无机包膜缓控释肥料生产工艺与肥效探讨

于专用控释肥料的养分释放曲线与相应作物的养分吸收曲线应相吻合. 这里 ,把控释肥料看作以控制的方
式缓慢向环境中释放养分的一类肥料[6 ,7] ,因此来自百度文库,这里的控释肥料涵盖有缓释的意义.
2 缓控释肥料的分类
缓控释肥料有多种分类方法 ,依据所含养分不同 ,可分为包含氮磷钾大量元素的单一性 、多元素复合 型缓控释肥料以及包含微量元素等系列 ;按照其释放控制方式可分为扩散型 、侵蚀或化学反应型 、膨胀型 和渗透型 ;但最为普遍的是按照控释肥料的加工工艺分类 ,可分为包膜肥料 (Coated controlled released fertili2 zer ,CCRFs) 和改性肥料 (Modified fertilizers ,MFs) [10] .
谭金芳1 ,介晓磊1 ,化全县1 ,余长坤1 ,王宜伦1 ,马卫东2
(1. 河南农业大学 ,河南 郑州 450002 ;2. 镇平县农技推广中心 ,河南 镇平 474200)
摘要 :对缓/ 控释肥料的定义 、分类 、材料 、工艺和控释性能的评价等方面进行了讨论 ,并综述了缓/ 控释肥料研究与生产的 现状及其发展趋势. 关键词 :无机包膜缓/ 控释肥料 ;生产工艺 ;肥效 中图分类号 :S 14515 文献标识码 :A
物从休眠期转变为生命活动期时的养分吸收也是呈 S 型曲
线[6] ,因此 ,呈 S 型曲线释放的控释肥料是最具有生产潜力
的类型. 有机包膜肥料如 Osmocote ,Nutricote 养分的释
放一般遵循 S 型曲线 ,对于大多数无机包膜肥料的养分释
放为直线或抛物线. 作者 2001 年研究发现 ,用反应性粘结
无机包膜材料有硫磺 、难溶性磷酸盐 、氧化镁 、玻璃化基质 、硅酸盐水泥 、硅镁土 、高岭土 、腐殖酸 、泥煤 等. 它们对土壤不构成危害 ,同时为植物提供多种盐基离子. 无机包膜肥料研制中粘结剂的选择是重要环 节 ,粘结剂不但有粘结作用 ,同时还可能同无机材料发生化学反应 ,即物理性粘结剂和反应性粘结剂. 国内 不少研究单位在努力探索反应性粘结剂这一思路[14] . 作者也正致力于这方面的研究 ,并且发现材料的细 度对于无机包膜肥料的生产至关重要 ,细度增大 ,材料粉粒在肥料表面整齐度增加 ,比表面积减小 ,微孔径 降低. 细度为 60μm 的材料比 120μm 时材料所生产包膜肥料的养分释放时间可提高 10 倍以上. 值得研究 的是 ,随着包膜材料细度的增加 ,微粒的比表面随其急剧增大 ,材料将表现出一些不良性状. 如何降低微粒 的比表面能 ,将无机材料粉粒“改性”,是无机包膜肥料研制中亟待解决的问题.
压力增大 ,如果控释抑制层能够抵抗内部压力 ,养分通过扩散释放 ,即扩散机制 ;否则 ,层面破裂 ,养分立即
释放 ,即损坏机制. 扩散机制是有机包膜肥料的的养分主要释放方式 ;损坏机制是典型无弹性包膜肥料的
养分释放机制.
控释肥料的养分释放曲线呈直线 、抛物线 、S 型曲线.
大田作物对氮磷钾养分的吸收通常呈 S 型曲线 ,多年生植
3. 1 控释肥料的控释材料筛选 包膜肥料所用的包膜材料种类较多 ,有机包膜材料有聚合物 (聚烯烃树脂 、聚乙烯 、聚苯乙烯 、醇酸树
脂等) 、焦油 、橡胶 、乳胶 、石蜡 、沥青 、油类等. 为了便于调节养分的释放速率 ,有机包膜材料中常添加一定 的无机或有机粉末作为开孔剂 ,如高岭土 、硅藻土 、膨润土 、滑石粉 、淀粉 , EVA 等. 有机包膜肥料尤其是树 脂包膜肥料 (如 Osmocote ) 养分的释放主要决定于膜的特性和环境温度的变化 ,受土壤条件如水分含量 、 pH 值 、微生物活性等影响较小 ,因此 ,其释放速率和释放模型可易于人为调控. 所以 ,市场上有机包膜肥料 占居主导地位. 但是 ,有机包膜材料在土壤中很难被分解 ,周期长 ,长期施用难免对土壤结构和理化性质造 成影响.
