有机—无机复合材料胶结包膜型缓/控释肥料的研制及评价

【摘要】： 研制性价比优良、制备工艺简单和环境友好的胶结包膜型缓/控释肥料是肥料未来发展的方向之一。本文研制出四种环境友好、具有不同性价比的有机—无机复合材料胶结包膜型缓/控释肥料，并对其性能进行了实验室和植物营养学评价；通过其在不同介质中的淋洗试验，筛选出2种能快速检测肥料养分溶出速率的介质，为缓/控释肥料行业和企业建立快速、统一、完备的检测方法提供新的思路和基础数据。本论文主要研究结果如下： 1有机—无机复合材料胶结包膜型缓/控释肥料的制备与测试 采用化学反应、微乳化和高剪切技术，以水为主要溶剂原料，通过对不同原材料的筛选与配伍，研制出四种环境友好、具有不同性价比的有机—无机复合胶结包膜材料。通过圆盘喷雾造粒技术工艺，研制出四种有机—无机复合材料胶结包膜型缓/控释肥料：丙烯酸酯类复合材料胶结包膜肥料(B2)，废弃PS复合材料胶结包膜肥料(PS)，不饱和聚酯复合材料胶结包膜肥料(F2)，腐殖酸类复合材料胶结包膜肥料(F2F)。通过对其成粒率、抗压强度、耐磨性、吸潮性和成膜性能的测定与分析，其性能优劣依次为B2PSF2F2F。 2不同介质淋洗条件下的肥料养分溶出速率 四种胶结包膜型缓/控释肥料在同一级别粒径砂柱里氮磷钾瞬时溶出率与氮磷钾复合肥处理相比差异显著。四种胶结包膜肥料缓释性能强弱为B2PSF2F2F。同一种胶结包膜型缓/控释肥料在不同粒径砂柱里氮磷钾溶出率曲线形状近似，但溶出率不同。氮素累积溶出率与砂粒径呈显著负相关(r为-0.8630～-0.9717)，钾素相关性不显著。磷素的溶出率随砂粒径变化不显著。氮磷钾三元素累积溶出率相比较为NKP。 四种胶结包膜型缓/控释肥料在同一土壤柱里氮钾素溶出曲线与其在砂柱里的近似，只是溶出时间不同，磷素溶出高峰期比氮钾素延后。B2、PS、F2、F2F之间的差别与其砂柱里的情况相同。同一种胶结包膜型缓/控释肥料在褐土、红壤和黑土土柱中养分溶出速率不尽相同。氮钾素累积溶出率为红壤褐土黑土，磷素为褐土红壤≈黑土。 3筛选出快速检测胶结包膜型缓/控释肥料养分溶出速率的评价介质，并对其建立了预测方程。 氮磷钾在黑土和褐潮土中瞬时溶出率与0.25～1mm砂柱淋洗拟合效果最好(R~2为0.5224**～0.9710**)；红壤与0.16～0.25mm砂柱淋洗拟合效果最好(R~2为0.4502*～0.9720**)，氮和钾的拟合效果优于磷。通过养分在砂柱和土柱中的累积溶出率，建立了养分在土柱中的溶出速率预测方程。 4明确了胶结包膜型缓/控释肥料在不同土壤中养分溶出速率及其对不同土壤速效养分的影响。 B2、PS、F2、F2F氮磷钾溶出速率和土壤速效氮磷钾的变化与等量NPK养分化肥相比差异显著。B2、PS、F2、F2F在同一种土壤中氮磷钾溶出率曲线形状与其在砂柱中的相似，但溶出时间和溶出率不同，肥料氮磷钾素溶出峰值出现时间B2为第50d，PS、F2、F2F为第35d，而等量NPK养分化肥为第2d，缓释效果为B2PSF2F2F。同一种胶结包膜型缓/控释肥料在三种土壤中氮磷钾瞬时溶出率峰值出现时间相同，但峰值前后变化不同。氮素累积溶出率为红壤褐土黑土；钾素变化趋势为黑土褐土红壤，但差异不显著；磷素为红壤黑土褐土，褐土 与黑土差别不显著。 四种胶结包膜肥料在同一种土壤中速效氮和速效磷的变化呈现低—高—低的趋势，峰值比包膜肥料氮素释放峰值出现的时间晚，B2速效氮和速效磷峰值出现时间为第65d，PS、F2和F2F为第50d，总体效果为B2PSF2F2F。同一种胶结包膜肥料在三种土壤里速效氮峰值出现时间一致，红壤速效氮含量上升速度最快，高于褐土和黑土，但峰值低于褐土和黑土，峰值过后，红壤速效氮含量下降的最快，其值也最低。黑土速效氮的变化与红壤相反，褐土介于二者之间。初始速效磷为黑土褐土红壤，峰值为红壤偏高，黑土和褐土不明显，峰值过后，红壤速效磷下降得快，黑土褐土红壤。 5胶结包膜型缓/控释肥料对大田作物的影响及经济效益分析 与等量NPK养分化肥相比，B2、PS、F2、F2F不同程度地提高了作物产量(4.9％～19.84％)和氮磷钾利用率(2.08～24.27个百分点)，减少了硝态氮的淋溶损失(3.98～9.64个百分点)，提高了小麦和玉米的营养品质和加工品质。B2、PS、F2、F2F在褐土土柱中氮磷钾淋失量与其利用率和产量呈显著负相关关系(r为-0.8632～-0.9593)，而氮磷钾利用率与产量呈显著正相关关系(r为+0.9815～+0.9995)，氮磷钾三元素相关程度不同。通过对其经济效益分析，结果为施肥处理比不施肥处理纯收益都增加；B2、PS、F2、F2F纯收益均高于等量NPK养分化肥处理，但增加幅度不同(573～1736元/hm~2)。投入产出比只有B2和PS高于等量NPK养分化肥处理。 综上所述，四种有机—无机复合材料胶结包膜型缓/控释肥料具有不同缓释作用和性价比，可不同程度地提高肥料利用率、增加作物产量、提高品质、减轻环境污染。