一种含硝化抑制剂的泡腾片及制备方法

1.本发明属于硝化抑制剂制剂技术领域，尤其涉及一种含硝化抑制剂的泡腾片及制备方法。


背景技术：

2.化学氮肥的大量生产和施用显著提高了作物产量，但过量以及不合理的氮肥管理，导致了众多的环境问题，从而进一步损害了生态系统的服务功能，并对人类的健康造成威胁。如农田体系氮肥的施用会导致土壤no
3-的累积，而no
3-在土壤中极易随水淋洗到土壤下层，进入到地下水导致地下水硝酸盐含量过高威胁人类健康，目前已明确农田过量施用氮肥是导致地下水污染的主要贡献源。温室气体n2o的主要排放源也是农业源氮肥施用。
3.减少这些氮损失的方法之一是在肥料中添加硝化抑制剂来增加肥料利用率。研究表明，硝化抑制剂由于可抑制土壤中硝化细菌活性，减少铵态氮向硝态氮的转化，可有效抑制温室气体n2o排放和硝酸盐的洗损失。其中3，4-二甲基吡唑磷酸盐(dmpp)已被广泛的毒理学测试及大田试验证实，是一个高效、绿色的硝化抑制剂。
4.现在硝化抑制剂的主要应用形式有以下几种：第一，是在肥料生产的过程中作为生产原料加入；第二，施肥前在田间与肥料混合施用。其中，如果是在肥料生产中加入，则农户难以根据自身情况调整硝化抑制剂用量；而如果在田间混合施用，硝化抑制剂的推荐用量为氮肥中酰胺态氮与铵态氮总量的0.8％～1.6％，施用量较少施用原药难以保证混合均匀，因此也有很多人提出使用硝化抑制剂制备的液体制剂进行添加，例如wo2020109044a1专利中提出制备用于滴灌体系添加的硝化抑制剂液体制剂。但是液体制剂中多含有有机溶剂，环境风险未知，对生产和运输有较严格的要求。泡腾片剂作为一种可精准计量用量的固体片剂，在使用过程中有利于小剂量药物的计量与添加。同时，由于泡腾片剂中含有崩解组分，更有利于简化施用程序，提高功效，并在农业上得到了一定认可，例如已授权专利cn112189676b，研制了一种防治水稻纹枯病的泡腾片。
5.但是，现在尚未有研究硝化抑制剂泡腾片的报道，在一定程度上属于空白。同时对硝化抑制剂dmpp的研究中发现，造成dmpp农业应用不稳定的最可能的原因是dmpp自身结构不稳定，使其在复杂环境下容易降解进而降低作用效果，比如研究表明，dmpp的降解可能受到环境ph值、金属离子种类与浓度等。由于泡腾片的原料可能涉及润湿剂、分散剂、崩解剂、粘结剂等多组分，将硝化抑制剂dmpp制备成泡腾片是否会导致dmpp降解，减弱dmpp作用效果尚且处于未知。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种含硝化抑制剂的稳定性泡腾片及其制备方法，将硝化抑制剂dmpp制成泡腾片剂，填补了市场空白。
7.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
8.第一方面，本发明保护一种含硝化抑制剂的泡腾片，其由包括下述重量份的原料
制成：硝化抑制剂3，4-二甲基吡唑磷酸盐30～50份、酸源15～30份、碱源25～40份和粘结剂1～4份。
9.优选地，其由包括下述重量份的原料制成：硝化抑制剂3，4-二甲基吡唑磷酸盐30～50份、酸源15～30份、碱源25～40份和粘结剂1～4份。例如，其由包括下述重量份的原料制成：硝化抑制剂3，4-二甲基吡唑磷酸盐39份、酸源15～30份、碱源25～40份和粘结剂1～4份。
10.更优选地，其由包括下述重量份的原料制成：硝化抑制剂3，4-二甲基吡唑磷酸盐30～50份、酸源25～30份、碱源25～30份和粘结剂1～4份。例如，其由包括下述重量份的原料制成：硝化抑制剂3，4-二甲基吡唑磷酸盐39份、酸源25～30份、碱源25～30份和粘结剂1～4份。
11.进一步优选地，其由包括下述重量份的原料制成：硝化抑制剂3，4-二甲基吡唑磷酸盐30～50份、酸源30份、碱源25份和粘结剂1～4份。例如，其由包括下述重量份的原料制成：硝化抑制剂3，4-二甲基吡唑磷酸盐39份、酸源30份、碱源25份和粘结剂1～4份。
