一种水田长效肥料及其制备方法与流程

本发明涉及复混肥料技术领域，更具体的说是涉及一种水田长效肥料及其制备方法。

背景技术：

水田多用来种植水稻、茭白、莲藕等水生植物。我国是全世界水稻生产和消耗大国，60％以上的人口常年以食用稻米为主，因此水稻也是我国最主要的粮食作物之一。现阶段，我国水稻的种植面积占全球水稻总播种面积的20％以上，每年的粮食产量达到1.85亿吨，占全球粮食生产总量的三分之一。水稻是喜肥植物，水稻的生长发育可分为幼苗、分蘖、孕穗、抽穗、开花、成熟等不同时期，因此需在不同时期对其进行施肥。水稻施肥时一般会把肥料撒入水田，而作物能够吸收到的养分一般是植物根系或茎叶能接触到的，因而水稻能吸收到的养分比例与施入的养分具有巨大差异。研究如何提高水田的养分利用效率是重要的研究课题。

水田一般是一个开放的系统，灌水后也会有大量田间水流出田块进入水体，这些流出水会把大量施肥施入的养分带走而进入江河湖泊，从而带来水体的富营养化，影响水体水质，这已经成为我国南方地区面临的重要面源污染现状。因此，提高肥料的利用率也是一项重要的环保工作。

据此看出水稻施肥中存在以下问题：一是养分配比不合理，不能满足水稻整个生育期的养分需求；二是由于肥料在水田中易分散溶解后分布于水田水体，只有部分能够被水田作物吸收，肥料浪费严重；三是施用化学肥料容易造成水体富营养化，存在面源污染风险，污染环境。

目前市场上已有多种的水稻专用肥或水田肥料，大家也意识到了水田稳定态肥料的重要意义，比如热塑性或热固性包膜控释肥就是一种具有较好控释效果的肥料，但是这些肥料应用于水田，却有很多不足，一的是当控释肥部分释放后则密度降低，会在水中出现流动聚集现象，致使养分分布在水田出现随水流动现象。另外当控释肥使用后其养分释放高峰比较集中，会出现养分突变现象，不利于作物吸收和利用，并且控释肥价格较高，真正的生产意义不容高估。

现有的水田肥料技术中，专利技术“一种水稻用长效肥料及其制备方法(申请号201810723610.2)”公开了一种水稻用长效肥料，其原料包括：尿素，碳酸一铵，磷酸钾，硫酸钾，磷酸二氢铵，硅酸钠，微量元素，维生素，发酵金针菇渣，吸附剂，明胶；其中，吸附剂包括：改性壳聚糖和凹凸棒土，其中，改性壳聚糖和凹凸棒土的重量比为1：1-1.5。可见该技术是以吸附剂为主要添加物来增强肥料的长效性；专利技术“一种长效复混肥料及其制备工艺(申请号201711491595.5)”公开了一种长效复混肥料及其制备工艺，它是由黄腐植酸、硫酸镁、硫酸亚铁、硫酸锌、硫酸铵、硫酸猛、钥酸铵、硼砂、过磷酸钙、多肤尿素，硫酸钾等组成。可见本技术产生肥料的长效性主要通过原料来维系，不适合水田施用；专利技术“一种长效改土复合肥及其制备方法(申请号201810926487.4)”涉及一种长效改土复合肥及其制备方法，所述复合肥的原料组分包括有机无机复合炭材料，畜禽粪便炭化物，微生物菌剂，发醇豆粕，菌渣，粘结剂；所述长效改土复合肥的制备方法包括制备有机无机复合炭材料和畜禽粪便炭化物材料，微生物固化，制备复合肥料。因此本技术也主要是通过有机无机复合碳材料及畜禽粪便碳化物来保持肥料的长效性，其生产制造成本比较高。专利技术“一种多功能长效缓释水稻肥料(申请号201910170546.4)”，含有尿素、氯化铵、磷铵、钙镁磷肥、普通过磷酸钙、氯化钾、一水硫酸锌、高活性有机质、非包裹复配缓释剂和高效土壤调理剂。因此该肥料的缓释效果是靠非包裹复配缓释剂和高效土壤调理剂来维系的。

