一种高浓度、高效液体复合肥料及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于液体肥料工业领域，具体涉及一种高浓度、高效液体复合肥料及其制备方法与应用。

背景技术

液体肥料又称流体肥料，是含有一种或一种以上农作物需要的营养元素的液体产品。在农业发达国家，如美国，液体肥料占化肥总量的35％以上，以色列、英国、德国、比利时、荷兰、墨汁西哥、俄罗斯等国也都在大量使用各种液体肥料。随着现代农业的高速发展，当前国际上肥料发展的趋势是高浓度、复合化、液体化和缓效化。因此，世界上农业发达国家都在不断提高肥料的浓度。据有关资料介绍，一般来说，肥料浓度每提高10％，就可降低肥料包装、储存、运输和管理费用20％左右。

我国是一个人口众多的国家，由于特殊的地理环境和传统农业模式，严重制约着液体肥料的研究与应用。但是，人口的增长，耕地面积锐减，粮食短缺，需要单位面积产量提高，过去传统化肥存在的不足，如养分施用不均、浓度低、污染严重、肥料利用率不高等。随着现代农业的快速发展，大农场的出现，机械化和智能化作业普及，各种水肥一体化设施和农用无人机不断改善，迫切需要与之配套的高浓度液体肥料，以在相同的载重量下可大幅度增加农业作业面积。

众所周知，肥料是植物快速生长的粮食，农业的快速发展离不开肥料。高浓度、高效率液体肥料的研发是现代农业发展的重要保障。液体肥料有许多优点，比如，生产费用低，养分含量高，易于复合、能直接被作物吸收，便于配方施肥和机械化施肥。因此，高浓度液体肥料的发展对高产、优质、高效、环保和节能农业有着非常重要的意义，对工农业的可持续发展起着积极的推动作用，因而受到了世界各国的普遍关注。

目前，国内外化肥科研工作人员正向高浓度、液态化和复合化的液体肥料进军，但液体肥料门槛低，技术含量高，很难做到高浓度、液态化和复合化的液体肥料。如中国专利申请号201210220079.X《一种腐植酸水溶肥料》、201010128505.8《一种腐植酸液体肥料及其制备方法》、200910262915.9《高效全营养有机液体肥料的制备方法》等报道的液体肥料，主要通过添加腐植酸或氨基酸等有机物料，只能满足或略高于国家腐植酸或氨基酸肥料标准(大量元素仅限大于200g/L)，很少将液体肥大量元素做到500g/L以上。仅仅少量高浓度液体肥料被报道，如中国专利申请号200710180006.1《高浓度滴灌专用清液复合肥及其生产方法》、201010102555.9《一种含高磷钾的液体肥的制备方法》、201210143859.9《一种高浓度多元素液体肥料及其制备方法》、201210442434.8《一种含增效剂的氮磷钾高浓度液体肥料及其制备方法》等液体肥料，但是这些高浓度液体肥料或多或少与有机水溶液体肥料(该类肥料国家标准中大量元素养分较低)有关，虽说为高浓度液体肥料，但其养分含量仅为250～500g/L。目前，制备高浓度液体复合肥存在如下两个技术方面的障碍：其一是溶液中阴阳离子的水解和电离平衡问题；其二是物质的溶解度有限问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种高浓度、高效液体复合肥料及其制备方法与应用。本发明利用目前市面上的常规单质肥料生产出配比合理、浓度高的液体复合肥料，打破了只有通过氮溶液和聚磷酸铵才能制备出高浓度液体肥料的传说。该工艺原料来源广泛，生产成本低，添加了植物生长调节剂，有利于作物对营养元素的充分吸收和利用，提高肥料利用率。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种高浓度、高效液体复合肥料，主要由包含如下按质量份计的组分复配而成：400～1300份大量元素和500～580份水。优选的，所述的复配的温度为50～70℃，更优选为60℃。所述的大量元素为磷酸一铵、磷酸二铵、尿素、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾，各组分质量份分别为：磷酸一铵88～190份，磷酸二铵128～276份，磷酸氢二钾155～550份，磷酸二氢钾28～100份，尿素40～160份。

