緩控釋肥料養(yǎng)分釋放機理及評價方法研究.pdf

1、隨著人口-資源-環(huán)境問題的日漸突出，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中為保障高產(chǎn)而對肥料的應(yīng)用愈加關(guān)注。在肥料的施用中提高肥料利用率、降低資源浪費、減少環(huán)境污染是保障土壤資源可持續(xù)利用的目標和關(guān)鍵。緩控釋肥料可以顯著提高肥料的利用率、減少養(yǎng)分的揮發(fā)和淋溶損失、減輕施肥對環(huán)境的污染、改善作物的生長發(fā)育狀況、提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，因而受到了研究人員的廣泛關(guān)注。生產(chǎn)和施用緩控釋肥料已經(jīng)成為目前化肥工業(yè)發(fā)展的主要趨勢之一，也是發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的必然要求

2、。緩控釋肥料能提高養(yǎng)分利用率是其養(yǎng)分釋放特性包括養(yǎng)分釋放率和釋放期以及養(yǎng)分釋放與作物對養(yǎng)分吸收的同步性所決定的，因此，對其釋放特性的研究和評價方法的建立是評價緩控釋肥料質(zhì)量和性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 本研究采用水浸提法、飽和鹽溶液蒸汽壓法、土壤培養(yǎng)法和肥料填埋法，探討了不同種類緩控釋肥料養(yǎng)分釋放機理，并按照緩控釋肥料行業(yè)標準(HG/T3931-2007)、硫包衣尿素行業(yè)標準(HG/T3997-2008)和歐洲標準化委員會(CEN)推薦的

3、控釋肥料和硫包衣尿素評價標準，對15種緩控釋肥料的養(yǎng)分釋放特性進行了研究和評價。采用掃描電鏡和紅外光譜分析，對緩控釋肥料的微觀結(jié)構(gòu)進行了研究。同時，采用盆栽和大田試驗，評價了緩控釋肥料養(yǎng)分釋放特性與作物需肥規(guī)律的吻合性。主要研究結(jié)果如下： 1.溫度是影響緩控釋肥料養(yǎng)分釋放的主要因素。對于熱塑性樹脂包膜尿素、熱塑性樹脂包膜復合肥、熱固性樹脂包膜復合肥、硫包衣尿素、異丁叉二脲來說，溫度越高，養(yǎng)分釋放速率就越快，釋放期就相對越短。聚合

4、物包膜控釋肥在水中的釋放曲線多為“S”型，SCU為“破裂式釋放”，IBDU的釋放曲線呈倒“L”型。在不同培養(yǎng)溫度條件下氮素釋放率與時間的關(guān)系可用一級動力學方程Nt=No(1-e-kt)、Elovich方程Nt=a+blnt和拋物線方程Nt=a+bt0.5表征，在25℃和40℃時，以一級動力學方程擬合效果最好。定量描述氮素養(yǎng)分釋放的動力學方程中以一級動力學方程更具有實效性。聚合物包膜復合肥的養(yǎng)分釋放規(guī)律為氮素釋放速率最快，其次是鉀，磷素釋

5、放速率較慢。 2.包膜控釋肥料的養(yǎng)分釋放是由包膜內(nèi)外水蒸汽壓差引起的，其釋放速率常數(shù)k隨著水蒸汽壓差的增大而增大。蒸汽壓差越大，養(yǎng)分釋放率越大，反之越小。在同一水蒸汽壓下，包膜肥料的養(yǎng)分釋放率隨著培養(yǎng)時間的延長而增大；相同的培養(yǎng)時間，養(yǎng)分累積釋放率表現(xiàn)為H2O>KH2PO4飽和溶液>KCl飽和溶液。包膜控釋肥料膜內(nèi)外水蒸汽壓差是控制養(yǎng)分釋放速率快慢的根本因素。 3.土壤含水量對緩控釋肥料養(yǎng)分釋放速率有較大的影響。當土壤含

