农用低聚合度聚磷酸铵配伍研究

马培根，陶绍程，谢 娟，龙庆兰，何 薇，刘 旭，2

（1.瓮福（集团）有限责任公司，贵州 贵阳 550002；2.郑州大学 化工学院，河南 郑州 450001）

0 引言

聚合度为3～20 的低聚合度聚磷酸铵（APP）相比于普通磷肥，具有养分含量高、水溶性好、螯合性强和磷缓释等特点［1］，符合目前水肥一体化和绿色农业的发展理念［2］。低聚合度聚磷酸铵作为新型肥料逐步走向市场，广泛应用于粮油作物、棉花和蔬菜等农作物的种植上［3-5］。由于其仅含有氮、磷养分，且聚磷酸盐要水解为正磷酸盐后才能被植物吸收［6］，因此，单独向农作物施用聚磷酸铵容易造成前期养分供给不足的问题。因此，国内外专家学者就聚磷酸铵进行了大量的配伍施用研究［7-9］，以实现肥料利用最大化。

固体低聚合度聚磷酸铵存在吸湿性强和易结块的问题［10］，影响其配伍产品的生产和施用。磷酸一铵是目前常使用的速效磷肥之一，常作为水溶复合肥的原料。有文章报道酸性环境能加快聚磷酸铵的水解［11］。因此，将磷酸一铵、肥料级磷酸脲、尿素和硫酸钾等与低聚合度聚磷酸铵进行配伍，研究其配伍后水溶肥pH 和水溶性的变化情况，重点考察配伍后肥料的吸湿和结块情况，为低聚合度聚磷酸铵配伍产品的生产和施用提供指导。

1 材料与方法

1.1 实验材料

农用低聚合度聚磷酸铵产自瓮福达州化工有限责任公司，其主要成分如表1所示；磷酸脲为肥料级，产自甘肃瓮福化工有限责任公司，主要成分如表2 所示；磷酸一铵为工业级磷酸一铵（w（P2O5＋N）≥72%）；尿素为农用级尿素（w（N）≥46.4%）；硫酸钾为农用级硫酸钾（w（K2O）≥50.5%）；实验用水为自来水（pH 6.9，w（Ca＋Mg）≥0.000 2%）。

表1 农用低聚合度聚磷酸铵指标

表2 肥料级磷酸脲指标

1.2 实验设计

将磷酸一铵、磷酸脲、尿素和硫酸钾粉碎，与农用低聚合度聚磷酸铵按表3比例进行混合，混合后过1.7 mm（10目）标准筛得到7种不同组成的水溶肥，检测配伍后肥料的pH、水溶性、吸湿率和结块率。

表3 农用低聚合度聚磷酸铵配伍方案 %

1.3 分析方法

1.3.1 pH和水溶性检测

将配伍得到的肥料用自来水按照固液质量比1 ∶250 和1 ∶1 000 配制成溶液，分别使 用pH 计（雷磁，PHB-5）和浊度仪（雷磁，WZB-172）检测其pH和浊度。

1.3.2 吸湿性检测

分别称取配伍后肥料（2.00±0.01） g置于5 cm玻璃表面皿上，放置在实验室（温度15～20 ℃，相对湿度50%～60%），在计划时间称量，增加质量与样品质量的比值即为其吸湿率［12］。

1.3.3 结块性检测

将200 g 配伍后的肥料装入自封袋，将其置于50 kg 重物下进行重压处理。按计划的时间取出自封袋，使其从1 m高处正反面各自由坠落一次，袋内样品以同样的强度和频率过1.7 mm（10目）筛，称量筛上物质量，筛上物与肥料总质量的比值即为结块率［13］。

2 结果与分析

2.1 配伍肥料pH和水溶性

分析不同配伍水溶肥的pH 和浊度，其结果如表4所示。聚磷酸铵与磷酸一铵复配时，由于磷酸一铵为弱酸性，复配后水溶肥pH 较聚磷酸铵低，但pH 随两者的配比变化相差不大。磷酸脲和聚磷酸铵配伍时，随着聚磷酸铵的比例提高，水溶肥pH（1 ∶250）由4.05 升至5.40，在提高了磷酸脲pH 的同时，弱酸性有利于聚磷酸铵的水解［14］，配伍的产品更适合在盐碱地施用。聚磷酸铵配伍的水溶肥明显提高了酸性肥料的pH，pH均在4～7，符合市场对水溶肥酸碱度的要求。配伍后的水溶肥均表现为全水溶性，但浊度增加，这是由于复配后，随pH 升高正磷酸盐与自来水和磷酸脲中金属离子结合，以及聚磷酸铵对金属离子螯合相互作用的结果［15］。因此，在配伍过程中须注意正磷酸盐和游离态高价金属离子的添加量，避免产品溶于水后浊度过高，在施用过程中也应避免使用水质较差的水源进行配施［16］，以防出现堵管。

表4 水溶肥pH和水溶性

2.2 配伍肥料吸湿性

由配伍后肥料的吸湿率（见图1）来看，吸湿率均随着聚磷酸铵添加比例的增加而提高。聚磷酸铵与磷酸一铵复配时其吸湿率在7 h 后趋于平衡，聚磷酸铵添加量为80.0%时配伍后肥料的吸湿率较高，达到了13.43%以上。相同条件下，聚磷酸铵与磷酸脲配伍时肥料吸湿率较与磷酸一铵配伍的高，这是由于磷酸脲本身具有一定的吸湿性，NP-6的吸湿率最大，高达13.89%。从形貌来看，当吸湿率大于8%时，水溶肥表面开始溶化。因此，聚磷酸铵配伍比例过高时，需要在干燥条件下生产和储存，在施用时应避免长时间将肥料暴露于潮湿的空气中，从而避免肥料吸湿后发生水解［17］。

图1 配伍肥料吸湿率

2.3 配伍肥料结块性

复配肥料经重压后，从外观来看相对松散，无明显板结和结块现象。由配伍肥料结块率（见表5）来看，聚磷酸铵和磷酸一铵配伍后结块率优于与磷酸脲和氮磷钾水溶肥配伍组别，这可能是由于磷酸脲和氮磷钾水溶肥中的尿素在挤压中均会表现出一定的结块性［18-19］。从15 d到60 d，聚磷酸铵复配肥料结块率无明显变化，均小于4%，表明低聚合度聚磷酸铵与磷酸一铵、磷酸脲、硫酸钾和尿素等肥料在复配时结块情况不明显，几乎不影响储存和施用。

表5 配伍肥料结块率 %

3 结论

聚磷酸铵可以明显提高磷酸脲的pH，配伍肥料酸碱度适中，按固液质量比1 ∶250 配制的溶液pH 为4～7。配伍肥料的水溶性良好，均表现为全水溶，按固液质量比1∶250 配制的溶液浊度均小于10 NTU。在进行配伍时应注意正磷酸盐和高价金属离子的添加比例，施用过程中应避免使用水质较差的水。聚磷酸铵占比较高时，配伍肥料吸湿率明显提高，最高达到13.89%；在聚磷酸铵占比较低的NPK-1组，吸湿性较低，仅为4.16%；建议低聚合度聚磷酸铵配伍的水溶肥应避免在空气中长时间暴露。低聚合度聚磷酸铵配伍的水溶肥60 d内结块率均低于4%，无明显结块现象。整体看来，低聚合度聚磷酸铵配伍肥料生产和施用过程中应主要关注其吸湿性，避免因吸湿而导致产品质量不合格的问题。