一种精准控释微肥及其应用

1.本发明涉及控释肥技术领域，具体涉及一种精准控释微肥及其应用。


背景技术：

2.随着氮、磷、钾肥投入量的不断增加，我国农业生产量不断提高，人们对“高产、安全农业”的需求逐渐转变为对“健康农业”的需求。植物锌、锰、铁、硒等营养元素的含量是影响农产品是否能够为人们提供“健康”功能的关键因素。然而，由于传统农业主要关注农作物产量，而忽视了对植物必需微量元素的补充，导致了因土壤中微量元素缺乏而引起的人体“隐性饥饿”问题越来越突出。中国科学院院士赵其国于2008年提出“功能农业”的概念，并指出功能农业旨在获得具有富含功能营养物质(锌、锰、铁、硒等微量元素)的农产品，解决人们的隐性饥饿。人体无法合成微量元素，主要通过食用动植物来摄取，如人体锰主要来源于粮食和果蔬，锌来源于豆类、谷类、水果、蔬菜和动物性食物。很多地区的土壤缺乏这些微量营养元素，有必要通过人工施加微量元素肥料(微肥)来增加农产品对微量元素的累积。
3.目前微肥的施用方式较为粗放，主要为土壤施用和叶面喷施，施用形态主要为速溶性肥料(郝松澜等，2020；高荣庆等，2013)。然而，在土壤水分运动、胶体吸附、微生物吸收等作用下，施入土壤的微量元素活性将不断降低 (徐明岗等，2008)，同时叶面喷施的微肥易受天气因素、作物叶表蜡质层等因素的影响，导致当前利用方式下微肥利用率低，环境风险较大。传统农业为了提高肥料的利用率，并减少农业面源污染，通常选择施用溶解速率较慢的肥料、或利用有机高分子和无机矿物材料包膜的方式来提高肥料肥料缓释性能和利用效率(胡育化等，2017；huang等，2021)。但当前的缓释策略存在两个问题：1)缓释肥通常缓释期较短，一般10天之内完全释放，肥料的利用率提升较小(白甜等，2015)；2)难以做到按作物的需肥规律提供精准释肥，蔬菜对微肥的需求或吸收一般是“两端弱，中间强”，而当前缓释肥通常在前期就全部释放，进一步限制了微肥的利用率。
4.因此，亟需一种能够延长微肥缓释时间，并符合蔬菜作物生长需肥规律的精准控释微肥，以提高微肥的生物利用率，减少大量施用微肥造成的生态环境风险，促进功能农业的健康发展。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种精准控释微肥及其应用。本发明所述控释微肥可实现阶段性精准释放，可以满足短生育期作物生长过程中的需肥规律，克服了现有缓释肥的不足。
6.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
7.本发明提供一种精准控释微肥，其包括以下原料及质量百分比：微量元素肥8％～12％，薄聚丙烯酸酯包膜微肥38～42％，厚聚丙烯酸酯包膜微肥 27％～33％，海藻酸钠联合聚乙烯醇包膜微肥18～22％。
8.进一步地，所述的薄聚丙烯酸酯包膜微肥的制备方法，包括以下步骤：以粒径2～4mm的微量元素肥作为肥芯，肥芯、聚丙烯酸酯乳液按质量比3-6:1的比例进行包膜，即得。
9.进一步地，所述厚聚丙烯酸酯包膜微肥的制备方法，包括以下步骤：以粒径2～4mm的微量元素肥作为肥芯，肥芯、聚丙烯酸酯乳液按质量比1-2:1的比例进行包膜，即得。
10.进一步地，所述海藻酸钠联合聚乙烯醇包膜微肥的制备方法，包括以下步骤：将质量浓度为0.5％-3％的海藻酸钠溶液与质量浓度为5％-15％的聚乙烯醇溶液按体积比5-10:1-5混合，并加入甘油进行搅拌，静置脱泡后，制得海藻酸钠联合聚乙烯醇包衣溶液；
11.以粒径2～4mm的微量元素肥作为肥芯，肥芯与海藻酸钠联合聚乙烯醇包衣溶液按质量比3-5:10-20的比例进行包膜，即得。
12.更进一步地，甘油加入量占总质量的3％-8％。