因此，提供一种营养成分多样化，既能够避免肥料在水田中流失，还能够保证肥效持久的长效的复混肥料是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种营养成分多样化，能够避免肥料在水田中流失，且肥效持久的长效肥料及其制备方法，通过在肥料中添加固化剂得到稳定的体系从而避免肥料在水田中的分散。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种水田长效肥料，其特征在于，包括以下重量百分比的原料：氮肥20-30％、钾肥20-30％、过磷酸钙30-40％、氨化褐煤3-5％、玉米淀粉2-4％、固化剂6-9％、钙粉3-6％、聚丙烯酰胺0.1-0.2％。

本发明的有益效果：本发明中通过以氮肥、钾肥和过磷酸钙为主要原料，以淀粉和氨化褐煤为粘结和分散剂，以聚丙烯酰胺为粘合剂，以硅酸盐水泥、生石灰的混合物为固化剂，以钙粉为添加剂，制备而成肥料，具有浸水稳定性。

优选地，所述固化剂由硅酸盐水泥和石膏粉混合而成，所述硅酸盐水泥与石膏粉的质量比为4:1。

更加优选地，硅酸盐水泥选用高标号水泥，最优选地选用625或625R。

采用上述技术方案的有益效果：采用上述特定的固化剂添加到肥料中使各原料粘结到一起成为一个稳定的体系。

优选地，所述氮肥为尿素或硝酸铵。所述钾肥为氯化钾和/或硫酸钾。忌氯作物选用硫酸钾。

采用上述技术方案的有益效果：采用尿素或硝酸铵作为氮肥，可以尿素或硝酸铵；钾是作物生长必需的营养元素，氯化钾和硫酸钾的价格比较低，钾含量非常高，有着非常好的速溶性，而且采用本发明中的氮肥及钾肥的配比不会对于水田中的土壤造成板结。

本发明还提供了一种水田长效肥料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照所述的水田长效肥料的重量份数称取各原料，备用；

(2)将氮肥、钾肥、玉米淀粉及钙粉在1号粉碎机内粉碎成粉状，过0.5-1.0mm孔径的筛粉碎，过筛，进入混料盘，得到混合料Ⅰ；

(3)2号粉碎机内加入氨化褐煤粉和过磷酸钙，粉碎过0.5-1.0mm孔径的筛，进入混料盘，然后加入固化剂，混拌均匀，得到混合料Ⅱ；

(4)将混合料Ⅰ和混合料Ⅱ加入造粒盘(圆盘造粒)，聚丙烯酰胺以水溶解成2-4％的溶液，在造粒盘随造粒过程喷洒，用量以有利于成粒为限，水分用量不高于混合料质量的5％，如需继续加水才易于造粒则以清水代替；

(5)圆盘造粒后的成粒进入加热烘干筒结合滚筒的二次造粒以固化成型；

(6)烘干筒内的颗粒进入冷却筒，自然冷却；

(7)冷却筒内出来的颗粒经粒径筛分，合格产品即为水田长效肥料，不合格产品进入1号粉碎机，参与循环造粒过程。

本发明的有益效果：本发明中通过专用固化剂筛选及固化剂使用技术的引入，开发出一种长效复混肥料，其技术核心是在复混肥料造粒时附加固化成型工艺，让肥料成为覆被固化层的肥料颗粒，其密度较大，可保障在水田内缓慢嵌入土壤，并缓慢分解释放。该肥料不仅能够全面满足水田作物的需肥要求，也具有在现有复混肥生产工艺中适用、生产简单易行、价格低廉的特点，并且生产出的肥料可以具有显著的浸水稳定性，对于提高肥料利用率、改善水田施肥现状、缓解面源污染风险均具有积极意义。

本发明中采用聚丙烯酰胺溶液来作为粘结剂，其极强的粘结性使肥料表面滑而不糙，不粘模具，使肥料无龟裂，成品外观成型好并明显增强肥料的强度。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种水田长效肥料及其制备方法，通过以本发明中的原料及制备方法得到的水田长效肥料，具有耐浸水稳定性，肥料在浸水条件下不出现溶解现象，只有淀粉成分缓慢分解后才会逐步出现肥料溶出现象，此后在根系及土壤微生物的影响下，肥料形状被逐渐破坏而释放出所有养分；具体的，本发明中通过特定的固化剂添加到肥料中来使各原料粘结到一起成为一个稳定的体系；并添加了聚丙烯酰胺作为粘结剂进一步的增加了体系的稳定性，增强了肥料的强度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明实施例1与对比例5肥料氮素的静水累计释放曲线；

图2附图为本发明实施例1与对比例5肥料磷素的静水累计释放曲线；

图3附图为本发明实施例1与对比例5肥料钾素的静水累计释放曲线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

