雙螯合多微添加劑的研發(fā)與工藝創(chuàng)制*

王連林，李翠芹，劉延波

(1.河北省玉田縣農(nóng)業(yè)區(qū)劃辦公室 河北玉田 064100；2.河北省玉田縣農(nóng)牧局 河北玉田 064100；3.灃田寶農(nóng)業(yè)科技有限公司 河北玉田 064109)

雙螯合多微添加劑的研發(fā)與工藝創(chuàng)制*

王連林1，李翠芹2，劉延波3

(1.河北省玉田縣農(nóng)業(yè)區(qū)劃辦公室 河北玉田 064100；2.河北省玉田縣農(nóng)牧局 河北玉田 064100；3.灃田寶農(nóng)業(yè)科技有限公司 河北玉田 064109)

中微量元素是農(nóng)作物正常生長不可缺少的營養(yǎng)元素，但各元素間的拮抗作用會(huì)大幅降低肥效，而傳統(tǒng)的螯合劑不僅生產(chǎn)成本高，而且長時(shí)期使用后不易降解。研制的以氨基酸和黃腐酸為螯合劑、腐殖酸為掩蔽劑的雙螯合多微添加劑，其成本僅為EDTA螯合物的8%～10%，不僅可以提高產(chǎn)量和肥料利用率，而且具有抗旱、抗寒、早熟、抗病、提高品質(zhì)的作用。

新型肥料；螯合劑；雙螯合多微復(fù)混肥

早在18世紀(jì)50年代，農(nóng)業(yè)科學(xué)家就已證實(shí)微量元素是農(nóng)作物正常生長不可缺少的營養(yǎng)元素，但直至第二次世界大戰(zhàn)以后才作為肥料被普遍施用。隨著農(nóng)業(yè)科學(xué)的不斷發(fā)展和農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度的不斷提高，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)已步入多項(xiàng)作業(yè)聯(lián)合發(fā)展的新時(shí)代，特別是施肥要求氮、磷、鉀、有機(jī)肥和微肥在一次作業(yè)中完成，這對(duì)化肥生產(chǎn)企業(yè)提出了新的要求。本研究課題是在借鑒、吸納眾多研究成果的基礎(chǔ)上，以節(jié)本增效、化肥減量、綜合協(xié)調(diào)利用為宗旨，開發(fā)出以氨基酸和黃腐酸為螯合劑、腐殖酸為掩蔽劑的新型多元素復(fù)混肥生產(chǎn)所需的雙螯合多微添加劑，成本僅為EDTA螯合物的8%～10%，其與氮、磷、鉀三大元素混配制得的雙螯合多微復(fù)混肥可提高肥料利用率10%～20%，較通用型三元復(fù)合肥增產(chǎn)10%～25%，同時(shí)具有抗旱、抗寒、早熟、抗病、提高品質(zhì)的作用。

1 螯合劑的篩選

含有中微量元素的肥料一般都是通過加入可溶性無機(jī)鹽制取，但由于各元素間的拮抗作用會(huì)大幅降低肥效，影響植物的吸收效果。含有硼、錳、銅、鋅、鉬、鐵6種元素的微肥，除硼能與植物體內(nèi)的糖類螯合外，其余5種元素都需人工螯合成相應(yīng)的螯合微肥，以提高其利用率。美國等發(fā)達(dá)國家以乙二胺四乙酸(EDTA)、檸檬酸等為螯合劑，有效防止了拮抗作用，但螯合劑的生產(chǎn)成本較高，故開發(fā)價(jià)廉質(zhì)優(yōu)的螯合劑是含中微量元素肥料研究的一個(gè)方向。

