摘要
包膜磷肥的制备由于包膜核芯的颗粒不规则，表面不光滑而存在许多困难。制备合格的包膜控释磷肥，并开发与之配套的施用技术是提高磷肥利用率、降低生产成本、提高作物产量的重要前提。本研究以提高磷肥利用率为出发点，从磷酸二铵颗粒优化、包膜磷酸二铵开发和产品拓展三个方面进行了探讨。首先，针对包膜磷肥核芯颗粒不规则的问题，以聚烯烃蜡和水为改性介质，探讨了两种改性手段对包膜核芯颗粒休止角、比表面积、表面光滑度等的影响，并以蓖麻油基聚氨酯、环氧树脂、液化小麦秸秆基聚氨酯、改性液化秸秆基聚氨酯等膜材料对不同颗粒进行包膜，研究不同膜材料对包膜磷肥控释特征及制备成本等的影响，探讨不同膜材料在包膜磷肥制备中的适用性，为包膜磷肥的精细化制备提供理论依据。其次，针对当前包膜磷肥缺乏科学施用指导的现状，通过一年两季的小麦、玉米盆栽试验及4年的定位大田试验，研究了包膜磷酸二铵对小麦玉米产量及其构成因素、磷素利用率、土壤养分状况和经济效益等的影响，为包膜磷肥的科学施用提供技术支撑。再者，为探究控释氮肥与磷肥配施对小麦玉米的增产效应，以连续3年的定位大田试验，研究了不同用量的氮磷肥配施对小麦玉米产量、产量构成因素及经济效应等的影响，并通过拟合计算本试验条件下的最佳氮磷肥施用量。主要研究结果如下： （1）以聚烯烃蜡为改性介质，在包膜前与磷酸二铵肥料加热共混，使其均匀的包覆在磷酸二铵颗粒表面，以达到填补颗粒表面坑洞的效果，改性后采用蓖麻油基聚氨酯、环氧树脂、液化小麦秸秆基聚氨酯、改性液化秸秆基聚氨酯等膜材料进行包膜。结果表明：蜡基改性显著降低了磷酸二铵颗粒的休止角和比表面积，二者降幅分别为18.45%~19.47%、10.47%~17.11%，改性后颗粒与包膜后颗粒的硬度分别显著提高了34.62%、13.61%。由于聚烯烃蜡的润滑作用，使肥料颗粒在包膜过程中能够在转鼓中更充分的流化和转动，从而使膜材料包覆更均匀。另外，在磷酸二铵颗粒表面包覆聚烯烃蜡后，提高了颗粒的保温性能，减少了能量损失，这在大规模工业生产中能显著降低能耗及生产成本。本试验结果表明，改性后颗粒制备的蓖麻油基聚氨酯包膜磷酸二铵控释性能显著改善，与未改性的磷酸二铵颗粒制备的包膜磷酸二铵相比，在4%包膜量时，初期释放率由3.63%降到了0.22%，释放期由60.41天延长至93.45天。但其他三种膜材料制备的包膜磷酸二铵其控释性能未表现出显著改善。以水为抛光介质，在肥料颗粒的转动过程中加入水，能够软化颗粒表面，并打磨颗粒表面的棱角，使肥料颗粒形状更规则，表面更光滑。与蜡基改性相比，以更廉价、易得的水为改性介质，进一步降低了材料成本。抛光后的颗粒休止角和比表面积分别比原始颗粒降低了2.48%~10.57%、39.78%~48.76%，颗粒圆度和硬度分别提高了0.11%~1.53%、10.66%~12.09%，抛光后颗粒制备的蓖麻油基聚氨酯包膜磷酸二铵控释性得到显著改善，与未加水抛光处理磷酸二铵颗粒制备的包膜磷酸二铵相比，在4%包膜量时，初期释放率由5.84%降到了1.14%，释放期由60.40延长至108.53天。与蜡基改性的结果相似，其他三种膜材料制备的包膜磷酸二铵控释性能未得到显著改善。 （2）控释掺混磷肥的释放特性能够更好的与小麦、玉米的磷素吸收曲线吻合。盆栽试验结果表明，与普通磷肥处理相比，施用控释掺混磷肥处理的小麦、玉米产量分别显著增加6.12%~29.47%、5.11%~23.58%，土壤有效磷含量在小麦拔节期和灌浆期显著提高了6.26%~35.41%、19.44%~28.39%，在玉米拔节期和大喇叭口期分别显著提高了45.95%~57.77%、29.79%~49.64%。玉米植株的叶片SPAD值、光合作用相关酶活性、氮素和磷素代谢相关酶活性均显著提高。土壤磷酸酶活性提高了18.67%~90.54%，植株根系磷酸酶活性提高了6.38%~49.64%。在大田试验中，小麦穗数和玉米行粒数显著增加，小麦和玉米产量分别显著增加了7.49%~14.52%、5.95%~19.69%。连续4年施用控释掺混磷肥较施用普通磷肥显著减少了磷素在土壤中的固定，提高了土壤有效磷含量，并使土壤pH保持在较稳定水平，确保了磷素及其他养分的有效性。 （3）连续三年的氮磷配施定位试验结果表明，在本试验条件下，小麦季最佳氮肥施用量为134.41~138.03kg?hm-2，最佳磷肥施用量为108.80~112.34kg?hm-2；玉米季最佳氮肥施用量为172.42~209.25kg?hm-2，最佳磷肥施用量为44.90~55.44kg?hm-2，显著低于当地农民的习惯施肥量，尤其是在玉米季磷肥的施用上。此外，随着试验的进行，玉米季氮肥的最佳施用量逐年增加，而磷肥的最佳施用量则呈下降趋势。
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