一種緩控釋含氮肥料及其製備方法
2023-05-28 21:58:51 2
專利名稱：一種緩控釋含氮肥料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及緩控釋氮肥或緩控釋復混(合)肥，具體地說是一種添加新型硝化抑制劑DMP的緩控釋含氮肥料及其製備方法。
背景技術：
氮肥是農業生產中的重要生產資料，對促進農業生產的發展發揮了巨大的作用。但由於氮素在土壤中轉化的特殊性以及氮肥的不合理施用，氮肥的利用率很低，一般只有30％左右，在一些蔬菜集約種植區，氮肥利用率甚至在10％以下。這不僅造成了經濟上和資源上的巨大浪費，而且對我們人類賴以生存的環境及食品安全構成了嚴重威脅。在中國環境與發展國際合作委員會2004年年會上，中外專家一致指出中國農民濫用化肥和農藥(尤其是造成的氮汙染)已嚴重危害到人體健康和環境質量，中國過量施用化肥和農藥已到極限，並要求應儘快提高科學技術的普及程度，進行相關的環境立法。而通過工業途徑生產包膜肥料和穩定肥料，實現氮肥的緩釋、長效，不僅可提高氮肥利用率，而且可減少施肥次數，降低勞動強度，減輕環境汙染，改善農產品品質。這對於促進我國無公害農業、綠色農業的發展，走可持續農業發展道路無疑具有重要的現實意義。
通過加入脲酶抑制劑和硝化抑制劑調控氮素在土壤中的轉化來實現氮肥的高效利用，是一項很有發展潛力的氮肥管理技術，而且有專家預言，在將來，抑制劑的施用在環境保護中發揮的作用將大於它在世界食物生產中的貢獻。與包膜控釋肥相比，添加抑制劑的穩定肥料由於其施用效果比較顯著，生產工藝簡單，生產成本相對較低，因此，一直受到國內外研究領域和肥料工業的廣泛重視。尤其在當前世界上施用的全部氮肥品種中，銨態氮肥和產銨態氮肥的數量佔到了90％以上，施用硝化抑制劑來延緩土壤中銨態氮的氧化進程，以減少硝態氮的淋溶損失和溫室氣體的排放，提高氮肥利用率，將具有更加重要的意義。但到目前為止，真正能夠在生產中大規模應用的硝化抑制劑品種很少。在國內外居主導地位的硝化抑制劑雙氰胺(DCD)的硝化抑制效果較好，但存在著自身難以克服的缺點，如水溶性較高，易淋溶；硝化抑制率較低，施用量較大；重複施用時，由於形成的微植物區系的影響導致其降解速率加快，半衰期縮短；施用不當或施用量過大時，容易造成對植物的毒害甚至在農產品中的殘留等。據文獻報導，德國BASF公司近兩年最新開發的硝化抑制劑DMPP效果比較顯著，但在我國的試驗研究還非常有限，而且如果引進到我國，成本可能也會成為一個主要的限制因素。以上種種原因嚴重製約了通過生化途徑調控氮素轉化的緩控釋肥料的生產和大規模推廣應用。
發明內容
為了解決上述問題，積極研製、開發適合我國國情的高效、低毒、適應性廣、成本低的環境友好型生化抑制劑品種及其相應的緩釋長效肥料勢在必行。本發明目的在於提供一種含有新型硝化抑制劑DMP的緩控釋肥料及其製備方法，促進通過生化途徑實現氮肥高效技術的發展。本發明生產工藝簡單，可在現有尿素或含氮復混(合)肥的生產工藝基礎上，只進行少量的改造和投資即可生產，產品性能穩定，緩釋效果顯著，養分有效期明顯延長。
為實現上述目的，本發明採用的技術方案為一種緩控釋含氮肥料，在含氮肥料中含有硝化抑制劑DMP。
所述硝化抑制劑DMP是指3，5-二甲基吡唑及其鹽類化合物(如鹽酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽等)；其為白色晶體，可溶於醇及丙酮，易溶於乙醚或苯等有機溶劑；3，5-二甲基吡唑結構式為， 本發明通過往氮素肥料或含N復混(合)肥中添加新型硝化抑制劑DMP來調控氮素在土壤中的轉化，而實現氮肥的穩定長效。所述含N肥料可以為碳酸氫銨、硫酸銨、氯化銨等銨態氮肥、尿素等產銨態氮肥、含氮復混肥、或含氮複合肥；硝化抑制劑DMP的用量通常為純氮重量的0.1-15％(視含N量不同而異，含N量高時，抑制劑比例可相應降低)，從經濟角度考慮最好為0.1-3.0％，均可起到顯著的硝化抑制效果；如果與脲酶抑制劑氫醌配合施用，效果更佳，硝化抑制劑DMP與氫醌的適宜重量配比為2-6∶1。
