抗旱復合肥研究及應用進展

張 浩 羅來臣 杜 霞

摘要: 針對我國水資源短缺和施肥不合理的現狀,提出了抗旱復合肥的研究和應用,介紹了抗旱復合肥的應用領域、技術原理、研究內容和性能指標、國內外同類技術比較以及推廣應前景與措施,以期提高肥料利用率,發揮節水作用,提高干旱條件下作物的產量和品質。

關鍵詞 : 抗旱復合肥;旱薄地土壤;節水材料;水分利用率;肥料利用率

中圖分類號 : S144.9文獻標識碼:A文章編號: 1007-5739(2009)20-0293-02

水資源的短缺以及合理利用早已成為世界性的問題,在我國當前社會發展形勢下更為突出。干旱是我國的歷史性災害之一,發生極為頻繁。在我國,干旱、半干旱氣候面積約占國土面積的51%,在0.5億公頃耕地面積中沒有灌溉條件的旱地約占65%,每年因干旱損失減產糧食100～200億千克,直接經濟損失達100～200億元。糧食安全依靠單產的提高,其中化肥的貢獻最大。化肥對中國糧食的貢獻率為29.70%,灌溉次之,為23.33%,其他措施的貢獻均低于15.00%,2004年中國化肥消費量達到4 500萬噸。在增產的同時,由于施肥不合理,也帶來了單位化肥增產幅度的下降及對環境的不利影響。因此,抗旱復合肥的研究和應用受到了廣泛關注。

1抗旱復合肥的應用領域

抗旱復合肥一方面既能夠抗旱保水,又能夠通過水肥的交互作用,提高養分的利用率,減少肥料和農業用水的用量,在一定干旱條件下,具有節水、節肥作用,能夠充分利用水肥資源,提高產量,增加農民收入,可廣泛應用于我國干旱、半干旱或季節性干旱地區及用水緊張的農業和園林業。另一方面,該新型功能性肥料豐富了肥料品種,給生產化肥的企業產品結構調整帶來了新的機遇,增強了其市場的競爭力,有利于企業市場的進一步開拓,具有廣闊的市場潛力、良好的社會效益和生態效益。

2抗旱復合肥的技術原理

該研究成果融材料科學、作物栽培學、土壤學、植物營養學和化學工程技術為一體,在深入研究節水材料與肥料相互作用機理的基礎上,將節水材料、常規復合肥和調理劑等通過特殊的工藝,解決節水材料遇鹽保水性能降低或消失的難題,研制出抗旱復合肥,其工藝簡單可行,成本較低,通過水肥耦合的原理,既能起到抗旱保水、提高作物水分利用率,發揮節水的作用,又能夠有效地提高肥料利用率,提高干旱條件下作物的產量,改善農產品品質。

3抗旱復合肥研究的主要內容與性能指標

抗旱復合肥在一定干旱條件下,對農作物和園林花卉具有抗旱、節水、節肥、增產和增收作用,且其制造工藝簡單易行,成本低,效益高。

3.1肥料對節水材料吸水性能的影響

尿素對節水材料的吸水性能影響很小,但鹽類單一肥料對節水材料的吸水性能影響很大。當鹽類單一肥料與節水材料的重量比例大于1∶100時,節水材料的吸水倍率驟然下降,且吸水倍率與其與單質肥料的比例呈負相關。當兩者重量比增至2∶1時,節水材料的吸水倍率降至70～150,甚至小于15。

當復合肥與節水材料重量比大于1∶10時,節水材料吸水倍率明顯下降;當復合肥與節水材料重量比高于40∶1時,節水材料的吸水倍率幾乎降為0。不同濃度復合肥對節水材料的吸水倍數影響有差異。在一定的復合肥與節水材料重量比例下,高濃度復合肥對節水材料的吸水倍數的影響要強于低濃度的復合肥。復合肥與節水材料重量比小于1∶10時,高濃度復合肥處理的節水材料的吸水倍率要低于高濃度的復合肥。當復合肥與節水材料重量比高于1∶10時,兩種濃度復合肥處理的節水材料吸水性能接近,并呈顯著降低趨勢。不同粒徑的節水材料,其吸水性能隨復合肥濃度不同變化的快慢不同。100目的節水材料隨復合肥濃度增加,其吸水倍數下降的趨勢要快于1mm的節水材料。若將復合肥和節水材料直接混合生產抗旱復合肥,則節水材料不能發揮其吸水作用。

