CN1328225C - 增效尿素及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及以聚天冬氨酸或其盐和尿素为成分经熔融混合制成的增效尿素，包括重量百分比为0.01～10%的聚天冬氨酸或其盐和90～99.99%的尿素，本发明还提供了该产品的制备方法，包括将聚天冬氨酸或其盐直接加至熔融状态的尿素中，然后混合造粒的步骤；本发明还提供了所述产品在农业中的应用。

Description

增效尿素及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种增效尿素，尤其涉及成分包括聚天冬氨酸或其盐和尿素的增效尿素，同时提供了该增效尿素在农业上的应用。

背景技术

氮肥是农业作物生长所依赖的肥料，其中60％的氮肥是尿素。由于脲酶作用尿素在土壤中可迅速被分解，使作物来不及完全吸收其养分，相当一部分氮素就随水流失或挥发了，不能发挥其应有的增肥效果，据统计，目前常用的普通尿素的利用率仅为20～30％，这样的施用方式导致了资源的浪费，而为了提高施用效果而追加更多的尿素，对于作物效果甚微，只能更加导致资源浪费、成本上升以及环境污染等问题。

土壤中迅速分解和氧化尿素的酶和微生物主要是脲酶和硝化细菌，其使尿素迅速铵化和硝化产生铵氮和硝氮。为了防止和延缓该过程，提高尿素的利用率，本领域技术人员已经进行了诸多研究，例如，涂膜尿素和尿素中加氢醌、腐殖酸作为脲酶抑制剂，但涂膜尿素的生产难度大，涂膜效果难保证，而目前所用的脲酶抑制剂不能很好地与尿素混合，也不能加入尿素的生产工艺流程中，这为尿素的工业化生产带来巨大的困难；也有研究将N-甲基吡咯烷酮作为尿酶抑制剂，但终因成本太高未能普及推广。

因此，研制出高效、缓释和环保的尿素肥及生产这种尿素肥的技术，使土壤和作物真正受益，具有良好的经济前景和社会效益。

发明内容

针对尿素的施用现状，为了进一步提高尿素肥效，本发明人经过大量的实验研究，开发出一种既能增效也能使尿素缓释的产品，解决了现有技术存在的上述问题。

本发明的目的在于提供一种增效尿素，通过在尿素中添加一定比例的聚天冬氨酸类成分，实际施用中，在促进作物吸收的同时还起到抑制尿素成分的快速分解和流失的作用。

本发明的目的还在于提供一种制备上述增效尿素的方法。

本发明的目的还在于提供上述增效尿素在农业上的应用。

为达到上述目的，本发明提供的增效尿素由重量百分比为0.01～10％的聚天冬氨酸(也称聚天门冬氨酸，PA)或其盐和90～99.99％的尿素组成，是聚天冬氨酸或其盐与熔融状态下的尿素混合并经造粒所得到的产物。

其中该聚天冬氨酸或其盐应该具有较好的水溶性，即小分子产物，优选其分子量分布在1000～10000。

本发明提供的增效尿素能明显提高作物对肥料的利用率和吸收率，显著提高作物品质；该增效尿素在制造过程中，借助将添加剂(PA)与尿素在熔融状态下混合造粒，其功效明显优于直接喷涂于尿素表面得到的产品，分析原因为：其一，PA与尿素在熔融状态下混合造粒，分子之间以化学键相连接，而造粒后再喷涂PA则是简单物理加和的作用；其二，PA与尿素熔融混合可以使产品中有效成分的分散更均匀，因此施用于土壤后，对作物而言其功效的提高是显著的。

本发明提供的增效尿素中所含有的添加剂(也作增效剂)为聚天冬氨酸或其盐，其在增效尿素中的重量百分比优选为0.05～0.12％；可优选为聚天冬氨酸的钠盐、钾盐、铵盐或其混合盐；也可以是该聚天冬氨酸的碱土金属盐，例如钙盐、镁盐等。

