抗旱复合肥研究及应用进展

张 浩 罗来臣 杜 霞

摘要: 针对我国水资源短缺和施肥不合理的现状,提出了抗旱复合肥的研究和应用,介绍了抗旱复合肥的应用领域、技术原理、研究内容和性能指标、国内外同类技术比较以及推广应前景与措施,以期提高肥料利用率,发挥节水作用,提高干旱条件下作物的产量和品质。

关键词 : 抗旱复合肥;旱薄地土壤;节水材料;水分利用率;肥料利用率

中图分类号 : S144.9文献标识码:A文章编号: 1007-5739(2009)20-0293-02

水资源的短缺以及合理利用早已成为世界性的问题,在我国当前社会发展形势下更为突出。干旱是我国的历史性灾害之一,发生极为频繁。在我国,干旱、半干旱气候面积约占国土面积的51%,在0.5亿公顷耕地面积中没有灌溉条件的旱地约占65%,每年因干旱损失减产粮食100～200亿千克,直接经济损失达100～200亿元。粮食安全依靠单产的提高,其中化肥的贡献最大。化肥对中国粮食的贡献率为29.70%,灌溉次之,为23.33%,其他措施的贡献均低于15.00%,2004年中国化肥消费量达到4 500万吨。在增产的同时,由于施肥不合理,也带来了单位化肥增产幅度的下降及对环境的不利影响。因此,抗旱复合肥的研究和应用受到了广泛关注。

1抗旱复合肥的应用领域

抗旱复合肥一方面既能够抗旱保水,又能够通过水肥的交互作用,提高养分的利用率,减少肥料和农业用水的用量,在一定干旱条件下,具有节水、节肥作用,能够充分利用水肥资源,提高产量,增加农民收入,可广泛应用于我国干旱、半干旱或季节性干旱地区及用水紧张的农业和园林业。另一方面,该新型功能性肥料丰富了肥料品种,给生产化肥的企业产品结构调整带来了新的机遇,增强了其市场的竞争力,有利于企业市场的进一步开拓,具有广阔的市场潜力、良好的社会效益和生态效益。

2抗旱复合肥的技术原理

该研究成果融材料科学、作物栽培学、土壤学、植物营养学和化学工程技术为一体,在深入研究节水材料与肥料相互作用机理的基础上,将节水材料、常规复合肥和调理剂等通过特殊的工艺,解决节水材料遇盐保水性能降低或消失的难题,研制出抗旱复合肥,其工艺简单可行,成本较低,通过水肥耦合的原理,既能起到抗旱保水、提高作物水分利用率,发挥节水的作用,又能够有效地提高肥料利用率,提高干旱条件下作物的产量,改善农产品品质。

3抗旱复合肥研究的主要内容与性能指标

抗旱复合肥在一定干旱条件下,对农作物和园林花卉具有抗旱、节水、节肥、增产和增收作用,且其制造工艺简单易行,成本低,效益高。

3.1肥料对节水材料吸水性能的影响

尿素对节水材料的吸水性能影响很小,但盐类单一肥料对节水材料的吸水性能影响很大。当盐类单一肥料与节水材料的重量比例大于1∶100时,节水材料的吸水倍率骤然下降,且吸水倍率与其与单质肥料的比例呈负相关。当两者重量比增至2∶1时,节水材料的吸水倍率降至70～150,甚至小于15。

当复合肥与节水材料重量比大于1∶10时,节水材料吸水倍率明显下降;当复合肥与节水材料重量比高于40∶1时,节水材料的吸水倍率几乎降为0。不同浓度复合肥对节水材料的吸水倍数影响有差异。在一定的复合肥与节水材料重量比例下,高浓度复合肥对节水材料的吸水倍数的影响要强于低浓度的复合肥。复合肥与节水材料重量比小于1∶10时,高浓度复合肥处理的节水材料的吸水倍率要低于高浓度的复合肥。当复合肥与节水材料重量比高于1∶10时,两种浓度复合肥处理的节水材料吸水性能接近,并呈显著降低趋势。不同粒径的节水材料,其吸水性能随复合肥浓度不同变化的快慢不同。100目的节水材料随复合肥浓度增加,其吸水倍数下降的趋势要快于1mm的节水材料。若将复合肥和节水材料直接混合生产抗旱复合肥,则节水材料不能发挥其吸水作用。

