腐植酸缓控释肥的生产工艺及控释性能研究_陈剑秋.pdf

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1、30化肥工业第 39 卷第 1 期*基金项目:“十二五”国家科技支撑计划项目(2011BAD11B01，2011BAD11B02);“十一五”国家科技支撑计划项目(2006BAD10B07)资助。作者简介:陈剑秋(1979 )，男，在读博士研究生，主要从事新型肥料的研究与开发;fjqchen163 com。通讯作者:张民(1958 )，男，教授，博士生导师，主要从事土壤环境化学与植物营养研究;minzhang-2002163 com，0538-8241531。腐植酸缓控释肥的生产工艺及控释性能研究*陈剑秋1，2，张民1，陈宏坤2，范玲超2，徐淑班2(1 作物生物学国家重点实验室，山东农业大学资

2、源与环境学院山东泰安271018;2 国家缓控释肥工程技术研究中心，山东金正大生态工程股份有限公司山东临沂276700)摘要研制并完善了腐植酸缓控释肥的生产工艺，对腐植酸缓控释肥生产过程中的温度、风化煤粒度、黏结剂与风化煤质量比(B/H)等参数进行了研究，同时对腐植酸缓控释肥的养分释放特征进行了测定。结果表明:生产时的温度显著影响其控释效果，70 和 80 条件下制得的产品养分控释性能好;风化煤的粒度也是影响其释放率的关键因素，粒度越大，肥料养分释放越快;B/H 越大，肥料养分释放速率越慢;黏结剂对腐植酸缓控释肥养分释放控制的贡献率大于风化煤。关键词腐植酸缓控释肥生产工艺控释性能研究Produ

3、ctive Technology of Humic Slow/Controlled ReleaseFertilizers and Study of Control Release PropertiesChen Jianqiu1，2，Zhang Min1，Chen Hongkun2，Fan Lingchao2，Xu Shuban2(1 State Key Laboratory of Crop Biology，College of Resources and Environment，Shandong Agricultural UniversityShandong Taian271018;2 Chi

4、nese National Engineering Research Center for Slow/Controlled Release Fertilizers，Shandong Kingenta Ecological Engineering Co，LtdShandong Linyi276700)AbstractThe productive technology of humic slow/controlled release fertilizers is developed andperfected，a study is made of the parameters in their pr

5、oduction，viz，temperature，particle size ofweathered coal，mass ratio(B/H)of binder and weathered coal，and their nutrient releasecharacteristics are determined The results show that the temperature in production affect markedly thecontrol release effect，and the product made at 70 and 80 is good on nutr

6、ient control releaseproperty;the particle size of the weathered coal is also a key factor in release rate，the larger theparticle，the faster the nutrient release;the higher the B/H ratio，the slower the nutrient release rate;and the contribution of the binder to the control of nutrient release is high

7、er than that of weatheredcoalKeywordshumic acidslow/controlled release fertilizersproductive technologyslow releasepropertystudy腐植酸广泛存在于风化煤、褐煤中，是一种天然大分子芳香族、羟基羧酸的混合物，所具有的多种活性基团(羧基、酚羟基、醇羟基、甲氧基等)赋予其多种功能，如酸性、亲水性、阳离子交换性、络合能力及较高的吸附能力等。正是基于腐植酸的这种特性，有关它的研究一直受到关注，对其使用效果也作了大量的研究。我国的风化煤储量丰富，腐植酸资源供应充足，因此，开发利用风化

8、煤2012 年 1 月陈剑秋等:腐植酸缓控释肥的生产工艺及控释性能研究31资源具有广阔的前景1。我国化肥消费量约占世界化肥消费总量的20%30%，居世界第 1 位。发达国家当季化肥利用率平均为 50%60%，而我国当季化肥利用率平均仅为 30%35%2，因此，提高肥料利用率、减少施肥量、节省施肥劳动力就显得尤为重要。缓控释肥通过对养分释放速率的调控而使之与作物养分吸收基本同步，可大幅提高肥料养分利用率，减少农业面源污染3 5，符合国家可持续发展战略的要求，已成为 21 世纪肥料产业发展的主要方向之一。根据国内外缓控释肥研究和应用现状，包膜肥代表了缓控释肥的发展方向6。目前，国内外热塑性树脂和热

