缓控释肥_图文_百度文库

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  缓控释肥_其它_高等教育_教育专区。第三章 缓控释肥 教学要求 掌握缓控释肥的概念及种类 掌握缓控释肥的施用技术 第一节 概述 一、控释和缓释有关概念的区分 (一)有关概念 (1)“释放”(release)是指养分由化学物质转变成

  第三章 缓控释肥 教学要求 掌握缓控释肥的概念及种类 掌握缓控释肥的施用技术 第一节 概述 一、控释和缓释有关概念的区分 (一)有关概念 (1)“释放”(release)是指养分由化学物质转变成 植物可直接吸收利用的有效形态的过程(如溶解、水解、 降解等), (2)“缓释”(slow release)是指化学物质养分释放速 率远小于速溶性肥料施入土壤后转变为植物有效态养 分的释放速率; (3)“控释”(controlled release)是指以各种调控 机制使养分释放按照设定的释放模式(释放率和释放 时间rate/pattern and duration)与作物吸收养分的 规律相一致。 (二)、 缓释和控释肥料的定义 ? 缓释肥料:指在生物或化学作用下可分解的有机氮化合 物(如脲甲醛UFS)肥料,通常被称为缓释肥(SRFS) ? 控释肥料:采用对生物和化学作用等因素不敏感的膜材 料来包膜的肥料通常被称为控释肥(CRFS) (三)、控释和缓释肥的类型 按照其溶解性释放方式通常被分为三种类型: ? 物理障碍性因素控制的水溶性肥料,如包膜颗 粒肥料和基质复合肥料,包膜颗粒肥料又可进一步 划分为:有机聚合物包膜肥料(热塑性和树脂类) 和无机包膜肥料(如硫磺,矿物质包膜); ? 微溶有机氮化合物,可进一步划分为生物可降解的 微溶有机氮化合物(如脲甲醛和其它脲醛缩合物) 和 主 要 以 化 学 降 解 的 化 合 物 ( 如 IBDU (Idobutylidene diurea)异丁烯环二脲); ? 微溶性的无机化合物,如金属磷铵盐,部分酸化 磷酸盐等。 二、稳定性肥料(Stabilized Fertilizers) 氮素化肥中加入脲酶抑制剂或硝化抑 制剂而生产的一类肥料,这类肥料在施 入土壤后只是延缓了尿素水解转化成铵 或抑制硝化细菌将铵离子氧化而转变成 NO2-和NO3-的过程,按照国际肥料工业协 会分类,这类肥料被称为稳定性肥料 (Stabilized Fertilizers). ? 氮素增效剂: 脲 酶 脲酶抑制剂 硝化抑制剂 第二节、缓控释肥种类 一、有机氮化合物 1、脲甲醛缩合物 尿素与甲醛类的缩合(尤其是与甲醛)反应生成。 含1亚甲基2尿素:属于速效脲甲醛,肥效时间1-40天 2亚甲基3尿素:中效脲甲醛,肥效时间30-80天 3亚甲基4尿素:长效脲甲醛,60-120天 典型的脲甲醛产品含N37%~40%。为了提供脲甲 醛产品N释放率的标准,将此化合物分成3种组分: ①冷水溶解组分N(CWSN,25℃)主要有尿素、二聚 物和短链聚合物,该组分中的N可认为是速效到缓效; ②热水溶解组分N(HWSN,100℃)为甲叉尿素和中等 链长聚合物,该组份中的N可缓慢释放到土壤中: ③热水不溶组分(HWIN)为甲叉尿素和长链聚合物,在 土壤中分解极慢,该组分N在土壤中无活性。 脲甲醛特点: ? 速效+中效+长效混合,使作物在一季均有养分供应 ? 旱涝季节均有效 ? 省时、省力、省成本,增产 ? 高效、节能,环保无残留 ? 脲醛肥料的分解主要是由于生物 的作用,氮的释放强烈依赖于土壤 性质的变化(如生物活性、粘粒含量、 pH)和外界条件(如水分含量、干湿 状况和温度等)。 脲甲醛缓控释肥 脲甲醛成品颗粒 (2)其它脲醛和合成氮化合物 还有几种由尿素和醛类反应制备的氮化合物,如 异丁叉二脲是世界范围内生产量仅次于脲甲醛的一种 有机氮化合物。,含氮量31%。其中大多数(90%)可 以溶于水,氮释放率主要是由于化学分解(水解)作用 引起的,因此取决于肥料颗粒的大小和土壤水份含量。 丁烯酰环脲是在酸催化下,尿素与乙醛反应而成,是 环状结构的产品,约含氮30%。它在水解和生物降解 作用下释放氮,其释放率受产品颗粒大小、土壤温度、 水份和pH的影响。 