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      草酰胺緩釋氮肥的特性分析及建議

      2021-06-19 07:40:08段付崗
      磷肥與復(fù)肥 2021年5期
      關(guān)鍵詞:態(tài)氮銨態(tài)氮酰胺

      段付崗

      (陜西潤(rùn)中清潔能源有限公司,陜西 長(zhǎng)武 713600)

      草酰胺屬于一種氮含量適中的緩釋化肥,應(yīng)用范圍較為廣泛,可施用于糧食作物、經(jīng)濟(jì)作物、藥材作物、飼料作物、工業(yè)原料作物等,或作為配方原料用于生產(chǎn)緩釋復(fù)混肥料。其肥料形式分為顆粒肥、粉末肥和液態(tài)肥,可用作基肥、追肥和葉面肥。市場(chǎng)上常見的草酰胺多為25 kg袋裝顆粒狀或粉狀肥料,市場(chǎng)占有率不及氮肥總量的1%。

      1 草酰胺特性分析

      1.1 氮素形態(tài)

      草酰胺屬于酰胺態(tài)氮肥,不同于銨態(tài)氮肥、硝態(tài)氮肥、氰氨態(tài)氮肥和有機(jī)態(tài)氮肥等。酰胺態(tài)氮是由?;桶被M成的化合物,也是有機(jī)物的重要組成部分,故草酰胺屬于有機(jī)化工合成氮肥,不屬于有機(jī)肥。

      1.2 總氮含量

      草酰胺分子式為(CONH2)2,w(N)理論值為31.79%,草酰胺肥料中w(N總)≥31%。草酰胺肥料無(wú)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),生產(chǎn)廠家常用的產(chǎn)品規(guī)格見表1。

      表1 常用的草酰胺肥料產(chǎn)品規(guī)格

      參照GB/T 23348—2009《緩釋肥料》,草酰胺符合中濃度緩釋肥料的質(zhì)量要求(w(總養(yǎng)分)≥30%)。

      1.3 作物吸收原理

      氮是作物體內(nèi)氨基酸的重要組成元素,是構(gòu)成蛋白質(zhì)的主要元素,也是葉綠素合成不可缺少的元素,為作物進(jìn)行光合作用創(chuàng)造條件,對(duì)作物生長(zhǎng)起著非常重要的作用,可提高作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。

      草酰胺施入土壤后,先以分子態(tài)(酰胺態(tài)氮)存在于土壤中,經(jīng)過土壤中脲酶以及微生物的作用,水解成碳酸銨或碳酸氫銨,即轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮后進(jìn)入作物體內(nèi);再經(jīng)過光合作用,并與有機(jī)酸結(jié)合生成氨基酸,最終形成其他含氮有機(jī)物促進(jìn)作物生長(zhǎng)[1]。也就是說(shuō),草酰胺中酰胺態(tài)氮在土壤中轉(zhuǎn)變成銨態(tài)氮后,方可被作物吸收利用,否則難以被土壤膠體直接吸附。

      1.4 食品安全性能

      草酰胺中的酰胺態(tài)氮和銨態(tài)氮一樣,被作物吸收后在土壤中不殘留任何有害物質(zhì),長(zhǎng)期施用對(duì)作物無(wú)不良影響,對(duì)食品安全不構(gòu)成任何威脅。符合人體營(yíng)養(yǎng)需求,對(duì)健康不造成任何急性、亞急性或者慢性危害,具備食品安全最基本的性能。

      1.5 生態(tài)環(huán)保功能

      在常溫下,草酰胺肥料的性質(zhì)比較穩(wěn)定,不易分解或揮發(fā);在高溫或曝曬環(huán)境下,會(huì)分解或揮發(fā)出極微量的氨氣和二氧化碳,基本上不存在大氣污染現(xiàn)象。因其溶解度小(室溫下其溶解度僅為0.016 g),不易在土壤中產(chǎn)生淋溶和水徑流現(xiàn)象,不會(huì)污染河流和水源;長(zhǎng)期施用,也不會(huì)污染土壤和作物,屬于名副其實(shí)的環(huán)保友好型綠色肥料。

      1.6 遇潮板結(jié)性能

      草酰胺物化性質(zhì)穩(wěn)定,微溶于水,即使在其產(chǎn)品水含量較高、塑料薄膜包裝袋破損、儲(chǔ)存時(shí)間較長(zhǎng)等情況下,也不會(huì)出現(xiàn)吸潮和板結(jié)現(xiàn)象,從而保證了產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量和外觀質(zhì)量的持久性,故草酰胺便于運(yùn)輸、使用和儲(chǔ)存。

      1.7 肥效屬性

      草酰胺深施覆土后,在脲酶及微生物作用下由酰胺態(tài)氮轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮,氮素養(yǎng)分緩慢釋放。在緩慢釋放出氮素過程中,不會(huì)因施肥過量造成作物畸形生長(zhǎng),也不會(huì)因施肥不及時(shí)造成作物減產(chǎn),有利于作物穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。草酰胺作為基肥一次施用,可節(jié)省人力和施肥時(shí)間,提高了勞動(dòng)效率。

