15N同位素标记包膜控释肥料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种15N同位素标记包膜控释肥料及其制备方法。所述肥料由粉末状15N标记氮肥经造粒和聚合物包膜加工后获得，为椭圆型颗粒，平均抗压强度为23-40N，内含物可以为15N同位素标记的尿素、氯化铵或含有15N同位素标记尿素的复合肥等，其聚合物膜层与颗粒肥料重量分数比为7-12∶93-88，氮素释放期为41-90天。该产品的物理性质与普通包膜肥料有较为严格的一致性，可以代表普通肥料准确地完成科学试验。在挖掘控释肥料氮肥利用潜力和减少养分流失，定量化研究土壤-植物系统中的氮素行为和生理机制，土壤碳、氮转化以及探究高效利用控释肥的机理和技术方面有很大的应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种15N同位素标记包膜控释肥料及其制备方法。
技术介绍
近20年来，为确保粮食安全，农业生产的化肥、农药投入不断加大，尤其是化肥有 的地方甚至处在严重过量的水平，过量氮肥的投入不仅造成氮肥资源的浪费，并且导致土 壤残留硝态氮(NO3--N)大量累积和向下淋洗，对水资源污染形成巨大的威胁。国内外最新 研究指出，氮肥供应与作物养分吸收的严重不同步性是导致氮肥利用率低下和硝酸盐环境 负荷增加的主要原因。华北地区夏玉米前期重施氮肥直接导致氮素供应与作物吸收不同 步，而适时施肥(In-season nitrogen application)可以提高氮肥供应的同步性，并提高 氮肥利用率，依此给出了根据作物生长期土壤、植株测试推荐的多次追肥。这些方法和理论 在发达国家中机械化程度比较高的部分地区已经有了应用，但在中国农民科技水平低农田 分散经营的实际情况下，其并不适合在我国普遍推行。一方面这种方法技术操作复杂不易 掌握，另一方面追肥次数增加，不利于农民外出务工，同时也会由于延迟追肥导致收获后土 壤无机氮(Nmin)增加，加剧Ν03_-Ν对土壤和水的污染风险。因此在中国还应寻找更加适合我国实际情况的，操作简便、省工省时的方法，最好 是农民拿回去就能用的肥料产品。随着缓控释肥的精准控制技术逐渐成熟与产品产业化生 产不断扩大，控释肥有望成为与作物养分需求达到同步供应的施肥技术物化产品，同时达 到减少环境污染风险、降低农民劳动投入多重效果。国内关于控释肥高效使用的研究刚刚起步，一方面研究的焦点大多集中在缓控释 肥料的制作和生产上，另一方面对缓控释肥施肥的研究手段还不完善。国内利用1N标记 缓释肥研究其行为特点与去向的多集中在添加脲酶抑制剂核硝化抑制剂的肥料上，而对聚 合物包膜的控释肥料的研究则非常有限。国际上日本在聚合物包膜的研究上一直处于领先 地位，早在20世纪90年代就能利用1N标记的包膜控释肥研究稻田中的氮肥利用率。缓 控释肥料与常规肥料在养分供应方式上存在本质的差异，因而会对根际环境产生不同的影 响，定量化描述施肥后缓控释氮素在土壤微域中的行为与去向将为高效利用缓控释肥提供 理论和技术支持。充分发挥和挖掘控释肥的养分控制释放这一优势，将为协调作物高产和环境保护 提供重要的技术实现途径。控释肥与土壤-植物系统相互作用的定量化描述没有足够的资 料，原因是用于研究包膜缓释肥在田间的行为和去向的手段还没有完善，稳定性同位素1N 标记缓释肥的技术亟待发展。控释肥与普通速效化肥的本质区别在于养分的供应方式不 同，控释肥养分浓度、强度随时间的变化规律不同与速效化肥，这种特殊性要求对施肥方式 以及产品与植物的配合做出系统的描述与评价。目前稳定性同位素是研究氮素生理作用及 其环境行为的最准确的方法之一，但用在包膜控释氮肥的研究很少，也不系统，没有成熟完 善的缓控释肥同位素标记技术是其中重要的原因。为了更好的利用控释肥的特性，挖掘其 应用潜力，国内外相关研究人员，探索了一些自制1N同位素控释肥料，而且仅限于尿素一种。如湖南省农业科学院通过添加魔芋等粘合剂将粉状1$标记尿素用模具成型，然后包裹 膜层。但这一肥料存在许多有待改进的地方。1N标记技术作为一项目前为止最具说服力 的科学研究手段，其原理是通过示踪方法追踪普通氮素的行为，因此，试验所用1N标记控 释肥必须要解决好其对于普通尿素的代表性和一致性，才能做出科学合理的试验结果。