一种适用于碱性土壤的增效磷肥及其制备方法与应用与流程

1.本发明属于肥料技术领域，尤其涉及一种适用于碱性土壤的增效磷肥及其制备方法与应用。


背景技术：

2.磷是植物生长发育的必需大量营养元素之一，由于土壤特殊的理化性质及磷酸盐的化学行为，磷进入土壤中迅速被固定，磷肥当季利用率只有10％-25％。农民常常通过大量施磷来保证作物产量，长期施磷导致农田土壤中累积磷量达到较高水平，磷盈余总量约为1035.8万吨，而速效磷平均含量仅为12.89mg/kg，大量施磷易造成水体富营养化。因此，提高磷肥当季利用率是农业资源领域亟需解决的问题。
3.现在市面上在售的化学磷肥主要为传统磷肥，分为水溶性磷肥和枸溶性磷肥。水溶性磷肥主要为磷酸一铵、磷酸二铵、过磷酸钙及重过磷酸钙等，施入土壤中，会迅速被土壤固定，磷肥利用率低；而枸溶性磷肥主要为钙镁磷肥，释放缓慢而有效性低。传统磷肥的缺点为：养分比例固定，难以满足各类土壤和各种作物的需要。
4.近年来，研究人员利用物理活化材料(沸石、粉煤灰、木质素)、化学活化材料(腐殖酸)及生物活化材料(菌根菌剂、磷酸酶)等磷素活化剂作为肥料增效剂，与磷肥结合，形成酸化磷肥和载体磷肥等，可起到缓释和增效的作用。改性膨润土与磷肥/复合肥混合可增强肥料颗粒强度、吸附和缓释hpo
42-和po
43-；将木质素与磷酸二铵按比例复配后得到改性增效磷肥，可将土壤速效磷含量提高10-20％，可使冬小麦和夏玉米分别增产18.5％和14.4％。腐殖酸等高分子有机酸形成腐殖酸磷肥的开发和应用也有报道，腐殖酸可以促进玉米生长，增加玉米干物质量，提高玉米吸磷量。使用各种有机酸作为磷肥的保护剂与活化剂，正受到新一代磷肥开发技术的重视。
5.近年来，研究人员也开发了一些新型增效磷肥，cn112592243a公开了一种提高磷肥利用效率的新型磷肥，将尿素、过磷酸钙与秸秆混合造粒制成提高磷肥利用率的新型磷肥；cn112028690a公开了一种缓释增效磷肥，在磷肥中加入生物降解、螯合及改良土壤结构的原料制成外壳，所述外壳包括壳寡糖、硫磺、柠檬酸和酒石酸；内核包括磷肥、聚谷氨酸、活化腐殖酸、海藻酸和聚丙烯酰胺。cn111004065a公开了一种磷肥增效剂，所述磷肥增效剂包括：腐殖酸、聚谷氨酸、羧甲基壳聚糖、edta螯合微量元素及亚甲基双萘磺酸钠。上述增效磷肥利用了多种物理及化学活化剂进行复配增加作物对磷肥的利用与吸收，但是由于有机酸作为增效剂其施用条件各不相同，且目前为止，未见有适用于碱性土壤及特定作物的新型增效磷肥。
6.因此，研究一种成本低、对环境无污染，适用于区域专用的新型增效磷肥至关重要。


