CN111517872A

CN111517872A - 石膏包膜缓释肥及其制备方法和应用

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Publication number: CN111517872A
Application number: CN202010259833.5A
Authority: CN
Inventors: 姚荣江; 杨劲松; 王相平; 张新; 谢文萍
Original assignee: Institute of Soil Science of CAS
Current assignee: Institute of Soil Science of CAS
Priority date: 2020-04-03
Filing date: 2020-04-03
Publication date: 2020-08-11

Abstract

石膏包膜缓释肥及其制备方法和应用，由内核和包膜层组成，按质量份数计，内核组分包括，尿素35‑55份、脲酶抑制剂NBPT0.2‑0.5份、硝化抑制剂DMPP1‑3份、硝化抑制剂CP 0.3‑0.5份、豆甾醇0.1‑0.2份、聚谷氨酸0.5‑1份、单硅酸5‑10份、黄腐酸15‑30份和壳聚糖1.5‑3份；包膜层组分包括石膏15‑25份和粘合剂4‑6份。该缓释肥具有降盐改碱、养分淋失阻控、土壤保蓄增持、作物促进吸收等综合效果，利用石膏降盐改碱，结合脲酶抑制剂、硝化抑制剂等减少氮素损耗，结合黄腐酸、聚谷氨酸、壳聚糖等提升作物的抗性与养分吸收能力，形成盐碱地氮素养分减损保蓄增效的良性循环体系。

Description

石膏包膜缓释肥及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于农业肥料技术领域，具体涉及提高盐碱农田化学肥料利用效率的缓释肥及其制备方法和应用，特别是涉及一种石膏包膜缓释肥及其制备方法和应用。

背景技术

土壤盐渍化是引起土地退化的重要障碍因子，已成为全球关注的资源、农业与生态问题。我国盐碱地资源总面积达5亿余亩，占全国可利用土地面积的近5％。盐渍土治理和利用是促进我国耕地占补平衡，保障区域粮食安全，推进地区生态建设的现实需求

氮素作为植物生长必需的大量营养元素，亦是表征土壤肥力的重要指标。土壤盐渍化是影响养分循环与利用的关键制约因子之一，导致盐碱农田土壤氮素迁移转化特性与非盐碱农田存在显著差别：一方面盐渍土基础地力普遍较差，严重制约土地生产力；另一方面，微生物是土壤氮素养分循环的主要驱动力，盐渍化通过抑制微生物的活性影响氮素的转化过程与迁移行为。因而，在盐碱农田采用常规的肥料类型与施肥方式，导致更多的氮素通过氨挥发、淋失、反硝化等途径损耗并引起潜在的农业面源污染风险。研制一种控制氮素养分控制、减少挥发和淋失损耗、提高土壤养分库容的盐碱地专用肥料类型对提升肥料利用率、减少环境迁入量具有重要意义。与传统的肥料相比，盐碱地专用的缓释肥具有释放速率慢、淋失损耗少、肥效周期长、土壤保蓄能力强、供肥需肥同步等优势。

中国发明201610613700.7公开了一种盐碱地小麦种植缓控释肥及其制备方法，由小麦秸秆、尿素、磷酸二铵、磷酸二氢钾、牛粪、鸽子粪、益生菌原液等组分组成，通过化学肥料与农家肥的合理结合，具有缓释效果好、提升土壤粘连性与作物长势等优点。

中国发明201610759313.4公开了一种盐碱地用壳聚糖包膜控释肥料，组分包括壳聚糖、粉煤灰、秸秆、动物粪便、糠醛渣、柠檬酸渣、酒糟、脱硫石膏等组分，经发酵、混料、粉碎、造粒、溶解、喷洒、打孔等过程制备而成，可使肥料缓慢释放，从而延长肥效。

中国发明201610027188.8公开了一种盐碱地玉米种植缓控释肥底肥，由氮肥、磷肥、硫酸钾释肥、腐植酸和改性剂制成，该肥料针对干旱少雨地区的土壤盐碱化，因地制宜，通过特殊配方配制而成，使肥料最大限度的发挥作用，控制氮肥挥发，解决氮磷径流造成的水体富营养化难题，提高了肥料的使用效率和玉米的增产增收。

中国发明201810310708.5公开了一种具有减少土壤中氮淋失的阻控剂，由硝化抑制剂、脲酶抑制剂、氨稳定剂、聚谷氨酸等组成的粉末状物质，具有无毒无害、不影响肥料的颗粒强度、缓慢释放，能和作物的生长需肥规律相一致等优点。

中国发明201810732788.3公开了一种基于磷石膏的包膜尿素及其制备方法，以磷石膏、石膏作为包膜材料，使用不同粘结剂浓度对粒径2-3mm尿素进行包膜，通过优化包膜材料的用量、粘合剂选择和包膜工艺，制备出一种高效、经济和环保的包膜尿素。

从以上知识产权反应的情况来看，针对地力贫瘠、养分供给困难或肥料利用率低下的控释肥较多，且主要通过化学肥料、有机物料复配或混合发酵实现养分缓慢释放、延长肥效，但是未见将盐碱地治理、氨挥发消减、氮淋失阻控和土壤保蓄增持相结合的基于石膏包膜的多功能缓释肥，以实现盐碱地的障碍消减和氮素养分综合减损增效。

