農(nóng)用低聚合度聚磷酸銨配伍研究

馬培根，陶紹程，謝 娟，龍慶蘭，何 薇，劉 旭，2

（1.甕福（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550002；2.鄭州大學(xué) 化工學(xué)院，河南 鄭州 450001）

0 引言

聚合度為3～20 的低聚合度聚磷酸銨（APP）相比于普通磷肥，具有養(yǎng)分含量高、水溶性好、螯合性強(qiáng)和磷緩釋等特點(diǎn)［1］，符合目前水肥一體化和綠色農(nóng)業(yè)的發(fā)展理念［2］。低聚合度聚磷酸銨作為新型肥料逐步走向市場，廣泛應(yīng)用于糧油作物、棉花和蔬菜等農(nóng)作物的種植上［3-5］。由于其僅含有氮、磷養(yǎng)分，且聚磷酸鹽要水解為正磷酸鹽后才能被植物吸收［6］，因此，單獨(dú)向農(nóng)作物施用聚磷酸銨容易造成前期養(yǎng)分供給不足的問題。因此，國內(nèi)外專家學(xué)者就聚磷酸銨進(jìn)行了大量的配伍施用研究［7-9］，以實(shí)現(xiàn)肥料利用最大化。

固體低聚合度聚磷酸銨存在吸濕性強(qiáng)和易結(jié)塊的問題［10］，影響其配伍產(chǎn)品的生產(chǎn)和施用。磷酸一銨是目前常使用的速效磷肥之一，常作為水溶復(fù)合肥的原料。有文章報(bào)道酸性環(huán)境能加快聚磷酸銨的水解［11］。因此，將磷酸一銨、肥料級磷酸脲、尿素和硫酸鉀等與低聚合度聚磷酸銨進(jìn)行配伍，研究其配伍后水溶肥pH 和水溶性的變化情況，重點(diǎn)考察配伍后肥料的吸濕和結(jié)塊情況，為低聚合度聚磷酸銨配伍產(chǎn)品的生產(chǎn)和施用提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

農(nóng)用低聚合度聚磷酸銨產(chǎn)自甕福達(dá)州化工有限責(zé)任公司，其主要成分如表1所示；磷酸脲為肥料級，產(chǎn)自甘肅甕福化工有限責(zé)任公司，主要成分如表2 所示；磷酸一銨為工業(yè)級磷酸一銨（w（P2O5＋N）≥72%）；尿素為農(nóng)用級尿素（w（N）≥46.4%）；硫酸鉀為農(nóng)用級硫酸鉀（w（K2O）≥50.5%）；實(shí)驗(yàn)用水為自來水（pH 6.9，w（Ca＋Mg）≥0.000 2%）。

表1 農(nóng)用低聚合度聚磷酸銨指標(biāo)

表2 肥料級磷酸脲指標(biāo)

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

將磷酸一銨、磷酸脲、尿素和硫酸鉀粉碎，與農(nóng)用低聚合度聚磷酸銨按表3比例進(jìn)行混合，混合后過1.7 mm（10目）標(biāo)準(zhǔn)篩得到7種不同組成的水溶肥，檢測配伍后肥料的pH、水溶性、吸濕率和結(jié)塊率。

表3 農(nóng)用低聚合度聚磷酸銨配伍方案 %

1.3 分析方法

1.3.1 pH和水溶性檢測

將配伍得到的肥料用自來水按照固液質(zhì)量比1 ∶250 和1 ∶1 000 配制成溶液，分別使 用pH 計(jì)（雷磁，PHB-5）和濁度儀（雷磁，WZB-172）檢測其pH和濁度。

1.3.2 吸濕性檢測

分別稱取配伍后肥料（2.00±0.01） g置于5 cm玻璃表面皿上，放置在實(shí)驗(yàn)室（溫度15～20 ℃，相對濕度50%～60%），在計(jì)劃時(shí)間稱量，增加質(zhì)量與樣品質(zhì)量的比值即為其吸濕率［12］。

1.3.3 結(jié)塊性檢測

將200 g 配伍后的肥料裝入自封袋，將其置于50 kg 重物下進(jìn)行重壓處理。按計(jì)劃的時(shí)間取出自封袋，使其從1 m高處正反面各自由墜落一次，袋內(nèi)樣品以同樣的強(qiáng)度和頻率過1.7 mm（10目）篩，稱量篩上物質(zhì)量，篩上物與肥料總質(zhì)量的比值即為結(jié)塊率［13］。

