自制緩控釋尿素的緩控釋性能研究

陳志怡

摘要[目的]為了提高肥料利用率，緩解由于化肥的大量施用帶來的環境污染問題，推動農業的可持續發展。

[方法] 對自制的以硅藻土為載體包膜尿素的養分釋放規律及所用載體硅藻土的保水、保肥性質進行了研究。[結果] 硅藻土保水、保肥效果較好，是很好的緩控釋載體材料。水溶試驗和土柱淋溶試驗表明，聚乙烯醇進行包膜后起到一定的緩釋效果，但膜層結構疏松，緩釋效果不明顯，用松香和石蠟密封后膜層致密度提高，緩釋效果顯著提高，且養分釋放速率較均勻，松香和石蠟密封后的包膜尿素更明顯地降低了氮素由于淋溶造成的損失，增加了土壤中殘留的氮素含量，從而使氮肥具有更高的利用效率，且所用的包膜材料松香、石蠟以及聚乙烯醇在土壤中可自然降解，不會對土壤造成二次污染。[結論] 所研制的肥料不僅利用率高，而且是環保型肥料，對減少資源浪費、保護生態環境都有重要的意義。

關鍵詞 包膜尿素；緩控釋效果；氮素利用率

中圖分類號 S14 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2015）11-067-03

硅藻土具有大量納米微孔，孔容大，吸附性好?；士蓾B入到硅藻土的微孔中，緩慢釋放，延長肥效期，而且由于硅藻土不與化肥發生化學反應，化肥肥效能得到充分的發揮。它具有很強的可塑性，可制成多種型號的產品。總而言之，硅藻土保水、保肥，可以緩釋、延長肥效和改良土壤，是很好的肥料載體材料[1]。

目前市場上緩控釋肥料的載體、包膜材料多數采用樹脂等化學材料[2]，造成緩控釋肥料較昂貴，大田作物難以廣泛使用。硅藻土資源豐富，價格低廉，具有良好的保水、保肥性質。以硅藻土為載體，結合包膜緩控釋技術，研制價格較低廉的緩控釋尿素，對充分利用硅藻土資源、提高氮肥利用率、保護環境具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料

風干土（來自學校試驗地，80目）和硅藻土（80目）；尿素；蒸餾水；自制PVC管；脫脂棉。

1.2 方法

1.2.1包膜肥料的制備。尿素粉碎后與硅藻土按一定比例混合造粒，用聚乙烯醇溶液包膜，制得包膜尿素A，用松香和石蠟熔融后對包膜尿素A進行密封，制得包膜尿素MA。

1.2.2 硅藻土保水、保肥性質研究。

1.2.2.1

保水性質研究。稱取15 g風干土，將硅藻土一起放入漏斗中（加濾紙），稱重G1，加20 ml水使得土飽和，定時稱重（Gi）。

吸水倍率N=（Gi-G1）/15。

1.2.2.2

保肥性質研究。 稱取0.5 g尿素，加100 ml水溶解，稱風干土和硅藻土各15 g，倒入有濾紙的漏斗中，用錐形瓶接收濾液，加入20 ml尿素溶液，1 h后再加入10 ml尿素溶液，24 h后測錐形瓶中濾液總氮?？瞻自囼炗玫攘康恼麴s水分別對土和硅藻土淋溶。

1.2.3

包膜尿素釋放規律的室內測定。

1.2.3.1

水溶試驗。各稱10 g制得的2種包膜尿素和普通尿素，裝入尼侖網袋后放到燒杯中，然后分別加入200 ml蒸餾水，在25 ℃下浸泡培養，每隔半小時將裝有尼侖網袋取出，將浸泡液完全過濾于錐形瓶內，吸取5 ml濾液用于測定各處理溶液中的氮含量；在原燒杯中再次加入200 ml蒸餾水，再放入肥料繼續培養。

1.2.3.2

土柱淋溶模擬。

在PVC管中先裝200 g土，再裝肥料和200 g土的混合物（1 g N/kg土）。所裝土壤容重為1.3 g/cm3土壤容重。供試肥料有普通尿素、包膜尿素A、包膜尿素MA。在土表面放些棉花，以免加水時擾亂土層。先加160 ml蒸餾水使土飽和，再輕輕倒入100 ml蒸餾水，淋溶，用錐形瓶接收淋溶液，每隔3 d用100 ml蒸餾水淋溶一次，直至淋溶液中不再檢測到氮。對所接收的淋溶液進行全氮測定，計算肥料的淋出率以及殘留在土柱中的氮含量。

2 結果與分析

2.1 硅藻土保水、保肥性質

表1表明，從一開始直到28 h后，硅藻土的吸收倍率遠遠高于普通土，可以看出硅藻土具有很好的保水效果。所研制的包膜肥料以硅藻土為載體。施入土壤中，它能夠提高土壤的保水能力，特別是在干旱地區會有更好的使用效果。

以相同濃度等量的尿素溶液分別對普通土和硅藻土淋溶，硅藻土濾液中的總氮量（28.48 mg）在0.05水平顯著小于普通土（38.94 mg），即被普通土吸收的淋溶液中的氮要少于硅藻土所吸收的，說明硅藻土有良好的保肥性能。以它為載體研制緩控釋肥料，有助于提高土壤的保肥性質，減少肥料由于淋溶而造成的損失。