3.2吸水飽和后節水材料遇復合肥后的吸水倍率會下降

吸水飽和后節水材料在1%濃度復合肥溶液和0.9%NaCl溶液中,其吸水倍率隨其與這兩種溶液作用時間而顯著降低,并呈對數關系下降,但0.001%復合肥溶液處理的下降幅度較小,基本在5%以下,并且隨時間變化不明顯,而1%復合肥溶液處理和0.9%NaCl溶液處理中,吸水飽和后節水材料吸水倍率降幅均在53.68%以上,最高可達80.73%,并且在10s左右,其吸水倍數下降近50%,60min下降80%左右。

3.3節水材料本身具有很強的保肥能力

等溫吸附試驗結果表明,節水材料對氮、磷、鉀養分都具有較強的吸附能力,同時也可大量解吸釋放這些養分,說明節水材料對養分有較好的保持能力。節水材料對銨態氮(NH4+)、磷酸根(PO43-)和鉀離子(K+)3種養分的吸附量均隨平衡濃度的增加而增加,而節水材料對這3種養分的解吸量則均隨其吸附量的增加而遞增。

3.4節水材料對土壤淋洗液中養分含量的影響

在模擬降雨情況下,土壤中養分殘留量比不施節水材料的土壤養分含量有顯著提高,并且,隨節水材料的增加,淋洗液中氮磷鉀的含量降低。施入節水材料后土壤中養分殘留量都比不施節水材料的土壤養分含量顯著提高,并且在質地輕的土壤上,效果更顯著。說明節水材料具有顯著的保肥效應,可以減少養分淋失,提高土壤的保肥能力,進而提高肥料的利用率。

3.5抗旱復合肥的工藝流程研究

根據肥料原料、節水材料性能差異篩選包膜助劑和設計工藝過程,研究不同工藝流程及工藝條件對產品抗旱性能的影響規律,從而優化出工藝簡單易行、成本低、效益高的新型抗旱復合肥產品。選用合適的節水材料、防結塊劑、天然的調理劑和緩釋劑,采用特殊的工藝,試生產出新型抗旱復合肥產品,其工藝簡單易行,成本低廉。經安徽省產品質量監督檢驗所檢驗,抗旱復合肥的吸水倍數為8～18,氮磷鉀的總養分含量為25.1%。

3.6盆栽試驗

研究中發現,在干旱條件下,抗旱復合肥能提高作物的成苗率,促進作物生長發育,改善作物的生物性狀,增加作物干物質積累量。反復干旱脅迫下,抗旱復合肥延長了作物初萎間隔時間,減少了生育期內的總澆水量,增加了作物干物質積累量。漬水條件下,抗旱復合肥未加重漬水危害,反而對作物生長有所促進。

3.7大田小區試驗

大田小區試驗研究結果表明,抗旱復合肥對作物增產、增收效果明顯。使用抗旱復合肥使吉林玉米增產323.6～1 751.2kg/hm²,平均增產23.6%,平均增收1 511.8元/hm²,其產投比平均為14.7∶1;蕭縣小麥產量較對照平均增產7.5%,平均增收606.7元/hm²,其平均產投比為5.4∶1;懷遠油菜增產150.1～300.2 kg/hm²,增幅為5.7%～11.3%,平均增產8.5%,平均增收520.2元/hm²,其產投比平均為5.6∶1。施用抗旱復合肥可使合肥市牧草產籽增加16.2%～19.9%,平均增產18.6%,和縣黃瓜累積增產3 150～1 280kg/hm²,增幅6.8%～27.8%,平均增產17.3%,其平均產投比為28.5∶1。

3.8推廣示范

從2001起,在吉林省和安徽省各地推廣示范了抗旱復合肥,涉及作物包括花生、油菜、玉米和蔬菜等,用戶反應良好,特別是在干旱年份或干旱季節,抗旱復合肥的抗旱、保苗、節水、節肥、增收增產的效果十分明顯。根據應用單位不完全統計,推廣示范抗旱復合肥在各種旱地作物超過1.1萬公頃,增收逾1 412萬元。

