肥料特性与营养液母液配制

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物理肥料特性

肥料的物理特性非常重要，取决于其化学成分及其生产方式，了解肥料产品特性有助于肥料的使用、储存和处理。

肥料遇到的大多数问题可能是由于物理特性造成的，常见的问题包括结块、多尘、流动性差、离析和过度吸湿。

在肥料生产和最终使用之间通常涉及的各种处理、运输和储存步骤中，物理特性需满足保持材料自由流动（不结块）、相对无粉尘，并且可以在适当程度的空气湿度下保持稳定状态。肥料生产已经开发了许多技术，包括各种物理“调节”处理，以提供有利的物理特性。

图1.两种工艺的硝酸钾对比

不同物理形状的产品在运输、搬运、储存以及溶解搅拌过程中有很大的差异。在储运过程中颗粒硝酸钾不易结块，而晶体容易板结；在溶解过程中颗粒硝酸钾流动性较好，更容易搅拌，而晶体板结成块之后需要先破碎才能溶解；工艺上的差异也是其价格差异的原因之一。

图2.多种肥料产品的临界相对湿度与吸湿比例

所有肥料或多或少都具有吸湿性，它们在特定空气湿度下开始吸收水分。一些非常吸湿的肥料比其他肥料更容易吸收水分，即使在较低的湿度下，如硝酸钙和硝酸镁。

通常，吸水曲线在低空气湿度下缓慢上升（如图2所示），但超过一定湿度开始急剧上升，这个湿度称为肥料的临界湿度（CRH）。当温度升高时，临界湿度会降低（图3）。

图3.几种肥料在不同温度下的临界相对湿度

吸湿后的肥料质量发生变化，其实际含量降低，称重溶解后获得的有效浓度也会降低。所以肥料储存区域需要保证较低的温度和空气湿度，或对易吸湿的肥料产品做好密封。

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肥料化学特性

肥料在使用过程中主要涉及的化学性质包括溶解热、pH值、化学稳定性以及化学反应。

温室园艺常用的固体水溶肥大多都是单盐物质，部分肥料溶解在水中时会放出或吸收热量，造成母液暂时升温或者降温。如硝酸钾溶解时吸热，母液温度也会降低，可能会影响一些溶解度较低的肥料（如硫酸钾），出现溶解慢的情况。

钙肥会与硫酸盐和磷酸盐肥料溶解在一起时会发生不可逆的化学反应产生沉淀，导致有效含量降低，同时也会堵塞灌溉系统，所以需要将相互发生反应的肥料产品分开溶解。常见肥料的相容性可参考图4。

图4.常见固体水溶肥的化学兼容性

需要强调的是硼肥，当硼砂水解时，会产生碱性溶液。因为它在水解时会产生弱酸 (H₃BO₃) 和强碱 (NaOH) ，铜、锰和锌离子在碱性溶液中会生成难溶于水的氢氧化物，所以这三种元素的硫酸盐微肥应当与硼砂分开溶解。

以下是硼砂水解的化学方程式：

  Na₂B₄O₇+7H₂O→2Na⁺+2OH^–+4H₃BO₃ 

而且硼砂与铜一起溶解也会发生上述沉淀反应，所以需要单独溶解硼砂。

Na₂B₄O₇ + CuSO₄ + 5H₂O → 3H₃BO₃ + CuOHBO₂↓ + 2Na₂SO₄

从滴箭流出的最终灌溉营养液的pH受到水源的影响，同时肥料的酸碱性也会影响灌溉液的pH，尤其需要注意硫酸钾肥料，其溶解在水中的pH偏低，增加用量会大幅降低灌溉液的pH，调节配方时需要考虑最终滴箭出水的pH确保在合理范围。当滴箭出水的pH在合理pH范围之外时，我们需要加酸或碱进行调节，通常这个过程由施肥机自动调节，在特殊情况下才需在母液中加入酸碱进行调节。

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螯合微量元素特点

常用的螯合肥主要有DTPA螯合铁、EDDHA螯合铁、EDTA螯合铁以及EDTA螯合锰等，螯合物通常对溶液pH敏感，不同pH下螯合物的稳定性差异很大，主要取决于螯合物类型和所螯合的金属阳离子，不同金属阳离子对应相同的螯合物在不同的pH条件下稳定性也不一样。

