一种基于普通速效肥的大田作物全生育期一次施用大粒肥及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及肥料技术领域，具体涉及一种基于普通速效肥的大田作物全生育期一次施用大粒肥及其制备方法和应用。
背景技术
我国是一个人多地少的农业大国，尽管化肥用量已经很高，但随着人口的增多，为保证国家粮食和农产品安全，单位面积作物产量仍需进一步提高，对化肥的依赖性依然会增加。但我国目前化肥利用率较低，主要粮食作物氮磷钾肥的平均利用率分别低于30%、15%和30%，从而导致粮食总产不能随施肥量同幅度增长，还连带造成水体、大气、土体等环境不良影响。与此同时，随着城市化发展，农村青壮年劳动力资源不足、成本也增加，因此，研发高产高效、便于施用、且减少施用次数最好是全生育期只施一次的肥料，对于产投比并不高的大田种植业的发展至关重要。
对高产高效肥料的研究一直是我国农业科技的研究热点之一。现有技术中已有较多相关报道。如：
CN103724062A专利公开了一种大颗粒无机包膜肥料，其以尿素和少量铵态氮肥为肥芯，以磷酸与钙镁磷肥包裹于肥芯外表，以高分子树脂材料进行封闭处理，通过封闭次数确定养分释放情况。粒径大于4mm，减少包膜材料用量，从而降低成本。三次封闭后肥效可持续50～60天。
CN105732177A专利申请公开了一种颗粒状农作物化肥，其以尿素和硫磺粉、聚乙烯醇、苯丙烯酸醇酯制成涂布，喷涂于尿素颗粒表面。
CN109608272A专利申请公开了一种大田作物基施用免追肥肥料，其以普通尿素、释放期不同的三种树脂包膜尿素、颗粒磷酸二铵、颗粒过磷酸钙、普通氯化钾和树脂包膜氯化钾及微肥和添加剂混合而成，在水稻和小麦上有较好的增产效果。
CN106365827A专利申请公开了一种同步营养超级稻专用肥，其由内肥和外肥组成，内外肥之间以缓释膜隔开，外肥外包另外一层缓释膜。
CN107266269A专利申请公开了一种西南地区水稻和玉米一次性专用肥，其以尿素、氯化铵、磷酸一铵、氯化钾等添加脲甲醛、硝化抑制剂、脲酶抑制剂、植物生长调节剂等制成。
CN108440054A专利申请公开了一种适用于水稻一次性施肥的肥料，其以普通尿素和两种不同释放期的树脂包膜尿素及颗粒磷肥、普通氯化钾和树脂包膜氯化钾及锌肥混合制得。
CN110698253A、CN110790617A专利分别申请公开了一种免追返青、分蘖肥的水稻基肥和一种免追返青、分蘖肥的小麦基肥，其均由由颗粒尿素、颗粒磷肥、颗粒氯化钾、颗粒硫酸锌组成，并添加双氰胺为氮肥增效剂。
尽管现有研究已经研发了多种类型或用途的农用化肥，但这些肥料组合物仍然存有一定的性能缺陷，如需要通过额外添加各种包膜材料或氮肥增效剂以减少氮肥损失、延长肥效，在制备中工艺复杂也增加了成本，所用膜材料若分解期长或分解不彻底，也将对农田可持续利用和环境带来压力。而现有的一次施肥方法，由于其本质仅为将肥料按穴/点集中施用，其施肥效果虽然总体上比常规撒施或条施好，但大田机械化施用时肥料利用率、作物增产效果均非常不稳定。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于普通速效肥的大田作物全生育期一次施用大粒肥及其制备方法和应用。本发明提供的大粒肥无需额外添加各种缓控释包膜材料、硝化抑制剂、脲酶抑制剂或增效剂等，成本低，对环境无污染，且肥料利用率高，仅需随作物播种或移栽时一次施用，后期无需任何追肥，即可满足作物全生育期养分需求。
本发明提供了一种基于普通速效肥的大田作物全生育期一次施用大粒肥，所述大粒肥包括普通速效性氮肥、磷肥和钾肥，所述氮肥、磷肥和钾肥的质量分别以N、P2O5和K2O计，质量比为(20～40):(4～15):(4～15);所述大粒肥的单粒质量为1.5～8g。
优选的是，所述氮肥、磷肥和钾肥的质量分别以N、P2O5和K2O计，质量比为(30～35):(5～8):(5～8);所述大粒肥的单粒质量为2.5～4.5g。
