叶面肥加工工艺综述

叶面肥加工工艺李佳怡（浙江大学，环境与资源学院，杭州，310058）摘要随着农业生产水平的提高，具有针对性强、肥效高、用量省等多种优点的叶面肥施用也越来越广泛。本文综述了叶面肥的特点、类型和植物吸收利用叶面肥的机理，重点介绍了无机营养型叶面肥、氨基酸型叶面肥、腐殖酸型叶面肥以及复合型叶面肥四种叶面肥的加工工艺，并对叶面肥的发展做出了一定展望。关键词叶面肥；微量元素；酸水解；工艺流程Abstract:Withtheimprovementofthelevelofagriculturalproduction,hasinviewofthestrong,highfertilizereffect,dosageandmanyotherkindsoftheadvantagesofthefoliarfertilizer,itsapplicationismoreandmorewidely.Inthispaper,thecharacteristics,typesandplantuptakebymechanismoffoliarfertilizerareintroduced,andmainlyintroducestheprocessingtechnologyoftheinorganicnutrientfoliarfertilizer,aminoacidfoliarfertilizer,humusacidfoliarfertilizerandcompoundfertilizer,andmakeaprospectonthedevelopmentoffoliarfertilizer.Keywords:Foliarfertilizer;Traceelements;Acidhydrolysis;Technologicalprocess世界农业发展的实践证明，施用化肥是最有效、最快速、最重要的作物增产措施。而我国是世界上最大的化学肥料生产和消费国。从1980年起，我国化肥施用量以每年4%的速度增长。我国用占全球9%的土地消耗了占世界总量32%的化肥，单位面积化肥用量是世界平均水平的3.7倍(杨青林等，2011)。虽然我国化肥用量大，但根据研究表明，我国化肥当季利用率平均为30%，远远低于欧美发达国家60%~70%的水平，且近年来还有下降趋势（夏循峰等，2011）。由于肥料利用率低，大量有效化肥成分流失，不仅造成了惊人的经济损失，更会严重污染环境，造成水体面源污染、土壤污染以及农产品品质下降等危害。因此开发推广使用利用利用效率高的新型肥料更是我国农业生产发展的必然要求。而叶面肥具有针对性强，养分吸收快，用量省，肥效和肥料利用率高的特点，因此叶面肥环境污染风险小，并且可与农药混合进行一次作业，省时省工(王书奇，2001)。1叶面肥资源概况1.1叶面肥的概念及类型在19世纪40年代，人们发现作物除了从根系吸收所需的营养物质以外，还可以通过作物的茎叶吸收养分，这种由植物的茎叶细胞吸收营养物质的方式被称为叶面吸收。作物通过叶面（包括部分茎表面）渗透扩散方式吸收养分的施肥方法称为植物根外施肥，也就是一般说的叶面施肥。用于叶面施肥的肥料称为叶面肥料（王少鹏，2015）。根据作物叶片缺素症状，不同类型叶面肥通过叶面喷施，可直接供给作物很快吸收，以补充根部对养分吸收的不足，实现增产又增质的效果。叶面肥的分类方法有很多种。根据其物理性状，叶面肥可分为固体和液体叶面肥两大类。根据使用对象，叶面肥可以分为适用作物和地区范围较广，但针对性差的通用型叶面肥和针对某特定地区、某种作物的供肥需肥特点而对养分进行合理配比的专用型叶面肥两大类。根据所含主要成分，可将叶面肥大致划分为：①含大量、中量或微量无机营养元素的无机营养型叶面肥；②以氨基酸为主要功效成分的氨基酸型叶面肥；③以腐殖酸为主要功效成分的氨基酸型叶面肥；④成分复杂多样的复合型叶面肥等（葛建军等，2008）。1.2叶面肥的作用机理植物叶片由表皮细胞、叶肉组织及输导组织组成。