12.作为实例，以重量份数计，所述含硝化抑制剂的泡腾片由下述原料制成：硝化抑制剂3，4-二甲基吡唑磷酸盐39份、酸源30份、碱源25份和粘结剂2份。
13.上述的含硝化抑制剂的泡腾片中，所述酸源可为任意能够提供酸性条件的无机酸或有机酸，如柠檬酸、富马酸、苹果酸、己二酸等，优选为一水合柠檬酸。
14.上述的含硝化抑制剂的泡腾片中，所述碱源可为任意能够提供碱性条件的无机碱或有机碱，如碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸钙等，优选为碳酸氢钠。
15.上述的含硝化抑制剂的泡腾片中，所述润滑剂可采用泡腾片剂中常用的任意润滑剂，如聚乙二醇400、聚乙二醇6000、十二烷基硫酸钠、硬脂酸镁等，优选为peg 6000(聚乙二醇6000)。
16.上述的含硝化抑制剂的泡腾片中，所述粘结剂可采用泡腾片剂中常用的任意粘结剂，如聚乙烯吡咯烷酮、淀粉、糊精等；
17.作为实例，所述聚乙烯吡咯烷酮为k30，以质量百分含量为30％的聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液的形式添加。
18.优选地，所述含硝化抑制剂的泡腾片由下述重量份的原料制成：硝化抑制剂3，4-二甲基吡唑磷酸盐30～50份、酸源15～30份、碱源25～40份、润滑剂3～8份和粘结剂1～4份。例如，所述含硝化抑制剂的泡腾片由下述重量份的原料制成：硝化抑制剂3，4-二甲基吡唑磷酸盐39份、酸源15～30份、碱源25～40份、润滑剂3～8份和粘结剂1～4份。
19.更优选地，所述含硝化抑制剂的泡腾片由下述重量份的原料制成：硝化抑制剂3，4-二甲基吡唑磷酸盐30～50份、酸源25～30份、碱源25～30份、润滑剂3～8份和粘结剂1～4份。例如，所述含硝化抑制剂的泡腾片由下述重量份的原料制成：硝化抑制剂3，4-二甲基吡唑磷酸盐39份、酸源25～30份、碱源25～30份、润滑剂3～8份和粘结剂1～4份。
20.进一步优选地，所述含硝化抑制剂的泡腾片由下述重量份的原料制成：硝化抑制剂3，4-二甲基吡唑磷酸盐30～50份、酸源30份、碱源25份、润滑剂3～8份和粘结剂1～4份。例如，所述含硝化抑制剂的泡腾片由下述重量份的原料制成：硝化抑制剂3，4-二甲基吡唑磷酸盐39份、酸源30份、碱源25份、润滑剂3～8份和粘结剂1～4份。
21.作为实例，所述含硝化抑制剂的泡腾片由下述重量份的原料制成：硝化抑制剂3，
4-二甲基吡唑磷酸盐39份、酸源30份、碱源25份、润滑剂4份、粘结剂2份。
22.第二方面，本发明保护一种上述任一项所述的含硝化抑制剂的泡腾片的制备方法，包括如下步骤：
23.1)将所述酸源与所述硝化抑制剂搅拌、研磨至混合均匀；
24.2)在步骤1)得到的混合物中加入所粘结剂进行制粒，然后进行干燥处理并筛分；
25.3)将步骤2)得到的颗粒与经干燥处理的所述碱源混合；
26.4)将步骤3)得到的混合物进行压片，得到所述含硝化抑制剂的泡腾片。
27.上述的制备方法，步骤1)中，所述搅拌、研磨在空气湿度低于20％的环境下进行；
28.步骤2)中，所述干燥处理为干燥至含水率≤3％；所述筛分为过20目～40目筛，如20目筛；
29.步骤3)中，所述干燥处理为干燥至含水率≤3％；
30.步骤3)中，所述润滑剂经干燥处理后和所述碱源一同与步骤2)得到的颗粒混合；所述润滑剂的干燥处理为干燥至含水率≤3％。
31.第四方面，本发明保护一种氮肥施用方法，包括如下步骤：将上述任一项所述的含硝化抑制剂的泡腾片溶于水后加入氮肥制成混合溶液，滴灌至土壤中。
32.上述的处理方法中，所述的含硝化抑制剂的泡腾片的施用量可折合为纯氮含量的2％～4％，具体可为2.5％；
33.所述氮肥的施用量可为0.05～0.15g n/kg土，具体可为0.1g n/kg土。
