本发明涉及缓释肥料领域，特别涉及一种大米草抗旱缓释肥料及其制备方法。
背景技术：
大米草属禾本科米草属，为多年生湿生草本宿根植物。大米草含有多种生物活性物质，如生物碱、氨基酸、维生素等，粗蛋白的含量较高，是一种营养成分比较齐全的植物，同时还具有促淤、护堤、保岸等方面的作用。根系纵横交错，特别发达，吸收磷的能力较强，适应幅度大，既能生于海水、盐土，也适应在淡水、淡土、软硬泥滩、沙滩地上生长。分蘖力特别强，在潮间第一年可增加几十倍到一百多倍，几年便可连片成草场。刈割后再生较快，一年中适当割草1～3次，可提高产草量。虽然大米草具有一定的优势和可用性，但其密集生长，抗逆性与繁殖力极强使它具有很强的侵入性，破坏近海生物栖息环境、影响滩涂养殖、堵塞航道、诱发赤潮，被称为“害人草”。
高吸水树脂一般为含有亲水基团和交联结构的高分子电解质，它能够吸收自身重量几百倍至千倍的水分，无毒、无害、无污染；吸水能力特强，保水能力特高。通过丙烯酸聚合得到的高分子量聚合物，所吸水分不能被简单的物理方法挤出，可反复释水、吸水，在植物根部形成“微型水库”。高吸水性树脂除了吸水，还能吸收肥料、农药，并缓慢的释放出来以增加肥效和药效。高吸水性树脂以其优越的性能，广泛用于农林业生产、城市园林绿化、抗旱保水、防沙治沙，并发挥巨大的作用。
缓释肥料是一种环境友好型肥料，是通过一定的物理方法将化肥用特定的材料进行包被、溶解或交联制备，施用后可以按照作物不同生长时期的需求逐步发挥肥效，时间一般可以长达几个月，甚至一年。缓控释肥料在应用时受到土壤、灌溉、降水等条件的限制，特别是在干旱和半干旱地区，采用环境友好型材料和普通加工工艺，制备具有抗旱吸水保水功能的缓释肥成为提高肥料利用效率、节水增效的重要产品和化肥革新研究的热点。
国内外缓释肥料主要有几大类：一类是物理型微囊法包膜或整体法溶解而成，如有机高分子包膜的控释肥料。以合成有机高分子聚合物所占比例最大，其可实现对养分的控释。缺点是包膜材料价格高，加工工艺复杂，膜的可降解性差，容易造成土壤污染。第二类是化学合成型，将有机或无机化合物直接或间接地连接到预先形成的聚合物上。采用硫磺、石蜡、沥青、树脂等难溶于水的物质，其生产技术工艺简单，生产价格只是普通肥料的1～2倍，不构成对土壤等环境因子的污染，但是无机包膜材料缓/控释性较差，其养分释放难以适应作物的需要。如钙镁磷肥、涂层尿素、硫包膜尿素等。硫包膜的生产过程复杂，成本较高，而且长时间施入这种肥料，可引起土壤酸化，破坏土壤结构。第三类是化学抑制型，添加脲酶抑制剂或硝化抑制剂。采用脲酶抑制剂等硝化抑制剂抑制铵态氮向亚硝态氮形态的转化，保持铵态氮形态，吸附在土壤团粒表面，减少硝态氮的淋洗损失。
申请号为201010117970.1的中国发明专利公开了一种抗旱缓释尿素及制备方法，包括尿素和由里到外对尿素进行包被的三个包被层：水肥隔离养护层、缓释层和水分调节层；水肥隔离养护层所包含的各组分及其与尿素的重量比分别为：预糊化淀粉4～10％、羟乙基淀粉1～2％、硬脂酸镁0.1～0.5％、黄糊精0.4～2.0％、硼砂0.1～0.8％；缓释层所包含的各组分及其与尿素的重量比分别为：多功能缓控释剂15～30％、膨润土10～20％；水分调节层所包含的各组分及其与尿素的重量比分别为：高效抗旱剂10～20％、羧甲基纤维素3～5％、聚天门冬氨酸0.1～2％、高岭土2～6％；其中，多功能缓控释剂、高效抗旱剂、硬脂酸镁、黄糊精、硼砂的粒径小于0.25mm；高效抗旱剂吸水率在400倍以上，粒径小于0.25mm；预糊化淀粉、羟乙基淀粉、羧甲基纤维素、聚天门冬氨酸的粒径小于0.15mm；膨润土、高岭土的粒径小于0.05mm。为制备该抗旱缓释尿素，首先将三个包被层各自的组分与尿素、聚乙二醇水溶液按比例进行物理混匀，然后通过造粒机从里到外依次将三个包被层包被到尿素上，最后将尿素从造粒机中取出，晒干或在烘干机中55～65℃条件下烘干到水分含量小于10％即可。
