一种绿色高效螯合型中微量元素水溶肥及其制备方法

技术领域

本发明属于水溶肥制备技术领域，具体涉及一种绿色高效螯合型中微量元素水溶肥及其制备方法。

背景技术

在植物长期生长阶段，必须要吸收不同营养元素，经过不断的光合作用来为其正常生长发育提供足够能量，合成其身体机能所需的各种酶。根据植物对营养元素吸收量的多少，可将植物必需营养元素分为大量元素、中量元素及微量元素。其中，大量元素为C、H、O、N、P、K，中量元素为Ca、Mg、S，微量元素为Fe、B、Mn、Cu、Zn、Mo、Cl、Ni。在这些必需元素中，C、H、O是通过植物自身的呼吸作用从空气中得到，其它元素则通过根系从土壤溶液中吸收，或对一些离子或小分子液体通过植株叶片表皮的气孔吸收。

中微量元素如Ca、Mg、Cu、Zn、Mn、Fe、B等会参与到植物的生命过程中，是生物体所必需的重要营养要素，对生物的生命活动起着重要的作用。尽管这些微量元素可能在某一过程所需量极少，但无论哪种金属元素不足，都会影响作物的生长发育，导致产量、品质等下降，甚至枯萎死亡。以钙为例，钙是植物体细胞壁和细胞间层的主要组成成分，能使植株的器官和个体具有一定的机械强度；此外，钙是植物体内一些酶的组成部分和活化剂，对氮和碳水化合物的代谢也有一定的影响，并对植物吸收钾离子有促进作用，植物一旦缺钙便会产生植株矮小，植株结实率较低等缺钙症状。

与此同时，人体也需要一些中微量元素。正常人每天都要摄取各种有益于身体的中微量元素，如：钙、镁、铁、锌、铜、锰、碘、钴、锶、铬、硒等中微量元素。以上诸元素在体内不能产生与合成，需由食物来提供。中微量元素在人体内含量虽然相对较少，但具有强大的生物学作用，它们具有参与酶、激素维生素和核酸的代谢过程，作为酶的组成成分或激活剂，提高免疫力等作用。提高植物体内中微量元素，有利于人们通过膳食补充人体所需中微量元素。

通过施肥提高作物产量和品质是一种科学的途径。我国早期施用的中微量元素肥料多为无机盐，如，硫酸铜，硫酸亚铁等，但无机盐中的金属元素很容易在土壤中被固定，成为不溶物而失去作用，能被植物吸收的很少，肥效受到严重影响；且由于元素之间的拮抗作用，易被土壤胶体吸附固定，吸收效果差。所以即使平衡施肥，也不等于被农作物平衡吸收。

为了解决这一矛盾，现在常用螯合剂与金属离子螯合、形成对pH值适应能力较强的螯合物为植物提供必要的营养元素。螯合肥作为螯合态新型肥料，其在土壤中不易被固定、易溶于水、有利于作物的吸收，同时能避免或减少养分流失，提高肥料利用率。据报道螯合态微肥的肥效是无机微肥的2～5倍。

另外，亚氨基二琥珀酸(IDS)是一种新型绿色环保的碱性络合剂，对钙、镁、锌及其他过渡金属离子的螯合力很强，特别是对铜、铁、锰、镍等重金属元素的螯合能力超过EDTA等普通螯合剂。但是IDS中含有过多的钠离子，且钠离子具有毒害作用，当植物吸收进较多的钠离子时，会改变细胞膜的结构和功能，阻碍植物对其它中微量元素的吸收。其次，钠离子过多的情况下会改变外界渗透压，使植物吸水发生困难，造成植物缺水。

