CN103936520A - 生态缓释肥及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生态缓释肥及其制备方法，其制备原料包括基础原料尿素，包裹剂为含水风化煤和/或草炭，粘合剂为凹凸棒土和甲壳素水溶液。本发明的生态缓释肥与单纯的尿素相比，氮素损失少，活化了土壤养分，中微量元素等营养元素以络合态逐渐释放，稳、匀、足、适地供给作物营养需要，从而提高了化肥利用率，降解农药残留毒性，减少农业环境污染。

Description

生态缓释肥及其制备方法

技术领域

本发明属于农业技术领域，具体而言，涉及一种生态高效缓释肥及其制备方法。

背景技术

尿素是国内外最主要的氮肥品种，也是当今世界生产量和使用量最多的一种肥料，占氮肥总量的60％以上。尿素是酰胺态非酸根类氮肥，含氮量高达46％，不板结、不盐碱化、不酸化土壤，适用于多作物和土壤。但是施入土壤以后，尿素极易转化为硝态氮或气态氮损失，而且由于不合理使用氮肥以及氮肥化学性质的不稳定等各种因素影响了尿素的利用率，使当季利用率只有25～30％，而个别地区仅为15～20％。如果施用技术不当，利用率会更低，也最易造成生态环境污染。因此延长尿素肥效期，提高氮素利用率是肥料科研的重要课题。由于氮肥利用率低，导致农业生产成本上升、农产品投入与产出比下降、生态环境污染。我国尿素年产量达5400万吨，尿素利用率每上升一个百分点，就等于节省了54万吨尿素，相当于一个大型尿素厂全年的产量；按每吨尿素煤耗1.5吨、电耗1000度计，可节省原煤81万吨，节电5.4亿度电。因此，提高氮肥的利用率，尤其是尿素的利用率，是利国利民的战略举措。

由于尿素水溶性好，易随水流失，因此如何通过合理的配方以及制备方法使得尿素能够缓慢释放，对提高其利用率十分有益。现有技术中虽然报道了一些缓释尿素及其制备方法，例如：

1、硫包衣尿素以硫磺包裹尿素，该工艺术的优点是所用硫磺既是包衣剂，又是中量营养元素，但随着世界硫磺价格的提高，硫磺包衣尿素的成本不断攀升。

2、塑料包衣尿素能达到缓控释的目的，但生产成本高，包衣的塑料膜

不易分解，污染土壤，国内极少采用。

3、枸溶性肥包尿素郑州大学许秀成使用钙镁磷肥等枸溶性肥料包裹尿素，有效降低了生产成本，但包膜层厚使尿素含量降低很多。

4、用尿酶抑制剂和硝化抑制剂尿素是酰胺态氮肥，其氮肥不能被植物吸收，必需经过土壤酶的酶解作用，使其分解为氨基甲酸胺，再转化为碳酸铵，以铵态氮的形态被植物吸收利用。因此，土壤脲酶的活性决定尿素氮转化为铵态氮的数量和速度，因为我国平均耕种气候较暖，铵态氮的转化较快，作物来不及全部吸收，一部分转化为挥发性气态氮损失，一部分淋溶随水流失。因此提高尿素氮的利用率首先是控制土壤脲酶的活性，以满足作物吸收氮的需要，随后控制铵态氮的硝化作用。采用脲酶抑制剂和硝化抑制剂的协同作用，前者抑制脲酶细菌，后者抑制硝化细菌，形成混配型尿素添加剂的长效尿素。但该方法成本高，使用不方便。

5、腐植酸包裹尿素专利申请号(99117649)，采用Na₂SiO₃作粘合剂包裹含腐植酸的有机质，但Na₂SiO₃碱性强，易与尿素反应导致氮的损失，该方法虽然增加了腐植酸，但不能提供中微量元素，对尿素利用率的提高也有限。

因此，如何开发一种能够克服现有技术缺陷的生态缓释肥是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种纳生态缓释肥及其制备方法，为了实现本发明的目的，拟采用如下技术方案。

本发明涉及一种生态缓释肥，其制备原料包括基础原料尿素，包裹剂为含水风化煤和/或草炭，粘合剂为凹凸棒土和甲壳素水溶液；尿素与包裹剂的重量比为500～550：200～350；甲壳素用量为10-20kg/T，优选为14-18kg/T缓释肥；凹凸棒土的用量为100～150kg/T缓释肥；风化煤含水量25-35％。