3.2吸水饱和后节水材料遇复合肥后的吸水倍率会下降

吸水饱和后节水材料在1%浓度复合肥溶液和0.9%NaCl溶液中,其吸水倍率随其与这两种溶液作用时间而显著降低,并呈对数关系下降,但0.001%复合肥溶液处理的下降幅度较小,基本在5%以下,并且随时间变化不明显,而1%复合肥溶液处理和0.9%NaCl溶液处理中,吸水饱和后节水材料吸水倍率降幅均在53.68%以上,最高可达80.73%,并且在10s左右,其吸水倍数下降近50%,60min下降80%左右。

3.3节水材料本身具有很强的保肥能力

等温吸附试验结果表明,节水材料对氮、磷、钾养分都具有较强的吸附能力,同时也可大量解吸释放这些养分,说明节水材料对养分有较好的保持能力。节水材料对铵态氮(NH4+)、磷酸根(PO43-)和钾离子(K+)3种养分的吸附量均随平衡浓度的增加而增加,而节水材料对这3种养分的解吸量则均随其吸附量的增加而递增。

3.4节水材料对土壤淋洗液中养分含量的影响

在模拟降雨情况下,土壤中养分残留量比不施节水材料的土壤养分含量有显著提高,并且,随节水材料的增加,淋洗液中氮磷钾的含量降低。施入节水材料后土壤中养分残留量都比不施节水材料的土壤养分含量显著提高,并且在质地轻的土壤上,效果更显著。说明节水材料具有显著的保肥效应,可以减少养分淋失,提高土壤的保肥能力,进而提高肥料的利用率。

3.5抗旱复合肥的工艺流程研究

根据肥料原料、节水材料性能差异筛选包膜助剂和设计工艺过程,研究不同工艺流程及工艺条件对产品抗旱性能的影响规律,从而优化出工艺简单易行、成本低、效益高的新型抗旱复合肥产品。选用合适的节水材料、防结块剂、天然的调理剂和缓释剂,采用特殊的工艺,试生产出新型抗旱复合肥产品,其工艺简单易行,成本低廉。经安徽省产品质量监督检验所检验,抗旱复合肥的吸水倍数为8～18,氮磷钾的总养分含量为25.1%。

3.6盆栽试验

研究中发现,在干旱条件下,抗旱复合肥能提高作物的成苗率,促进作物生长发育,改善作物的生物性状,增加作物干物质积累量。反复干旱胁迫下,抗旱复合肥延长了作物初萎间隔时间,减少了生育期内的总浇水量,增加了作物干物质积累量。渍水条件下,抗旱复合肥未加重渍水危害,反而对作物生长有所促进。

3.7大田小区试验

大田小区试验研究结果表明,抗旱复合肥对作物增产、增收效果明显。使用抗旱复合肥使吉林玉米增产323.6～1 751.2kg/hm²,平均增产23.6%,平均增收1 511.8元/hm²,其产投比平均为14.7∶1;萧县小麦产量较对照平均增产7.5%,平均增收606.7元/hm²,其平均产投比为5.4∶1;怀远油菜增产150.1～300.2 kg/hm²,增幅为5.7%～11.3%,平均增产8.5%,平均增收520.2元/hm²,其产投比平均为5.6∶1。施用抗旱复合肥可使合肥市牧草产籽增加16.2%～19.9%,平均增产18.6%,和县黄瓜累积增产3 150～1 280kg/hm²,增幅6.8%～27.8%,平均增产17.3%,其平均产投比为28.5∶1。

3.8推广示范

从2001起,在吉林省和安徽省各地推广示范了抗旱复合肥,涉及作物包括花生、油菜、玉米和蔬菜等,用户反应良好,特别是在干旱年份或干旱季节,抗旱复合肥的抗旱、保苗、节水、节肥、增收增产的效果十分明显。根据应用单位不完全统计,推广示范抗旱复合肥在各种旱地作物超过1.1万公顷,增收逾1 412万元。