上述专利所述的一种抗旱缓释尿素及制备方法依旧存在原料组分复杂、制作方法复杂且需投入设备等需要进一步提高的问题。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是：提供一种具有抗旱和缓释功能、对环境友好且成本低廉的大米草抗旱缓释肥料，并且还提供一种工艺简单、设备投资少、易于工业化生产的大米草抗旱缓释肥料制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案一为：
一种大米草抗旱缓释肥料，包括如下重量份的原料制备而成：大米草20～25份、尿素20～25份、过硫酸钾1.5～2份、植物多酚1.5～2.5份、丙烯酸10～15份、淀粉1.0～1.5份、丙烯酰胺15～25份、甲苯二异氰酸酯2～5份、N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.003～0.01份。
本发明的有益效果在于：以大米草为原料，利用大米草的孔隙和一定的交联性，吸附肥料，形成包被肥料的保护层；其次，大米草吸收富营养水体中的氮磷元素，能被农作物吸收，起到绿色肥的作用。丙烯酰胺聚合形成聚丙烯酰胺，丙烯酸与淀粉接枝共聚得到的高分子量聚合物，均具有三维网络结构，可与肥料、生物制剂和水等紧密溶合在一起，达到反复吸收和缓慢释放肥料和水的目的，使养分的释放具有一定的缓冲性；养分缓慢释放，提高肥料的利用率，延长肥效，抗旱性能优越。克服了包膜材料的价格高、可降解性差的问题。本发明在干旱、半干旱地区以及干旱季节，可有效地发挥水、肥的缓释效果。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案二为：
一种制备大米草抗旱缓释肥料的方法，该方法包括如下步骤：
(1)将20～25份大米草粉碎，加入20～25份尿素，混合均匀；
(2)将15～25份丙烯酰胺、1.0～1.9份过硫酸钾于60～80℃的条件下反应1～3h，加入1.5～2.5份植物多酚，反应10～20分钟后加入(1)的所得物，调节pH值为6～8，再加入2～5份甲苯二异氰酸酯，搅拌均匀；
(3)将1.0～1.5份淀粉、0.1～0.5份过硫酸钾加入反应釜中，加热到80～85℃并反应1.5～2h，加入10～15份丙烯酸反应1.5～2h，降温至60～70℃，加入(2)的所得物，加入0.003～0.01份N,N-亚甲基双丙烯酰胺反应1.5～2h，在温度103±2℃条件下干燥至含水率1wt％以下，粉碎即得抗旱缓释肥料成品。
本发明大米草抗旱缓释肥料的制备方法的有益效果在于：该制备方法仅需利用现有的粉碎机、反应釜、干燥箱就可实现，无需使用或改造设备，设备投资成本低，制备方法简单，且制备过程中所需的温度较低、时间较短，因此制备所需的能耗较少。因此，本发明的制备方法简单高效，设备投资成本低，能耗低，易于实现工业化生产。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式予以说明。
本发明最关键的构思在于:以大米草为原料，利用大米草的孔隙和一定的交联性，吸附肥料，形成包被肥料的保护层，肥料不易流失，且大米草原料来源广、成本低，变废为宝，解决大米草利用的问题；通过丙烯酸、丙烯酰胺等聚合得到的高分子量聚合物，可反复吸收和释放，达到有效地发挥水、肥的缓释效果。