9、固性树脂包膜控释肥的研究已经发展到了一个新的高度，工艺技术已日趋成熟，养分控释性能良好，生产成本高的问题得到了初步解决7，8，但仍有较大的改进空间。已有研究报道，采用黏土矿物、工业废弃物固体粉末，利用液体黏结剂包裹肥料制作控释肥9 的方法虽然达到了降低生产成本的目的，但产品抗冲击力和耐磨性较低;另一方面，由于大量使用黏土矿物、工业废弃物，致使制得的缓控释肥有效养分含量偏低，还有可能将有害物质带入土壤。因此，利用资源丰富的风化煤制作腐植酸缓控释肥具有其他产品无法比拟的效果，如:腐植酸能活化养分，可改良低产土壤物理化学性状，增加土壤中有机质、速效氮、速效磷、速效钾的含量，改善土壤中的固、液、气三相

10、比;增加土壤中的微生物群落，缓解土壤中重金属离子的污染，减缓药害;提高肥料利用率，减少农业面源污染;增强植物的抗逆性，改善作物品质10 12。本研究针对风化煤和腐植酸的这些特性，以风化煤为主要原料，研制和完善腐植酸缓控释肥及其生产工艺，从而为研制和生产出养分控释性能优良的产品提供理论依据和技术支撑。1材料与方法1 1材料制备及其设备供试腐植酸材料为风化煤，其颗粒粒度为0 05 0 60 mm;黏结剂为植物油树脂及固化剂;核芯肥料采用大颗粒尿素，粒度为 1 0 5 0 mm;生产设备采用转鼓流化床13，其结构示意如图 1所示。图 1转鼓流化床结构示意1 2制备方法(1)颗粒状核芯肥料筛分后转入转

11、鼓流化床中;预热后喷涂黏结剂，使黏结剂在连续滚动的肥料颗粒表面涂布，逐渐包裹形成均匀的液层。(2)将风化煤喷洒到连续滚动的肥料颗粒上，风化煤使用量占颗粒肥料质量分数的 2%5%，并持续加热以保持物料温度;在黏结剂的作用下，经3 6 min，风化煤被包裹到运动的颗粒肥料上并固化后，形成抗冲击、耐磨的包膜层，即完成了一次包膜。(3)按顺序重复上述(1)和(2)，直至风化煤全部包裹在肥料颗粒上，包膜层固化后即制得腐植酸包膜缓控释肥。1 3养分缓控释性能检测方法测定肥料养分释放期是衡量缓控释肥养分释放性能的重要指标之一14。称取试样 10 g，准确至 0 01 g，放入 150 m(100 目)尼龙纱

12、网小袋中，封口。将小袋放入可盛250 mL 蒸馏水的玻璃容器中，然后加蒸馏水 250 0 mL，加盖密封后置于 25 的恒温培养箱中，进行 3 次平行试验，同时做空白试验。在第 1，3，7，14，28，42，56，84，112 d取出容器中的浸出液，测定其中的养分含图 2静水释放试验装置示意32化肥工业第 39 卷第 1 期量，然后重新加入 250 0 mL 蒸馏水，继续取样测定，直至养分累积释放率达到 80%15。静水释放试验装置如图 2 所示。2结果与分析2 1腐植酸缓控释肥制作温度对其养分控释性能的影响分别在 60，70，80 和 90 下制作包膜率为7%的腐植酸缓控释肥，其制作温度与养

13、分释放特征的关系如图 3 所示。图 3腐植酸缓控释肥制作温度与其养分释放特征的关系60，70，80 和 90 下制作的肥料初期养分释放率分别为 8 48%，3 19%，5 61%和 12 79%。可见，60 和 90 下制作的肥料初期养分释放率远高于 70 和 80 条件下制作的肥料;此 4 种温度条件下;28 d 养分累积释放率分别是 52 01%，22 95%，29 79%和 57 50%;60 和 90 下制作的肥料该项指标仍远高于 70 和80 条件下制作的肥料。按照缓释肥料国家标准，在25 静水中浸泡 24 h 的养分初期释放率15%、28 d 累积释放率75%的要求16，虽然 4

14、种样品都达标，但从养分累积释放曲线(图 3)可看出:60 和 90 条件下制作的肥料养分释放速率明显快于 70 和80 条件下制作的肥料，而且 4 种温度条件下制作的肥料养分累积释放率达到 80%的时间(控释期)分别是 84，112，112 和 56 d，即 60 和 90 条件下制作的肥料控释期为 84 和 56 d，70 和 80 条件下制作的肥料控释期都是112 d。试验表明:在其他因素相同的条件下，70 和 80 条件下制作的腐植酸缓控释肥养分控释性能较好，较高温度(90)和较低温度(60)都不利于对养分释放速率的控制，且较高温度(90)对腐植酸缓控释肥养分释放速率的控制更为不利。2

