诱导根系生长的包膜肥料及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及肥料工业领域,特别涉及诱导根系生长的包膜肥料及其制备方法。
背景技术
化肥在农业上得到了广泛应用,但是常规速效肥料由于养分释放迅速,其中肥料损失率高达30~65%,一方面提高了成本,另一方面给生态环境产生了不利的影响。长期施用速效肥产生的面源污染、引起温室效应和水体富营养化,导致生态环境恶化。为缓解这些问题,需要通过改进肥料的自身性能,使肥料养分释放缓急相济,延长有效肥料利用时间,从而提高肥料利用率。
针对作物的生长和发育特点,研发一种能够在根系周围保持一定强度的养分持续高效供应的新型肥料,既可满足作物的生长,又不需要对整个土层施肥;既能促进根系迅速生长,又不对根系产生毒害,是解决肥料污染和肥料浪费的重要途径之一。
缓释肥料是一种新型增值肥料,也是当今肥料产业的重要研究方向。缓释肥料在节约资源、现代农业管理体系等各个方面,均具有十分重要的意义。
包膜肥料是通过在速溶性无机化学肥料表面包裹一层难溶性物质以物理方式延缓无机肥料养分释放速率的一种缓释肥料。包膜肥料通过控制养分的释放速率而使之与作物养分吸收基本同步,可以大大提高肥料利用率,改善农产品品质,改良土壤,减少环境污染。目前国内复合肥产品皆是速效肥料,养分释放快,直接接触到根系容易烧苗。随着农业生产的发展和农业结构的调整,现在亟需一种价格合理,既能满足作物快速生长,又可以长效释放,促进根系生长和改良土壤的肥料来解决以上问题。
有机无机缓释肥料已经得到广泛的应用,例如中国专利(公开号:CN101913949A)缓释型有机-无机混合肥及其制备方法,一方面虽然涉及到将有机无机物料混合后压片,但是仅仅通过压片其缓释性能并不能发挥到最大;另外一方面其中养分种类较少很难满足作物生长发育的需求。中国专利(公开号:CN101891544A)一种功能生物有机、有机无机肥料及其制备方法,中国专利(公开号:CN101519329A)一种改良土壤的高中养分含量的有机无机肥料及制备方法,其中都涉及到造粒等工序,造粒工序不仅复杂,而且产生大量粉尘。
根系是植物从土壤中吸收养分和水分的重要器官,根系生长发育的质量决定着地上部尤其是收获器官的产量和品质;同时也决定着养分的吸收和利用效率。因此促进根系生长是作物前期生长的重要内容。关于诱导植物生根的发明专利很多,例如:中国专利(公开号:CN1062639A)生根素及其制造方法;中国专利(公开号:CN101270009A)一种根际调控肥;中国专利(公开号:CN1699302A)壮根抑长控释功能肥料,这些专利均没有涉及到根系诱导剂。
发明内容
本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足,提供一种诱导根系生长的包膜肥料。
本发明的另一目的在于提供上述诱导根系生长的包膜肥料的制备方法。
本发明的再一目的在于提供上述诱导根系生长的包膜肥料的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现:
诱导根系生长的包膜肥料,包括肥芯和包膜层。
所述的肥芯包含如下按质量百分比计的组分:有机质0~15%、复合氨基酸0~5%、腐植酸类物质0~5%、大量元素55~75%、中量元素15~20%、微量元素4~7%、无机调理剂3%。