13.本发明所述微量元素肥为市售常规微量元素肥，包括但不局限于七水硫酸锌、一水硫酸锰等速溶性微量元素肥料。
14.本发明还提供所述精准控释微肥在培育短生育期作物中的应用。
15.进一步地，所述短生育期作物的生育期为15-60天，优选30-50天。
16.本发明所述短生育期作物包括但不局限于小白菜、菠菜、生菜、油麦菜、豇豆等蔬菜类作物。
17.本发明通过对包膜材料进行优选，并优化包膜材料与肥芯的配比，获得具有不同缓释性能的包膜微肥，进一步将不同缓释性能的包膜微肥优化组配，获得本发明所述精准控释微肥。
18.与现有技术相比，本发明具有以下优势：
19.相比于一般微量元素肥，本发明所述控释微肥缓释时间更长，缓慢释放的时间长达25～30d，释肥规律更为精准，施肥后第4～6d释放15％～20％微肥，第7～12d释放25％～30％微肥，第13～20d释放33％～37％微肥，第21～30d释放18～22％微肥，可以满足短生育期作物生长过程中对微肥的需肥规律。
20.施用本发明所述精准控释微肥，可使作物对微肥的吸收利用率提高 19.0～28.6％，作物生物量提高25.7％～27.6％，表明本发明所述精准控释微肥能满足短生育期作物的生长和功能营养元素的累积。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
22.图1为不同微肥阶段性释肥效率。
具体实施方式
23.本发明可经由参考以下实施例来更容易理解，所述实施例提供用于说明，并且不意欲限制本发明，除非指定。
24.本发明公开了一种精准控释微肥及其应用，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。
25.下面结合说明书附图，进一步对本技术的优选实施例进行详细描述，以下的描述为示例性的，并非对本技术的限制，任何的其他类似情形也都落入本技术的保护范围之中。
26.实施例1
27.一种精准控释微肥，其包括以下原料及质量百分比：一水硫酸锰圆颗粒微肥11％，薄聚丙烯酸酯包膜一水硫酸锰微肥39％，厚聚丙烯酸酯包膜一水硫酸锰微肥31％，海藻酸钠联合聚乙烯醇包膜一水硫酸锰微肥19％。
28.所述薄聚丙烯酸酯包膜一水硫酸锰微肥的制备方法，包括以下步骤：以粒径3mm的一水硫酸锰圆颗粒微肥作为肥芯，肥芯、聚丙烯酸酯乳液按质量比 5:1的比例进行包膜，即得。
29.所述厚聚丙烯酸酯包膜一水硫酸锰微肥的制备方法，包括以下步骤：以粒径3mm的一水硫酸锰微肥作为肥芯，肥芯、聚丙烯酸酯乳液按质量比1:1的比例进行包膜，即得。
30.所述海藻酸钠联合聚乙烯醇包膜微肥的制备方法，包括以下步骤：将质量浓度为1％的海藻酸钠溶液与质量浓度为10％的聚乙烯醇溶液按体积比2:1混合，并加入甘油进行搅拌，静置脱泡后，制得海藻酸钠联合聚乙烯醇包衣溶液；甘油加入量占总质量的5％。
31.以粒径3mm的一水硫酸锰微肥作为肥芯，肥芯与海藻酸钠联合聚乙烯醇包衣溶液按质量比1:3的比例进行包膜，即得。
32.以上所述包膜采用底喷式流化床包膜设备包膜，包膜参数为蠕动泵转速 1.2～1.7转/min，物料仓室温20℃，喷嘴压力0.3mpa。
33.取一水硫酸锰微肥(一般微肥)、以上制备得到的海藻酸钠联合聚乙烯醇包膜一水硫酸锰微肥、薄聚丙烯酸酯包膜一水硫酸锰微肥、厚聚丙烯酸酯包膜一水硫酸锰微肥以及实施例1所述精准控释微肥各5g分别加入500ml超纯水中，开展静水释放实验，每隔一天取样测试水中mn浓度，各组mn释放规律结果见图1。
34.由图1可知，实施例1所述精准控释微肥阶段性释放符合目标释放预期，由此可知本实施例1所述微肥可实现精准缓释。
35.实施例2