15、2风化煤粒度对腐植酸缓控释肥养分控释性能的影响采用粒度为590 m(30 目)，178 m(80 目)，106 m(150 目)和 61 m(240 目)风化煤在相同条件下制作包膜率为 5%的腐植酸缓控释肥，风化煤粒度与腐植酸缓控释肥养分释放特征关系如图 4 所示。图 4风化煤粒度与腐植酸缓控释肥养分释放特征的关系用 4 种粒度风化煤制作的肥料养分初期释放率分别是 10 48%，7 19%，4 61%和 3 79%，均符合养分初期释放率15%的缓释肥料国家标准，且呈现风化煤粒度越细，养分初期释放率越小的趋势;28 d 累积释放率分别是 85 01%，48 56%，37 79%和 32 60%，

16、因此粒度为 590 m(30 目)的风化煤所制作的肥料不符合缓释肥料国家标准(28 d 养分累积释放率75%)，为不合格产品。从图 4 可以看出:所用风化煤粒度越粗，肥料养分释放速率越快，即养分控制释放能力越差，178 m(80 目)和 106 m(150 目)风化煤制作的肥料控释期都是 56 d，61 m(240 目)风化煤制作的肥料控释期是 84 d。需要注意的是，178 m(80 目)和 61 m(240 目)制作的肥料养分累积释放曲线较为平缓，而 106 m(150 目)制作的肥料从 28 d 开始养分快速释放，在曲线上呈现出大的陡坡，此养分释放特征对于具有在旺长期需肥量大的大田作物意

17、义重大。2 3黏结剂与风化煤质量比(B/H)对腐植酸缓控释肥养分控释性能的影响分别按照 B/H 为 1/4，1/3，1/2 和 1/1 在相同的条件下制作包膜率为 6%的腐植酸缓控释肥，B/H 与腐植酸缓控释肥养分释放特征关系如2012 年 2 月陈剑秋等:腐植酸缓控释肥的生产工艺及控释性能研究33图 5 所示。图 5B/H 与腐植酸缓控释肥养分释放特征关系4 种肥料的初期养分释放率分别是 12 79%，8 48%，5 61%和 2 19%;28 d 累积释放率分别是 57 50%，50 01%，31 79%和 22 95%;都符合缓释肥料国家标准要求，且都呈现按 B/H 升高而释放率降低的趋

18、势。从图 5 可看出:B/H 越大，肥料养分释放速率越慢，且 B/H 为 1/4 和 1/3 的肥料前期养分释放速率较快，不利于养分控制释放。试验表明:黏结剂对腐植酸缓控释肥养分释放控制的贡献率大于风化煤。3讨论(1)制作温度偏高或偏低，不但降低了腐植酸缓控释肥产品的养分控释性能，而且会对其生产过程造成不利影响。温度偏高，黏结剂固化速度快，使得肥料颗粒表面的黏结剂与风化煤包裹得不均匀;温度偏低，黏结剂固化速度慢，将造成固化不完全，未完全固化的包膜层在固化作用产生的拉力下会发生脱壳现象，造成部分颗粒包膜不完整，严重的还可能使大量肥料团聚成球而无法正常生产。试验表明:70 和 80 条件下制作的腐

19、植酸缓控释肥养分控释性能较好，因此，生产温度控制在 70 80 较为适宜。(2)在制作温度、B/H 及包膜率等相同的条件下，风化煤粒度越细，制作的肥料控制养分释放的能力就越好。由于黏结剂的价格远高于风化煤，因此，采用降低黏结剂用量、提高风化煤细度(目数)的方法生产腐植酸缓控释肥能达到进一步降低生产成本的目的，适宜的参数还需根据应用要求在生产实践中探求。另外，腐植酸的含量需进一步研究，以尽快补充到相关标准中。(3)缓控释肥性能的界定并不是控释期越长肥料越好。笔者认为:缓控释肥的养分释放特征应该与施用的作物生长期和需肥规律相吻合，能够满足作物在各个不同生育期生长发育对养分的需求;尤其是在作物的最大

20、需肥期，控释肥应同时出现养分释放高峰期，才能大幅提高肥料的利用率。因此，控释期的长短应以作物而异，关键是缓控释肥养分释放应与所施用的作物对养分的需求相同步。参考文献1张树清，刘秀梅，冯兆滨 腐植酸对氮、磷、钾的吸附和解吸特性研究J 腐植酸，2007，(2):15-212朱兆良 农田中氮肥的损失与对策J 土壤与环境，2000，9(1):1-63F lannery R L，Busscher W J Use of synthetic polymer inpotting soils to improve water holding capacity J CommuneSoil Sci Plant An

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