第三章 缓控释肥料

*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第三章,缓,/,控释肥料的研制,第一节 概述,第二节 包膜肥料的开发,第三节 氮肥长效增效剂的研究应用,第四节 缓,/,控释肥料施肥技术,第一节 概述,缓/控释肥料概念,中华人民共和国,化工行业标准HG/T 3931-2007对缓控释肥料的,定义,：以各种调控机制使其养分最初释放延缓，延长植物对其有效养分吸收利用的有效期，使其养分按照设定的释放率或控制释放的肥料。,美国,作物营养检察官学会(AAPFCO)对缓释和控释肥的定义为：缓释和控释肥是指那些,所含养分形态在施肥后能延缓被作物吸收与利用的肥料；所含养分比速效肥有更长肥效的肥料。并认为二者之间没有法定区别。两词常常混用。,我国也常以,“,缓/控释肥料,”,。,还有的习惯将能为微生物分解的含氮化合物（如脲醛化合物等）称为,缓释肥,；将包膜或用胶囊包裹的产品称为,控释肥,。,缓,/,控释肥的类型,按缓/控释肥控制养分释放的方式通常可分为3种类型：,1、物理法,主要是指包膜肥料，其方法是在水易溶性或缓释性颗粒肥料外表包裹上一层渗透扩散阻滞层，来减缓或控制肥料养分的溶出速率，如包膜尿素等。（,主要应用物理障碍因素阻止水溶性肥料和土壤水接触，从而达到养分控释的目的,）。,2、化学法,是将肥料直接或间接地通过共价离子键连接到预先形成的聚合物上，构成一种新型组合物，其所含养分的释放速度取决于聚合物键的性质、立体化学结构、疏水性、降解难宜度和交联程度等。,分为：难溶性有机化合物，如脲醛肥料；水溶性难降解化合物，如异丁叉二脲等；低溶性无机盐，如磷酸铵镁等。,3、生物法,应用生物抑制剂（或促进剂）改良常规肥料。应用对象主要为速效氮肥，如脲酶抑制剂、硝化抑制剂、氨稳定剂等。,第二节 包膜肥料的开发,什么是包膜肥料?,包膜肥料研究应用概况。,包膜肥料养分释放机理,包膜肥料制造技术。,包膜肥料特点。,包膜肥料发展前景。,什么是包膜肥料？,包膜肥料（coated fertilizer）,:,又称包衣肥料、薄膜肥料。用半透性或不透性薄膜物质包裹速效性化肥颗粒而成的肥料。,它是缓释或控释肥料的一种类型。,包膜的,目的,是使包膜肥料在施入土壤后里面的速效养分缓慢地释放出来，以延长肥效。,释放速率,决定于包膜种类、厚度、粒径、肥料溶解性、土壤温度、土壤含水量以及土壤微生物活性等。,适用,于经济价值高、生育期长、需肥量大但又不便分次施肥的作物，以及养分易于淋失的高温、多雨地区或灌溉地区，尤其是在质地轻的砂性土壤上。,包膜肥料研究应用概况,1.,国外研究现状,美,国,是世界包膜肥料的发源地。,20,世纪,60,年代中期，美国首先研制成功,硫包膜尿素,（,SCU,），其包膜层由包硫层、密封层（石蜡,煤焦油）、扑粉层组成。在当前的包膜肥料中，硫包膜尿素是一类很重要的包膜肥料，尤其适用于缺硫土壤，它可以提供植物生长所需要的硫营养元素，还可以杀菌、改善土壤通透,性。,1964,年美国,ADM,公司用,二聚环戊二烯和丙三醇,共聚生产出聚合物包膜缓释肥料，商品名为,Osmocote,；目前，,SCU,、,Osmocote,仍为世界上最有影响的包膜,肥料，而,Osmocote,肥料则主要应用在草坪、花卉等经济作物,上。