生物藥肥功能及加工工藝研究

精品文檔-下載后可編輯生物藥肥功能及加工工藝研究1生物藥肥的概念

植物源農(nóng)藥包括生物堿（生長(zhǎng)素、細(xì)胞分裂素和脫落酸等植物內(nèi)源調(diào)節(jié)劑及其衍生物）、萜烯類、黃酮類、光化毒素等。礦物源農(nóng)藥包括硫酸銅、硫黃、石硫合劑、磷化鋁、磷化鋅、柴油等。微生物源農(nóng)藥包括蘇云金桿菌、白僵菌、核多角體病毒、申嗪霉素、井岡霉素、C型肉毒梭菌外毒素等?；瘜W(xué)源農(nóng)藥包括有機(jī)磷、氨基甲酸酯、阿維菌素、擬除蟲菊酯、煙堿類植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑等。生物刺激素類包括腐植酸、氨基酸、海藻酸、寡糖、天然有機(jī)材料、有益化學(xué)元素、無機(jī)鹽、甲殼素和殼聚糖衍生物等［2］。生物源農(nóng)藥大多不溶于水，必須通過一定分散、乳切或研磨的工藝技術(shù)，將肥料與農(nóng)藥按一定比例進(jìn)行混合而形成穩(wěn)定、均一的復(fù)合劑［12］。

2生物藥肥的功能定位

生物藥肥是針對(duì)化學(xué)藥肥中存在的各種問題而應(yīng)運(yùn)而生的一類新型藥肥［13-14］。其農(nóng)藥成分多為天然物質(zhì)或微生物代謝產(chǎn)物，毒性相對(duì)較弱，但針對(duì)性強(qiáng)，不易產(chǎn)生抗藥性，安全性高。生物藥肥中較常見的是植物源生物藥肥［13］。植物源生物藥肥多采用生物堿類物質(zhì)與肥料堿性復(fù)配。生物堿類物質(zhì)主要包括生長(zhǎng)素、細(xì)胞分裂素和脫落酸等物質(zhì)，配以氨基酸、微量元素，起到相互協(xié)調(diào)，相互促進(jìn)的作用［15］。生長(zhǎng)素是最早發(fā)現(xiàn)的植物激素，主要用于細(xì)胞分裂與細(xì)胞擴(kuò)張，在農(nóng)業(yè)上廣泛用于延長(zhǎng)休眠期，抑制發(fā)芽，促進(jìn)生長(zhǎng)與分化［16］。細(xì)胞分裂素則可以提高果樹坐果率，促進(jìn)果實(shí)生長(zhǎng)，提升果實(shí)外觀和品質(zhì)。脫落酸可誘導(dǎo)種子貯藏蛋白的合成，引起種子休眠、葉片氣孔關(guān)閉，促進(jìn)果實(shí)成熟，提高作物的抗逆性能和免疫能力。氨基酸是蛋白質(zhì)底物，可用作肥料，具有殺菌抗病、殺蟲、改良土壤作用，同時(shí)可促進(jìn)和平衡作物的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)，合成蛋白質(zhì)及其他含氮有機(jī)物，如葉綠素、微生物和生物堿等。微量元素是作物生命活動(dòng)所必需的，是作物長(zhǎng)發(fā)育的調(diào)節(jié)者，若缺少微量元素某些特殊生理過程則無法進(jìn)行，甚至造成缺素病癥［16］。同時(shí)，一些元素同樣具有殺蟲、殺菌功效，如香蔥種植上曾經(jīng)常用硫酸銅作為農(nóng)業(yè)殺菌劑進(jìn)行噴施。以上提到的多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)間存在協(xié)同、互補(bǔ)和聯(lián)合作用，復(fù)配后施用效果更佳。生物藥肥發(fā)揮作用主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：一是生物農(nóng)藥大多為遲效型，故施用時(shí)間應(yīng)早于化學(xué)農(nóng)藥正常施用時(shí)間；二是生物農(nóng)藥藥效隨濕度增加而增加，宜選擇早上或黃昏噴灑，效果更佳；三是紫外線對(duì)生物農(nóng)藥中一些活性物質(zhì)具有分解作用，故使用生物農(nóng)藥不宜選擇光照充足的時(shí)間，建議陰天時(shí)噴施；四是25~30℃為生物農(nóng)藥適宜使用溫度，溫度過低會(huì)降低其活性［13］。