脲甲醛形态模式图 脲 甲 醛 分 解 过 程 脲醛养分释放过程图解 脲醛多铵长效缓控释肥养分释放模式: 1天~ 天 ~ 5 天~ 10 天~ 15 天~ 20 天~ 25 天~ 30 天 30 60 天~ 35 65 天~ 天~ 40 70 天~ 天~ 45 75 天~ 天~ 50 80 天~ 天~ 55 85 天~ 天~ 60 90 天 天 尿素 硫酸铵 甲壳素 黄腐酸钾 黄腐酸铵 中效养分 德玛脲甲醛肥料养分释放后提高利用率的过程 二、包膜控释肥 (一)非有机物包膜肥料 硫包膜尿素已有较长的生产历史,是用熔化 的硫磺包裹被预先加热的尿素颗粒制成。硫是 中量营养元素,在156℃时可以熔化,可以喷涂 于尿素颗粒以及其它肥料颗粒表面作为包膜, 产品含有3l%~38%N。 无机包膜材料 ①无机矿物包膜材料 ②无机矿物-添加剂改性包膜材料 ③无机矿物-有机高分子多层包膜材料 ? 典型的硫包膜尿素有3种类型的膜:①破损的、 含有裂隙的膜:②损坏的膜含有被蜡封的裂隙; ③厚和完整未损的膜。硫包膜尿素对土壤水分 含量、干湿交替、生物活动和运输及施用过程 中对膜的磨损都是非常敏感的,所以这种产品 只能被看作是缓释肥而不是控释肥。为了改进 包膜尿素的性能,在原包膜尿素外再包一层有 机聚合物膜,形成硫包衣尿素 (二)有机聚合物包膜肥料 树脂包膜肥料是在制备过程中使聚合物作用 在肥料颗粒上,由热固性的树脂交联形成的疏 水聚合物膜。常用的树脂有醇酸类树脂和聚氨 酯类树脂两大类。 包膜材料: (1)有机高分子材料 ①热固性树脂类(醇酸树脂、聚胺脂等) ②热塑性塑料类(回收塑料、泡沫) ③沥青和橡胶类 醇酸树脂是双环戊二烯和甘油酯的共聚物: 养分的释放可以通过改变膜的成分或膜的厚度来控制。 养分释放过程为:水分通过膜上的微孔渗透到膜内, 增加了膜内的渗透压力而造成膜膨胀,膨胀又增大了 微孔,使养分从增大的孔中释放出来。 聚氨脂类包膜:是在肥料颗粒表面上直接以聚 氰基与多元醇反应生成的。养分从这种产品 中释放主要依赖于温度变化,土壤水份含量、 pH、干湿交替以及土壤生物活性对释放几 乎无影响。 膜材料的选择 ? 筛选出适宜的包膜材料是包膜控释肥研制开发的关键。 在研制过程中,我们根据各种材料的成膜能力,选择具 有成膜能力强、有一定阻水能力、原料为市场可以大批 量供应的高分子材料作为包膜试验材料。共计选用热固 聚酯类、中低分子橡胶类、热熔塑料类约三十多种高分 子树脂材料,最后确定了具有控释功能的包膜树脂材料。 同时筛选出无刺激气味的复合溶剂、对养分释放速率有 调控作用的复合添加剂等及其最佳配比。 (三)热塑性树脂包膜肥料 最常用的包膜颗粒肥料技术是将热塑性包膜材料(如聚乙烯) 溶解于氯化烃中,在流化床反应器中喷涂在肥料颗粒上。养 分释放可通过将透水性差的聚乙烯与透水性较强的树脂(如 EVA)加以混合来控制,也可在膜中加入一种矿物粉来改进由 温度控制的养分释放。 (四)聚合物包膜硫包衣尿素 由于硫包膜尿素控释效果差,一些厂家用有机聚合物(热塑性 塑料或树脂)在硫包衣尿素上再包一层较薄的普通聚合物膜, 以增强抗磨损性能,产品表现出较好的释放性能。目前硫包 衣尿素和硫包膜尿素占了包膜产品的绝大部分,主要是由于 它们广泛地应用于非农业市场(如草坪、景观业)。 (5)基质复合肥料 将肥料与可降低其溶解性的物质混合来制备缓释肥料已进行了多 年的努力,但所选用的材料还没有真正提供可控制释放的特 性。另外的基质型缓释肥是药片状、钉形物或饼状物,是将 植物营养物质与粘结剂混合挤压而成。在许多情况下将脲甲 醛或异丁烯环二脲加入到混合物中,这种产品的性质与缓释 性差的肥料相似,其溶解速率主要取决于压缩产品的表面与 体积的比率(体积越大,释放就越慢) ? 包膜(裹)型肥料: 包膜肥料 包膜肥料养分释放 P K N N P K P P K N N P P N K K N P N K K N N K N K N N N N N N N 控释肥中试产品 控释肥中试产品 包膜肥料产品 Products of CRFs: Series and varieties (1)(TPCU); 热塑性树脂包膜尿素 , 60d, 90d, 120d, 150d, 180d, 270d etc. (2)(TPCCF): 热塑性树脂包膜复合肥,60d, 90d, 120d, 150d, 180d, 270d etc. (3) (TPCK):热塑性树脂包膜硫酸钾,60d, 90d, 120d, 