发明内容

解决的技术问题：本发明针对目前盐碱化农田土壤养分贫瘠，盐碱影响氮素迁移转化过程并抑制作物吸收，且常规施肥引起氨挥发、氮淋失和反硝化损失等现实问题，提供一种石膏包膜缓释肥及其制备方法和应用，该缓释肥以“尿素、脲酶抑制剂NBPT、硝化抑制剂DMPP、硝化抑制剂CP、豆甾醇、聚谷氨酸、黄腐酸、壳聚糖、单硅酸”作为内核，提供作物生长所需养分，促进作物的吸收并调控氮素的硝化和反硝化过程，减少氮素的淋失和反硝化损耗，并以石膏为外层包膜，以凹凸棒土作为粘结剂，通过石膏的代换反应快速降低土壤pH和氨挥发，石膏自身能够抑制硝化过程，同时促进土壤盐分离子的置换与淋洗；通过上述的综合效应，解决现有盐碱地缓释肥功能和效果单一、施用量较大、成本高等问题。

技术方案：一种石膏包膜缓释肥，由内核和包膜层组成，按质量份数计，内核组分包括，尿素35-55份、脲酶抑制剂正丁基硫代磷酰三胺(NBPT)0.2-0.5份、硝化抑制剂3，4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)1-3份、硝化抑制剂2-氯-6-三氟甲基吡啶(CP)0.3-0.5份、豆甾醇0.1-0.2份、聚谷氨酸0.5-1份、单硅酸5-10份、黄腐酸15-30份和壳聚糖1.5-3份；包膜层组分包括石膏15-25份和粘合剂4-6份。

上述尿素中N含量≥46wt.％，含水量≤3wt.％。

上述豆甾醇为植物甾醇，白色粉末，分子量412.69，干基含量≥98wt.％。

上述单硅酸为单硅酸与羟基乙酸的混合液，淡黄色液体，单硅酸含量≥60wt.％，羟基乙酸含量≥20wt.％，两者之和为100％。

上述黄腐酸为矿物源黄腐酸，粉末状，水溶性100％，干基含量≥75wt.％，pH为5-7。

上述壳聚糖为白色粉末状，脱乙酰度≥75％，干基含量≥99wt.％。

上述粘合剂为凹凸棒粉，白色粉末，比表面积≥150m²/g，含水量≤5wt.％。

上述石膏包膜缓释肥的制备方法，步骤为：内核造粒：将上述原料配比的尿素、脲酶抑制剂NBPT、硝化抑制剂DMPP、硝化抑制剂CP、豆甾醇、聚谷氨酸、黄腐酸、壳聚糖粉碎过80-100目筛，加入单硅酸后混合并搅拌均匀，调节含水量至20wt.％-30wt.％，放入肥料造粒机内造粒，颗粒直径1-2mm；包膜层制备：将上述原料配比的石膏和粘合剂粉碎过200目筛后混合均匀，制成石膏包膜层；内核包膜：将内核造粒的产物放入包衣机，加入所述包膜层制备所得产物进行包膜，经过2-3次包膜，包膜厚度为60-100微米。

上述石膏包膜缓释肥在制备盐碱农田氮素减损增效产品中的应用。

上述石膏包膜缓释肥作为基肥施用，其中：①基肥撒施：作为基肥撒施时，施用后与耕层土壤旋耕混匀，重度盐碱农田用量50-70kg/亩，中、轻度盐碱地30-50kg/亩；②基肥条施：作为基肥条施时，肥料和种子间距3～5cm，施用后覆土1～3cm，重度盐碱地用量30～50kg/ 亩，中、轻度盐碱地用量20-40kg/亩；③基肥穴施：作为基肥穴施时，每穴10～40g，施肥穴和种苗间距5～10cm，施用后覆土2～4cm，重度盐碱地用量20～40kg/亩，中、轻度盐碱地用量10-20kg/亩。

主要成分的效果：

尿素为生理酸性肥料，主要为作物苗期生长提供氮素来源，其施用进入土壤后经水解后形成铵态氮，并在后续发生作物吸收、氨挥发、硝化等一系列过程。

脲酶抑制剂NBPT主要抑制脲酶活性，延缓尿素水解过程，因尿素水解产生铵态氮导致氨挥发，尤其是在盐碱地高盐分、高pH条件下，因此推迟氨挥发峰值时间，使得更多铵态氮保留在土壤中。

硝化抑制剂DMPP和硝化抑制剂CP都抑制氮素硝化过程，尤其是对氨氧化微生物AOA 和AOB活性抑制，延缓铵态氮向硝态氮的转化过程，降低土壤硝态氮的浓度和淋失风险，且本缓释肥中DMPP和CP的组分配比对硝化过程抑制的效率最高。

豆甾醇作为很多生化合成的原料，其营养价值高、生理活性强，对土壤反硝化过程具有较强的抑制作用，能够减少硝态氮还原为N₂O、NO和N₂而导致的氮素损耗。

聚谷氨酸(γ-PGA)是一种水溶性，生物降解，不含毒性的生物高分子，具有多个阴离子功能基团，能够促进作物对氮素的吸收与转运，同时有效防止土壤中硫酸根、磷酸根、草酸根和钙、镁、锌、铁等微量元素的结合，有利作物吸收利用。

单硅酸活性强，能够穿过作物根际的细胞壁被直接吸收，提升作物的抗逆能力，尤其是苗期的耐盐性，显著促进作物的根系发育和对其他养分的吸收，改善作物的营养状况，增强作物的抗倒、抗病性能，提高品质。

黄腐酸作为一种类生长调节剂物质，能改善土壤pH，促进植物生长与根系分泌物，与土壤中难溶性微量元素发生螯合反应，促进作物吸收，同时提升土壤团聚化作用并加速土壤团粒结构形成，增加土壤养分库容。

