CN1509606A - 多功能保水营养缓释剂 - Google Patents

Abstract

一种多功能保水营养缓释剂，它是在保水材料中复配加入功能性物质、有机原料和生长激素后合成，所述的保水材料为交联丙烯酰胺－丙烯酸共聚物，由丙烯酰胺、丙烯酸及去离子水混合后，顺序加入引发剂、交联剂和氧化还原催化剂反应合成；所述的功能性物质由一定量硫酸钾、氯化钾、尿素和磷酸二胺混合并粉碎后，再与复合螯合微肥、氨基酸和改性螯合稀土复混均匀后，加入粘合剂制成；所述的有机原料和生长激素主要成份为黄腐酸、氨基酸、吲哚乙酸，α－萘乙酸。其耐盐、凝胶强度、吸水速度、环保、复原性优于聚丙烯酸盐类和淀粉接枝丙烯腈类保水剂；具有抗旱、节水、高效保水、营养、缓释、生根、促长和改良土壤等功效。

Description

多功能保水营养缓释剂

技术领域

本发明涉及一种多功能保水营养缓释剂。

背景技术

目前国际上农林用保水剂主要有两大类，即淀粉接枝丙烯酸盐交联物和丙烯酰胺——丙烯酸盐共聚交联物。丙烯酸盐聚合交联物吸水能力最强，但是耐盐和稳定性较差，寿命短。如果其盐是钠型的，对植物和土壤将带来严重的不利影响。淀粉是天然高分子，便宜但易于降解，其吸水能力较聚丙烯酸盐差。丙烯酰胺是具极性而相对惰性的单体。丙烯酰胺聚合物吸水倍率较聚丙烯酸盐差，但稳定性和耐盐性好。

丙烯酰胺类共聚物保水剂是目前公认效果和性能最好的农用保水剂。如法国SNF公司开发的AQUASORB是丙烯酰胺共聚物；德国的STOCKHAUSEU公司生产的STOCKOSORB保水剂是钾一丙烯酸酯——丙烯酰胺共聚体。

国内有聚丙烯酸钠及淀粉接枝丙烯腈类保水剂或功能单一的抗旱剂、植物生长调节剂、微肥制剂等产品的研究开发与生产，专利和文献报道的有：柳明珠等发明的多功能吸水剂及其制备方法，其保水剂材料系聚丙烯酸盐；王树禹发明的植物抗旱剂，其保水材料系淀粉接枝与聚丙烯酰胺(PAM)。在产业方面，唐山博亚公司，保定科瀚公司已有批量生产，但产品仍系聚丙烯酸钠保水剂，不适合农林业使用，是国际上早已换代的产品。魏华发明公开了一种多效抗旱保水剂的技术方案(公开号CN1236552A)，该发明可用来拌种、浸种。应用该发明处理后可提高农作物出苗率、成活率，但与化肥等物质复合后保水剂的吸水倍率大幅度降低问题也是此类复合型保水剂在市场上较少的原因之一，总而言之由于技术上的原因，国内已有功能单一的保水剂或复合肥，也有一些复合型的保水剂，但都不能满足高效保水与节水、营养、生根、抗旱和缓释的多种需要。

发明内容

本发明的目的是提供一科节水、保水、营养、抗旱、生根、缓释和改良土壤等多功能保水营养缓释剂，它是一种将现代农业抗旱节水技术与环境生态科学相结合的农业领域高新技术产品，可广泛用于农业、林业、园林绿化、植树造林、土壤改良和荒漠化防治等方面。

为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：一种多功能保水营养缓释剂，它是在保水材料中复配加入功能性物质、有机原料和生长激素后合成，所述的各成分的重量百分比为：保水材料40-85，功能性物质4.5-50，有机原料5-10.1，生长激素0.01-1。