2 結(jié)果與分析

2.1 配伍肥料pH和水溶性

分析不同配伍水溶肥的pH 和濁度，其結(jié)果如表4所示。聚磷酸銨與磷酸一銨復(fù)配時(shí)，由于磷酸一銨為弱酸性，復(fù)配后水溶肥pH 較聚磷酸銨低，但pH 隨兩者的配比變化相差不大。磷酸脲和聚磷酸銨配伍時(shí)，隨著聚磷酸銨的比例提高，水溶肥pH（1 ∶250）由4.05 升至5.40，在提高了磷酸脲pH 的同時(shí)，弱酸性有利于聚磷酸銨的水解［14］，配伍的產(chǎn)品更適合在鹽堿地施用。聚磷酸銨配伍的水溶肥明顯提高了酸性肥料的pH，pH均在4～7，符合市場對水溶肥酸堿度的要求。配伍后的水溶肥均表現(xiàn)為全水溶性，但濁度增加，這是由于復(fù)配后，隨pH 升高正磷酸鹽與自來水和磷酸脲中金屬離子結(jié)合，以及聚磷酸銨對金屬離子螯合相互作用的結(jié)果［15］。因此，在配伍過程中須注意正磷酸鹽和游離態(tài)高價(jià)金屬離子的添加量，避免產(chǎn)品溶于水后濁度過高，在施用過程中也應(yīng)避免使用水質(zhì)較差的水源進(jìn)行配施［16］，以防出現(xiàn)堵管。

表4 水溶肥pH和水溶性

2.2 配伍肥料吸濕性

由配伍后肥料的吸濕率（見圖1）來看，吸濕率均隨著聚磷酸銨添加比例的增加而提高。聚磷酸銨與磷酸一銨復(fù)配時(shí)其吸濕率在7 h 后趨于平衡，聚磷酸銨添加量為80.0%時(shí)配伍后肥料的吸濕率較高，達(dá)到了13.43%以上。相同條件下，聚磷酸銨與磷酸脲配伍時(shí)肥料吸濕率較與磷酸一銨配伍的高，這是由于磷酸脲本身具有一定的吸濕性，NP-6的吸濕率最大，高達(dá)13.89%。從形貌來看，當(dāng)吸濕率大于8%時(shí)，水溶肥表面開始溶化。因此，聚磷酸銨配伍比例過高時(shí)，需要在干燥條件下生產(chǎn)和儲存，在施用時(shí)應(yīng)避免長時(shí)間將肥料暴露于潮濕的空氣中，從而避免肥料吸濕后發(fā)生水解［17］。

圖1 配伍肥料吸濕率

2.3 配伍肥料結(jié)塊性

復(fù)配肥料經(jīng)重壓后，從外觀來看相對松散，無明顯板結(jié)和結(jié)塊現(xiàn)象。由配伍肥料結(jié)塊率（見表5）來看，聚磷酸銨和磷酸一銨配伍后結(jié)塊率優(yōu)于與磷酸脲和氮磷鉀水溶肥配伍組別，這可能是由于磷酸脲和氮磷鉀水溶肥中的尿素在擠壓中均會表現(xiàn)出一定的結(jié)塊性［18-19］。從15 d到60 d，聚磷酸銨復(fù)配肥料結(jié)塊率無明顯變化，均小于4%，表明低聚合度聚磷酸銨與磷酸一銨、磷酸脲、硫酸鉀和尿素等肥料在復(fù)配時(shí)結(jié)塊情況不明顯，幾乎不影響儲存和施用。

表5 配伍肥料結(jié)塊率 %

3 結(jié)論

聚磷酸銨可以明顯提高磷酸脲的pH，配伍肥料酸堿度適中，按固液質(zhì)量比1 ∶250 配制的溶液pH 為4～7。配伍肥料的水溶性良好，均表現(xiàn)為全水溶，按固液質(zhì)量比1∶250 配制的溶液濁度均小于10 NTU。在進(jìn)行配伍時(shí)應(yīng)注意正磷酸鹽和高價(jià)金屬離子的添加比例，施用過程中應(yīng)避免使用水質(zhì)較差的水。聚磷酸銨占比較高時(shí)，配伍肥料吸濕率明顯提高，最高達(dá)到13.89%；在聚磷酸銨占比較低的NPK-1組，吸濕性較低，僅為4.16%；建議低聚合度聚磷酸銨配伍的水溶肥應(yīng)避免在空氣中長時(shí)間暴露。低聚合度聚磷酸銨配伍的水溶肥60 d內(nèi)結(jié)塊率均低于4%，無明顯結(jié)塊現(xiàn)象。整體看來，低聚合度聚磷酸銨配伍肥料生產(chǎn)和施用過程中應(yīng)主要關(guān)注其吸濕性，避免因吸濕而導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不合格的問題。