一种适用于石灰性土壤的控释肥 【技术领域】
本发明属肥料技术领域，具体地说是一种适用石灰性土壤的控释肥。
背景技术
石灰性土壤是干旱和半干旱地区主要土壤类型之一，土壤pH7.0—9.0，碳酸钙含量5-18％，土壤有机质含量一般低于1％，有效氮和有效磷含量缺乏，微量元素锰、锌、钼的有效态含量较低。施用氮、磷肥和其它含微量元素锰、锌、钼的肥料对保持小麦、玉米、棉花、大豆、水稻等作物正常生长必不可少。但是，由于土壤大多是带碱性、游离碳酸钙含量较高，表施普通化学肥料后，肥料中氮素挥发损失很大，磷素则形成难溶解性的各种类型的磷酸钙化合物和羟基磷灰石。据研究资料报道，在叙利亚的石灰性土壤表施N15标记的硫酸铵和尿素，13天后，施硫铵的氮素总损失为27％，而施尿素的氮素总损失高达49％。(Pilbeam and Hutchison,1998，Nutrient Cycling in Agroecosystem 52(1)：55-60)。稻田表施碳酸氢铵、硫酸铵和尿素后，氮素的总损失分别为38—72％，10—65％和14—67％。在河南封丘玉米地上表施尿素，肥料中氮的总损失高达45％，其中氨的挥发损失为30％，河北张北小麦田表施尿素后氮素总损失也达到30％(张绍林等，1991，土壤23∶27；蔡贵信等，1995，中国学术期刊文摘，p94)。为了提高氮肥的利用率，氮肥深施和施用后灌水是一种实际有效的方法，但是，对于表施氮肥，至今还没有切实可行的方法来减少肥料中氮素的损失。国内外的研究重点主要是开展对脲酶抑制剂、硝化抑制剂和缓效肥等的研究和应用。
脲酶抑制剂的作用是延缓脲酶对尿素的水解，使较多的尿素能扩散移动到土表以下的土层中，从而减少旱地表层土壤中或稻田田面水中铵态氮及氨态氮总浓度，以减少氨挥发损失。国内外目前研究应用的脲酶抑制剂有100多种，然而，它们对减少氮素总损失的作用还未得到广泛证明，也没有在田间试验中表现出稳定的增产效果。如Fillery(1986，Fertilizer Research 8：193-202)在应用脲酶抑制剂O-苯基磷酰二胺(PPD)进行地8个田间试验中，仅有一个试验中PPD显著提高水稻产量。而脲酶抑制剂在国内施用于玉米中的18个试验中，多数试验的效果都不显著。
硝化抑制剂的作用是抑制硝化速率，减缓铵态氮向硝态氮的转化，从而可能减少氮素的反硝化损失和硝酸盐的淋溶损失。但据国内外的研究资料报道，硝化抑制剂的效果十分不稳定。在美国大西洋沿岸中部地区的8个小麦试验中，只有3个加双氰胺(DCD)获得增产；而在22个玉米试验中，DCD处理都没有表现出增产效果。国内用N15示踪法的试验表明，无论是培育试验、盆栽试验，还是田间试验，在非石灰性土壤上施用硝化抑制剂，其减少肥料氮素损失的效果均优于石灰性土壤(李良谟，1992，中国土壤氮素，江苏科学技术出版社。p94-122)。这可能是因为石灰性土壤的pH较高，硝化抑制剂在抑制铵的硝化作用的同时，可能促进了氨挥发，因而对减少氮素总损失的作用不大。
普通化学氮肥多为水溶性，容易通过挥发、流失和反硝化等途径而损失掉，肥效差，利用率低，损失的肥料还会造成对环境和人类健康的潜在威胁。此外，如果施肥不当，造成局部土壤溶液浓度过高，还会引起烧苗。因此提出了研制缓效肥料的设想，即把速效性变为缓效性，把速溶性变成缓溶性，让养分缓慢溶解、释放出来，供作物不断吸收，这样便可以大大减少挥发、淋失和反硝化损失，减轻对环境的污染，即使施肥量较高，也不致烧苗，可用一次基肥代替分次施肥，用机械施肥代替人工施肥，从而节约劳力和减轻劳动强度。按照生产工艺和农化性质，缓效肥主要分为以下两种主要类型，(1)合成缓溶氮肥，包括有机缓溶氮肥如脲醛(UF)、丁烯叉二脲(CDU)、异丁叉二脲(IBDU)等，无机缓溶性氮肥如磷酸镁铵等。
(2)包膜肥料，国外以硫包尿素(SCU)为代表，国内以磷酸盐包膜碳铵和尿素为主，近些年又出现不少新型包膜材料和包膜复合肥；脲醛施入土壤后，在氨化细菌作用下释放出NH4+，再经硝化细菌作用生成NO3-。这些养分不断供作物吸收。但对一年生作物的生长初期，往往嫌氮素供应不足，应配施适当的速效氮肥。