具体的，本发明提供的大米草抗旱缓释肥料，包括如下重量份的原料制备而成：大米草20～25份、尿素20～25份、过硫酸钾1.5～2份、植物多酚1.5～2.5份、丙烯酸10～15份、淀粉1.0～1.5份、丙烯酰胺15～25份、甲苯二异氰酸酯2～5份、N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.003～0.01份。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：以大米草为原料，利用大米草的孔隙吸附肥料及利用其与助剂的交联作用对肥料起固定作用，形成包被肥料的保护层；其次，大米草吸收富营养水体中的氮磷元素，能被农作物吸收，起到绿色肥的作用。丙烯酰胺聚合形成聚丙烯酰胺，丙烯酸与淀粉接枝共聚得到的高分子量聚合物，均具有三维网络结构，可与肥料、生物制剂和水等紧密溶合在一起，达到反复吸收和缓慢释放肥料和水的目的，使养分的释放具有一定的缓冲性；养分缓慢释放，提高肥料的利用率，延长肥效，抗旱性能优越。克服了包膜材料的价格高、可降解性差的问题。本发明在干旱、半干旱地区以及干旱季节，可有效地发挥水、肥的缓释效果，可以用于园林绿化、水土保持等领域，也可用于花卉、果蔬、经济林等作物。
进一步的，所述大米草的含水率为25～30wt％。
由上述描述可知，大米草在含水率为25～30wt％的条件下，孔隙所能吸附的肥料量最大。
进一步的，所述甲苯二异氰酸酯由2,4-甲苯二异氰酸酯和2,6-甲苯二异氰酸酯混合而成，2,4-甲苯二异氰酸酯和2,6-甲苯二异氰酸酯的质量比为4:1。
由上述描述可知，上述甲苯二异氰酸酯为工业上最常用的产品规格，原料来源广，易获得，可降低成本。
本发明提供的制备上述大米草抗旱缓释肥料的方法，包括如下步骤：
(1)将20～25份大米草粉碎，加入20～25份尿素，混合均匀；
(2)将15～25份丙烯酰胺、1.0～1.9份过硫酸钾于60～80℃的条件下反应1～3h，加入1.5～2.5份植物多酚，反应10～20分钟后加入(1)的所得物，调节pH值为6～8，再加入2～5份甲苯二异氰酸酯，搅拌均匀；
(3)将1.0～1.5份淀粉、0.1～0.5份过硫酸钾加入反应釜中，加热到80～85℃并反应1.5～2h，加入10～15份丙烯酸反应1.5～2h，降温至60～70℃，加入(2)的所得物，加入0.003～0.01份N,N-亚甲基双丙烯酰胺反应1.5～2h，在温度103±2℃条件下干燥至含水率1wt％以下，粉碎即得抗旱缓释肥料成品。
本发明方法的优点：
利用大米草的孔隙吸附肥料及利用其与助剂的交联作用对肥料起固定作用，形成包被肥料的保护层；其次大米草吸收富营养水体中的氮磷元素，能被农作物吸收，起到绿色肥的作用。将大米草粉碎后加入尿素，可使尿素进入大米草孔隙的腔壁内；在过硫酸钾的引发作用下，丙烯酰胺聚合成高分子量的聚合物聚丙烯酰胺，具有高吸水性，也能吸收肥料等药剂；加入的具有交联作用的植物多酚使得聚合物更稳定；聚丙烯酰胺在大米草和尿素的混合物的表面形成包被的保护层，有效防止肥料的流失；在加碱调节至pH值为6～8条件，氮、钙、镁等营养元素的有效性最好；加入甲苯二异氰酸酯，甲苯二异氰酸酯进入大米草腔壁内与尿素反应，使尿素固定在大米草内，形成双层防止尿素流失的保护层。淀粉在引发剂过硫酸钾的作用下与丙烯酸产生接枝共聚，形成高吸水性树脂淀粉接枝丙烯酸盐，加入(2)的所得物，在(2)的所得物表面形成高吸水性的保护层，再加入少量具有吸水性和交联作用的N,N-亚甲基双丙烯酰胺，产物交接更牢固，吸收的水分和肥料不易流失，且能被反复吸收和缓慢释放出来，养分缓慢释放，提高肥料的利用率，延长肥效，抗旱性能优越。克服了抗旱缓释肥料制备过程中包膜材料的价格高、可降解性差的问题。
从上述描述可知，本发明提供的制备方法的有益效果在于：该制备方法仅需利用现有的粉碎机、反应釜、干燥箱就可实现，无需使用或改造设备，设备投资成本低，制备方法简单，且制备过程中所需的温度较低、时间较短，因此制备所需的能耗较少。因此，本发明的制备方法简单高效，设备投资成本低，能耗低，易于实现工业化生产。
进一步的，所述大米草的含水率为25～30wt％。
由上述描述可知，大米草在含水率为25～30wt％的条件下，孔隙所能吸附的肥料量最大。