2.2 包膜尿素室內模擬條件下養分釋放規律

2.2.1

包膜尿素在水中釋放情況。A為聚乙烯醇包膜后的尿素，MA為在A的表面加石蠟和松香密封后制得的包膜尿素。表2、3表明，普通尿素在水中溶解時間為4 min左右，A在水中養分完全溶出的時間為1.5 h，說明聚乙烯醇包膜后肥料養分釋放速度減慢，但釋放速度不均勻，第一、二時間段分別釋放了79.12%、18.32%。MA在5 h左右才完全溶出，且養分釋放速度較均勻，第一、二、三時間段分別釋放了13.52%、22.15%、23.03%，后面逐漸減慢，第四時間段釋放了16.43%，第五時間段釋放了8.70%，以后釋放更少。釋放規律總體符合擴散機制釋放模式。釋放過程包括三個階段：①開始是遲滯期，肥料顆粒內部水分增加至飽和階段，肥料顆粒體積增加，尿素基本不釋放；②當肥料內部水分達到飽和時，肥料開始釋放，進入恒釋期，在此階段膜內外壓力基本保持不變，尿素較勻速地釋放；③隨著養分的逐漸釋放，內部溶液濃度降低，釋放驅動力隨之減小，釋放速率變慢[3]。由此可知，MA的釋放是一個先慢后快再慢的過程，基本符合作物生長過程中對養分的吸收規律。在作物生長初期，由于根系不發達，吸收養分速度較慢；中期根系較發達，吸收養分速率較快；晚期根系逐漸老化，養分吸收速度減慢。

2.2.2

土柱淋溶試驗。圖1、2表明，

第一次淋溶尿素、包膜尿素A、包膜尿素MA氮淋出率分別為81.95%、60.09%、36.68%，第二次淋溶尿素、包膜尿素A、包膜尿素MA氮淋出率分別為0.97%、12.90%、30.62%。由此可知，A和MA都有緩控釋效果，但MA效果更明顯，且釋放速率較均勻。第三次淋溶3個處理都幾乎不再有氮被淋溶出，最后尿素、包膜尿素A、包膜尿素MA累積淋出率分別是82.92%、72.99%、67.32%。從殘留在土柱中的氮來看，尿素為34.16 mg，A為54.02 mg，MA為65.36 mg，可知兩種包膜尿素土柱中殘留氮明顯高于加普通尿素的，特別是加了密封劑的包膜尿素MA的殘留量幾乎是普通尿素的2倍。無論是水溶試驗還是土柱淋溶試驗都證明聚乙烯醇包膜后有一定的緩控釋效果，加密封劑后緩控釋效果明顯提高，并且釋放速度較均勻，大大地減少淋溶造成的養分損失，提高殘留在土壤的氮素含量，使得尿素具有更高的利用率。

3 結論與討論

硅藻土具有很好的保水保肥效果，是緩控釋肥料理想的載體材料。肥料中的硅藻土較少，最初對肥料的緩控釋起到的主要作用是包膜層，但是隨著逐年包膜尿素的施用，硅藻土在土壤中逐漸積累，其對肥料的緩控釋作用越來越明顯，特別是在干旱地區和保水保肥能力較差的沙土中會有更好的使用效果。

從水溶試驗和土柱淋溶試驗的結果可以看出，密封劑的使用使得包膜尿素養分釋放速度明顯減慢，且釋放較勻速。水溶試驗中MA釋放規律總體與擴散機制的釋放模式一致，且符合作物對養分的吸收規律，呈“S”形曲線，幼苗期吸收速度較慢，中期吸收較快，晚期吸收較慢，從而避免早期肥料養分過多而使得幼苗來不及吸收而造成的肥料的流失和浪費。因此，包膜肥料可一次性作為底肥或種肥施入土壤中，不用

追肥，減少勞動力的投入。加密封劑后的包膜尿素大大地減少淋溶造成的養分損失，增加殘留在土柱中的氮素含量。

聚乙烯醇的包膜取得一定的緩釋效果，但由于膜層致

密度不高，通透性大，緩控釋效果較差，松香和石蠟密封后膜層致密度增加，緩釋效果增強。所以，我們把聚乙烯醇包膜，松香石蠟進行密封作為最后緩控釋尿素的包膜方法，并選擇包膜尿素MA進行玉米種植試驗，對其肥效及對土壤氮素營養和脲酶活性的影響進行研究。

所研制的硅藻土為載體包膜尿素的使用不僅可以提高化肥利用率，減少資源的浪費，而且可以減緩由于化肥大量流失而對環境造成的污染，且所用的包膜材料松香、石蠟以及聚乙烯醇在土壤中可自然降解，不會對土壤造成二次污染。因此，它是環保型肥料，對可持續農業的發展有著重要的意義。

參考文獻

[1]張楊珠，陳軍文，黃運湘，等.幾種天然養分載體的保肥供肥特性的研究[J].湖南農業大學學報：自然科學版，2003，29（4）：312-317.

[2] 武志杰，陳利軍.緩釋/控釋肥料：原理與應用[M].北京：科學出版社，2003.

[3] 張海軍，武志杰，梁文舉，等.包膜肥料養分控釋機理研究進展[J].應用生態學報， 2003，14（12）：2337-2341.