150d, 180d, 270d etc. Products of CRFs: Series and varieties ? (4)(TSCU): 热固性树脂包膜尿素, 60d, 90d, 120d, 150d, 180d, 270d etc. ? (5) (TSCCF): 热固性树脂包膜复合肥 60d, 90d, 120d, 150d, 180d, 270d etc. ? (6)(TSCF): 热固性树脂包膜硫酸钾,60d, 90d, 120d, 150d, 180d, 270d etc. Products of CRFs: Series and varieties ? ? ? ? ? ? (7)(SCU) 硫包膜尿素 (8)(SCCF)硫包膜复合肥 (9) (SCCK)硫包膜硫酸钾 (10)(PSCU) 硫加树脂包膜尿素 (11) (PSCF) 硫加树脂包膜复合肥 (12) (PSCK) 硫加树脂包膜硫酸钾 第三节 缓控释肥的施用 Application of a CRNF (Meister) to a rice seedling nursery . The total amount of N for the whole growing season is applied. 一、在覆塑料地膜的作物上,可以一季作物,只 施肥一次。(Use for plastic mulched crops by a single fertilizer application). Application of a CRF to a strawberry nursery cup, and transplant to the field with plastic mulched. ? 可用于免耕和无土栽培。在免耕种植时,可以与种子 一起播种时施用,不需要追肥。(Use for no till farming and other farming practices). ? 减少养分的淋溶损失 ? 减少铵态氮的挥发和N2O 的逸失 ? 极大的提高肥料利用率,减少施肥对 环境的污染 缓控释肥料施用可能存在的问题 ? 缺少测定释放速率的标准方法,对缓控 释肥料的田间肥效、释放、形态转化、 去向等还缺少系统定量的评价 ? 会增加土壤的酸化,尤其是硫包膜肥料 ? 高聚物包膜控释肥可能会留下合成物的 膜壳 ? 生产成本较高(是普通肥料的3~8倍) 二、为了提高肥料利用率,肥料应施于根际。 作物根系主要以质流方式获取氮素,但土壤水运动的距离 大多不超过3~4cm,对根系有效的氮素,须在根系附近3~ 4cm处;磷、钾主要以扩散的方式向根系供应养分。 土壤中,H2PO4-的扩散系数为1X10-8~1X10-11cm2/s,K+的扩散 系数为1X10-7~1X10-8cm2/s。能吸收养分的新根毛平均寿命 为5天,吸收养分最活跃的根部分生区,其吸收养分的活性保 持期为7~14天。据此可求得, H2PO4-的扩散距离在5~14天 内为0.03~1.6mm,相应K +的扩散距离为0.9~4.9 mm。因此, 为提高肥料利用率,肥料应施于根际。 提高肥料利用率,肥料应施于根际 水稻育苗控释肥施于根际 然而,尿素、硝酸铵、氯化钾等速溶性肥料集中施于 根部,将会使根区土壤溶液盐浓度过大,土壤溶液渗透 压增高,阻碍土壤水分向根内渗透,使作物缺水而受到 伤害。 直接施于根部的氮肥,即使浓度达不到“烧死”作 物的程度,也会引起根系对养分的过度吸收,引起 茎叶旺长,容易导致病害、倒伏等,造成作物减产。 因此,氮肥应至少分2次施入。 最佳的施肥方式是根据作物的吸肥规律, 土壤的供肥能力,经常不断(多次、适量) 地补充作物生长所需的各种营养元素之不足。 理想的办法是生产一种能直接施于根际的肥 料,并可根据作物生长不同时期的需肥量来 调节和控制其养分释放速度。 Use CRFs for no till farming 三、施肥技术 (一)、缓控释肥施用量 根据作物种类、土壤特性以及肥料的种类来确定 一般情况按照比普通对照肥料减少1/3~1/2来确定。 就肥料种类而言,要了解控释肥料的组成及养分释 放特点,例如:如果其中氮只有30%的硫包衣尿 素,则氮肥用量只能减少这30%中的1/3。 (二)、各种作物上的施肥技术 1、在根系密集的作物上应用: 水稻、小麦等作物,选用高氮、中磷、中钾控释肥,施用 量30~50kg/亩,可以在播种或插秧前按照推荐的施用量一 次性施入,耕翻后种植,生长期内可以不追肥。 2、对于行距较大的作物:选用高氮控释肥,施用量30~40kg/ 亩,如玉米、棉花等增按照推荐量一性性开沟基施于种子 侧部,注意种、肥隔开(8-12厘米),以免烧种或烧苗 3、薯类作物:采用硫酸钾型控释肥,集中条沟施 4、豆科作物上:低氮、高磷、高钾,施用量15~25kg/亩 硫酸钾纳米控释复合肥养分释放曲线 和作物营养需求基本上一致 ? 红为小麦营养需求\曲线 ? 黄为控释肥释放曲线、甘蔗、烟草、土豆和甜菜 高钾控释肥(硫酸钾型),40~50kg/亩,甘 蔗在伸长期追施30~40kg/亩 6、香蕉 底肥追肥都用,底肥选高氮,中间追施一次高 氮,后期用高钾,用量比常规减少1/3。 土豆建议施肥量、施肥方式 目标产量:2.5-3吨 理论需肥量 :氮12.5-24kg 均值20kg 磷3.75--6kg 均值5kg 钾25--39 kg 均值32kg 亩用16-8-18(s)长效肥130kg:底肥100kg、中耕 肥30kg。 氮16*1.3=20.8kg(满足 磷 8*1.3=9.3kg (满足 钾18*1.3=23.4kg(稍差 四、缓控释肥技术指标 缓控释肥料的要求 指 项 目 ≥ ≥ ≤ ≥ = 高 浓 度 40.0 70 2.0 90 标明值 标 中 浓 度 30.0 50 2.5 总养分(N+P2O5+K2O)的质量分数/% 水溶性磷占有效磷的质量分数/% 水分(H2O)的质量分数/% 粒度(100mm~475mm或335mm~560mm)/% 养分释放期/月 初期养分释放率/% 28天累积养分释放率/% 养分释放期的累积养分释放率/% ≤ ≤ ≥ 15 75 80 2.0 0.02 中量元素单一养分的质量分数(以单质计)/% ≥ 微量元素单一养分的质量分数(以单质计)/% ≥ 注1:三元或二元缓控释肥料的单一养分含量不得低于4.0%。 标2:以钙镁磷肥等枸溶性磷肥为基础磷肥并在包装袋上标明为“枸溶性磷”的产品、未标明磷含量的产品、缓控释氮肥以及缓控释钾 肥,“水溶性磷占有效磷的质量分数”这一指标不做检验和判定。 注3:三元或二元缓控释肥料的养分释放率用总氮释放率来表征,对于不含氮的二元缓控释肥料,其养分释放率用钾释放率来表征。缓 控释磷肥的养分释放率用磷释放率来表征。 注4 :应以单一数值标注养分释放期,其允许差为15%。如标明值为6个月,累积养分释放率达到80%的时间允许范围为6个月±27天,如 标明值为3个月,累积养分释放率达到80%的时间允许范围为3个月±14天。 注5 :包装容器标明含有钙、镁、硫时监测中量元素指标。 注6 :包装容器标明含有铜、铁、锰、锌、硼、钼时检测微量元素指标。 注7:除上述指标外,其他指标应符合相应的产品标准的规定,如复混肥料(复合肥料)、掺混肥料中的氯离子含量、尿素中的缩二脲含 量等。 部分缓控释肥料的缓控释性能应符合下表的要求,同时应符合包装 标明值和相应国家标准的要求。 项 缓控释养分量a/% ≥ 缓控释养分释放期/月 = 缓控释养分28天的累积养分释放率/% ≤ 目 指 标 标明值 标明值 75 80 2.0 0.02 缓控释养分释放期的累积养分释放率 ≥ 中量元素单一养分的质量分数(以单质 计)b/%≥ 微量元素单一养分的质量分数(以单质 计)c/%≥ 养分时,每种缓控释养分量应不小于40%。 a.缓控释养分为单一养分时,缓控释养分量应不小于80%,缓控释养分为两种或两种以上 b.包装容器标明含有钙、镁、硫时检测该项指标。 c.包装容器标明含有铜、铁、锰、锌、硼、钼时检测该项指标。 检测技术原理 养分释放率的测定:用水静置浸泡试料,在规定的温度和时间内, 试料中的养分从膜中或从非包膜的颗粒中溶出到水中,用蒸馏后滴 定法测定溶出的总氮含量,用钒钼酸铵比色法或重量法测定溶出的 磷含量,用火焰光度计法或重量法测定溶出的钾含量,溶出的养分 含量占该养分总含量的质量分数即为缓释养分一定时期的累积养分 释放率。 ? ? ? ? 思考题 1、什么是缓控释肥?缓控释肥有哪些类型? 2、控释肥养分释放的机理是什么? 3、施用缓控释肥有哪些优点?

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