一种适宜东北寒地的温敏缓控释肥制备方法

技术领域

本发明涉及缓控释肥技术领域，具体为一种适宜东北寒地水稻的温敏缓控释肥制备方法。

背景技术

近年来，尽管缓/控释肥料的研究取得了显著进展，但在推广和发展过程中仍存在价格昂贵、养分释放与植物营养需求不匹配等问题。此外，肥料施用后，土壤中的氮素营养快速流失仍然是亟需解决的一大问题。

我国水稻种植面积约4.5亿亩，东三省水稻种植面积7400余万亩，在保障我国粮食安全中起到稳压器和压舱石的作用。但是东北尤其黑龙江省水稻种植时气温低，严重制约了缓控释肥在当地的推广应用。研制温度敏感型的高效缓控释肥，释放动态与寒地水稻养分吸收规律相吻合，对提升肥料利用效率、实现当地稻田的精准施肥与轻简化施肥，推动当地水稻产业绿色高质量发展具有重要意义。

通过制备一种环保的可生物降解的温敏缓控释肥，该肥料不仅能够满足水稻对养分的需求，而且制备工艺绿色环保。所以我们提出了一种适宜东北寒地水稻的温敏缓控释肥，以便于解决上述中提出的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供适宜东北寒地水稻的温敏缓控释肥制备方法，以解决东北寒地土壤特殊环境下，缓控释肥的释放与温度敏感性的关系，制备出一种适宜温度调节的、温度敏感的缓控释肥料。为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

所述的一种适宜东北寒地水稻的温敏缓控释肥制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)温敏材料(CSF)制备：

首先配备0.25-0.75wt％的乙酸溶液；将0.5-1g壳聚糖(CS)、2-3g羟丙基甲基纤维素(HPMC)、0.1-0.2g瓜尔胶(GG)放入真空干燥箱中低温干燥6小时；将CS和HPMC等物料依次倒入0.5wt％的乙酸溶液中，在恒温磁力搅拌器上搅拌30min，并设置温度为60℃，使其充分溶胀。将0.09-0.40g AgNO

(2)脲醛颗粒(UF)制备：

称取10kg尿素置于不锈钢搅拌桶中，按尿素和甲醛的摩尔比＝1.2:1量加入不锈钢搅拌桶中，待尿素完全溶解后滴加5wt％(w/w)的KOH溶液将体系pH值调节至7-9，40℃水浴中充分反应1.5h，得到羟甲基脲溶液(MU)；向MU溶液中加入2wt％(w/w)的H

(3)温敏缓控释肥(CSF+UF)制备：

称取一定质量的CSF，使其占体系总质量的10％-30％。再称取一定量的催化剂CuSO

所述步骤2中，所述的尿素可为复合肥、尿素的一种或几种。

本发明一种适宜东北寒地水稻的温敏缓控释肥制备方法，通过制备一种环保的可生物降解的温敏缓释肥料，该肥料不仅能够满足水稻对养分的需要，而且制备工艺绿色环保。

本发明适宜东北寒地水稻的温敏缓控释肥制备方法简单易行，适于广泛推广。

附图说明

图1温度15℃下缓控释肥氮素累计释放曲线

图2水稻不同生育期叶片SPAD值

图3高效施肥对水稻产量和氮肥利用率的影响

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：

首先配备0.5wt％的乙酸溶液；将0.8g壳聚糖(CS)、2.5g羟丙基甲基纤维素(HPMC)、0.15g瓜尔胶(GG)放入真空干燥箱中低温干燥6小时；将CS和HPMC等药品依次倒入0.5wt％的乙酸溶液中，在恒温磁力搅拌器上搅拌30min，并设置温度为60℃，使其充分溶胀。将0.21g AgNO

称取一定量的10kg尿素置于不锈钢搅拌桶中，然后按尿素和甲醛摩尔比1.2:1量加入不锈钢搅拌桶中，待尿素完全溶解后滴加5wt％(w/w)的KOH溶液将体系pH值调节至8，40℃水浴中充分反应1.5h，得到羟甲基脲溶液(MU)；向MU溶液中加入2wt％(w/w)的H

称取一定质量的CSF，使其占体系总质量的25％。再称取一定量的催化剂CuSO

实施例2：

首先配备0.5wt％的乙酸溶液；将0.8g壳聚糖(CS)、2.5g羟丙基甲基纤维素(HPMC)、0.15g瓜尔胶(GG)放入真空干燥箱中低温干燥6小时；将CS和HPMC等药品依次倒入0.5wt％的乙酸溶液中，在恒温磁力搅拌器上搅拌30min，并设置温度为60℃，使其充分溶胀。将0.21g AgNO

称取一定量的10kg复合肥置于不锈钢搅拌桶中，然后按复合肥和甲醛摩尔比1.2:1量加入不锈钢搅拌桶中，待复合肥完全溶解后滴加5wt％(w/w)的KOH溶液将体系pH值调节至8，40℃水浴中充分反应1.5h，得到羟甲基脲溶液(MU)；向MU溶液中加入2wt％(w/w)的H