在本发明以前，聚天冬氨酸(盐)主要被作为植物养分促进剂单独使用，并有研究和试验结果显示，它的施用可促进农作物对土壤中氮磷钾及微量元素的吸收，但是并没有人将聚天冬氨酸的施用与改善和提高尿素肥的性质和功效结合起来考虑。也就是说，如果施用的尿素肥中养分很快分解而来不及被吸收，或施用者为提高效力而增加用量，养分同样会随水土流失而丧失，此时即使施用所谓的养分促进剂也不会收到预期效果。

本发明提供的增效尿素在充分利用聚天冬氨酸的特性的同时，将其与尿素以产品的形式结合为一体，在促进作物对肥料养分吸收率的同时，能提高尿素的利用率，并且在工业化生产的过程中，产品的成粒率也较普通尿素得到提高，减少了粉状产品的含量，也提高了尿素产品的收率。

本发明还提供了制备上述增效尿素的方法，包括将聚天冬氨酸或其盐加入熔融状态的尿素中以及混合和造粒的过程。

为使PA在尿素中均匀分散，可以使用其水溶液形式，一般可以是1～50％重量比的水溶液。在工业化生产尿素的流程中，可以采用计量设施(例如计量泵、计量仪器等)按比例加入PA溶液，通常在尿素的造粒工序前直接加入至熔融状态的尿素中，经混合均匀，按照正常工艺完成造粒，即得到本发明的增效尿素。

实验证明，将聚天冬氨酸或其盐与熔融尿素混匀造粒，成粒率提高2～3％，粉状产品减少；其借助分子化学键的连接键合作用，使尿素在土壤中缓慢释放，释放时间由原来的50天提高到100天左右，提高肥料利用率在15％以上，在达到同样效果的前提下，可节约肥料15％以上；并显著提高作物硝盐还原酶和过氧化酶的活性，效果明显优于涂膜尿素或者添加其他尿酶抑制剂的尿素产品。

在本发明的优选实施例中，本发明的增效尿素可用作作物基肥和二次追加施肥，以促进作物生长并提高产量，其中小麦增产15％以上，并且该小麦的湿面筋含量、粗蛋白(干基)以及容重等均有提高，具体参见实施例三；蔬菜增产20％左右，参见实施例七。

聚天冬氨酸的结构特点是分子内部包含-COOH基团，聚合物的末端也具有-COOH和-NH₂基团，因此具有较强的螯合能力，本发明的增效尿素在控制尿素的养分释放，提高尿素的利用率优势应该来自PA对尿素的螯合能力，使尿素在土壤中缓慢释放。因此，可以说本发明的产品既是增效尿素，也是长效尿素。

对于聚天冬氨酸及其盐的性质及合成早已有报道，并有多种产品市售，所以本发明中所采用聚天冬氨酸或其盐为可商购产品，也可以按照公知方法进行合成，本文不再赘述。

根据不同的用途和需要，本发明中的聚天冬氨酸盐的阳离子除了前面提到的钠、钾、铵离子等以外，也可以包括其他微量元素，或还可选择性地加入磷酸根，补充磷的养分含量。这些制备过程都可以通过已知的方法来实现，从而得到该增效尿素的系列产品，在此也不再叙述。

本发明人将该产品应用于农业试验表明：确实可促进农作物对土壤中氮磷钾和微量元素的吸收；可使蔬菜、粮食和水果作物增产；同时可增强农作物的抗逆能力，改善农作物的品质，改良土壤结构等。

根据本发明的另一优选实施方式，发明人提出了所述的增效尿素在促进农作物生长中的应用，施用本发明的增效尿素，提高了作物对氮肥的利用率和吸收率，增产效果显著，施用量依具体的作物品种和需求而定。

本发明的增效尿素为一种固体产品，颗粒为φ0.85mm～2.8mm，颜色一般为白色，也可根据需要添加色素制成彩色(如黄色、红色、绿色等)，其为无毒、无污染的绿色环保型产品。