36.一种精准控释微肥，其包括以下原料及质量百分比：一水硫酸锰圆颗粒微肥10％，薄聚丙烯酸酯包膜一水硫酸锰微肥40％，厚聚丙烯酸酯包膜一水硫酸锰微肥30％，海藻酸钠联合聚乙烯醇包膜一水硫酸锰微肥20％。
37.所述薄聚丙烯酸酯包膜一水硫酸锰微肥的制备方法，包括以下步骤：以粒径3mm的一水硫酸锰圆颗粒微肥作为肥芯，肥芯、聚丙烯酸酯乳液按质量比 4:1的比例进行包膜，即得。
38.所述厚聚丙烯酸酯包膜一水硫酸锰微肥的制备方法，包括以下步骤：以粒径3mm的一水硫酸锰微肥作为肥芯，肥芯、聚丙烯酸酯乳液按质量比2:1的比例进行包膜，即得。
39.所述海藻酸钠联合聚乙烯醇包膜微肥的制备方法，包括以下步骤：将质量浓度为1％的海藻酸钠溶液与质量浓度为10％的聚乙烯醇溶液按体积比5:2混合，并加入甘油进行搅拌，静置脱泡后，制得海藻酸钠联合聚乙烯醇包衣溶液；甘油加入量占总质量的5％。
40.以粒径3mm的一水硫酸锰微肥作为肥芯，肥芯与海藻酸钠联合聚乙烯醇包衣溶液按质量比5:14的比例进行包膜，即得。
41.以上所述包膜采用底喷式流化床包膜设备包膜，包膜参数为蠕动泵转速 1.2～
1.7转/min，物料仓室温20℃，喷嘴压力0.3mpa。
42.在ph6.01、有机质16.8g/kg、碱解氮76.8mg/kg、速效磷25.6mg/kg、速效钾127.2mg/kg、有效锰15.2mg/kg的土壤中开展田间小区试验。供试蔬菜为新绿秀青梗白菜，设置空白对照、2kg/亩常规锰肥(一水硫酸锰圆颗粒微肥)、 2kg/亩实施例2所述精准控释锰肥颗粒三个处理，其他种植措施保持一致，大约种植35d成熟后收获。实验结果如表1：
43.表1不同处理小白菜生物量和地上部锰含量
[0044][0045]
表1结果显示：与空白对照相比，土壤施用2kg/亩常规锰肥(一水硫酸锰) 对小白菜生物量提高11.0％，而相同用量的精准控释锰肥显著提高小白菜的生物量39.5％；即使相较于常规锰肥(一水硫酸锰)，精准控释锰肥也显著提高小白菜的生物量25.7％。小白菜地上部锰含量也出现类似的规律，常规锰肥处理比空白对照高23.9％，而精准控释锰肥处理比空白对照高47.4％、比常规锰肥高19.0％。
[0046]
实施例3
[0047]
一种精准控释微肥，其包括以下原料及质量百分比：七水硫酸锌圆颗粒微肥8％，薄聚丙烯酸酯包膜七水硫酸锌微肥38％，厚聚丙烯酸酯包膜七水硫酸锌微肥32％，海藻酸钠联合聚乙烯醇包膜七水硫酸锌微肥22％。
[0048]
所述薄聚丙烯酸酯包膜七水硫酸锌微肥的制备方法，包括以下步骤：以粒径3mm的七水硫酸锌圆颗粒微肥作为肥芯，肥芯、聚丙烯酸酯乳液按质量比4:1的比例进行包膜，即得。
[0049]
所述厚聚丙烯酸酯包膜七水硫酸锌微肥的制备方法，包括以下步骤：以粒径3mm的七水硫酸锌微肥作为肥芯，肥芯、聚丙烯酸酯乳液按质量比2:1的比例进行包膜，即得。
[0050]
所述海藻酸钠联合聚乙烯醇包膜微肥的制备方法，包括以下步骤：将质量浓度为1％的海藻酸钠溶液与质量浓度为10％的聚乙烯醇溶液按体积比5:2混合，并加入甘油进行搅拌，静置脱泡后，制得海藻酸钠联合聚乙烯醇包衣溶液；甘油加入量占总质量的5％。
[0051]
以粒径3mm的七水硫酸锌微肥作为肥芯，肥芯与海藻酸钠联合聚乙烯醇包衣溶液按质量比5:14的比例进行包膜，即得。
[0052]
以上所述包膜采用底喷式流化床包膜设备包膜，包膜参数为蠕动泵转速 1.2～1.7转/min，物料仓室温20℃，喷嘴压力0.3mpa。
[0053]
在ph6.01、有机质16.8g/kg、碱解氮76.8mg/kg、速效磷25.6mg/kg、速效钾127.2mg/kg、有效锌1.05mg/kg的土壤中开展田间小区试验。供试蔬菜为新绿秀青梗白菜，设置空白对照、2kg/亩常规锌肥(七水硫酸锌圆颗粒微肥)、 2kg/亩实施例3所述精准控释锌肥颗粒三个处理，其他种植措施保持一致，大约种植35d成熟后收获。实验结果如表2：