进一步地，所述的高浓度、高效液体复合肥料，主要由包含如下按质量份计的组分复配而成：400～1300份大量元素、20～100份微量元素、2～10份植物生长调节剂和500～580份水。所述的微量元素为四硼酸钠和EDTA-Zn中的一种或二种；所述的植物生长调节剂包含复硝酚钠、萘乙酸钠、胺鲜酯(DA-6)、水杨酸、甘油、木质素磺酸钠和海藻酸钠。优选的，所述的微量元素为四硼酸钠和EDTA-Zn二种时，各组分质量份分别为：四硼酸钠20～40份，EDTA-Zn 20～60份。优选的，所述的植物生长调节剂的各组分质量份分别为：木质素磺酸钠0.4～1.6份，海藻酸钠0.1～0.6份，复硝酚钠0.6～1.5份，胺鲜酯0.4～1.5份，水杨酸0.1～0.4份，萘乙酸钠0.6～2.0份，甘油0.2～1.0份。

优选的，所述的高浓度、高效液体复合肥料，主要由包含如下按质量份计的组分复配而成：磷酸一铵：88～190份；

磷酸二铵：128～276份；

磷酸氢二钾：155～550份；

磷酸二氢钾：28～100份；

尿素：40～160份；

四硼酸钠：20～40份；

EDTA-Zn：20～60份；

木质素磺酸钠：0.4～1.6份；

海藻酸钠：0.1～0.6份；

复硝酚钠：0.6～1.5份；

胺鲜酯：0.4～1.5份；

水杨酸：0.1～0.4份；

萘乙酸钠：0.6～2.0份；

甘油：0.2～1.0份；

水500～580份。

更为优选的，所述的高浓度、高效液体复合肥料，主要由包含如下按质量份计的组分复配而成：

磷酸一铵：176份；

磷酸二铵：256份；

磷酸氢二钾：240份；

磷酸二氢钾：44份；

尿素：100份；

四硼酸钠：40份；

木质素磺酸钠：1.6份；

海藻酸钠：0.32份；

复硝酚钠：1.5份；

胺鲜酯：1.28份；

水杨酸：0.32份；

萘乙酸钠：1.6份；

甘油：0.64份；

水：520份。

所述的高浓度、高效液体复合肥料的制备方法，包括如下步骤：将磷酸一铵和磷酸二铵加到50～70℃温水中，充分搅拌溶解后加入尿素，最后加入磷酸氢二钾和磷酸二氢钾，充分搅拌溶解，得到液体复合肥料。

进一步地，所述的高浓度、高效液体复合肥料的制备方法，包括如下步骤：

(1)N-P-K液体复合肥的制备：将磷酸一铵和磷酸二铵加到50～70℃温水中，充分搅拌溶解后加入尿素，最后加入磷酸氢二钾和磷酸二氢钾，充分搅拌溶解，得到N-P-K液体复合肥。

(2)微量元素的添加：往N-P-K液体复合肥中加入微量元素，充分搅拌溶解。

(3)植物生长调节剂的添加：待步骤(2)的体系降温至20～30℃，加入植物生长调节剂，充分搅拌溶解，得到高浓度、高效液体复合肥料。

上述高浓度、高效液体复合肥料在农业肥料中的应用。

本发明巧妙的将酸碱缓冲体系应用到液体肥料的制备过程中，以解决高浓度液体肥料中阴阳离子的水解和电离失衡的生产难题；利用肥料尿素的增溶特性增加了体系中各物质的溶解度，解决了高浓度液体复合肥容易结晶析出的运输和贮存难题。本发明基于以下原理：各元素间相互复合依赖于溶液的酸碱缓冲体系。先将磷酸一铵和磷酸二铵按一定比例调制出最优的酸碱缓冲体系。随后向反应釜中添加增溶剂尿素，使之与磷铵螯合，形成尿素磷铵复合体。在此基础上，向反应釜中投入磷酸二氢钾和磷酸氢二钾，充分搅拌螯合，形成尿素磷铵钾复合体。最后，调节螯合温度，依次添加微量元素和植物生长调节剂，进行充分溶解、螯合。得到高浓度、高效液体复合肥料。应用此方法制备出的液体复合肥料45℃久置30天不胀气或低温下(4℃)15天不析出晶体。而且还添加一些微量元素和植物生长调节剂，有利于作物快速生长。

