阅读说明：本技术 含缓释和速释硼源的肥料 (fertilizer containing slow-release and quick-release boron source ) 是由 M·麦克劳克林 J·德格里斯 R·贝尔德 R·C·达席尔瓦 K·弗里曼 T·福莱 于 2018-03-30 设计创作，主要内容包括：一种粒状肥料产品,所述粒状肥料产品具有至少两种具有不同溶解度的硼源,以在植物的整个生长季节期间定制硼利用度,同时减少硼毒性的风险。第一硼源可以包括钠基或高水溶性硼化合物,例如四硼酸钠和/或硼酸,而第二硼源可以包括钙基硼化合物,例如硬硼钙石(CaB<Sub>3</Sub>O<Sub>4</Sub>(OH)<Sub>3</Sub>.(H<Sub>2</Sub>O))(例如,当载体肥料是N或K基时)和/或磷酸硼(BPO<Sub>4</Sub>)(例如,当载体肥料是P基时)。所述第一硼源的溶解度高于所述第二硼源的溶解度,使得所述硼源向土壤中的释放速率不同。(A granular fertilizer product having at least two boron sources with different solubilities to tailor boron availability throughout the growing season of a plant while reducing the risk of boron toxicity. The first boron source may comprise a sodium-based or highly water-soluble boron compound, such as sodium tetraborate and/or boric acid, while the second boron source may comprise a calcium-based boron compound, such as colemanite (CaB3O4(OH)3.(H2O)) (e.g., when the carrier fertilizer is N or K-based) and/or boron phosphate (BPO4) (e.g., when the carrier fertilizer is P-based). The solubility of the first boron source is higher than the solubility of the second boron source such that the release rates of the boron sources into the soil are different.)

含缓释和速释硼源的肥料

相关应用

本申请要求于2017年3月31日提交的美国临时申请号62/479,948的权益，通过援引将其全部内容并入本文。本申请涉及美国专利号9,266,784，该专利要求于2011年8月4日提交的美国临时申请号61/514,952的权益，通过援引将其全部内容均并入本文。

技术领域

本发明总体涉及肥料组合物。更具体地，本发明涉及将至少两种不同硼源引入到常量营养素载体肥料中，作为使植物更及时地获取硼的手段。

背景技术

植物必需营养素可以分为两组，主要和次要的常量营养素以及微量营养素。植物从土壤中获取包括氮、磷和钾的主要营养素，因此，它们构成了用于补充缺乏这些营养素的土壤的肥料的主要部分。

根据常规肥料标准，肥料的化学组成或分析以必需的主要营养素氮、磷和钾的百分比(按重量)表示。更具体地，当表示肥料配方时，第一值表示以元素形式表示为“总氮”(N)的氮的百分比，第二值表示以氧化物形式表示为“有效磷酸”(P₂O₅)的磷的百分比，并且第三值表示也以氧化物形式表示为“有效氧化钾”(K₂O)，或者其他称为表达式(N-P₂O₅–K₂O)的钾的百分比。

尽管磷和钾的量以其氧化物形式表示，但从技术上，肥料中没有P₂O₅或K₂O。磷最常以磷酸一钙的形式存在，但也以其他磷酸钙或磷酸铵的形式存在。钾通常以氯化钾或硫酸钾的形式存在。从P和K的氧化物形式到元素表达式(N-P-K)的转化可以使用以下公式进行：

％P＝％P₂O₅ x 0.437％K＝％K₂O x 0.826

％P₂O₅＝％P x 2.29％K₂O＝％K x 1.21

除了通过向土壤中添加肥料而使植物可获取的主要营养素外，次要营养素和微量营养素对于植物的生长也必不可少。这些的需要量比对主要营养素少得多。次要营养素包括硫(S)、钙(Ca)和镁(Mg)。微量营养素包括但不限于，例如硼(B)、锌(Zn)、锰(Mn)、镍(Ni)、钼(Mo)、铜(Cu)、铁(Fe)和氯(Cl)。