      1.8 氮利用率

      草酸胺在水中的溶解度小,施肥后不容易被雨淋溶解,也不易被水流帶走而造成損失,其氮利用率達(dá)到65%~80%,是尿素的2倍多。

      1.9 氮元素價(jià)值

      在所有肥料中(包括鉀肥、磷肥、復(fù)合肥、緩釋肥等),草酰胺中氮養(yǎng)分的“含金量”是最高的,因其售價(jià)高達(dá)3 000元/t,而w(N)只有31%,即草酰胺中每千克氮素養(yǎng)分的價(jià)值為9.68元,是尿素肥料的2.2倍。

      2 研究與探討

      2.1 草酰胺作為緩釋肥料的定性

      根據(jù)草酰胺的溶解度大小、氮含量高低和肥效期長(zhǎng)短等特點(diǎn),可以初步確定草酰胺屬于中濃度緩釋氮肥,符合GB/T 23348—2009《緩釋肥料》的要求。并且,根據(jù)GB/T 23348—2009中規(guī)定,草酰胺粒徑1.00~4.75mm或3.35~5.60mm的顆粒應(yīng)占90%以上。

      在土壤中,粉末狀草酰胺(粒度<0.25mm)中酰胺態(tài)氮轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮,只需要14 d,比尿素多了7 d左右,這和作物漫長(zhǎng)的全生育期(90~200 d)相比,則顯得肥效期太短了。并且,無(wú)論是在拆袋過程中還是在倒入農(nóng)具內(nèi)時(shí),粉末狀草酰胺均會(huì)隨風(fēng)飄移,造成浪費(fèi)和污染,從而增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本。另外,現(xiàn)有大袋包裝的化肥包括氮肥、磷肥、鉀肥、復(fù)合肥、混配肥、緩釋肥等多為顆粒狀,而少有粉末狀,這是因?yàn)橛脩艉茈y接受粉末狀肥料。因此,很有必要將粉末狀草酰胺加工成顆粒狀,更有利于田間管理和提產(chǎn)增效。

      2.2 提高草酰胺的緩釋性能

      土壤中的脲酶含量、草酰胺的粒度和強(qiáng)度等均是影響草酰胺水解速度的因素,其中土壤中脲酶含量越高,草酰胺溶解速度越快;草酰胺粒度越大,顆粒強(qiáng)度越高,其溶解速度越慢。

      通過控制草酰胺肥料在水中和土壤中的溶解速度,可以減慢草酰胺的無(wú)機(jī)化進(jìn)程,從而起到延緩草酰胺的肥效釋放作用。增大顆粒直徑,提高顆粒強(qiáng)度,是控制草酰胺向水中和土壤中溶出的最佳途徑。例如,將草酰胺加工成顆粒狀(粒徑2.00~3.00mm)施用于土壤中,其酰胺態(tài)氮轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮時(shí)間則可延長(zhǎng)至70 d以上,肥效期可達(dá)3~6個(gè)月,一次性作為基肥施用可滿足大多數(shù)作物全生育期氮素養(yǎng)分的需求。

      也可在將粉末狀草酰胺加工成顆粒狀的過程中,借鑒穩(wěn)定性肥料的加工經(jīng)驗(yàn),在草酰胺中適量添加脲酶抑制劑,阻止草酰胺與脲酶接觸,則可收到更好的緩釋效果。

      2.3 提高草酰胺的性價(jià)比

      草酰胺作為緩釋肥料早已被農(nóng)業(yè)專家所認(rèn)知,但其昂貴的價(jià)格和緩釋性能要被用戶接受,還需要一個(gè)漫長(zhǎng)的過程。要讓用戶接受,就得先和尿素對(duì)標(biāo)施用,看哪種肥料的增產(chǎn)效果好。

      小麥、玉米、水稻這三大糧食作物的大田試驗(yàn)表明,與尿素相比,一次性施用同等氮量的草酰胺可明顯提高糧食產(chǎn)量;若施用減少30%氮量的草酰胺,則這三大糧食作物可不減產(chǎn)甚至還略有增產(chǎn)[2]。這主要得益于草酰胺肥料中氮素利用率高。大量資料顯示,尿素中氮素利用率僅為35%,而草酰胺中氮素利用率高達(dá)65%~80%,基本上是尿素的2倍多。對(duì)大田試驗(yàn)進(jìn)行成本核算,尿素、草酰胺的市場(chǎng)價(jià)格分別以2 000元/t和3 000元/t計(jì),若一次性施用尿素量為100 t需要20萬(wàn)元,折氮量為46 t,減少30%后的氮量為32.2 t,則換算成草酰胺的實(shí)物量為103.9 t,共需31.2萬(wàn)元。也就是說(shuō),施用草酰胺較尿素少消耗氮量13.8 t,多花費(fèi)11.2萬(wàn)元,即施用草酰胺肥料的成本較尿素高56%。盡管草酰胺氮素利用率較高,使氮量消耗減少,但用戶的生產(chǎn)成本提高了。