化学合成缓效肥主要通过控制粒径大小来控制其释放速率，包膜肥料则主要靠膜的厚度和微孔的大小来控制释放速率。包膜材料种类很多，如高分子聚合物、硫磺、石蜡、沥青、树脂、脲醛等。美国和日本用得较多的是硫磺和聚合物，我国采用钙镁磷肥作为新的包膜材料，大量田间试验结果表明，硫包尿素优于普通尿素。美国TVA公司在东南亚的菲律宾、印尼、印度、斯里兰卡以及南美的秘鲁、巴西等国进行了大量的水稻试验，80％都获得了增产，特别是在间歇灌溉的条件下，硫包尿素具有非常显著的增产效果，其施肥量仅为普通尿素的40％，稻谷产量却相同。这是由于在间歇灌溉条件下，普通尿素的淋溶损失和反硝化损失都很严重，而硫包尿素能够抗御淋溶，减少损失，从而提高了肥效。在印度的一系列水稻试验表明，硫包尿素的增产效率为每kgN增产25～30kg稻谷，而普通尿素为16～20kg。国际水稻研究所在84个水稻试验中，硫包尿素对旱季水稻的效果均好于其他氮肥，而在干、湿两季，在两种施氮量的情况下，只有30％的硫包尿素比其他肥料产量高，2％的试验低于其他肥料，68％的试验和其他肥料持平(孙秀廷，1989，新型化肥及其施用，农业出版社，p73-76)。
包膜尿素是将钙镁磷肥包膜碳铵的工艺应用到尿素上制成。应用同位素N15示踪技术在盆栽、田间微区和小区试验条件下，研究了水稻、小麦对包膜尿素的氮素利用率。试验结果表明，在pH较低的红壤、白土等酸性和微酸性的田间土壤条件下，普通尿素分次施时的氮素利用率为34％左右，而包膜尿素的氮素利用率较高，在水稻上为42—79％，在小麦上为38％左右。但在中性黄泥土上则两者的利用率基本相近，均为32—60％，在黄泥土和白土上进行的单季晚稻和小麦试验，其效果并不明显(孙秀廷，1989，新型化肥及其施用，农业出版社，p85-94)。
肥料中的磷素在石灰性土壤中容易固定是磷肥利用率较低的主要原因之一。固定的机理通常为沉淀作用和吸附作用，研究资料表明，在石灰性土壤中加入KH2PO4，可同时生成二水磷酸二钙，磷酸八钙和β-磷酸三钙，而以溶解性较低的磷酸八钙和β-磷酸三钙占主要成分(AL-Khateeh，et al.1986，SoilSci.141∶31-37)。在田间条件下，形成的磷酸八钙是不稳定的，它积累在施磷土壤的表层，当土壤有效磷含量小于32mg/kg时，β-磷酸三钙可能是控制土壤磷素水平的主要化合物。国内外的研究结果都表明，作物对磷肥中磷的当季利用率是很低的，一般在10—25％。中国科学院南京土壤研究所对我国849个田间试验结果的统计表明，水稻的磷肥利用率为8—20％，小麦为6—26％，玉米10—23％，棉花4—32％(鲁如坤，1998，土壤一植物营养学原理和施肥，化学工业出版社，p199)。国外结果有类似情况，国际水稻研究所的结果表明，水稻磷肥利用率在8—12％(De Data et al 1990，Phosphorus requirement forsustainable agriculturein Asia and Oceania IRRI，Manila p307-323)，英国Woburn地区大麦对磷肥当季利用率仅为7％，燕麦为6％，马铃薯为4％，甜菜为15％，轮作牧草为16％(Cooke，1981，The Chemistry of Soil Processes Greenland，D.J.et.al，ed John Wiley and Sons Ltd)，澳大利亚磷肥利用率全国平均小于20％，丹麦小于10％(Barrow，1980，Phosphorus requirement for sustainable agriculture in Asia andOceania IRRI，Philippines p199-210)。而对磷肥的表观累积利用率，在连续8季作物试验中，在石灰性土壤上为27％左右，远远低于非石灰性土壤的45—74％(Fixen，1992，Phosphate Fertilizer and the Environment. J.J.Schulty，ed.IFDC.USA.p65-76)。
综上所述，研制和开发出一种适宜于石灰性土壤上应用的控释肥，对提高肥料中氮素和磷素的利用率，防止氮素的损失和保护土壤环境，增加作物产量和提高产品品质有非常重要的实际意义。
【发明内容】
本发明的目的在于避免上述现有技术中的不足之处而提供一种含有氮、磷和微量元素养分的控释肥，从而减少肥料中氮素和磷素的损失，提高利用率。该控释肥采用表施和基施都具有非常好的效果。
本发明的目的可以通过以下措施来达到：