本发明的液体复合肥料符合国家大量元素农业标准(NY1107-2010)，是现代化高产、优质和高效农业的优质肥料，其相对于现有技术具有如下的优点及效果：

(1)本发明所用的原料都为目前市面上常规单质肥源，来源广，成本低。

(2)本发明生产的液体复合肥料，养分含量高，能明显节省生产和运输成本。

(3)本发明生产的液体复合肥料，养分含量高，能明显节省单位面积用肥量，减少劳动成本。

(4)本发明生产的液体复合肥料，可喷施、冲施和淋施，是各种管道和无人机等水肥一体化的理想肥料。

(5)本发明生产的液体复合肥料，养分配比合理，即有大量元素N、P和K，也有微量元素Zn和B，还有刺激作物生长的植物生长调节剂，有利用作物快速生长。

(6)本发明生产的液体复合肥料，制备工艺简单，生产成本低，且易于实施，是高产、优质和高效农业的最佳肥料。

附图说明

图1是本发明制备的高浓度、高效液体复合肥料产品图。

图2是各高浓度、高效液体复合肥料处理后的意大利生菜长势图。

图3高浓度、高效液体复合肥处理对生菜根系生长图。其中，图3A为对照处理的生菜地上部和地下部整体长势图；图3B为实施例2液体复合肥料处理的生菜地上部和地下部整体长势图；图3C为对照处理的生菜根系长势图；图3D为实施例2液体复合肥料处理的生菜根系长势图。

图4是各高浓度、高效液体复合肥料处理后的水稻幼苗长势图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，为可从商业途径得到的试剂和材料。

实施例1

(1)N-P-K液体复合肥的制备：准确称取190份磷酸一铵和276份磷酸二铵投入到预先加热好的500份温水中(50℃)，充分搅拌溶解，30分钟后添加40份尿素，搅拌20分钟后，往反应釜中添加155份磷酸氢二钾和28份磷酸二氢钾组成物，充分搅拌使之溶解螯合，即得到N-P-K液体复合肥。

(2)微量元素的添加：待步骤(1)充分溶解后，加入20份四硼酸钠，不断搅拌使之完全溶解。

(3)植物生长调节剂的添加：待步骤(2)充分溶解后，降低反应釜温度，调节为20℃。添加0.2份甘油、0.1份海藻酸钠、0.7份复硝酚钠、0.8份萘乙酸钠、0.1份水杨酸、0.6份胺鲜酯(DA-6)、0.5份木质素磺酸钠，搅拌，直到完全溶解，50分钟后得到养分含量为520g/L的高浓度、高效液体复合肥料(如图1中I所示)，该肥料45℃久置30天不胀气、4℃条件下15天不析出晶体。

实施例2

(1)N-P-K液体复合肥的制备：准确称取176份磷酸一铵和256份磷酸二铵投入到预先加热好的520份温水中(60℃)，充分搅拌溶解，30分钟后添加100份尿素，搅拌20分钟后，往反应釜中添加240份磷酸氢二钾和44份磷酸二氢钾组成物，充分搅拌使之溶解螯合，即得N-P-K液体复合肥。

(2)微量元素的添加：待步骤(1)充分溶解后，加入40份四硼酸钠，不断搅拌使之完全溶解。

(3)植物生长调节剂的添加：待步骤(2)充分溶解后，降低反应釜温度，调节为30℃。添加0.64份甘油、0.32份海藻酸钠、1.5份复硝酚钠、1.6份萘乙酸钠、0.32份水杨酸、1.28份胺鲜酯(DA-6)、1.6份木质素磺酸钠，搅拌，直到完全溶解，30分钟后得到的580g/L高浓度、高效液体复合肥料(如图1中II所示)，该肥料45℃久置30天不胀气、4℃条件下15天不析出晶体。

