現代磷肥工業已經走過了將近100年,磷肥生產從骨粉、鈣鎂磷肥、過磷酸鈣、三料、磷酸銨鹽,基本是從難溶性→水溶性、低濃度→高濃度、低純度→高純度的方向發展,而生產裝備則越來越先進和複雜。
現代磷肥一直是按照「提供水溶性最好」的思路在發展。沒有疑問,水溶性磷是植物最容易吸收的磷。但是,磷的化學性質是活躍的,它可以和土壤中的各種高價陽離子結合形成複合物,從而使其溶解性大幅度降低。另一方面,土壤中的膠體顆粒還可以與磷酸鹽基團進行吸附,從而使水溶性磷酸鹽從土壤溶液中分離出來,失去水溶性從而失去對植物的速效性。
水溶性磷在土壤中的另外一個特點是它在土壤中幾乎是不移動的。也就是:施肥點在哪裡,則其存在範圍就在哪裡。實驗證明,在壤質-粘質土壤上,水溶性磷的移動距離不會超過2cm,在沙質土壤上,它的移動距離也不超過5cm。而根系並非遍布土壤各個角落的,這也使得磷不易被吸收。從施肥的角度而言,則需要讓磷肥儘量均勻地分布在土壤各個部位,從而有利於植物根系對其吸收。然而磷肥在土壤中的廣泛撒布,顯然增加土壤對它的固定。真是矛盾的事情!
由於上述特性,磷肥的利用率一直不高,約在10-25%之間。也就是說,施入土壤的磷,至少有75%不會被植物吸收,而以各種方式被「固定」在土壤中。這些被固定的磷雖然後續可以緩慢地被作物吸收,然而從施肥的角度看,這種狀態不是令人滿意的。開發一種具有較高的利用率的磷肥一直是人們的期望。
聚磷酸類磷肥就是為了克服磷被土壤固定而出現的品種。聚磷酸鹽是正磷酸鹽在加熱條件下脫水形成的聚合物,分子通式為(NH4)nP2nO3n+1,當n<20時,為水溶性,通常用作肥料。市場上銷售的液體聚磷酸銨中,正磷酸鹽含量為30%~40%,焦磷酸鹽(二聚) 50%~55%,還有少量三聚磷酸鹽和四聚磷酸鹽。正磷酸鹽可直接被植物吸收利用,而焦磷酸鹽、三聚磷酸鹽、四聚磷酸鹽只有水解為正磷酸鹽後才能被植物吸收利用。
目前常用的聚磷酸鹽為聚磷酸銨(APP),國內雲天化股份有限公司正嘗試用聚磷酸鉀(KTPP)做肥料,其養分總濃度為99%。
水解反應控制著植物對磷的吸收。聚磷酸鹽的水解主要受酶、溫度、pH值、金屬離子等因素的影響。
土壤中的酶類(磷酸酶)對聚磷酸銨水解影響最強烈,水解速率比無酶催化時快106倍以上,從這個角度看,有機質含量高、微生物活性高的土壤聚磷酸鹽水解速度快。
溫度是影響聚磷酸銨水解的重要因素,在相同p H值條件下,三聚磷酸鹽在高溫下水解速率比常溫下快27倍。pH值越低,聚磷酸鹽水解得越快。溶液中金屬離子對聚磷酸鹽水解具有催化作用,活性強度依次為:K+<Na+<Ca2+<Mg2+<Al3+。不過,Ni2+、Mg2+、Zn2+、Co2+則可抑制聚磷酸銨的水解。
聚磷酸鹽作為肥料,具有下列優勢。
1、磷元素高效利用:短鏈聚磷酸銨溶解度高,比一般磷肥可提高液體肥料中磷的含量,可配置磷含量較高的液體肥料;作物施用聚磷酸銨安全係數高,結晶溫度低,通常不被作物直接吸收,而是在土壤中逐步水解成正磷酸再被作物吸收利用,因此是一種緩溶性長效磷肥,能提高磷元素有效利用率三倍以上。
2、螯合作用:聚磷酸銨對金屬離子具有顯著螯合作用,可以作為基肥中的無機螯合劑添加一些微量元素以提高肥效。一些微量元素在聚磷酸銨溶液中的溶解度遠高於在正磷酸銨溶液中的溶解度,且螯合劑本身就是肥料。
3、成品的穩定性:目前固體大量元素水溶肥料存放時間長了,容易出現結塊、脹袋、變色等現象,液體水溶肥料容易沉澱、脹瓶等,以農用多聚磷酸銨為原料製成大量元素水溶肥將避免以上情況發生。
4、成品的水溶性:目前微滴灌設備對水溶肥的水溶要求越來越高,目前市場大部分水溶肥存在雜質堵灌情況,以農用多聚磷酸銨為原料製成大量元素水溶肥水溶性達99.7%,且快速水溶。
5、PH值鹼性:市場上水溶肥料酸性居多,以農用聚磷酸銨為原料製成大量元素水溶肥PH值8-8.5,長期使用對酸性土壤改良有顯著效果。