在本发明的一个优选实施方式中，所述的缓释肥还包括中微量元素的无机盐一水硫酸锌12-20kg/T缓释肥，一水硫酸锌以与腐植酸反应的螯合物加入到缓释肥中。

在本发明的另一方面涉及上述缓释肥的制备方法，其特征在于所述的缓释肥通过如下步骤制备而成：

(1)草炭，风化煤的活化处理

在草炭、风化煤中加入8-12％的活化剂(活化剂选自碳酸氢铵、氢氧化钠或者氢氧化钾)，放置3－5天；

(2)混料、造粒

在搅拌器中加入尿素并加入甲壳素溶液将其表面润湿，再加入凹凸棒土以及任选的中微量元素螯合物，包裹小颗粒尿素后送造粒盘造粒、抛光处理；

(3)烘干、冷却

将已成球的高效缓释肥由皮带输送机送入烘干机，调整进风温度130～150℃，出风温度35～45℃，进行烘干、冷却；

(4)过筛、包装

从烘干机出来的物料不经冷却机直接过筛，去除少量粉尘，其粉尘返回混料造粒，成品包装。

本发明的生态缓释肥与单纯的尿素相比，氮素损失少，活化了土壤养分，中微量元素等营养元素以络合态逐渐释放，稳、匀、足、适地供给作物营养需要，从而提高了化肥利用率。腐植酸盐还是一种抗旱剂，能够促进根系发育，提高根系活力，使根系吸收较多的水分和养分，减少植物叶片的气孔张开强度，减少叶面蒸腾，从而降低植株体内氧化酶活性及其他代谢活动，刺激生理代谢，促进生长发育，如能促使种子提早发芽，刺激根系伸长。另外甲壳素、腐植酸盐还可以降解农药残留毒性，减少农业环境污染。

综上所述，该产品无论在经济上还是在社会效益上具有较大的意义，并将随着国家可持续性发展战略的深入实施和国内外相关行业对环保肥料认识的普遍提高，高效缓释肥将会发挥它的优势，为全社会创造更大的效益。

附图说明：

图1：方法一的工艺流程示意图；

图2：方法二的工艺流程示意图；

图3：方法二的工艺流程示意图；

具体实施方式：

实施例1

1、试验材料

尿素：N≥46％，水分≤2％；

一水硫酸锌：Zn≥31.8％；

草炭：有机质含量45～55％，水分20～28％；

风化煤：有机质含量50～55％，水分20～30％；

凹凸棒土：细度325目，水分10％；

甲壳素；

2、制备方法

方法一、尿素粉碎复混造粒法该方法是将尿素粉碎，与经过活化处理的草炭或风化煤、凹凸棒土等添加剂在配料盘拌匀后，用皮带输送机送入造粒盘，在造粒盘上喷水成球，成球后经烘干、冷却、过筛(如图1所示)。

该方法的缺陷：成球率低于50％，煤耗高，班产量不到25吨，所造颗粒表面粗糙，综合造粒成本达65元/吨。

方法二、颗粒尿素复混造粒法将颗粒尿素直接与风化煤、凹凸棒土、微量元素复混后，在造粒盘上喷水造粒，经烘干、冷却、过筛(如图2所示)。

使用该方法，有40％的颗粒尿素被风化煤包裹，有30～45％的尿素不与风化煤结合，仍为裸露的白色，有30％为多颗粒尿素成团，成品率低于45％，煤耗达75kg/T，班产量小于20T，综合成本率达68元/吨。

方法三、风化煤包裹经粘合剂润湿的尿素

工艺方法如下(如图3所示)：

Ⅰ草炭，风化煤的活化处理

在草炭、风化煤中加入10％的活化剂，放置3－5天。

Ⅱ中微量元素螯合反应

将中微量元素的无机盐与腐植酸反应使之生成中微量元素的螯合物。

Ⅲ混料、造粒

在搅拌器中加入尿素并加入甲壳素溶液将其表面润湿，再加入凹凸棒土和腐植酸中微量元素螯合物，包裹小颗粒尿素后送造粒盘造粒、抛光处理。

Ⅳ烘干、冷却

将已成球的高效缓释肥由皮带输送机送入烘干机，调整进风温度160～200℃，出风温度35～45℃，进行烘干、冷却。

Ⅴ过筛、包装

从烘干机出来的物料不经冷却机直接过筛，去除少量粉尘，其粉尘返回混料造粒，成品包装。

烘干温度的选择

产量一定时，进风温度的高低决定了产品水分含量的高低，以5％的水分为适中的含量。温度与产品水分含量的关系如下表：

表1进风温度与产品水分含量

温度	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ
				进风温度	230～250℃	160～180℃	130～150℃
出风温度	55～65℃	40～45℃	35～40℃
				产品水分含量	2％	5％	10％