优选的是，所述氮肥包括尿素、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、硫酸铵、氯化铵、碳酸氢铵和硝铵磷中的一种或多种。
优选的是，所述磷肥包括磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、普通过磷酸钙、重过磷酸钙和硝铵磷中的一种或多种。
优选的是，所述钾肥包括氯化钾和/或硫酸钾。
优选的是，以大粒肥的质量为基准，根据土壤缺素情况或作物需要，所述大粒肥还包括质量百分含量为1.0%～10.0%的二氧化硅，1.0%～4.0%的氧化钙，0.5%～2.0%的氧化镁、0.01%～0.3%的硼和0.1%～0.3%的氧化锌中的一种或多种。
优选的是，所述大粒肥还可能包括粘结剂和/或防结块剂。
本发还提供了上述技术方案所述大粒肥的制备方法，包括以下步骤：
将氮肥、磷肥和钾肥混合，搅拌，造粒，过筛去除碎屑，烘晒，得到大粒肥。
本发明还提供了上述技术方案所述大粒肥或上述技术方案所述制备方法得到的大粒肥在种植大田作物中的应用，所述大粒肥施加在距作物种子/根系或其所在行3～10cm，距土表5～15cm深的土壤中。
优选的是，当所述作物为穴播或穴栽时，一穴施加一粒肥，或一穴施加两粒肥，或两穴共施加一粒肥。
本发明提供了一种基于普通速效肥的大田作物全生育期一次施用大粒肥。本发明所述大粒肥能够克服现有技术中普通速效肥肥效短、需要多次追施或需要添加缓控释膜材料或硝化抑制剂、脲酶抑制剂、各种增效剂等各种额外材料等的弊端，并能克服现有技术施肥不均匀、肥效不稳定、不利于机械化施肥等问题，通过本发明生产出的基于普通速效肥的大田作物全生育期一次施用(超)大粒肥，与现有技术相比，明显具有缓释效果，显著增加作物对肥料提供的氮素的吸收率，与相同施肥量的常规技术相比增产30%以上，与相同施肥量的现有一次穴施技术相比增产10%以上。本发明的大粒肥仅一次施用、不需要任何追肥，即可满足大田作物全生育期对养分的需求，氮肥损失率低，氮肥养分利用率高，与常规技术及现有一次穴施技术相比对大田作物种植有明显增收。
具体实施方式
本发明提供了一种基于普通速效肥的大田作物全生育期一次施用大粒肥，所述大粒肥包括普通速效性氮肥、磷肥和钾肥，所述氮肥、磷肥和钾肥的质量分别以N、P2O5和K2O计，质量比为(20～40):(4～15):(4～15)，更优选为(30～35)：(5～8)：(5～8);所述大粒肥的单粒质量为1.5～8g，更优选为2.5～4.5g。本发明大粒肥的配方比例和单粒重范围能够保证作物全生育期对养分的需求比例和需求量。
本发明对所述作物的种类没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的大田作物即可。在本发明中，术语“全生育期”，对于大田移栽作物，如水稻、油菜等，是指秧苗开始移栽入大田到完全成熟可以收获的整个时期;对于直播作物，如小麦、玉米、直播油菜等，是指从种子播入土壤到完全成熟可以收获的整个时期。
本发明所述大粒肥能够克服现有技术中普通速效肥肥效短、需要多次追施或需要添加缓控释膜材料或硝化抑制剂、脲酶抑制剂、各种增效剂等各种额外材料等的弊端，及现有技术施肥不均匀、肥效不稳定、不利于机械化施肥等问题，本发明的基于普通速效肥的大田作物全生育期一次施用(超)大粒肥，施入土壤后土肥界面显著减小，肥际微域效应更为明显，肥料的缓释性增大，有利于形成“根包肥”状态，可以大幅度降低肥料损失率，并可借助机具施肥更加均匀、每个点/穴的施肥量完全一致，仅一次施用、不需要任何追肥，即可满足大田作物全生育期对养分的需求，并使大田作物大面积一次施肥时的肥料利用率和增产效果得到保证，且效果稳定。