      現(xiàn)有田間施肥經(jīng)驗(yàn)可知,尿素和草酰胺的摻配比例為0∶1,即不用尿素而全用草酰胺是作物增產(chǎn)的最佳比例;而從成本考慮,m(尿素)∶m(草酰胺)=1∶1則是最經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的作物增產(chǎn)比例。若以一次性施用尿素量為100 t為參照需要20萬(wàn)元;最經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的作物增產(chǎn)比例以1∶1計(jì),即施用尿素和草酰胺各50 t,二者分別需要10萬(wàn)元和15萬(wàn)元,共計(jì)25萬(wàn)元,二者對(duì)半施用與單獨(dú)施用尿素比較,肥料成本增加了25%,這就是所謂的“最經(jīng)濟(jì)實(shí)惠”的施肥效果。

      因此,無(wú)論采取任何施肥方式,包括減氮施用和摻配施用,只要施用草酰胺,作物用肥成本均會(huì)增加,增產(chǎn)帶來(lái)的收益必須大于25%~56%,才可能被用戶接受;還有一種辦法可緩解農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本和收益之間矛盾,那就是降低草酰胺售價(jià),降至2 000元/t,即其氮素的單價(jià)為64.5元/g,較尿素還要高21.0元,這樣農(nóng)民才有可能接受草酰胺這種肥料。由減氮施用和摻配施用這2個(gè)例子也可證明,只有將尿素和草酰胺的售價(jià)調(diào)整一致,才能達(dá)到增產(chǎn)不增加成本的效果,這也是未來(lái)草酰胺市場(chǎng)的正常利潤(rùn)點(diǎn)。

      3 結(jié)論與建議

      (1)草酰胺微溶于水,不易板結(jié),在土壤中養(yǎng)分釋放慢,肥效期長(zhǎng),不易隨水流失,不會(huì)污染環(huán)境,氮素利用率高,在土壤中不會(huì)殘留任何有害物質(zhì),長(zhǎng)期施用對(duì)作物無(wú)不良影響,對(duì)人體健康不會(huì)造成任何危害。

      (2)粉末狀草酰胺中酰胺態(tài)氮在土壤中轉(zhuǎn)化為可被作物吸收利用的銨態(tài)氮僅需14 d;而將其加工成顆粒狀(尤其是大顆粒)肥料施用于土壤中,酰胺態(tài)氮轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮所需時(shí)間可延長(zhǎng)至70 d以上,肥效期可達(dá)90~180 d,一次性作為基肥施用可滿足大多數(shù)作物全生育期的氮素養(yǎng)分需求。建議在草酰胺項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí),將其產(chǎn)品定位為粉末狀和顆粒狀2種規(guī)格,以便于滿足市場(chǎng)需求,贏得最大的利潤(rùn)空間。

      (3)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,大量田間試驗(yàn)證明,施用草酰胺可提高氮素利用率,實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增收的目標(biāo);或減氮30%施用,起到不減產(chǎn)甚至稍有增產(chǎn)的作用;或與尿素對(duì)半摻配施用,達(dá)到最經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的效果。但根據(jù)現(xiàn)有尿素和草酰胺的市價(jià)測(cè)算,只要施用草酰胺,就會(huì)增加作物用肥成本,而無(wú)法得到用戶的認(rèn)可。筆者預(yù)測(cè),未來(lái)草酰胺售價(jià)降至2 000元/t時(shí),用戶方可實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增收而不增加成本的預(yù)期。在此前提下,草酰胺的“含金量”依然處于高位,每千克氮素養(yǎng)分價(jià)格尚在6.45元左右,照樣穩(wěn)居肥料之首,這正是投資者的期望值和關(guān)注點(diǎn)。

      (4)草酰胺是一種新型環(huán)境友好型緩釋肥料,優(yōu)勢(shì)多多,但因其生產(chǎn)工藝復(fù)雜、價(jià)格昂貴,世界上尚無(wú)大型工業(yè)化、規(guī)?;a(chǎn)的先例,目前只有某公司1 000 t/a草酰胺裝置正在試生產(chǎn)。故建議國(guó)家加大草酰胺的研發(fā)和制造力度,大力推廣和建設(shè)年產(chǎn)百萬(wàn)噸級(jí)以上的草酰胺項(xiàng)目,以提高其規(guī)模產(chǎn)能,滿足市場(chǎng)需求。

      (5)草酰胺盡管具備明顯的緩釋性能,但因其養(yǎng)分單一、市場(chǎng)價(jià)位偏高,尚無(wú)任何競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),無(wú)法吸引用戶眼球。建議打造優(yōu)質(zhì)、高端的緩釋肥料,尤其是包含氮、磷、鉀3種主要養(yǎng)分、適應(yīng)作物不同配方的復(fù)合型緩釋肥料,才更有利于打開市場(chǎng)銷路,更好地服務(wù)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

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