3生物藥肥的劑型及配方設(shè)計(jì)原則

藥肥配方設(shè)計(jì)既要考慮肥料與農(nóng)藥混配后肥效與藥效問題、原料成本、功能復(fù)合，還要考慮制作工藝，即需要考慮兩者間相似相溶問題，特別是農(nóng)藥在肥料體系中藥效、穩(wěn)定性問題［3,7］。由于生物藥肥中有效成分多為植物提取物或微生物分泌物，相較于化學(xué)類化合物更易被降解及轉(zhuǎn)化，故生物藥肥設(shè)計(jì)過程中須著重注意功能性物質(zhì)的形態(tài)及穩(wěn)定性［17］。3.1生物藥肥劑型1）粉體藥肥粉體藥肥的構(gòu)成主要包括農(nóng)藥原藥、肥料及載體和助劑。對(duì)農(nóng)藥原藥無明確要求；肥料及載體須與藥劑相容，無明顯反應(yīng)現(xiàn)象，可對(duì)藥劑有一定的吸附作用，粒度均勻；助劑為潤(rùn)濕劑、分散劑、展著劑等［7,18］。粉體藥肥要求：有效成分不低于標(biāo)明含量；粒徑小于44μm的顆粒占比一般要求≥95%或98%；農(nóng)藥潤(rùn)濕時(shí)間在1～2min，且肥料須全部溶解或在水中分散，懸浮率70%；熱貯穩(wěn)定性，在（54±2）℃貯存14d有效成分分解率10%?？伤稚⑿苑垠w藥肥是粉體藥肥的一種，該劑型適合腐植酸、氨基酸母粉、含NPK大量元素粉體原料與農(nóng)藥原藥、載體和肥料、表面活性劑、輔助劑等，經(jīng)混勻分散研磨制成粉狀制劑。該藥肥與水混合后可形成穩(wěn)定懸浮液。2）水基高濃度懸浮藥肥水基高濃度懸浮藥肥是指以水為分散介質(zhì)，將農(nóng)藥原藥、各種助劑經(jīng)濕法超微粉碎與高濃縮懸浮肥加工合成的一種新型藥肥［2］。與清液藥肥相比，其養(yǎng)分含量更高，效果更全面，效率更高。可加工農(nóng)藥活性成分更多，穩(wěn)定性高，高度濃縮。其可與水任意比例均勻分散，減少有機(jī)溶劑使用，提高環(huán)保性，同藥量下藥效高，應(yīng)用安全方便，對(duì)于高效“立體施肥”有重要實(shí)踐意義。水基高濃度懸浮藥肥組成主要包括肥料、農(nóng)藥（要求有效成分在水中溶解度100mg/L，溶點(diǎn)高于60℃，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定）、防凍劑、潤(rùn)濕分散劑、水抗結(jié)晶劑、增稠劑、防腐劑、消泡劑、螯合劑、化學(xué)穩(wěn)定劑等。水基高濃度懸浮肥的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)為外觀、有效成分（養(yǎng)分、農(nóng)藥）含量、pH、粒度、懸浮率、黏度、冷藏?zé)豳A穩(wěn)定性、分散性和離心穩(wěn)定性［19］。3）干懸浮藥肥干懸浮藥肥是由肥料、農(nóng)藥原藥、紙漿廢液、棉籽餅等植物油粕或動(dòng)物毛皮水解下腳料（氨基酸）、腐植酸等工農(nóng)業(yè)原料加工而成。其特性在于其在水中分散度高，粒度小，節(jié)省有機(jī)溶劑，便于貯存、運(yùn)輸，減少污染。干懸浮藥肥的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求有以下幾點(diǎn)。干懸浮藥肥要求有效成分（養(yǎng)分、農(nóng)藥）含量達(dá)到一定要求；外觀及粒度呈粉（粒）狀松散顆?；蛉闈嵋旱危涣?~5μm的顆粒占比大于70%，粒徑大于8μm的顆粒占比小于10%；懸浮率大于85%；可任意比例與水混合成懸浮液；冷藏?zé)豳A穩(wěn)定性、pH等指標(biāo)穩(wěn)定。4）清液藥肥清液藥肥相較于其他種類藥肥，其特征在于所選物質(zhì)具有全溶性，而非溶解后形成懸濁液或者乳濁液［2］。其一般以聚磷酸鹽為底液，添加氮、鉀、微量元素等營(yíng)養(yǎng)元素，同時(shí)選擇可溶性殺蟲劑、殺菌劑和生物刺激素類物質(zhì)溶解其中。加工方法相對(duì)簡(jiǎn)單，且可通過滴灌、微噴施用，不會(huì)堵塞滴頭。