含谷氨酸改性增效尿素的研究与开发

Research and Development of Modified Synergistic Urea Containing Glutamic Acid

王志勇 Zhiyong WANG , 陈振伟 Zhenwei CHEN , 房山 Shan FANG , 徐庆磊 Qinglei XU

瑞星集团股份有限公司山东东平 271500 Ruixing Group Co., Ltd., Dongping 271500, China

Author notes:

Correspondence to: 陈振伟(1985-)，男，工程师，主要从事新型肥料的试制工作；rxjtkxy@163.com

摘要：

针对普通尿素氮素利用率低而新型增效尿素存在工艺复杂、设备投资大、产品成本高的问题，在不改变传统尿素生产工艺的基础上，通过添加谷氨酸增效剂及其他多种微量元素，开发了含谷氨酸改性增效尿素。肥效试验结果表明，与普通尿素相比，含谷氨酸改性增效尿素氨累积挥发量降低52.32%，并可显著提高玉米的穗粒数和百粒重。

关键词：

谷氨酸; 改性增效尿素; 增效剂;

Abstract：

Aiming at the problems of low nitrogen utilization rate of ordinary urea and complex technology, large investment in equipment and high product cost of new synergistic urea, on the basis of not changing the traditional urea production process, modified synergistic urea containing glutamic acid has developed by adding synergist containing glutamic acid and a variety of other trace elements. The results of the fertilizer efficiency test show that the ammonia cumulative volatilization amount of modified synergistic urea containing glutamic acid drops 52.32%, compared with ordinary urea. And it can significantly increase seeds per ear and hundred-grain weight of corn.

Keyword：

glutamic acid; modified synergistic urea; synergist;

我国是化肥生产和消费大国，其中尿素是主要的氮肥品种，占氮肥消费总量的60%以上。由于尿素活性强、损失途径多，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，而是通过挥发、淋洗、径流等途径损失，不仅浪费了大量资源，而且造成了环境污染。因此，研究尿素中氮的流失机理，提高尿素中氮素利用率，开发新型的高效增效剂、新型增效尿素产品及其生产工艺十分必要。

目前，对于高效增效剂、新型增效尿素产品的研究在一定程度上提高了氮肥利用率，减轻了环境污染，但生产工艺复杂、设备投资大、产品成本高，限制了其大范围推广应用。为了提高尿素的利用率，瑞星集团股份有限公司与中国农业科学院农业资源与区划研究所签订了新型改性增效尿素研究开发协议，研究开发含谷氨酸改性增效尿素。该项目在传统尿素生产工艺的基础上进行改进，具有设备投资省、工艺流程简单，生产成本低、氮素利用率高的特点，产品不仅可提高农产品品质，而且有助于减轻农民负担。

1 谷氨酸增效剂的制备

如图 1所示，在增效剂混合槽中添加谷氨酸钠和水，加热至65 ℃，搅拌均匀得到质量分数10%~30%的谷氨酸钠溶液；将谷氨酸钠溶液继续加热50 min，按1 L谷氨酸钠溶液中添加25 g H₃BO₃和20 g EDTA，搅拌均匀得到增效剂母液；按1 L增效剂母液中添加10 g ZnSO₄·7H₂O和10 g MnSO₄·7H₂O，搅拌均匀后得到谷氨酸增效剂。

图 1

谷氨酸增效剂制备流程

2 含谷氨酸改性增效尿素的生产

质量分数82%的熔融尿液与质量分数5%~15%的谷氨酸增效剂(吨尿素添加12~15 kg)在一段蒸发器底部混合、加热、蒸发，除去一部分水分的混合液靠重力及真空度差进入二段蒸发器，蒸发除去大部分水分后由尿液泵加压，再经造粒喷头喷出后在造粒塔内冷却固化，塔底得到的含谷氨酸改性增效尿素由传送带送往贮运包装工段进行包装。含谷氨酸改性增效尿素生产工艺流程如图 2所示。