技术实现要素：

7.为解决上述技术问题，本发明提供了一种适用于碱性土壤的增效磷肥及其制备方
法与应用，本发明通过包膜技术将包覆源喷涂在磷肥表面，防止肥料中磷的快速固定，提高作物磷肥利用率，满足碱性土壤中作物生长的要求，促进作物根系生长，提高作物产量。
8.为达到上述技术效果，本发明采用以下技术方案：
9.第一方面，本发明提供了一种适用于碱性土壤的增效磷肥，所述增效磷肥包括磷肥以及包覆于所述磷肥表面的薄膜层，所述薄膜层包括有机酸以及粘结剂。
10.本发明中，利用具有增效作用的包膜液对磷肥进行包覆，可保护磷肥进入土壤中不被碱性土壤中的钙等金属离子快速固定，增加磷肥在土壤中的移动距离，提高了磷肥的利用率，不产生二次污染，满足碱性土壤中作物生长的要求，提高了作物产量。
11.作为本发明优选的技术方案，所述有机酸包括草酸和生化黄腐酸。
12.本发明中，所述草酸和生化黄腐酸的质量比为(1-3)：1，例如可以是1:1、1.4:1、1.8:1、2:1、2.4:1、2.8:1或3:1等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
13.本发明中，选用高分子量有机酸(生化黄腐酸)可与磷竞争性吸附金属离子，减少了磷的固定，还可促进作物根系生长并能提高土壤中有机态磷的活性，增加土壤有效磷的含量；选用低分子量有机酸(草酸)可活化碱性土壤中的累积态磷，提高土壤中有效磷的含量，从而促进作物吸收利用，提高磷肥利用率。
14.作为本发明优选的技术方案，所述粘结剂包括聚乙烯醇和淀粉。
15.本发明中，所述聚乙烯醇和淀粉的质量比为(0.5-1.5)：1，例如可以是0.5:1、0.7:1、0.9:1、12:1、1.1:1、1.3:1或1.5:1等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
16.本发明中，所述粘结剂具有包覆作用。
17.作为本发明优选的技术方案，所述磷肥包括磷酸二铵。
18.优选地，所述磷酸二铵的粒度为2-4mm，例如可以是2mm、2.2mm、2.4mm、2.6mm、2.8mm、3mm、3.2mm、3.4mm、3.6mm、3.8mm或4mm等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
19.作为本发明优选的技术方案，按照重量份计所述增效磷肥的组分包括：磷酸二铵82-96份、草酸1-6份、生化黄腐酸1-3份、聚乙烯醇1-4.5份和淀粉1-4.5份。
20.所述磷酸二铵的重量份为82-96份，例如可以是82份、84份、86份、88份、90份、92份、94份或96份等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
21.所述草酸的重量份为1-6份，例如可以是1份、2份、3份、4份、5份或6份等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
22.所述生化黄腐酸的重量份为1-3份，例如可以是1份、1.2份、1.4份、1.6份、1.8份、2份、2.2份、2.4份、2.6份、2.8份或3份等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
23.所述聚乙烯醇的重量份为1-4.5份，例如可以是1份、1.5份、2份、2.5份、3份、3.5份、4份或4.5份等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
24.所述淀粉的重量份为1-4.5份，例如可以是1份、1.5份、2份、2.5份、3份、3.5份、4份或4.5份等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
25.第二方面，本发明提供了一种第一方面所述的增效磷肥的制备方法，所述制备方
法包括以下步骤：
26.将粘结剂和有机酸混合得到包膜液；
27.将磷肥置于流化床中，使其呈流化状态；
28.将所述包膜液喷涂到磷肥表面，得到所述增效磷肥。
29.本发明中，有机酸与磷肥之间不是简单的复合/复混，而是与粘结剂混合制备成包膜液，喷涂到磷肥表面得到增效磷肥。所述增效磷肥不仅可活化碱性土壤中累积态磷，防止磷肥的快速固定，还可提高作物对磷肥的吸收转化，提高了作物产量。
30.作为本发明优选的技术方案，所述包膜液的制备方法具体包括：将聚乙烯醇和水混合加热溶解，冷却至40-50℃后与淀粉混合均匀，冷却至室温后与有机酸混合均匀，得到所述包膜液。
31.优选地，所述聚乙烯醇和水的质量体积比为50-80g/l，例如可以是50g/l、60g/l、70g/l或80g/l等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
32.作为本发明优选的技术方案，所述加热的温度为90-100℃，例如可以是90℃、92℃、94℃、95℃、96℃、98℃或100℃等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
33.作为本发明优选的技术方案，所述流化床的温度为75-85℃，例如可以是75℃、77℃、79℃、80℃、81℃、83℃或85℃等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
34.第三方面，本发明提供了一种利用第二方面制备的增效磷肥的应用，所述增效磷肥应用于碱性土壤中。
35.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
36.本发明通过包膜技术将具有增效作用的包膜液喷涂在磷肥表面，可保护磷肥进入土壤中不被碱性土壤中的钙等金属离子快速固定，增加磷肥在土壤中的移动距离，还可活化碱性土壤中的累积态磷，提高了土壤中有效磷的含量和作物对磷肥的吸收转化，增加了作物产量。
具体实施方式
37.为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
38.实施例1