但產(chǎn)品受原料溶解性影響較大，原料不易選擇，且鹽分濃度有限。3.2生物藥肥配方設(shè)計(jì)原則1）針對(duì)性藥肥雖是一類產(chǎn)品的統(tǒng)稱，但其設(shè)計(jì)過程卻極其具有針對(duì)性。藥肥通常是針對(duì)一種作物在一定時(shí)期內(nèi)的養(yǎng)分需求和存在病蟲害問題而設(shè)計(jì)的，因此須首先明確目標(biāo)作物及目標(biāo)疾病，根據(jù)目標(biāo)作物進(jìn)行配方施肥和配方施藥，務(wù)求“對(duì)癥下藥”［2］。且藥肥配方設(shè)計(jì)不能憑空構(gòu)思，應(yīng)根據(jù)目標(biāo)作物面臨的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的藥肥配方，以免造成浪費(fèi)與危害。另外，農(nóng)藥和肥料配伍過程中也須針對(duì)各自施用時(shí)期進(jìn)行調(diào)整，務(wù)求“前期藥配前期肥，后期藥配后期肥”［3］。2）相容性及穩(wěn)定性藥肥配制所選用肥料組分與農(nóng)藥組分必須相容，如不相容可通過技術(shù)手段或工藝調(diào)整，避免不良反應(yīng)，如結(jié)晶、脹氣、沉淀等，保障藥肥藥效和肥效［6,17］。藥肥配方設(shè)計(jì)、施用，需考慮藥肥物理穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性，分析不相容條件下，配制藥肥的工藝手段可否保障藥肥穩(wěn)定性，施用后會(huì)否產(chǎn)生不良反應(yīng)等。一些環(huán)境中不穩(wěn)定的農(nóng)藥可通過微膠囊化等技術(shù)措施解決［20］。3）營(yíng)養(yǎng)全面且功能多樣生物藥肥以肥為主，即首先應(yīng)滿足作物生長(zhǎng)發(fā)育過程中對(duì)各種營(yíng)養(yǎng)成分質(zhì)與量的需求，以藥為輔，在滿足作物生長(zhǎng)發(fā)育需求前提下解決一定病蟲害作用，同時(shí)利用農(nóng)藥的一些生物刺激作用，提高肥效，促進(jìn)作物生長(zhǎng)［5］。如植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑具有生長(zhǎng)促進(jìn)作用，殺蟲劑、殺菌劑具有保健作用，除草劑用于除雜草，另一方面減少肥料損失。農(nóng)藥本身亦可作為脲酶抑制劑等。這些作用都可提高肥料整體利用效率。且藥肥應(yīng)在滿足營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)同時(shí)，盡可能病蟲草兼治，不必將眼光僅放在一種病癥上。同樣地，藥肥在滿足對(duì)某類病蟲害防治的同時(shí)，也應(yīng)盡可能滿足養(yǎng)分的全面需求。4）安全性生物藥肥在配制時(shí)不僅須考慮肥效藥效，還須考慮其安全性。對(duì)作物而言應(yīng)杜絕其毒害作用，避免其在殺蟲、殺菌的同時(shí)對(duì)作物自身產(chǎn)生不良影響［3］。同時(shí)，藥肥配制須考慮其環(huán)境安全性。應(yīng)盡量選用安全環(huán)保的生物源農(nóng)藥，盡量避免化學(xué)型農(nóng)藥施用［21］。若須選擇化學(xué)農(nóng)藥，盡量選擇低殘留，低毒高效的化學(xué)農(nóng)藥，降低環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。選用高毒農(nóng)藥時(shí)，應(yīng)通過技術(shù)手段降低高毒農(nóng)藥毒性及殘留特性，減少其對(duì)環(huán)境不良影響的風(fēng)險(xiǎn)?？紤]到藥肥生產(chǎn)后儲(chǔ)存問題，配制藥肥時(shí)應(yīng)盡量選擇使用無異味農(nóng)藥，或充分密閉，避免儲(chǔ)藏過程中農(nóng)藥揮發(fā)帶來的人體健康、環(huán)境問題［6］。

