生物药肥功能及加工工艺研究

1、生物药肥功能及加工工艺研究 1生物药肥的概念 植物源农药包括生物碱（生长素、细胞分裂素和脱落酸等植物内源调节剂及其衍生物）、萜烯类、黄酮类、光化毒素等。矿物源农药包括硫酸铜、硫黄、石硫合剂、磷化铝、磷化锌、柴油等。微生物源农药包括苏云金杆菌、白僵菌、核多角体病毒、申嗪霉素、井冈霉素、C型肉毒梭菌外毒素等。化学源农药包括有机磷、氨基甲酸酯、阿维菌素、拟除虫菊酯、烟碱类植物生长调节剂等。生物刺激素类包括腐植酸、氨基酸、海藻酸、寡糖、天然有机材料、有益化学元素、无机盐、甲壳素和壳聚糖衍生物等2。生物源农药大多不溶于水，必须通过一定分散、乳切或研磨的工艺技术，将肥料与农药按一定比例进行混合而形成稳定、

2、均一的复合剂12。 2生物药肥的功能定位 生物药肥是针对化学药肥中存在的各种问题而应运而生的一类新型药肥13-14。其农药成分多为天然物质或微生物代谢产物，毒性相对较弱，但针对性强，不易产生抗药性，安全性高。生物药肥中较常见的是植物源生物药肥13。植物源生物药肥多采用生物碱类物质与肥料碱性复配。生物碱类物质主要包括生长素、细胞分裂素和脱落酸等物质，配以氨基酸、微量元素，起到相互协调，相互促进的作用15。生长素是最早发现的植物激素，主要用于细胞分裂与细胞扩张，在农业上广泛用于延长休眠期，抑制发芽，促进生长与分化16。细胞分裂素则可以提高果树坐果率，促进果实生长，提升果实外观和品质。脱落酸可诱导种

3、子贮藏蛋白的合成，引起种子休眠、叶片气孔关闭，促进果实成熟，提高作物的抗逆性能和免疫能力。氨基酸是蛋白质底物，可用作肥料，具有杀菌抗病、杀虫、改良土壤作用，同时可促进和平衡作物的营养生长和生殖生长，合成蛋白质及其他含氮有机物，如叶绿素、微生物和生物碱等。微量元素是作物生命活动所必需的，是作物长发育的调节者，若缺少微量元素某些特殊生理过程则无法进行，甚至造成缺素病症16。同时，一些元素同样具有杀虫、杀菌功效，如香葱种植上曾经常用硫酸铜作为农业杀菌剂进行喷施。以上提到的多种营养物质间存在协同、互补和联合作用，复配后施用效果更佳。生物药肥发挥作用主要有以下几个特点：一是生物农药大多为迟效型，故施用时

4、间应早于化学农药正常施用时间；二是生物农药药效随湿度增加而增加，宜选择早上或黄昏喷洒，效果更佳；三是紫外线对生物农药中一些活性物质具有分解作用，故使用生物农药不宜选择光照充足的时间，建议阴天时喷施；四是2530为生物农药适宜使用温度，温度过低会降低其活性13。 3生物药肥的剂型及配方设计原则 药肥配方设计既要考虑肥料与农药混配后肥效与药效问题、原料成本、功能复合，还要考虑制作工艺，即需要考虑两者间相似相溶问题，特别是农药在肥料体系中药效、稳定性问题3,7。由于生物药肥中有效成分多为植物提取物或微生物分泌物，相较于化学类化合物更易被降解及转化，故生物药肥设计过程中须着重注意功能性物质的形态及稳定