34.上述的方法中，所述氮肥的添加方式可为直接添加固体肥料，也可为通过任何形式添加肥料溶液(如通过肥料注射管注射肥料溶液)。
35.本发明具有如下有益效果：
36.(1)本发明将硝化抑制剂dmpp制成泡腾片剂，填补了市场上无硝化抑制剂泡腾片的技术不足，具有极大的应用价值，同时保证拥有硝化抑制活性的主要成分dmpp在制备成泡腾片剂后，有效成分不降解、作用效果不下降。
37.(2)本发明dmpp泡腾片剂原料体系中，硝化抑制剂含量与流动性和吸湿性有关，硝化抑制剂含量在本发明范围内时，才能保证原料体系具有最佳的流动性和吸湿性，保证后续的工业化生产。
38.(3)本发明dmpp泡腾片剂原料体系中，酸源和碱源对硝化抑制剂稳定性起着重要的影响，酸源、碱源配比不当会导致制成的dmpp泡腾片中dmpp快速分解，只有在本发明上述范围时，才能获得最佳的硝化抑制剂稳定性。
39.(4)本发明dmpp泡腾片在应用时与含多种营养元素的肥料混合施用，酸源碱源选择不当将导致与中肥料中的微量元素产生沉淀，例如钙镁肥复混时，将产生小量絮状沉淀，阻塞滴灌喷头。研究表明，当酸源选用一水合柠檬酸、碱源选择碳酸氢钠，酸源碱源与dmpp结合后不会产生沉淀，且与含氯化钙、硫酸镁的中微量元素肥不产生絮状沉淀。
40.(5)本发明dmpp泡腾片剂原料体系中，选用peg6000作为润滑剂可以保证泡腾片具有最佳的稳定性，且可解决泡腾片在制片过程中因脱模困难造成的设备磨损。
具体实施方式
41.下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐
明本发明，而不是为了限制本发明的范围。以下提供的实施例可作为本技术领域普通技术人员进行进一步改进的指南，并不以任何方式构成对本发明的限制。
42.下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。所述百分比如无特殊说明均为质量百分比。
43.实施例1、制备含硝化抑制剂的泡腾片
44.一、原料组成
45.3，4-二甲基吡唑磷酸盐(硝化抑制剂)39份、一水合柠檬酸(酸源)30份、碳酸氢钠(碱源)25份、peg 6000(润滑剂)4份、30％聚乙烯吡咯烷酮k30的乙醇溶液(粘结剂)2份。
46.二、制备工艺
47.按照如下步骤制备含硝化抑制剂的泡腾片：
48.1)按上述比例取酸源与硝化抑制剂，在空气湿度低于20％的环境下搅拌、研磨至混合均匀；
49.2)在步骤1)得到的混合物中加入所有粘结剂组分进行制粒，然后进行干燥处理至含水率小于3％并过20目筛筛分；
50.3)将步骤2)得到的颗粒和均干燥处理至含水率小于3％的碱源和润滑剂按比例混合；
51.4)将步骤3)得到的混合物按规格进行压片，即得含硝化抑制剂的泡腾片，记为处理1。
52.对比例1
53.按照实施例1中的原料组成制备含硝化抑制剂的泡腾片，仅将制备工艺调整至如下步骤：
54.1)按比例取酸源、碱源与硝化抑制剂，在空气湿度低于20％的环境下搅拌、研磨至混合均匀；
55.2)在步骤1)得到的混合物中加入所有粘结剂组分进行制粒，然后进行干燥处理至含水率小于3％；
56.3)将步骤2)干燥后的混合物与所有润滑剂混合后按规格进行压片，即得作为对照处理的泡腾片，记为对照1。
57.对比例2
58.按照实施例1中的原料组成但不添加粘结剂，制备含硝化抑制剂的泡腾片，仅将制备工艺调整至如下步骤：
59.1)按比例取酸源、碱源与硝化抑制剂，在空气湿度低于20％的环境下搅拌、研磨至混合均匀；
60.2)将步骤1)得到的混合物与所有润滑剂混合后，直接压片，即得对照处理的泡腾片，记为对照2。
61.对比例3
62.按照实施例1中的原料组成但不添加粘结剂，制备含硝化抑制剂的泡腾片，仅将制备工艺调整至如下步骤：