4生物藥肥劑型加工關(guān)鍵工藝、問題及對(duì)策

4.1常見劑型加工方法1）水基高濃度懸浮藥肥懸浮藥肥一般采用超微粉碎法（濕磨法）、凝聚法（即熱熔-分散法）。對(duì)于水中解體分散型顆粒藥肥，其關(guān)鍵是解決貯存時(shí)吸潮、結(jié)塊，以及使用時(shí)入水后肥料的溶解、農(nóng)藥的分散、懸浮穩(wěn)定性等問題，常見吸潮物料有四水硝酸鈣、尿素、七水硫酸鎂、硝酸銨、六水硝酸鎂、螯合態(tài)鈣鎂等微量元素、氨基酸、黃腐酸等［13］。2）干懸浮藥肥干懸浮藥肥的加工方法是將水不溶的農(nóng)藥原藥，通過機(jī)械分散、加熱溶解和乳化劑乳化的方法，首先分散至體系中，形成膠體溶液，再利用分散劑將農(nóng)藥包裹，形成穩(wěn)定均一體系，而后通過干化脫水或噴霧干燥等方法制成粉狀或片狀的干懸浮劑［22］。該劑型配制須關(guān)注3大問題：一是產(chǎn)品貯存過程中吸潮結(jié)塊問題，粉狀藥肥比表面積大，易發(fā)生吸潮結(jié)塊，增加使用難度，降低肥效；二是肥料組分全水溶問題；三是農(nóng)藥組分易發(fā)生潤(rùn)濕、懸浮、分散、展著等問題。3）緩釋型藥肥緩釋型藥肥的加工方法是利用物理或化學(xué)的方法將農(nóng)藥貯存于具有孔隙或吸附能力的肥料中，使得其施入土壤后隨著肥料的降解礦化逐漸釋放，發(fā)揮其保護(hù)植物作用［7］。其代表劑型是微膠囊藥肥。但微膠囊藥肥囊皮材料昂貴，制劑費(fèi)用高昂，不適合大面積推廣。對(duì)于緩釋型藥肥，關(guān)鍵須解決藥肥進(jìn)入土壤后釋放及隨水分散問題。相對(duì)于水中解體分散型顆粒藥肥，水中不解體型顆粒藥肥具有包膜緩釋，高毒農(nóng)藥低毒化，有效期長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，但需考慮其水解釋放速率問題［23］。4.2常見加工問題與對(duì)策藥肥配制過程中，需要考慮結(jié)塊、分散、絮凝等問題，因此配制過程中會(huì)添加一些分散劑或抗絮凝劑以協(xié)助分散。固體肥料中添加的助劑為防結(jié)塊劑、黏結(jié)劑、包膜劑、分散劑、滲透劑和一些填料等。液體肥料中添加的助劑是防絮凝劑、抗結(jié)晶劑、潤(rùn)濕分散劑、螯合劑、滲透劑、增效劑、展著劑、黏著劑和抗蒸騰劑等［24］。農(nóng)藥與肥料混配過程中，由于酸堿性、溶解性等問題，會(huì)發(fā)生各種不相配合的問題，首先是農(nóng)藥與肥料相容性問題。堿性肥料不能與有機(jī)磷酸酯、氨基甲酸酯、擬除蟲菊酯類農(nóng)藥混用，會(huì)發(fā)生酸堿中和反應(yīng)，抵消農(nóng)藥和肥料的功效［2］。氮肥（碳酸氫銨、硝酸銨、氯化銨等）、過磷酸鈣不能與堿性農(nóng)藥（石硫合劑、波爾多液、松脂合劑等）混用，會(huì)造成氮肥中氨揮發(fā)損失，降低肥效。微生物農(nóng)藥（蘇云金桿菌、白僵菌、殺螟桿菌、青蟲菌等）不能與化學(xué)農(nóng)藥混合，會(huì)殺死藥物中活性物質(zhì)，降低藥效。同時(shí)，混配后可能存在對(duì)作物藥害的問題，有些農(nóng)藥與肥料混用對(duì)農(nóng)作物有毒害作用。藥肥的配藥順序尤為重要。配制藥肥時(shí)，須先配制一種藥液，再用稀釋后的藥液去稀釋另一種藥液。切不可先將原液混合再進(jìn)行稀釋［25］。且藥肥須現(xiàn)用現(xiàn)配，因?yàn)橛行┧幏手幸装l(fā)生緩慢反應(yīng)現(xiàn)象，使藥肥本身變質(zhì)，帶來浪費(fèi)與危害［4］。由于藥肥中肥料的存在，藥劑的穩(wěn)定性也會(huì)受到影響，如貯存過程中液體肥結(jié)晶、沉淀、結(jié)塊、脹氣等。藥肥貯存過程中也會(huì)存在有效成分分解、衰減問題。如甲基丙烯酸酯類殺蟲劑在酸性環(huán)境中不易水解，在堿性溶液中易水解。不當(dāng)?shù)纳a(chǎn)工藝易導(dǎo)致藥肥中農(nóng)藥降解，影響藥效。