2003 年 9 月 第 37 卷 第 3 期
河南农业大学学报 Journal of Henan Agricultural University
Sep . 2003 Vol . 37 No. 3
文章编号 :1000 - 2340 (2003) 03 - 0257 - 06
无机包膜缓Π控释肥料生产工艺与肥效探讨
无机包膜肥料根据粘结剂的作用可分为物理粘结型和化学反应型两种. 反应型粘结剂不仅具有粘结 性 ,更重要的是粘结剂和包膜材料之间可发生一定的化学反应 ,在肥料核表面形成纳米级微粒. 河南农业 大学控释肥料课题组主要从事于反应性粘结剂型无机包膜肥料研究 ,已经生产出养分释放 (水浸泡试验 , 室温) 达 20 h 的无机包膜氮肥其所用的包膜材料是两种化工材料的组配 , 这两种材料均与粘结剂发生放
包膜肥料 (CCRFs) 是以颗粒性肥料 (氮或氮磷复合肥等) 为核心 ,表层涂覆一层或多层低水溶性或微 溶性的无机物质或有机聚合物[11 ,12] . 由于氮肥的问题特别突出 ,因此包膜肥料以包膜氮肥为主. 包膜肥料 以包膜材料不同可分为有机包膜肥料 (Organic CCRFs) 和无机包膜肥料 ( Inorganic CCRFs) 两种类型. 有机包 膜肥料是以高分子有机材料如树脂等熔融或溶解通过流化床等设备喷涂肥料颗粒表面形成封闭型包膜. 无机包膜肥料是指通过粘结剂的作用将无机包膜材料 (如钙镁磷肥 、磷矿粉 、粘土 、氧化镁等) 附于肥料颗 粒上.
效的肥料[7 ,8] . 这两种定义是从缓释的角度定义了控释肥料. 樊小林认为控释肥料是能依据作物营养阶段
性 、连续性等营养特性 ,有效控制氮磷钾及必要的微量元素等养分供应强度与容量 ,使促释和缓释协调能
达到供肥缓急相济效果的长效高效植物营养复合体[9] .
作者认为 ,控释肥料应该是一种技术含量高 、施用方便 、绿色环保 ,在养分种类 、形态和数量上能动态
随着“优质 、高产 、高效”现代持续农业的发展 ,如何充分发挥化肥的作用 ,是现代农业持续发展需要解 决的最突出的问题之一[1] . 然而 ,目前中国化肥利用率较低 ,氮肥利用率为 30 %～35 % ,磷肥利用率为 10 %～25 % ,钾肥利用率为 35 %～50 %[2] ,远低于世界平均水平. 多年来人们致力于提高肥料利用率的研 究 ,提出了许多有效的方法和途径 ,如氮肥深施 、磷钾肥穴施和以水带肥 ,筛选养分高效基因型作物品种 等[3～5] . 而以高新技术为载体的控释肥料 (Controlled release fertilizers ,CRFs) 为提高肥料利用率提出了新的 思路和途径. 其中包膜肥料是一种重要的控释肥料 ,现阶段关于有机包膜肥料的研究较为系统 ,而无机包 被肥料的报道较少 ,作者的目的在于对无机包被肥料的生产工艺和肥效进行探讨.