壳聚糖具有较强的抗菌能力和改良土壤功效，其可提高作物种子的发芽势与发芽率，尤其是促进根系细胞分生和养分吸收，提升叶绿素含量与光合作用强度，增强抗土传真菌病害的能力，抑制病原菌生长，改善土壤微生物区系，对土壤和作物具双重功效。

石膏是一种盐碱地常用的改良剂，通过代换和淋洗Na⁺实现降盐改碱，效果稳定持续，一次施用长期有效，作为包膜材料充当土壤改良的先锋军作用，石膏先发挥功效以降低土壤盐碱危害后再释放出内部包裹的肥料，突破传统的包膜材料仅物理包裹的单一功能。

凹凸棒土是一种粘土矿物，本身具有较好的粘结性，且具极大的阳离子交换量CEC和比表面积，对土壤铵态氮的吸附能力特别强，作为包膜材料逐步溶解并分散后，其作为包膜的骨架能够吸附并降低内核中铵态氮浓度，减少淋失并抑制硝化过程的进行。

上述材料的优化配比与制备，经过造粒和多次包膜，包裹由石膏、凹凸棒土组成的包膜层，制成的缓释肥具有快速降盐改碱、阻控养分淋失、提升养分库容、促进作物吸收等多重效果，构建土壤-肥料-作物互馈协同的良性循环体系，促进盐碱障碍生态消减、肥料养分高效利用与土壤地力快速提升。

有益效果：(1)加速土壤盐碱障碍消减。该缓释肥以石膏作为包膜，石膏能够与土壤胶体的Na⁺发生代换反应，将Na⁺置换到土壤溶液中，并被淋洗出耕层，从而快速降低土壤盐分和pH，同时石膏包膜的溶解与土壤墒情、温度关系密切，实现内核层肥料的缓释。(2)减少养分损耗。由于石膏包膜溶解，快速降低土壤pH值，大幅减少了氨挥发，脲酶抑制剂和硝化抑制剂，抑制了土壤铵态氮向硝态氮的转化，降低了淋失风险，豆甾醇抑制了硝态氮的反硝化损耗，从全过程实现氮素减损和土壤保蓄增持。(3)促进作物养分吸收。该缓释肥有助于提升作物的耐盐抗逆能力，尤其是针对种子萌芽期和苗期耐盐性较弱的问题，通过类生长调节剂类物质促进作物的生长，同时聚谷氨酸促进养分的转运吸收，使得作物吸收与养分释放同步，减少养分的环境损耗。(4)材料来源广泛。该缓释肥原材料来源广泛，基本以生态、环境友好的原料为主，大部分原料施用入土壤中在一定的时间内发挥功效，超过该时间段其在土壤中被生物降解消耗，绿色无残留，部分生物质材料组分能在土壤中更长时间发挥效用。 (5)制备工艺简便。该缓释肥采用单层包膜，包膜由石膏和凹凸棒粉组成，内核制备主要有粉碎、混合和挤压造粒等工序，外膜制备通过多次包膜工序，原理明了，制备工艺简便且包膜效果好，整体制备成本较其他产品大幅降低。(6)多重协同增效。该缓释肥具有降盐改碱、养分淋失阻控、土壤保蓄增持、作物促进吸收等综合效果，具体表现为：利用石膏降盐改碱，结合脲酶抑制剂、硝化抑制剂等减少氮素损耗，结合黄腐酸、聚谷氨酸、壳聚糖等提升作物的抗性与养分吸收能力，形成盐碱地氮素养分减损保蓄增效的良性循环体系。

附图说明

图1低盐土壤不同肥料的净水解速率示意图(盐分3.76g/kg)；

图2中盐土壤不同肥料的净水解速率示意图(盐分5.49g/kg)；

图3高盐土壤不同肥料的净水解速率示意图(盐分7.83g/kg)；

图4低盐土壤不同肥料的净硝化速率示意图(盐分3.76g/kg)；

图5中盐土壤不同肥料的净硝化速率示意图(盐分5.49g/kg)；

图6高盐土壤不同肥料的净硝化速率示意图(盐分7.83g/kg)；

图7田间氮平衡监测设施图，其中a氨挥发监测，b氮淋失监测，c氮沉降收集检测；

图8低盐土壤不同肥料的累积氨挥发量示意图(盐分1.73g/kg)；

图9中盐土壤不同肥料的累积氨挥发量示意图(盐分3.47g/kg)；

图10高盐土壤不同肥料的累积氨挥发量示意图(盐分5.14g/kg)；

图11施用不同肥料土壤的氮素累积淋失量示意图。

具体实施方式

以下的具体实施例是对本发明的进一步说明，而不意味本发明的内容仅限于所举实例的范围。

实施例1：

内蒙古河套平原重度盐碱障碍耕地。试验地块耕层0-20cm土壤盐分3.3-9.1g/kg，pH为 8.37-8.53，平均有机质含量8.45-10.96g/kg，全氮0.39-0.64g/kg，碱解氮为29.2-41.8mg/kg，有效磷为9.26-12.45mg/kg，速效钾164.9-188.1mg/kg。地点：内蒙古巴彦淖尔市杭锦后旗三道桥镇澄泥村，于2017年5月采集盐碱耕地表层0-20cm土壤样品，作为室内恒温培养实验用土，试验时间为2017年6月～2017年9月。供试土壤选择3种盐分梯度，平均盐分分别为 3.76g/kg(低)、5.49g/kg(中)和7.83g/kg(高)，土壤为氯离子-硫酸盐型盐土，质地为粘壤土。

