腐植酸的固體肥料

腐植酸的固體肥料

腐植酸（ha）是一種大型自然有機酸。依其分子量從小到大依次劃分為黃腐酸、棕腐酸和黑腐酸,一般統(tǒng)稱其為腐植酸。黃腐酸溶于水,棕腐酸溶于堿,黑腐酸溶于焦磷酸鹽,這也是鑒定腐植酸成分的重要依據(jù)。生產(chǎn)腐植酸類產(chǎn)品的主要原料是褐煤、風(fēng)化煤、泥炭以及各種植物發(fā)酵物質(zhì)。因其分子鏈中含有多種活性基團,故其性質(zhì)也是多方面的。經(jīng)過我國科技人員的努力和大量的農(nóng)學(xué)試驗,總結(jié)出腐植酸的5大功效:1)改良土壤;2)提高化肥利用率;3)刺激作物生長;4)增強作物抗逆能力;5)改善產(chǎn)品品質(zhì)。國外學(xué)術(shù)界也認為,腐植酸在植物營養(yǎng)領(lǐng)域主要起著植物生長刺激物質(zhì)、微量元素載體、改良土壤及肥料增效等方面作用。本文主要涉及腐植酸在固體肥料方面的應(yīng)用。腐植酸肥料就是以富含腐植酸物質(zhì)作為肥料有機質(zhì)來源或作為無機肥的填充料所生產(chǎn)的肥料品種。1國內(nèi)外腐植酸肥料的基本信息1.1懸浮液體腐鉀/腐鈉形態(tài)在國外,無論是固體農(nóng)用腐植酸還是液體腐植酸,都要求高濃度、高純度,所以在原料選取上多用年輕的風(fēng)化褐煤,這不僅是因為其腐植酸含量高,更重要的是活性好,如利用美國北達科他州和加拿大的優(yōu)質(zhì)風(fēng)化褐煤(腐植酸含量在50%~70%)。國外很少有采用褐煤作原料的。另外泥炭普遍用于營養(yǎng)缽和基質(zhì)栽培。農(nóng)業(yè)方面,在國外腐植酸類物質(zhì)主要有兩方面應(yīng)用,一種是采用堿法提取腐植酸,以12%、15%等規(guī)格的懸浮液體腐鉀/腐鈉形態(tài)(部分產(chǎn)品經(jīng)過噴霧干燥)或進一步與無機養(yǎng)分制成液體肥料出售,用于花卉園藝及噴滴灌系統(tǒng)等;另一種是在優(yōu)質(zhì)風(fēng)化褐煤中添加或不添部分中、微量元素,然后造粒,以土壤調(diào)理劑形式出售。從企業(yè)來看,做得比較好的有美國猶他州的LiveEarth公司、加州的Helena化學(xué)品公司和德國的Humintech公司等。其中Humintech公司介紹其土壤調(diào)理劑PerlhumusR中腐植酸含量高達60%~75%,其中1/3為速效腐植酸,另外2/3為有特殊功效的腐植酸。為制取高濃度腐植酸液,國外一般采用堿抽提法,如氨水、氫氧化鉀等,只要控制好pH值,然后用砂棒過濾去渣即可。黃腐酸(FA)有采用堿溶酸提法,也有采用加壓氧化法提高HA活性量,但由于產(chǎn)品活性提高不明顯,生產(chǎn)不多;硝酸氧化降解生產(chǎn)硝基腐植酸的很少,主要是因為環(huán)境污染問題。固體產(chǎn)品方面,主要是直接造?；蚺c少量無機養(yǎng)分配合造粒,由于對原料選取要求較高,較少強調(diào)原料的處理?？傮w來講,將腐植酸與無機肥料混合制取腐植酸復(fù)混肥,在國外并不是腐植酸應(yīng)用的主流。日本有許多牌號的腐植酸復(fù)混肥,但他們用的是硝基腐植酸。腐植酸復(fù)混肥主要是在亞洲,特別是中國,由于資源問題和國家的倡導(dǎo),得到了較快發(fā)展。近年來,腐植酸復(fù)混肥在臺灣開發(fā)得較多,如臺灣頤和公司、臺灣肥料公司等。1.2無機養(yǎng)分的利用從國內(nèi)的研究情況來看,腐植酸肥料的研發(fā)水平參差不齊,研發(fā)工作做得較好的有中科院山西煤化所、遼寧普天科技有限公司等。生產(chǎn)腐植酸肥料一般應(yīng)要求原煤的腐植酸含量在40%~60%,最好在50%以上,細度40~80目(0.37~0.175mm),甚至達到100目(0.147mm)以上。另外,還需加強對于原煤本身的性能評價,包括分子量,原煤中游離腐植酸、水溶性腐植酸(即黃腐酸)占總腐植酸的比例及總活性基團的數(shù)量等,劉森森已經(jīng)指出了不同品級的原料煤對腐植酸肥料肥效的影響。將腐植酸與無機養(yǎng)分加工成腐植酸復(fù)混肥既能發(fā)揮腐植酸本身的作用,又能提高無機養(yǎng)分的利用率。從馮世林等人的研究報告來看,造粒加工過的腐植酸肥肥效明顯好于簡單摻混產(chǎn)品,這表明了腐植酸與無機養(yǎng)分充分結(jié)合反應(yīng)的重要性。