[发明专利]15N同位素标记包膜控释肥料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种¹⁵N同位素标记包膜控释肥料及其制备方法。

背景技术

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NO₃^--N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¹⁵N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¹⁵N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¹⁵N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¹⁵N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¹⁵N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。¹⁵N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¹⁵N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¹⁵N标记控释肥的一致性和代表性问题，本发明通过将¹⁵N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。本发明将提供多种类型¹⁵N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。

发明内容

本发明的目的是提供一种¹⁵N同位素标记包膜控释肥料及其制备方法。