叶片上的表皮组织中含有大量表皮细胞和具有开闭运动的特性，且按一定的规律分布于叶表面上，与外界进行气体交换及蒸腾水分的气孔。陆生植物叶表皮细胞的外壁上还覆盖有蜡质及角质层（见图1）。角质层是由多糖和脂类化合物组成的混合物，一般只允许少量的水和溶质渗透进入。角质层下是叶表皮细胞，表皮细胞下面是叶肉细胞。营养物质只有从叶表面进入表皮细胞（或气孔保卫细胞）的细胞质才能起到营养的作用（庄舜尧等，1998）。叶面施肥时养分吸收有三个途径：一是通过分布在叶面的气孔。由于水的表面张力很大，气孔直径很小。喷施到叶片表面的肥料溶液在气孔上形成一个水膜，无法流进叶片内部。因此必须在肥料溶液中加入一定量对作物生长无害或有利的化学助剂，促进肥料溶液中营养元素通过气孔进入作物体内（李燕婷等，2009）。另一途径如图1所示，蜡质层的蜡质类化合物分子间隙可让水分子通过，外部溶液中的溶质可通过这类空隙进入角质层，然后通过表皮细胞的细胞壁到达质膜。三，在角质层上有微细孔道，也叫外质连丝。在电子显微镜下可以看到，外质连丝是表皮细胞细胞壁的通道，它从表皮细胞的外表面延伸到表皮细胞的质膜。喷施到叶片表面的肥料溶液中的营养物质就可以通过叶片细胞的外质连丝，像根系表面一样，通过主动吸收把营养物质吸收到表皮细胞的质膜，最后通过质膜进入细胞内（陆景陵，1994）。但是，叶面施肥受许多因素的影响，如叶片对营养物质也有选择吸收的特点，不同作物叶面气孔多少不一，角质层的厚薄不等、各种肥料的透性有差异等。因此，在制备和施用叶面肥料时必须考虑各方面的影响因素，才能达到理想的效果。2主要类型叶面肥的生产工艺2.1无机营养型叶面肥这类叶面肥可单加大量元素氮、磷、钾等，也可单加中量元素钙、镁、硫或作物所必须的微量元素。同时也可混合加入，既有大量，又有中量或微量元素。简单的无机营养型叶面肥只添加1~2种元素，如尿素、过磷酸钙浸出液等，复杂的则可加入几种或十几种营养元素。在目前生产实践中应用较多的是微量元素肥，简称微肥（邵建华等，2007）。国家标准要求各种微量元素单质含量之和≥10％；也有几种大量、微量元素相加，国家标准要求大量元素含量之和≥50％，微量元素单质含量之和≥2％：也可以是大中微量元素相加。由元素形态看，可以为无机盐也可以为配合物，由肥料物态看，可以为固态也可以液态。无机营养型叶面肥可为作物提供各种营养元素，从而改善作物的营养状况，特别适用于作物生长后期各种营养元素的补充（秦征等，2011）。矿物元素是微量元素的最大来源，但矿物中所含的微量元素是难溶性的，不能被植物吸收利用，因此需要通过提取剂提取等步骤使其转变成植物可利用的形态。矿石中的微量元素含量也较低，需进行选矿富集以提高其含量。有的矿石中可同时含有多种植物所需的元素肥料，生产时可以省去复杂的分离程序。有些矿石中还含有与微量元素共生的重金属元素，需进行化学处理分离，除去有害成分。以矿石为原料生产微量元素肥料，一般有煅烧水淬法和溶解分离法。（1）煅烧水淬法煅烧水淬法的工艺流程如下：图2煅烧水淬法工艺流程图此工艺流程只适合不含有害元素的矿石，经煅烧后，可以使不溶微量元素分解为水溶性或枸溶性化合物。例如钾长石经过1100~1350℃的高温熔融后，再经过高压水淬，崩解成细小颗粒，经烘干、球磨、造粒后成以硅、钾为主的微量元素肥料（邵建华等，2001）。（2）溶解分离法此方法适用于含有害重金属元素的矿石，通过焙烧可以使优秀奥成分溶于水、酸化合物，然后依据其化学性质进行分类，出去有害元素，使有效成分中的微量元素成分较为纯净的无机盐。此工艺的特点是所得的微量元素成分单一且纯度高，但是工艺复杂，成分较高。如硫酸锌提取，需将锌矿石经焙烧后用稀硫酸溶解，生成硫酸锌，除去杂质之后用锌粉将溶液中的铜、铅、镍等金属置换出来，用高锰酸钾将二价铁锰离子氧化成高价态铁锰离子使之成为沉淀，除去杂质后可得到该产品（秦征等，2011）。工艺流程如下：图3溶解分离法工艺流程图除利用矿石为原料生产微量元素肥料之外，还可以利用工业废液、废渣等原料生产，本文不做展开。