提高土壤中氨氮化肥和铵的施用效率的液体复合物及其制备方法
【专利说明】提高土壤中氨氮化肥和铵的施用效率的液体复合物及其制备 方法
[0001] 本发明涉及化学肥料领域，具体涉及一种能够优化土壤中氨氮化肥和铵的应用的 产品和方法，其目的是使植物更高效地吸收施用于土壤中的特定肥料。
[0002] 发明背景
[0003] 氮、碳、氢、氧、磷和硫是所有生物必需基本元素的一部分。除包含有植物生长需要 的常量和微量营养素之外，土壤中还包含了所有以自然形态存在的这些元素。由于数量不 足或存在形态的问题，土壤中的这些元素常常不能维持植物或作物的营养和生长，不能使 之达到最高产量。为了克服这些缺陷，通常在土壤中添加一些含有某些特定数量和特定形 态的养分的肥料，在土壤或基质方面丰富了生长介质。就氮肥而言，植物可以吸收铵或硝酸 盐中的氮，这二者均存在于土壤中，但其活性和益处各有不同。同其它营养素一样，氮也是 决定果实的活力、产量和质量的关键元素。就土壤中无机形态的氮而言，只有铵和硝酸盐在 农业施肥中占有重要地位。施用于土壤中的氨肥会经受由土壤中天然细菌引起的硝化过程 (铵转化为硝酸盐）。在田间条件下，硝化过程进行得非常迅速，而硝酸盐是氮在土壤中的主 要存在形态。从植物和环境的角度来看，如果可以选择的话，铵比硝酸盐更有利，但是铵转 化为亚硝酸盐和硝酸盐的过程非常快速。一旦进入根部，铵会直接转为氨基酸形态，但是硝 酸盐转化为氨基酸的效率会更低(N〇3-+8H++8e--NH 3+2H20+0H-)。当针对根部施用氨基肥 时，吸收过程极其快速。与硝酸盐相比较而言，铵更能增加植物细胞分裂素，促进更多的花 芽分化。硝酸盐的吸收会促进阳离子的摄取，而铵的吸收则对阳离子的摄取产生抑制作用。 [0004]因为土壤中这种营养素的活性很容易损失，所以对生产效率、环境和人体健康方 面均会产生影响。这些损失主要由浸出、脱硝和挥发作用产生。浸出作用会引起地下水和地 表水的重度污染，导致过多藻类在河流生长，造成诸如胃癌和高铁血红蛋白血症等人体健 康问题。反硝化和挥发作用会引起对流层(N0)中臭氧(0 3)的增多，降低大气能见度，增加酸 雨，减少平流层(N20)中的臭氧(03)，最后造成全球变暖。硝酸盐形态的氮极其容易溶解。因 为硝酸根离子携带的负电荷不能被土壤中腐殖酸粘土复合物吸收，因而通过浸出作用流 失。以尿素形态存在的氮不带电荷，不会得到转化，但依然要受到浸出作用的影响。所以，只 有铵形态的氮可以保留在土壤中的腐殖酸粘土复合物中。因此，寻求减少氮损失的技术，让 氮肥利用更有效率，是全球化肥行业要优先应对的挑战之一。
[0005] 现有的一些工具和技术能使氮的施用更有效且更安全。这些技术方法重点在于施 肥中对肥料实施调节，以此来平衡植物需要。其中的一些技术方法包括:根据植物生理学业 进行分级施肥和滴灌施肥、缓释肥料、使用诸如硝化抑制剂的过程抑制剂等。
[0006] 现有技术考虑了四种能提高氮肥施用效率的产品。
[0007] 1.缓释和/或控制释放的肥料。该类型肥料中的植物养分在施用后，能得到减缓利 用或分剂量利用，其分剂量营养供给期可为几个月。通过小量化的逐步供应来降低毒性，可 以高效供肥，而不会造成肥料浪费和/或植物药害。
[0008] 2.可缓慢溶解和分解的分子，是尿素及其醛类的缩合产物:脲醛(UF)38%N、脲异 丁醛(ΙΒΟ??) 32 % N、巴豆二脲(CDU?:) 32 · 5 % N。其缓释性取决于这些产品的有限溶解 度和在土壤中分解成植物可吸收形态的时间。
