缓释控肥料_百度文库

点击次数:   更新时间:2020-12-21 17:59     来源:菠菜app

  缓控释化肥的研究现状以及发展 摘要:由于长期以来化肥的利用率不高,对环境、健康以及自然资 源造成的危害日益严重。 因此提高化肥利用率当今农业发展的重要任 务和科学研究的重要课题。本文从缓释控肥料的定义出发,综述了缓 释控肥料的分类、作用机理,着重描述了我国缓释控肥料的进展。 关键词:缓释控肥料;作用机理;进展 1.引言 尽管化肥一直以来促进着农业的发展,但随着化肥行业的发展以 及农民对化肥的依赖性的增加,使其带来的副作用日益显著,因此不 得不重视化肥大量使用带来的弊端。 据统计目前我国氮肥利用率仅为 20 %~50 %、磷肥为15 %~25 %、钾肥为30 %~35 % ,因肥料利用率 低下而造成严重的经济损失、环境污染等[1]。随着人类对环境、健康 以及自然资源可持续利用等的关注的不断提高, 在保证粮食产量的同 时,最大限度减少环肥的用量,提高其利用率是当今农业发展的重要 任务和科学研究的重要课题。 经过研究发现化肥的过度利用很大一部 分是由于不合理的施肥引起的,因此为提高肥料利用率,20 世纪初人 们就提出了缓释肥料的设想。 只有遵循生态系统养分循环及环境平衡 规律,改进施肥技术和化肥工艺,研究高效长效化肥以及合理施肥才 能实现农业的健康、可持续发展。 缓释肥(Slow Release Fertilizers 缩写为SRF) 又称缓释肥料[1]、长 效肥料、迟效肥料,通常由于肥料化学成分改变或表面包涂半透水性 或不透水性物质而使其中的有效养分缓慢释放, 来满足作物的营养需 求,因此避免了传统速溶肥料已流失的缺点,大大提高了化肥的利用 率,有效地减小了因过度施肥而带来的环境污染,同时还能减少农民 的劳动成本。因此缓控释肥是当今世界肥料研究和开发的热点。继20 世纪60年代开展大量农田实验以来,90 年代之后,新型缓释肥成为国 内外研究热点。 一般来说,“缓释”是指化学养分的释放速率远小于速溶肥料的转 化释放效率。美国 TVA 的 R· D Hauck 于 1985 年将缓释肥料分为四 类: (1) 微溶于水的合成有机氮化合物; (2) 微水溶性或柠檬酸溶性合 成无机肥料; (3) 加工过的天然有机肥料; (4) 包膜(包裹) 型肥料。 “控 制”是指基于各种调控机制使养分按照设定模式进行释放,并且与作 物养分吸收规律一致。这类肥料能最大限度提高肥料利用率 ,防止多 余养分对环境的污染。 因此真正意义上的控释肥料还应具有营养供应 的阶段性、连续性和可调性等特性。 2.缓释控肥料的分类 2.1.按照制备工艺分 缓释控肥料按照制备工艺可分为物理阻碍型、化学合成型和生化 抑制型。 2.1.1.物理阻碍型 物理阻碍型缓控释肥料主要是通过喷涂、干燥等手段在肥料颗粒 表面涂覆一层或多层低水溶性材料, 形成致密的低渗透性包衣来阻碍 水分进入肥料内核的速度,进而达到限制养分释放的目的。包膜包裹 型缓控释肥料是近年来发展最为迅速的一类, 也是缓控释肥料中所占 比例最大的一类。 2.1.2.化学合成微溶型 化学合成微溶型主要是通过化学合成的方法制备微溶性或难溶性 物质,在化学或微生物作用下将营养物质缓慢释放。 2.1.3.生化抑制型 生化抑制型缓控释肥料是通过在传统肥料中添加脲酶活性抑制剂 和硝化抑制剂来减缓一些营养元素的转化和吸收, 减少氮肥的挥发和 流失,从而达到延长肥效的目的。主要的脲酶抑制剂有氢醌、硫代磷 酰三胺、 邻苯基磷酰二胺等。 主要的硝化抑制剂有氯代苯酚、 双氰胺、 吡啶、嘧啶等。但由于许多种类的生化抑制剂存在价格昂贵、毒性较 大等缺点,限制了它们的广泛应用。 2.2.按缓控释肥料的作用元素分 2.2.1.缓控释氮肥[1] 按缓控释肥料的作用元素将其分为缓释氮肥和长效复合肥。缓释 氮肥包括:长效碳铵、沸石碳铵、沸石硝铵、缓释尿素等。