水田长效肥料的原料：尿素200kg，氯化钾200kg，过磷酸钙400kg，氨化褐煤50kg，玉米淀粉10kg，固化剂90kg，钙粉50kg，聚丙烯酰胺0.01kg；其中固化剂由高标号硅酸盐水泥(625R)与石膏粉按照质量比4:1混合而成；

上述原料的制备方法为：

(1)称取上述各原料，备用；

(2)将尿素、氯化钾、玉米淀粉和钙粉在1号粉碎机内粉碎，过0.5mm筛，倒入混料盘中，得到混合料Ⅰ；

将氨化褐煤和过磷酸钙在2号粉碎机内粉碎，过0.5mm筛，然后加入固化剂，混合搅拌均匀，得到混合料Ⅱ；

(3)将混合料Ⅰ和混合料Ⅱ加入圆盘造粒盘进行造粒，将聚丙烯酰胺溶于水制成聚丙烯酰胺溶液，在造粒盘随造粒过程喷洒；

(5)圆盘造粒后的成粒进入加热烘干筒结合滚筒的二次造粒以固化成型，然后进入冷却筒中冷却，经粒径筛分，合格产品为水田长效肥料；不合格产品进入1号粉碎机继续循环制备；其中，聚丙烯酰胺溶液的浓度为2％。

实施例2

水田长效肥料的原料：尿素300kg，氯化钾200kg，过磷酸钙300kg，氨化褐煤50kg，玉米淀粉10kg，固化剂90kg，钙粉50kg，聚丙烯酰胺0.02kg；其中固化剂由高标号硅酸盐水泥(625R)与石膏粉按照质量比4:1混合而成；

上述原料的制备方法同实施例1。

实施例3

水田长效肥料的原料：尿素250kg，氯化钾250kg，硫酸钾100kg，过磷酸钙350kg，氨化褐煤50kg，玉米淀粉10kg，固化剂90kg，钙粉60kg，聚丙烯酰胺0.02kg；其中固化剂由高标号硅酸盐水泥(625)与石膏粉按照质量比4:1混合而成；

上述原料的制备方法同实施例1。

对比例1

常规水稻专用肥料：尿素200kg，氯化钾200kg，过磷酸钙400kg，氨化褐煤50kg，硼酸10kg，硫酸锰20kg，钙粉120kg，其中不含有固化剂。

对比例2

不同于实施例1中的方案为：固化剂由高标号硅酸盐水泥与石膏粉按照质量比2:1混合而成。

对比例3

不同于实施例1中的方案为：固化剂由高标号硅酸盐水泥与石膏粉按照质量比3:1混合而成。

对比例4

不同于实施例1中的方案为：固化剂由高标号硅酸盐水泥与石膏粉按照质量比5:1混合而成。

对比例5

不同于实施例1中的方案为：不采用固化剂。

试验及实施效果

1、产品的性能测试

对以上实施例及对比例所制造的肥料产品开展主要性能指标的分析对比，主要观测颗粒外观、分析原料的成品率，测定产品的密度及其抗压强度。产品的各指标测定情况如表1所示，产品的浸水稳定性分析如表2所示；

表1产品的主要性状

由上述表1中可以看出，从颗粒外观分析，本发明中的产品与常规水稻专用肥(对比例1)相比，颗粒外观有了显著改善，在固化剂配方选择中，由于水泥和石膏粉的掺混比例不同，对造粒有直接影响，随着石膏粉比例的增加，产品的颗粒外观显著提升。

水泥和石膏粉的掺混比例不同，对产品的密度有直接影响，随着石膏粉比例的增加，产品的密度显著降低。

水泥和石膏粉的掺混比例不同，对产品的抗压强度有直接影响，随着石膏粉比例的增加，产品的抗压强度显著降低。

由此看出水泥与石膏粉比例是决定肥料颗粒固化效果的重要因素，水泥越多固化效果越好，但颗粒外观则会变得粗糙，不规则；从实施例1和对比例2、对比例3和对比例4可以看出，在固化剂成分确定中，随着硅酸盐水泥与石膏粉比例的增大，肥料颗粒硬度逐渐增强，密度和抗压强度都加大。

2、产品的浸水稳定性分析

为了评价各成品的浸水稳定性，将称取一定质量的肥料颗粒放置在尼龙网袋中，并将其浸泡在固定容量的水中，通过观察网袋周围出现浑浊的情况、浸泡水出现浑浊的时间，以及浸泡1个月后肥料颗粒的完整程度和颗粒破损率来评价肥料的浸水稳定性。以上实施例及对比例的试验结果如表2：

