包膜材料與粘結(jié)劑的篩選

摘要:通過溶水和淋溶試驗研究了幾種包膜肥料的緩釋效應(yīng)，以篩選無污染、能提高肥利用率的包膜材料。結(jié)果表明，用L做粘結(jié)劑，D包膜的半數(shù)溶水時間最長，為2 h 50 min，混合材料包膜最長的為用L做粘結(jié)劑，D、J混合包膜，溶水時間為9 h。從淋溶試驗來看，4種礦物包膜肥料都提高了肥料利用率，其中F的效果最好。

關(guān)鍵詞:包膜肥料;包膜材料;粘結(jié)劑;肥料利用率;緩釋效應(yīng)

中圖分類號:S145.5文獻標(biāo)識碼:A DOI編碼:10.3969/j.issn.1006-6500.2010.05.006

Screening on Coated Material and Cementing Agent

WANG Xiao-jing1， WANG Yan2

(1.Lvliang College， Lvliang，Shanxi 033000， China;2. Shanxi University of Finance and Economics，Taiyuan， Shanxi 030001， China)

Abstract:The release effect of several different kinds of coated fertilizers was studied by dissolution and leaching experiment. The results showed that the longest dissolution time was 2 h 50 min，when it was mixed byL and D. Using two different material， the longest time was 9 h， it was mixed by D and J. From the leaching effect， the four coated fertilizers improved fertilizer utilization rate， F was the best.

Key words: coated fertilizers;coated material;cementing agent;fertilizer utilization rate;release effect

中國是一個農(nóng)業(yè)大國。改革開放以來，中國糧、棉、油等重要農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量大幅度增長，但農(nóng)業(yè)仍面臨著人口增長、耕地銳減和人均資源嚴(yán)重短缺的挑戰(zhàn)[1]。養(yǎng)分缺乏是限制中國糧食生產(chǎn)的一個重要因素，肥料利用率不高不僅造成了資源的浪費，而且?guī)砹藝?yán)重的環(huán)境問題。提高養(yǎng)分，尤其是氮素利用率的一個可能途徑是應(yīng)用控釋或緩釋肥料，控釋或者緩釋肥料的養(yǎng)分釋放，可以避免土壤中養(yǎng)分過量供應(yīng)，協(xié)調(diào)土壤養(yǎng)分供應(yīng)與植物吸收養(yǎng)分之間的矛盾，從而提高肥料利用率和減少對環(huán)境的危害，這是肥料發(fā)展的新方向[2-4]。在控/緩釋包膜肥料的研制中，一般都是采用無機或有機材料包膜。有機材料比無機材料控釋時間長，但有機材料一般難以降解，容易對土壤環(huán)境造成污染。本研究對多種無機、有機和無機-有機包膜材料的控釋緩釋效果進行試驗，目的在于尋找一種對環(huán)境無污染，能提高肥料利用率的包膜材料[5-6]。

1材料和方法

1.1材料

1.2包膜材料的篩選

(1)以K為粘結(jié)劑，分別用A、B、C、D、E、F包膜。

(2)以L為粘結(jié)劑，分別用A、B、C、D、E、F包膜。

(3)以L為粘結(jié)劑，分別用A、B、C、D、E、F包膜，然后再用J包膜。

包膜肥的配制比例均為尿素∶包膜材料∶粘結(jié)劑=250∶63.75∶5。

1.3水溶時間的測定

取包膜好的肥料顆粒10粒，放入裝有50 mL水的培養(yǎng)皿中，測定半數(shù)溶解時間。

1.4淋溶試驗

(1)按圖1安裝淋溶裝置:PVC管(直徑50 mm，長300 mm，下端用濾紙包扎)-mm濾網(wǎng)-濾紙-漏斗-三角瓶。

(2)取25 g過篩、晾干的生土平鋪于管底，稱取含尿素量為5 g的包膜肥料與500 g土均勻混合加入管中，最后再取25 g土鋪于頂部防止肥料在加水時上浮，重復(fù)2次。

(3)先用125 mL的水濕潤土樣使其水分達飽和，但沒水滴出，然后用100 mL容量瓶準(zhǔn)確加入100 mL去離子水，盛接于250 mL的三角瓶中，完成1次淋溶。4月21日第1次淋溶，每天淋溶1次，4月29日第9次淋溶，5月5日第10次淋溶，5月10日第11次淋溶，5月15日最后一次淋溶，一共淋溶了12次。

(4)吸取濾液5 mL，加5 mL濃硫酸消煮至冒煙，轉(zhuǎn)移定容于100 mL容量瓶，然后用半微量開氏定氮法測定其中的氮的含量，計算出每次淋溶出的氮的量占肥料中氮的百分?jǐn)?shù)。