63.1)按比例取酸源、碱源与硝化抑制剂，在空气湿度低于20％的环境下搅拌、研磨至混合均匀，并干燥处理至含水率小于3％；
64.2)将步骤1)干燥后的混合物与所有润滑剂混合后直接压片，即得对照处理的泡腾片，记为对照3。
65.将实施例1和对比例1-3不同工艺制备的泡腾片于20℃恒温培养箱中储存，定期使用液相色谱法测定dmpp含量。实验结果见表1。所有处理的dmpp泡腾片中dmpp初始含量均为39％。
66.泡腾片中dmpp含量根据农业行业标准ny/t3423-2019测定方法进行略微修改后进行。根据专利的配方用量制备1g-4g重量的泡腾片样品，将试样于200ml水中崩解，室温180r/min震荡30min，定容至500ml，过0.45μm滤膜待测。将试样溶液或稀释液与dmpp系列标准溶液在相同条件下测定，在标准曲线上查出相应的质量浓度(mg/l)。标准系列溶液质量浓度为：0mg/l、20mg/l、50mg/l、100mg/l、200mg/l、300mg/l。
67.色谱柱：c
18
，5μm，150mm
×
4.6mm
68.流动相：1.38g一水合磷酸二氢钠溶解于1l水中，加入175ml乙腈，脱气；
69.流速：1.5ml/min
70.柱温：室温
71.进样量：10μl
72.检测波长：224nm
73.泡腾片中dmpp含量以质量分数ω计：
[0074][0075]
ρ：标准曲线查出的试样dmpp质量浓度(mg/l)
[0076]
v：试样溶液总体积(ml)
[0077]
d：测定时的稀释倍数
[0078]
m：泡腾片总重量(g)
[0079]
表1不同工艺制备的dmpp泡腾片中dmpp含量随储存时间的变化
[0080][0081]
如表1所示，不同工艺制备的dmpp泡腾片，将严重影响长期储存过程中dmpp泡腾片中的dmpp含量，其中，实施例1工艺制备方案70d储存后，dmpp损失率仅为2.92％，但其它处理的dmpp损失率在6.91％～15.8％，其中对照3因在储存第46d时，损失率即达到15.6％，因此未进行储存第70d的含量测定。
[0082]
实施例2
[0083]
按照实施例1中的步骤制备dmpp泡腾片，仅将原料组成调整如下：
[0084]
3，4-二甲基吡唑磷酸盐(硝化抑制剂)39份、一水合柠檬酸(酸源)25份、碳酸氢钠(碱源)30份、peg 6000(润滑剂)4份、30％聚乙烯吡咯烷酮k30的乙醇溶液(粘结剂)2份。
[0085]
所制备得到的泡腾片，记为处理2。
[0086]
实施例3
[0087]
按照实施例1中的步骤制备dmpp泡腾片，仅将原料组成调整如下：
[0088]
3，4-二甲基吡唑磷酸盐(硝化抑制剂)39份、一水合柠檬酸(酸源)15份、碳酸氢钠(碱源)40份、peg 6000(润滑剂)4份、30％聚乙烯吡咯烷酮k30的乙醇溶液(粘结剂)2份。
[0089]
所制备得到的泡腾片，记为处理3。
[0090]
同样，将实施例2和实施例3不同原料组成制备的泡腾片于20℃恒温培养箱中储存，定期使用液相色谱法测定dmpp含量。实验结果见表2(dmpp损失率＝ω
0-ωi，ω0为泡腾片中dmpp初始含量，ωi为第i次取样测定的泡腾片中dmpp含量。所有处理的dmpp泡腾片中dmpp初始含量均为39％。
[0091]
表2不同酸源、碱源配比对泡腾片中dmpp损失率的影响
[0092][0093][0094]
研究表明，酸源碱源配比对dmpp泡腾片含量有显著影响。且随着碱源组分的增加，dmpp泡腾片中dmpp的损失率将进一步增加。
[0095]
实施例4
[0096]
按照实施例1中的除润滑剂外的原料组成制备含硝化抑制剂的泡腾片，记为处理4，制备工艺与实施例1(处理1)相同，仅不添加润滑剂：
[0097]
表3润滑剂的添加对dmpp泡腾片中dmpp含量的影响
[0098][0099]
由表3可以看出，不添加润滑剂并不影响dmpp含量随储存时间的变化。
[0100]