在微量营养素中，硼缺乏是许多农业地区，特别是沙质土壤中的主要问题。由于营养素缺乏和毒性之间的窗口狭窄，因此用硼施肥面临挑战。由于植物对硼高度敏感并且只需非常少的量，因此应仔细考虑植物根区可利用的硼量。高浓度硼的存在会导致因硼毒性而伤害幼苗的风险。由于硼分配不均，传统的将硼与肥料颗粒(例如硼砂)整体掺混的方法无效果或不合适，这可能导致靠近颗粒的B浓度过高而远离颗粒的B浓度不足。

为了帮助硼的均匀分配，本申请的申请人提出，如美国专利号9,266,784中所述，在进行压实前或期间，将不同硼源添加到氯化钾(MOP)颗粒中，从而减少硼毒性的发生，并提供植物所需的少量硼的均匀施用。

对于硼肥管理的另一挑战是在植物生长的所有阶段提供足够的硼，因为该微量营养素从幼苗到开花都起着至关重要的作用。常用的可溶性硼源(例如，四硼酸钠)是高度水溶的，并且由于其在大多数土壤中通常不带电荷，因此与大多数其他营养素(硝酸盐和硫酸盐除外)相比，在土壤中往往具有极高的移动性。因此，可溶性硼源在被根吸收之前很容易从土壤中(特别是在多雨的环境中)浸出，从而在生长季节后期，特别是在开花期导致硼缺乏。因此，对以下很难平衡：提供适当浓度的硼以确保植物在生长季节中获取必需的营养素，同时使硼毒性的发生最小化。

仍然需要一种具有速释和缓释特性的硼肥产品，以确保硼均匀且充分地分配到植物的根区，同时减少硼毒性的风险。

发明内容

本发明的实施方式包括具有至少两种具有不同释放速率或特性的硼源的NPK肥料产品。在实施方式中，NPK肥料产品可以包含常量营养素载体，其包括氮基肥料(例如，尿素)、钾基肥料(例如，钾碱或氯化钾(MOP))或磷酸盐基肥料(例如，磷酸一铵或磷酸二铵(MAP或DAP))。在一个实施方式中，第一硼源是高度可溶的，因此是在生长季节的早期植物可获取的速释硼源。第二硼源的溶解度低于第一源，因此相对于第一源而言是缓释源硼，并且在生长季节的后期植物可获取。两种硼源确保了比单一源更均匀且持续地释放硼，从而在生长季节中增加了植物根区的利用度，同时减少或消除了硼毒性和幼苗受伤的风险。

第一硼源可以包括高度可溶源或速释源，例如包括四硼酸钠(即硼砂)和/或硼酸的钠基或酸性硼源，而第二硼源可以包括溶解度显著低于第一源的源，例如包括硬硼钙石(CaB₃O₄(OH)₃.(H₂O))和/或磷酸硼(BPO₄)的钙基硼源。对于磷肥，优选的缓释硼源是磷酸硼。具体而言，对于磷酸硼，在实施方式中，可通过将磷酸和硼酸的反应产物加热至不同温度来调节溶解度。可包括溶解度小于第一源且大于第二源的另一硼源，例如，钠硼解石(NaCaB₅O₆(OH)₆.5(H₂O))，并且当与缓释硼源组合使用时，可以用作速释源，或者当与速释硼源组合使用时，可以用作缓释源。

肥料产品可以可选地包含一个或多个另外的微量营养素和/或次要营养素源，例如但不限于包括另外的硼(B)、锌(Zn)、锰(Mn)、钼(Mo)、镍(Ni)、铜(Cu)、铁(Fe)和/或氯(Cl)源的微量营养素，和/或包括元素形式的硫(S)、氧化硫酸盐形式(SO₄)的硫、镁(Mg)和/或钙(Ca)源的次要营养素，或其各种浓度下的各种组合中的任何一种。在压实材料的情况下，肥料还可以包括助压剂、着色剂和/或一种或多种粘合成分，例如六偏磷酸钠(SHMP)。

根据本发明的其中载体包括粘结的MOP肥料的一个实施方式，肥料产品是通过用至少两种硼源压实MOP进料物来制备的。在本发明的另一实施方式中，肥料包括通过标准造粒工序形成的粒状或颗粒状的含氮或磷酸盐的载体，在所述工序中，将硼源添加到造粒或制粒线路中。

