王志勇，陳振偉，房 山，徐慶磊

(瑞星集團股份有限公司 山東東平 271500)

我國是化肥生產(chǎn)和消費大國，其中尿素是主要的氮肥品種，占氮肥消費總量的60%以上。由于尿素活性強、損失途徑多，直接被植物利用的量少，其平均利用率只有25%左右。未被直接利用的尿素基本上不能在土壤中留存，而是通過揮發(fā)、淋洗、徑流等途徑損失，不僅浪費了大量資源，而且造成了環(huán)境污染。因此，研究尿素中氮的流失機理，提高尿素中氮素利用率，開發(fā)新型的高效增效劑、新型增效尿素產(chǎn)品及其生產(chǎn)工藝十分必要。

目前，對于高效增效劑、新型增效尿素產(chǎn)品的研究在一定程度上提高了氮肥利用率，減輕了環(huán)境污染，但生產(chǎn)工藝復(fù)雜、設(shè)備投資大、產(chǎn)品成本高，限制了其大范圍推廣應(yīng)用。為了提高尿素的利用率，瑞星集團股份有限公司與中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃研究所簽訂了新型改性增效尿素研究開發(fā)協(xié)議，研究開發(fā)含谷氨酸改性增效尿素。該項目在傳統(tǒng)尿素生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上進行改進，具有設(shè)備投資省、工藝流程簡單，生產(chǎn)成本低、氮素利用率高的特點，產(chǎn)品不僅可提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，而且有助于減輕農(nóng)民負擔(dān)。

1 谷氨酸增效劑的制備

如圖1所示，在增效劑混合槽中添加谷氨酸鈉和水，加熱至65 ℃，攪拌均勻得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%～30%的谷氨酸鈉溶液；將谷氨酸鈉溶液繼續(xù)加熱50 min，按1 L谷氨酸鈉溶液中添加25 g H3BO3和20 g EDTA，攪拌均勻得到增效劑母液；按1 L增效劑母液中添加10 g ZnSO4·7H2O和10 g MnSO4·7H2O，攪拌均勻后得到谷氨酸增效劑。

圖1 谷氨酸增效劑制備流程

2 含谷氨酸改性增效尿素的生產(chǎn)

質(zhì)量分?jǐn)?shù)82%的熔融尿液與質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%～15%的谷氨酸增效劑(噸尿素添加12～15 kg)在一段蒸發(fā)器底部混合、加熱、蒸發(fā)，除去一部分水分的混合液靠重力及真空度差進入二段蒸發(fā)器，蒸發(fā)除去大部分水分后由尿液泵加壓，再經(jīng)造粒噴頭噴出后在造粒塔內(nèi)冷卻固化，塔底得到的含谷氨酸改性增效尿素由傳送帶送往貯運包裝工段進行包裝。含谷氨酸改性增效尿素生產(chǎn)工藝流程如圖2所示。

圖2 含谷氨酸改性增效尿素生產(chǎn)工藝流程

3 含谷氨酸改性尿素產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)

該項目已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)并制定了企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《含谷氨酸改性尿素》(Q/370923DRY003—2013)，主要指標(biāo)如表1所示。

表1 含谷氨酸改性尿素主要指標(biāo)

4 谷氨酸作用機理及肥料施用效果

4.1 作用機理

谷氨酸是一種對植物合成氨基酸起到重要作用的物質(zhì)，可轉(zhuǎn)化為谷氨酰胺，用于收集利用尿素中的氮素，并能夠消除氨中毒，在尿素中氮素的利用方面具有重要的作用，可以儲存更多的氮素，減少其流失，從而提高尿素利用率。

谷氨酸的分子結(jié)構(gòu)中含有羧基、氨基，可在一定程度上促進作物根系生長，提高根系活力；谷氨酸增效劑中還添加了B、Zn、Mn等微量元素，可進一步為作物提供必需的營養(yǎng)元素，促進作物生長，提高農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)。

4.2 肥料施用效果

4.2.1 對氨揮發(fā)的影響

試驗采用靜態(tài)吸收法，設(shè)置普通尿素(U)和含谷氨酸改性增效尿素(GU)2個處理，每個處理重復(fù)6次，采用甲基紅-溴甲酚綠混合指示劑。具體過程：按1 kg土施N量0.84 g，取干土500 g(過1 mm篩)與肥料均勻混合放入試驗桶(15.0 cm×8.5 cm×17.5 cm)內(nèi)，加入水，使試驗土壤用手緊捏成團不散且無水流出為宜；將10 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%硼酸小試驗杯放入試驗桶內(nèi)，然后密封，在人工氣候箱中于25 ℃下培養(yǎng)；到達預(yù)定試驗時間后取出小試驗杯，用0.01 mol/L的H2SO4滴定，并換算揮發(fā)的純氮量，試驗結(jié)果如表2所示。

表2 25 ℃下氨累積揮發(fā)量動態(tài)變化

由表2可知，與普通尿素相比，含谷氨酸改性增效尿素35 d的氨累積揮發(fā)量下降了52.32%，氨揮發(fā)抑制作用顯著。

4.2.2 對玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

供試土壤為山東省泰安市東平縣潮土，試驗用土柱高90 cm、直徑20 cm，裝土量為36.4 kg。試驗設(shè)CK(不施肥)、普通尿素(U)以及含谷氨酸改性增效尿素(GU)3個處理，每個處理重復(fù)8次，隨機排列。除CK外，施氮水平為每柱施純氮1.00 g；過磷酸鈣(含P2O5質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16%)每柱施12.50 g，氯化鉀(含K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%)每柱施3.33 g。所有肥料裝柱時一次性施入，每個土柱播種5粒玉米種子，出苗后定植一棵，試驗結(jié)果如表3所示。

表3 不同處理對玉米產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響

由表3可知，與普通尿素相比，含谷氨酸改性增效尿素能顯著增加玉米的穗粒數(shù)和百粒重，從而顯著提高了玉米籽粒產(chǎn)量。

5 結(jié)語

含谷氨酸改性增效尿素是在傳統(tǒng)尿素生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)上，增設(shè)增效劑儲槽、高壓計量泵等設(shè)備，新增投資少。添加谷氨酸增效劑后，噸尿素生產(chǎn)成本增加約180元，而銷售價格提高約320元。試驗結(jié)果表明，含谷氨酸改性增效尿素能大幅降低氨揮發(fā)量，提高氮素利用率以及玉米穗粒數(shù)、百粒重和產(chǎn)量。因此，含谷氨酸改性增效尿素不僅能改善土壤生態(tài)環(huán)境，而且提高了企業(yè)的競爭力和經(jīng)濟效益，具有廣闊的市場前景。