4與國內外同類技術比較

4.1明確了肥料與節水材料的相互作用

本研究通過網袋法、等溫吸附法、土柱淋洗法,明確了節水材料的吸水性能隨其與尿素的重量比變化不大,隨其與鹽類單質肥料重量比的減小而顯著降低,隨其與復合肥重量比的減少而明顯降低。節水材料自身對養分具有一定的保持能力。與土壤自身的保肥能力相比,節水材料可明顯提高土壤對養分的保持能力,特別是質地較輕、保肥性能差的土壤對養分的保持能力。施入節水材料后,土壤經淋洗后,養分保持量比不施節水材料的土壤養分含量顯著提高,進而提高了土壤保持養分的能力;節水材料保肥能力也隨節水材料用量的增加而增強,并且在質地輕的土壤上效果更顯著。這些均為抗旱復合肥工藝的選擇及優化提供了理論依據和技術支撐。

4.2抗旱、保肥的新型復合肥生產具有可行性

該研究成果推出的抗旱復合肥,是在前人研究的基礎上,通過特殊的工藝將復合肥與節水材料有機結合加工而成的一種工藝簡單可行、成本較低、抗旱、節水、節肥、增產和增收的新型復合肥,其克服了肥料和土壤中鹽類對節水材料的不利影響,施用在一定干旱條件下的多種作物上,能取得較好的效果。

4.3制造工藝具有創造性、先進性

該研究成果,在研究節水材料與肥料相互作用的機理基礎上,通過節水材料與單質肥料、復合肥的相互作用及機理的研究,采用特殊工藝制成抗旱復合肥,為抗旱復合肥制造工藝提供了理論依據和技術支撐。通過工藝的挑選與優化,為抗旱復合肥的生產提供了特殊的制造工藝,且該工藝已獲得國家專利(ZL 200420055095.9)。同時抗旱復合肥采用可降解節水材料和緩釋劑,以及天然的調理劑,對土壤與農田環境表現友好。

5推廣應用前景與措施

5.1推廣應用前景

土壤水分能夠提高肥料的利用率,而節水材料能顯著提高土壤持續抗旱能力,使單位用水效益增加1倍以上,明顯改善水肥耦合環境,減少肥料浪費,延長肥效,提高氮鉀肥利用率;明顯改善土壤物理和生物狀況,協調土壤固、液、氣的比例,無污染,能調理植物生長,改善農產品品質,提高單產。由于肥料各組分的可溶性受到控制,節水材料可將肥料保存起來緩慢釋放,既能減少追肥次數,又可減少肥料的流失。抗旱復合肥將兩者的特點融為一體,不但能發揮抗旱、節水、節肥的功效,更能增產增收,社會經濟效益顯著,而且使用簡單、方便,符合當前農業發展需求。

在市場需求方面,按我國年消費化學肥料總量(4 700萬噸)的1%～10%計算,該研究結果提供了抗旱復合肥的年消費量也將達到47～470萬噸。另外,按化肥施用量500～1 000 kg/hm²,我國0.33億公頃受旱面積上需要復合肥1 650～3 300萬噸;安徽省148.3萬公頃受旱面積上,需要復合肥74.1～148.3萬噸。因此,該抗旱復合肥產品具有較廣闊的市場前景。

5.2推廣措施

5.2.1宣傳、推廣和示范。通過現場解答、資料分發以及開展講座等進行示范和宣傳,向農民講解本抗旱復合肥的功效及施用技術,適當在農場等處設立示范田,給當地農民以親身體驗。

5.2.2加快成果轉化。面向市場,選擇技術力量和創新意識較強、實力較為雄厚、信用較好的企業,加快成果的運用和轉化。

5.2.3農化服務。依靠市場動力,發揮企業市場優勢,建立和堅持農化服務,傳授使用技術,收集反饋信息。通過肥料廠的農化服務人員、推廣人員等,向農民傳授本抗旱復合肥的特點及施用技術。同時,根據實地調察用戶的意見和建議以及相關農化服務人員的反饋信息,及時對抗旱復合肥的配方進行調整,以便發揮抗旱復合肥的最大效益。

5.2.4依靠政府。依靠政府有關部門協助推廣和應用的宣傳教育,發揮政府的宏觀調控職能,通過組織措施、法律手段、專款專用等經濟手段,健全肥料的生產、經營和管理制度,引導農民施用經濟效益高的肥料產品,將產品及時推廣到各地,為當地農民服務。

6小結

抗旱復合肥在研究節水材料與肥料相互作用的機理基礎上,通過特殊工藝制成,在小麥、玉米、油菜等農作物,黃瓜等蔬菜,牧草,花卉等上應用,取得了良好的效果,具有廣闊的市場潛力和良好的社會效益、生態效益。

7參考文獻

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