称取一定质量的CSF，使其占体系总质量的25％。再称取一定量的催化剂CuSO

试验例：

一、肥料氮素释放动态：

称取本专利制备的温敏缓控释肥、市售缓控释肥各2.5g，分别放入封口尼龙袋中，同时称取100g左右黑土(20％含水量)装入14cm×10cm的塑料封口袋中，将肥料均匀平铺于土壤上，覆土1cm，封口，放入15℃恒温培养箱中进行培养。分别在第1、3、5、7、14、28、56、84、112和140d取样。测定肥料中残余氮含量计算肥料中氮素累计释放量。

研究结果表明，本专利研发的温敏缓控释肥在56d时，肥料中氮素累计释放可以达到70％，在84d时，肥料中氮素可以完全释放，比常规缓控释肥释放速率提前36天，更好满足寒地水稻养分吸收，有利于寒地水稻肥料减施增效与产量提升。

二、施肥方法：

1.试验设计与方法：

在黑龙江北方水稻研究中心设置大田试验。水稻品种采用当地主栽品种(龙粳31)。肥料调控处理包括当地常规施肥、温敏缓控释肥(本专利产品)一基一追和缓控释肥(市场购买的对照缓控释肥)一基一追。高效施肥模式采用侧深施肥，肥料施加深度为表土下10cm。为了提升土壤地力水平，实现化肥可持续减量增效，同时设置地力提升处理包括：秸秆全量还田、有机肥施用、天然腐殖质材料施用等；具体试验设计见表1。

传统肥料运筹模式为基肥：分蘖肥：穗肥＝4:3:3；高效施肥模式为基肥：追肥＝7:3(一基一追)，高效施肥模式下氮肥用量减少15％；磷肥用量为60kg P

表1试验设计

2.测定项目与方法

(1)SPAD值

使用日产SPAD-502型叶绿素仪测定水稻分蘖盛期倒二叶和齐穗期剑叶的SPAD值。

(2)抗倒伏能力

弯曲力矩(cm·g)＝节间基部至穗顶的长度(cm)×该节间基部至穗顶的鲜重(g)；

倒伏指数(cm·g·N

(3)农艺性状

每个小区于水稻分蘖盛期、齐穗期和成熟期选取长势一致且具有代表性的植株3株，将地上部茎叶穗分离，105℃杀青半小时，85℃烘干至衡重，随后用天平称取地上部各器官的重量。每个小区的穗数通过测定各时期每个小区单位面积内的穗数来确定。

(4)水稻产量和肥料利用率

于成熟期每个小区割取5m

氮肥利用率(％)＝(施氮区氮素吸收量-非施氮区氮素吸收量)/施氮量×100。

(5)土壤酶活

用荧光标记底物法测定5种土壤酶的活性。将1.0g新鲜土壤加入50m的乙酸钠缓冲液(50mol/L)中制备土壤悬浮液。在96微孔板中加入200μL的土壤悬浮液和50μL的底物(200μmol/L)溶液。将微孔板置于20℃黑暗条件下培养4h，每个孔中加入10μL的NaOH溶液(1mol/L)终止反应，静置1min后，用多功能酶标仪(Spectra Max M2，美国)在365nm下激发，450nm下检测荧光值。每个样品6个重复。

(6)土壤基础理化性质测定

土壤pH采用pH电位计测定(水土比2.5：1),全氮含量采用浓硫酸混合加速剂-半微量凯氏定氮法测定；碱解氮含量采用碱解扩散法测定；有效磷含量采用0.5mol·L

3.结果与分析

3.1水稻不同时期叶片SPAD值

不同处理条件下对水稻叶片的SPAD值有显著影响。在分蘖盛期，传统施肥模式下(TF)水稻叶片的SPAD值与不施肥(NF)之间无显著差异，这可能与分蘖盛期缺肥有关；而与TF处理相比，高效施肥模式(DR+OS和DS+S)显著提高了水稻叶片的SPAD值，分别显著提高8.22％和5.44％，说明高效施肥模式促进了分蘖盛期水稻叶片的氮素积累。在高效施肥模式下进一步施加有机肥(DR+OS+O和DR+S+O)和木本泥炭(DR+OS+H和DR+S+H)能进一步提高水稻叶片的SPAD值。在齐穗期，与NF相比，TF处理下水稻叶片的SPAD值显著提高3.25％。而与TF相比，DR+OS、DR+OS+O和DR+S+O处理使水稻叶片的SPAD值进一步提高3.41％-5.32％、而DS+S、DR+OS+H和DR+S+H处理下的SPAD值则无显著差异。