图5.常见螯合铁在不同pH条件下的有效性

一定pH下，同一营养液中稳定系数较高的金属阳离子会与稳系数较低的金属螯合物发生置换反应。例如，在较高pH情况下螯合铁会选择与稳定系数更高的其他配合物（Ca²⁺或其他离子）结合，被置换释放的Fe离子会很快沉淀而失效，pH在5-6范围内时，营养液中共同存在EDTA螯合铁和EDTA螯合钙，当pH超过6时，EDTA螯合铁完全被置换为螯合钙。所以需要确保母液的pH在发生置换反应的临界值之下，避免铁元素的有效含量降低。

表1. pH对钙离子置换螯合铁的影响

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溶解度与水温

通常冬季水温较低，若没有加温，肥料溶解速度也会受到影响，冬季种植可以考虑降低母液浓度，或加长溶解搅拌时间，也可以考虑减少低溶解度肥料（如硫酸钾）的用量。

图6.温室园艺常用肥料产品20°C下的溶解度

一般建议1000L母液罐最大溶解肥料的重量不超过180 kg，以避免溶解困难或溶解速度慢。对母液罐加温也是可行的选择，增加母液中的水温，也能加快肥料的溶解速度。

图7. 三种钾肥的溶解度与温度关系

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配制流程

根据不同肥料的化学特性，为避免不相容的两种固体肥料发生反应，把相互反应的多种肥料分开，分别溶解配制，通常称之为A罐和B罐，还需要一个酸碱罐独立存放酸或碱。

根据不同肥料特性，正确的母液配制顺序能确保各个元素的最大有效性， 按1000L母液配制为例，以下是根据多年经验制定的配制流程以供参考，建议按步骤操作：

A罐(1000L)

1. 向A母液罐中加水500L，水源pH>6，加入硝酸1L左右；

2. 加水的同时依次加入所需的大中量元素肥料（硝酸钙、硝酸钾、硝酸镁、氯化钙等），均匀搅拌；

3. 大中量元素肥料充分溶解后，检查母液pH并加酸调节到4-6范围内（若选用EDTA螯合铁，pH需要控制在4-5）；

4. 加入螯合铁，然后将水位填加至1000L刻度位置；

5. 均匀搅拌；

6. 使用期间每天均匀搅拌5-15分钟。

B罐(1000L)

1. 分三组单独预先溶解微量元素（第一组：硼砂或硼酸；第二组：硫酸铜、硫酸锌、硫酸锰；第三组：钼酸钠或钼酸铵）

2. 向B母液罐中加水500L;

3. 加水的同时依次加入所需的大中量元素肥料（硫酸钾、硝酸钾、磷酸二氢钾、磷酸一铵、硝酸镁等），均匀搅拌；

4. 大中量元素肥料充分溶解后，检查母液pH并加酸调节到5以内

5. 添加硫酸镁；

6. 添加预先单独溶解的硼肥（硼砂、硼酸），均匀搅拌；

7. 添加预先单独溶解的硫酸盐微量元素（硫酸铜、硫酸锌、硫酸锰），均匀搅拌；

8. 添加预先单独溶解的钼酸钠；

9. 均匀搅拌；

10. 使用期间每天均匀搅拌5-15分钟。

Reference：

1. https://www./crop-nutrition/fertilizer-handling-and-safety/physical-properties-of-fertilizers

2. Jordison, Neville & Reichling, Jean-Marc. (2014). Indirect Plate Heat Exchangers Offer Long Term Operating Performance. Procedia Engineering. 83. 10.1016/j.proeng.2014.09.011.

3. Xiancheng Zhan, Yingli Wang, Lan Cao, Linli Li, Chengrong Li, Determining critical relative humidity by measuring air humidity in equilibrium directly,European Journal of Pharmaceutical Sciences,Volume 41, Issue 2,2010.

4. Muthaiah, S., Bhatia, A., & Kannan, M. (2020). Stability of Metal Complexes. Stability and Applications of Coordination Compounds. doi: 10.5772/intechopen.90894.