5、性17。3.1生物药肥剂型1）粉体药肥粉体药肥的构成主要包括农药原药、肥料及载体和助剂。对农药原药无明确要求；肥料及载体须与药剂相容，无明显反应现象，可对药剂有一定的吸附作用，粒度均匀；助剂为润湿剂、分散剂、展着剂等7,18。粉体药肥要求：有效成分不低于标明含量；粒径小于44m的颗粒占比一般要求95%或98%；农药润湿时间在12min，且肥料须全部溶解或在水中分散，悬浮率70%；热贮稳定性，在（542）贮存14d有效成分分解率 4生物药肥剂型加工关键工艺、问题及对策 4.1常见剂型加工方法1）水基高浓度悬浮药肥悬浮药肥一般采用超微粉碎法（湿磨法）、凝聚法（即热熔-分散法）。对于水中解体分散型颗

6、粒药肥，其关键是解决贮存时吸潮、结块，以及使用时入水后肥料的溶解、农药的分散、悬浮稳定性等问题，常见吸潮物料有四水硝酸钙、尿素、七水硫酸镁、硝酸铵、六水硝酸镁、螯合态钙镁等微量元素、氨基酸、黄腐酸等13。2）干悬浮药肥干悬浮药肥的加工方法是将水不溶的农药原药，通过机械分散、加热溶解和乳化剂乳化的方法，首先分散至体系中，形成胶体溶液，再利用分散剂将农药包裹，形成稳定均一体系，而后通过干化脱水或喷雾干燥等方法制成粉状或片状的干悬浮剂22。该剂型配制须关注3大问题：一是产品贮存过程中吸潮结块问题，粉状药肥比表面积大，易发生吸潮结块，增加使用难度，降低肥效；二是肥料组分全水溶问题；三是农药组分易发生润

7、湿、悬浮、分散、展着等问题。3）缓释型药肥缓释型药肥的加工方法是利用物理或化学的方法将农药贮存于具有孔隙或吸附能力的肥料中，使得其施入土壤后随着肥料的降解矿化逐渐释放，发挥其保护植物作用7。其代表剂型是微胶囊药肥。但微胶囊药肥囊皮材料昂贵，制剂费用高昂，不适合大面积推广。对于缓释型药肥，关键须解决药肥进入土壤后释放及随水分散问题。相对于水中解体分散型颗粒药肥，水中不解体型颗粒药肥具有包膜缓释，高毒农药低毒化，有效期长等优点，但需考虑其水解释放速率问题23。4.2常见加工问题与对策药肥配制过程中，需要考虑结块、分散、絮凝等问题，因此配制过程中会添加一些分散剂或抗絮凝剂以协助分散。固体肥料中添加的

8、助剂为防结块剂、黏结剂、包膜剂、分散剂、渗透剂和一些填料等。液体肥料中添加的助剂是防絮凝剂、抗结晶剂、润湿分散剂、螯合剂、渗透剂、增效剂、展着剂、黏着剂和抗蒸腾剂等24。农药与肥料混配过程中，由于酸碱性、溶解性等问题，会发生各种不相配合的问题，首先是农药与肥料相容性问题。碱性肥料不能与有机磷酸酯、氨基甲酸酯、拟除虫菊酯类农药混用，会发生酸碱中和反应，抵消农药和肥料的功效2。氮肥（碳酸氢铵、硝酸铵、氯化铵等）、过磷酸钙不能与碱性农药（石硫合剂、波尔多液、松脂合剂等）混用，会造成氮肥中氨挥发损失，降低肥效。微生物农药（苏云金杆菌、白僵菌、杀螟杆菌、青虫菌等）不能与化学农药混合，会杀死药物中活性物质

9、，降低药效。同时，混配后可能存在对作物药害的问题，有些农药与肥料混用对农作物有毒害作用。药肥的配药顺序尤为重要。配制药肥时，须先配制一种药液，再用稀释后的药液去稀释另一种药液。切不可先将原液混合再进行稀释25。且药肥须现用现配，因为有些药肥中易发生缓慢反应现象，使药肥本身变质，带来浪费与危害4。由于药肥中肥料的存在，药剂的稳定性也会受到影响，如贮存过程中液体肥结晶、沉淀、结块、胀气等。药肥贮存过程中也会存在有效成分分解、衰减问题。如甲基丙烯酸酯类杀虫剂在酸性环境中不易水解，在碱性溶液中易水解。不当的生产工艺易导致药肥中农药降解，影响药效。药肥的药效与肥效需要平衡，农药的使用需与防治对象耦合，且