,1966,年美国杜邦公司提出用,甲醛气体与尿素粒,肥在酸性催化剂作用下缩合，制备脲甲醛包膜尿,素。,美,国还有学者提出，用聚乙烯薄膜制作成小胶囊，包在颗粒肥料外面，在胶囊上打孔，利用孔的数量、大小来控制养分释,放。,进,入,80,年代以后，美国对硫包膜尿素工艺进行改进，在包硫层外面再加上聚合物层，进一步控制肥料释放。这些聚合物主要包括松香树脂、醇酸树脂与不饱和油脂及其共聚,物。,日本,最初学习美国硫包膜尿素技术开发包膜肥料。,1970,年昭和电工首先研制出一种,热固型树脂,包膜肥料，随后日本多家公司开发出具有日本特色的热固型树脂包膜肥料。,研究表明，以热固型树脂制膜生产的缓释肥料，控制养分释放效果较好。,日本,Chisso,-Asahi,肥料公司运用,POCF,工艺生产的包膜缓释肥料商品名称为,MEISTER,，该肥料主要用于草坪、花卉、温室栽培，是亚洲园艺市场主导品牌。,包膜肥料研究应用概况,2.,中国研究现状,中,国于,20,世纪,70,年代初开始研究包膜缓释肥料。早在,1974,年，中国科学院南京土壤研究所在李庆逵院士领导下，采用,钙镁磷肥,作为包膜剂，包裹颗粒碳铵，在农田试验效果,较好。,80,年代末期国内肥料学术及产业界再度重视对包膜肥料的研究，包膜肥料发展很快，至今已有几家研究单位具备试制包膜化肥的试验设,备。,目,前中国在缓释肥料的研究主要以无机物包裹型和聚合物包膜型为主，作为包裹型的,无机物,主要有,钙镁磷肥,、,硫磺,、,石膏,、,沸,石,。,1985,年，许秀成教授提出用稀硫酸溶解钙镁磷肥，碳铵调节,pH5,7,，制得含有大量硅胶的氮磷泥浆，作为黏结剂，以尿素为核心，钙镁磷肥为包裹层制造以肥料包裹肥料的,复合肥,。该肥料既能达到缓释的目的又能起到复合肥料的作,用。,中国从,20,世纪,80,年代中期开展了,有机聚合物,包膜肥料，,1985,年北京市园林科学研究所与化学工业研究所联合开发了酚醛树脂包膜复合肥。,1990,年浙江农业大学何念祖开发聚合物包膜肥料，在水稻上应用效果较好。,90,年代中期北京化工学大学开发出了将,废旧泡沫树脂,溶解在高分子溶液中同时加入无机物制成肥料包膜材料。,1993,年四川周家龙发明一种以,骨胶等蛋白质,物质为活性组分作为肥料的包膜材料，能在很长的时间内控制养分释放，而且能针对作物生长的需求释放养分。,河北沧州大化集团有限公司研制成功“可控缓释尿素颗粒肥料及其制备方法”肥料包膜材料由氮肥增效剂、氮素稳定剂、有机酸、被膜剂、表面活性物质、调节剂等组成。,沈阳农业大学利用天然产物松香、羧甲基纤维素钠作为黏结剂，高表面活性矿物沸石粉、膨润土、硅藻土等材料为包裹材料，研制无机矿物包裹缓释尿素，通过土柱淋洗试验结果表明，该包膜（裹）肥料具有较好的缓释效果。,目前还有中国农业科学院、华南农业大学、山东农业大学、北京农林科学院等多家单位正在开展不同类型包膜缓释肥料的研究。,包膜肥料养分释放机理,从,植物生理学角度来看，一种理想的包膜肥料应当是能以大小合适的速度和浓度向土壤溶液提供养料，使生长中植物能最大程度地发挥遗传能,力。,包,膜肥料颗粒在土壤溶液中，由于渗透热梯度、水分和养分相互运动，达到养分释放的效,果。