图 2

含谷氨酸改性增效尿素生产工艺流程

3 含谷氨酸改性尿素产品标准

该项目已实现产业化生产并制定了企业标准《含谷氨酸改性尿素》(Q/370923DRY003—2013)，主要指标如表 1所示。

表 1

含谷氨酸改性尿素主要指标

指标		指标值
注：1)若尿素生产中不加甲醛，可不测定亚甲基二脲的含量； 2)粒度项只需符合两档中的任一档即可，并在包装标识中注明
总氮(N)质量分数(干基)/%		≥46.0
缩二脲质量分数/%		≤1.5
水分质量分数/%		≤1.0
亚甲基二脲(以HCHO计)质量分数¹⁾/%		≤0.6
粒度质量分数²⁾/%	d(0.85~2.80 mm)	≥90
粒度质量分数²⁾/%	d(2.00~4.75 mm)	≥90
谷氨酸质量分数/%		≥0.08
氨挥发抑制率/%		≥10

4 谷氨酸作用机理及肥料施用效果

4.1 作用机理

谷氨酸是一种对植物合成氨基酸起到重要作用的物质，可转化为谷氨酰胺，用于收集利用尿素中的氮素，并能够消除氨中毒，在尿素中氮素的利用方面具有重要的作用，可以储存更多的氮素，减少其流失，从而提高尿素利用率。

谷氨酸的分子结构中含有羧基、氨基，可在一定程度上促进作物根系生长，提高根系活力；谷氨酸增效剂中还添加了B、Zn、Mn等微量元素，可进一步为作物提供必需的营养元素，促进作物生长，提高农作物产量和品质。

4.2 肥料施用效果

4.2.1 对氨挥发的影响

试验采用静态吸收法，设置普通尿素(U)和含谷氨酸改性增效尿素(GU)2个处理，每个处理重复6次，采用甲基红-溴甲酚绿混合指示剂。具体过程：按1 kg土施N量0.84 g，取干土500 g(过1 mm筛)与肥料均匀混合放入试验桶(15.0 cm×8.5 cm×17.5 cm)内，加入水，使试验土壤用手紧捏成团不散且无水流出为宜；将10 mL质量分数2%硼酸小试验杯放入试验桶内，然后密封，在人工气候箱中于25 ℃下培养；到达预定试验时间后取出小试验杯，用0.01 mol/L的H₂SO₄滴定，并换算挥发的纯氮量，试验结果如表 2所示。

表 2

25 ℃下氨累积挥发量动态变化

培养时间/d	氨累积挥发量/(mg·盆^-1)
培养时间/d	U	GU
1	0.23	0.15
3	3.42	2.11
5	9.64	4.15
7	13.03	5.65
9	15.12	6.29
14	17.51	7.87
21	19.90	8.93
35	21.08	10.05

由表 2可知，与普通尿素相比，含谷氨酸改性增效尿素35 d的氨累积挥发量下降了52.32%，氨挥发抑制作用显著。

4.2.2 对玉米产量及产量构成因素的影响

供试土壤为山东省泰安市东平县潮土，试验用土柱高90 cm、直径20 cm，装土量为36.4 kg。试验设CK(不施肥)、普通尿素(U)以及含谷氨酸改性增效尿素(GU)3个处理，每个处理重复8次，随机排列。除CK外，施氮水平为每柱施纯氮1.00 g；过磷酸钙(含P₂O₅质量分数为16%)每柱施12.50 g，氯化钾(含K₂O质量分数为60%)每柱施3.33 g。所有肥料装柱时一次性施入，每个土柱播种5粒玉米种子，出苗后定植一棵，试验结果如表 3所示。

表 3

不同处理对玉米产量及构成因素的影响

处理	穗粒数/粒	百粒重/g	产量/(g·株^-1)
CK	145	18.06	26.18
U	248	18.65	46.26
GU	285	19.65	56.01

由表 3可知，与普通尿素相比，含谷氨酸改性增效尿素能显著增加玉米的穗粒数和百粒重，从而显著提高了玉米籽粒产量。

5 结语

含谷氨酸改性增效尿素是在传统尿素生产工艺基础上，增设增效剂储槽、高压计量泵等设备，新增投资少。添加谷氨酸增效剂后，吨尿素生产成本增加约180元，而销售价格提高约320元。试验结果表明，含谷氨酸改性增效尿素能大幅降低氨挥发量，提高氮素利用率以及玉米穗粒数、百粒重和产量。因此，含谷氨酸改性增效尿素不仅能改善土壤生态环境，而且提高了企业的竞争力和经济效益，具有广阔的市场前景。