早稻种子包衣肥的制备及缓释性能研究

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我国粮食作物产量中比重最大的当属水稻,水稻产量的波动将直接影响到我国的粮食安全,施肥是提高作物产量的主要途径之一,水稻也不例外。传统肥料养分利用率很低,不仅资源浪费严重,而且产生了严重的环境污染。近60年来许多国家相继进行了缓/控释肥研究,取得了一定的社会效益、生态效益和经济效益;我国已将其列为当前优先发展的重点领域,但我国缓/控释的研究仍然处初级发展阶段,与发达国家相比差距很大。全球现有缓/控释肥料只是对传统肥料结构改性或包衣处理,肥料依然施在土壤表面或浅层,致使养分距离作物根系仍然较远,遇到南方多雨的气候,养分极易被雨水冲刷而流失,养分利用率提高不显著;加上生产过程耗能大、成本过高等因素,应用范围极为有限,主要用于草坪、蔬菜、水果等高价值经济作物,很少用于水稻等大田作物上针对现有缓/控释肥的主要不足,本文基于缓/控释肥的养分缓/控释理论和种衣剂的包衣原理,提出并创制新型肥料一水稻种子包衣肥,简称水稻种衣肥,将肥料直接负载(包裹)于种子表面,设计为3层:从里至外依次为填充层、肥料层及衣膜层;其作用分别是隔离种子与肥料、载肥和养分控释。种子包衣肥改变了传统肥料的载体与施用方式,释放的养分离水稻根系很近,能及时被水稻根系吸收,有望最大限度地提高肥料养分利用率,解决现有缓/控释肥存在的上述不足。本文以杂交早稻种子为试验对象,以肥料ZFZ-5 (N+P2O5+K2O=50.0%)、填充剂(含粘土等)和包膜剂YCP-8(含10%可降解树脂等)为主要材料,通过单因素实验和正交实验探索早稻种子包衣肥的制备方法,寻求简便合适的生产及包衣工艺,研究出一种适合于早稻种子包衣的专用缓释肥,进一步研究其缓释性能、理化性质、储存性能及应用效果,以期为提高我国水稻用肥养分利用率、节约肥料资源、减少环境污染以及国家粮丰工程提供新途径,为水稻等大田作物新型肥料的创制、性能评价及应用提供科学依据。得出以下主要结论:1.早稻种子包衣肥制备的单因素实验与正交实验结果表明:早稻种子包衣肥的制备的最佳条件为:肥料ZFZ-5用量10%,种子负载率50%,包膜剂YCP-8用量0.1%,填充剂用量40%,包衣方式A-B(填充剂-肥料),包肥种子烘烤时间40min。2.早稻种子包衣肥缓释性能研究结果表明:从初期溶出率可知,该早稻种衣肥养分的释放速率:N释放得最快,K次之,P释放得最慢。初期溶出率的大小体现出包衣肥设计的科学性和包衣技术的优劣水平,若初期溶出率过大,反应出所设计的种衣肥缓释性能弱、包衣技术水平差。从初期溶出率和微分溶出率可知,该早稻种衣肥3种养分的溶出速率较平缓,这是由于包肥种子浸泡于水中后,由于有外层包衣膜和填充层的阻碍,水分扩散进入肥料内部的速率较慢,因而需要一定的时间才能使水分布满所有内核的空隙,肥料中的养分进而在浓度压力推动下缓慢向外部扩散释放。该早稻种衣肥的累计释放曲线显示,其释放趋势为平缓的抛物线,表明该早稻种衣肥在降低肥料资源浪费的前提下,养分的供给与早稻生长需肥规律基本一致。可见,所研制的早稻种子包衣肥缓释性能良好,将其对早稻种子进行包衣后,能明显降低肥料中养分的释放速度、减缓肥料因养分一次性过度释放而造成的资源浪费及环境污染,可以保证养分逐渐释放,提高了肥料利用率,同时促进早稻的生长。3.早稻种子包衣肥理化性质、储存性能及应用效果研究结果显示:①早稻种子包衣肥的pH为6.90,呈弱酸性,有利于早稻生长;②粘度为9.23mPa·s-1,粘度适中,可达到均匀包衣的效果,包肥种子间不易粘连;③成膜性中等,成膜均匀;④成膜时间较短,只需要7.50min,说明种子表面的衣膜固化快,包肥种子容易干燥;⑤丸衣水中裂开时间6.50min,说明该种衣肥既可以起到对养分的缓释作用,又不会对种子吸水萌发产生明显影响;⑥包衣均匀度达95.00%,说明种子载肥及包衣膜均匀,养分缓控释效果好,同时包衣脱落率为9.20%(<10%),说明该早稻种衣肥能够牢固的附着在种子表面,不易脱落;⑦储存性能良好,容易储存与运输。⑧应用效果良好,对早稻秧苗素质有较好的促进作用。
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