖，提高植株抵抗逆境(如弱光、高湿、病害等)的能力，对促进水稻根系生长也作用明显。
(3)添加海藻酸可提高土壤速效磷含量和土壤钙、铝离子含量，减缓铝离子向铁离子的转化，海藻酸和腐殖酸钠对土壤磷活化机制有所不同。海藻多糖能螯合土壤中的钙、镁、铁等金属离子，从而减少土壤中磷的固定，提高作物产量和磷肥利用效率。
(4)改性后腐殖酸钠与磷肥可形成HA-M-P络合物，并且通过亚硫酸钠和甲醛可将-SO3H引入到腐殖酸芳香环和侧链上，并生成了更多的活性官能团，这些官能团上的氢离子可以被Ca2+、Al3+、Mg2+等金属置换，从而减少金属离子对磷酸根离子的络合，达到减少磷固定，增加土壤中的速效磷含量的作用。同时海藻酸、改性后腐殖酸相互协调可以更有效地吸附土壤中离子(K+、NH4+、Ca2+等离子)、还原土壤中的重金属、增加阳离子交换量、降低表土含盐量、提高土壤缓冲性能，这使得改性后腐殖酸钠对土壤肥力下降、土壤养分库容偏低、土壤pH过高或过低等问题均有一定的改善作用。
(5)添加调环酸钙、海藻酸、改性后腐殖酸钠可提高土壤速效磷含量和土壤钙、铝离子含量，减缓铝离子向铁离子的转化，三者对土壤活化机制有所不同，能够协同增效，通过相互协同能螯合土壤中的钙、镁、铁等金属离子，从而减少土壤中氮、磷的固定，提高作物产量和肥料利用效率，促进水稻分蘖，矮壮水稻茎秆，增加叶片中叶绿素含量，增加水稻产量。
(6)通过将活化土壤的多个组分固载在多孔中空SiO2微球内，使得微球内含有丰富的土壤活化物质，微球表面的孔隙使得土壤活化物质能够不断释放，SiO2微球表面包覆一层聚多巴胺层，不仅能够进一步减缓土壤活化物质的释放速率，同时，聚多巴胺富含的羟基、巯基、氨基、羧基等基团，能促进制得的缓释土壤活化物质固定在土壤的表面，从而能够长期的、固定的释放土壤活化物质。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
实施例1
一种提高水稻肥料利用率的复合型增效剂，按重量份数包括以下组分：
一种提高水稻肥料利用率的复合型增效剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、分散剂的制备：向褐煤中加入氢氧化钠溶液，在80℃搅拌反应2h，得到腐殖酸钠溶液，向其加入亚硫酸钠和甲醛溶液，在90℃温度下反应150min，1000r/min转速搅拌，反应4h，3000r/min离心15min，离心后洗涤，喷雾并在60℃下干燥后得到分散剂；其中，氢氧化钠与褐煤质量比为2：25,氢氧化钠溶液的浓度为0.6mol/L；腐殖酸钠、亚硫酸钠和甲醛质量分数之比为3：3：4。
S2、促进组合物的制备：将海藻酸、调环酸钙、正丁基硫代磷酰三胺和分散剂，在搅拌温度40℃，800r/min转速搅拌混合均匀，得到促进组合物；
S3、负载微球的制备：向促进组合物加入多孔中空SiO2微球，1000W超声分散1h，分散均匀后，自然干燥，得到负载微球；
S4、包膜处理：取盐酸多巴胺溶于去离子水中，配置成浓度为5g/L的盐酸多巴胺溶液，调节盐酸多巴胺溶液的pH值为9，将负载微球浸泡在盐酸多巴胺溶液中，在50℃下震荡20小时后取出沉淀物，清洗，干燥，得到复合型增效剂。
实施例2
一种提高水稻肥料利用率的复合型增效剂，按重量份数包括以下组分：
一种提高水稻肥料利用率的复合型增效剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、分散剂的制备：向褐煤中加入氢氧化钠溶液，在80℃搅拌反应2h，得到腐殖酸钠溶液，向其加入亚硫酸钠和甲醛溶液，在90℃温度下反应150min，1000r/min转速搅拌，反应4h，3000r/min离心15min，离心后洗涤，喷雾并在60℃下干燥后得到分散剂；其中，氢氧化钠与褐煤质量比为2：25,氢氧化钠溶液的浓度为0.6mol/L；腐殖酸钠、亚硫酸钠和甲醛质量分数之比为3：3：4。
