CN118344217A - 一种增效油脂态膜材包衣控释肥及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种增效油脂态膜材包衣控释肥，所述控释肥由肥料颗粒、增效油脂态膜材和无水硫酸镁粉组成，所述增效油脂态膜材由大分子油脂和硝化抑制剂组成，所述肥料颗粒的表面包裹所述增效油脂态膜材，所述增效油脂态膜材包衣控释肥外附有无水硫酸镁粉。本发明的控释肥料适用于旱地作物，既能大幅提高肥料利用率，又不会造成难于降解的塑料膜壳料在土壤中富集，对于维护健康土壤环境、显著提高肥料利用率和作物产出率均具有十分重要的战略意义。
Description
技术领域
本申请涉及农用肥料技术领域，具体而言，涉及一种增效油脂态膜材包衣控释肥及其应用。
背景技术
作为土壤重要的氮素补充形式之一的化学氮肥施用量达到了3000万吨纯氮/每年，约占全球总用量的1/3；化学氮肥的过量施用改变了土壤的氮素平衡，导致大量的氮素流失，造成了一系列的环境问题，进而威胁人类健康以及生态系统的服务功能。农田土壤氮素的去向包括作物生长吸收、氨（NH3）挥发、氮的淋溶和径流、脱氮以及土壤储存。NH3 挥发损失占我国农田土壤氮素总投入量的比例在12.5%-14.1%间波动，平均值为13.6%。以径流和淋溶损失的活性氮占土壤氮素总投入量的比例为6.3%-8.4%，平均值为7.6%。脱氮以及储存在土壤中的氮素总量占土壤氮素去向的比例在29.3%-43.8%之间波动，平均比例为36.8%。过量施用以及不合理的管理措施导致化学氮肥利用率较低。
协调作物生长氮素需求与土壤氮素供应的关系是提高氮肥利用率的关键。与传统的化学氮肥（如尿素）相比，高效氮肥例如控（缓）释氮肥能够根据作物不同生长阶段的氮素需求逐渐释放养分，可以最大限度地提高作物对氮素的吸收，从而提高氮肥的利用率并降低各种活性氮的损失。与尿素等传统氮肥相比较，同等用量的控（缓）释氮肥的施用能够显著地提高我国三大主粮作物—水稻、小麦和玉米的氮素吸收量（提高10.5%-11.4%）、氮肥利用率（提高 30.0%-37.2%）及其作物产量（提高 6.4%-9.2%）。与此同时，控（缓）释氮肥的施用还能够大幅度降低活性氮的排放，可以显著地将NH3 挥发、N2O 排放、N淋溶和径流分别降低34.8%-70.1%、25.3%-0.4%、 3.4%-47.3%和2.7%-44.0%。虽然控（缓）释肥能够提高氮素利用率以及降低氮素损失和对环境的面源污染，但性能较好的缓（控）释肥的膜材主要是塑料一类的材质，包括PE和聚氨酯。这些材料易紫外光降解，但由于在土壤中很难见到紫外光而无法降解，造成土壤微塑料越来越累积污染。虽然目前在开发生物基可降解膜材，但研究进展缓慢，目前采用的都是部分生物基替代材料，没有大的突破。
目前，控释肥料界基本上以单一的聚氨酯反应成膜为主，没有针对土壤或作物种植要求而针对性的改变。例如，水旱作物对控释膜材的要求还是有差异的。旱作作物对控释肥膜材的要求相对比较宽松，主要原因是不需要时时泡在水中。在我国的作物组成中，旱地作物（可水浇）面积又远远大于水田作物，因此，研发一种可用于旱作作物的、又无微塑料壳污染的控释肥具有重要的战略意义。
发明内容
本发明提供了一种增效油脂态膜材包衣控释肥，所述控释肥由肥料颗粒、增效油脂态膜材和无水硫酸镁粉组成，所述增效油脂态膜材由大分子油脂和硝化抑制剂组成，所述肥料颗粒的表面包裹所述增效油脂态膜材，所述增效油脂态膜材外附有无水硫酸镁粉。
具体的，所述大分子油脂选自硅油、植物油、动物油或它们的回收品中的一种或几种。