主要实施环节如下：

(1)肥料A：常规尿素；

(2)缓释肥B：尿素45份、硝化抑制剂DMPP 2份、硝化抑制剂CP 0.4份、豆甾醇0.1份、聚谷氨酸0.8份、单硅酸8份、黄腐酸25份、壳聚糖2份。将上述原料配比混合并搅拌均匀，调节含水量至26％，放入肥料造粒机内造粒，颗粒直径1-2mm。肥料B无脲酶抑制剂，无包膜。

(3)缓释肥C：尿素45份、脲酶抑制剂NBPT 0.5份、豆甾醇0.1份、聚谷氨酸0.8份、单硅酸8份、黄腐酸25份、壳聚糖2份。将上述原料配比混合并搅拌均匀，调节含水量至 26％，放入肥料造粒机内造粒，颗粒直径1-2mm。肥料C无硝化抑制剂，无包膜。

(4)缓释肥D：尿素45份、脲酶抑制剂NBPT 0.5份、硝化抑制剂DMPP 2份、硝化抑制剂CP 0.4份、单硅酸8份、黄腐酸25份。将上述原料配比混合并搅拌均匀，调节含水量至26％，放入肥料造粒机内造粒，颗粒直径1-2mm。肥料D无豆甾醇、聚谷氨酸、壳聚糖，无包膜。

(5)缓释肥E：尿素45份、脲酶抑制剂NBPT 0.5份、硝化抑制剂DMPP 2份、硝化抑制剂CP 0.4份、豆甾醇0.1份、聚谷氨酸0.8份、单硅酸8份、黄腐酸25份、壳聚糖2份。将上述原料配比混合并搅拌均匀，调节含水量至26％，放入肥料造粒机内造粒，颗粒直径1-2 mm。肥料E无石膏包膜。

(6)缓释肥F：尿素45份、脲酶抑制剂NBPT 0.5份、硝化抑制剂DMPP 2份、硝化抑制剂CP 0.4份、豆甾醇0.1份、聚谷氨酸0.8份、单硅酸8份、黄腐酸25份、壳聚糖2份。将上述原料配比混合并搅拌均匀，调节含水量至26％，放入肥料造粒机内造粒，颗粒直径1-2 mm；将20份石膏和5份凹凸棒粉粉碎过200目筛后混合均匀，制成石膏包膜层；将造粒肥料粒放入包衣机，利用上述石膏和凹凸棒粉材料进行包膜，经过3次包膜，包膜厚度为80微米。肥料F为本发明肥料。

(7)室内恒温培养实验：实验设置三个盐分梯度，分别为低盐(L，3.76g/kg)、中盐(M， 5.49g/kg)和高盐(H，7.83g/kg)；每种盐分梯度，分别施用肥料A、B、C、D、E和F，并以不施肥(以CK表示)为对照，共7个处理；以低盐为例，分别记为L-A、L-B、L-C、L-D、 L-E、L-F、L-CK，每个处理设3个重复。

将100g风干土装入350mL的圆柱形玻璃瓶中，氮肥用量为0.1g/kg纯氮，各肥料均按照含氮量进行等氮量添加。实验开始前，以水溶液的形式添加至土壤中，并调整土壤含水率，瓶口上部用保鲜膜封口，并在保鲜膜上均匀扎20个小孔通气，然后放入28℃恒温培养箱(天津泰斯特SPX-250BIII)遮光培养。由于当地蒸发强烈，为防止培养期间土壤水分过低而影响试验结果，将各个处理的含水量稍微调高，调整土壤质量含水率至30％(相当于最大土壤持水量的75％左右)，在培养期间，定期补水(2-3天)保持各处理水分含量相对稳定。各处理加水至质量含水率30％后，放置两个小时，待水肥均匀后，采集土壤样品作为各盐分梯度下的初始铵态氮、硝态氮和无机氮含量。在培养后的第1、3、7、14、21、28、35天取土样，由于取样属于破坏性取样，因此根据采样次数，每个处理设21个重复(每次采样取3个重复)，测定硝态氮和铵态氮含量。

利用不施用任何肥料(L-CK、M-CK、H-CK)为对照，分别计算低盐、中盐和高盐土壤中各种肥料的水解速率，结果如图1、图2和图3所示。可以看出，土壤盐分越高整体水解速率越低，对于同一土壤盐分，肥料A在第1天时净水解速率最大，其后迅速降低，肥料B 和肥料A基本规律呈一致，这两种肥料均没有脲酶抑制剂成分；肥料C、肥料D在第3天净水解速率达到最大，其后亦迅速降低，这两种肥料已有脲酶抑制剂成分；肥料E在第7天净水解速率达到最大，此肥料组分含有脲酶抑制剂和硝化抑制剂组分，尿素水解过程明抑制作用更显著；肥料F的净水解速率在第14天才达到峰值，其与肥料E相比的主要差异在于石膏包膜层，由此可知，石膏包膜层可大幅延缓肥料与土壤的接触与水解时间，对肥料的水解控制效果更好。

计算得到的低盐、中盐和高盐土壤中各种肥料的净硝化速率，结果如图4、图5和图6 所示。在低盐土壤，肥料A、肥料C的净硝化速率在培养第7天时均达到峰值，分别为12.54mg/(kg·d)、17.37mg/(kg·d)，肥料B、肥料D和肥料E的净硝化速率在培养第14天时达到峰值，分别为16.25mg/(kg·d)、12.38mg/(kg·d)和11.52mg/(kg·d)，肥料F的净硝化速率在培养第21天时达到峰值，为10.38mg/(kg·d)。中盐土壤表现出与低盐相似的规律，但是总体净硝化速率有所降低，且净硝化速率达到峰值的时间往后推移；高盐土壤同样如此，峰值向后推移的时间有所延长，且总体净硝化速率进一步降低。总体而言，肥料F净硝化速率达到峰值时间最为延后，其次是肥料E、肥料D和肥料B，这些肥料均添加了硝化抑制剂组分；肥料 F对硝化过程的控制效果最佳。