,包,膜类型不同，释放机理也不同。水溶性包膜肥料释放机理如,下：,不,渗透性涂层，溶解的肥料从所开微孔中扩散,出来。,不,渗透性涂层，靠物理、化学或生物作用打开后释放,出,N,。,半,渗透性涂层，水扩散到涂层内，直到内部渗透压力把涂层胀破，或涂层扩张到具有足够的渗透性。,包膜肥料生产,包膜肥料生产主要包括,包膜材料的筛选,和,加工工艺,两个过程。,1.,目前的包膜,材料,无机包膜材料,：主要有硫磺、钙镁磷肥、磷石膏、高龄土等。,优点,：材料来源广，成本低，不污染土壤，缓释效果明显。,缺点,：成膜时，由于膜存在残缺孔洞，极易被微生物分解带来养分控释性能不稳定，弹性差、易脆，难以实现真正意义上对养分的控制释放。,有机包膜材料：,合成高分子材料,：脲甲醛树脂、聚脂、聚乙烯醇磷酸脲、聚丙烯等。,天然高分子材料,：淀粉、面粉、纤维及其衍生物。,其,中最常用的是,硫磺和树脂,，树脂又可以分为热固性树脂（,PE,、,PVC,、,PP,、,DVAC,）和热塑性树脂（酚醛树脂和醇酚树脂,等）。,硫磺包膜尿素（,sulfur coated urea, SCU),是,1961,年由美国纳西流域管理局（,TVA,）国家肥料发展中心开发成功的。以,TVA,法了解包膜肥料制造工艺。,2.,制造,方法,在,包膜装置（一般采用转鼓式、盘式、流化床）中，将已成球的化肥（如尿素、,NPK,复肥等）喷涂包膜材料，使化肥球粒表面涂上一层薄,膜。,密封剂,（石蜡）,调理剂,（高龄土粉、滑石粉、瓷土等）。,颗粒尿素过筛,预热（,65,）,包裹密封剂,转鼓,调理剂转鼓,过筛,装包,包,膜肥,料的评价方法,欧,洲标准委员会（,CEN,）对评价缓释肥料作如下说明：若营养释放在,25,，能满足下列三个条件，则把该肥料称为缓释肥料：,1d,内释放量不大于,15%,；,28d,释放量不超过,75%,；在规定的时间内，至少有,75%,被释,放。,目,前通常采用肥料在,水中的溶出率,来评价肥料缓释性，分为,初期溶解率,和,微分溶解,率,。,有,学者提出测定,土壤溶出率的方法,测定包膜肥料养分释放速,率。,包膜肥料具体制造工艺以及评价标准可以查阅国家专利及标准。,包膜肥料特点,优点,：,减少化肥流失，提高利用率；,能协调作物过分共给，达到优质高产；,减少施肥次数，省时、省工、适合机械化施肥，提高工作效率；,防止大量施用氮肥导致土壤中硝酸盐积累而污染环境，甚至使人畜中毒现象。,缺点,：,成本高，有的包膜材料（人工合成）也会导致环境污染。,包膜肥料发展前景,尽,管包膜肥料对改善生态环境、提高肥效和节省劳动力、提高作物产量等方面具有明显的优越性，但实际,应用范围仍然很有,限,。,许,多试验表明，包膜肥料适宜在灌溉农田、种植生育期长的作物而又比较湿润的地区，以及草地、牧场和果园应,用。,1990,年，美国包膜肥料的消耗量仅占氮肥消耗量的,1,。近年来，世界包膜肥料年消耗量仅,5108kg,，不足,NPK,消耗量的,1,，而,美国及西欧各国主要用于非农业生产。造成这种现象的要,原因：,一,是包膜肥料的价格高，一般比普通化肥高出,2.58,倍；,二,是对包膜肥料的综合效益缺乏正确评价，单纯考虑单位养分量的价格，因而大大限制了它的推,广。