腐植酸复混肥的生产工艺与技术及工艺流程图修订稿

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腐植酸复混肥的生产工艺与技术

随着腐植酸机理研究的不断深化, 我国腐植酸肥料的研制开发及其在农业上的应用有了新的进展。现从腐植酸复混肥的性能、作用、机理、生产工艺特点及农田效果等方面进行探讨与分析, 以推动腐植酸复混肥料在农业上的迅速推广应用。

1 腐植酸的性能

腐植酸是一种化学结构相当复杂的胶体无定型高分子有机化合物, 它是由几个相似的结构单元所形成的大分子复合体, 每个单元又以芳香族聚合物为核, 在核的外面带有羧基、酚羟基、羰基、甲氧基等活性基团。这些活性基团使腐植酸具有酸性、亲水性、较强的离子交换能力和吸附能力, 能与 K +、Na+、Ca2+、 M g2+、Fe3+、Al3+和 NH4 +形成腐植酸盐, 并能与某些金属离子生成络合物或螯合物。腐植酸由很多极小的球形微粒积聚而成, 内表面大, 其阳离子交换量比矿质胶体大 10～20 倍。

腐植酸可与碱成盐, 其 1 价盐如 NH4 +、Na+、K +盐为水溶性, 2 价盐如 Ca2+、Mg 2+盐和 3 价盐如 Fe3+、Al3+盐均不溶于水。

腐植酸具有胶体性质, 在水溶液中呈现出疏松的结构, 加入电解质后会破坏腐植酸胶体溶液的稳定性, 使其凝聚成絮状沉淀。腐植酸的热稳定性差, 在高温下很容易脱羧基、酚羟基而发生裂解, 以致失去原有的活性。

腐植酸具有良好的生理活性, 其分子中所含的多酚基结构参与了植物体内的氧化还原过程, 有活化生物体内多种酶的活性, 促进细胞分裂, 加速作物生长点分化及增强根系发育, 刺激作物生长的作用。它还能抑制土壤中脲酶和硝化菌的活性, 增强作物对养分的吸收, 提高化肥利用率。

腐植酸存在于泥炭、褐煤和风化煤中, 其总含量一般为 30% ～50% 。目前统称的腐植酸由胡敏酸( 黑腐酸和棕腐酸) 和富里酸组成, 富里酸又称黄腐酸, 含量少。由于原生植物、地质年代所经历的变化和环境不同, 其腐植酸含量、成分、结构有很大差异, 直接影响到腐植酸产品的质量和应用效果。一般来讲, 活性基团的含量越高, 调剂肥料中养分释放和供给能力越强。

腐植酸在农业上的应用, 则表现出具有 5 大作用, 即: 改良土壤; 增强化肥效能; 刺激作物生长; 改善作物品质; 增强作物抗逆能力。

我国蕴藏着上千亿吨的腐植酸资源, 为发展腐植酸复混肥提供了可靠的物质基础。

2 腐植酸对氮肥分解的抑制机理

2·1腐植酸的脲酶抑制和硝化抑制机理

多元复混肥, 其氮源多采用尿素为原料。

( 1) 酰胺水解作用

尿素进入土壤后, 在土壤脲酶作用下, 很快发生水解而生成氨。水解后的氨, 一方面与土壤中的水发生水合反应而形成 NH4 + , 使其

存在于土壤中供作物吸收利用; 另一方面可进入大气而损失。其化学反应过程为：

山西农大陆欣等人研究结果表明, 腐植酸对土壤脲酶活性具有抑制作用, 可维持在 100 天左右。腐植酸在作物生长前期能很好地抑制尿素的水解, 极大减少氮素的挥发及淋溶损失; 在作物生长中、后期, 随着腐植酸的消耗, 又能够逐渐减弱其抑制作用, 以适应作物发育旺盛时期对氮素的大量需求。

( 2) 硝化作用与反硝化作用

尿素施入土壤后经水解和水合作用生成的NH4 +，在土壤亚硝化细菌的作用下，被氧化成NO2-，又在销化细菌的作用下，被进一步氧化成NO3-。其化学反应式为:

NO3-是作物可吸收利用的氮, 但是, NO3-易于移动, 可被淋溶而进入地下水, 污染水质。NO3-在嫌气条件下, 经反硝化作用被还原成N2 O与N2, 形成气态损失, 造成大气污染。其途径主要为: NO3-—NO2-—NO—N2O—N2。反硝化作用主要是一种氮素损失过程, 而且其气态中间产物均可产生一定程度的大气污染。

山西煤化所成绍鑫等人研究结果表明, 腐植酸对硝化细菌活性有抑制作用。经试验研究, 在尿素中添加 2% ～20% 的腐植酸物质, 在

土壤中保持 35 天内,总抑制率达 69. 3% 。62 天后含腐植酸的尿素比普通尿素在土壤中多保留 42% ～50% 的氮。

2·2 腐植酸的氨稳定机理

腐植酸具有很大的内表面积和较强的吸附能力。当尿素被水解成 NH3和NH3经水合成NH4+时, 很快被腐植酸吸附, 并与其发生氨化反应生成较稳定的腐植酸铵盐, 一方面减少了氨的挥发损失, 一方面为作物吸收提供了NH4+源, 故腐植酸具有氨稳定的作用。其化学反应式为:

式中R-COOH 代表含有 1 个羧基的腐植酸( HA) , 以下同。

3 腐植酸在复混肥生产中的化学反应

3·1腐植酸与氮肥的反应

( 1) 与碳酸氢铵或氨水的反应

腐植酸不溶于水, 经与碳酸氢铵或氨水氨化后,可生成溶于水的腐植酸铵, 该反应在常温下即可缓慢发生。它易被作物吸收利用, 而且可减少碳酸氢铵或氨水分解造成的氨挥发损失。

( 2) 与尿素的反应

该反应生成的水溶性腐植酸尿素复合物是一种长效缓释肥料。经试验研究得知, 腐植酸与尿素在物料干燥和常温下不发生化学反应。当物料含有水分时, 随着温度的升高, 化学反应缓慢发生; 当温度

达100℃以上时, 反应加快, 并随着水分增加而反应增快。该化学反应的结果, 使尿素与腐植酸的混合物料性状由干散变成了湿润, 甚至成稠糊状。

3·2 腐植酸与磷肥的反应

( 1) 与过磷酸钙或重钙中游离酸的反应

式中 Me代表Ca、Mg离子。该反应使水溶性磷被固定，变成枸溶性磷酸盐（MeHPO4）。

（2）与磷酸盐的反应

这些反应表明, 腐植酸对土壤中潜在的磷源有着活化作用, 能使难溶性磷转化成可被作物吸收的有效磷。

3·3 腐植酸与钾肥的反应

与氯化钾或硫酸钾的反应

腐植酸钾为胶体化合物, 在土壤中不易随水流失, 而氯化钾、硫酸钾在土壤中则易随水流失。

3·4 腐植酸与微肥的反应

如与锌肥的反应

4 腐植酸复混肥生产的工艺技术