本实施例的结果表明，肥料F对氮素水解和硝化过程的控制效果最好，其次是肥料E。表明目前肥料组分较为优化，且石膏包膜能够进一步提升肥料缓释效果，推荐采用肥料F的组分和石膏包膜作为盐碱地缓释肥优化配方。

实施例2：

江苏滨海轻度、中度和重度盐碱地。在3种不同盐分梯度的盐碱农田内选择典型试验点，其中轻度盐碱地试验点土壤盐分1.73g/kg，pH为9.04，有机质7.26g/kg；中度盐碱地试验点土壤盐分3.47g/kg，pH为8.77，有机质5.75g/kg；重度盐碱地土壤盐分5.14g/kg，pH为8.42，有机质3.98g/kg；三种盐分梯度的试验点土壤全剖面为粉砂壤土，耕层土壤容重平均为1.42 g/cm³。地点：江苏省东台市条子泥垦区条北11区4号地块，试验时间为2018年6月-2018 年10月，轻度和中度盐碱地上茬种植大麦，收获后秸秆全量粉碎还田，重度盐碱地上茬种植黑麦草，因盐分较高黑麦草长势差，基本为光板地。供试作物为玉米，品种金海5号。主要实施环节如下：

(1)肥料I：常规尿素；

(2)缓释肥II：尿素50份、脲酶抑制剂NBPT 0.5份、硝化抑制剂DMPP 2份、硝化抑制剂CP 0.5份、豆甾醇0.2份、聚谷氨酸0.7份、单硅酸7份、黄腐酸22份、壳聚糖2份。将上述原料配比混合并搅拌均匀，调节含水量至26％，放入肥料造粒机内造粒，颗粒直径1-2 mm。肥料E无石膏包膜。

(3)缓释肥III：尿素50份、脲酶抑制剂NBPT 0.5份、硝化抑制剂DMPP 2份、硝化抑制剂CP 0.5份、豆甾醇0.2份、聚谷氨酸0.7份、单硅酸7份、黄腐酸22份、壳聚糖2份。将上述原料配比混合并搅拌均匀，调节含水量至26％，放入肥料造粒机内造粒，颗粒直径1-2 mm；将20份石膏和5份凹凸棒粉粉碎过200目筛后混合均匀，制成石膏包膜层；将造粒肥料粒放入包衣机，利用上述石膏和凹凸棒粉材料进行包膜，经过3次包膜，包膜厚度为80微米。肥料F为本发明肥料。

(4)田间小区监测实验：试验选择3个地块，分别为低盐(L，1.73g/kg)、中盐(M，3.47g/kg)和高盐(H，5.14g/kg)；试验分别在3个不同盐分含量的盐碱地上开展，在每个地块上开挖建成9个24m²(4m×6m)试验小区。每个盐分梯度均布置3个处理，每个处理重度3次。

在试验区布设氨挥发和氮淋失监测设施，采用通气法装置捕获土壤氨挥发，该装置为内径15cm、高10cm的PVC管，将两块厚度2cm、直径16cm且浸以磷酸甘油溶液的海绵，置于PVC管中，下层海绵距管底5cm，上层海绵与管顶部相平(见图7：a)。在各试验小区土壤剖面40cm深度埋设氮淋失采集装置(见图7：b)，采集装置主要由漏斗、集液管、取样瓶和缓冲瓶组成，其中漏斗口径40cm，内铺满石英砂，下部通过细管与集液管相连，土壤淋失液经过漏斗后被收集在集液管中，定期采集淋失液并室内测定淋失液的氮含量与淋失量。在试验地设置氮沉降收集装置(见图7：c)，定期采集并测定玉米生育期内的大气氮沉降量。

上述三种肥料均作为基肥施用，施用量为纯氮8kg/亩，并配施50kg/亩磷酸二氢钙；施入土壤后与表层0-20cm混合均匀，种植玉米；玉米全生育期施用纯氮18kg/亩，追肥分别在玉米孕穗和灌浆期进行，每次纯氮5kg/亩，追肥均为常规尿素。每种盐分梯度，分别施用肥料I、II和III作为基肥，共9个处理，分别为L-I、L-II、L-III、M-I、M-II、M-III、H-I、H-II 和H-III，每个处理设3个重复。玉米播种后，分别在第1、2、3、4、5、6、7、9、11、13、16、20、25和30d测定各处理土壤氨挥发量；同时在玉米播种-拔节期前采集2次渗漏液，测定各次采集渗漏液体积以及硝态氮NO₃ ^--N、亚硝态氮NO₂ ^--N及氨氮浓度NH₄ ⁺-N浓度，并计算氮淋失量。在玉米季试验结束后，根据土壤初始含氮量、氮肥施用量、玉米植株吸氮量、土壤残留氮量、氮沉降、氨挥发、氮淋失等指标，计算施用不同类型肥料的表观氮平衡。