不同的螯合剂或配体与金属离子之间的配位能力是不同的，所以螯合物之间的稳定性也有所区别。对于作物吸收而言，螯合物的稳定性太高或是太低都不理想，稳定性太高不利于作物吸收分解利用，稳定性太低又无法安全到达植物吸收部位。以往利用乙二胺四乙酸(EDTA)和柠檬酸等作为螯合剂，能有效地提高中微量元素的稳定性，避免其生成不溶于水的碳酸盐和磷酸盐，提高了肥料的利用率，施肥效果得到提高，但是，EDTA在土壤中不易被降解危害植物生长。为此，我们提出一种绿色高效螯合型中微量元素水溶肥及其制备方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种原料利用率、螯合率、吸收率高和肥效、稳定性好、营养均衡的多元素螯合水溶肥及其制备方法，解决了现有螯合肥原料利用率及螯合率低，不可降解，工艺复杂的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种绿色高效多元素螯合水溶肥，按重量百分比，包括工业复合氨基酸2.0～30.0％、亚氨基二琥珀酸0.5～20.0％、碳酸氢铵0.15～6.5％、可溶性钙盐1.0～5.0％、可溶性镁盐0.5～3.0％、可溶性锌盐0.1～2.0％、可溶性铁盐0.1～2.0％、可溶性铜盐0.05～2.0％、可溶性锰盐0.05～3.0％、四水四硼酸钾0.5～3.0％、pH调节剂0.01～5.0％以及余量去离子水。

进一步地，所述的工业复合氨基酸包括甘氨酸、谷氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、苏氨酸、丝氨酸、胱氨酸、缬氨酸、蛋氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸、组氨酸、精氨酸、脯氨酸和游离氨基酸，其总和为工业复合氨基酸重量的80％-95％，其余是未进行完全水解的多肽，以及处理过程中的一些无机盐、固体杂质。

优选地，所述的可溶性钙盐为硝酸钙、磷酸二氢钙中的至少一种。

优选地，所述的可溶性镁盐为硝酸镁、硫酸镁中的至少一种。

优选地，所述的可溶性锌盐为硝酸锌、硫酸锌和碱式碳酸锌中的至少一种。

优选地，所述的可溶性铁盐为硝酸亚铁、硫酸亚铁和氧化亚铁中的至少一种。

优选地，所述的可溶性铜盐为硝酸铜、硫酸铜中的至少一种。

优选地，所述的可溶性锰盐为硫酸锰。

优选地，所述的可溶性金属盐与螯合剂的摩尔比为1:0.9～1:2.1。

优选地，所述的pH调节剂为硝酸和氢氧化钾中的至少一种。

进一步地，所述一种绿色高效多元素螯合水溶肥的制备方法包括以下步骤：

(1)将工业复合氨基酸、可溶性钙盐、可溶性镁盐、可溶性锌盐、可溶性铁盐、可溶性铜盐和可溶性锰盐溶于去离子水中，然后机械搅拌备用；

(2)将pH调节剂加入到步骤(1)制备获得的料液中，调节料液pH至6-8；

(3)对上述混合溶液进行加热，升温至40-70℃；

(4)对上述混合溶液机械搅拌0.5～2h，进行螯合反应；

(5)将质量分数为40％的碳酸氢铵溶液与亚氨基二琥珀酸混合，然后将pH调节到与步骤(2)料液中的pH值相同，得到亚氨基二琥珀酸铵，并将该溶液分批加入到步骤(4)中的混合溶液中，机械搅拌0.5～1h，进一步发生螯合反应；

(6)将步骤(5)制备获得的料液冷却至室温然后过滤，加入四水四硼酸钾水溶液，用去离子水定容，即可得到所述的一定浓度的绿色高效多元素螯合水溶肥。

优选地，所述亚氨基二琥珀酸与所述碳酸氢铵的摩尔比为1:1～1:2。

进一步地，所述步骤(5)中亚氨基二琥珀酸分多次加入到所述碳酸氢铵溶液中，且每次的添加量为5％～10％，每次添加间隔1～2min。

氨基酸：氨基酸可被作物直接吸收，在无需光合作用的情况下直接参与机体的蛋白合成，是良好的生物肥；某些种类的氨基酸还具有生长调节剂功能，能促进作物光合作用和呼吸作用；同时还具有杀菌作用，能对作物缺素症起到防治作用；所以利用氨基酸作为螯合剂制成螯合肥料，将会对农作物的增产效果更加明显。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益技术效果是：

1.一种绿色高效多元素螯合水溶肥，为植物提供多种中微量元素的同时，能提供多种氨基酸及植物所需的氮、硫、磷和钾元素，保证了植物的营养均衡及正常生长，提高了植物体内中微量元素的含量。