目前,國內(nèi)腐植酸肥的開發(fā)主要有以下幾種方式。1)注重原煤預(yù)處理。主要的預(yù)處理方法有:硝酸預(yù)處理、硫酸預(yù)處理及少量堿預(yù)處理。原料煤預(yù)先進行堿法或氨化等處理,主要目的是使原煤中的腐植酸獲得一定水溶性。也有部分采用預(yù)氧化處理的,但增加成本較多,同時有些氧化處理,如硝酸氧化降解處理還會帶來污染問題,因此較常見的是氨化或堿法處理,氧化處理可以作為氨化或堿法處理的一種輔助或補充。一些專利等將原煤的各種處理,稱為對原煤的活化處理,有的將碳銨、堿等稱為活化劑,部分涉及到對原煤或中間品進行部分氧化降解所得到的腐植酸為“高活性腐植酸”,其實這只是一種改善產(chǎn)品性能的工藝而已。總體而言,氨化法及堿法為原煤處理的主流,各方法的處理目的主要是為了增加腐植酸的水溶性,氧化降解主要是作為水溶性處理的一種補充,并對后者起一定的增效作用。接下來有兩種肥料生產(chǎn)方案:一是直接以混合均勻的粉狀形式銷售;另外較多的是加水造粒,再經(jīng)過熱風(fēng)烘干,在造粒、烘干的過程中實現(xiàn)腐植酸與無機養(yǎng)分的結(jié)合。但將腐植酸和其他原料進行造粒時存在一個問題:因磷的來源不同,如果采用MAP或過磷酸鈣等,特別是對于高磷配方,易使體系pH值呈酸性,造成原本水溶的腐植酸重新變得不水溶。2)不強調(diào)原料處理,在生產(chǎn)過程實現(xiàn)腐植酸與無機養(yǎng)分的結(jié)合。吳仁頓介紹了通過生產(chǎn)工藝過程實現(xiàn)原料煤中的腐植酸與尿素絡(luò)合的相關(guān)情況,腐植酸與各種原料混合盤式造粒,然后通過熱風(fēng)烘干。作者認為物料干燥過程同時也是腐-尿反應(yīng)發(fā)生的過程,反應(yīng)進行的程度可以通過水溶性腐植酸的生成率來衡量。從要求速溶速效的水沖肥角度,特別是不造粒的粉劑產(chǎn)品,強調(diào)腐植酸的水溶性是可以理解的。2腐植酸復(fù)田泥炭、褐煤、風(fēng)化煤等富含腐植酸物質(zhì)本身并不能向作物提供養(yǎng)分,它們的作用一方面通過調(diào)節(jié)作物生長,促進根系發(fā)育,更多地是通過與化肥的復(fù)合、增效作用體現(xiàn)出來,從某種意義上講腐植酸復(fù)合肥就是一種低成本的緩釋肥料。2.1酶固相反應(yīng)型腐植酸包膜尿素產(chǎn)品腐植酸與尿素同為有機物,其間可以發(fā)生明顯的絡(luò)合反應(yīng),反應(yīng)導(dǎo)致腐植酸的交換容量降低,羧基含量減少,水溶性腐植酸增多。一方面對無機養(yǎng)分,特別是尿素起到緩釋作用;另一方面由于水溶性腐植酸增多,腐植酸在刺激根系生長等方面的作用得以充分發(fā)揮?；诖?山西煤化所與江蘇省通州市專用肥料廠合作開發(fā)了商品名為“五越”的腐植酸包膜尿素產(chǎn)品,滄州大化集團棗強復(fù)合肥有限公司開發(fā)了腐-尿固相反應(yīng)型復(fù)合肥產(chǎn)品。另外,部分研究者認為腐植酸具有脲酶抑制劑和硝化抑制劑的作用,尿素中加入此類物質(zhì)可明顯提高肥效,延長氮素在土壤中的保留時間。2.2腐植酸磷的提取腐植酸中活潑的含氧官能團與磷肥的有效結(jié)合并生成HA-P復(fù)合物,使得部分水溶磷轉(zhuǎn)化成枸溶磷,對磷起到部分緩釋的作用,另外這種絡(luò)合體比無機磷在土壤中有較好的化學(xué)活動性。山西煤化所的研究認為,通過生成腐植酸磷,可使磷的固定率減少30%左右。一般而言,在腐植酸復(fù)合肥生產(chǎn)工藝中,通過工藝控制可以實現(xiàn)腐植酸與磷的結(jié)合,導(dǎo)致水溶磷的部分枸溶化(如10%~20%),而且隨著產(chǎn)品存放時間的延長,這種枸溶化趨勢還會增加。2.3腐酸與養(yǎng)分的作用腐植酸對微量元素具有一定的吸附、活化能力,在腐植酸復(fù)合肥中添加少量中、微量元素,可以保證中、微量元素的高效利用。3腐植酸和復(fù)混肥料的國內(nèi)生產(chǎn)3.1要積極培育有機-無機肥種及腐植酸復(fù)混肥2002年11月,國家質(zhì)檢總局出臺了《有機-無機復(fù)混肥料》國家標(biāo)準(zhǔn),規(guī)范和鼓勵這一肥種的發(fā)展。腐植酸是有機-無機肥中有機質(zhì)的一個重要來源,2000年以來腐植酸復(fù)混肥得到了很大發(fā)展。