所述硝化抑制剂选自DCD、DMPP和生物硝化抑制剂中的一种或几种。所述生物硝化抑制剂选自对羟基苯丙酸甲酯或1,9-癸二醇；所述的硝化抑制剂粒径不小于100目；
所述大分子油脂、硝化抑制剂的质量份数比为200:1-2:1。
所述增效油脂态膜材包衣控释肥的制备方法包括如下步骤：
（1）将所述大分子油脂与所述硝化抑制剂混合得到增效油脂态膜材；
（2）按比例将增效油脂态膜材和肥料颗粒混合搅拌至完全覆盖颗粒表面后，置于网上静止控去多余的膜材；
（3）在肥料表面触粘上无水硫酸镁粉末，分筛去除多余的硫酸镁粉，得到所述增效油脂态膜材包衣控释肥。
更具体的，所述增效油脂态膜材与所述肥料颗粒的质量份数比为1：9998-1:16；和/或，所述无水硫酸镁与所述肥料颗粒的质量份数比为1：9999-1:5.3。
所述制备方法还包括如下（1）-（4）中的一项或多项：
（1）所述肥料颗粒为颗粒状单元素肥料或复合肥；
（2）所述无水硫酸镁粉粒径至少不小于100目；
（3）所述步骤（1）中，将所述大分子油脂与所述硝化抑制剂在≤55℃的温度条件下混合；
（4）所述步骤（2）中，将呈固态的增效油脂态膜材加热到液态后再和肥料颗粒混合。
本发明还提供一种前述增效油脂态膜材包衣控释肥作为旱地作物基肥的应用。
本发明的有益效果包括：
（1）本发明选择大分子增效油脂作为膜材主要原料，解决传统控释肥的PE或聚氨酯膜材在土壤残留的问题。本发明中在大分子油脂为主要原料的膜材里还掺混硝化抑制剂，使微生物分解膜材时受到硝化抑制剂抑制而使得肥料养分释放时间延长，还减少了含磷酸二氢根离子肥料与土壤颗粒接触的固定时长，提高了磷素的利用效率。
（2）本发明中增效油脂态膜材外还附有无水硫酸镁粉，无水硫酸镁粉不仅能够防止油脂态膜材包衣控释肥颗粒间的粘连，而且还能额外提供镁离子，消除作物因过多的硝态氮供应后养分位点竞争对镁离子营养的相对缺失。
（3）本发明提供的控释肥作为基肥使用，其养分供应能够控释到作物快速生长需求大量养分时期，可以大幅提高肥料氮磷钾利用率。
（4）本发明的控肥料适用于旱地作物，既能大幅提高肥料利用率，又不会产生膜壳微塑料污染，对于维护健康土壤、大幅提高肥料利用率和作物产出率具有十分重要的战略意义。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行进一步说明和描述，但所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明和实施例中，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他发明和实施例，都属于本发明保护的范围。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1、增效油脂态膜材包衣控释尿素的制备
膜材制备：采用动物油4.9质量份，加热到55℃，再加入植物油4.9质量份和二甲基硅油10质量份制成混合油脂，然后再加入0.2质量份的DCD（双氰胺），混匀冷却到室温保存。
肥料制备：把膜材加热到55℃，取0.01质量份膜材与99.98质量份的尿素混合搅拌均匀，然后把搅拌后的尿素颗粒放置在不锈钢网静止控去多余的膜材；再把0.01质量份的无水硫酸镁粉触粘到肥料颗粒包衣膜表面，筛分去除多余的硫酸镁粉即可得到100质量份的增效油脂态膜材包衣控释尿素。本实施例获得的增效油脂态膜材包衣控释尿素N含量为46.19%。
实施例2、增效油脂态膜材包衣控释尿素的制备
膜材制备：采用动物油4.5质量份，加热到40℃，再加入植物油4.5质量份和二甲基硅油10质量份制成混合油脂，然后再加入1质量份的对羟基苯丙酸甲酯，混匀冷却到室温保存。