长期碳铵 表释的利用率仅为 27%, 为了提高其利用率中科院南京土壤研究所利 用钙镁磷肥作为包膜材料,以碳铵为基质,成功研制了一种长效碳铵。 中科院沈阳生态所研制了在碳铵中加入 GM 高效矿物固氮剂后制成 的长效碳铵。利用沸石的多孔吸附性可吸附化肥有效成分碳铵、硝铵 等, 在施肥后, 随着作物根部周围氮素浓度降低,NH4+ 缓慢释放出来, 使作物分阶段吸收,达到缓释或控释的目的。缓释尿素可分为上述的 三种类型:物理阻碍型、化学合成型以及生化抑制型。 2.2.2.长效复合肥 复合肥是含有多种化肥元素的肥料,而长效复合肥是按照化学、 物理或生物方法作用于复合肥而达到缓释控释的效果。 日本肥料株式 会社在复合颗粒的表面使用磷酸与含 Mg 及 SiO2 的无机粉末反应 , 由生成物将颗粒包覆,再用氨处理,得到粒状包裹复合肥料可作为缓释 肥料使用。日本三菱化工公司研制的 “卫德竣斯”超长效氮磷复合肥, 能用于水稻、 园艺及造林,产品呈30~40 mm 的块状,重13 g ,栽果树和 植树时在坑中放入5~10 块,可在三年内不施肥。郑州工学院以尿素 为核心,以钙镁肥为包裹物料,以无机酸和缓溶剂制得钙镁磷肥改性复 合肥料。 3.缓释控肥料养分释放机理 由于不同类型肥料的制备方法和机理不同,使得肥料的释放机理 有所不同。 化学合成型缓控释肥料的养分释放机理受化合物本身物理 和化学性质的控制。 包膜型缓控释肥料[2]是通过在水溶性肥料表面包覆膜材料来达到 阻碍养分释放和控制养分释放速率的目的。 影响其缓释性最主要的因 素是膜材料的性质,包括膜材料的组成、包膜层的厚度、包膜层的孔 隙度等许多因素。 不同类型的膜材料由于本身性质和所受环境影响程 度不同,表现出来的缓控释效果不同,因而养分的释放机理也不同。 对于无机物作为包膜材料的缓控释肥料, 其养分的缓控释机理一般可 认为是破裂机制。对于有机高分子作为包膜材料的缓控释肥料,其养 分的释放过程首先是水分子以水蒸气的形式渗透包膜层, 水蒸气在肥 料内核表面凝结并且部分肥料开始溶解, 从而使得包膜层内部的压力 增大。在这个过程中如果压力超过了包膜的承受力,膜层就会破裂, 养分在短时间就会全部释放,这一过程也被称为破裂机制。如果包膜 材料可以承受内部的压力,肥料养分在膜层内外渗透压差的推动下, 通过扩散作用释放到外界,随着养分的不断释放,膜内部的渗透压逐 渐降低,养分的释放速率也随之减慢,直至达到平衡,这一过程被称 为扩散机制。 4.缓控释肥料的发展 1948 年 , 美国的 K.G.Clart 等人首先研究了尿素 - 甲醛缩合物作 为缓释肥料[4]。随后, 日本、德国、英国等发达国家也相继开展了缓 控释肥料的研究和应用。当然我国也有一定的发展,我国控释肥料研 制划分为3 个阶段[5]: 1) 缓控释肥料的探索阶段; 2) 控释肥料研究普 及阶段; 3) 控释肥料关键技术深化和技术集成与产业化。 20世纪60年代末,中国科学院南京土壤研究所在我国最早开始缓 释氮肥的研究,先后研制出来碳酸氢铵粒肥、以钙镁磷为主要薄膜材 料的缓释碳铵和缓释尿素。随后上海、湖南、山东等地农科院在这方 面有了一定的研究进展。 控释肥料研究的普及阶段过程路线]:控释理论研究深入→控 释包膜技术得到发展 →控释肥料肥效得到肯定→控释肥料肥效评价 方法和在线质量检测有突破→掌握了控释肥料设备的设计和制造技 术→控释包膜材料有突破→中试控释肥料品种齐全。十一五”国家科 技部立项开展“新型高效肥料创制”科技支撑计划项目以来,我国控释 肥料、缓释肥料研究都进入了第三个阶段,控释肥料关键技术深化和 技术集成与产业化。 近几年我国国内缓控释肥料的发展也比较快。其中一些研究如下 [3、6、7] : 郑州大学工学院磷复肥研究所采用以肥包肥的“乐喜施”肥料、 中科院石家庄农业现代化研究所以复方天然胶的涂层肥料、 北京市农 林科学院植物营养与资源研究所和北京化工大学利用废旧农用塑料 的包膜肥料等都使肥料价格接近传统肥料 , 使其能应用于大田作物, 并取得较好的效果。