每100重量份肥芯所用的包膜层包含如下按重量份计的组分:10~20份粘结剂、10~20份包膜剂、1~2.5份根系诱导剂、10~20份海藻酸盐溶液、5~10份钙离子溶液。
优选地,每100重量份肥芯所用的包膜层包含按如下重量份计的组分:15份粘结剂、15份包膜剂、1.1~2.2份根系诱导剂、15份海藻酸盐溶液、10份钙离子溶液。
所述的有机质优选为干基质、干泥炭、干饼肥、骨粉和糖蜜粉中的至少一种。
所述的复合氨基酸优选为氨基酸含量46wt%以上的复合氨基酸粉。
所述的腐植酸类物质优选为褐煤、风化煤、腐植酸钠、腐植酸钾、黄腐酸钾和硝基腐殖酸中的至少一种。
所述的大量元素优选为尿素、硝酸钾、硫酸钾、氯化钾、磷酸二氢钾、磷酸一铵和磷酸二铵中的至少一种。
所述的中量元素优选为硫酸钙、碳酸钙、硝酸钙、氯化钙、七水硫酸镁和硝酸镁中的至少两种。
所述的微量元素优选为七水硫酸锌、硼砂、七水硫酸亚铁、一水硫酸锰和五水硫酸铜中的至少一种。
所述的无机调理剂优选为滑石粉。
所述的粘结剂优选为羟乙基纤维素、羧甲基纤维素和聚乙烯醇中的至少一种的水溶液,其浓度优选为2~5wt%。
所述的包膜剂优选为纤维素、淀粉、膨润土和硅藻土中的至少一种。
所述的根系诱导剂优选为复硝酚钠、己酸二乙氨基乙醇酯(DA-6)、萘乙酸和黄腐酸中的至少一种。
所述的海藻酸盐溶液优选为海藻酸钠、海藻酸钾或改性海藻酸盐溶液,其浓度优选为5~10wt%。
所述的钙离子溶液优选为饱和氯化钙溶液。
上述诱导根系生长的包膜肥料的制备方法,包括如下步骤:
(1)粉碎、混合:先将有机质、复合氨基酸、大量元素、中量元素、微量元素、腐植酸类物质和无机调理剂混合烘干,然后粉碎,过筛,形成粉剂。
(2)压片:将粉剂用压片机进行压片或先将粉剂用造粒机造粒成粒径为1~2mm的颗粒再用压片机进行压片形成颗粒肥料。压片后形成的颗粒肥料如图1所示。
(3)一次包膜:先将粘结剂喷洒于颗粒肥料表面,形成粘结层,再将混有根系诱导剂的包膜剂喷洒于肥料表面,形成包膜层。
(4)二次包膜:先将海藻酸盐溶液喷洒于一次包膜的肥料表面,形成海藻酸盐包膜层,然后喷洒钙离子溶液,反应形成包膜层。
(5)包膜层固化:将二次包膜肥料干燥后得到诱导根系生长的包膜肥料。
步骤(1)中所述的烘干的温度优选为70℃以下,更优选的为50℃以下。
步骤(1)中所述的烘干优选为50℃烘干30min。
步骤(1)中所述的过筛直径优选为0.25~1mm。
步骤(2)中所述的压片的工作环境的湿度优选为20~50%。
步骤(2)中所述的压片优选为:选择合适的冲模尺寸及冲模形状,将粉剂加入到压片机的加料器中,调整合适的压力、填充量和加料器振动次数,进行压片;或将粉剂造粒后再进行压片。所述的冲模尺寸的冲模直径大于6mm;所述的冲模形状为圆柱形、椭圆柱形、球形、椭圆球形、圆锥台形、卵形及其他形状;所述的冲模形状的长、宽、高、直径中任一项的最小值至少为1mm;所述的压片机的类型优选为单冲压片机、花篮式压片机、旋转式压片机或高速压片机。所述的压力优选为大于0.5吨,加料器振动速度优选为60mm/s以下,加料器振动次数优选为3~7次。
步骤(5)中所述的干燥优选为于60℃以下烘干。
上述诱导根系生长的包膜肥料主要提供作物生长所需养分,其施肥方式优选为穴施或撒施。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果:
