控释肥专业知识普及 缓控释肥料学问这么大?看完才知道

2019-10-10 - 控释肥

无机物包膜肥的材料包括沸石、硅藻土、硫磺、石膏、金属磷酸盐、硅粉等,以硫磺包膜材料的研究最多。这些无机材料成本较低,同时能为植物提供多种盐基离子,具有一定的缓释效果,不会对土壤构成危害;但无机物包膜肥弹性差、易脆,不能实现对养分的控制释放。养分的控释通过调节包膜的厚度和封面剂(石蜡)的用量来实现。

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有机聚合物包膜材料来源可以分为3类:一是天然高分子,包括天然橡胶、阿拉伯胶、明胶、海藻酸钠、纤维素、木质素、淀粉等。这类材料虽然来源广、无毒、稳定、成膜性好、价廉易得,但易被生物降解,控释效果较差,一般要经过改性才能作为控释肥的包膜材料。

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二是合成高分子类材料,包括热塑性聚烯烃类,如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、聚丙烯酞胺,以及热固性树脂(如脲醛树脂)等,这类材料的特点是包膜厚度可以控制,对土壤条件敏感度低,养分扩散速率由聚合物的化学性质控制,从而实现对养分的控释。

这类包膜由于弹性好,更适合机械化施肥。三是半合成高分子,这类材料是指天然高分子经过改性后形成的一类高分子化合物,以纤维素的衍生物为主,如甲基纤维素钠和乙基纤维素,其茹度大、成膜性良好、易水解。

三大阶段,实现历史性发展

缓控释肥是我国化肥行业转型升级的主攻方向之一。我国缓控释肥料发展经历了3个阶段:

探索阶段

该阶段是指20世纪60年代至“九五”计划以前。20世纪60—70年代,中国科学院南京土壤研究所李庆逵院士主持了“钙镁磷肥包裹碳酸氢铵的无机包裹型肥料”的研究。1973年,辽宁盘锦农科所研制出沥青石蜡包膜碳铵。1985年,郑州大学工学院利用钙镁磷肥包裹尿素,以枸溶性磷包裹复混肥粒,制得无机包裹型肥料。

研究普及阶段

20世纪90年代至2006年,北京市农林科学院、山东农业大学、中国农业大学、华南农业大学、中国科学院南京土壤研究所、中科院沈阳应用生态研究所、中国农业科学院等多所高校和科研院所的科技工作者相继承担了国家和地方的缓控释肥料研制课题,取得了一系列研究成果。

关键技术集成与产业化阶段

2006年至今,在“十一五”国家科技支撑计划项目“新型高效肥料创制”资助下,我国系统开展了控释包膜技术研究和树脂包膜控释肥料关键技术集成及产业化工作。“十二五”国家科技支撑计划期间,我国实现了缓控释肥关键共性技术提升,系统开展了产业化技术集成与示范,为我国缓控释肥料规模化推广应用奠定了基础。

“十二五”结束时,我国缓控释肥和稳定性肥料取得了重大进展,热塑性树脂包膜和稳定性尿素等产业化关键技术已达到国际先进水平,且生产成本较国外同类产品大幅降低。

目前,缓控释肥料已由单纯研究转向大规模产业化应用。控释肥料国际标准和脲醛缓释肥料国际标准已于2016年、2017年分别颁布,其实施有利于国内外缓控释肥产业良性发展。我国在缓控释/稳定性肥料产业技术研究领域已申请相关专利1287件,其技术途径分为:有机高分子控释材料包膜技术、无机类矿物材料(如硫磺)包膜技术、脲醛类微溶有机氮化合物合成技术、脲醛类缓释粘合剂、脲酶抑制剂和硝化抑制剂配伍技术、稳定性复混肥料和铵基氮肥等。

未来发展方向:功能化和专用化

虽然我国从事缓控释肥料的研发机构和申请专利相对较多,但行业市场尚不成熟,产业还受多种因素制约。目前存在包膜成本高、养分控释/抑制性能不稳定以及自动化、清洁化生产工艺技术落后等问题。缓控释肥在大规模产业化的同时,存在产品功能相对单一、提质增值技术缺失,难以克服农业生产中因低温、高温、干旱、盐碱等因素导致的肥料利用低下和作物生理性障碍等问题。

未来,功能化和专用化是新型缓控释肥料的发展方向。针对以上问题,可以采用以下解决方案:

一是创制高性能包膜材料。研制生物基、水基、纳米复合、聚醚类、聚氨酯等包膜缓控释肥新产品,研究功能性物质配伍技术,开发具备促生、保水、抗逆、减缓土壤酸化和次生盐化功能的缓控释肥料,研制适合不同区域、作物的系列缓控释肥料。

二是以缓控释肥料作为载体,添加生物刺激素,如海藻提取物、微生物菌及衍生物、腐植酸、黄腐酸、氨基酸小肽、壳聚糖、海洋生物多糖等,提高作物抗性,调节作物生长。

三是研究缓控释肥的机械化、轻简化施肥技术,研发规模化、连续化、自动化工艺及装备。

四是在不同土壤条件和作物体系中,评价肥料施用对作物产量和品质、养分利用率、土壤肥力的影响和环境效应,建立示范基地,开展农技培训,实现规模化田间应用。

本文作者:山东农业大学 张民 刘之广 孙玲丽

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