本发明对所述氮肥、磷肥和钾肥的来源没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的常规普通速效性氮磷钾肥料即可。本发明大粒肥不添加任何缓控释膜材料或硝化抑制剂、脲酶抑制剂、各种增效剂等。在本发明中，所述氮肥包括尿素、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、硫酸铵、氯化铵、碳酸氢铵和硝铵磷等普通速效性氮肥中的一种或多种。在本发明中，所述磷肥包括磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、普通过磷酸钙、重过磷酸钙和硝铵磷等普通速效性磷肥中的一种或多种。在本发明中，所述钾肥包括氯化钾和/或硫酸钾及其它普通速效性钾肥中的一种或多种。
在本发明中，所述大粒肥优选还包括特定中微量或有益元素不足的土壤(或作物)需要补充的元素，如，在本发明中，以大粒肥的质量为基准，所述大粒肥优选还包括质量百分含量为1.0%～10.0%的二氧化硅，1.0%～4.0%的氧化钙，0.5%～2.0%的氧化镁、0.01%～0.3%的硼和0.1%～0.3%的氧化锌中的一种或多种。当土壤中不缺乏上述元素时，所述大粒肥中可以不添加上述元素。
本发明对所述大粒肥的形状没有特殊限定，采用球形、圆柱形、椭圆形、菱形等便于造粒或施用的形状均可。在本发明中，所述大粒肥还可以包括粘结剂和/或防结块剂。本发明可以添加少量常规的粘结剂以改善物理强度或添加少量的防结块剂或防潮剂等其它物料，以改善大粒肥的贮运性能。
本发明还提供了上述技术方案所述大粒肥的制备方法，包括以下步骤：
将氮肥、磷肥和钾肥混合，搅拌，造粒，过筛去除碎屑，烘晒，得到大粒肥。
本发明对所述混合的方法没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的常规搅拌机进行混合即可。本发明对所述造粒的方法没有特殊限定，采用本领域技术人员公知的常规造粒机进行造粒即可，如通过带有凹槽的对压机具或熔融法等常见造粒方法造粒成型。造粒后，本发明优选对成型的大粒肥进行筛选，去除碎屑，分装，进行必要的烘晒，得到大粒肥产品。本发明所述大粒肥优选具有一定的强度，须在运输中不易破碎、在贮存中不易潮解。本发明制备方法中的混合搅拌及对造粒成型产品的筛分，保证了每粒肥料中养分的均一程度，对大粒肥肥粒强度的要求保证了大粒肥施入土壤后肥际微域的形成和持续，这是大粒肥得以缓释和有效性长的关键，并使其在运输中不易破碎。
本发明还提供了上述技术方案所述大粒肥或上述技术方案所述制备方法得到的大粒肥在种植大田作物中的应用，所述大粒肥施加在距作物种子/根系或其所在行3～10cm，距土表5～15cm深的土壤中。在本发明中，所述作物优选包括直播或移栽大田的油菜、小麦、水稻、玉米。本发明所述大粒肥施肥的时间优选与作物播种或移栽的时间相同。具体的，对于穴播或穴栽的作物，本发明优选将大粒肥置放于偏离作物种子/根系3～10cm、距土表5～15cm深处即可，可以一穴秧苗/菜苗一粒肥，或一穴秧苗/菜苗两粒肥，或多穴秧苗/菜苗一粒肥的方式(即一穴施加一粒肥，或多穴施加一粒肥)配合移栽机械同时进行;对于条播(栽)的作物，本发明优选将大粒肥置放于偏离作物种子/根系所在行3～6cm、距土表5～10cm处即可;对于撒播作物，在翻地耘地整田后将大粒肥按类似棋盘式点施，施肥点之间优选相距12～22cm，再覆土撒播种子即可。本发明通过对大粒肥的施用位置进行规定，能够保证大粒肥施用后作物根系可以吸收到养分但释放出的养分浓度并不会灼伤种子和根尖。
本发明通过以大粒肥的方式将肥料集中施用，人为形成肥际微域，且其肥际微域效应得到了进一步强化，能够使普通速效性肥料具有较大的缓效性能。养分损失能够大幅度降低，肥料利用率得到较大提高，本发明将(超)大粒肥随作物播种或移栽时一次施用，后期不需要进行任何追肥，可满足作物全生育期养分需求。本发明基于普通速效性肥料，并不添加任何缓控释膜材料或硝化抑制剂、脲酶抑制剂、各种增效剂等，仅一次施用即可满足大田作物全生育期养分需求、省工省力，氮肥利用率高，环境友好，增产增收效果优异。