肥料制备：把膜材加热到55℃，取2质量份膜材与95质量份的尿素混合搅拌均匀，放置在不锈钢网上静止控去多余的膜材；再把3质量份的无水硫酸镁粉触粘到肥料颗粒包衣膜表面，筛去多余的硫酸镁粉即可得到100质量份的增效油脂态膜材包衣控释尿素。本实施例获得的增效油脂态膜材包衣控释尿素N含量为43.89%；
实施例3、增效油脂态膜材包衣控释复合肥的制备
膜材制备：采用动物油5质量份，加热到55℃，加入二甲基硅油10质量份制成混合油脂，然后再加入2.5质量份的DMPP和2.5质量份1,9-癸二醇，混匀冷却到室温保存。
肥料制备：把膜材加热到55℃，取5质量份的膜材与80质量份的复合肥（氮磷钾15-15-15）混合搅拌均匀，放置在不锈钢网上静止控去多余的膜材；再把15质量份的无水硫酸镁粉触粘到肥料颗粒包衣膜表面，筛去多余的硫酸镁粉即可得到100质量份的增效油脂态膜材包衣控释肥。本实施例获得的增效油脂态膜材包衣控释肥氮磷钾含量为（12-12-12）。
实施例4、增效油脂态膜材包衣控释复合肥的制备
膜材制备：采用二甲基硅油10质量份，室温条件下加入5质量份的DCD和5质量份的DMPP（3,4-二甲基吡唑磷酸盐），搅拌均匀。
肥料制备：把膜材加热到35℃，取5质量份与90质量份的膜材与复合肥（氮磷钾17-17-17）混合搅拌均匀，用放置在不锈钢网上静止控去多余油脂态膜材；再把5质量份的无水硫酸镁粉触粘到肥料颗粒包衣膜表面，筛去多余的硫酸镁粉即可得到100质量份的增效油脂态膜材包衣控释肥。本实施例获得的增效油脂态膜材包衣控释肥氮磷钾含量为（15.3-15.3-15.3）。
实施例5、增效油脂态膜材包衣控释复合肥的制备
膜材制备：采用二甲基硅油5质量份和回收餐馆油脂5质量份混合，室温条件下加入5质量份的DCD和5质量份的DMPP，搅拌均匀。
肥料制备：膜材处于室温，取3质量份的膜材与90质量份的复合肥（氮磷钾17-17-17）混合搅拌均匀，用放置在不锈钢网上静止控去多余的膜材；再把7质量份的无水硫酸镁粉触粘到肥料颗粒包衣膜表面，筛去多余的硫酸镁粉即可得到100质量份的增效油脂态膜材包衣控释肥。本实施例获得的增效油脂态膜材包衣控释肥氮磷钾含量为（15.3-15.3-15.3）。
试验例1、增效油脂态膜材包衣控释尿素在玉米上的应用
实施地点为延庆王木营园区，2022年种植春玉米。土壤化学性质：有机质21.34g/kg、全氮0.10%、有效磷32mg/kg、速效钾98.56mg/kg、pH8.05。共设置3个处理，其中T1：对照处理不施肥；T2：常规处理，基施尿素（46.2%）16.2kg/亩、过磷酸钙（14%）53.6kg/亩和氯化钾（60%）12.5kg/亩；T3：增效油脂态膜材包衣控释尿素处理，基施实施例1制备的增效油脂态膜材包衣控释尿素（46.19%）13.0.kg/亩、过磷酸钙（14%）53.6kg/亩和氯化钾（60%）12.5kg/亩。随机区组，3次重复，小区面积30m2。 5月10日施肥旋耕后播种。在小喇叭口后期6月18日，除对照不施肥处理外，其他处理均追施常规尿素15kg/亩。
采用实际收获模式测产，产量结果：T1为421.3kg/亩，T2为567.5kg/亩；T3为627.5kg/亩。采用本发明实施例1制备的增效油脂态膜材包衣控释尿素比常规处理增产达10.5%，氮素利用率由常规处理的26.5%提高到55.2%，且无塑料膜壳残留。
试验例2、增效油脂态膜材包衣控释尿素在红薯上的应用