本发明的以上概述并非旨在描述本发明的每个说明性实施方式或每个实施情形。以下的详细描述更具体地例示了这些实施方式。

附图说明

考虑到以下对各种实施方式的详细描述并结合附图，本发明的主题可以得到更完全地理解，其中：

图1示出了根据本发明的实施方式的用于分析从土壤中浸出的硼的灌注池(perfusion cell)组件；

图2是在根据本发明的实施方式的灌注池组件中对于各种配方释放硼的重量百分比作为孔体积的函数(即硼浸出的时间序列)的图；

图3是根据本发明的实施方式的用于分析硼利用度的盆栽试验组件；

图4是在盆栽试验组件中比较浸出处理中的硼摄取/盆和硼浸出(作为添加的硼的百分比)与水溶性硼(作为总硼的百分比)的图；

图5是在盆栽试验组件中比较每种配方的硼摄取/盆的图；

图6是描绘在盆栽试验组件中对于六种肥料处理的浸出或未浸出的盆中的硼摄取/盆的图；

图7是在根据实施方式的盆栽试验组件中对于不同配方的在预浸出盆中生长的油菜植物与在非浸出盆中生长的植物的并排比较；并且

图8是根据实施方式的用于压实线路的过程流程图。

虽然本发明易顺应各种变化方式和替代形式，已借助附图中的实例显示了其具体形式，并将对这些具体形式进行更详细的描述。然而，应当理解，并非意在将本发明限制于所描述的特定实施方式。相反，意图在于涵盖落入本发明的精神和范围内的所有变化方式、等同方式和替代方式。

具体实施方式

本发明的实施方式包括具有至少两种具有不同释放速率或特性的硼源的NPK肥料产品，以在植物的整个生长季节期间定制硼利用度，同时减少硼毒性的风险。

在实施方式中，NPK肥料产品可以包括常量营养素载体，其包括氮基肥料(例如，尿素)、钾基肥料(例如，钾碱或氯化钾(MOP))或磷酸盐基肥料(例如，磷酸一铵或磷酸二铵(MAP或DAP))。关于MOP载体，MOP肥料基可以是多种市售MOP源中的任何一种，例如但不限于，K₂O含量范围为约20重量％至约80重量％，更特别地约48至62重量％，并且更特别地约55至62重量％的MOP进料物。

在一个实施方式中，第一硼源是高度可溶的，因此是速释硼源。第二硼源的溶解度低于第一源，因此是缓释硼源。第一硼源可以包括高度可溶源或速释源，例如，包括四硼酸钠(即硼砂)的钠基硼源，而第二硼源可以包括溶解度显著低于第一源的源，例如包括硬硼钙石(CaB₃O₄(OH)₃.(H₂O))和/或磷酸硼(BPO₄)的钙基硼源。具体而言，对于磷酸硼，在实施方式中，可通过将磷酸和硼酸的反应产物加热至不同温度并在该温度下持续不同的时间段来定制溶解度。

溶解度小于第一源且大于第二源的另一硼源可包括，例如，钠硼解石(NaCaB₅O₆(OH)₆.5(H₂O))，并且当与缓释硼源组合使用时，可以用作速释源，或者当与速释硼源组合使用时，可以用作缓释源。表1显示了所选硼酸盐化合物的溶解度。

表1.不同硼源的溶解度：

硼源	溶解度(mg/L)
		硼酸钠(硼砂)	1504
钠硼解石	886
		硬硼钙石	538
BPO<sub>4</sub> 500℃1h	285
		BPO<sub>4</sub> 500℃24h	225
BPO<sub>4</sub> 800℃1h	75
		BPO<sub>4</sub> 800℃24h	59

在实施方式中，至少两种硼源的存在量，使得在肥料颗粒中递送约0.001重量％(重量％)至约1.0重量％，更特别地为约0.1重量％至约0.7重量％的B，更特别地为约0.3重量％至约0.6重量％。速释硼与缓释硼的比例可以是例如5:1、4:1、3:1、2:1、1:1、1:2、1:3、1:4或1:5，或根据植物需要定制的各种比例中的任何一种。