新型硝化抑制劑DMP可直接摻混到氮素肥料或含N復混(合)肥中，亦可添加到其生產工藝中，在生產系統中加工成緩控釋肥料。
緩控釋尿素及其復混(合)肥的製備方法如下1)緩控釋尿素的製備在原尿素生產工藝的濃縮分離工序之後，將固體(微晶或粉末狀)DMP加入熔融狀尿液中充分混合均勻後再進入造粒工序，或將研磨的極細的DMP(＞200目)，用噴粉器噴在剛剛從造粒塔中噴淋出來的處於高溫或半熔融狀態的尿素滴上，完成造粒工序。其生產工藝流程參見圖1或2所示。
2)緩控釋含氮復混(合)肥的製備將一定比例的DMP與基礎肥料分別粉碎後經計量裝置加入混拌器中混勻，經造粒、乾燥、篩分、冷卻後，即得成品，其生產工藝流程參見圖3所示。
本發明原理為銨態氮肥或產銨態氮肥施入土壤後會使土壤局部NH4+-N濃度迅速升高，造成土壤中高pH的微域環境。其結果一方面導致NH3的揮發損失，另一方面高銨濃度和高的pH會刺激土壤中硝化菌的大量繁殖，加速土壤中銨的氧化進程，進而造成NO3--N在土壤中的大量累積。NO3--N不易被土壤膠體吸附，在灌水量較大或遇強降雨的情況下，很容易隨水向土體下層淋失或隨地表徑流而損失，同時造成對地下水或地表水的汙染。此外，NO3--N是反硝化作用的底物，土壤中較高的NO3--N含量會增強反硝化作用強度，造成溫室氣體N2O排放量的增加。這即是土壤中氮的生物化學轉化過程。因此，減少土壤中NO3-N的累積是減少氮素淋溶損失和反硝化損失，減輕環境汙染，提高氮素利用率的根本措施。而土壤中施入硝化抑制劑後，可有效抑制土壤中參與銨氧化過程的亞硝化細菌或硝化細菌的活性，從而抑制銨的氧化進程，使土壤中較長時間保持較高的銨態氮含量，減少NO3-N的累積。同時增加植物的銨營養，而植物在吸收NH4+-N的同時，將通過根系向環境中釋放H+，降低根際pH，從而又有利於提高根際周圍磷、鐵、鋅、錳等其它營養元素的有效性。
本發明的創新之處主要是將3，5-二甲基吡唑及其鹽類化合物(DMP)作為調控土壤氮素轉化的硝化抑制劑，用於緩控釋氮肥或緩控釋復混(合)肥的製備中。與現有緩控釋肥相比，本發明緩控釋肥具有如下優點1.成本低。本發明緩控釋肥料的生產投資少，技術嫁接改造容易實施，產品質量穩定，便於管理。
2.生產工藝簡單。本發明緩控釋肥料中所用的硝化抑制劑DMP為吡唑類化合物，其合成工藝簡單，回收率高，生產成本低，毒性小。
3.應用效果好。1)本發明緩控釋肥料施入土壤後，其中的氮素轉化可得到有效調控，使土壤中較長時間保持較高的NH4+-N含量和較低的NO3-N含量，減少土壤中NO3--N的累積，有效延長其肥效期，提高N肥利用率，減輕環境汙染，並同時增加磷鉀肥的肥效；2)本發明的硝化抑制劑DMP與國內外施用較為廣泛的硝化抑制劑DCD相比，其水溶性較低，不易淋溶，對環境汙染小；在土壤剖面中的移動性較小，從而降低了其在土壤剖面中與NH4+-N分離的程度，提高了其硝化抑制效果，同時減小了其隨水淋失的風險；3)本發明的硝化抑制劑DMP與國內外普遍施用的硝化抑制劑雙氰胺(DCD)相比，其施用量低，其硝化抑制效果顯著，硝化抑制效率高，硝化抑制率可提高10％-30％，表觀硝化率提高36％左右，硝態氮的累積量降低30％左右；4)施用添加抑制劑DMP的緩控釋肥可顯著提高N素利用率，並有利於改善農產品品質。與對照和添加DCD的緩控釋肥相比，氮素利用率可分別提高10％和5％左右；小麥籽粒粗蛋白含量亦有所提高。
5)本發明肥料可作為基肥一次性施用，不用再追肥，即可滿足作物整個生長期間對養分的需求，達到省工、節肥的目的。