,为,了促进包膜肥料的发展，广泛用于农业生产,实践：,首,先要改进工艺技术，降低生产成本，特别是选用价格低廉的包膜材,料；,其,次要正确评价包膜肥料的综合效益，其中包括减少养分损失、提高利用率、节省劳动力等所取得的效,益；,三,是要进一步研究养分控释的机制及影响因素，建立养分释放量预测的数学模型，完善养分释放特性的测试方法，为改善工艺生产技术和农民施用决策提供科学依,据。,随,着包膜肥料工艺技术、测试方法和机制研究的进展，包膜肥料必将会得到更大发展。,第三节 氮肥长效增效剂的研究应用,化学氮肥应用中存在的问题,氮肥长效增效剂与长效氮肥。,氮肥增效剂的种类,氮,肥长效增效剂的研究应用前景,化学氮肥应用中存在的问题,N,肥在农业生产中具有重要意义，但是在应用中也存在着很多问题，归纳起来主要有以下几方,面：,首,先是,肥效期短,，不适合于农作物的需,要。,尿,素施到土壤中一般只有,5055,天的有效期，而碳酸氢铵只有,3035,天，作物的生育期（以北方为例），通常有,120130,天。,为,了解决这一问,题，生,产中多采用多次施肥的办法,，增,加了劳动强度和生产,成本。,其,次是,利用率,低,。,我,国,N,肥利用率仅有,25,35,。尿素中,50,以上的氮都是通过,NH,3,的形式挥发损失掉,的。,环境污染严重,。,氮肥长效增效剂与长效氮肥,长效氮肥：,长效氮肥，又叫涂层氮肥,，是一种被涂层物质包裹的氮肥。它的包膜是由少量氮、钾、镁、锰、锌、铁、硼等营养元素的溶液喷涂而成。,经过涂层的氮肥，不改变原有的性质。与普通氮肥相比较，长效氮肥具有物理性能好、氮素释放平缓、肥效长、氮素利用率高等特点。,氮肥长效增效剂,概念,：氮肥长效增效剂集脲酶抑制、硝化抑制、氨定剂及植物生长刺激作用于一体，其作用机制互相补充促进，使氮肥长效、增效功能显著稳定，使氮肥的供肥特征与植物对营养的吸收规律趋于一致，能达到作物生长前期肥不过量，中期不疯长，后期不脱肥，促进作物生长，增加作物产量的效果。,机理,：（以尿素为例）,提高脲酶抑制作用，延缓尿素水解过程；,氨稳定剂减少了氨挥发；（被土壤颗粒吸附，不很快转化为硝态氮）。,氮肥长效增效剂的硝化抑制使氨形成高峰期向后推迟,3 0,天；硝态氮形成,减少,21 . 7%,。,氮肥增效剂的种类,氮,肥增效,剂目前应用较多的几,种类,型：,（,一）硝化抑,制剂（,nitrogen fertilizer synergist,）（适合于与各种铵态氮肥或尿素配用）,硝,化抑制剂是具有能,抑制,亚硝化细菌等活动功能的一类化合物，进入土壤后能抑制土壤中的亚硝化、硝化、反硝化细菌的活动，从而阻碍铵态氮转化为,NO,2,-,、,NO,3,-,或,N,2,O,、,N,2,等的过程。,硝化抑制剂除有减少,氮肥,损失、提高氮肥利用率而增加产量的作用外，还可降低,农作物,中,亚硝酸盐,含量，提高农作物品质，减少施肥量过高时对土壤、,地下水,和,环境,的,污染,。,但在某些情况下，硝化抑制剂对,作物,的增产效果不够稳定。,氮肥增效剂的种类,（二）脲酶抑制剂（,urease,inhibitor,）（专门与尿素配合使用）,对土壤脲酶活性有抑制作用的一类物质。它在短期内能延缓尿素的水解，减少氮的损失。