根据试验的结果，按高效缓释肥的企业标准要求，确定进风温度130～150℃。

使用该方法，颗粒尿素100％被风化煤包裹，成品率90～95％，煤耗达25kg/T，电耗45度/T，班产量45T，综合成本率达45元/吨。

三种实验的结果表明无论是造粒成本还是产品外观质量，方法三是可行的。

试验结果如表2：

表2三种实验方法的结果对比

三、原料配方筛选与产品工艺特征

按照工艺方法三的生产方法，筛选工艺配方如下：

1、原料配方筛选

①尿素与风化煤的比例基础原料为尿素，包裹剂为风化煤或草炭，粘合剂为凹凸棒土和甲壳素溶液。在粘合剂比例一定时，选取尿素和风化煤的最佳比例。

表3尿素和风化煤比例对产品性状的影响

注：风化煤折合成5％的含水量计。

根据试验尿素与风化煤的比例以500～550：200～350为合适。

②甲壳素水溶液粘合剂的比例

在确定尿素与风化煤的比例后，粘合剂用量的选择。

表4甲壳素水溶液粘合剂用量的选择

根据试验甲壳素水溶液粘合剂用量以15kg/T为好。

③凹凸棒土的用量

在确定尿素、风化煤、粘合剂比例的基础上，选择凹凸棒土的最佳用量。

表5凹凸棒土的最佳用量

根据试验结果，凹凸棒土的用量为100～150kg/T为最佳。

④中微量元素的种类及其用量

我国旱地土壤有85.4％的缺锌，其中58.6％的严重缺锌；水稻土有63.6％的土壤缺锌。近几年土肥部门开展的配方施肥对土壤进行了化验，表明现在土壤缺锌的程度依然很严重，四块试验地都缺锌(见表10)。锌已成为提高氮磷钾利用率的制约因素，也是提高农作物产量的制约因素。玉米、水稻是对锌很敏感的作物，需锌较多；小麦需锌也较多。据白银市农业部门最近调查，白银地区已发现不少地方的小麦表现出严重缺锌症状。从最近一年试验结果分析，施用高效缓释肥增产效果最为显著。生产中每吨高效缓释肥加入一水硫酸锌16公斤即可达到0.5％的含量。

综合上述单因素试验的结果，拟定高效缓释肥工艺配方(见表6)。

表6高效缓释肥工艺配方kg/T

2、产品工艺特征

Ⅰ甲壳素溶液作为包裹造粒粘合剂，使腐植酸物料与尿素紧密包裹，延长了尿素的肥效，并使高效缓释肥增加杀菌杀虫的功能。

经活化的风化煤和草炭结构疏松，难以致密包裹尿素颗粒，如果加入过多的棒土则有效成分下降，并增加烘干的难度。本工艺采用甲壳素溶液作为粘合包膜剂，用量少，粘度大，效果好，由于腐植酸活性基团对尿素的吸附作用，使尿素具有缓速相济的特点，可有效提高氮肥的利用率。同时，壳聚糖本身既是植物生长激素又是杀菌杀虫剂，使高效缓释肥具备多种功能。

Ⅱ利用尿素的络合性和甲壳素、腐植酸的螯合性加入中微肥，保特中微肥的活性，有效平衡植物营养。

中微肥极易与肥料及土壤中的磷酸根及其它一些物质起反应而失去活性。本工艺以尿素为载体添加中微量元素，使尿素成为中微肥的络合剂，甲壳素、腐植酸是中微量元素的吸附剂和螯合剂，有效保证了中微肥的活性。