目前化肥行業(yè)常用的螯合劑主要有EDTA系列，二乙烯三胺五乙酸(DTPA)，1,2- 環(huán)己二胺四乙酸(CDTA)，腐殖酸系列N- β- 羥基乙基乙二胺三乙酸(HEDTA)、乙二胺二鄰羥苯基乙酸(EDDHA)，氨基酸系列乙二胺二琥珀酸(EDDS)，木質(zhì)素磺酸系列氨基丁二酸(IDHA- D,L)，檸檬酸，糖醇，酒石酸等。然而傳統(tǒng)的螯合劑產(chǎn)品長期使用后很難被生物降解，一般會(huì)在環(huán)境中積累，在江河湖泊、土壤及水處理過程中均已被檢測(cè)出[2]。針對(duì)常用螯合劑的優(yōu)缺點(diǎn)以及代表性產(chǎn)品的特征特性分析，本著原料來源廣泛、性能穩(wěn)定、價(jià)格適中、螯合系數(shù)高、功能全面且互補(bǔ)性強(qiáng)的原則，以氨基酸、腐殖酸和黃腐酸為優(yōu)選螯合劑原料。

2 螯合工藝路線的開發(fā)

通過生產(chǎn)工藝創(chuàng)制，利用優(yōu)劣比選確立的螯合劑(氨基酸、黃腐酸及腐殖酸)與植物必需的中微量營養(yǎng)元素(如鈣、鎂、鐵、銅、鋅、鉬等)在特定的溫度、比例、時(shí)間下進(jìn)行二次復(fù)混螯合，所制得的肥料稱為雙螯合多微復(fù)混肥，若與大量元素混配，因其添加量較少(質(zhì)量分?jǐn)?shù)在10%左右)，故稱其為雙螯合多微添加劑。

通過對(duì)多種螯合劑優(yōu)缺點(diǎn)的比對(duì)，按照原料來源廣泛、成本合理、工藝便捷、作用明顯、互補(bǔ)性強(qiáng)的原則設(shè)計(jì)的雙螯合工藝路線如圖1所示。

圖1 雙螯合工藝路線

(1) 利用氨基酸巨大的表面活性和吸附、保持能力強(qiáng)的螯合特性[3]，在耐酸反應(yīng)釜中添加植物生長發(fā)育所需的中微量元素(鈣、鎂、鐵、銅、錳、鋅、硼、鉬等)，經(jīng)螯合(絡(luò)合)形成有機(jī)-無機(jī)復(fù)合物。該有機(jī)-無機(jī)復(fù)合物既能保持大量元素的緩慢釋放和充分利用，又能保證微量元素的穩(wěn)效和長效；能增強(qiáng)植物呼吸作用，改善植物氧化還原過程，促進(jìn)植物的新陳代謝；促進(jìn)植物光合作用和葉綠素的形成，對(duì)氧化物活性酶類活性、種子發(fā)芽、營養(yǎng)物質(zhì)吸收、根系生長發(fā)育等生理生化過程均有明顯的促進(jìn)和激活作用，尤其是其與植物的親合性是其他物質(zhì)所無法比擬的。

(2) 充分考慮黃腐酸的作用機(jī)理與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所面臨的干旱、生理性病害頻發(fā)的現(xiàn)狀，以黃腐酸為輔助螯合劑，以增強(qiáng)植物體內(nèi)氧化酶活性并促進(jìn)其他代謝活動(dòng)，增強(qiáng)作物抗逆性，改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)。利用黃腐酸絡(luò)合能力強(qiáng)的特點(diǎn)，添加適量的黃腐酸可以提高植物微量元素的吸收與運(yùn)轉(zhuǎn)能力，使其更好地為植物所利用，增強(qiáng)其抗病性[4]。

(3) 綜合考慮腐殖酸在改良土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)方面的功效[5]，用其作為不同螯合元素按比例調(diào)配后的掩蔽劑。

(4) 以氨基酸和黃腐酸雙重螯合中微量元素、腐殖酸為掩蔽劑生產(chǎn)的中微量元素螯合物的成本僅為EDTA中微量元素螯合物的8%～10%。

3 雙螯合多微添加劑及其復(fù)混肥的特點(diǎn)與應(yīng)用效果

3.1 特點(diǎn)

(1) 協(xié)調(diào)功能

雙螯合多微添加劑在植物的細(xì)胞中能有選擇性地捕捉某些金屬離子，又能在必要時(shí)適量釋放出此金屬離子，即其在植物體內(nèi)承擔(dān)著平衡根、莖、葉、花、果實(shí)之間的營養(yǎng)供給，使植物茁壯生長。