施用不同肥料土壤累积氨挥发量随时间关系如图8、图9和图10所示。土壤累积氨挥发量随着盐分的升高而增加；对于同一土壤盐分，肥料III的累积氨挥发量低于肥料II，而肥料 II的累积氨挥发量低于肥料I；以肥料I为对照，低盐土壤中肥料II累积氨挥发量降低9.9％，而肥料III累积氨挥发量降低幅度达22.1％，中盐土壤中肥料II累积氨挥发量降低11.7％，而肥料III累积氨挥发量降低幅度达26.1％，高盐土壤中II累积氨挥发量降低12.6％，而肥料III 累积氨挥发量降低幅度达27.7％。总体上，无论是低盐、中盐和高盐土壤，施用肥料III的累积氨挥发量较肥料II有一定程度降低，即肥料III对氨挥发的抑制效果优于肥料II，而肥料 II优于传统的尿素肥料。

施用不同肥料处理30d内土壤累积氮淋失量如图11所示。总体上，在玉米苗期，施用纯氮9kg/亩的重度盐碱地三种肥料类型的平均氮淋失量为1.51kg/亩，中度盐碱地的平均氮淋失量为1.32kg/亩，轻度盐碱地的平均氮淋失量为1.09kg/亩，盐分越高，氮淋失量越大。在相同的盐分水平下，肥料III的氮淋失量较肥料I低25.1％-33.4％，肥料II的氮淋失量较肥料I低15.0％-17.3％，肥料III的氮淋失量较肥料II低11.8％-20.3％；总体而言，无论是轻、中、重度盐碱地，玉米苗期肥料III的氮淋失量最低，其实是肥料II，表明在相同施氮量水平下，施用肥料III有利于减少氮素淋失损耗。

施用不同类型肥料各处理玉米生育期内土壤氮素表观平衡见表1。可以看出，总体上施用肥料III各处理玉米吸氮量在6.92-11.72kg/亩，氮残留在5.29-6.96kg/亩，氨挥发在2.04-3.43 kg/亩，淋失量在2.28-3.02kg/亩，其他损失(主要是反硝化)在1.66-1.93kg/亩，土壤氮素平衡状况较好；其实是肥料II，其玉米吸氮量、氮残留低于肥料III，但氨挥发、淋失和其他损失高于肥料III。总体而言，肥料III的作物吸氮量和土壤氮库容最高，氨挥发、氮淋失和其他损失均为最低，表明玉米对肥料III的氮肥利用率最高，环境损耗最低，其实是肥料II，均显著优于肥料I。

表1施用不同肥料类型玉米生育期氮素表观平衡

通过本实施例，肥料III在玉米苗期和全生育期的氨挥发、氮淋失均最低，玉米吸氮量和土壤氮残留最高，氮平衡分析表明肥料III的其他环境损失亦为最低，整体上肥料III的环境损失量最小，利用率最高；肥料II的效果次之。这表明本发明专利申请的主要成分较常规肥料有较佳的减损增持的效应，通过石膏包膜后可进一步大幅提高其缓释性能；因此，采用肥料III组分和石膏包膜的缓释肥在盐碱地上具有较好减肥增效的潜力。

实施例3：

江苏滨海中度盐碱地，0-20cm耕层平均土壤盐分2.98g/kg，pH为8.84，有机质4.67g/kg，全氮0.56g/kg，全磷0.92g/kg，土壤NH₄ ⁺-N含量3.27mg/kg，NO₃ ^--N含量11.44mg/kg，土壤质地为粉砂壤土，耕层土壤容重平均为1.40g/cm³。地点：江苏省东台市条子泥垦区条北 11区2号地块，试验时间为2018年11月-2019年5月，采用小区试验，面积24m²(4m×6m)，供试作物为大麦，品种海花1号。主要实施环节如下：

(1)CK：无任何氮肥；

(2)F：基肥和追肥均为常规尿素；

(3)FD：施用缓释肥作为基肥，组分为尿素45份、硝化抑制剂DMPP 2份、硝化抑制剂CP 0.4份、豆甾醇0.1份、聚谷氨酸0.8份、单硅酸8份、黄腐酸25份、壳聚糖2份。将上述原料配比混合并搅拌均匀，调节含水量至26％，放入肥料造粒机内造粒，颗粒直径1-2mm。

(4)FN：施用缓释肥作为基肥，组分为尿素45份、脲酶抑制剂NBPT 0.5份、豆甾醇0.1份、聚谷氨酸0.8份、单硅酸8份、黄腐酸25份、壳聚糖2份。将上述原料配比混合并搅拌均匀，调节含水量至26％，放入肥料造粒机内造粒，颗粒直径1-2mm。

(5)FDN：施用缓释肥作为基肥，组分为尿素45份、脲酶抑制剂NBPT 0.5份、硝化抑制剂DMPP 2份、硝化抑制剂CP 0.4份、单硅酸8份、黄腐酸25份。将上述原料配比混合并搅拌均匀，调节含水量至26％，放入肥料造粒机内造粒，颗粒直径1-2mm。

(6)FDNP：施用缓释肥作为基肥，组分为尿素45份、脲酶抑制剂NBPT 0.5份、硝化抑制剂DMPP 2份、硝化抑制剂CP 0.4份、豆甾醇0.1份、聚谷氨酸0.8份、单硅酸8份、黄腐酸25份、壳聚糖2份。将上述原料配比混合并搅拌均匀，调节含水量至26％，放入肥料造粒机内造粒，颗粒直径1-2mm。

(7)FDNPC：施用缓释肥作为基肥，组分为尿素45份、脲酶抑制剂NBPT 0.5份、硝化抑制剂DMPP 2份、硝化抑制剂CP 0.4份、豆甾醇0.1份、聚谷氨酸0.8份、单硅酸8份、黄腐酸25份、壳聚糖2份。将上述原料配比混合并搅拌均匀，调节含水量至26％，放入肥料造粒机内造粒，颗粒直径1-2mm；将20份石膏和5份凹凸棒粉粉碎过200目筛后混合均匀，制成石膏包膜层；将造粒肥料粒放入包衣机，利用上述石膏和凹凸棒粉材料进行包膜，经过 3次包膜，包膜厚度为80微米。