6、水量在田間持水量之內(nèi)，隨著土壤含水量的增加，養(yǎng)分釋放加快。包膜尿素在不同土壤含水量下擬合曲線的相關(guān)系數(shù)在0.9740～0.9972之間，標準誤在0.0015～0.0022之間，達極顯著水平(ρ=0.0001)。對于包膜復合肥來說，供試樣品CRF1和CRF2在各培養(yǎng)時期內(nèi)氮素釋放率均隨著土壤含水量的增大而增大。對于硫包衣尿素來說，SCU在土壤培養(yǎng)中的釋放率要高于其在靜水浸提中的釋放率。而異丁叉二脲在水中的釋放率始終快于土壤培養(yǎng)中的釋放率。

7、 4.掃面電鏡試驗表明，包膜材料不同，包膜后在肥料顆粒表面成膜的結(jié)構(gòu)不同。熱塑性樹脂膜表面有微小的孔隙，這些微孔是養(yǎng)分釋放的通道：熱固性膜表面都比較致密，都存在不同的固體顆粒突起，很難看出微孔的存在。硫包衣尿素膜表面非常光滑，包膜材料之間的排列和堆積比較致密。從斷面照片可以看出，供試樣品PCU1、CRF1、CRF2、Nutricote、Osmocote和SCU1的膜厚度分別為59.5μm、58.6μm、41.4μm、107μm、

8、46.3μm和55.1μm，同時六種肥料的膜厚度均勻，包膜質(zhì)量較好。 5.紅外光譜分析試驗表明，不同膜質(zhì)材料的紅外光圖譜有明顯差異。兩種熱塑性樹脂包膜復合肥料(CRF1和Nutricote)的膜材料在波長3447 cm-1、2919 cm-1、2850 cm-1、670 cm-1附近都有紅外吸收，說明兩種膜材料有一定的相似性，同時比較兩者的紅外譜圖也可見波譜的相似處：兩種熱固性樹脂包膜復合肥料(CRF2和Osmocote)的譜圖

9、有很大的相似性，不同的是Osmocote含有脂肪族一元酸的官能團；而SCU1的紅外光譜圖不僅顯示SCU1膜中除無機硫占大多數(shù)以外，還含有類似氧化乙烯聚合物或聚乙烯蠟等添加物。 6.采用25℃常溫浸提法測定與100℃快速浸提法測定，后者的養(yǎng)分釋放率加快。可用100℃快速浸提法建立預測緩控釋肥料在常溫下(25℃)的釋放期的回歸方程(一元二次方程，相關(guān)系數(shù)大于0.98)，預測值與實測值相差1～3d。對于25℃常溫浸提法測定釋放期分別為

10、66d和84d的包膜控釋復合肥CRF2和CRF3，用100℃電導率法預測的養(yǎng)分釋放期分別為65d和81d，相對誤差小于3.5％，可見電導率法也可以準確快速地預測包膜控釋復合肥料的養(yǎng)分釋放率和釋放期。用初期養(yǎng)分釋放率、平均釋放率和養(yǎng)分釋放期等參數(shù)，可用于緩控釋肥料的綜合評價。 7.緩控釋肥料在水、土兩種介質(zhì)中的養(yǎng)分釋放特性有一定的關(guān)系，4種緩控釋肥料在水浸法和土壤培養(yǎng)法中的養(yǎng)分釋放特性均可用二項式方程進行擬合，說明兩種方法存在一定

11、的相關(guān)性。因此，在對緩控釋肥料進行農(nóng)業(yè)評價時，應(yīng)在實驗室水浸法的基礎(chǔ)上，進行土壤培養(yǎng)試驗，進而測定作物的養(yǎng)分吸收量，并結(jié)合作物生長與產(chǎn)量的結(jié)果加以具體分析。本研究結(jié)果表明樹脂包膜控釋肥料可以在相同溫度下用水中測定的釋放率預測在土壤中的養(yǎng)分釋放率。 8.控釋肥料的養(yǎng)分釋放可以通過制作工藝的調(diào)整與改進使其與作物對養(yǎng)分的吸收相同步，達到使作物增產(chǎn)和增效的作用，CRF1、CRF2兩處理的油菜養(yǎng)分吸收量和生物量顯著高于其他處理，以CRF2