所述的保水材料为交联丙烯酰胺-丙烯酸共聚物，它是由丙烯酰胺、丙烯酸及去离子水混合后，顺序加入引发剂、交联剂和氧化还原催化剂反应合成。

所述的功能性物质由一定量硫酸钾、氯化钾、尿素和磷酸二胺混合并粉碎后，再与复合螯合微肥、氨基酸和改性螯合稀土复混均匀后，加入粘合剂制成。

所述的有机原料和生长激素主要成份为黄腐酸、氨基酸、吲哚乙酸，α-萘乙酸。

本发明的优点是：

1)合成并采用了丙烯酰胺-丙烯酸交联共聚高分子吸水材料，在保水剂的有效期内，耐盐性、凝胶强度、吸水速度、环保性、复原性等方面大大优于聚丙烯酸盐类保水剂和淀粉接枝丙烯腈类保水剂及其他类保水剂。

2)具有抗旱、节水、高效保水、营养、缓释、生限、促长和改良土壤等功效。

3)解决了部分添加物质对保水剂吸水倍率的影响，避免不同物质间的消减作用，增强其加合协同作用；

4)能满足不同植物需求，用于不同土壤类型、不同气候条件。

5)工艺合理，配方科学，可操作性强，易于工业化生产。

具体实施方式

本发明多功能保水营养缓释剂是在保水材料中复配加入功能性物质、有机原料和生长激素后再合成。

所述的保水材料为交联丙烯酰胺-丙烯酸共聚物(CLP)，它是一种高分子吸水聚合物，由丙烯酰胺、丙烯酸及去离子水混合后，顺序加入引发剂、交联剂和氧化还原催化剂反应合成。交联丙烯酰胺-丙烯酸共聚物的成分构成及重量比为：丙烯酰胺10-12，丙烯酸45-51，去离子水150-180；所述的引发剂、交联剂和氧化还原催化剂的成分构成及重量比为氢氧化钾18-25，N，N，’-亚甲基双丙烯酰胺0.01-0.14，过硫酸铵0.03-0.08，亚硫酸氢钾0.03-0.08。其具有网状结构及控缓释功能，是综合了丙烯酸盐聚合交联物、丙烯酰胺聚合物两者的优点而合成的新型保水材料，既具有较强的保水性，耐盐性也很好。

所述的功能性物质由硫酸钾、氯化钾、尿素、磷酸二胺按所需要比例(根据不同的需要可改变该组组分的组成比例)组成，混合并粉碎后，加入复合螯合微肥、改性螯合稀土和氨基酸复混均匀后，加入粘合剂制成。

所述的复合螯合微肥是由适量的CuSO₄、ZnSO₄、FeSO₄、MnSO₄、H₃BO₃、(NH₄)₆Mo₇O₂₄等物质混入酸后加入到30倍的去离子水中，搅拌至溶解，经过滤后加入螯合剂EDTA螯合反应生成。

所述的改性螯合稀土是由硝酸稀土加酸、加10-40倍水调节到PH值为4.0-7.0时，加入复合螯合剂螯合反应生成。它是植物生长调节剂和促进植物生长、改良品质的化学改性稀土络合物。能够促进细胞伸长与分化，从而诱导植物根系的分枝、生长。改性稀土能够促进植物内源激素的合成与激活，提高根系活力，增强植物光合速率和叶绿素含量，提高植物对N、P、K和微量元素的吸收利用。

所述的有机原料和生长激素为黄腐酸、氨基酸、吲哚乙酸，α-萘乙酸。

黄腐酸可以缩小气孔开张度，减少水分蒸腾，促进根系发育，刺激体内一些酶的活性，提高根系的活力，改良土壤结构，省水保墒，抗旱和提高叶绿素含量等功能。它可以提高根系内过氧化氢酶和过氧化物酶的活性，抑制吲哚乙酸氧化酶的活性，从而提高作为生根剂的主要成分的吲哚乙酸的效果。黄腐酸与植物生长调节剂的合理配位，可以显著提高生根剂的生根效果。植物根量的增加，可以吸收更多的水分，反过来又可以提高黄腐酸的抗旱效果。黄腐酸的羧基和酚羟基等酸性基团，有较强的离子代换能力及吸附性能，同时能与土壤中的金属离子，磷酸根、以及尿素等发生络合反应。形成以黄腐酸分子为载体的微量元素—黄腐酸—磷螯合物等化合物即保护了被络合元素，又避免了它们直接结合钝化失活，其结果是减少氮肥的流失，减少有效磷与土壤中金属离子的结合效应，减少钾肥的淋溶损失，在此基础上以通过高分子聚合物的吸附缓释作用以及螯合剂螯合后效果更好，进一步提高了营养元素的利用率及缓释功效，反过来亦增强了黄腐酸的抗旱、抗逆效果。黄腐酸的抗旱功效以及增强高分子聚合物的保水功效，两者的共同作用结果起到“开源节流”的双重效果。