10、能在其发挥药效的同时发挥肥效。药肥的施用尤其要考虑其环境安全性问题，滥用农药、使用高残留农药都会给环境带来极大的安全问题。1）研磨过程中物料变稠研磨过程中，由于润湿分散剂选择不当或添加量不足，分散剂不能很好地吸附原药颗粒。且农药颗粒间自身亲和力远大于与水的亲和力，已分散的农药颗粒间很容易相互连接，形成大分子结构，将大量自由水束缚其中，造成物料的流动性变差。其对应的解决方法如下，首先可更换润湿剂种类，调整润湿剂用量，使润湿剂更适宜与该原药进行混配分散，降低药剂黏稠度。同时可优化工艺，选择高速剪切等手段打碎原药胶团，运用物理手段进行加速分散。针对原药熔融问题，可降低研磨温度，并缩短研磨时间，减少设

11、备发热，进而控制原药温度，防止原药进入熔融状态。2）热贮变稠，固化热贮稳定性是悬浮剂的重要检测指标，有些悬浮剂较容易生产，但热贮不稳定，容易出现变稠、固化现象，其原因在于原药性质26。原药中有N、O等含孤对电子的原子，易与水产生氢键，体系中自由水减少，原药互相交联固化。针对这种情况，应选择高性能润湿剂、分散剂，或加入屏蔽物质，破坏原药与水之间的氢键。3）贮存过程中结块与结晶药肥贮存过程中易发生结晶与结块问题，其原因在于聚结和奥氏熟化等。聚结指在润湿分散剂选择或使用不当的情况下，静电位阻和空间位阻不稳定，或在外界存在电解质压迫的情况下，破坏静电位阻，导致分散稳定性变差，不稳定的药物颗粒发生聚集合

12、并而聚沉现象。奥氏熟化指一种非均匀结构随时间流逝所发生的变化，即溶质中较小型的结晶或溶胶颗粒溶解并再次沉积到较大型的结晶或溶胶颗粒上的现象。其解决办法有4种，分别是增加分散剂用量，选用高分子分散剂，使用组合分散剂和加入无机盐。4）贮存过程中胀气与憋瓶贮存过程中发生胀气的主要原因有4种：一是药肥中有机物料发生发酵分解，产生二氧化碳，二氧化碳的产生量与温度有关；二是尿素水解产生二氧化碳和氨气，这与药肥溶液pH、溶液饱和度有关；三是碱性条件下铵盐转化为氨气挥发；四是贮存过程中物料间相互反应，产生气体。憋瓶主要原因有2种：一是灌装时液体温度高，冷却后瓶内就会因热胀冷缩和液上汽液化而造成负压，当负压超过

13、瓶壁强度时，就会导致塑料瓶内陷变形；二是物料或杂质与瓶内残存氧气发生反应或耗氧发酵，进而产生负压而变形。胀气、憋瓶的解决办法有以下几种：一是选择合理的原料搭配，防止互相反应；二是调节溶液pH至适宜pH；三是选用透气瓶或耐压瓶进行承装；四是针对清液型药肥，选用透气垫片；五是针对悬浮型药肥，采用特殊的瓶盖结构；六是采用透气的聚乙烯（PE）袋包装；七是在适宜的温度下进行灌装。 5展望 精准农业倡导高效、省时、经济，并倡导水、肥、药结合。但药肥的研制开发，尤其是生物药肥相较于单独的农药与化肥开发难度更高，困难更大，需要综合两方面技术，配以材料学、化学、生物学等方面知识才得以成功，因此其更需要国家政策的大力支持。