[00133972]包膜缓释材料及其在钾肥中的应用

肥料是农业生产的关键要素,是粮食增产的基础。特别是在我国,粮食的增产很大程度要归功于化肥的应用。进入新世纪以来我国粮食总产量不断增长,但令人担忧的是我国单位肥料增产率却随化肥施用量增加而递减,其根本原因是肥料利用率低,损失严重,我国氮肥利用率一般为30 %～35 %,磷肥仅为10 %～25 %,钾肥为35 %～50 %。更严峻的情况是生产化肥不仅消耗大量资源,还会造成严重的环境污染。相关数据显示,全国仅生产普钙约需硫酸700万吨,间接产生含酸废水1亿立方米,矿渣、气态SO2、氟化物700万立方米。因此,提高化肥利用率对保护我国环境,实施可持续发展战略,实现”中国梦“具有重大意义。缓/控释肥料作为一种新型肥料,能够保证农作物在整个生长期过程中都能吸收到丰富的营养,有利于农作物的正常生长,既提高了肥料的利用率,又不会造成环境污染。缓/控释肥料良好的环境效应,将有可能成为21世纪的主要肥料。 本项目以通过对河南烟叶产区的土壤生态条件和烟叶施肥生产状况研究,分析烟叶质量风格特点、生态环境特点、主要限制因素和质量提升潜力;针对钾元素含量低的突出问题,开展施用缓释钾肥的技术研究,主要缓释钾肥的制备技术、在烟叶栽培中的施用技术、水肥运筹、与其它肥料的配合施用技术和确定适宜成熟度的工艺研究等,建立富钾醇香型卷烟烟叶原料基地技术支撑标准体系。经过四年的研究和开发,取得了良好的经济效益和社会效益,实现了预期的目标。 1、分析了河南省洛阳地区生态条件和烟叶质量,有针对性的提出了提高烤烟钾含量的技术路线。 洛阳烟区土壤中缓效钾含量丰富,随土壤水分的供应,土壤中速效钾含量不断上升,从而提高了土壤速效钾含量。针对烟草对钾肥的需求在50d以后难以满足的情况,开展反应性复合技术固定钾素。我国烟株在此期间钾积累缓慢,多数烟区先后呈现积累下降。烟株生长后期干物质的积累速度大大超过钾的吸收和积累速率,造成我国烟叶含钾量低。利用相应肥料缓释技术,设计使互穿网络能够在40-50d开始大量降解,提高植烟土壤速效钾的可持续供应能力,有望解决后期供钾不足的问题,以提高烟叶含钾量。 2、系统的研究了包膜缓释材料,并开展了缓释钾的制备研究。 为了对比不同包膜材料的缓释效果,我们设计两组肥料制备配方。它们均以蒙脱土和分子筛为包膜材料主体。其中缓释钾肥A以羧甲基纤维素钠溶液为粘接剂,缓释钾肥B则是以壳聚糖溶液做粘接剂。 3、开展了包膜缓释钾肥的结构和性能测试研究,探讨了包膜缓释钾肥的缓释机理。 缓释钾肥的缓释机理为与扩散机制为主,破裂机制为辅。缓释机理具体表现为：封闭层被在土壤中因摩擦、碰撞等因素作用被破坏,此时水分开始进入肥料内部;然后肥料内部的养分溶解,形成特定浓度的饱和溶液,养分开始释放;接着随着养分的释放,水分子占据养分腾出的空间;最后肥料内部溶液的浓度逐渐降低,养分释放动力也随之减小,养分释放量减少。缓释钾肥的养分释放特征为持续释放,到了某一时间点,肥料内部的养分溶液不能为释放养分提供动力时,养分释放停止,一部分养分得不到释放,累计释放曲线变平,这些特点符合扩散机制的养分释放特点。 4、开展了包膜缓释钾肥的田间应用研究,达到或部分超过了项目预期设计目标。 缓释肥的使用能有效提高烤烟叶产值效益的各项指标,与CK组对比亩产量分别提高10.5 %、17.9 %,亩产值分别提高22.8 %、29.1 %,上等烟比例分别提高10.6 %、12.8 %。缓释钾肥对烟株的病株率和病指数有明显效果。 项目成果初步进行了推广实验,项目组2012年为河南省农科院肥料研究所提供了实验样品,进行首次外单位实用,效果良好;2014年项目组分别在云南临沧、陕西商洛和河南三门峡地区进行了推广应用,获得了良好的效果。项目成果转化方面,2015年分别在洛阳烟区和平顶山烟区开展了推广示范,合计约400亩,计划2016年推广到3000亩规模。项目实施获得的直接经济效益显著,洛阳实验基地2012年的亩产量增加了25Kg,亩产值增加了809元,增产增收效益明显。社会和生态效益方面,本项目的实施为当地烟农合理施用钾肥做了个良好的示范。由于缺钾是中国土壤的普遍现象,而烟草施用钾肥增产的的共识已经在烟农中得到了充分肯定,但是目前出现了过度施用钾肥的问题,导致两方面的效果,一是使用量增加而烟叶中钾含量不见增加的无效施肥;二是钾肥施用过程中带入的硫元素过量,危害烟草质量,同时造成土壤中S含量过高,破坏了土壤的生态平衡。因此,采用缓释钾肥技术降低使用量是破解以上两个难题的重要方法。