圖1為將固體(微晶或粉末狀)DMP加入熔融狀尿液中的生產工藝流程圖；圖2為將研磨極細的DMP(＞200目)，經計量後用噴粉器噴在剛剛從造粒塔中噴淋出來的處於高溫或半熔融狀態的尿素滴上製備長效尿素的生產工藝流程圖；圖3為緩控釋含氮復混(合)肥的製備工藝流程圖。
具體實施例方式
實施例1將3，5-二甲基吡唑(DMP)粉碎過60目篩，按100份尿素加0.46份DMP的比例經計量後直接用加料器加入到原尿素生產工藝(如圖1所示)的熔融尿素溶液中，在系統中混合均勻，經造粒製得含硝化抑制劑3，5-二甲基吡唑的緩釋長效尿素，產品中3，5-二甲基吡唑的含量為純氮量的1.0％。
實施例2將3，5-二甲基吡唑(DMP)粉碎過200目篩，按100份尿素加0.23份DMP的比例將計量後的DMP用噴粉器噴塗在剛剛從造粒塔頂噴淋出來的處於高溫或半熔融狀態的尿素顆粒上，使DMP附著在尿素顆粒表面，完成造粒工序(如圖2所示)。產品中3，5-二甲基吡唑(DMP)的含量為純氮量的0.5％。
實施例3先將粉碎過60目篩的氫醌1份與4份3，5-二甲基吡唑(DMP)充分混合均勻，組成添加劑，然後按100份尿素中加0.3-0.5份添加劑的比例通過加料器加入到原尿素生產工藝(如圖1所示)的熔融尿素溶液中，在系統中混合均勻，經造粒製得含脲酶抑制劑氫醌和硝化抑制劑3，5-二甲基吡唑的緩釋長效尿素。產品中氫醌含量為純氮量的0.06％，DMP含量為純氮量的0.24％。此肥料施入土壤中，由於氫醌和DMP對尿素N轉化的協同配合作用，其效果比單一施用一種抑制劑效果更佳。
實施例4將25份粉碎的尿素、30份磷酸一銨、4份碳酸氫銨、25份硫酸鉀、14.78份膨潤土和0.15份3，5-二甲基吡唑充分混合後，經造粒、烘乾、篩分、冷卻，即製成含有硝化抑制劑DMP的緩釋長效高濃度復混肥。肥料養分含量分別為N15.2％，P2O513.8％，K2O11.25％，DMP含量為純N量的0.15％。
實施例5將粉碎的26.33份尿素、35.65份磷酸一銨、27.31份氯化鉀、5.79份填充料和4.92份3，5-二甲基吡唑充分混合均勻後，經造粒、烘乾、篩分、冷卻，即得N、P2O5、K2O含量均為16％，DMP含量為純N量3％的緩釋長效高濃度複合肥。
實施例6將粉碎的19.49份尿素、2.91份氯化銨、68.92份氨化普鈣、8.68份氯化鉀和1.03份3，5-二甲基吡唑充分混合均勻後，經造粒、烘乾、篩分、冷卻，即製成含有硝化抑制劑DMP的緩釋長效低濃度復混肥，其養分含量為N10.3％，P2O59.1％，K2O5.2％，DMP含量為純N量的10％。
實施例7將13.74份尿素、20.43份磷酸二銨、9.17份氯化鉀、0.8份3，5-二甲基吡唑充分混合即得DMP含量為純N量的8％，N∶P2O5∶K2O為1∶0.94∶0.55的參混肥。該肥料可隨用隨配，施用方便，施在喜銨作物上效果更佳。
實施例8將3，5-二甲基吡唑硫酸鹽(DMPS)粉碎過200目篩，按100份尿素加6.9份DMPS的比例將計量後的DMPS用噴粉器噴塗在剛剛從造粒塔頂噴淋出來的處於高溫或半熔融狀態的尿素顆粒上，使DMPS附著在尿素顆粒表面，完成造粒工序(如圖2所示)。產品中3，5-二甲基吡唑硫酸鹽(DMPS)的含量為純氮量的15％。
應用例1以目前國際上公認的效果較好且應用較為廣泛的硝化抑制劑雙氰胺(DCD)作對比進行土壤培養試驗，考察含3，5-二甲基吡唑DMP的緩控釋尿素在土壤中的轉化過程。
採用室內培養的方法。以加有硝化抑制劑DMP的緩釋尿素(DMP含量為純N量的1％)為N源，以普通尿素和加有硝化抑制劑DCD的緩釋尿素(DCD含量為純N量的1％)為對照，尿素用量按每kg幹土1.00g純N施用，將肥料與土壤充分混勻後進行培養試驗。培養期間，土壤含水量保持在田間持水量的60％，置於30℃培養箱中恆溫培養。培養試驗開始後定期取樣測定土壤中的NO3--N含量。