39.本实施例提供一种增效磷肥的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：按照100重量份计的增效磷肥，将1.5份聚乙烯醇和水混合在95℃下加热溶解，所述聚乙烯醇和水的质量体积比为65g/l，冷却至45℃后与1.5份淀粉混合均匀，冷却至室温后与2份草酸和1份生化黄腐酸混合均匀，得到包膜液。将94份粒径为3mm的磷酸二铵置于流化床中，使其呈流化状态，所述流化床的温度为80℃，采用二流体喷头，将所述包膜液雾化喷涂到处于流化状态的磷酸二铵表面，冷却后得到所述增效磷肥。
40.实施例2
41.本实施例提供一种增效磷肥的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：按照100重量份计的增效磷肥，将1份聚乙烯醇和水混合在90℃下加热溶解，所述聚乙烯醇和水的质量
体积比为50g/l，冷却至40℃后与1份淀粉混合均匀，冷却至室温后与2份草酸和1份生化黄腐酸混合均匀，得到包膜液。将95份粒径为2mm的磷酸二铵置于流化床中，使其呈流化状态，所述流化床的温度为75℃，采用二流体喷头，将所述包膜液雾化喷涂到处于流化状态的磷酸二铵表面，冷却后得到所述增效磷肥。
42.实施例3
43.本实施例提供一种增效磷肥的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：按照100重量份计的增效磷肥，将4.5份聚乙烯醇和水混合在100℃下加热溶解，所述聚乙烯醇和水的质量体积比为80g/l，冷却至50℃后与4.5份淀粉混合均匀，冷却至室温后与6份草酸和3份生化黄腐酸混合均匀，得到包膜液。将82份粒径为4mm的磷酸二铵置于流化床中，使其呈流化状态，所述流化床的温度为85℃，采用二流体喷头，将所述包膜液雾化喷涂到处于流化状态的磷酸二铵表面，冷却后得到所述增效磷肥。
44.对比例1
45.本对比例提供一种增效磷肥的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：按照100重量份计的增效磷肥，将4份草酸和2份生化黄腐酸混合均匀，得到包膜液，将94份粒径为3mm的磷酸二铵置于流化床中，使其呈流化状态，所述流化床的温度为80℃，采用二流体喷头，将所述包膜液雾化喷涂到处于流化状态的磷酸二铵表面，冷却后得到所述增效磷肥。
46.将实施例1-3和对比例1中制备的增效磷肥应用于小白菜、夏玉米和冬小麦上的肥效效果试验。
47.应用例1
48.试验设计如下：
49.试验品种：小白菜(brassica chinensis l)
50.试验地点：山西省临汾市杨家庄(112
°
58
′
e，37
°
42
′
n)农田，石灰性褐土(0-20cm)
51.试验时间：2019年9月
52.供试肥料：普通磷酸二铵，氮肥，钾肥，实施例1-3和对比例1中的四种增效磷肥。
53.采用盆栽试验进行增效磷肥的肥效验证，设置六组处理，分别为ck1为不施肥处理，eg1为施普通磷酸二铵(100份)处理，eg2为施实施例1得到的增效磷肥处理，eg3为施实施例2得到的增效磷肥处理，eg4为施实施例3得到的增效磷肥处理，eg5为施对比例1得到的增效磷肥处理，各处理重复4次，共24个盆。每盆加入等量氮肥、钾肥，氮肥为尿素(n 46.5％)，n施用量为0.06g/kg干土；钾肥为氯化钾(k2o 60％)，k施用量为0.04g/kg干土，p施入量为0.04g/kg干土。将肥料和土壤充分混匀，按盆栽试验要求进行常规管理，小白菜出苗后，每盆均匀定株至8株。收获后，测定土壤、植株中有效磷含量。结果如表1所示。
54.表1
[0055][0056]
由表1可知，与eg1施用普通磷酸二铵相比，eg2-eg4中施用本发明提供的增效磷肥的小白菜干重增加了4.76-35.65％，小白菜磷吸收量增加了7.29-23.94％，土壤有效磷含量增加了1.77-8.83％，表明施用本发明所述的增效磷肥促进了小白菜的生长，提高了小白菜的磷素利用率，从而促进了小白菜地上部的生物量。
[0057]
与eg2施用实施例1得到的增效磷肥相比，eg5施用的增效磷肥不含有粘结剂，有机酸与磷肥只是简单的复混，导致磷肥进入土壤中被碱性土壤中的钙等金属离子快速固定，磷素利用率下降。
[0058]
应用例2
[0059]
试验设计如下：
[0060]
试验品种：玉米(登海685)；小麦(济麦22)
[0061]
试验地点：河北省曲周
[0062]
试验时间：2020年6月-2021年6月
[0063]
供试肥料：普通磷酸二铵，氮肥，钾肥，实施例1-3和对比例1中的四种增效磷肥
[0064]
在大田中进行增效磷肥的肥效验证，设置七组处理，分别为ck1为不施肥处理，eg1为不施磷肥处理，eg2为施普通磷酸二铵(100份)处理，eg3为施实施例1得到的增效磷肥处理，eg4为施实施例2得到的增效磷肥处理，eg5为施实施例3得到的增效磷肥处理，eg6为施对比例1得到的增效磷肥处理，各处理重复3次，共21个小区。氮肥为尿素(n 46％，减去所用磷酸二铵中氮)，钾肥为硫酸钾(k2o 50％)，采用小麦最优化施肥配方n-p2o
5-k2o＝210-105-60(kg/hm2)，玉米最优化施肥配方n-p2o
5-k2o＝180-60-60(kg/hm2)。冬小麦和夏玉米季播种前将磷肥和钾肥均一次性作为基肥施用，氮肥基肥、追肥比为1:1。其他栽培管理措施，如灌溉、杂草、虫害、病害与当地常规栽培技术一致。结果如表2所示。
[0065]
农学利用率计算公式如式(1)所示：
[0066]
农学利用率＝(施磷肥的产量-不施磷肥的产量)/施磷量
ꢀꢀꢀ
(1)
[0067]
表2
[0068][0069][0070]
由表2可知，与eg2施普通磷酸二铵相比，eg3-eg5中施用本发明提供的增效磷肥的小麦产量增加了5.98-26.02％，磷肥农学利用率提高了0.3-1.3倍；玉米产量增加了0.55-2.45％，磷肥农学利用率提高了0-1倍，表明施用本发明所述的增效磷肥可提高小麦和玉米磷肥农学利用率，从而提高了产量。
[0071]
与eg3施用实施例1得到的增效磷肥相比，eg6施用的增效磷肥不含有粘结剂，有机酸与磷肥只是简单的复混，导致磷肥进入土壤中被碱性土壤中的钙等金属离子快速固定，磷素利用率下降，不能较好的促进小麦和玉米的生长。
[0072]
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。