(1)在肥料配比方面:1)根据植物营养学的基础理论,配制了能够为作物提供所必需的无机养分,而且配比合理,从而最大限度地满足作物生长的需要的肥料;该肥料中的有机组分主要为作物根系生长、作物根际微生物生物活性创造了良好的环境,并且为改善土壤的物理、化学性质,减少环境污染创造了良好的条件,同时为减缓无机养分的释放提供了良好的屏障;2)富含的黄腐酸钾属于低分子质量腐植酸,较腐植酸具有更强的化学活性和生理活性,能刺激根系生长和侧根的发育,可以络合微量元素、减少养分拮抗,提高肥料利用率;改良土壤的理化性质,使土壤的理化结构更适合作物的生长;还可以增强土壤微生物活性,促进作物光合作用,提高根系活力,改善农作物品质,减少有害物质的污染,从而保障食品安全。
(2)在缓释性能方面:1)有机无机肥料经过物理压实,具有较好的机械强度,一方面由于物理作用,使肥料溶解释放缓慢;另一方面肥料采用有机无机混合压片,其在空间结构上起到阻挡无机养分的快速释放,保证了无机养分的的高效利用;2)本发明采用两次包膜技术,所用的包膜材料是完全生物降解的纤维素、淀粉和海藻酸以及具有改良土壤结构的膨润土和硅藻土,施用此种肥料对土壤环境无污染,是一种真正的绿色环保型包膜材料。一方面包膜材料来源广,材料易得,价格低廉,大大降低了包膜材料的生产成本;另外一方面在膜材料中加入一定量的根系诱导剂,不仅使根能够快速找到肥料,促进其生长,而且其缓释效果可以使根包覆在肥料表面提高肥料利用率。
(3)在产量和品质方面:1)本发明能有效提高作物产量和品质:黄腐酸和海藻酸能促进作物根系生长,增强根系的抗逆能力,为作物后期提供了良好的根系基础;复合氨基酸提供了作物生长期间对氨基酸的需求,同时能够增强植物的抗逆性;2)本发明的肥料具有以下有益效果:养分均一、均衡,组分科学,能显著提高肥料利用率,促进作物生长,增强抗逆性,提高作物产量和产品品质等多方面的功效。
(4)在技术方面:1)本发明克服了由于有机养分的比例过大而导致压片过程中粘冲头,有机物料较轻进样不均一的缺点;2)本发明采用海藻酸盐与钙离子反应成膜的机理,直接在肥料表面进行反应成膜。
附图说明
图1是本发明压片后的颗粒肥料图。
图2是实施例1制备的包膜肥料图。
图3是采用实施例1制作的包膜肥料在上海青上的土培效果试验图。
图4是采用实施例1制作的包膜肥料在意大利生菜上的土培效果试验图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
制备诱导根系生长的包膜肥料,原料组分如下:
肥芯总配料为1000g:干基质50g,复合氨基酸粉(氨基酸含量≥46wt%)50g,黄腐酸钾50g,糖蜜粉50g,硝酸钾150g,硫酸钾100g,磷酸二氢钾150g,尿素180g,碳酸钙50g,七水硫酸镁100g,硼砂20g,七水硫酸锌20g,滑石粉30g。
包膜层包含如下组分:羧甲基纤维素水溶液(2%wt)150g,DA-62g,黄腐酸10g,纤维素150g,海藻酸钠溶液(10%wt)150g,饱和氯化钙溶液100g。
制备方法如下:
(1)粉碎、混合:将干基质、复合氨基酸粉、硝酸钾、硫酸钾、磷酸二氢钾、尿素、碳酸钙、七水硫酸镁、硼砂、七水硫酸锌、黄腐酸钾和滑石粉混合50℃下烘干30min,然后在粉碎机中粉碎,过0.5mm筛,形成粉剂。