S2、促进组合物的制备：将海藻酸、调环酸钙、正丁基硫代磷酰三胺和分散剂，在搅拌温度40℃，800r/min转速搅拌混合均匀，得到促进组合物；
S3、负载微球的制备：向促进组合物加入多孔中空SiO2微球，1000W超声分散1h，分散均匀后，自然干燥，得到负载微球；
S4、包膜处理：取盐酸多巴胺溶于去离子水中，配置成浓度为5g/L的盐酸多巴胺溶液，调节盐酸多巴胺溶液的pH值为9，将负载微球浸泡在盐酸多巴胺溶液中，在50℃下震荡20小时后取出沉淀物，清洗，干燥，得到复合型增效剂。
实施例3
一种提高水稻肥料利用率的复合型增效剂，按重量份数包括以下组分：
一种提高水稻肥料利用率的复合型增效剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、分散剂的制备：向褐煤中加入氢氧化钠溶液，在80℃搅拌反应2h，得到腐殖酸钠溶液，向其加入亚硫酸钠和甲醛溶液，在90℃温度下反应150min，1000r/min转速搅拌，反应4h，3000r/min离心15min，离心后洗涤，喷雾并在60℃下干燥后得到分散剂；其中，氢氧化钠与褐煤质量比为2：25,氢氧化钠溶液的浓度为0.6mol/L；腐殖酸钠、亚硫酸钠和甲醛质量分数之比为3：3：4。
S2、促进组合物的制备：将海藻酸、调环酸钙、正丁基硫代磷酰三胺和分散剂，在搅拌温度40℃，800r/min转速搅拌混合均匀，得到促进组合物；
S3、负载微球的制备：向促进组合物加入多孔中空SiO2微球，1000W超声分散1h，分散均匀后，自然干燥，得到负载微球；
S4、包膜处理：取盐酸多巴胺溶于去离子水中，配置成浓度为5g/L的盐酸多巴胺溶液，调节盐酸多巴胺溶液的pH值为9，将负载微球浸泡在盐酸多巴胺溶液中，在50℃下震荡20小时后取出沉淀物，清洗，干燥，得到复合型增效剂。
对比例1
与实施例2相比，不同之处在于，不含海藻酸组分，其余组分、制备步骤和参数均相同。
对比例2
与实施例2相比，不同之处在于，不含正丁基硫代磷酰三胺组分，其余组分、制备步骤和参数均相同。
对比例3
与实施例2相比，不同之处在于，不含调环酸钙组分，其余组分、制备步骤和参数均相同。
对比例4
与实施例2相比，不同之处在于，不含分散剂组分，其余组分、制备步骤和参数均相同。
对比例5
与实施例2相比，不同之处在于，在步骤1中，腐殖酸钠、亚硫酸钠和甲醛质量分数之比为4：3：4，其余制备步骤和参数均相同。
对比例6
与实施例2相比，不同之处在于，在步骤1中，腐殖酸钠、亚硫酸钠和甲醛质量分数之比为3：4：4，其余制备步骤和参数均相同。
对比例7
与实施例2相比，不同之处在于，在步骤1中，腐殖酸钠、亚硫酸钠和甲醛质量分数之比为3：3：5，其余制备步骤和参数均相同。
所述的复合型增效剂的使用方法为：在每次向稻谷施肥5天内，向稻谷施用复合型增效剂，复合型增效剂与肥料的质量比为1：20。
为了验证上述各实施例制得的肥料增效剂的使用效果，将上述实施例1-3及对比例1-7制得的肥料增效剂应用于水稻种植，3个月后检测结果，如下表所示：
