包膜型缓控释肥

包膜控释肥据权威人士估计,发展中国家粮食的增产中,其55%归功于化肥的作用。但是，化肥的利用率普遍偏低，氮肥利用率仅为30%～35%，磷肥仅为10%～25%，钾肥为35%～50%，如此低的利用率不仅造成资源的巨大浪费，还造成了严重的环境污染，有些地区出现地表富营养化、地下水和蔬菜中氮的含量严重超标等问题。缓释和控释肥(slowandcontrolledreleasefertilizers,简称SRFs和CRFs)为解决这个问题开辟了新的思路和更有效的途径，这已成为化学肥料革新和研究的热点。一、控释肥、缓释肥的概念区分一般认为，所谓“释放”是指养份由化学物质转变成植物可直接吸收利用的有效形态的过程(如溶解、水解、降解等)；“缓释”是指化学物质养份释放速率远小于速溶性肥料施入土壤后转变为植物有效态养份的释放速率；“控释”是指以各种调控机制使养份释放按照设定的释放模式(释放率和释放时间)与作物吸收养份的规律相一致。因此，在生物或化学作用下可分解的有机氮化合物肥料(如脲甲醛)通常被称为缓释肥(SRFs)，而对生物和化学作用等因素不敏感的包膜肥料通常被称为控释肥(CRFs)。其中控释肥，根据不同的控释方法又可分为包膜肥料（CoatedFertilizers）和非包膜肥料（UncoatedFertilizers，如胶粘肥料、载体肥料等）两大类。由于包膜型控释肥其包膜材料众多、配方多变，能适应不同作物的养分需求，因此在国内外研究，占缓/控释肥料的50%以上；且技术上更为成熟、商品化应用更广。二、包膜控施肥的国内外研究应用情况美国是世界包膜肥料的发源地，2O世纪6O年代中期，美国首先研制成功硫包膜尿素(SCU)，其包膜层由包硫层、密封层(石蜡一煤焦油)、扑粉层组成。在当前的包膜肥料中，硫包膜尿素是一类很重要的包膜肥料，尤其适用于缺硫土壤；1964年美国ADM公司用二聚环戊二烯和丙三醇共聚生产出聚合物包膜控释肥料，商品名为Osmocot；目前，SCU、Osmocote仍为世界上最有影响的包膜肥料。日本最初学习美国硫包膜尿素技术开发包膜肥料。1970年以后日本开发了热固型树脂包膜肥料，这些树脂包膜材料的基础都是以聚烯烃为主体，再加入一些高分子聚合物进行共聚，如聚烯烃(PE)，乙烯和乙酸乙烯酯的共聚物(EVA)及无机填料滑石粉所组成，以这一材料生产包膜肥料工艺简称为POCF工艺。利用PE薄膜渗透性很低，而用EVA薄膜则渗透性很高的特点，为此按照作物的需肥规律调整二者比例。通过土壤水分作用，使肥料养分有节制地释放出来而进入土壤从而达到缓释养分的目的。在PE和EVA配制而成的包膜剂中添加滑石粉调节包膜肥料养分释放速率。日本Chisso—Asahi肥料公司运用POCF工艺生产的包膜缓释肥料商品名称为MEISTER，该肥料主要用于草坪、花卉、温室栽培，是亚洲园艺市场主导品牌；日本三菱化学公司用低密度聚乙烯、聚环氧乙烷、壬基苯基醚以及滑石粉的悬浮液在流化床中喷雾生产包膜缓释肥料；多木化学公司用生物易降解的热固型醇酸聚氨酯为包膜剂生产包膜缓释肥料。我国于20世纪70年代初开始研究包膜型缓/控释肥料，目前研究主要以无机物包裹型和聚合物包膜型为主。作为包裹型的无机物主要有钙镁磷肥、硫磺、石膏、沸石。包裹型缓/控释肥料的研制以郑州工业大学磷肥与复肥研究所为代表，自1983年以来，磷肥与复肥研究所许秀成等系统地研究以无机肥料包裹其他肥料的缓释肥料，该类肥料既能达到缓释的目的又能起到复合肥料的作用。我国从20世纪80年代中期开展了有机聚合物包膜肥料。1985年北京市园林科学研究所与化学工业研究所联合开发了酚醛树脂包膜复合肥。