但該國家標(biāo)準(zhǔn)僅要求w(有機質(zhì))≥20%,并未對有機質(zhì)的來源及其性能做進一步細分。3.2腐植酸復(fù)混肥目前國內(nèi)從事腐植酸復(fù)混肥開發(fā)的企業(yè)主要有:內(nèi)蒙西蒙集團肥業(yè)公司、天津蘆洋、遼寧普天科技、黑龍江鶴嘉腐植酸有限公司、北京澳佳肥業(yè)有限公司、石家莊曙光化肥有限公司和江蘇省通州市專用肥料廠等。多數(shù)腐植酸復(fù)混肥均屬于有機-無機復(fù)混肥范疇,產(chǎn)品主要針對大田經(jīng)濟作物,企業(yè)年生產(chǎn)規(guī)模多在3萬~5萬t。一般正規(guī)腐植酸復(fù)混肥產(chǎn)品在標(biāo)注有機質(zhì)含量的同時,還標(biāo)注了腐植酸含量指標(biāo)。4關(guān)于腐植酸研究和商業(yè)化的問題和建議4.1腐植酸活性基團與土壤理化性質(zhì)的關(guān)系1980年,農(nóng)業(yè)部委托北京農(nóng)業(yè)大學(xué)等農(nóng)業(yè)科研單位和農(nóng)業(yè)行政部門,建立“腐植酸農(nóng)業(yè)應(yīng)用科研協(xié)作組”,歷時5年(1980~1985),確認了腐植酸農(nóng)業(yè)方面的5大功效。但此后腐植酸的研究工作基本處于停滯狀態(tài),除楊志福教授在試驗報告中提出腐植酸中的酚羧基有刺激作物生長功效之后,基本未見研究腐植酸中活性基團與5大功效之間作用關(guān)系的文獻資料。其后有人從國外土壤調(diào)理劑的技術(shù)指標(biāo)中發(fā)現(xiàn),決定改土功能的是腐植酸的鹽基交換量,直到2006年徐傳忠就這一問題進行了說明。這個指標(biāo)的確定完全是基于化學(xué)角度,并不完善。實際上腐植酸施入土壤后,有利于土壤中固氮菌、解磷菌、解鉀菌的生產(chǎn),土壤中的有益菌也在起作用,影響著土壤微生物的生物生理變化,從而影響著化肥利用率。因為沒有系統(tǒng)的研究,目前只能是從宏觀上、表征上來說明。因此,建議采用“腐植酸農(nóng)業(yè)應(yīng)用科研協(xié)作組”的辦法,由行業(yè)協(xié)會或某一科研單位牽頭,政府資助部分資金,相關(guān)企業(yè)再解決一部分的辦法,組織聯(lián)合攻關(guān),以求在理論上再來一次突破,并通過機理的確認、突破,為腐植酸肥料的發(fā)展提供源動力。4.2腐植酸產(chǎn)品不規(guī)范腐植酸以及相關(guān)肥料產(chǎn)品已經(jīng)形成了一定氣候,但至今尚沒有科學(xué)、統(tǒng)一的腐植酸檢測方法和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn),甚至業(yè)內(nèi)對腐植酸和黃腐酸的定義還沒有規(guī)范。目前,市場上的腐植酸產(chǎn)品魚目混珠,而且宣傳夸大其詞,造成了農(nóng)民對腐植酸的反感和抵觸,這也正是產(chǎn)品不規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的反映。國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定對一個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是一件大事。標(biāo)準(zhǔn)的制定工作一定要建立在扎實的理論研究和產(chǎn)品研究基礎(chǔ)上,要能夠代表腐植酸行業(yè)的現(xiàn)狀并能夠引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的先進發(fā)展方向,既有現(xiàn)實性又有指導(dǎo)性。4.3有機質(zhì)分子量對黃腐酸含量的影響腐植酸制品之所以得到較為廣泛的應(yīng)用,原料易得,成本低,生產(chǎn)工藝簡單應(yīng)是其原因。腐植酸葉面肥和復(fù)合肥是腐植酸在農(nóng)業(yè)應(yīng)用方面的主力,對于葉面肥應(yīng)用而言,若有機質(zhì)的分子量大于1500,則植物是無法直接吸收利用的。一般情況下腐植酸中僅有黃腐酸的分子量低于這一數(shù)值,因此,其生長調(diào)節(jié)作用比較明顯。用高質(zhì)量的產(chǎn)品代替高數(shù)量的使用