添 加了粘合剂的肥料颗粒与普通尿素相比，物理结构发生了变化，必然会降低其水解性能从 而影响养分的释放，因此其代表性并不好。日本的研究者也应用类似的方法，但也没有解决 标记颗粒肥料抗压强度的一致性问题。为了解决1N标记控释肥的一致性和代表性问题，本专利技术通过将1N标记粉末物料 直接连续挤压造粒并控制其颗粒抗压强度和外形，进而实现与普通肥料在物理性质上的一 致性。本专利技术将提供多种类型1N标记控释肥料，为揭示土壤-植物系统氮素行为、碳/氮 转化，以及高效施用控释肥机理等研究提供试验手段。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种15N同位素标记包膜控释肥料及其制备方法。本专利技术提供的1N同位素标记包膜控释肥料，包括含有1N同位素的颗粒肥料和包 裹在所述含有1N同位素的颗粒肥料表面的聚合物包膜层。上述1N同位素标记包膜控释肥料也可只由上述两组份组成。上述肥料中，所述 颗粒肥料选自尿素、硫酸铵、氯化铵、硝酸钙和含有尿素的复合肥中的至少一种，优选尿素、 氯化铵和所述含有尿素的复合肥中的至少一种；所述含有尿素的复合肥中，氮肥、磷肥和钾 肥的质量比为16 16 16，所述氮肥的质量以所述氮肥中的氮元素计，所述磷肥的质量 以五氧化二磷计，所述钾肥的质量以氧化钾计；构成所述聚合物包膜层的材料为废旧聚烯 烃树脂。所用含有1N同位素的颗粒肥料中，1 同位素的丰度可为任意值。所述含有1N同 位素的颗粒肥料为椭圆型颗粒，短轴直径平均值为3. 2-3. 5毫米，具体可为3. 3-3. 5毫米 或3. 2-3. 2毫米，长轴直径平均值为3. 70-4. 05毫米，具体可为3. 7-3. 85毫米或3. 7-3. 85 毫米，平均抗压强度为23-40N;废旧聚烯烃树脂选自废旧聚乙烯和废旧聚丙烯中的至少一 种；聚合物包膜层的厚度为53. 7-81. 8um，优选59. 7-65. 3um。聚合物包膜层与含有1N同 位素的颗粒肥料的质量比为7-12 93-88，优选7-9 93-91，具体可为7_10 90-93或 9-10 90-91 ；1^同位素标记包膜控释肥料的氮素释放期为41-90天，具体可为41-82天、 41-63 天或 63-82 天。本专利技术提供的制备上述15N同位素标记包膜控释肥料的方法，包括如下步骤1)将含有1N同位素的粉状肥料进行机械挤压造粒，得到所述含有1N同位素的颗 粒肥料；2)将所述废旧聚烯烃树脂溶于有机溶剂中，加热得到聚合物的有机溶液，于包膜 塔中鼓入热风使所述步骤1)所得含有1N同位素的颗粒肥料处于流动状态，将所述聚合物 的有机溶液喷涂到所述含有15N同位素的颗粒肥料表面，干燥后得到所述1N同位素标记包 膜控释肥料。所述步骤1)中，所述机械挤压造粒步骤中，所用设备为带有网眼的对辊挤压造粒 机；所述网眼的直径为3. 0毫米；所述机械挤压造粒步骤中，双辊间隙为0. 6-1. 0毫米，优 选1.0毫米，转速为100转/分。所述步骤幻中，所述有机溶剂选自松节油和四氯乙烯中的至少一种，优选为四氯 乙烯；所述聚合物的有机溶液的浓度为45-60g/L，具体可为45-55g/L或55_60g/L ；所述 聚合物的有机溶液的进液流速为65-108ml/min，优选86-lOOml/min ；所述热风的温度为 90-110°C，优选95-105°C ；所述溶液加热步骤中，温度为110_140°C，优选120_130°C ；所述 干燥步骤中，温度为60-90°C，优选65-70°C，时间为2_5分钟，优选2_3分钟。本专利技术提供的15N同位素标记包膜控释肥料，为肥料试验中因缺乏试验材料不能 准确完成或探索新的科学问题提供了有效的研究手段。该1N同位素标记包膜控释肥料解 决了与普通肥料在颗粒结构、抗压强度、外形等方面本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种１５Ｎ同位素标记包膜控释肥料，包括含有１５Ｎ同位素的颗粒肥料和包裹在所述含有１５Ｎ同位素的颗粒肥料表面的聚合物包膜层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨俊刚，曹兵，许俊香，倪小会，徐秋明，刘宝存，
申请(专利权)人：北京市农林科学院，
类型：发明
国别省市：11