实施例3

(1)N-P-K液体复合肥的制备：准确称取132份磷酸一铵和192份磷酸二铵投入到预先加热好的556份温水中(70℃)，充分搅拌溶解，30分钟后添加100份尿素，搅拌20分钟后，往反应釜中添加440份磷酸氢二钾和80份磷酸二氢钾组成物，充分搅拌使之溶解螯合，即得N-P-K液体复合肥。

(2)微量元素的添加：待步骤(1)充分溶解后，加入60份EDTA-Zn，不断搅拌使之完全溶解。

(3)植物生长调节剂的添加：待步骤(2)充分溶解后，降低反应釜温度，调节为25℃。添加0.3份甘油、0.24份海藻酸钠、0.72份复硝酚钠、0.66份萘乙酸钠、0.18份水杨酸、0.6份胺鲜酯(DA-6)、0.48份木质素磺酸钠，搅拌，直到完全溶解，40分钟后得到640g/L的高浓度、高效液体复合肥料(如图1中III所示)，该肥料45℃久置30天不胀气、4℃条件下15天不析出晶体。

实施例4

(1)N-P-K液体复合肥的制备：准确称取88份磷酸一铵和128份磷酸二铵投入到预先加热好的534份温水中(55℃)，充分搅拌溶解，30分钟后添加160份尿素，搅拌20分钟后，往反应釜中添加550份磷酸氢二钾和100份磷酸二氢钾组成物，充分搅拌使之溶解螯合，即得N-P-K液体复合肥。

(2)微量元素的添加：待步骤(1)充分溶解后，加入20份四硼酸钠和20份EDTA-Zn，不断搅拌使之完全溶解。

(3)植物生长调节剂的添加：待步骤(2)充分溶解后，降低反应釜温度，调节为28℃。添加0.8份甘油、0.6份海藻酸钠、1.5份复硝酚钠、1.4份萘乙酸钠、0.4份水杨酸、1.2份胺鲜酯(DA-6)、1.1份木质素磺酸钠，搅拌，直到完全溶解，35分钟后得到670g/L的高浓度、高效液体复合肥料(如图1中IV所示)、该肥料45℃久置30天不胀气、4℃条件下15天不析出晶体。

对比例1

实验步骤同实施例1，唯一不同是在实施例1的基础上将190份磷酸一铵和276份磷酸二铵换成单一的466份磷酸一铵或磷酸二铵，结果该液体复合肥料当场出现结晶，无法完成，说明酸碱平衡体系在本发明中的重要性。

对比例2

实验步骤同实施例1，在155份磷酸氢二钾和28份磷酸二氢钾相同的情况下，当磷酸一铵超过190份或磷酸二铵超过276份，结果该液体复合肥低温(4℃)条件下7天析出结晶。

对比例3

实验步骤同实施例4，唯一不同是在实施例4的基础上将550份磷酸氢二钾和100份磷酸二氢钾换成单一的650份磷酸氢二钾或磷酸二氢钾，结果该液体复合肥料当场出现结晶，无法完成，说明酸碱平衡体系在本发明中的重要性。

对比例4

实验步骤同实施例4，在88份磷酸一铵和128份磷酸二铵相同的情况下，当磷酸氢二钾超过550份或磷酸二氢钾超过100份，结果该液体复合肥低温(4℃)条件下7天析出结晶。

对比例5

实验步骤同实施例3，唯一不同是在实施例3的基础上将100份增溶剂尿素换成100份非增溶剂硝酸铵或氨水，结果该液体复合肥45℃放置7天出现气胀现象、低温(4℃)条件下7天析出结晶，说明增溶剂尿素在本发明中的重要性。