2.通过将碳酸氢铵与亚氨基二琥珀酸进行混合，制备得到亚氨基二琥珀酸铵，改变了传统的IDS螯合剂中钠离子较多对植物吸收营养成分及水分产生的副作用。以铵根离子替代钠离子，一方面延续了IDS螯合剂具有的无毒无公害和易生物降解的特性，具有环保高效，易溶于水，易吸收，无拮抗作用，环境友好的特点；另一方面能有效促进植物对其它中微量元素更好地吸收，避免了钠离子过多造成的不良影响，并为植物提供生长必须的氮元素，从而更好的促进植物生长。此外，其与氨基酸协同使用，既能提高氨基酸螯合肥的螯合性能，充分螯合游离中微量元素，又能提高植物中氨基酸及中微量元素含量，同时具有绿色可降解性，作为一种高效且环境友好的螯合肥，将具有良好的应用前景。

3.一种绿色高效多元素螯合水溶肥，制备工艺简单，所用可溶性金属盐均为可溶性硝酸盐、磷酸盐及硫酸盐，阴离子能为植物提供所需N、P、S元素，省去了后处理分离纯化等过程，提高了原料的利用率，降低了设备及操作成本；此外，将四水四硼酸钾与螯合肥进行复配，能够为植物提供必须的硼元素，同时钾元素也可被植物吸收利用，提高了原料利用率，工艺简单有效。

4.一种绿色高效多元素螯合水溶肥，纯度高，用量少，植物叶面吸收性好，且具有缓释性，具有肥效持久性，可满足作物生长过程中对中微量元素的需求，达到补充植物中微量元素、平衡作物养分、提高作物产量的目的。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

在本实施例中绿色高效多元素螯合水溶肥由以下重量百分比的组分制成：

其制备方法其包括以下步骤：

(1)将工业复合氨基酸、硝酸钙、硝酸镁、硝酸锌、硝酸亚铁、硝酸铜和硫酸锰溶于去离子水中，机械搅拌备用；

(2)将pH调节剂加入到步骤(1)制备获得的料液中，调节料液pH至6；

(3)对上述混合溶液进行加热，升温至60℃；

(4)对上述混合溶液机械搅拌2h，进行螯合反应；

(5)将质量分数为40％的碳酸氢铵溶液与亚氨基二琥珀酸混合，调节料液pH至6，得到混合溶液，并将该混合溶液分批加入到步骤(4)中的混合溶液中，机械搅拌0.5～1h，进一步发生螯合反应；

(6)将步骤(5)制备获得的料液冷却至室温，过滤，加入四水四硼酸钾水溶液，用去离子水定容，即可得到所述的一定浓度的绿色高效多元素螯合水溶肥。

实施例2

本实施例中绿色高效多元素螯合水溶肥由以下重量百分比的组分制成：

其制备方法其包括以下步骤：

(1)将工业复合氨基酸、磷酸二氢钙、硝酸镁、硝酸锌、硝酸亚铁、硝酸铜和硫酸锰溶于去离子水中，机械搅拌备用；

(2)将pH调节剂加入到步骤(1)制备获得的料液中，调节料液pH至7；

(3)对上述混合溶液进行加热，升温至50℃；

(4)对上述混合溶液机械搅拌2h，进行螯合反应；

(5)将质量分数为40％的碳酸氢铵溶液与亚氨基二琥珀酸混合，调节料液pH至7，得到混合溶液，并将该混合溶液分批加入到步骤(4中的混合溶液中，机械搅拌0.5～1h，进一步发生螯合反应；

(6)将步骤(5)制备获得的料液冷却至室温，过滤，加入四水四硼酸钾水溶液，用去离子水定容，即可得到所述的一定浓度的绿色高效多元素螯合水溶肥。

实施例3

本实施例中绿色高效多元素螯合水溶肥由以下重量百分比的组分制成：

其制备方法其包括以下步骤：

(1)将工业复合氨基酸、硝酸钙、硫酸镁、硝酸锌、硝酸亚铁、硝酸铜和硫酸锰溶于去离子水中，机械搅拌备用；

(2)将pH调节剂加入到步骤(1)制备获得的料液中，调节料液pH至6；

(3)对上述混合溶液进行加热，升温至70℃；

(4)对上述混合溶液机械搅拌1.5h，进行螯合反应；

(5)将质量分数为40％的碳酸氢铵溶液与亚氨基二琥珀酸混合，调节料液pH至6，得到混合溶液，并将该混合溶液分批加入到步骤(4)中的混合溶液中，机械搅拌0.5～1h，进一步发生螯合反应；