下面结合具体实施例对本发明所述的一种基于普通速效肥的大田作物全生育期一次施用大粒肥及其制备方法和应用做进一步详细的介绍，本发明的技术方案包括但不限于以下实施例。
实施例1
一种基于普通速效肥的大田作物全生育期一次施用(超)大粒肥，氮肥、磷肥和钾肥的质量分别以N、P2O5和K2O计，包括：N%2029%，P2O511%，K2O%2012%，余量为单质肥料配制配方肥中带入的碳、氢、氧等。上述元素由下列物质提供，N：尿素;P2O5：磷酸氢二铵;K2O：氯化钾。
折合成商品化肥实物量如下(以每生产10000粒基于普通速效肥的大田作物全生育期一次施用(超)大粒肥计)：
尿素%2015.6kg;
磷酸氢二铵%207.8kg;
氯化钾%205.6kg。
将上述商品肥料进行混匀，并磨碎成粉末状，通过压片机挤压成型，本实施例中制得的基于普通速效肥的大田作物全生育期一次施用(超)大粒肥为球形，单粒质量为2.9g，直径13mm。
实施例2
一种基于普通速效肥的大田作物全生育期一次施用(超)大粒肥，其配方、制备方法同实施例1，但其中的尿素采用15N标记商品尿素。
实施例3
一种基于普通速效肥的大田作物全生育期一次施用(超)大粒肥，氮肥、磷肥和钾肥的质量分别以N、P2O5和K2O计，包括：N%2033%，P2O56%，K2O6%，此外添加锌(ZnO)0.3%，余量为单质肥料配制配方肥中带入的硫、碳、氢、氧等。上述元素由下列物质提供，N：尿素、硫酸铵、磷酸氢二铵;P2O5：磷酸氢二铵;K2O：氯化钾;ZnO：硫酸锌。
折合成商品化肥实物量分别如下(以每生产10000粒基于普通速效肥的大田作物全生育期一次施用(超)大粒肥计)：
将上述商品肥料进行搅拌混匀，通过压片机挤压成型，本实施例中制得的基于普通速效肥的大田作物全生育期一次施用(超)大粒肥为圆柱形。单粒质量为1.7g，直径13mm、高7mm。
实施例4
一种基于普通速效肥的大田作物全生育期一次施用(超)大粒肥，氮肥、磷肥和钾肥的质量分别以N、P2O5和K2O计，包括：N 32%，P2O58%，K2O5%，此外添加硼(B)0.2%，余量为单质肥料配制配方肥中带入的硫、碳、氢、氧等。上述元素由下列物质提供，N：尿素、硫酸铵、磷酸二氢铵;P2O5：磷酸二氢铵;K2O：氯化钾、硫酸钾;B：硼砂。
折合成商品化肥实物量分别如下(以每生产10000粒基于普通速效肥的大田作物全生育期一次施用(超)大粒肥计)：
将上述商品肥料进行搅拌混匀，通过压片机挤压成型，本实施例中制得的基于普通速效肥的大田作物全生育期一次施用(超)大粒肥为扁球形。单粒质量为4.2g，球径20mm、厚度14mm。
试验例1
将实施例1制得的基于普通速效肥的大田作物全生育期一次施用(超)大粒肥进行田间原位试验，90天后，距大粒肥施肥点6cm处土壤铵态氮含量约385mg/kg左右。
对比例1：
所用肥料为与制备实施例1大粒肥所用相等量的普通速效性尿素、磷酸氢二铵、氯化钾肥料，搅拌混合，一次性均匀撒施土壤表面，90天后，距土表6cm深处土壤铵态氮含量约12mg/kg。
对比例2：
所用肥料与对比例1相同，搅拌混合，一次性穴施，90天后距穴施中心约6cm处土壤铵态氮含量约118mg/kg。
该对比实验表明本发明大粒肥具有较好的缓释效果。
试验例2
将实施例2制备的基于普通速效肥的大田作物全生育期一次施用(超)大粒肥进行水稻(品种为南粳9108)田间试验。同时设置与制备实施例2大粒肥所用相等量的尿素(15N标记尿素)、磷酸氢二铵、氯化钾肥料混合后的撒施(对比例3)和穴施(对比例4)对比试验。其中大粒肥一次性置于偏离水稻秧苗根系3cm、距土表6cm处，后期不追肥;对比例3为农民常规方法，将全部氮肥的40%和全部磷钾肥一起撒施用作基肥，剩余各30%氮肥分别追施用作分蘖肥和穗肥;对比例4则为将全部氮磷钾肥混合后在偏离水稻秧苗根系约3cm、距土表约6cm处一次性穴施，后期不追肥。