4与国内外同类技术比较

4.1明确了肥料与节水材料的相互作用

本研究通过网袋法、等温吸附法、土柱淋洗法,明确了节水材料的吸水性能随其与尿素的重量比变化不大,随其与盐类单质肥料重量比的减小而显著降低,随其与复合肥重量比的减少而明显降低。节水材料自身对养分具有一定的保持能力。与土壤自身的保肥能力相比,节水材料可明显提高土壤对养分的保持能力,特别是质地较轻、保肥性能差的土壤对养分的保持能力。施入节水材料后,土壤经淋洗后,养分保持量比不施节水材料的土壤养分含量显著提高,进而提高了土壤保持养分的能力;节水材料保肥能力也随节水材料用量的增加而增强,并且在质地轻的土壤上效果更显著。这些均为抗旱复合肥工艺的选择及优化提供了理论依据和技术支撑。

4.2抗旱、保肥的新型复合肥生产具有可行性

该研究成果推出的抗旱复合肥,是在前人研究的基础上,通过特殊的工艺将复合肥与节水材料有机结合加工而成的一种工艺简单可行、成本较低、抗旱、节水、节肥、增产和增收的新型复合肥,其克服了肥料和土壤中盐类对节水材料的不利影响,施用在一定干旱条件下的多种作物上,能取得较好的效果。

4.3制造工艺具有创造性、先进性

该研究成果,在研究节水材料与肥料相互作用的机理基础上,通过节水材料与单质肥料、复合肥的相互作用及机理的研究,采用特殊工艺制成抗旱复合肥,为抗旱复合肥制造工艺提供了理论依据和技术支撑。通过工艺的挑选与优化,为抗旱复合肥的生产提供了特殊的制造工艺,且该工艺已获得国家专利(ZL 200420055095.9)。同时抗旱复合肥采用可降解节水材料和缓释剂,以及天然的调理剂,对土壤与农田环境表现友好。

5推广应用前景与措施

5.1推广应用前景

土壤水分能够提高肥料的利用率,而节水材料能显著提高土壤持续抗旱能力,使单位用水效益增加1倍以上,明显改善水肥耦合环境,减少肥料浪费,延长肥效,提高氮钾肥利用率;明显改善土壤物理和生物状况,协调土壤固、液、气的比例,无污染,能调理植物生长,改善农产品品质,提高单产。由于肥料各组分的可溶性受到控制,节水材料可将肥料保存起来缓慢释放,既能减少追肥次数,又可减少肥料的流失。抗旱复合肥将两者的特点融为一体,不但能发挥抗旱、节水、节肥的功效,更能增产增收,社会经济效益显著,而且使用简单、方便,符合当前农业发展需求。

在市场需求方面,按我国年消费化学肥料总量(4 700万吨)的1%～10%计算,该研究结果提供了抗旱复合肥的年消费量也将达到47～470万吨。另外,按化肥施用量500～1 000 kg/hm²,我国0.33亿公顷受旱面积上需要复合肥1 650～3 300万吨;安徽省148.3万公顷受旱面积上,需要复合肥74.1～148.3万吨。因此,该抗旱复合肥产品具有较广阔的市场前景。

5.2推广措施

5.2.1宣传、推广和示范。通过现场解答、资料分发以及开展讲座等进行示范和宣传,向农民讲解本抗旱复合肥的功效及施用技术,适当在农场等处设立示范田,给当地农民以亲身体验。

5.2.2加快成果转化。面向市场,选择技术力量和创新意识较强、实力较为雄厚、信用较好的企业,加快成果的运用和转化。

5.2.3农化服务。依靠市场动力,发挥企业市场优势,建立和坚持农化服务,传授使用技术,收集反馈信息。通过肥料厂的农化服务人员、推广人员等,向农民传授本抗旱复合肥的特点及施用技术。同时,根据实地调察用户的意见和建议以及相关农化服务人员的反馈信息,及时对抗旱复合肥的配方进行调整,以便发挥抗旱复合肥的最大效益。

5.2.4依靠政府。依靠政府有关部门协助推广和应用的宣传教育,发挥政府的宏观调控职能,通过组织措施、法律手段、专款专用等经济手段,健全肥料的生产、经营和管理制度,引导农民施用经济效益高的肥料产品,将产品及时推广到各地,为当地农民服务。

6小结

抗旱复合肥在研究节水材料与肥料相互作用的机理基础上,通过特殊工艺制成,在小麦、玉米、油菜等农作物,黄瓜等蔬菜,牧草,花卉等上应用,取得了良好的效果,具有广阔的市场潜力和良好的社会效益、生态效益。

7参考文献

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