兰州大学的柳明珠等人把尿素、磷酸二氢铵和羧 甲基淀粉混合制成颗粒,然后用悬浮法包覆一层聚丙烯胺,制得的缓 释复合肥含氮量为22.6%,含磷量为7.2%并具有吸水保水功能。柳等 人还将氯化钙与海藻酸钠交联得脲甲醛颗粒后包覆聚丙烯酸铵值得 含氮量为22.6%,并具有吸水保水功能的缓释脲甲醛颗粒。南京林业 大学的吴春华等以尿素为芯材,以淀粉、聚乙烯醇混合物为壳壁交联 后得保水性缓释肥料。 兰州大学倪博立等以无机矿物凹凸棒黏土为基 质,尿素、硫酸铵、氯化铵和磷酸二氢钾等为化肥原料,海藻酸钠、瓜 尔胶、淀粉及其衍生物、纤维素衍生物、腐植酸、聚丙烯酸、聚衣康 酸、聚丙烯酰胺等天然高分子和合成高分子为包膜原材料 ,采用圆盘 造粒的工艺制备了一系列多功能有机/无机复合包膜型缓控释肥料, 具有高效、环保、低成本等特效。邹洪涛等以聚乙烯醇-淀粉交联液 和硅藻土(或沸石粉)的共混物作为颗粒肥料包膜材料,使用转鼓工 艺制成了有机无机复合物包膜的环境友好型缓释肥料。 梁蕊等以丙烯 酸、丙烯酰胺为主要原料,以廉价的、来源丰富的天然矿物资源如凹 凸棒土、高岭土和腐殖酸钠为添加材料,以常用的氮磷钾肥如尿素、 磷酸二氢钾等为肥源,制备了几种既具有吸水保水功能,又具有缓释 功能的多功能肥料。陈剑秋等以海泡石、凹凸棒石、蒙脱石和部分中 和的丙烯酸为主要原料,通过溶液聚合法制备粘土/聚丙烯酸(钾) 复合材料,采用转鼓包衣机制备了几种粘土/聚丙烯酸(钾)包膜肥 料。李曼等以农业生产废弃物玉米的变质陈粮为原料 ,将其与尿素按 4:6比例混合,采用挤压膨化技术工艺制备新型缓释肥料。 5.控释肥料研究展望 尽管国内外在缓释肥的研究上已取得较大进展 ,但仍存在诸多问 题:如价位太高、包膜肥料养分释放的机理、数学模型和释放模型的 研究还不明,养分释放速率与作物养分吸收模式不吻合、肥效缺乏系 统定量的评价等。针对目前存在的问题 ,缓控释肥的研究应放在以下 几个方面: (1) 促进缓控释肥先进制作技术的开发和应用 ,生产价格较低的缓控 释肥; (2) 改进缓控释肥养分释放和供应模式,使其与作物需求同步; (3) 进一步研究养分释放的作用机理和影响养分释放的主要环境因 素; (4) 完善缓控释肥释放行为特征的检测方法,规范缓控释肥生产、 销售 中的质量标准。 [1] 张 浩 , 王正 银 . 缓 释 P 控释 肥料研 究 进展 [J]. 学,2002 , (5) :18~20 黑龙 江 农业 科 [2]陈森森 ,韩效钊 .缓释/ 控释包膜肥料的研究现状与发展 [J]. 安徽化 工,2008,34(4):18-21 [3] 冯 元 琦 . 再 议 缓 释 / 控 释 肥 料 21 世 纪 肥 料 [J]. 磷 肥 与 复 肥,2004,19(6):1-3 [4] 楚 召 . 缓 释 / 控 释 化 肥 的 研 究 现 状 及 进 展 [J]. 磷 肥 与 复 肥,2007,22(2):14-16 [5]樊小林, 刘芳.我国控释肥料研究的现状和展望[J].植物营养与肥料 学报 2009 ,15 (2) : 463 - 473 [6]乌兰,柳明珠.具有吸水保水功能的缓释/控释肥料的研究现状和展 望[J].中国科技论文在线]邹菁.绿色环保型缓释/控释肥料的研究现状及展望 [J].武汉化工学 院学报,2003,25(1) :13-17 [8] 邹洪涛 . 环境友好型包膜缓释肥料研制及其养分控释机理的研究 [D].沈阳:沈阳农业大学,2007 [9]梁蕊.吸水保水缓释肥料的制备及其性能研究[D].兰州:兰州大学, 2007 [10]李曼.具有网架结构的膨化缓释化肥的研究[D].天津:天津理工大 学,2008 [11] 倪傅立 . 环境友好型多功能缓控释肥料的制备及性能研究 [D]. 兰 州:兰州大学,2012 [12]陈剑秋.几种新型缓控释肥工艺及养分释放特征研究[D].泰安:山 东农业大学,2012

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