进一步的，所述大米草粉碎至2cm以下。
由上述描述可知，大米草粉碎至2cm以下，大米草表面孔隙裸露更多，与尿素的接触面积更大，使得大米草能吸附的尿素含量更大。
进一步的，所述甲苯二异氰酸酯由2,4-甲苯二异氰酸酯和2,6-甲苯二异氰酸酯混合而成，2,4-甲苯二异氰酸酯和2,6-甲苯二异氰酸酯的质量比为4:1。
由上述描述可知，上述甲苯二异氰酸酯为工业上最常用的产品规格，原料来源广，易获得，可降低成本。
本发明所述的大米草抗旱缓释肥料，其吸水率为自身重量的300～900倍，可反复吸水释水；同时具有较强的养分缓释性能，在水中24h氮素溶出率在8.2％～10.8％之间，尿素缓释效果长达100～180天；通常一亩玉米地需要施用尿素40千克，而每亩玉米地施用18千克大米草抗旱缓释肥料就可保证氮源和水分的充足；大米草提供的绿肥又可为作物提供养分，减少氮肥流失，节约肥料成本，促进植物生长。
本发明的实施例一为：
(1)将22.5份大米草粉碎至2cm以下，加入22份尿素，混合均匀；
(2)将丙烯酰胺18份、过硫酸钾1.6份于70℃反应2.5h，加入1.8份植物多酚，反应10分钟后，加入(1)的所得物，调节pH值为7，加入3份甲苯二异氰酸酯，搅拌均匀；
(3)将1.2份淀粉、0.2份过硫酸钾加入反应釜中，加热到80℃反应1.5h，加入12份丙烯酸反应1.5h，降温至60℃，加入(2)的所得物，加入0.006份N,N-亚甲基双丙烯酰胺反应1.5h，在105℃条件下干燥至含水率1wt％以下，粉碎即得大米草抗旱缓释肥料。
本发明的实施例二为：
(1)将21份大米草粉碎至2cm以下，加入22份尿素，混合均匀；
(2)将丙烯酰胺18份、过硫酸钾1.3份于75℃反应2h，加入2份植物多酚，反应10分钟后，加入(1)的所得物，调节pH值为7，加入2.5份甲苯二异氰酸酯，搅拌均匀；
(3)将1.2份淀粉、0.3份过硫酸钾加入反应釜中，加热到80℃反应1.5h，加入12份丙烯酸反应1.5h，降温至60℃，加入(2)的所得物，加入0.007份N,N-亚甲基双丙烯酰胺反应1.5h，在105℃条件下干燥至含水率1wt％以下，粉碎即得大米草抗旱缓释肥料。
本发明的实施例三为：
(1)将23份大米草粉碎至2cm以下，加入23份尿素，混合均匀；
(2)将丙烯酰胺18份、过硫酸钾1.6份于70℃反应2.5h，加入1.8份植物多酚，反应10分钟后，加入(1)的所得物，调节pH值为7，加入3份甲苯二异氰酸酯，搅拌均匀；
(3)将1.2份淀粉、0.15份过硫酸钾加入反应釜中，加热到80℃反应1.5h，加入12份丙烯酸反应1.5h，降温至60℃，加入(2)的所得物，加入0.006份N,N-亚甲基双丙烯酰胺反应1.5h，在105℃条件下干燥至含水率1wt％以下，粉碎即得大米草抗旱缓释肥料。
本发明的实施例四为：
(1)将23份大米草粉碎至2cm以下，加入23份尿素，混合均匀；
(2)将丙烯酰胺18份、过硫酸钾1.6份于75℃反应2.2h，加入1.75份植物多酚，反应10分钟后，加入(1)的所得物，调节pH值为7，加入3份甲苯二异氰酸酯，搅拌均匀；
(3)将1.2份淀粉、0.15份过硫酸钾加入反应釜中，加热到80℃反应1.5h，加入13份丙烯酸反应1.5h，降温至60℃，加入(2)的所得物，加入0.006份N,N-亚甲基双丙烯酰胺反应1.5h，在105℃条件下干燥至含水率1wt％以下，粉碎即得大米草抗旱缓释肥料。
本发明的实施例五为：
(1)将24份大米草粉碎至2cm以下，加入22.5份尿素，混合均匀；
(2)将丙烯酰胺20份、过硫酸钾1.5份于70℃反应2.5h，加入2份植物多酚，反应10分钟后，加入(1)的所得物，调节pH值为7，加入3.5份甲苯二异氰酸酯，搅拌均匀；
