柠檬酸改性磷肥的结构分析及其对水溶性磷固定率的影响

摘要

[目的]磷肥施入石灰性土壤后,易与土壤中的Ca2+等结合生成沉淀,降低磷肥的有效性,进而影响作物对磷肥的吸收利用.本研究将柠檬酸与磷肥复合,研究其复合反应的特征及其对水溶性磷固定率的影响.[方法]采用中和法将预先加有柠檬酸的磷酸与氢氧化钾反应制备柠檬酸改性磷肥.利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、31P固相核磁共振技术(31P-NMR)和液相色谱-质谱联用(LC-MS)等手段分析柠檬酸改性磷肥结构,分析柠檬酸与磷肥的反应特征.通过CaCl2沉淀实验测定柠檬酸改性磷肥中水溶性磷的固定率,结合柠檬酸改性磷肥结构特征,探究柠檬酸与磷肥反应对水溶性磷固定率的影响机制.[结果]1)柠檬酸与磷肥反应改变了磷肥的结构:与不添加柠檬酸的磷酸二氢钾肥(CAP0)相比,柠檬酸改性磷肥的FTIR在1088～1077 cm-1出现了磷酸酯(P—O—C)伸缩振动,是柠檬酸改性磷肥中有新物质生成的标志;31P-NMR分析发现,柠檬酸改性磷肥中除在6.60 ppm处检测到与CAP0相一致的K2HPO4位移峰外,还在12.28和4.80 ppm处分别检测到K3PO4和正磷酸单酯的位移峰,积分结果表明,以正磷酸单酯形态存在的磷占改性磷肥总磷量的16.48％.LC-MS分析发现,柠檬酸在高温下与磷酸发生脱水反应,柠檬酸中的羟基O—H和磷酸中的P—OH化学键发生断裂,柠檬酸中的氧原子与磷酸中的磷原子发生结合生成磷酸酯(P—O—C).2)柠檬酸与磷肥反应降低了磷肥的水溶性磷固定率:将柠檬酸以0.2％、0.5％和1.0％的比例添加到磷肥中,制备的柠檬酸改性磷肥均能降低水溶性磷固定率,添加量在0.2％时水溶性磷固定率降低效果显著,固定率为59.52％,低于CAP026.49个百分点,磷酸酯的存在有利于使磷不被Ca2+固定,提高了磷肥有效性.[结论]柠檬酸通过与磷酸发生脱水反应,生成了含有磷酸酯的柠檬酸改性磷肥.柠檬酸与磷肥反应显著降低了磷肥水溶性磷固定率,且柠檬酸微量添加即可达到显著的防磷固定效果,为高效磷肥的研发提供了理论和技术依据.