实施例2制备的大粒肥处理水稻产量可达11.5t/ha，比对比例3增产47.4%，比对比例4增产21.1%(表1)。通过15N标记法(参见文献：“Mary B.,Recous S.,and RobinD.1998.Model for calculation nitrogen fluxes in soil using 15N tracing.SoilBiol.Biochem.30(14):1963-1979”;文献：“刘德林，聂军，肖剑.2002.15N标记水稻控释氮肥对提高氮素利用率的研究.激光生物学报.11(2):87-92.”;以及文献：“Zhang J.,Zhu T.,Cai Z.,Qin S.,Muller C.2012.Effects oflong-term repeated mineral and organicfertilizer applications on soilnitrogentransformations.Eur.J.Soil Sci.63:75-85”)测得大粒肥处理氮肥损失率约21.5%，肥料提供的氮的利用率为56.1%，而对比例3和4处理氮肥损失率分别为63.1%和45.7%，肥料氮的利用率为11.1%和32.5%。表明大粒肥的施用可以增加所施入肥料的利用率，在农业高效、清洁生产中，仅投入作物生长所需要的养分量，而不盲目耗竭或培肥土壤，是一种较为理想的施肥理念。
试验例3
将实施例3制备的基于普通速效肥的大田作物全生育期一次施用(超)大粒肥，进行了小麦(品种为淮麦20)田间示范。同时设置与制备实施例3大粒肥所用相等量的尿素、硫酸铵、磷酸氢二铵、氯化钾、硫酸锌肥料混合后的撒施(对比例5)和穴施(对比例6)对比试验。整地后，通过施肥机将实施例3大粒肥按肥距15cm×15cm置于距土表5～8cm深处，然后撒播小麦种子，后期不再追肥;对比例5为农民常规方法，将全部氮肥的40%和全部磷钾锌肥一起随整地耘地撒施用作基肥，剩余各30%氮肥分别追施用作分蘖肥和拔节孕穗肥;对比例6则将全部氮磷钾锌肥混合后通过施肥机按肥距约15cm×15cm一次性穴施于距土表5～8cm深处，后期不追肥。
实施例3制备的大粒肥在田间分布较为均匀，产量平均可达7.4t/ha，与对比例5和6相比分别增产32.6%和13.2%(表1)。
试验例4
将实施例4制备的基于普通速效肥的大田作物全生育期一次施用(超)大粒肥在油菜(品种为宁杂1818)季进行了施用，同时设置与制备实施例4大粒肥所用相等量的尿素、硫酸铵、磷酸二氢铵、氯化钾、硫酸钾肥料及硼砂混合后的撒施(对比例7)和穴施(对比例8)对比试验。其中大粒肥的施用：整田开施肥沟，移栽油菜苗，施肥沟偏离油菜行5cm、沟深10cm，通过施肥机将大粒肥按20cm左右间距置于沟中并覆土，后期不再进行任何追肥;对比例7为农民常规方法，将全部氮肥的60%和全部磷钾硼肥在整地时撒施作基肥，剩余40%的氮肥用作薹肥撒施;对比例8则将全部氮磷钾硼肥混合，一次性穴施于施肥沟，穴距为20cm左右。
实施例4制备的大粒肥处理油菜产量达4.9t/ha，与对比例7和8相比分别增产53.9%和19.2%(表1)。
表1基于普通速效肥的大田作物全生育期一次施用(超)大粒肥对水稻、小麦、油菜种植增产增收的影响
注：
*对比例3和4为与制备实施例2所用相同肥料，种类和质量均相同;对比例5和6为与制备实施例3所用相同肥料，种类和质量均相同;对比例7和8为与制备实施例4所用相同肥料，种类和质量均相同。对比例3、5、7采用农民常规基追结合方法施用，对比例4、6、8为现有一次穴施技术。
**此表中增产仅指增加的籽粒产量。
***水稻追肥2次，每次按150RMB/ha计，小麦追肥2次，每次按120RMB/ha计，油菜追肥1次，按120RMB/ha计。
****水稻籽粒价格按2.9元/kg计，小麦籽粒价格按2.5元/kg计，油菜籽粒价格按5.0元/kg计。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