(2) 增強(qiáng)抗性

雙螯合多微添加劑可增強(qiáng)作物對(duì)干旱、高溫、低溫、鹽堿的抗逆能力和抗倒伏能力，同時(shí)還能提高植物體內(nèi)多種酶的活性，分解和清除病原菌，提高作物的抗病蟲害能力，明顯降低發(fā)病率，減少農(nóng)藥使用量。

(3) 提質(zhì)功能

可增加糧食作物中的淀粉和蛋白質(zhì)含量，可提高果菜類作物的糖度、著色度和保鮮耐儲(chǔ)性。

(4) 改土功能

能激發(fā)自生固氮菌的活性，提高土壤肥沃度。除了具有有機(jī)肥料的優(yōu)點(diǎn)外，在改善土壤環(huán)境、促進(jìn)植物根際生態(tài)平衡、提高作物產(chǎn)量和農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)等方面，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到或優(yōu)于無公害有機(jī)農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。

(5) 增效功能

雙螯合多微復(fù)混肥能促進(jìn)農(nóng)作物的光合作用和各種養(yǎng)分的互補(bǔ)、平衡及協(xié)調(diào)，促進(jìn)根系發(fā)育；氮、磷、鉀綜合利用率提高20%～35%，肥效期較普通肥料延長1倍以上；在減少大量元素投入30%～50%的施肥條件下，大田作物可增產(chǎn)10%～20%，經(jīng)濟(jì)作物可增產(chǎn)15%～30%。

3.2 應(yīng)用效果

2016年，在河北省玉田縣亮甲店鎮(zhèn)、豐寧縣魚兒山鎮(zhèn)、沽源縣彥龍農(nóng)場(chǎng)對(duì)馬鈴薯生產(chǎn)中應(yīng)用雙螯合添加劑生產(chǎn)的雙螯合多微復(fù)混肥進(jìn)行了試驗(yàn)研究，示范田與對(duì)照田按等規(guī)模大區(qū)設(shè)置，每區(qū)面積0.66～33.3 hm2，施肥量均為2 100 kg/hm2，一次性底施，其他管理措施一致。與對(duì)照田相比，示范田純養(yǎng)分N，P2O5和K2O投入量分別減少43.4，42.0和273.0 kg/hm2，綜合減少投入36.26%，結(jié)果馬鈴薯增產(chǎn)6 840.0 kg/hm2，增產(chǎn)率為12.48%，增收8 208.0元/hm2。

2016年7月22日，委托科標(biāo)技術(shù)(青島)研發(fā)中心對(duì)示范田與對(duì)照田產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果表明：16種氨基酸中有13種增加10%以上，最高達(dá)40.91%；人體所需微量元素除錳外，其余均有所增加；淀粉含量提高1.29%，粗多糖含量提高15.73%；重金屬除鎘外，其余均未檢出，但鎘含量降低7.69%。

為檢驗(yàn)雙螯合多微復(fù)混肥對(duì)馬鈴薯生育性狀的影響，在對(duì)上述示范田測(cè)產(chǎn)的同時(shí)，還對(duì)馬鈴薯發(fā)育的相應(yīng)指標(biāo)進(jìn)行了檢測(cè)，調(diào)查結(jié)果顯示：雙螯合多微復(fù)混肥對(duì)馬鈴薯的生育性狀具有明顯的促進(jìn)作用，示范田較對(duì)照田單株結(jié)薯增加22.63%，單薯質(zhì)量增加17.41%；在明顯增產(chǎn)的同時(shí)，提高了商品薯率，同時(shí)瘡痂病發(fā)病薯塊減少18.57%。

為探究雙螯合多微復(fù)混肥對(duì)土壤理化性狀的影響，在馬鈴薯收獲前進(jìn)行了土壤容重變化情況的調(diào)查。調(diào)查結(jié)果表明：不同立地條件下，施用雙螯合多微復(fù)混肥的土壤容重變化較為顯著，其中以耕作層最為顯著，土壤容重減小8.21%；犁底層變化不太明顯，土壤容重減小1.16%；同時(shí)，通過灌溉使肥料中所含的有機(jī)酸下滲，深層40～60 cm土壤也呈現(xiàn)了明顯的容重減小的趨勢(shì)。土壤容重變小，表明土壤孔隙度增大，有利于空氣的透入，增強(qiáng)了土壤微生物的活性并促進(jìn)植物根系發(fā)育，有利于植物對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)根、壯苗、早發(fā)、增產(chǎn)。