2.2氨基酸型叶面肥氨基酸型叶面肥中的氨基酸多来源于一些动植物的下脚料或其它物质发酵或水解的产物。然后添加少量以游离态或络合态存在的微量元素，即可制成易被作物吸收利用的叶面肥。这类叶面肥最适宜大棚蔬菜苗期喷施，且可与氨基酸的铜盐、锌盐、镍盐或铁盐以及农药等混用，既能促进植物的生长，又可对某些作物的病虫害起到很好的防治作用。根据国家标准要求，氨基酸型叶面肥需含8%以上的发酵氧基酸或10%以上的水解氯基酸，单质微量元素含量之和≥2%。氨基酸叶面肥中氨基酸可来源于动物有机废弃物、铬革固体废弃物、豆粕和活性污泥等（史舟芳等，2015）。（1）动物有机废弃物动物有机废弃物中蛋白质含量丰富，是氨基酸的重要来源，可制备螯合态氨基酸叶面肥。其生产工艺流程如下：图4动物有机废弃物制备氨基酸叶面肥工艺流程图动物有机废弃物需经洗涤，40℃温水搅拌3~5min以及烘干、粉粹的预处理。在110℃条件下加入适宜浓度盐酸进行酸水解。将水解完全的水解液过滤除渣，90℃以下水浴蒸发浓缩脱酸2~3次。脱酸后的溶液按比例依次加入Fe，Zn，Mn，B，Cu和Mo等微量元素的无机盐后在常压下加热回流2~3h，使氨基酸与微量元素充分螯合。反应完全后调节溶液pH，并将生成的氢氧化亚铁、氢氧化锌等沉淀过滤除去，加入氨水中和，静置抽滤后经检验、灌装即得螯合态氨基酸叶面肥成品(刘音等，2004)。（2）铬革固体废弃物铬革固体废弃物中含有80%以上的蛋白质，通过脱铬、水解等过程可以制得氨基酸叶面肥，比加工处理动植物废弃蛋白更为简单。其皮革脱铬采用酸碱联合脱铬法，流程为浸水→浸灰→脱灰→浸酸→水洗。采用酸水解法水洗，在90℃下水解四小时，可以使皮革水解率达90%以上。螯合条件：温度为30℃，pH在6左右，加入与氨基酸摩尔比未1:2的金属离子，螯合两小时(田鲁等，2015)。以其他原料为氨基酸来源的方法不做展开。2.3腐殖酸型叶面肥利用腐植酸铵、腐植酸磷铵等为原料，与氮、磷、钾或微量元素相混配，可制成腐殖酸型叶面肥，有固体和液体两种类型。腐殖酸是一组天然的羟基芳香族羧酸，根据在各种溶剂中的溶解性一般可分为棕腐酸、黄腐酸、黑腐酸(杨喜福等，2008)。其中黄腐酸叶面肥不仅具有营养作用，而且能提高作物的抗旱、抗冻能力，改良土壤性状，还对作物病害有一定治疗效果。根据国家标准要求，腐殖酸型叶面肥腐植酸含量需≥8％，单质微量元素之和≥6％或大量元素≥17%，单质微量元素之和≥3%。螯合态腐殖酸叶面肥加工工艺流程如下：图5螯合态腐殖酸叶面肥工艺流程图2.4复合型叶面肥这一类叶面肥的成分较为复杂，凡是植物生长发育所需的营养剂、调节剂等均可加入，根据某些作物生长发育特点的需要或根据土壤中所缺的营养成分，按比例加入各种营养，既有调节物质、又有各种营养成份，是一种混合型的叶面肥。它的最大特点是营养齐全、功能较多，所加入的一定量螯合剂、表面活性剂或载体可使叶面肥喷洒后，更好地粘附、铺展在叶片表面，更有利于叶片肥料的吸收和利用（杜美利等，2010）。复合叶面肥制备时，首先按配方称取氯化钙、硫酸镁、硫酸亚铁、硫酸锰、硫酸铜、硫酸锌、硝酸镧、硝酸铈，依次加入计量水中搅拌溶解，用硫酸溶液调pH值使溶液澄清透明，此溶液称之为营养液。之后按配方称取EDTA、柠檬酸、复合氨基酸，加入计量水中搅拌溶解，此溶液称之为螯合剂溶液。将营养液与螯合剂溶液混合，调至相应pH，然后在一定温度下搅拌一段时间，进行螯合反应。最后按配方称取硼酸、钼酸铵、尿素、磷酸二氢钾、腐植酸钾、复合氨基酸、表面活性剂，加入螯合反应后的溶液中，搅拌均匀后调至相应pH，得到产品（姜素荣，2008）。其工艺流程图如下：2.5其它类型叶面肥除上述四种主要的叶面肥类型外，还有生长调节型叶面肥和天然汁液、矿物质型叶面肥。植物在其生长过程中，会产生一些含量很少，却能调节和控制植物生长正常生长和发育的生理活性物质，成为内源植物激素。植物细胞的生长分化、细胞分裂器官的建成、休眠