[发明专利]农业常量营养素缓释组合物及方法

说明书

技术领域

本发明涉及使农业常量营养素缓释的组合物及方法。更具体地，本发明涉及由插层纳米粘土和其中的吸附有尿素的羟基磷灰石纳米颗粒形成的纳米复合物的制备。

背景技术

植物需要大量的氮、磷和钾(NPK)，天然土壤中没有足够支持植物持续生长的氮、磷和钾(NPK)。因此，这些常量营养素(NPK)需要通过肥料外部施加。水溶性的常规肥料通常通过淋失和蒸发而导致大量的常量营养素的损失。开发能随着时间的推移向植物释放常量营养素的缓释肥料越来越有引人关注。缓释肥料的优点是提高效率和品质，这是因为肥料随着时间的推移而被释放，从而提供为较高的作物产量所需要的足量的常量营养素。此外，与传统的水溶性肥料相比，缓释肥料减少了因常量营养素淋失进入水中和作为气体散发而造成的环境破坏。

肥料中的常量营养素可以以粉末或球粒的固体形式或喷物的形式施用于土壤。植物吸收的常量营养素需要通过定期向土壤施用来补充。在农业，尤其如茶等经济作物的农业中，氮是一种关键的常量营养素源。对茶树的土壤施用大量的肥料，来提高茶叶的品质和产量。例如，日本的一项研究(Yamada等，Journal of Water and Environmental Technology，7，4，331-340，2009)报道，在施用于茶的大量的氮肥中只有12％的氮输入被植物吸收，而其余部分排入环境中。因此，肥料施用的未解决的问题之一是，相对于施用于土壤中的氮量，作物的氮利用率(NUE)低。这是因为常规肥料中有高达70％的过量的氮通过淋失、散发和与土壤微生物的长期结合而损失。因此，在避免由于茶树的退化和衰老而导致的生产性和收益的下降方面，氮常量营养素的供给至关重要(Kamau等，Field Crops Research 1，108，60-70，2008)。提高NUE的尝试迄今几乎没有成功。

Rubin等人的US 6261997B1公开吸附于有机改性粘土的农药的缓释，以防止淋失进入地下水和地表水。Bardsley的US 4219349公开了煅烧粘土微粒和含有微量营养素(铁、锌、锰、铜、硼、钼、氯和硫)的溶液或悬浮液的组合物。Milbum等人的US 4849006公开了一种控释组合物，它包括吸附于有机改性粘土上的有机的生物活性物质。Ruskin的US 6821928B2公开了一种通过聚合物降低缓释材料的扩散速率的方法，和用于长期控制根的生长的滴灌设备的制造方法。它还公开了插层进入纳米粘土中的生物活性物质如除草剂，以防止滴灌应用中的根系入侵。Banin等人的US3902886公开了用于向植物提供微量营养素的结合微量营养素的粘土。Kalpana等人的US 2009/0169524A1公开了用于医疗应用中骨生长的基于壳聚糖、蒙脱土(MMT)和羟基磷灰石的纳米复合物的生物聚合物。

需要可提供用于植物生长的缓释常量营养素制剂的解决方案。

发明内容

因此，此处提供一种包含两个纳米系统的植物肥料纳米复合物。本文还公开了用于制备包含含氮常量营养素化合物如尿素的纳米复合物的方法。所述含氮常量营养素化合物被吸附于羟基磷灰石(HAP)纳米颗粒的表面。被吸附的含氮常量营养素化合物与HAP纳米颗粒形成的络合物。所述络合物插层进入纳米粘土的层间内，形成纳米复合物。据认为，通过吸附到其表面活性羟基基团，吸附有含氮常量营养素的HAP纳米颗粒插层进入纳米粘土如蒙脱土(MMT)的层内。除了插层到层间中，一些吸附有常量营元养素的HAP纳米颗粒吸附于纳米粘土的表面和边缘。通过该方法制备的纳米复合物在施用于水、陆环境中时，以缓慢而持续的方式释放常量营养素化合物。所述纳米复合物作为储库通过土壤介质缓慢持续释放氮常量营养素。土壤介质作为管道，提供合适的pH值用于释放和输送所述常量营养素如尿素至植物根部。

附图说明

图1：合成的HAP纳米颗粒的XRD图。

图2：合成的HAP纳米颗粒的SEM图。

图3：吸附尿素的HAP纳米颗粒的XRD图。

图4：吸附尿素的HAP纳米颗粒的SEM图。

图5：吸附尿素的HAP纳米颗粒的结构示意图。

图6：(a)MMT、(b)HAP纳米颗粒插层的MMT、(c)吸附有尿素的HAP纳米颗粒插层的MMT、(d)K插层的MMT的XRD图。

图7：(a)MMT、(b)吸附有尿素的HAP纳米颗粒插层的MMT的SEM图。

图8：插层的吸附尿素的HAP纳米颗粒的结构示意图。

图9：(a)合成的HAP纳米颗粒、(b)吸附尿素的HAP纳米颗粒的热分析图。