(7)田间小区试验。面积24m²，大麦全生育期施用纯氮15kg/亩，基追比为4∶3∶3，基肥施用量为纯氮6kg/亩，并配施70kg/亩过磷酸钙(CK仅施用过磷酸钙)；上述缓释肥和过磷酸钙均作为基肥，一次性施入土壤，与表层0-20cm混合均匀；大麦生育期追肥两次，分别在越冬期和拔节期，每次施用纯氮4.5kg/亩，追肥均为尿素。大麦种植前和收获后，按 0-10cm和10-20cm土层进行取样，测定土壤pH、盐分、铵态氮和硝态氮含量。大麦植株收获后，进行籽粒和秸秆的分离，分别测定秸秆和籽粒全氮含量。分别计算氮素表观平衡以及氮肥表观利用率、氮肥农学效率、氮肥偏生产力、氮素吸收效率、氮收获指数等指标。

表2给出了大麦种植与收获前后不同肥料处理下土壤氮素平衡。施用常规尿素的F处理，氮表观损失量4.66kg/亩，占全氮施用量的31.1％；无脲酶抑制剂的肥料FD，其氮表观损失量3.71kg/亩，占全氮施用量的24.7％；无硝化抑制剂的肥料FN，其氮表观损失量4.05kg/ 亩，占全氮施用量的27.0％；无豆甾醇、聚谷氨酸、壳聚糖等组分的肥料FDN，其氮表观损失量3.50kg/亩，占全氮施用量的23.3％；无石膏包膜的肥料FDNP，其氮表观损失量3.12kg/ 亩，占全氮施用量的20.8％；石膏包膜缓释肥FDNPC，其氮表观损失量2.73kg/亩，占全氮施用量的18.2％。

表2大麦种植与收获前后不同肥料处理下土壤氮素平衡

注：土壤氮素净矿化量(kg/亩)＝不施氮肥区地上部氮吸收量+不施氮肥区土壤无机氮残留量不施氮肥区起始无机氮积累量

表3给出了各处理大麦氮肥利用效率情况。可以看出，添加硝化/脲酶抑制剂，豆甾醇、聚谷氨酸、壳聚糖等活性组分以及石膏包膜都对大麦氮肥利用有提升效应。总体上，石膏包膜配合硝化/脲酶抑制剂、豆甾醇等活性组分处理对氮肥农学效率、氮肥偏生产力和氮收获指数提升最多。对于氮肥表观利用率和氮素吸收效率来来说，FDNPC和FDNP处理均较高，且 FDNPC处理的氮肥农学效率、氮肥偏生产力、氮收获指数均优于FDNP处理。

表3不同处理对大麦氮肥利用效率的影响

注：不施氮肥处理的氮收获指数高于各施氮肥处理，这是由于当植物响应到缺氮时，养分氮会从植株基部或老叶转移到新器官，满足生殖器官的生长，因此造成籽粒的产量和吸氮量明显高于秸秆。

本实施例表明，FDNPC肥料无论在土壤盐碱消减、减少氮素表观损失量、提高氮肥利用效率等方面均表现最佳，因此推荐FDNPC组分、配比和包膜方法的缓释肥作为盐碱地种植作物的基肥。

实施例4：

内蒙古河套平原中度盐碱耕地。表层土壤质地为粘壤土，容重为1.41g/cm³，土壤平均盐分含量5.44g/kg，pH为8.53，平均有机质含量9.76g/kg，全氮0.57g/kg，有效磷为16.92mg/kg，种植作物为向日葵(品种TP0409)。地点：内蒙古巴彦淖尔杭锦后旗三道桥镇，小区试验方式，小区面积48m²，试验时间为2019年6月-2019年10月。

主要实施环节如下：

(1)缓释肥制备：尿素50份、脲酶抑制剂NBPT 0.5份、硝化抑制剂DMPP 2份、硝化抑制剂CP 0.5份、豆甾醇0.2份、聚谷氨酸0.7份、单硅酸7份、黄腐酸22份、壳聚糖2份。将上述原料配比混合并搅拌均匀，调节含水量至26％，放入肥料造粒机内造粒，颗粒直径1-2 mm；将20份石膏和5份凹凸棒粉粉碎过200目筛后混合均匀，制成石膏包膜层；将造粒肥料粒放入包衣机，利用上述石膏和凹凸棒粉材料进行包膜，经过3次包膜，包膜厚度为80微米。

(2)缓释肥采购：从市面上采购硫基包衣尿素、高分子聚合物包衣尿素缓释肥、活性控氮肥、含硝态氮缓释肥4种常见的缓释肥。

(3)小区试验方式：2019年4月中旬，将石膏包膜缓释肥与硫基包衣尿素、高分子聚合物包衣尿素缓释肥、活性控氮肥、含硝态氮缓释肥作为基肥，按照7.2kg/亩的纯氮投入量称取肥料并均匀施入土壤；同时施用过磷酸钙60kg/亩，撒施均匀后，采用旋耕机进行深旋，深度15-20cm，肥料和土壤充分混合均匀。在4月下旬，即播种前30天，根据土壤墒情，灌水70m³/亩，以补充墒情，利于出苗。