本发明产品中的改性稀土、氨基酸、黄腐酸和生根剂(吲哚乙酸，α-萘乙酸等)和植物生长调节剂等物质对部分生物化学酶具有明显的激活作用，可有效的提高植物体中色氨酸转氨酶、超氧化物歧化酶、过氧化物酶、赤霉素和生长素的水平，降低限制植物生长的脱落酸的水平，从而有效地促进植物的生长，并增强植物的抗病、抗逆能力。

上述总养分中的化肥、微肥和稀土等盐类可以显著降低高分子聚合物的吸水保水性能，大量元素(总养分中的)与微量元素、稀土以及部分酸类物质相互之间存在严重的拮抗作用，可能发生沉淀作用或影响其他元素(营养成分)的吸收。由于高效新型螯合技术和螯合剂的使用，大大降低了相互间的拮抗作用。

本发明保水营养缓释剂，能高倍率吸水，遇水后迅速膨胀。但吸水后释放却很缓慢，将其施用到土壤里，伴随着水分的缓慢释放，滋润植物的根部，最大限度的将养分等物质供给植物。避免传统使用过程中水分和养分利用率太低的缺陷，大大提高作物养分和水分的利用率，综合本产品内的其他有效成分，达到节水、保水、营养、抗旱、生根、改良土壤等功能。

本发明高分子吸水聚合物，吸水倍率可达300倍以上，持水性好。90％以上可供植物根系吸收，它能提高土壤保持水份和养分的能力，具有缓释功效，可反复吸水释水，在土壤中吸释功能长达5年有效。

由于灌溉、雨水冲涮及化学反应等原因，施入土壤中的营养元素40-70％都随水流失或生成不溶物，砂土及石灰性土壤中的氮肥流失高达50％-90％，同时造成水源及环境的污染。本发明主要成分中含有多种有效活性基团可与多种物质进行螯合、链接、缔合，使土壤中的多种养分相对稳定，不易流失，加之其与高分子聚合物的吸附缓释作用，有效地提高了无机肥料、有机肥料及微量元素的吸收利用率，减少了肥料施用量。

在农业上，可显著节水，提高农作物的产量和质量；在林业生态和园林城建上，它可以显著提高植树造林的成活率和保存率，促进果树等植物的生根、生长、提高产量和质量。

在防沙治沙上，可提高水分的利用率，提高各类植物的成活率，改良土壤，防风固沙。

林业上移栽小苗(30cm左右)每穴用10～15g，成本为0.25元/株。大苗移栽(0.5m左右)每穴用40g，成本为1.0元/株，能提高成活率30～60％，投产比例为1∶7。农业上，每亩用量1.51KG左右，作物可增产率10-25％，投产比例可达到1∶8。具有良好的社会效益、生态效益和显著的经济效益。

本产品使用方法简单，可以混土施用、基施、蘸根、拌种和包衣等。

本发明含植物生长调节剂和促进植物生长、改良品质的化学改性稀土络合物。植物生长调节剂能够促进细胞伸长与分化，从而诱导植物根系的分枝、生长。改性稀土能够促进植物内源激素的合成与激活，提高根系活力，增强植物光合速率和叶绿素含量，提高植物对N、P、K和微量元素的吸收运转。实践证明，上述两种物质能够提高种子活力指数25％以上，发芽率提高5-11％，实苗片根提高10-20％，扦条生根提高30％以上，苗木生长速度提高15-40％，果树增产10-30％。

本发明从改良土壤原理出发，通过形成稳定的土壤团粒结构，改善各种营养元素在土壤中的化学物理环境，增加其在土粒表面的吸附量，增强各种营养物质的加合作用。本发明施用后，能明显改善土壤物理和生物状况，协调土壤“三相(固、液、气)”比能够提高土壤持水保肥能力；能够提高土壤的含水率，起抑蒸保墒作用；能够促进土壤团粒结构的形成，提高土壤代换吸收能力，能够刺激土壤中有效微生物的繁殖增长，改良土壤的微生态环境。