为了防止在石灰性土壤中施用肥料后氮素的挥发和淋失、磷素的固定，同时考虑到石灰性土壤中缺乏微量元素锌、锰、钼的情况，本发明采用速效性脲醛肥、磷酸铵和硫酸铵为主要原料，根据不同作物需要适当添加腐殖酸、微量元素锌或锰或钼。应用机械混合压粒或干粉混合造粒方法生产出适用于不同作物需要的系列控释肥品种。使肥料中的氮素释放得到有效控制，同时在腐殖酸的作用下，肥料中的无机形态的磷转化为腐殖酸类有机磷形态，减少了肥料施用后，因为石灰性土壤高pH和较高的游离碳酸钙含量对氮素挥发损失和磷素的固定，此外，腐殖酸与肥料中微量元素锌、锰、钼产生螯合作用，提高了微量元素在土壤中的有效性，充分保证了作物生长对氮、磷和微量元素养分的需求，使肥料中氮和磷的利用率显著提高，作物产量增加，品质提高。
主要原料与配比：脲醛、磷酸铵和硫酸铵为主要原料，主要配比脲醛：磷酸铵∶硫酸铵为1∶1—2.5：0.5—2，根据作物和土壤特性，分别添加适量的硫酸锰、硫酸锌、钼酸铵和腐殖酸。
肥料中N和P2O5及微量元素(锌、锰、钼)含量(重量比)分别为20—35％、7—15％和1—5％。依据不同作物需要调整肥料中各养分的比例。
本发明相比现有技术具有如下优点：
该控释肥可根据不同作物和不同土壤状况，对肥料养分进行适当配比调整后，适用于所有石灰性土壤上各种作物的施肥。既可作为追肥表施和深施，也可作为基肥深施。特别适宜于我国西北干旱地区石灰性土壤上各种天然退化草地的恢复重建和人工草场的优化施肥管理。可以采用飞播对大面积天然退化草地作追肥施用，也可利用机械条施作人工草场的追肥和基肥。
【具体实施方式】
实施例1
田间试验的实例证明，石灰性土壤施用控释肥不仅提高了肥料中的氮素利用率，同时使较多的氮素保持在土壤中，从而极大地降低了氮素的损失，提高作物的产量。在江苏吴县通安镇农科站试验农场稻麦轮作中进行的肥料试验结果见表1。
表1、控释肥对稻、麦产量构成因素的影响 处理 空白 尿素控释肥(1∶1∶0.5含2％Zn和2％Mn)水稻株高(cm) 70.0 88.0 83.0有效穗(万/亩) 10.4 14.8 14.2 每穗粒数 84.7 90.4 89.8 实粒数 81.5 79.7 85.9 秕粒数 3.2 10.7 3.9 结实率％ 96.2 88.2 95.7 千粒重(g) 27.9 25.5 27.1 小 麦 株高(cm) 90.0 96.0 96.0有效穗(万/亩) 24.1 27.1 27.5 单株分蘖 0.32 0.42 0.41 每穗实粒数 27.9 31.2 31.8 千粒重(g) 32.5 30.2 30.5
从表1可以清楚看出，施用控释肥后，在水稻上结实率增加，秕粒数减少，千粒重增大，植株的高度虽然较矮小一些，却抗倒伏，营养体转化为籽粒的程度也相对得到提高；在小麦上，有效穗增加，每穗实粒数也有增加，千粒重增大。
实施例2
本发明的目的是针对施用在石灰性土壤的肥料中氮素容易挥发和淋失、磷素易固定，微量元素锌、锰、钼缺乏的特点，研制出含有氮磷和微量元素养分的控释肥。采用河南封丘县pH8.2的石灰性潮土进行盆栽水稻试验结果见表2。
表2、水稻施肥盆栽试验中土壤铵态氮含量与肥料中氮素利用率试验处理 土壤铵态氮含量(Nmg/盆)氮素利用率％插秧后15 35 55 70 90天对照(不施肥) 100 50 12 11.5 8.4尿素 345 130 24 22.3 20.4 27.5硫磺包膜尿索 486 120 23.6 22.0 20.0 50.0控释肥(1∶1.5∶1含2％Zn) 512 224 32.5 31.3 30.2 62.1
试验结果说明，该控释肥的肥效长，不仅在水稻生长初期35天中供应的铵态氮比尿素和硫磺包膜肥要高，而且在水稻生产的三个月内都能供给较多的氮素。控释肥的氮素利用率为62.1％，比施用硫磺包膜尿素的氮素利用率高12％，比施尿素的氮素利用率高34.6％。
实施例3
表3、盆栽无芒雀麦施肥试验处理地上部干重(g/盆)地下部干重(g/盆)N素利用率％土壤残留N％N素损失率％ 1 2 3 1 2 3不施肥 1.09 1.09 1.13 1.83 1.84 2.05 - - -尿素 0.87 0.67 0.65 0.74 0.43 0.81 - - -尿素＋磷肥 6.45 5.68 6.62 4.75 4.45 4.21 35.7 19.7 44.6包膜肥 6.78 6.84 6.76 5.2 5.14 5.67 38.8 21.5 39.7 2号控释肥(1∶1.5∶1含2％Zn和2％Mo) 9.33 9.02 9.81 9.43 9.04 8.77 53.6 29.7 16.7 4号控释肥(1∶1∶0.5含2％Zn和2％Mo) 10.67 9.94 9.96 8.03 7.12 5.67 58.2 32.2 9.6 邓肯(Duncan`s)新复极差测验的多重比较结果 处理 地上部1％极显著 地下部 1％极显著4号控释肥(1∶1∶0.5含2％Zn和2％Mo) 10.19 A 9.08 A 2号控释肥(1∶1.5∶1含2％Zn和2％Mo) 9.38 B 6.94 B包膜肥 6.79 C 5.34 C尿素＋磷肥 6.25 C 4.47 C尿素 1.10 D 1.91 D不施肥 0.73 D 0.66 D