(2)压片:选择冲模直径8mm、压片形状为圆柱形的TDP-1.5T压片机,在环境湿度为45%条件下,将粉剂加入到压片机中的靴形加料器中调整压力为0.8吨、填充量7mm、加料器振动速度为50mm/s、靴形加料器振动次数4次,进行压片。其圆柱形片剂直径为8mm,高4mm。
(3)一次包膜:将压好的肥料加入圆盘造粒机中先喷洒羧甲基纤维素的水溶液,使肥料在圆盘中转动至表面形成粘结层,再喷洒混有DA-6和黄腐酸的纤维素,转动至纤维素包覆于被包膜肥料表面,形成一层包膜层。
(4)二次包膜:往一次包膜的肥料表面喷洒海藻酸钠水溶液至完全包覆于纤维素;最后喷洒钙离子溶液以反应形成包膜层。
(5)包膜层固化:将二次包膜肥料于60℃烘干得到诱导根系生长的包膜肥料(如图2所示)。
实施例2
制备诱导根系生长的包膜肥料,原料组分如下:
肥芯总配料为1000g:干基质50g,复合氨基酸粉(氨基酸含量≥98wt%)50g,黄腐酸钾50g,糖蜜粉50g,磷酸二氢钾50g,尿素500g,硫酸钙50g,七水硫酸镁100g,硼砂50g,七水硫酸锌20g,滑石粉30g。
包膜层包含如下组分:羟乙基纤维素水溶液(5wt%)150g,复硝酚钠1g,黄腐酸10g,纤维素150g,海藻酸钠溶液(5wt%)150g,饱和氯化钙溶液100g。
制备方法如下:
(1)粉碎、混合:将干基质、磷酸二氢钾、尿素、硫酸钙、七水硫酸镁、硼砂和七水硫酸锌、黄腐酸钾、复合氨基酸粉、糖蜜粉和滑石粉混合50℃下烘干30min,然后在粉碎机中粉碎,过0.5mm筛,形成粉剂。
(2)压片:选择冲模直径8mm、压片形状为圆柱形的TDP-1.5T压片机,在环境湿度为45%条件下,将粉剂加入到压片机中的靴形加料器中调整压力为0.8吨、填充量5mm、加料器振动速度为60mm/s,靴形加料器振动次数4次,进行压片。其圆柱形片剂直径为8mm,高3.5mm。
(3)一次包膜:将压好的肥料加入圆盘造粒机中先喷洒羟乙基纤维素的水溶液,使肥料在圆盘中转动至表面形成粘结层,再喷洒混有复硝酚钠和黄腐酸的纤维素,转动至纤维素包覆于被包膜肥料表面,形成一层包膜层。
(4)二次包膜:往一次包膜的肥料表面喷洒海藻酸钠水溶液至完全包覆于纤维素;最后喷洒钙离子溶液以反应形成包膜层。
(5)包膜层固化:将二次包膜肥料于45℃烘干得到诱导根系生长的包膜肥料。
实施例3
制备诱导根系生长的包膜肥料,原料组分如下:
肥芯总配料为1000g:干基质75g,复合氨基酸粉(氨基酸含量≥46wt%)25g,黄腐酸钾25g,糖蜜粉75g,硝酸钾200g,磷酸二氢钾170g,尿素200g,硫酸钙60g,七水硫酸镁100g,硼砂20g,七水硫酸锌20g,滑石粉30g。
包膜层包含如下组分:聚乙烯醇水溶液(3wt%)200g,萘乙酸2g,黄腐酸20g,膨润土200g,海藻酸钠溶液(8wt%)200g,饱和氯化钙溶液100g。
制备方法如下:
(1)粉碎:将干基质、硝酸钾、磷酸二氢钾、尿素、硫酸钙、七水硫酸镁、硼砂、七水硫酸锌、黄腐酸钾、糖蜜粉和滑石粉混合50℃下烘干30min,然后在粉碎机中粉碎,过0.5mm筛,形成粉剂。
(2)压片:选择冲模直径6mm、压片形状为圆柱形的TDP-1.5T压片机,在环境湿度为50%条件下,将粉剂加入到压片机中的靴形加料器中调整压力为0.9吨、填充量5mm、加料器振动速度为50mm/s,靴形加料器振动次数4次,进行压片。其圆柱形片剂直径为6mm,高3mm。