(6)将步骤(5)制备获得的料液冷却至室温，过滤，加入四水四硼酸钾水溶液，用去离子水定容，即可得到所述的一定浓度的绿色高效多元素螯合水溶肥。

实施例4

本实施例中绿色高效多元素螯合水溶肥由以下重量百分比的组分制成：

其制备方法包括以下步骤：

(1)将工业复合氨基酸、硝酸钙、硝酸镁、碱式碳酸锌、硝酸亚铁、硝酸铜和硫酸锰溶于去离子水中，机械搅拌备用；

(2)将pH调节剂加入到步骤(1)制备获得的料液中，调节料液pH至8；

(3)对上述混合溶液进行加热，升温至60℃；

(4)对上述混合溶液机械搅拌1h，进行螯合反应；

(5)将质量分数为40％的碳酸氢铵溶液与亚氨基二琥珀酸混合，调节料液pH至8，得到混合溶液，并将该混合溶液分批加入到步骤(4)中的混合溶液中，机械搅拌0.5～1h，进一步发生螯合反应；

(6)将步骤(5)制备获得的料液冷却至室温，过滤，加入定量四水四硼酸钾水溶液，用去离子水定容，即可得到所述的绿色高效多元素螯合水溶肥。

实施例5

本实施例中绿色高效多元素螯合水溶肥由以下重量百分比的组分制成：

其制备方法包括以下步骤：

(1)将工业复合氨基酸、硝酸钙、硝酸镁、硫酸锌、硝酸亚铁、硝酸铜和硫酸锰溶于去离子水中，机械搅拌备用；

(2)将pH调节剂加入到步骤(1)制备获得的料液中，调节料液pH至6.5；

(3)对上述混合溶液进行加热，升温至70℃；

(4)对上述混合溶液机械搅拌0.5h，进行螯合反应；

(5)将质量分数为40％的碳酸氢铵溶液与亚氨基二琥珀酸混合，调节料液pH至6.5，得到混合溶液，并将该混合溶液分批加入到步骤(4)中的混合溶液中，机械搅拌0.5～1h，进一步发生螯合反应；

(6)将步骤(5)制备获得的料液冷却至室温，过滤，加入定量四水四硼酸钾水溶液，用去离子水定容，即可得到所述的绿色高效多元素螯合水溶肥。

实施例6

本实施例中绿色高效多元素螯合水溶肥由以下重量百分比的组分制成：

其制备方法包括以下步骤：

(1)将工业复合氨基酸、硝酸钙、硫酸镁、硝酸锌、氧化亚铁、硫酸铜和硫酸锰溶于去离子水中，机械搅拌备用；

(2)将pH调节剂加入到步骤(1)制备获得的料液中，调节料液pH至6.8；

(3)对上述混合溶液进行加热，升温至60℃；

(4)对上述混合溶液机械搅拌2h，进行螯合反应；

(5)将质量分数为40％的碳酸氢铵溶液与亚氨基二琥珀酸混合，调节料液pH至6.8，得到混合溶液，并将该混合溶液分批加入到步骤(4)中的混合溶液中，机械搅拌0.5～1h，进一步发生螯合反应；

(6)将步骤(5)制备获得的料液冷却至室温，过滤，加入定量四水四硼酸钾水溶液，用去离子水定容，即可得到所述的绿色高效多元素螯合水溶肥。

对比例1

本对比例提供了一种多元素氨基酸鳌合肥，按重量百分比，包括工业复合氨基酸30.0％，硝酸钙5.0％、硝酸镁3.0％、硝酸锌2.0％、硝酸亚铁2.0％、硝酸铜2.0％、硫酸锰(2.0％)、四水四硼酸钾3.0％，pH调节剂0.01～5.0％及去离子水。