采用内蒙多伦县草原站pH7.8的石灰性土壤，对无芒雀麦进行不同系列控释肥与尿素和包膜肥的等量氮磷肥盆栽试验，试验结果见表3。
试验结果表明，牧草对2号和4号控释肥中N的吸收利用率比包膜肥高14.8～19.4个百分点，比尿素加磷肥高17.9～22.5个百分点；而土壤残留氮比包膜肥高8.2～10.7个百分点，比尿素加磷肥高10～12.5个百分点；而尿素加磷肥的氮素损失比控释肥高27.9～35个百分点；包膜肥的氮素损失比控释肥高23～30.1个百分点。
采用邓肯(Duncan`s)新复极差测验进行多重比较的结果表明，对无芒雀麦地上部和地下部的干重影响，2号和4号控释肥与包膜肥和尿素加磷肥比较，有极显著的差异。其中4号控释肥的效果与2号控释肥相比也有极显著的差异。说明，在石灰性土壤中施用4号控释肥对增加无芒雀麦的产量效果最好。
参考文献1.孙秀廷编著，1989，新型化肥及其施用，北京：农业出版社，p73-942.李良谟，1992，中国土壤氮素(朱兆良等主编)，南京：江苏科学技术出 版社。p94-1223.张绍林、蔡贵信、王贤忠等，1991，黄淮海平原潮土—夏玉米系统中尿素 氮损失途径的研究。土壤：23∶2714.鲁如坤等著，1998，土壤—植物营养学原理和施肥，北京：化学工业出 版社，p1995.蔡贵信、朱兆良、李仁岗等，1995，中国北方草甸栗钙土—春小麦系统中 氮肥的损失。中国学术期刊文摘。p946.AL-Khateeb，I.K.et al 1986，Phase equilibrium and kinetics of orthophosphate in some Iraq soils Soil Sci.141：31-377.Barrow，N.J.，1990，Relating chemical processes to management system.In： Phosphorus requirement for sustainable agriculture in Asia and Oceania IRRI， Philippines.p199-2108.Cooke，G.W，1981，The fate of fertilizer.In：The Chemistry of Soil Processes. Greenland，D.J.et al，ed.John Wiley and Sons Ltd.9.De Datta.S.K.et al.1990，Phosphorus requirement and management for lowland rice.In：Phosphorus requirement for sustainable agriculture in Asia and Oceania.IRRI，Manila.p307-32310.Fillery.I.R.P.，Simpson，J.R.，De Datta，SK.1986，Contribution of ammonia volatilization to total nitrogen loss after application of urea to wetland rice fields Fert Res 8：193-20211.Fixen，P.E.1992 Optimum phosphate fertilizer products and practical for temperate cllmate agriculture.In：Phosphate fertilizer and the Environment. J.J.Schulty.ed.IFDC.USA P65-7612.Pilbeam，C.J and D.Hutchison.1998，Fate of nitrogen applied in different fertilizers to the surface of a calcareous soil in Syria. Nutrient Cycling in Agroecosystem 52(1)：55-60