在粘结的、压实的颗粒的情况下，肥料产品还可以包括一种或多种粘合剂或成分，以改善最终产品的强度或处理能力，从而使颗粒不太可能在处理或运输过程中磨损或崩解，如美国专利号7,727,501所述(名称为“压实的粒状氯化钾及其制备方法和设备”(Compacted granular potassium chloride,and method and apparatus forproduction of same)，通过援引将其全部内容并入本文)。粘合剂是添加到压实线路的进料中以改善压实颗粒的强度和品质的化学物质。粘合剂起到隔绝或螯合肥料原料中的杂质的作用，同时为压实的共混物提供粘附性。粘合剂可以包括例如六偏磷酸钠(SHMP)、焦磷酸四钠(TSPP)、焦磷酸四钾(TKPP)、三聚磷酸钠(STPP)、磷酸二铵(DAP)、磷酸一铵(MAP)、粒状磷酸一铵(GMAP)、硅酸钾、硅酸钠、淀粉、右旋糖酐、木质素磺酸盐、膨润土、蒙脱土、高岭土或其组合。作为粘合剂的补充或替代，某些微量营养素本身可以充当粘合剂以改善颗粒强度。

根据本发明的实施方式，将具有第一溶解度的第一硼源和第二溶解度低于第一源的第二硼源掺混入压实线路的主要营养素进料中，从而制备出包含至少两种硼源的粘结的粒状NPK肥料产品。硼源可以在压实之前添加到进料中，或者可以单独添加到进料中，或者可以在将其添加到进料中之前进行整体掺混。将该掺混的原料压实，然后进行常规的进一步加工(例如，破碎和尺寸分级)，从而产生含有至少两种硼源的粘结肥料颗粒，所述硼源均匀地分配在整个粒状产品中。

用于生产压实的粒状肥料组合物的生产线或生产线路通常包括将各种颗粒主要营养素流、筛分物、回收或废弃的物料、第一硼源和第二硼源，一种或多种可选的次要营养素和/或微量营养素以及一种或多种可选的粘合剂输送至压实机中的进料装置，例如带式输送机或气动输送机等。然后，压实机在高压下将进料物压入粘结的中间片或饼中，然后可将其破碎、分级、调整大小或以其他方式重新加工成所需的包含至少两种硼源的成品粒状产品。

图8是示出本发明生产方法的一个预期实施方式中涉及的步骤的流程图。具体而言，图8显示将硼源掺混或分别注入到生产线路的主要营养素进料中。硼源可以通过一个或多个注射器(包括计量设备)添加到线路中不同位置的进料物中，以允许更精确地控制每单位原料中每种成分的添加量。

在将硼源和可选的粘合剂添加到进料物中之后，将添加剂和进料物进行掺混。掺混步骤可以通过使这些材料聚集在一起而被动地进行，或者也可以通过进料机构在其联合运输过程中进行掺混，或者替代地可以在注射器和压实机之间的生产线路中添加特定的掺混设备，以在压实之前对硼源、可选的粘合剂、可选的其他添加剂和原料进行更积极或主动的掺混。

现将掺混的进料物与硼源和可选的其他添加剂适当混合，然后压实。压实过程可以使用例如辊压实机等常规压实设备进行。然后，如图8所示，可以使用诸如破碎、筛分或其他常规分级方法等适合产生所需粒径或类型的最终产品的方法，将所产生的粘结的中间组合物进一步加工成所需的成品粒状产品。

将理解的是，在本发明的范围内均可以考虑到允许将一种或多种附加微量营养素、次要营养素和/或粘合剂同时或分别添加到原料中的任何伴随的过程或设备的变化方式。

以下实例进一步例示了本申请的实施方式。

实施例

试验1：柱溶解

用不同比例的硼(来自硼砂和硬硼钙石)压实MOP细粉，使硼的总含量约为肥料颗粒的0.5重量％。作为硼砂和硬硼钙石供应的硼的不同比例为1:0(即无硬硼钙石)、1:1、1:3，以及0:1(即无硼砂)。使用柱灌注技术在72小时内测量了硼从颗粒中的溶解。参照图1，柱灌注技术使用灌注池组件100，所述灌注池组件100中，将已知重量的肥料102埋入垂直柱池106的一定体积的土壤104中。渗滤液S从底部到顶部泵送通过玻璃棉屏障108，随后土壤104，土壤104包围肥料样品102和一部分酸洗沙104a。顶端103包括滤纸110，使得土壤不会随所收集的浸出液112而被去除。