对比例6

实验步骤同实施例3，唯一不同是在实施例3的基础上去掉100份增溶剂尿素，结果该液体复合肥低温(4℃)条件下7天析出结晶，说明增溶剂尿素在本发明中的重要性。

应用实施例1

小区试验：将本发明制备的高浓度、高效液体复合肥料用于种植意大利生菜。试验设5个处理：1)对照(CK)；2)实施例1的液体复合肥料；3)实施例2的液体复合肥料；4)实施例3的液体复合肥料；5)实施例4的液体复合肥料。CK(对照)为清水处理，处理I～IV分别为实施例1～4的液体复合肥料稀释1000倍。意大利生菜先用栽培基质生长15天后移栽到土壤中，然后进行上述处理，每棵冲施500mL，此后每周冲施1次。移栽后30天测定意大利生菜形态指标、产量、养分吸收量和抗氧化酶活性。从生菜生长的外形表现来看，与对照处理相比，实施例的液体复合肥料处理明显提高了意大利生菜地上部和地下部生物量(图2和图3)，详细研究结果见表1、2、3和4。

表1不同实施例的液体复合肥料处理对蔬菜生长及经济效益的影响

注：经济效益按每亩10000株生菜计算。当地市场价8元/公斤算。

表1为不同实施例的液体复合肥料处理对意大利生菜生长及经济效益的影响。从表中可知，不同液体复合肥料处理都能明显促进生菜的生长，提高经济效益。与对照相比，不同液体复合肥料处理的生菜叶片数、株高、覆盖面积、根系生物量、地上部生物量、总生物量、经济产量和经济效益分别提高了15.4～24％、9.4～21.9％、58.1～91.2％、56.0～68.0％、63.3～158.7％、62.2～147.8％、67.6～192.4％和67.5～192.4％。

表2不同实施例的液体复合肥料处理对蔬菜养分吸收(N、P、K)的影响(mg/3株)

表2为不同实施例的液体复合肥料处理对意大利生菜N、P和K养分吸收的影响。从表中可知，不同液体复合肥料处理都能明显提高生菜对N、P和K养分吸收量。与对照相比，不同液体复合肥料处理的生菜N、P和K吸收量分别增加了78.0～187.3％、81.2～184.0％和37.8～156.7％。

表3不同实施例的液体复合肥料处理对蔬菜抗氧化酶活性的影响

表3为不同实施例的液体复合肥料处理对蔬菜抗氧化酶活性的影响，从表可知，不同液体复合肥料处理都能明显促进蔬菜抗氧化酶活性的增加。与对照处理相比，不同液体复合肥料处理的SOD、POD和CAT活性分别增加了99.0～169.9％、8.5～25.4％和18.4～23.3％。

表4不同实施例的液体复合肥料处理对蔬菜品质的影响

表4为不同实施例的液体复合肥料处理对蔬菜品质的影响，从表可知，不同液体复合肥料处理降低了蔬菜硝酸盐含量，增加可溶性蛋白和可溶性糖含量。与对照相比，不同液体复合肥料处理蔬菜硝酸盐含量下降了4.4～31.9％，可溶性蛋白和可溶性糖含量分别增加2.2～9.3％和7.9～32.6％。

应用实施例2

营养液培试验：将本发明制备的高浓度、高效液体复合肥料用于种植水稻。水稻品种为广恢751。试验设5个处理：1)对照(CK)，正常营养液处理；2)实施例1的液体复合肥料；3)实施例2的液体复合肥料；4)实施例3的液体复合肥料；5)实施例4的液体复合肥料。CK为正常营养液处理，处理I～IV分别为实施例1～4的液体复合肥料按300倍稀释到N、P和K缺乏营养液中。一叶一心的水稻幼苗在上述处理中培养7天，收获植株，拍照。研究结果表明，与对照处理相比，实施例1-4的液体复合肥料处理明显增加了水稻的株高，叶片的长度，水稻幼苗茎杆明显变粗壮(图4)。

正常营养液组分为国际水稻研究所(IRRI)修正营养液配方，具体如下：大量营养元素(mmol/L)：NH

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。