实施例1-3与对比例1-4相比可知，靠单一组分海藻酸、正丁基硫代磷酰三胺、调环酸钙和分散剂的作用，明显不如四者组合作用，通过海藻酸、正丁基硫代磷酰三胺和调环酸钙作用机制相互协调，配合改性腐植酸钠作为分散剂，使得活性组分中的多种活性基团相互配合作用，这些官能团上的氢离子均可以被Ca2+、Al3+、Mg2+等金属置换，从而减少金属离子对铵根、磷酸根离子和钾离子的络合，达到减少氮、磷和钾固定，增加土壤中的速效氮、磷和钾含量的作用。同时活性组分相互协调可以更有效地吸附土壤中养分离子(K+、NH4+、Ca2+等离子)、还原土壤中的重金属、增加阳离子交换量，通过将活性组分加在SiO2微球内，使得微球内含有丰富的土壤活化物质，微球表面的孔隙使得土壤活化物质能够不断释放，SiO2微球表面包覆一层聚多巴胺层，减缓土壤活化物质的释放速率，降低表土含盐量、提高土壤缓冲性能。
由对比例5-7可知，腐植酸钠用量过大时，腐植酸钠改性不完全，活性官能团减少，不利于肥料增效；但随着甲醛和亚硫酸钠用量增大，腐植酸钠改性程度越高，将会有更多的磺甲基吸附在颗粒表面，形成一层水化膜，将颗粒表面由疏水性变为亲水性，同时，磺甲基浓度增大还使颗粒表面负电值更大，颗粒间的静电斥力更强，这都使得改性腐植酸钠浆液黏度降低，利于土壤活化物质分散在SiO2微球上，但当加入的甲醛与亚硫酸钠用量过多时，过度的磺甲基化反应会在腐植酸钠分子内部形成大量的交联结构，使腐植酸钠的亲水性过强，降低了体系的自由水含量，使改性腐植酸钠浆液的黏度增大，不利于物质分散。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种提高水稻肥料利用率的复合型增效剂，其特征在于，按重量份数包括以下组分：
Figure FDA0004028167860000011
2.根据权利要求1所述的一种提高水稻肥料利用率的复合型增效剂，其特征在于：所述组合剂为2-氯-6-三氯甲基吡啶、正丁基硫代磷酰三胺中的一种或两种混合而成。
3.一种如权利要求1～2任一项所述的提高水稻肥料利用率的复合型增效剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
S1、分散剂的制备：向褐煤中加入氢氧化钠溶液，搅拌反应后，得到腐殖酸钠溶液，向其加入亚硫酸钠和甲醛溶液，搅拌反应，离心洗涤，喷雾干燥后得到分散剂；
S2、促进组合物的制备：将海藻酸、调环酸钙、组合剂和分散剂搅拌混合均匀，得到促进组合物；
S3、负载微球的制备：向促进组合物加入SiO2微球，分散均匀，自然干燥，得到负载微球；
S4、包膜处理：取盐酸多巴胺溶于去离子水中，配置成盐酸多巴胺溶液，调节盐酸多巴胺溶液的pH值，将负载微球浸泡在盐酸多巴胺溶液中，震荡后取出沉淀物，清洗，干燥，得到复合型增效剂。
4.根据权利要求3所述的一种提高水稻肥料利用率的复合型增效剂的制备方法，其特征在于：在步骤S1中，腐殖酸钠、亚硫酸钠和甲醛质量分数之比为3：3：4；在90℃温度下反应150min，1000r/min转速搅拌，反应4h，3000r/min离心15min，干燥温度为60℃。
5.根据权利要求3所述的一种提高水稻肥料利用率的复合型增效剂的制备方法，其特征在于：在步骤S1中，氢氧化钠与褐煤质量比为2：25,氢氧化钠溶液的浓度为0.6mol/L，在80℃搅拌反应2h。
6.根据权利要求3所述的一种提高水稻肥料利用率的复合型增效剂的制备方法，其特征在于：在步骤S2中，搅拌温度30-40℃，800r/min转速搅拌。
7.根据权利要求3所述的一种提高水稻肥料利用率的复合型增效剂的制备方法，其特征在于：在步骤S3中，分散均匀条件为1000W超声分散1h。
8.根据权利要求3所述的一种提高水稻肥料利用率的复合型增效剂的制备方法，其特征在于：在步骤S4中，盐酸多巴胺溶液的浓度为2.5～5g/L，pH值为8～9，震荡条件为在40～50℃下震荡10～20小时。
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