抗旱节水技术针对性强，运用灵活。既可作为单项技术措施手段，又可互相结合，形成配套技术应用；既可抗御干旱威胁，又可减轻干热风的影响。尤其适用于干旱、半干旱地区的苗木繁育、植树造林，牧草种植，还可适用于不同作物。根据需要采取相应的使用方法；如：拌种、包衣、蘸根、穴施、混土等，还可与农药、化肥混施，使用方法简便，技术易于掌握。

利用CLP的网状结构及控缓释功能，通过螯合等工艺技术措施，使产品中含有多种功能性物质，增强产品的保水保肥、营养缓释等功能，以达到改善土壤物理和生物状况，协调土壤三相(固、液、气)此及土—植—气系统中的水分平衡。

经严格筛选后合成与选用的保水剂材料(一种吸水性极强的高分子聚合物，通过分子中极性基团的氢键或库仓力把水吸到网络中，同时带正电荷氨根离子使得大量的水合离子更易进入高分子树脂网络内)其有效吸水率达到了其自身重量的300倍以上，有效地增加了植物生长所必须的水份的供应量。且只有在渗透压或蒸腾的作用下缓慢释放，一般物理方法、土壤压力无法使水分外渗，但这些水分易为植物吸收利用，大大缓解了干旱对植物生长的影响。同时，由于其形成的湿润的、富含氧气的根际微生态环境，使得因干旱而减少或已停止生命活动的微生物重新活跃起来，促进植物生长，有利于改善土壤品质与结构，实现改良土壤的目的。

高分子材料成份可反复吸水、释放，可逆性强，有效期长达五年以上，为植物生长提供长期保障；同时本产品在土壤中可完全降解为氨、二氧化碳和水，无毒害，无残留，对生态环境不构成危害。

综上所述，本发明的作用是多方面、多层次的，是其所含物质共同作用的结果。既注重抗旱，又注重节水；既注重植物生理生化活性的提高，又注重土壤品质的改良；既能给植物提供多种养分，又能促进植物对营养成分的吸收；既注重植物生物总量的增加，又注重植物的抗病、抗逆能力的提高。这一切构成了本发明作用机理的基础。

下面结合具体实施例对本发明进一步说明

实施例1：适于在碱性缺钾土壤中使用的保水营养缓释剂

第一步：合成交联丙烯酰胺-丙烯酸共聚物(CLP)

在不锈钢反应釜中加入10公斤的丙烯酰胺、加50公斤丙烯酸，再加入160公斤去离子水，混合均匀后，加热到45℃，然后再加入20公斤的氢氧化钾、0.04公斤的N，N，′-亚甲基双丙烯酰胺、0.08公斤的过硫酸铵、0.07公斤的亚硫酸氢钾，混合均匀后，加热到85℃，反应6个小时，85℃恒温7小时，过滤，预干燥，得到白色固体，预粉碎后造粒，然后干燥至含水量＜8％，筛分后得到保水剂材料(CLP)，备用。

第二步：合成改性螯合稀土

在反应釜中加入2公斤的硝酸稀土，加入其一定量的硝酸，加入40倍去离子水，混合均匀后，加温至30℃、搅拌至稀土溶解，调节pH值至5.7，加入EDTA等螯合剂，混合均匀后，加热到38℃反应7小时，将液体蒸发后，将固体干燥，再粉粹，得到螯合稀土半成品，备用。

第三步、合成复合螯合微肥和功能性物质

将总量约10公斤的CuSO₄、ZnSO₄、FeSO₄、MnSO₄、H₃BO₃、(NH₄)₆Mo₇O₂₄等多种微量元素原料用H₂SO₄调pH值至5.0，加入300公斤的去离子水然后加入EDTA混合均匀，在40℃下反应4小时，调节pH值至5.5，蒸发后，干燥，得到复合螯合微量元素半成品。

将硫酸钾70公斤、尿素10公斤和20公斤的磷酸二胺混合均匀后，再加入1.2公斤的螯合微量元素半成品，再加入1.3公斤的螯合稀土半成品，1公斤的氨基酸，复混，混合均匀后，加入载体(粘合剂)等，造粒，在造粒过程中加水，喷雾造粒形成颗粒，干燥后筛分，得到功能性物质，备用。