[0009] 3.传统涂层肥料。是在肥料上涂上一层不渗透性或半渗透性(硫（S⑶）、合成聚合 物(PCF)和有机材料(蜡))保护层，以控制营养素的释放速率。
[0010] 4.脲酶抑制剂和硝化抑制剂是抑制细菌作用的化合物，减缓从尿素到铵、从铵到 硝酸的转化过程，并且减少如硝酸沥滤或反硝化作用造成的氮损失。这些抑制剂的例子有： nBTPT脲酶抑制剂、三氯甲基吡啶(Ni trapyr iη)硝化抑制剂（只在美国使用）、双氰胺(D⑶） 硝化抑制剂和二甲基苯基哌嗪(DMPP)硝化抑制剂(更有效、兼容性更好）。
[0011] DMPP能减缓从铵到硝酸的细菌氧化过程，抑制氨单加氧酶(ΑΜ0)的酶反应，尤其对 亚硝化单胞细菌有抑制作用。它抑菌而不杀菌，减慢细菌生长，短期增加土壤中的铵，减少 硝酸盐。其优点是:高效抑制细菌亚硝化作用，抑菌效果可达4-10周;高选择性(仅抑制亚硝 化单胞细菌）；可在土壤中完全降解;有效剂量很低;可加入各种配方;浸出损失低;可抑制 尿素的挥发;无毒性。
[0012] 现有技术说明
[0013] 现有技术有多个液态和干性(颗粒剂、丸剂或粉剂)肥料的例子。例如，美国专利 4356021号公开了一种由硫代硫酸铵和氧化锌组成的液体肥料;美国专利5372626号公开了 应用于植物根部的包含金属离子和柠檬酸的复合物;美国专利5997600号公开了包含螯合 态金属离子，特别是金属氧化物的化肥添加剂。另外，现有技术还引用了几种缓释肥料或涂 层肥料的例子。例如，美国专利5435821号公开了一种植被改善剂，其是至少一种常量营养 物或微量营养素、一种缓释肥料或氮肥和一种杀虫剂组成的混合物，然后涂上磺化聚合物 涂层起到控制释放作用;美国专利5725630号公开了一种含有链烷酸的液体化肥制备技术， 可与粒状佐剂混合，制备干性颗粒肥料。德国专利1592804号描述了一种包含水溶性偏磷酸 钾和不溶性偏磷酸钾的肥料。不溶性偏磷酸钾的形态为细或微细结晶体以及小于100微米 的晶体，但是没有涂层。美国专利4036627号说明了一种用未反应的尿素与亚甲基尿素混合 的氮肥料。其中，亚甲基尿素是长链聚合物，分解时间较长。即使没有涂层，这仍然是一种延 迟或阻止尿素挥发的方法。法国专利2599736号是一种包含木质材料、植物材料、动物源材 料、无机成分和糖醛酸成分的混合物的肥料。肥料颗粒(木质材料)涂有单层或双层树脂，延 迟了颗粒的分解时间。另外，西班牙专利2288416号描述了一种采用灭火器过期粉末制备的 液体肥料。通过在水中进行稀释处理，最后获得包含氮、磷、钾等营养物质的液体。西班牙专 利2259908号发明是最后一个现有技术的例子。它涉及一种通过粘土空间离散的稠密凝胶 型肥料的生产流程，属于化学领域并在化肥行业中应用。它利用切力下的粘土空间离散作 用生产叶面肥或凝胶状铜肥料。
[0014] 发明简述
[0015] 本发明涉及一种可作为佐剂或非佐剂使用的可为液体的复合物的制备方法，它可 提高土壤中存在的氨氮化肥和铵的性能和效率。通过本发明的设计流程，混合3,5_DMP、磷 酸、水及氨基酸等成分，转化为3,5_二甲基吡唑磷酸盐液体复合物。将此复合物同氨氮化肥 在作物灌溉中结合施用，可减缓土壤中的亚硝化单胞细菌作用，降低铵转变成硝酸的速度。 通过这种液体复合物的应用，使铵转变过程减速或延缓，提高了氮的施用效率，同时在氨相 上浸出很小，而不像硝酸盐浸出度很高，会导致地下水氮污染。
[0016] 上述发明也适用于畜牧场开发产生的有机肥料浆料