3.2农艺性状

与不施肥处理(NF)相比，施肥处理显著提高了水稻茎、叶和穗干物质积累量，并显著提高了水稻穗数。而与传统施肥相比，高效施肥模式下DR+OS处理进一步显著提高了水稻茎、叶和穗干物质积累量和水稻穗数，分别显著增加5.85％、16.53％、10.45％和8.16％，而DR+S仅对水稻叶干物质积累量起到了显著的促进效果。而在土壤地力提升结合高效施肥模式下DR+OS+O处理表现最好，显著提高了水稻地上部各器官的干物重，穗数也有显著的增加，而其他处理(DR+S+O、DR+OS+H和DR+S+H)对水稻叶和穗干物重积累量有显著的促进作用，对水稻茎干物质积累量和穗数并没有产生显著差异。以上结果表明，高效施肥模式可显著影响水稻地上部干物质积累量，其中DR+OS效果效果要显著优于DR+S；而在DR+OS处理上进一步施加有机肥处理(DR+OS+O)可进一步促进水稻地上部器官(叶和穗)的干物质积累，而在高效施肥模式施加木本泥炭(DR+OS+H和DR+S+H)对并不能对水稻地上部器官干物质积累量和水稻穗数产生显著差异。

表2成熟期水稻农艺性状

3.3水稻产量及氮肥利用率

不同处理条件下水稻产量和肥料利用率表现出较大差异。在产量方面，与NF相比，TF使水稻产量显著提高了85.50％。而与TF相比，高效施肥模式下DR+OS处理进一步提高了水稻产量，使其显著提高9.05％，而DR+S处理对水稻产量则没有产生显著差异；在土壤地力提升结合高效施肥模式下，不同处理对水稻的增产效果表现出显著差异，其中DR+OS+O、DR+S+O、DR+OS+H和DR+S+H处理下水稻产量显著提高了11.20％-15.47％。在氮肥利用率方面，TF处理下水稻的氮肥利用率最低，仅有31.36％。在高效施肥模式下，与TF相比，DR+OS和DR+S处理下的氮肥利用率分别显著提高到45.26％和37.60％。在土壤地力提升结合高效施肥模式下，与TF相比，DR+OS+O、DR+S+O、DR+OS+H和DR+S+H处理下水稻氮肥利用分别提高到47.23％、50.84％、40.26％和47.64％。以上结果表明高效施肥模式和土壤地力提升结合高效施肥模式可以显著提高水稻产量和氮肥利用率。

3.4土壤理化性质

不同处理条件下对水稻成熟期退化黑土土壤理化性质产生显著差异。与NF相比，TF显著降低了土壤pH和速效钾含量，其中pH从6.24降低到6.07，速效钾含量显著降低10.24％，但TF显著增加了土壤的碱解氮和有机磷含量，使其分别显著提高了14.76％和48.80％。而与TF相比，高效施肥模式下，DR+OS处理可使退化黑土的容重和有机磷含量分别显著降低8.20％和9.45％，速效钾显著提高10.14％；DR+S处理除了使退化黑土的速效钾含量提高18.11％外，对其它退化土壤的理化性质的影响不显著。土壤地力提升结合高效施肥模式对退化黑土理化性质影响较为显著。与TF相比，DR+OS+O、DR+S+O、DR+OS+H和DR+S+H处理下退化黑土的容重显著降低7.00％-8.50％、全氮含量显著增加15.23％-22.34％、速效钾含量显著增加8.70％-33.15％、有机质含量显著增加12.02％-36.31％。此外，DR+OS+H和DR+S+H处理会使退化土壤有机磷含量分别显著降低16.98％和18.52％。以上结果表明，高效施肥模式下可以维持退化土壤的基本肥力，而土壤地力提升结合高效施肥模式可通过优化退化黑土物理结构，增加土壤养分和有机质含量提高退化黑土土壤质量。

表3土壤基本理化性质

3.5土壤酶活

通过测定成熟期土壤酶活性发现，不同处理条件下土壤酶活性表现出较大差异。与NF处理相比，TF处理使成熟期退化土壤中的α-葡萄糖甘酶和纤维素二糖水解酶分别显著降低了16.80％和15.68％，对其他酶活无显著影响。与TF相比，高效施肥模式下，DR+OS处理可使退化黑土的α-葡萄糖甘酶、β-葡萄糖甘酶、纤维素二糖水解酶和β-木糖酶活性显著提高18.25％-46.77％，而DR+OS处理对土壤酶活性无显著差异。在土壤地力提升结合高效施肥模式下，与TF相比，DR+OS+O和DR+S+O处理可显著提高退化黑土的α-葡萄糖甘酶活性和N-乙酰基氨基葡萄糖甘酶活性，同时DR+OS+O处理使β-葡萄糖甘酶显著增加11.41％；而较TF处理，DR+OS+H和DR+S+H处理可使退化黑土的α-葡萄糖甘酶活性分别显著增加16.60％和24.50％，同时DR+OS+H处理使纤维素二糖水解酶活性显著增加20.28％。

表4土壤酶活性

采用本专利的温敏缓控释肥可显著提升水稻生长质量和退化黑土保育能力，增加退化黑土土壤微生物活性，提升黑土土壤质量。