表1DMP和DCD對土壤中N轉化的影響比較 表中結果表明，DMP的施用可顯著降低土壤中硝態氮的含量，14天時土壤中的硝態氮含量與N處理相比降低了71.12％，與N+DCD的處理相比降低了26.23％，硝化抑制率與DCD相比提高了16.86％；21天時N+DMP處理的土壤中硝態氮含量與N相比降低了69.10％，與N+DCD的處理相比降低了33.27％，硝化抑制率與DCD相比提高了28.70％。
N+DCD與N比較，35天內土壤中硝態氮的平均含量降低了52.09％，而N+DMP與尿素比較，35天內土壤中硝態氮的平均含量降低了60.33％，後者較前者土壤中硝態氮的平均含量降低8.24個百分點，差異顯著。應用例2 水稻盆栽試驗 在中科院瀋陽生態試驗站進行。以普通尿素和含DCD的緩控釋尿素為對照，比較含DMP的緩控釋尿素對水稻產量及N素利用率的影響。兩種抑制劑含量均為純N量的1.0％，肥料一次性基施(肥料用量按每kg幹土0.4g純N施用)，試驗期間進行常規管理。
表3 水稻施用含DMP和DCD的緩控釋尿素比較試驗
水稻盆栽試驗結果表明，尿素+DCD的處理水稻產量比對照增加4.2g/pot，增產率為6.31％，氮素利用率提高4.96個百分點；而尿素+DMP處理的水稻產量比對照增加5.85g/pot，增產率為8.78％，氮素利用率提高9.41個百分點。尿素+DMP處理的氮素利用率比尿素+DCD的處理提高4.45個百分點。
應用例3 小麥盆栽試驗 在中科院瀋陽生態試驗站進行，以尿素為N源，DCD用量為純N量的1.0％，DMP用量為純氮量的0.8％，尿素用量按每公頃225kg純N施用。比較兩種抑制劑的施用對春小麥N素利用率及籽粒粗蛋白含量的影響。肥料一次性基施，試驗期間進行常規管理。
表4 DMP和DCD在春小麥上的施用效果比較
小麥盆栽試驗結果表明，與普通尿素處理比較，尿素+DMP處理的氮素利用率提高了6.07個百分點，籽粒粗蛋白含量提高了0.59個百分點；尿素+DCD處理的氮素利用率提高了5.75個百分點，籽粒粗蛋白含量提高了0.13個百分點；尿素+DMP處理與尿素+DCD處理的比較，氮素利用率差異不大，可能與春小麥生長期較短有關。但籽粒粗蛋白含量提高了0.46個百分點。
權利要求
1.一種緩控釋含氮肥料，其特徵在於在含氮肥料中含有硝化抑制劑DMP。
2.根據權利要求1所述的緩控釋含氮肥料，其特徵在於所述DMP是指3，5-二甲基吡唑及其鹽類化合物，3，5-二甲基吡唑結構式為，
3.根據權利要求1所述的緩控釋含氮肥料，其特徵在於所述含N肥料為碳酸氫銨、硫酸銨、氯化銨、尿素、含氮復混肥或含氮複合肥。
4.根據權利要求1所述的緩控釋含氮肥料，其特徵在於所述硝化抑制劑DMP的用量為純氮重量的0.1-15％。
5.根據權利要求1所述的緩控釋含氮肥料，其特徵在於所述硝化抑制劑DMP的用量為純氮重量的0.1-3.0％。
6.根據權利要求1所述的緩控釋含氮肥料，其特徵在於所述在含氮肥料中還含有脲酶抑制劑氫醌，硝化抑制劑DMP與氫醌重量比為2-6∶1。
7.一種權利要求1所述緩控釋含氮肥料的製備方法，其特徵在於硝化抑制劑DMP可直接摻混到含氮肥料中，亦可添加到其生產工藝中，在生產系統中加工成緩控釋肥料。
全文摘要
本發明涉及緩控釋肥料，具體地說是一種緩控釋含氮肥料及其製備方法，它由銨態氮肥或產銨態氮肥或含氮復混(合)肥添加少量的新型硝化抑制劑DMP製備而成。與國內外普遍施用的硝化抑制劑雙氰胺比，其施用量低，硝化抑制效率好，不易淋溶，對環境汙染小。含有該化合物的氮肥或復混(合)肥施入土壤中，可使氮素在土壤中的轉化得到有效調控，使土壤中較長時間保持較高的NH
文檔編號C05G3/08GK1872818SQ20051004656
公開日2006年12月6日 申請日期2005年6月1日 優先權日2005年6月1日
發明者武志傑, 孫志梅, 梁文舉 申請人:中國科學院瀋陽應用生態研究所