试验设置7个处理，包括：CK(控制处理，无氮肥，施用过磷酸钙)、F1(基肥为常规尿素+过磷酸钙)、F2(基肥硫基包衣尿素+过磷酸钙)、F3(基肥高分子聚合物包衣尿素缓释肥+过磷酸钙)、F4(基肥活性控氮肥+过磷酸钙)、F5(基肥含硝态氮缓释肥+过磷酸钙)、F6 (基肥石膏包膜缓释肥+过磷酸钙)。食葵全生育期投入纯氮18kg/亩，氮肥的基追比4：3：3 (基肥复合肥已带入40％氮肥)，追肥均为尿素，分别在现蕾期、灌浆期分两次施入，每次施入纯氮5.4kg/亩，施用方式为穴施，在膜外离食葵根系5cm处穴施覆土。

表4列出了不同追肥处理下食葵产量和氮肥利用率。当以缓释肥作为基肥替代尿素时，能够提高食葵产量与氮肥利用率；与常规尿素追肥相比，施用硫基包衣尿素、高分子聚合物包衣尿素缓释肥、活性控氮肥、含硝态氮缓释肥、石膏包膜缓释肥处理，食葵产量分别提高 20.4％、16.4％、4.6％、11.4％和29.1％；比较氮肥利用率，常规尿素追肥的氮肥利用率仅22.0％，而石膏包膜缓释肥的氮肥利用率达31.9％，其次是硫基包衣尿素，其氮肥利用率达28.9％，再次是高分子聚合物包衣尿素缓释肥，为27.6％。总体上，无论是食葵产量、作物吸氮量还是氮肥利用率，石膏包膜缓释肥F6均最高；因此，在干旱区盐碱地种植食葵，推荐采用石膏包膜缓释肥替代基肥中的尿素，其次是硫基包衣尿素和聚合物包膜尿素，可减少盐碱地氮肥的损失，提高氮肥利用率。

表4不同肥料处理向日葵产量及氮肥利用率

本实施例表明，石膏包膜缓释肥与现有商品缓释肥相比，其缓释性能更好，更有利于作物的吸收利用，氮肥利用率和作物产量更高。

Claims

1.一种石膏包膜缓释肥，其特征在于由内核和包膜层组成，按质量份数计，内核组分包括，尿素35-55份、脲酶抑制剂正丁基硫代磷酰三胺（NBPT）0.2-0.5份、硝化抑制剂3，4-二甲基吡唑磷酸盐（DMPP）1-3份、硝化抑制剂2-氯-6-三氟甲基吡啶（CP）0.3-0.5份、豆甾醇0.1-0.2份、聚谷氨酸0.5-1份、单硅酸5-10份、黄腐酸15-30份和壳聚糖1.5-3份；包膜层组分包括石膏15-25份和粘合剂4-6份。

2.根据权利要求1所述石膏包膜缓释肥，其特征在于：所述尿素中N含量≥46 wt.%，含水量≤3 wt.%。

3.根据权利要求1所述石膏包膜缓释肥，其特征在于：所述豆甾醇为植物甾醇，白色粉末，分子量412.69，干基含量≥98 wt.%。

4.根据权利要求1所述石膏包膜缓释肥，其特征在于：所述单硅酸为单硅酸与羟基乙酸的混合液，淡黄色液体，单硅酸含量≥60 wt.%，羟基乙酸含量≥20 wt.%，两者之和为100%。

5.根据权利要求1所述石膏包膜缓释肥，其特征在于：所述黄腐酸为矿物源黄腐酸，粉末状，水溶性100%，干基含量≥75 wt.%，pH为5-7。

6.根据权利要求1所述石膏包膜缓释肥，其特征在于：所述壳聚糖为白色粉末状，脱乙酰度≥75%，干基含量≥99 wt.%。

7.根据权利要求1所述盐碱农田氮素减损增效的石膏包膜缓释肥，其特征在于：所述粘合剂为凹凸棒粉，白色粉末，比表面积≥150 m²/g，含水量≤5 wt.%。

8.权利要求1-7任一所述石膏包膜缓释肥的制备方法，其特征在于步骤为：

①内核造粒：将上述原料配比的尿素、脲酶抑制剂NBPT、硝化抑制剂DMPP、硝化抑制剂CP、豆甾醇、聚谷氨酸、黄腐酸、壳聚糖粉碎过80-100目筛，加入单硅酸后混合并搅拌均匀，调节含水量至20wt.%-30 wt.%，放入肥料造粒机内造粒，颗粒直径1-2 mm；

②包膜层制备：将上述原料配比的石膏和粘合剂粉碎过200目筛后混合均匀，制成石膏包膜层；

③内核包膜：将步骤①的产物放入包衣机，加入所述步骤②所得产物进行包膜，经过2-3次包膜，包膜厚度为60-100微米。

9.权利要求1-7任一所述石膏包膜缓释肥在制备盐碱农田氮素减损增效产品中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于所述石膏包膜缓释肥作为基肥施用，其中：

①基肥撒施：作为基肥撒施时，施用后与耕层土壤旋耕混匀，重度盐碱农田用量50-70kg/亩，中、轻度盐碱地30-50 kg/亩；

②基肥条施：作为基肥条施时，肥料和种子间距3~5 cm，施用后覆土1~3 cm，重度盐碱地用量30~50 kg/亩，中、轻度盐碱地用量20-40 kg/亩；

③基肥穴施：作为基肥穴施时，每穴10~40 g，施肥穴和种苗间距5~10 cm，施用后覆土2~4 cm，重度盐碱地用量20~40 kg/亩，中、轻度盐碱地用量10-20 kg/亩。