(3)一次包膜:将压好的肥料加入圆盘造粒机中先喷洒聚乙烯醇水溶液,使肥料在圆盘中转动至表面形成粘结层,再喷洒混有萘乙酸和黄腐酸的膨润土,转动至膨润土包覆于被包膜肥料表面,形成一层包膜层。
(4)二次包膜:往一次包膜的肥料表面喷洒海藻酸钠水溶液至完全包覆于膨润土;最后喷洒钙离子溶液以反应形成包膜层。
(5)包膜层固化:将二次包膜肥料于50℃烘干得到诱导根系生长的包膜肥料。
实施例4
制备诱导根系生长的包膜肥料,原料组分如下:
肥芯总配料为1000g:磷酸二氢铵200g,磷酸氢二钾200g,氯化钾200g,尿素130g,氯化钙100g,七水硫酸镁100g,硼砂20g,七水硫酸锌20g,滑石粉30g。
包膜层包含如下组分:聚乙烯醇水溶液(5wt%)100g,萘乙酸2g,黄腐酸20g,硅藻土100g,海藻酸钠溶液(10wt%)100g,饱和氯化钙溶液50g。
制备方法如下:
(1)粉碎:将磷酸二氢铵、磷酸氢二钾、氯化钾、尿素、硝酸钙、七水硫酸镁、硼砂、七水硫酸锌和滑石粉混合50℃下烘干30min,然后在粉碎机中粉碎,过0.5mm筛,形成粉剂。
(3)压片:选择冲模直径6mm、压片形状为圆柱形的DYP-1.5T压片机,在环境湿度为50%条件下,将粉剂加入到压片机中的靴形加料器中调整压力为0.7吨、填充量5mm、加料器振动速度为40mm/s,靴形加料器振动次数4次,进行压片。其圆柱形片剂直径为6mm,高3mm。
(4)一次包膜:将压好的肥料加入圆盘造粒机中先喷洒聚乙烯醇水溶液,使肥料在圆盘中转动至表面形成粘结层,再喷洒混有萘乙酸和黄腐酸的硅藻土,转动至硅藻土包覆于被包膜肥料表面,形成一层包膜层。
(5)二次包膜:往一次包膜的肥料表面喷洒海藻酸钠水溶液至完全包覆于硅藻土;最后喷洒钙离子溶液以反应形成包膜层。
(6)包膜层固化:将二次包膜肥料于40℃烘干得到诱导根系生长的包膜肥料。
实施例5包膜肥料的土培效果试验
将本发明制备的诱导根系生长的包膜肥料穴施上海青小白菜和意大利生菜,试验如下:
本试验于2012年9月至11月在广东广州华南农业大学资环学院网室进行,利用实施例1制备的包膜肥料,在塑料盆中进行肥效试验,每盆种植4株,每组重复四次,包膜肥料采用穴施,每株施3粒,于种植30天后测定供试作物品质、生理指标和产量。结果见表1:
表1包膜肥料对上海青和意大利生菜品质的影响
注:数据为平均值±标准误;还原性Vc含量用2,6-二氯靛酚滴定法测定,可溶性糖含量用蒽酮比色法测定,硝态氮含量用水杨酸比色法测定。
由表1可知,与空白对照相比,施用包膜肥料的上海青和意大利生菜的还原性Vc、可溶性糖含量分别增加了38.9~43.9%、0~48.3%,同时硝态氮的含量下降了27.8~54.9%。根据GB19338—2003《蔬菜中硝酸盐限量》国家标准,本发明制备的包膜肥料处理的硝态氮明显低于标准中规定的≤3000mg/kg FW,再结合图3(对照:空白对照;片剂:包膜肥料。)和图4(对照:空白对照;片剂:包膜肥料。)表明施用包膜肥料能够诱导新根的生成、刺激根系的发育和增强根系的活力,使吸收的大部分硝态氮能够在根系中完成向氨基酸、蛋白质等的转化,从而降低了地上部中硝态氮的含量。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。