1990年浙江农业大学何念祖开发聚合物包膜肥料，在水稻上应用效果较好。90年代中期北京化工学大学开发出了将废旧泡沫树脂溶解在高分子溶液中同时加入无机物制成肥料包膜材料。1993年四川周家龙发明一种以骨胶等蛋白质物质为活性组分作为肥料的包膜材料，能在很长的时间内控制养分释放．而且能针对作物生长的需求释放养分。河北沧州大化集团有限公司研制成功“可控缓释尿素颗粒肥料及其制备方法”肥料包膜材料由氮肥增效剂、氮素稳定剂、有机酸、被膜剂、表面活性物质、调节剂等组成。三、包膜材料综合国内外相关文献资料，包膜型缓/控释肥的包膜材料主要分为无机物和有机聚合物两大类。（3）温度会影响包膜材料的扩散系数及肥料的溶解度。当温度较低时，尿素溶解度较低、膜水分透入率低，使得养分释放速率较小，随着温度的升高，尿素溶解度增大，养分释放速率增大，缓释性能变差。3、土壤水分土壤水分含量对包膜控释肥料的养分释放速率影响较大。土壤水分含量影响养分离子扩散的曲折程度、有效截面积以及土壤中所发生的物理、化学过程。C.B.Christiansen采用一种包膜尿素研究水分对尿素释放速率的影响，当土壤持水率在25~125%时，水分含量对氮释放速率影响较小。当肥料颗粒被润湿并开始释放N时，水分对N的释放就没有特别大的影响。但在土壤含水量很低时，水分含量影响较大。湖南省土壤肥料研究所的肖剑等人研究表明，养分释放速率随土壤水分含量的降低而减小。由此，对包膜控释肥料在旱地土壤中的释放不能用在饱和水分下求得的模型预测，而必须考虑土壤水分对控释肥聊养分释放速率的影响。4、包膜厚度包膜厚度会影响水分进入包膜和养分从包膜内释放的迁移路程。尿素释放速率随包膜厚度的不同变化很大。包膜越厚，水分进入包膜层和养分从膜内释放所需的时间都会增加，缓释周期越长。当包膜太厚时，养分难以从膜内释放，影响肥效。通常肥料颗粒占整个缓释肥料的质量分数不能低于60%，最好要达到75%。5、肥芯养分类型包膜肥料中的养分类型不同，其释放速率也不同。如Shaviv等的研究表明，无论在水中还是在土壤中，聚合物包膜复合肥中N的百分释放速率高于K。6、包膜材料的结构因素养分释放速率同包膜物质的结构特性有关。小分子物质在聚合物膜中的迁移行为很大程度上受到聚合物分子结构的影响。七．控释肥发展趋势1、开发廉价、环境友好的包膜材料由于化肥属于非耐用品，农业消费者对化肥的价格比较敏感，1000-4000元／t是合适的价格范围。缓／控释肥的价格一般比普通肥料高1倍，聚合物包膜肥料是普通肥料价格的3—8倍。这是限制缓／控释肥走向大田的一个主要原因。高分子聚合物材料不仅价格高，而且因在土壤中分解缓慢而可能带来环境污染。研究人员通过改性或者添加光降解剂促进其降解，发现未添加光降解剂配方树脂残膜降解90％需要105年，而添加光降解剂配方树脂残膜降解90％缩短至21年。因此，应从包膜材料选择入手，选择更廉价、环境友好的包膜材料，改进生产工艺流程和设备，降低生产成本，减少与传统肥料的价格差距。2、注重“S”型释放曲线缓／控释肥的研制结合我国的实际情况，缓／控释肥的方向是走向大田作物。平缓的释放速率不能满足大田作物的营养需求。投入实际应用较多的是高分子聚合物包膜控释肥，其技术较成熟，控释效果好。该类肥料在国外主要应用在高尔夫球场、草坪、景观植物等需要持续供肥的植物上。当前对包膜材料残留等问题研究得较少。由于包膜材料选材广泛，连年施用是否存在生态污染等问题有待进一步研究。因此，应侧重“S”型释放曲线的控释技术研究，在包膜材料的选择上不仅要控施性能好，而且要降解周期短、生态、环保、无残留。3、开发磷钾缓释肥料目前缓释肥料主要侧重氮素养分，对磷、钾等养分的控释研究较少。研发和制造含有磷钾的