1 缓控释肥料的基本内涵和控释机理
1. 1 缓释肥料与控释肥料的基本内涵 缓释肥料 (Slow release fertilizer ,SRF) 是指肥料施入土壤后转变为植物有效态养分的释放速率比速溶
性肥料小 ;控释肥料 (CRF) 是指以各种调控机制使养分释放按照设定的释放模式与作物吸收养分的规律 相一致[6] ,释放的核心内容不仅指肥料的释放期 ,更着重强调肥料中养分的释放速率与作物需肥规律相一 致[7] . 联合国工业发展组织 (UNIDO) 委托国际肥料开发中心 ( IFDC) 编写的《化肥手册》中将控释肥料定义 为 “: 将能够在整个生长季节 ,甚至几个生长季节慢慢的释放植物营养元素的肥料”. 美国作物营养检察官
Abstract : This paper discussed the definition ,classification ,material ,technological process and the evaluation of re2 lease characteristics of Controlled Release Fertilizers(CRFs) . The status and development trend of CRFs’research and production was summarized ,too. Key words :inorganic coated controlled release fertilizer ;technological process ;fertilizer effect
cultivation experiment
或控制释放的释放率和释放时间的研究中 ,提出了作为缓释肥和控释肥应具备的几个具体标准 ,目前 ,大
多数研究单位将其作为评价控释肥料的基本标准. 即在温度 25 ℃时 , (1) 肥料中的有效养分在 24 h 内的释
放率不大于 15 % ; (2) 在 28 d 内的养分释放率不超过 75 % ; (3) 在规定时间内 ,养分释放率不低于 75 %. 对
剂制造的无机包膜氮肥 ( Inorganic coated nitrogen fertilizer ,
ICN) 的养分释放 (培养试验) 也可呈 S 型曲线 (图 1) . 1. 3 控释肥料的基本控释标准
1997 年 TRENKEL 在总结有关缓释和控释肥养分缓慢
图 1 无机包膜氮肥培养试验氮素累积溶出率 Fig. 1 The N accumulation rate of the INC in
地满足作物养分需求的智能肥料. 即通过物理 、化学或生物技术生产出一种能依据作物需肥规律与土壤理
化特性使肥料养分的释放与作物需肥时期和数量基本相吻合的有机无机复合体. 这里不仅描述了控释肥
料养分释放特征 ,更突出了释放养分与作物需肥相一致的内在实质.
1. 2 控释肥料的控释机理
控释肥料的释放过程中首先是水蒸汽透过控释抑制层在肥料颗粒表面凝结 ,促使肥料溶解 ,致使内部
收稿日期 :2003 - 02 - 23 基金项目 :河南省重点科技攻关项目 (30219) 作者简介 :谭金芳 (1958 - ) ,男 ,河南内乡人 ,河南农业大学教授 ,从事作物营养与施肥研究 1
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河 南 农 业 大 学 学 报
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协会 (AAPFCO) 对控释肥料的定义为 :所含养分在施肥后能延缓被作物吸收与利用且比速效肥具有更长肥
Studies on the technological process and effects of the inorganic coated slowΠcontrolled release fertilizer
TAN Jin2fang1 ,J IE Xiao2lei1 ,HUA Quan2xian1 , YU Chang2kun1 ,WANG Yi2lun1 ,MA Wei2dong2 (11Henan Agricultural University ,Zhengzhou 450002 ,China ;21Agricultural Technology Popularization Center of Zhenping County ,Zhenping 474200 ,China)
无机包膜肥料与有机包膜肥料不同 ,其表面是固体粉粒堆积形成 ,比表面积远大于有机包膜肥料. 另 外 ,作者在研究中发现无机包膜肥料的制造过程中会出现微孔 ,严重影响养分的控制释放. 结合有机包膜 肥料的制造技术 ,在无机包膜肥料表面喷涂高分子聚合物改善其表面特征或者是镶嵌于微孔处 ,效果很 好 ,聚合物硫包尿素就是明显的一例. 作者对材料细度为 60μm 的无机包膜肥料以一定比例的某种降解材 料溶液包覆 ,其养分释放时间延长 4～5 倍. 3. 2 缓控释肥料的加工工艺
第3期
谭金芳等 :无机包膜缓Π控释肥料生产工艺与肥效探讨
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热性的化学反应 ,且它们与粘结剂反应的标准生成焓 △HΦ 右下的绝对值均在 3 000 kJ 以上 ,以自身内能 使水分蒸发 、干燥 、固化. 同时 ,选用调理剂 Wi 吸附剩余的粘结剂[13] .
3 缓控释肥料的生产工艺与应用效果