表2各产品的浸水稳定性对比

从表2可以看出，本发明制备的产品与市售普通复合肥颗粒相比，具有较好的稳定性，主要体现在当本发明的肥料颗粒浸泡在水中后，在1周后才明显观察到肥料颗粒周围出现浑浊现象，且整个水体有浑浊迹象的时间可以达到18天之久，在30天后颗粒基本呈现原状，肥料破损率极低；而不加固化剂及市售产品浸泡入水后1天内即可看到肥料周围出现浑浊现象，其30天后肥料的颗粒基本不存在，颗粒破碎率高达90％以上。

从实施例1和对比例2、对比例3及对比例4可以看出，在固化剂成分确定中，随着硅酸盐水泥与石膏粉比例的增加，固化剂的固化性能逐渐增强，所得肥料的浸水稳定性也明显增强，当硅酸盐水泥与石膏粉比例为4:1时，其固化性能基本与硅酸盐水泥：石膏粉为5:1时的固化性能相近，考虑到硅酸盐水泥添加量过大会给肥料的造粒及土壤分解带来影响，并且如果固化效果太强则延缓养分在水田的释放而导致水稻当季缺肥。因此将硅酸盐水泥与石膏粉比例限定为4:1。

3、产品静水释放效果测定

将实施例1与对比例5所生产出的肥料各称取10g，放入用尼龙网袋中，封口后，将网袋放入恒温快速浸提仪的不锈钢网袋中，放入密闭浸提室，加入200mL水，保持温度恒定为(40±1)℃时开始计时，取样时间为1d、2d、4d、8d、16d、32d、64d、128d，取样时，将密闭室内的浸提液全部移入250mL容量瓶中，冷却至室温后定容至刻度，以备测定养分用；然后再加入200mL的水，密封后继续下一时段的浸提；每种肥料做3次平行试验；

所测得产品氮、磷、钾元素的静水释放曲线如图1—图3所示。

从图1看出，从第4天开始差异逐渐增大，在8天时，实施例1的稳定态肥料的静水氮素累计释放量仅为12.31％，比常规肥料降低65.08％，16天时比常规肥料降低66.25％，32天时比常规肥料降低61.72％，64天时比常规肥料降低24.33％，128天时比常规肥料降低10.08％，由此看出实施例的氮素在静水中的释放与不采用固化处理的肥料(对比例5)相比，具有明显的缓释效果，并且在30天以后其氮素释放明显加快，表明该固化肥料在前30天内具有显著的浸水稳定性。

从图2中看出，实施例1与对比例5在前8天内其静水磷素累积释放量几乎接近，而在16天、32天、64天及128天时，实施例1的磷素累计释放率与对比例5相比则分别降低了29.67％、61.75％、36.52％及11.05％。由此看出，在水中浸泡30天后实施例1的肥料磷素释放发生陡增现象，表明30天内该肥料具有显著的浸水稳定性，当其稳定性被破坏后，固化成分失活，则肥料磷素重新进入水体。

图3为实施例与常规肥料浸水条件下的钾肥累计释放情况对比，单从实施例1的钾素累计释放曲线来看，肥料稳定性被破坏的时间应该发生在32天之后，而具体时间由于取样的时间间隔较长而没有确定，这需要在以后的工作中继续研究。但可以看出，在浸水30天内，该发明的长效肥具有突出的稳定性。与普通肥料相比，该发明的肥料施用后在60天内，水体的钾素含量都能有效降低，对于提高作物肥料利用率具有较好潜力。

4、产品的应用效果

选择一片土壤情况相对均匀的水田进行水稻种植试验，试验设置实施例1(T1)和对比例5(T2)2个处理，每处理重复3次，田间随机排布，试验小区面积50㎡，各小区之间用塑料板隔开，并设置50cm宽的田埂以防肥水渗透，在插秧前每小区均匀撒入3.8kg肥料(T1处理撒入实施例1所制得的肥料，T2处理撒入对比例5所制得的肥料)，后期所有田间管理保持一致，试验结束后分析水稻产量及肥料利用率情况，所得结果如表3所示：

表3实施例1与对比例5水稻产量及肥料利用率结果

从表3看出，该发明的水田长效肥(实施例1)与常规肥料相比能增加水稻产量13.65％，同时肥料利用率可提高30.27％。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。