藥肥的藥效與肥效需要平衡，農(nóng)藥的使用需與防治對(duì)象耦合，且能在其發(fā)揮藥效的同時(shí)發(fā)揮肥效。藥肥的施用尤其要考慮其環(huán)境安全性問題，濫用農(nóng)藥、使用高殘留農(nóng)藥都會(huì)給環(huán)境帶來極大的安全問題。1）研磨過程中物料變稠研磨過程中，由于潤(rùn)濕分散劑選擇不當(dāng)或添加量不足，分散劑不能很好地吸附原藥顆粒。且農(nóng)藥顆粒間自身親和力遠(yuǎn)大于與水的親和力，已分散的農(nóng)藥顆粒間很容易相互連接，形成大分子結(jié)構(gòu)，將大量自由水束縛其中，造成物料的流動(dòng)性變差。其對(duì)應(yīng)的解決方法如下，首先可更換潤(rùn)濕劑種類，調(diào)整潤(rùn)濕劑用量，使?jié)櫇駝└m宜與該原藥進(jìn)行混配分散，降低藥劑黏稠度。同時(shí)可優(yōu)化工藝，選擇高速剪切等手段打碎原藥膠團(tuán)，運(yùn)用物理手段進(jìn)行加速分散。針對(duì)原藥熔融問題，可降低研磨溫度，并縮短研磨時(shí)間，減少設(shè)備發(fā)熱，進(jìn)而控制原藥溫度，防止原藥進(jìn)入熔融狀態(tài)。2）熱貯變稠，固化熱貯穩(wěn)定性是懸浮劑的重要檢測(cè)指標(biāo)，有些懸浮劑較容易生產(chǎn)，但熱貯不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)變稠、固化現(xiàn)象，其原因在于原藥性質(zhì)［26］。原藥中有N、O等含孤對(duì)電子的原子，易與水產(chǎn)生氫鍵，體系中自由水減少，原藥互相交聯(lián)固化。針對(duì)這種情況，應(yīng)選擇高性能潤(rùn)濕劑、分散劑，或加入屏蔽物質(zhì)，破壞原藥與水之間的氫鍵。3）貯存過程中結(jié)塊與結(jié)晶藥肥貯存過程中易發(fā)生結(jié)晶與結(jié)塊問題，其原因在于聚結(jié)和奧氏熟化等。聚結(jié)指在潤(rùn)濕分散劑選擇或使用不當(dāng)?shù)那闆r下，靜電位阻和空間位阻不穩(wěn)定，或在外界存在電解質(zhì)壓迫的情況下，破壞靜電位阻，導(dǎo)致分散穩(wěn)定性變差，不穩(wěn)定的藥物顆粒發(fā)生聚集合并而聚沉現(xiàn)象。奧氏熟化指一種非均勻結(jié)構(gòu)隨時(shí)間流逝所發(fā)生的變化，即溶質(zhì)中較小型的結(jié)晶或溶膠顆粒溶解并再次沉積到較大型的結(jié)晶或溶膠顆粒上的現(xiàn)象。其解決辦法有4種，分別是增加分散劑用量，選用高分子分散劑，使用組合分散劑和加入無機(jī)鹽。4）貯存過程中脹氣與憋瓶貯存過程中發(fā)生脹氣的主要原因有4種：一是藥肥中有機(jī)物料發(fā)生發(fā)酵分解，產(chǎn)生二氧化碳，二氧化碳的產(chǎn)生量與溫度有關(guān)；二是尿素水解產(chǎn)生二氧化碳和氨氣，這與藥肥溶液pH、溶液飽和度有關(guān)；三是堿性條件下銨鹽轉(zhuǎn)化為氨氣揮發(fā)；四是貯存過程中物料間相互反應(yīng)，產(chǎn)生氣體。憋瓶主要原因有2種：一是灌裝時(shí)液體溫度高，冷卻后瓶?jī)?nèi)就會(huì)因熱脹冷縮和液上汽液化而造成負(fù)壓，當(dāng)負(fù)壓超過瓶壁強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致塑料瓶?jī)?nèi)陷變形；二是物料或雜質(zhì)與瓶?jī)?nèi)殘存氧氣發(fā)生反應(yīng)或耗氧發(fā)酵，進(jìn)而產(chǎn)生負(fù)壓而變形。脹氣、憋瓶的解決辦法有以下幾種：一是選擇合理的原料搭配，防止互相反應(yīng)；二是調(diào)節(jié)溶液pH至適宜pH；三是選用透氣瓶或耐壓瓶進(jìn)行承裝；四是針對(duì)清液型藥肥，選用透氣墊片；五是針對(duì)懸浮型藥肥，采用特殊的瓶蓋結(jié)構(gòu)；六是采用透氣的聚乙烯（PE）袋包裝；七是在適宜的溫度下進(jìn)行灌裝。

5展望