,（三）,NH,3,稳定剂,NH,3,稳定剂具有吸附或改善土壤环境，减少挥发的一类化合物，研究较多的有无机酸类、,Ca,盐类、高分子的腐植酸及氰胺类化合物，其作用,原理,主要以下几个方面：,一是改善碱性环境，增加,NH,4,+,的稳定性，使之以盐的形式存在，减少挥发。,二是,NH,4,+,与交换体上的,Ca,2+,等阳离子交换，从而被吸附，起到保护作用。,三是使,(NH,4,),2,CO,3,及,NH,4,HCO,3,的结晶体的结构发生重排，形成规则的结构体，从而降低了其表面积减少挥发。,近年研究发现双氰胺类化合物可以在,NH,4,HCO,3,颗粒表面形成一个纳米级的膜，控制了,NH,3,的挥发。,氮肥,长效增效剂的研究应用前景,应用氮肥长效增效剂好处：,肥效期延长,应用长效增效剂的碳酸氢铵肥效期由原来的,35-40,天、尿素的,50,天，延长到,90-120,天。可实现一次施肥免追肥，省工省力。,省肥,在同等产量的情况下可节省用肥量,10%-15%,。,提高作物产量和品质,在条件相同情况下，应用氮肥长效,增效剂的地块肥效期长，,而且供肥均衡。作物表现秆壮抗倒、籽实饱满、成熟度好，从而提高了产量和品质。,绿色环保,施用增效剂减少了肥料对环境的排放和污染。同时可减少农产品的硝酸盐的含量。对环境保护和食品安全都有好处。,因,此开展这方面的研究将有着广阔的前景，要求我们进行深入研究。,氮肥长效增效剂的研究应用前景,长效增效剂在目前主要存在着以下几方面的问题，应在今后的研究中加以注意：,（,1,）,注意研究专性强的抑制剂,（硝化抑制剂及脲酶抑制剂）。已有的抑制剂一方面效果不明显，如大多数脲酶抑制剂只能延缓尿素水解,l,2,周，是否能解决生产问题还有待于进一步试验。另一方面是抑制剂虽有效果，但是不仅影响脲酶及硝化细菌等，同时也影响土壤中其它微生物的生存，对这类抑制剂还应进行全面评价。,（,2,）,价格高,。绝大多数的抑制剂的价格超过了农业生产所能承受的能力范围，这也是限制长效增效剂应用的一个重要原因，因此寻找低成本高效率的增效剂将是未来研究工作的一项重要内容。,（,3,）,有害物质多,。已有专利的抑制剂中已知有相当部分对环境是有影响的。如重金属，虽然对脲酶具有较好的抑制效果，但是因为重金属进入土壤后不会分解，将在土壤中累积，长时间后将引起土壤的重金属污染，因此选择在一定时期内可以分解而不影响环境的化合物非常重要。,（,4,）,研究多，产品少,。已有的长效增效剂很多还都是只局限于室内研究的结果，其与不同土壤、作物特点的符合程度还相差很远，因此应加强在田间的直接应用研究，研制定型产品。,第四节 缓,/,控释肥料施肥技术,缓,/,控释肥料用途广泛、施用技术简单。,可以作基肥、种肥、追肥施用。,可以撒施、条施、穴施、拌种、盖种等方式施用。,粮食作物、经济作物、花卉作物、果树等都可以施用。,施用缓,/,控释肥料注意事项：,一定 注意种（苗）与肥隔离，至少,8-10,厘米，防止烧种、烧苗。,作为底肥施用，注意覆土，防止养分流失。,缓,/,控释肥料特点：,起始有效性推迟；,持续有效时间认为设计；,一次施肥提供整个生育期营养；,具有最高利用率；,对环境危害小,成本高。,只有降低成本，才能激励农民施用,缓,/,控释肥料用，才能提高缓,/,控释肥料用在市场占有的比例。,