Ⅲ采用团粒法复混肥造粒设备，简化造粒工艺，降低造粒成本，造粒过程采用混料、造粒全一体化，烘干、冷却一体化使包裹造粒成本仅为普通复混肥造粒成本的一半。

3、产品性能

在尿素表层形成甲壳素膜，并利用其粘性将富含腐植酸的有机物、中微肥、增效剂等包裹于尿素外层。完成了由天然物质替代化学物质改变肥料原有特性的转变。该产品施入土壤后，即以颗粒为单位形成若干个养分库，它具有增加土壤有机质含量，改良培肥土壤；促进植物生根分蘖、增进叶片生长速度；提高作物产量改善产品品质等特点，并具有防病、抗病的性能。该肥可减少氮素的挥发和流失，可被作物充分吸收利用，既有缓释长效性，又缓速相济；还能激活土壤中残留的各种养分，被作物继续吸收利用，既可作基肥又可作追肥。

经试验高效缓释肥在水溶液中释放的速度有所减缓(见表7)。

表7高效缓释肥在水溶液中释放的速度

以上试验证明高效缓释肥具有一定的缓释效果。

4、应用效果

高效缓释肥在农作物上的应用效果，由甘肃省农科院肥料、旱地研究所和江苏省农科院资环所分别于2012年与2013年做了小麦、水稻和玉米三种作物的四个试验。

试验均是按照全国农业技术推广服务中心拟定的《肥料肥效试验技术规程(试行)》的要求进行的。各设三个处理三个重复，三个处理为：“犇大地”牌生态氮肥，农民常规施肥对照和不施任何肥料的空白对照；田间观察记载、室内考种均采用常规方法；数理统计分析均采用方差分析和新复极差分析的方法。

①试验方法

表8试验慨况

表9处理间施肥情况比较

表10供试土壤理化性状

注：土壤有效锌(Zn)的化验方法为ASI法，临界值为2.0mg∕㎏。

②田间生长性状

试验期间分别对四个试验进行了观察，施用高效缓释肥和常规施肥的作物都非常显著地超过不施任何肥料(空白对照)的作物长势；施用高效缓释肥的作物也可看出比常规施肥的作物：叶色深绿，长势较旺盛，株高、穗长、穗粒数、千(百)粒重都有不同程度的增加(详见各试验小结)。

③产量分析比较(见表11)：

表11经济性状与产量分析比较

通过一年的四个试验可以看出：在小麦、水稻和玉米等主要农作物上施用高效缓释肥，均具有显著的增产作用(见表11)。

在施用同等氮量的情况下，高效缓释肥比常规施肥在玉米、水稻、小麦作物上均具有显著的增产效果，增产率为10.25～14.22％。

如果年推广使用5万吨高效缓释肥，可使农民增产5.85万吨小麦，小麦价格按1.5元/公斤计算，将增收8775万元。若按此发展下去，三年左右推广15～20万吨，社会经济效益将成倍增加。

以上所述是本发明的优选实施例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种生态缓释肥，其制备原料包括基础原料尿素，包裹剂为含水风化煤和/或草炭，粘合剂为凹凸棒土和甲壳素水溶液；尿素与包裹剂的重量比为500～550：200～350；甲壳素用量为10-20kg/T，优选为14-18kg/T缓释肥；凹凸棒土的用量为100～150kg/T缓释肥；风化煤含水量25-35％。

2.根据权利要求1所述的生态缓释肥，所述的缓释肥还包括中微量元素的无机盐一水硫酸锌12-20kg/T缓释肥，一水硫酸锌以与腐植酸反应的螯合物加入到缓释肥中。

3.上述缓释肥的制备方法，其特征在于所述的缓释肥通过如下步骤制备而成：

(1)草炭，风化煤的活化处理

在草炭、风化煤中加入8-12％的活化剂，放置3－5天；

(2)混料、造粒

在搅拌器中加入尿素并加入甲壳素溶液将其表面润湿，再加入凹凸棒土以及任选的中微量元素螯合物，包裹小颗粒尿素后送造粒盘造粒、抛光处理；

(3)烘干、冷却

将已成球的高效缓释肥由皮带输送机送入烘干机，调整进风温度130～150℃，出风温度35～45℃，进行烘干、冷却；

(4)过筛、包装

从烘干机出来的物料不经冷却机直接过筛，去除少量粉尘，其粉尘返回混料造粒，成品包装。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于活化剂选自碳酸氢铵、氢氧化钠或者氢氧化钾。