(3)将1.2份淀粉、0.25份过硫酸钾加入反应釜中，加热到80℃反应1.5h，加入12份丙烯酸反应1.5h，降温至60℃，加入(2)的所得物，加入0.008份N,N-亚甲基双丙烯酰胺反应1.5h，在105℃条件下干燥至含水率1wt％以下，粉碎即得大米草抗旱缓释肥料。
本发明的实施例六为：
(1)将23.5份大米草粉碎至2cm以下，加入23份尿素，混合均匀；
(2)将丙烯酰胺22份、过硫酸钾1.6份于70℃反应2.5h，加入1.8份植物多酚，反应10分钟后，加入(1)的所得物，调节pH值为7，加入3份甲苯二异氰酸酯，搅拌均匀；
(3)将1.2份淀粉、0.15份过硫酸钾加入反应釜中，加热到80℃反应1.5h，加入13份丙烯酸反应1.5h，降温至60℃，加入(2)的所得物，加入0.009份N,N-亚甲基双丙烯酰胺反应1.5h，在105℃条件下干燥至含水率1wt％以下，粉碎即得大米草抗旱缓释肥料。
本发明的实施例七为：
(1)将24份大米草粉碎至2cm以下，加入22.5份尿素，混合均匀；
(2)将丙烯酰胺18份、过硫酸钾1.6份于75℃反应1.5h，加入2.3份植物多酚，反应10分钟后，加入(1)的所得物，调节pH值为7.5，加入3.5份甲苯二异氰酸酯，搅拌均匀；
(3)将1.2份淀粉、0.2份过硫酸钾加入反应釜中，加热到80℃反应1.5h，加入13.5份丙烯酸反应1.5h，降温至60℃，加入(2)的所得物，加入0.009份N,N-亚甲基双丙烯酰胺反应1.5h，在105℃条件下干燥至含水率1wt％以下，粉碎即得大米草抗旱缓释肥料。
本发明的实施例八为：
(1)将200g大米草粉碎至2cm以下，加入200g尿素，混合均匀；
(2)将丙烯酰胺150g、过硫酸钾10g于60℃反应3h，加入15g植物多酚，反应10分钟后，加入(1)的所得物，调节pH值为6，加入20g甲苯二异氰酸酯，搅拌均匀；
(3)将10g淀粉、5g过硫酸钾加入反应釜中，加热到80℃反应1.5h，加入100g丙烯酸反应1.5h，降温至60℃，加入(2)的所得物，加入0.03gN,N-亚甲基双丙烯酰胺反应1.5h，在105℃条件下干燥至含水率1wt％以下，粉碎即得大米草抗旱缓释肥料。
本发明的实施例九为：
(1)将250g大米草粉碎至2cm以下，加入250g尿素，混合均匀；
(2)将丙烯酰胺250g、过硫酸钾19g于80℃反应1h，加入25g植物多酚，反应20分钟后，加入(1)的所得物，调节pH值为8，加入50g甲苯二异氰酸酯，搅拌均匀；
(3)将15g淀粉、1g过硫酸钾加入反应釜中，加热到85℃反应2h，加入150g丙烯酸反应2h，降温至70℃，加入(2)的所得物，加入0.1gN,N-亚甲基双丙烯酰胺反应2h，在105℃条件下干燥至含水率1wt％以下，粉碎即得大米草抗旱缓释肥料。
综上所述，本发明提供的一种大米草抗旱缓释肥料及其制备方法，以大米草为原料，利用大米草的孔隙和一定的交联性，吸附肥料，形成包被肥料的保护层；原料来源广、成本低，变废为宝，解决大米草利用的问题；其次，大米草吸收富营养水体中的氮磷元素，能被农作物吸收，起到绿色肥的作用。丙烯酰胺聚合形成聚丙烯酰胺，丙烯酸与淀粉接枝共聚得到的高分子量聚合物，均具有三维网络结构，可与肥料、生物制剂和水等紧密溶合在一起，达到反复吸收和缓慢释放肥料和水的目的，使养分的释放具有一定的缓冲性；养分缓慢释放，提高肥料的利用率，延长肥效，抗旱性能优越。克服了包膜材料的价格高、可降解性差的问题。本发明在干旱、半干旱地区以及干旱季节，可有效地发挥水、肥的缓释效果，可以用于园林绿化、水土保持等领域，也可用于花卉、果蔬、经济林等作物。同时，本发明的制备方法仅需利用现有的粉碎机、反应釜、干燥箱就可实现，无需使用或改造设备，设备投资成本低，制备方法简单高效，能耗低，易于实现工业化生产。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。