上述多元素鳌合肥的制备方法，包括如下步骤。

(1)将工业复合氨基酸、硝酸钙、硝酸镁、硝酸锌、硝酸亚铁、硝酸铜和硫酸锰溶于去离子水中，机械搅拌备用；

(2)将pH调节剂加入到步骤(1)制备获得的料液中，调节料液pH至6；

(3)对上述混合溶液进行加热，升温至60℃；

(4)对上述混合溶液机械搅拌2h，进行螯合反应；

(5)将步骤(4)制备获得的料液冷却至室温，过滤，加入四水四硼酸钾水溶液，用去离子水定容，即可得到所述的一定浓度多元素氨基酸螯合水溶肥。

对比例2

本对比例提供了一种多元素氨基酸鳌合肥，按重量百分比，包括工业复合氨基酸26.0％、硝酸钙3.5％、硫酸镁3.0％、硝酸锌2.0％、氧化亚铁1.5％、硫酸铜1.6％、硫酸锰1.8％、四水四硼酸钾3.0％，pH调节剂0.01～5.0％及去离子水。

上述多元素鳌合肥的制备方法，包括如下步骤。

(1)将工业复合氨基酸、硝酸钙、硫酸镁、硝酸锌、氧化亚铁、硫酸铜和硫酸锰溶于去离子水中，机械搅拌备用；

(2)将pH调节剂加入到步骤(1)制备获得的料液中，调节料液pH至6.8；

(3)对上述混合溶液进行加热，升温至60℃；

(4)对上述混合溶液机械搅拌2h，进行螯合反应；

(5)将步骤(4)制备获得的料液冷却至室温，过滤，加入四水四硼酸钾水溶液，用去离子水定容，即可得到所述的一定浓度多元素氨基酸螯合水溶肥。

对上述各实施例和对比例所制得的多元素鳌合肥中金属鳌合率进行测定,相应的测定结果如下表所示：

表1多元素鳌合肥中金属鳌合率

从表1可得知采用本发明特定配比的原料配合使用，特别是采用工业复合氨基酸、亚氨基二琥珀酸铵配合使用，能显著提高多元素鳌合肥中金属鳌合率，最高可达到100％。

将本发明的绿色高效多元素螯合水溶肥用于种植草莓的实验，选择亩种植基地，掺插喷施本发明的绿色高效多元素螯合水溶肥作为实验组，对照组的亩基地按常规种植要求施常规肥料，其它条件相同。

实验组种植的草莓，其秸秆和枝叶更加粗壮，长势明显优于对照组；分别对实验组及对照组草莓做中微量元素含量测试，实验证明，实验组草莓中微量元素含量明显高于对照组草莓。同时该绿色高效多元素螯合水溶肥的施用大大减少肥料使用量，节省劳力，环境友好，同比经济增长30％以上。

综上所述，通过以上方法制得的绿色高效多元素螯合水溶肥，能够为植物提供多种中微量元素，包括Ca、Mg、Zn、Fe、Cu、Mn、B，同时能提供多种氨基酸及植物所需的N、S、P、K元素，保证了植物的营养均衡及正常生长，提高植物体内中微量元素的含量，进而为人们生活提供富含中微量元素的农作物。该绿色高效多元素螯合水溶肥同时将复合氨基酸及亚氨基二琥珀酸铵作为共螯合剂，能够有效螯合体系中游离金属元素，提高金属螯合率。亚氨基二琥珀酸铵的使用改善了IDS螯合剂中过多钠离子的副作用，同时具有无毒无公害和易生物降解的特性。本发明所提供的中微量螯合肥环保高效，易溶于水，易吸收，无拮抗作用，不会对土壤及环境造成危害。生产工艺方面：该绿色高效多元素螯合水溶肥，制备工艺简单，所用可溶性金属盐均为可溶性硝酸盐、磷酸盐及硫酸盐，阴离子能为植物提供所需N、P、S元素，省去了后处理分离纯化等过程，提高了原料的利用率，降低了设备及操作成本；此外，将四水四硼酸钾与螯合肥进行复配，能够为植物提供必须的硼元素及钾元素，提高了原料利用率，工艺简单有效。实际利用方面：该绿色高效多元素螯合水溶肥纯度高，用量少，植物叶面吸收性好，且具有缓释性及肥效持久性，可满足作物生长过程中对中微量元素的需求，达到补充中微量元素、平衡作物养分、提高作物产量的目的。

以上所述为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。