第四步、复配多功能保水营养缓释剂

取70公斤的CLP中加入19.91公斤的功能性物质，再加入10公斤的黄腐酸，再喷雾加入0.09公斤的生长激素(吲哚乙酸和α-萘乙酸的总量)，复混均匀后，检测，计量，包装，得到本发明成品。

实施例2：适于蘸根用的保水营养缓释剂

第一步：合成交联丙烯酰胺-丙烯酸共聚物(CLP)

在不锈钢反应釜中加入10公斤的丙烯酰胺、加50公斤丙烯酸，再加入180公斤去离子水，混合均匀后，加热到45℃，然后再加入18公斤的氢氧化钾、0..04公斤的N，N，′-亚甲基双丙烯酰胺、0.08公斤的过硫酸铵、0.07公斤的亚硫酸氢钾，混合均匀后，加热到85℃，反应4个小时，85℃恒温4小时，过滤，预干燥，得到白色固体，预粉碎，然后干燥至含水量∠8％，筛分后得到保水剂材料(CLP)，备用。

第二步：合成改性螯合稀土

在反应釜中加入2公斤硝酸稀土，加入占其总量10％的硝酸，加入30倍去离子水，混合均匀后，加温至30℃、搅拌至稀土溶解，调节pH值至5.5，加入EDTA等螯合剂，混合均匀后，加热到38℃反应7小时，将液体蒸发后，将固体干燥，再粉粹，得到螯合稀土半成品，备用。

第三步、合成复合螯合微肥和功能性物质

将总量约10公斤的CuSO₄、ZnSO₄、FeSO₄、MnSO₄、H₃BO₃、(NH₄)₆Mo₇O₂₄等多种微量元素原料H₂SO₄调pH值至5.0，加入300公斤的去离子水，然后加入EDTA混合均匀，在40℃下反应4小时，调节pH值至5.5，蒸发后，干燥，得到复合螯合微量元素半成品。

将硫酸钾20公斤，氯化钾40公斤、尿素30公斤和10公斤的磷酸二胺混合均匀后，再加入1.1公斤的螯合微量元素半成品，再加入1.3公斤的螯合稀土半成品，0.5公斤的氨基酸，复混，混合均匀，得到功能性物质，备用。

第四步、复配多功能保水营养缓释剂

取85公斤倍的CLP中加入9.1公斤的功能性物质，再加入5公斤的黄腐酸，再喷雾加入0.9公斤的生长激素(吲哚乙酸和α-萘乙酸的总量)，复混均匀后，干燥，检测，计量，包装，得到本发明成品。

下面是本发明的一些试验情况：

按照降雨量与立地条件的不同，分别选择内蒙古宁夏、陕西、河北、北京及安徽等地区开展试验、示范工作。立地条件：主要实验地属于干旱半干旱地区，降雨量在500mm以下，土壤贫瘠，沙化严重，有机质含量很低，水肥保持能力差，土壤中N、P、K的含量一般均低于80mg/kg，PH值为7.5-8.5之间，呈弱碱性。