通过检测与试验，本发明产品在农业的使用具有的优势和特点如下：

1)本发明产品可提高作物硝盐还原酶和过氧化酶活性，使作物品质得到提高。

2)本发明的产品可提高肥料利用率15％以上，使产品在土壤中的释放时间较传统尿素延长了一倍，施用后可减少肥料用量，降低过量或施用化肥不当等造成的环境污染，社会、经济效益显著，可谓环保型绿色产品。

3)使用量少，兼容性强，可与农药、杀虫剂协同使用。

4)不含任何有毒物质，并且可降解，对土壤没有累积性污染。

5)该增效尿素在制造过程中，借助将添加剂与熔融尿素混合造粒，得到的产品粉状物减少，直接利用尿素生产线，对生产设备没有特殊要求和投入，提高了产品的收率，因此投入产出比高，经济效益明显。

具体实施方式

以下通过具体实施方案介绍本发明的实现及所带来的有益效果，但不对本发明保护范围构成任何限定。

以下实施例中施用的聚天冬氨酸或其盐为申请人所生产的商品名为“绿丰源”的系列增效剂，该增效剂可以是聚天冬氨酸的钾盐、钠盐、铵盐或其混合盐。分子量分布主要在5000～8000。

实施例一：

在年产24万吨的工业化生产尿素装置中，通过计量泵匀速加入“绿丰源”聚天冬氨酸钾盐溶液，以不同的加入速率(50kg/小时、85kg/小时和75kg/小时，比重1.2)加入，加入位置在造粒前，与熔融尿素混匀后在造粒塔中制成φ0.85mm～2.8mm增效尿素25吨/小时，所得到的尿素规格见下表；

对比例：操作和装置同实施例一，只是尿素造粒过程不加聚天冬氨酸或其盐，生产所得到的尿素规格见下表GB2440-2001(尿素)项下；

增效尿素的产品质量指标对照如下：

	增效尿素	GB2440-2001(尿素)	增效尿素	GB2440-2001(尿素)	增效尿素	GB2440-2001(尿素)
							加入速率	50kg/小时		85kg/小时		75kg/小时
水份	0.28％	0.5％	0.36％	0.5％	0.45％	0.5％
							缩二脲	0.76％	0.9％	0.85％	0.9％	0.82％	0.9％
氮含量	46.61％	46.3％	46.60％	46.3％	46.60％	46.3％
							颜色	白色	白色	白色	白色	柠檬黄	白色
增效剂含量	0.06％		0.102％		0.09％
							成粒率	97％	94％	97％	94％	97％	94％

采用聚天冬氨酸、聚天冬氨酸铵盐或者铵盐与钾盐的混合物，按照同样方法生产增效尿素，各项指标基本相同。

实施例二：

本发明的增效尿素麦田施肥对照实验。

麦田面积3.5亩，播种施底肥等管理措施一致。2004年小麦返青期分成两个小区进行施肥对照实验：

西小区：施用本发明(实施例一)的增效尿素    25kg/亩

东小区：施用普通尿素(对比例)              25kg/亩

结果显示：施用增效尿素的小麦与施用普通尿素的小麦比较，叶色浓绿，叶片宽大、长势快，病虫害发生低。各项指标如下：

施用化肥名称	株高(cm)	亩穗数	穗粒数	千粒重(g)	总重(kg)	增产率％
							增效尿素	80	368425	38	38.1	453.3	19.5
普通尿素	76	298991	39.6	37.7	379.4

实施例三：

施用实施例一的增效尿素所收获的小麦与施用普通尿素收获的小麦的品质相比较，结果见下表：

检验项目	施用增效尿素的小麦	施用普通尿素的小麦
			湿面筋(％)	24.9	23.3
容重(克/升)	780	113
			粗蛋白(干基)(％)	13.8	13.0

结果显示：施用本发明的增效尿素后，小麦的湿面筋含量、粗蛋白(干基)以及容重等均有所提高。

实施例四：

实施例一的增效尿素应用于玉米施肥对照实验。试验组和对照组播种管理相同，不同的是试验组施增效尿素33.3kg/亩，对照组施普通尿素50kg/亩，收成后两组对比，每亩地收成均为445kg，施增效尿素的玉米地的施肥量比常规施肥量减少了1/3。