实施地点为大兴区庞各庄赵村，2023年种植春红薯。土壤化学性质：有机质12.43g/kg、全氮0.06%、有效磷22.32mg/kg、速效钾65.24mg/kg、pH7.95。共有3个处理，其中T1：对照处理不施肥；T2：常规处理，基施尿素（43.89%）16.2kg/亩、过磷酸钙（14%）53.6kg/亩和氯化钾（60%）12.5kg/亩；T3：增效油脂态膜材包衣控释尿素处理，基施实施例2制备的增效油脂态膜材包衣控释尿素（43.89%）13.67.kg/亩、过磷酸钙（14%）53.6kg/亩和氯化钾（60%）12.5kg/亩。随机区组，3次重复，小区面积40m2。 5月2日施肥旋耕后起埂（0.9m宽）。在8月5日，除对照不施肥处理外，其他2个处理均追施硫酸钾15kg/亩。
采用实际收获模式测产，产量结果：T1为1535kg/亩，T2为2546kg/亩；T3为3467kg/亩。采用本发明实施例2制备的增效油脂态膜材包衣控释尿素比常规处理增产达36.18%，氮素利用率由常规处理的24.8%提高到49.25%，且无塑料膜壳残留。
试验例3、增效油脂态膜材包衣控释复合肥在玉米上的应用
实施地点为大兴区庞各庄赵村，2023年种植春玉米。土壤化学性质：有机质16.62g/kg、全氮0.07%、有效磷25.42mg/kg、速效钾110.24mg/kg、pH8.24。共有3个处理，其中T1：对照处理不施肥；T2：基施常规复合肥（氮磷钾15-15-15）50kg/亩；T3：基施实施例3制备的增效油脂态膜材包衣控释复合肥（氮磷钾12-12-12）40kg/亩处理。4月23日施肥旋耕后播种（4000株/亩）。随机区组，3次重复，小区面积30m2。在5月25日小喇叭口期，除对照不施肥处理外，其他2个处理均追施尿素20kg/亩。
采用实际收获模式测产，产量结果：T1为434.2kg/亩，T2为654.6kg/亩；T3为715.2kg/亩。采用本发明实施例3制备的增效油脂态膜材包衣控释复合肥比施用常规复合肥增产达9.3%，氮素利用率由施用常规处理的31.2%提高到56.4%，且无塑料膜壳残留。
试验例4、增效油脂态膜材包衣控释复合肥在小麦上的应用
实施地点为永清县刘街乡李家口，2022年种植小麦。土壤化学性质：有机质19.6g/kg、全氮0.11%、有效磷42.35mg/kg、速效钾85.624mg/kg、pH8.12。共有3个处理，其中T1：对照处理不施肥；T2：基施常规复合肥（氮磷钾17-17-17）50kg/亩；T3：基施实施例4制备的增增效油脂态膜材包衣控释复合肥（氮磷钾15.3-15.3-15.3）40kg/亩处理。随机区组，3次重复，小区面积30m2。10月8日施肥旋耕后播种（25斤/亩）。在2023年4月3日起身期，除对照不施肥处理外，其他2个处理均追施尿素20kg/亩。
采用实际收获模式测产，产量结果：T1为356.1kg/亩，T2为501.2kg/亩；T3为568.3kg/亩。采用本发明实施例4制备的增效油脂态膜材包衣控释复合肥比施用常规复合肥增产达13.4%，氮素利用率由施用常规处理的26.52%提高到45.32%，且无塑料膜壳残留。
试验例5、增效油脂态膜材包衣控释复合肥在玉米上的应用
实施地点为固安县柳泉镇家庭丰产农场，2023年种植夏玉米。土壤化学性质：有机质21.23g/kg、全氮0.11%、有效磷24.56mg/kg、速效钾90.54mg/kg、pH8.254。共有3个处理，其中T1：对照处理不施肥；T2：常规复合肥（氮磷钾17-17-17）45kg/亩；T3：实施例5制备的增效油脂态膜材包衣控释复合肥（氮磷钾15.3-15.3-15.3）40kg/亩处理。6月23日肥料与播种机并行施入（4000株/亩）。随机区组，3次重复，小区面积30m2。在7月25日小喇叭口期，除对照不施肥处理外，其他2个处理均追施尿素20kg/亩。