在该特定的灌注实例中，将1克肥料产品样品埋入土壤柱中。渗滤液为10mMCaCl₂，pH约为6，并以10mL/h的流速引入柱中。

灌注技术的结果示于图2中，其中，绘制了每种组合物释放硼(即在浸出液中捕获)的重量百分比，表明可以通过改变硼砂与硬硼钙石的比例来调节速释、缓释特性。

试验2：盆栽试验

盆栽试验使用油菜植物、MOP肥料对照(不含硼)以及与试验1中使用的相同的四种肥料配方来进行，所述四种肥料配方包括含0.5％硼的MOP和不同比例的速释硼(硼砂)与缓释硼(硬硼钙石)(表2)。土壤由1kg/盆的罗盘山(Mt.Compass)砂壤土组成，其化学分析列于下表3中。硼源以1.5kg硼/公顷的当量率添加，相当于0.9mg硼和86.6mg K/1kg盆。每种肥料处理重复五次。

表2：酸提取性和水提取性B的比较

表3.实验中使用的南澳大利亚州土壤的选定特性

在该试验中，在种植油菜作物之前，浸出30个盆，而不浸出30个盆。参照图3，通过将四孔体积302(或350mL x 4)的脱矿质水施加到1kg的土壤304(在土壤304表面下方1cm处施用有MOP肥料306)上来对浸出盆300进行浸出。分析在盆300的底部捕获的浸出液308中的硼。随着肥料中缓释硼量的增加，从盆300浸出的硼的量减少(图4)。然后种植油菜植物作物，使其生长约十二周，然后分析植物芽中的硼浓度。如图7所示，在不同配方下的非浸出盆700比在相同配方下的浸出盆702长得快。

如表2和图2(柱灌注)、4(盆栽试验)、5(盆栽试验)和6(盆栽试验)所示，在柱灌注和盆栽试验技术中，均观察到随着水溶性硼百分比的增加，硼的释放速率增加，被植物摄取的硼减少，而对酸提取性K的影响最小。

具体参照图6，在十二周后测量了植物对硼的摄取/盆。在未浸出的盆中，硼肥配方对硼的摄取没有一致的影响。对于浸出的盆，随着在肥料配方中来自硬硼钙石缓释硼()的量增加，植物对硼的摄取增加。

从这些试验中，已经确定缓释硼和速释硼之间的平衡可以改善硼的摄取，并且在常量营养素肥料中添加缓释硼源，可在植物生长季节的浸出环境中提供优异的硼供应。

本文已经描述了系统、设备和方法的各种实施方式。这些实施方式仅通过实例的方式给出，并不旨在限制所要求保护的发明的范围。此外，应当理解，已经描述的实施方式的各种特征可以以各种方式组合以产生许多另外的实施方式。此外，虽然已经描述了各种材料、尺寸、形状、配置和位置等以便与所公开的实施方式一起使用，但在不超出所要求保护的发明的范围的情况下，可以利用除所公开的材料、尺寸、形状、配置和位置等以外的其他材料、尺寸、形状、配置和位置等。

相关领域的普通技术人员将认识到，本文的主题可以包括比在上述任何各个实施方式中示出的更少的特征。本文描述的实施方式并不打算作为其中可以组合本文的主题的各种特征的方式的详尽呈现。因此，实施方式不是特征的互斥组合；相反，各种实施方式可以包括从不同的各个实施方式中选择的不同的各个特征的组合，如本领域普通技术人员所理解的那样。此外，除非另有说明，否则关于一个实施方式描述的元件也可以在其他实施方式中实现，即使没有在这样的实施方式中描述。

尽管从属权利要求可以在权利要求中提及与一个或多个其他权利要求的特定组合，但其他实施方式也可以包括从属权利要求与彼此从属权利要求的主题的组合，或者一个或多个特征与其他从属或独立权利要求的组合。除非说明不打算进行特定组合，否则本文提出了这种组合。

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出于解释权利要求的目的，明确旨在不援用U.S.C.的第35号标题第112条f项的规定，除非在权利要求中记载了具体术语“用于……的装置”或“用于……的步骤”。