实施例五：

实施例一的增效尿素应用于水稻施肥对照实验。试验组和对照组播种管理相同，不同的是试验组施增效尿素33.3kg/亩，对照组施普通尿素50kg/亩，收成后两组对比，试验组产量为576.5kg，对照组产量565kg，施增效尿素的试验组施肥量比对照组施肥量减少了1/3，产量仍增加了2％。

实施例六：

实施例一的增效尿素(添加了聚天冬氨酸的铵盐)应用于大豆施肥对照实验。试验组和对照组播种管理以及施底肥都相同，施肥量相同，不同的是试验组施增效尿素，试验面积300亩，亩产156kg；对照组面积100亩，亩产133kg，相比之下，施增效尿素的试验组较对照组增产17.3％。

实施例七：

实施例一的增效尿素(铵盐)应用于白菜施肥对照实验。试验组(2亩)和对照组(2亩)播种管理相同，施肥量均为60kg/亩，不同的是试验组施增效尿素，对照组施普通尿素，收成后两组对比，试验组收获白菜6000斤/亩，对照组收获白菜5000斤/亩，结果显示施用增效尿素的蔬菜亩产较施用普通尿素增加20％。

实施例八：

增效尿素可延长硝氮(NO₃-N)(也称硝态氮)的形成时间和数量，具体检测方法和检测指标参照《中国肥料手册》(作为中国化工信息周刊增刊于2001年出版)第715～716所记载的“硝态氮的测定”项下操作。

对不同添加比例的增效尿素形成硝氮量进行检测，实验证明，随着尿素中加入增效剂的含量的增加，硝氮生成的时间也增加，硝氮生成的总量则减少。结果见下表：

尿素中增效剂的加入量％	0	0.04	0.06	0.08	0.1	0.12
							硝态氮形成％	100.2	75.1	60.4	40.1	35.4	33.7
硝态氮最高时间(天)	40.1	45	80.2	80	80	80.3

从上表可以看出，由于增效剂的加入抑制了硝化菌的转化能力，使硝态氮的生成时间和生成总量受到增效剂的抑制，进而延缓了增效尿素在土壤中的水解速度，增加氮素养分在土壤中的保存时间，充分供给作物吸收利用，从而提高了氮素的利用率，增加作物的产量。

以上描述了本发明优选实施方式，然其并非用以限定本发明。本领域技术人员对在此公开的实施方案可进行并不偏离本发明范畴和精神的改进和变化。

Claims (10)

1、一种增效尿素，其由重量百分比为0.04～0.12％的聚天冬氨酸或其盐与99.88～99.96％的尿素构成，且该增效尿素是由聚天冬氨酸或其盐与熔融状态的尿素混合并造粒后的产物。

2、权利要求1所述的增效尿素，其中该聚天冬氨酸或其盐的分子量为5000～10000。

3、权利要求1所述的增效尿素，其中，所述聚天冬氨酸的盐选自聚天冬氨酸的钠盐、钾盐、铵盐及其混合。

4、权利要求1所述的增效尿素，其中，所述聚天冬氨酸的盐为聚天冬氨酸的碱土金属盐。

5、权利要求1所述的增效尿素，其中，所述的聚天冬氨酸或其盐的重量百分比为0.05～0.12％，尿素的重量百分比为99.88～99.95％。

6、制备权利要求1所述的增效尿素的方法，其中包括将聚天冬氨酸或其盐加入熔融状态的尿素中以及混合和造粒的过程。

7、权利要求6所述的方法，其中所述的聚天冬氨酸或其盐为含有聚天冬氨酸或其盐1～50％重量比的水溶液。

8、权利要求6或7所述的方法，其中，将聚天冬氨酸或其盐在尿素生产工艺的造粒工序前加入，直接与熔融尿素混合均匀，然后实施造粒。

9、提高作物对氮肥的利用率和吸收率的方法，其特征在于，施用权利要求1～5任一项所述的增效尿素。

10、权利要求9所述的方法，其中所述的作物包括粮食、蔬菜和水果。