(5)計算公式為:N%=V×C×0.014×M×100/W×46%。

其中，V-滴定所用標(biāo)準(zhǔn)酸體積;C-標(biāo)準(zhǔn)酸濃度;M-分取倍數(shù);W-供試肥料中尿素的質(zhì)量。

2結(jié)果與分析

2.1 不同粘結(jié)劑對包膜材料的影響

用K和L做粘結(jié)劑，分別包膜A、B、C、D、E、F，其水溶實驗結(jié)果見表2。從表2可以看出，用同一種粘結(jié)劑，不同包膜材料包膜尿素時，其水溶時間有很大的差異。用K為粘結(jié)劑包膜材料F的效果最好，半數(shù)肥料顆粒溶解時間達到2 h 30 min，其次為A、D、B，C和E效果最差。用L粘結(jié)劑包膜尿素時，D效果最好，半數(shù)肥料顆粒的溶解時間為2 h 50 min，其次為B、F、C，A和E效果最差。由此可以得出，同一種包膜材料用不同的粘結(jié)劑包裹肥料時，緩釋效果差異性很大。

2.2混合材料包膜肥料試驗

以L為粘結(jié)劑，分別用A、B、C、D包膜，然后再用J包膜，水溶試驗結(jié)果見表3。J是一種高分子化合物，在A、B、C、D包膜肥料中摻入5%的J后，使溶水時間大幅度增加。其中D+J混合包膜肥料溶水時間最長，達9 h。由于高分子聚合物在土壤中比較難降解，是否會造成環(huán)境污染還有待進一步研究。

2.3包膜肥料淋溶曲線的變化

CRF-F，CRF-A，CRF-D，CRF-E分別為礦物包膜材料F、A、D、E包膜的尿素肥料，粘結(jié)劑都為K。從圖2中可以看出，無包膜尿素在第1次淋溶時溶出率已經(jīng)達到了65.5%，其它材料的表現(xiàn)為CRF-E=CRF-A>CRF-F>CRF-D。第2次淋溶時，無包膜尿素溶出率達到94.4%，氮素基本全部釋放，與作物的需肥規(guī)律不相符，不能滿足作物后期對養(yǎng)分的需求，而包膜肥料養(yǎng)分緩慢釋放，不同包膜養(yǎng)分釋放一直保持CRF-E>CRF-A>CRF-D>CRF-F的趨勢。由此可以看出，CRF-E效果最不好，最后一次淋溶的溶出率為80.5%，其次為CRF-A，CRF-D。總的來說，無包膜尿素在第2次淋溶時就基本上完全釋放，而礦物包膜肥料集中在第2～7次之間釋放，以F包膜材料的緩釋效果最好。

3討論

溶水試驗表明，加入少量有機材料比單純用無機材料包膜肥料時間延長，可增加半數(shù)溶解時間3～11倍。不同包膜材料的溶水時間有明顯差別，不同粘結(jié)劑對包膜材料的溶水時間也有顯著影響，在實際應(yīng)用過程中應(yīng)注意選擇。包膜肥料的釋放主要集中在第2～7 天，溶出量均超過60%以上。最后一次淋溶時，F(xiàn)包膜尿素的溶出率為80.56%，D為90.35%，A為92.7%，E為97.2%，尿素為98.35%。所以F包膜尿素的緩釋效果最好。

包膜控釋肥的控釋性能檢測，目前尚沒有一種公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)方法。通常用簡單、快捷的水浸泡法對包膜肥料進行產(chǎn)品在線監(jiān)測，已為國內(nèi)外一些科研單位和企業(yè)所采用，但如何根據(jù)檢測的結(jié)果做出切合實際的質(zhì)量評價，即如何對測定結(jié)果作出合理的解釋，則仍然存在一些問題和分歧，例如，某些包膜肥料水浸后在較短時間內(nèi)(3 d)就基本溶出，但在實際應(yīng)用時卻顯示有3個月的肥效，作物生長很好。我們認(rèn)為，實驗室監(jiān)測與大田肥效是對控釋肥質(zhì)量評估的兩個方面。對實驗室檢測結(jié)果的評價是否合理，必須以大田肥效或盆栽試驗作為依據(jù)[7-8]。換言之，只有與大田肥效或盆栽試驗結(jié)果一致，實驗室檢測評價才是有實用價值的。水浸泡法往往易產(chǎn)生評估較低的傾向，這是由于肥料養(yǎng)分的控釋效果在很大程度上與對養(yǎng)分具有較強吸持能力的土壤有關(guān)，而這是水浸法無法反映出來的。

礦物包膜肥料的釋放原理為:在前期，由于包膜材料的阻水作用，水分進入肥料的速度比較緩慢，因此養(yǎng)分的釋放也比較緩慢，到了后期，包膜材料的阻水性下降，水分大量進入包膜內(nèi)部，使得養(yǎng)分釋放速度加快。當(dāng)養(yǎng)分釋放速度達到一定值后，包膜肥料內(nèi)外的濃度梯度就會逐漸降低，養(yǎng)分釋放的動力隨之而減少，最后包膜肥料養(yǎng)分釋放停止。包膜控釋肥養(yǎng)分釋放速率受環(huán)境條件如土壤溫度、土壤水分含量、質(zhì)地、土壤微生物活性和土壤有機質(zhì)等因素的影響。因此單純的用土壤淋溶實驗不能作為評價包膜肥料的依據(jù)，應(yīng)該同大田試驗相結(jié)合來評價[9-10]。

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