4 結(jié)語

(1) 利用氨基酸和黃腐酸的螯合特性螯合中微量元素、以腐殖酸為掩蔽劑所開發(fā)的雙螯合系列多微復(fù)混肥的功效在于培肥地力、刺激生長、減少土傳病害、促進(jìn)根系發(fā)育、釋放土壤中固定的磷元素、增加土壤的含氧量，為作物根系的生長創(chuàng)造有利條件。

(2) 中微量元素肥料的施用大大改善了植物的無機(jī)營養(yǎng)平衡，不僅使農(nóng)作物產(chǎn)量大幅提高，而且使農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)大為改善，有效降低了農(nóng)產(chǎn)品中亞硝酸鹽的含量，一些地方性缺素造成的生理病害也可得到有效預(yù)防和治療。

(3) 微肥的科學(xué)施用，既滿足了農(nóng)作物對(duì)營養(yǎng)元素的需求，提高了農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量，又減少了大量元素氮、磷和鉀的剩余，避免了肥料浪費(fèi)，減輕了對(duì)土壤的污染。

(4) 產(chǎn)品富含鐵、錳、硼、鋅、銅、鉬等多種螯合態(tài)微量元素，能被植物直接吸收利用，滿足作物生長對(duì)微量元素的需求，防治缺素癥狀，同時(shí)避免了流失、拮抗等現(xiàn)象，肥料利用率高。

(5) 針對(duì)性地施用微肥是提高中低產(chǎn)田產(chǎn)量有效的技術(shù)措施，也是維持高產(chǎn)田連續(xù)增產(chǎn)的重要手段。

(6) 研制的雙螯合多微添加劑和雙螯合多微復(fù)混肥產(chǎn)品滿足農(nóng)業(yè)部制定的《到2020年化肥使用量零增長行動(dòng)方案》的要求。

[1] 寧望珵.對(duì)發(fā)展螯合微肥的粗淺認(rèn)識(shí)[J].應(yīng)用化工，1979(3)：24- 26.

[2] 程艷，高靜，徐紅納，等.螯合劑EDTA簡介[J].化學(xué)教育，2009(5)：4- 6.

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[5] 韓明東，楊雙，段震宇.腐植酸在土壤改良中的應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)技術(shù)，2013(3)：5- 5.

ResearchofDoubleChelatedMulti-MicroelementAdditiveandProcessCreation

WANG Lianlin1, LI Cuiqin2, LIU Yanbo3

(1.Agriculture Planning Office of Yutian Country, Hebei Province, Yutian 064100, China;2.Agriculture and Animal Husbandry Bureau of Yutian Country, Hebei Province, Yutian 064100, China；3.Fengtianbao Agricultural Technology Co., Ltd., Yutian 064109, China)

Medium trace elements are indispensable nutrient for crop regular growth, but the antagonism of elements can significantly decrease fertilizer efficiency. The traditional chelating agent has not only high production cost, but also does not degrade easily after a long time use. The cost of newly developed double chelated multi- microelement additive, which uses amino acid and fulvic acid as chelating agent and humic acid as masking agent, is 8%～10% of the cost of EDTA chelate, it not only increases crop production and fertilizer efficiency, but also has the functions of drought resisting, cold resistance, precocious, disease- resistant and improving the quality.

new fertilizer; chelating agent; double chelated multi- microelement compound fertilizer

TQ444.5

A

1006- 7779(2017)04- 0012- 03

2017- 03- 22)

河北省科技廳科技計(jì)劃項(xiàng)目子課題，項(xiàng)目編號(hào)15227533

王連林(1962—)，男，大專，高級(jí)農(nóng)藝師，河北省玉田縣農(nóng)業(yè)區(qū)劃辦公室主任，主要從事農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃、農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測(cè)與資源調(diào)查、利用研究等工作；ytwll2008@126.com