试验材料与方法

a、试验材料：本发明多功能保水营养缓释剂、樟子松、油松、云杉、国槐、侧柏、松柏、杜松、丁香、垂柳、杏树及小麦、辣椒、番茄等。

b、试验方法：根据降雨量和立地条件的不同，使用不同配方的本发明多功能保水营养缓释剂，使用方法为穴施或撒施。内蒙古、陕西及北京三地试验示范结果2001年造林、育苗的试验示范统计结果如下：(a)、油松试验区和CK区育苗成活率分别为：95.60％和78.00％。提高成活率：17.60％。(b)、樟子松(3年苗)试验区和CK区移栽成活率分别为：78.00％格55％。提高成活率：23.0％。(c)、从移栽成活情况分析，移栽成活率最低提高20.1％(国槐)，最高增加达51％，均达到明显效果。市区绿化移栽成活率提高20-40％。(d)、试验区育苗、移栽(苗)生长势较好，生物量明显增加。一般表现为发芽快、分枝多、根体和根长均有明显增加，生长速度加快。以国槐为例，移栽四个月后，试验区比CK区平均苗高增加10cm左右，胸径增加0.5-1.5cm，叶面面积与厚度均有不同程度的增加且叶色浓绿。安徽试验示范结果2000年冬季，在安徽农业大学试验农场进行了本发明在小麦上的节水抗病增产试验。结果表明，该产品能提高叶片气孔阻力，降低蒸腾速度，改善植物水分状况，促进根系生长，提高根系活力，提高多种酶活性和代谢水平，提高植物抗逆性。在增强生理生化基础代谢能力上达到抗旱节水(350t2/nm2)，节肥(90kg/hm2)，节药(1.05kg/hm2)，增产(650kg/hm2)的目标，投入产出比为1∶7。庐江县辣椒、番茄试验表明，产量分别提高18％和15％。

下表是全国部分市、县、旗试验结果：

试验地占	试验树种	试验区				CK区
											移栽苗数	成活苗数	成活率％	施用方法	移栽数	成活数	成活率％	备注	成活率提高％
		神  华集  团(蒙晋陕)	樟子松	1000	780	78.0	穴施	200	140	55										移栽	23
油松	1000										956	95.6	沟施	500	399	78	育苗	17.6
			云杉	500	430	86.0	穴施	150	90	60									移栽	26
国槐	2000										1842	92.1	穴施	200	144	72	移栽	20.1
			侧柏	500	430	86.0	穴施	300	170	56.7									移栽	29.3
呼和浩特市	油松										325	304	93.5	穴施	100	60	60	移栽			33.5
		桧柏	263	238	90.5	穴施	100	50	50	移栽									40.5
	杜松										114	103	90.3	穴施	100	51	51	移栽		39.3
		垂柳	230	224	97.4	穴施	100	66	66	移栽									31.4
	和林格尔县										杏树	500	455	91	穴施	300	120	40		移栽	51
正蓝旗		云杉	250	225	90	穴施	100	52	52	移栽									38

Claims (7)

1、一种多功能保水营养缓释剂，其特征在于：它是在保水材料中复配加入功能性物质、有机原料和生长激素后合成，所述的各成分的重量百分比为：保水材料40-85，功能性物质4.5-50，有机原料5-10.1，生长激素0.01-1。

2、根据权利要求1所述的多功能保水营养缓释剂，其特征在于：所述的保水材料为交联丙烯酰胺-丙烯酸共聚物，它是由丙烯酰胺、丙烯酸及去离子水混合后，顺序加入引发剂、交联剂和氧化还原催化剂反应合成。

3、根据权利要求2所述的多功能保水营养缓释剂，其特征在于：所述的交联丙烯酰胺-丙烯酸共聚物的成分构成及重量比为：丙烯酰胺10-12，丙烯酸45-51，去离子水150-180；所述的引发剂、交联剂和氧化还原催化剂的成分构成及重量比为氢氧化钾18-25，N，N，’-亚甲基双丙烯酰胺0.01-0.14，过硫酸铵0.03-0.08，亚硫酸氢钾0.03-0.08。

4、根据权利要求1所述的多功能保水营养缓释剂，其特征在于：所述的功能性物质由一定量的硫酸钾、氯化钾、尿素和磷酸二胺混合并粉碎后，再与复合螯合微肥、氨基酸和改性螯合稀土复混均匀后，加入粘合剂制成。

5、根据权利要求4所述的多功能保水营养缓释剂，其特征在于：所述的复合螯合微肥是由各一定量的CuSO₄、ZnSO₄、FeSO₄、MnSO₄、H₃BO₃、(NH₄)₆Mo₇O₂₄混入酸后加入到30倍的去离子水中，搅拌至溶解，经过滤后加入螯合剂EDTA螯合反应生成。

6、根据权利要求4所述的多功能保水营养缓释剂，其特征在于：所述的改性螯合稀土是由硝酸稀土加酸、加10-40倍水调节到pH值为4.0-7.0时加入复合螯合剂螯合反应生成。

7、根据权利要求1所述的多功能保水营养缓释剂，其特征在于：所述的有机原料和生长激素主要成份为黄腐酸、氨基酸、吲哚乙酸，α-萘乙酸。