采用实际收获模式测产，产量结果：T1为462.3kg/亩，T2为632.7kg/亩；T3为695.6kg/亩。采用本发明实施例5制备的增效油脂态膜材包衣控释复合肥比施用常规复合肥增产达9.9%，氮素利用率由施用常规处理的28.5%提高到46.3%，且无塑料膜壳残留。
试验例6、包衣含镁与不含镁增效油脂态膜材包衣控释复合肥对玉米产量的影响
实施地点为固安县柳泉镇家庭丰产农场，2023年种植夏玉米。土壤化学性质同试验例5。共有2个处理，其中T1：实施例5制备的增效油脂态膜材包衣控释复合肥（氮磷钾15.3-15.3-15.3）40kg/亩处理，T2：采用石英砂代替实施例5中的硫酸镁粉末制备的增效油脂态膜材包衣控释复合肥（氮磷钾15.3-15.3-15.3）40kg/亩处理，随机区组，3次重复，小区面积30m2。6月23日肥料与播种机并行施入（4000株/亩）。在7月25日小喇叭口期，除对照不施肥处理外，其他2个处理均追施尿素20kg/亩。
采用实际收获模式测产，产量结果：T1为695.6kg/亩，T2：为651.2 kg/亩。包裹硫酸镁的控释肥比包裹石英砂的控释肥显著增产达6.8%。
Claims (10)
1.一种增效油脂态膜材包衣控释肥，其特征在于，所述控释肥由肥料颗粒、增效油脂态膜材和无水硫酸镁粉组成，所述增效油脂态膜材由大分子油脂和硝化抑制剂组成，所述肥料颗粒的表面包裹所述增效油脂态膜材，所述增效油脂态膜材外附有无水硫酸镁粉。
2.根据权利要求1所述的控释肥，其特征在于，所述大分子油脂选自硅油、植物油、动物油或它们的回收品中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的控释肥，其特征在于，所述硝化抑制剂选自DCD、DMPP和生物硝化抑制剂中的一种或几种。
4.根据权利要求3所述的控释肥，其特征在于，所述生物硝化抑制剂选自对羟基苯丙酸甲酯或1,9-癸二醇。
5.根据权利要求3所述的控释肥，其特征在于，所述的硝化抑制剂粒径不小于100目。
6.根据权利要求1所述的控释肥，其特征在于，所述大分子油脂、硝化抑制剂的质量份数比为200:1-1:1。
7.根据权利要求1所述的控释肥，其特征在于，所述增效油脂态膜材包衣控释肥的制备方法包括：
（1）将所述大分子油脂与所述硝化抑制剂混合得到增效油脂态膜材；
（2）按比例将增效油脂态膜材和肥料颗粒混合搅拌至完全覆盖颗粒表面后，置于网上静止控去多余的膜材；
（3）在肥料表面触粘上无水硫酸镁粉末，分筛去除多余的硫酸镁粉，得到所述增效油脂态膜材包衣控释肥。
8.根据权利要求7所述的控释肥，其特征在于，所述增效油脂态膜材与所述肥料颗粒的质量份数比为1：9998-1:16；和/或，所述无水硫酸镁与所述肥料颗粒的质量份数比为1：9999-1:5.3。
9.根据权利要求7所述的控释肥，其特征在于，所述制备方法还包括如下（1）-（4）中的一项或多项：
（1）所述肥料颗粒为颗粒状单元素肥料或复合肥；
（2）所述无水硫酸镁粉粒径至少不小于100目；
（3）所述步骤（1）中，将所述大分子油脂与所述硝化抑制剂在≤55℃的温度条件下混合；
（4）所述步骤（2）中，将呈固态的增效油脂态膜材加热到液态后再和肥料颗粒混合。
10.权利要求1-9任一项所述的增效油脂态膜材包衣控释肥作为旱地作物基肥的应用。
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