实施例4、dmpp泡腾片应用对土壤氮素转化及硝化抑制
[0101]
试验方案：
[0102]
(1)将ph为7.2的土壤经风干并过2mm筛备用，称取50g风干土并调整含水量至60％wfps，25℃下进行土壤培养试验；
[0103]
(2)使用dmpp、dmpp泡腾片、泡腾片助剂配置成溶液处理土壤，dmpp泡腾片添加量折合为纯氮含量的2.5％。肥料以氯化铵(ar)溶液形式加入，添加量为0.1g n/kg土。共有4个处理：空白(ck)、dmpp、dmpp泡腾片、泡腾片助剂。其中：
[0104]
ck处理：仅添加氯化铵(ar)；
[0105]
dmpp处理：dmpp原药 氯化铵(ar)，于水中溶解制成混合溶液；
[0106]
dmpp泡腾片处理：将实施例1制备得到的dmpp泡腾片模拟泡腾片在滴灌体系的应用方法，将0.5g泡腾片于100ml水中完全崩解，加入氯化铵(ar)，制成混合溶液；
[0107]
泡腾片助剂处理：按照实施例1中的组成和工艺制备泡腾片仅去掉dmpp，即使用除dmpp的其他组分，压制成泡腾片，于100ml水中完全崩解，加入氯化铵(ar)，制成混合溶液；
[0108]
(3)培养后的第1、3、5、10天破坏性取样，测定土壤中nh
4
、no
3-含量、土壤ph值。实验结果如表3-表5。计算不同处理的硝化抑制率，计算公式如下：
[0109]
ni(％)＝(n
0-n1)/n0×
100％
[0110]
式中：ni(％)为硝化抑制率(％)，n0为单施肥料处理下的土壤no
3-‑
n含量，n1为同时期添加dmpp泡腾片或dmpp原药处理下的土壤no
3-‑
n含量。
[0111]
表4dmpp泡腾片对土壤铵态氮含量(mg kg-1
)的影响
[0112][0113]
如表4所示，dmpp泡腾片可显著提高铵态氮在土壤中的留存率，且与dmpp原药作用效果并无差异，培养至第10天，添加dmpp泡腾片处理的土壤中铵态氮留存率为54.94mg kg-1
，而不添加dmpp的空白处理仅为2.35mg kg-1
。
[0114]
表5dmpp泡腾片对土壤硝态氮含量的影响
[0115][0116]
如表5所示，dmpp泡腾片由于抑制了铵态氮向硝态氮的转化，因此显著降低了硝态氮在土壤中的含量，且与dmpp原药作用效果并无显著差异，培养至第10天，添加dmpp泡腾片处理的土壤中硝态氮含量为35.57mg kg-1
，而不添加dmpp的空白处理仅为117.6mg kg-1
。
[0117]
表6dmpp泡腾片对硝化抑制率(％)的影响
[0118][0119]
dmpp泡腾片在使用过程中因为自身具有起泡性，不需人工搅拌即可在水中溶解成较为均匀的溶液，同时由表6可知，dmpp制成泡腾片后并不会降低dmpp原药对土壤硝化作用的抑制效果，两者的硝化抑制剂活性在培养结束时均可达到70％。同时，由于添加了助剂，由于助剂本身带有的少量硝化抑制活性，随着培养时间的延长，dmpp泡腾片较dmpp原药倾向于有更高/持久的硝化抑制活性。
[0120]
表7dmpp泡腾片对土壤ph值的影响
[0121][0122]
由于硝化抑制剂可以改变土壤中的氮循环，因此众多研究表明施用硝化抑制剂在一定时间内可改变土壤ph。如表7所示，由于使用dmpp泡腾片后，土壤中铵硝比上升，因此在短期内土壤ph上升。
[0123]
以上对本发明进行了详述。对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明的宗旨和范围，以及无需进行不必要的实验情况下，可在等同参数、浓度和条件下，在较宽范围内实施本发明。虽然本发明给出了特殊的实施例，应该理解为，可以对本发明作进一步的改进。总之，按本发明的原理，本技术欲包括任何变更、用途或对本发明的改进，包括脱离了本技术中已公开范围，而用本领域已知的常规技术进行的改变。按以下附带的权利要求的范围，可以进行一些基本特征的应用。