[0054]
表2不同处理小白菜生物量和地上部锌含量
[0055] 小白菜生物量(g/株)地上部锌含量(mg/kg)空白对照8.17
±
0.50b33.0
±
2.29c
2kg/亩七水硫酸锌9.25
±
0.27b52.1
±
3.43b2kg/亩实施例3精准控释锌肥11.8
±
0.81a67.0
±
3.73a
[0056]
表2结果显示：与空白对照相比，土壤施用2kg/亩常规锌肥(七水硫酸锌) 对小白菜生物量提高13.2％，而相同用量的实施例2所述精准控释锌肥显著提高小白菜的生物量44.4％；即使相较于常规锌肥(七水硫酸锌)，精准控释锌肥也显著提高小白菜的生物量27.6％。小白菜地上部锌含量也出现类似的规律，常规锌肥处理比空白对照高57.9％，而精准控释锌肥处理比空白对照高103％、比常规锌肥高28.6％。
[0057]
实施例4
[0058]
一种精准控释微肥，其包括以下原料及质量百分比：硫酸亚铁圆颗粒微肥 12％，薄聚丙烯酸酯包膜硫酸亚铁微肥42％，厚聚丙烯酸酯包膜硫酸亚铁微肥 27％，海藻酸钠联合聚乙烯醇包膜硫酸亚铁微肥19％。
[0059]
所述薄聚丙烯酸酯包膜硫酸亚铁微肥的制备方法，包括以下步骤：以粒径 4mm的硫酸亚铁圆颗粒微肥作为肥芯，肥芯、聚丙烯酸酯乳液按质量比6:1的比例进行包膜，即得。
[0060]
所述厚聚丙烯酸酯包膜硫酸亚铁微肥的制备方法，包括以下步骤：以粒径 4mm的硫酸亚铁微肥作为肥芯，肥芯、聚丙烯酸酯乳液按质量比1:1的比例进行包膜，即得。
[0061]
所述海藻酸钠联合聚乙烯醇包膜硫酸亚铁微肥的制备方法，包括以下步骤：将质量浓度为3％的海藻酸钠溶液与质量浓度为15％的聚乙烯醇溶液按体积比 10:1混合，并加入甘油进行搅拌，静置脱泡后，制得海藻酸钠联合聚乙烯醇包衣溶液；甘油加入量占总质量的8％。
[0062]
以粒径4mm的硫酸亚铁微肥作为肥芯，肥芯与海藻酸钠联合聚乙烯醇包衣溶液按质量比1:4的比例进行包膜，即得。
[0063]
以上所述包膜采用底喷式流化床包膜设备包膜，包膜参数为蠕动泵转速 1.2～1.7转/min，物料仓室温20℃，喷嘴压力0.3mpa。
[0064]
实施例5
[0065]
一种精准控释微肥，其包括以下原料及质量百分比：硫酸亚铁圆颗粒微肥 12％，薄聚丙烯酸酯包膜硫酸亚铁微肥38％，厚聚丙烯酸酯包膜硫酸亚铁微肥 32％，海藻酸钠联合聚乙烯醇包膜硫酸亚铁微肥18％。
[0066]
所述薄聚丙烯酸酯包膜硫酸亚铁微肥的制备方法，包括以下步骤：以粒径 2mm的硫酸亚铁圆颗粒微肥作为肥芯，肥芯、聚丙烯酸酯乳液按质量比3:1的比例进行包膜，即得。
[0067]
所述厚聚丙烯酸酯包膜硫酸亚铁微肥的制备方法，包括以下步骤：以粒径2mm的硫酸亚铁微肥作为肥芯，肥芯、聚丙烯酸酯乳液按质量比5:3的比例进行包膜，即得。
[0068]
所述海藻酸钠联合聚乙烯醇包膜硫酸亚铁微肥的制备方法，包括以下步骤：将质量浓度为3％的海藻酸钠溶液与质量浓度为15％的聚乙烯醇溶液按体积比 10:1混合，并加入甘油进行搅拌，静置脱泡后，制得海藻酸钠联合聚乙烯醇包衣溶液；甘油加入量占总质量的8％。
[0069]
以粒径2mm的硫酸亚铁微肥作为肥芯，肥芯与海藻酸钠联合聚乙烯醇包衣溶液按质量比3:10的比例进行包膜，即得。
[0070]
以上所述包膜采用底喷式流化床包膜设备包膜，包膜参数为蠕动泵转速 1.2～1.7转/min，物料仓室温20℃，喷嘴压力0.3mpa。
[0071]
本发明所述精准控释微肥及其应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。