控釋肥料釋放期測定方法研究*

梅丹丹，張文輝,，萬亞珍,，鄭克曉

(1 河南力浮科技有限公司，河南 鄭州 452376；2 鄭州大學化工與能源學院，河南 鄭州 450001)

控釋肥料是能夠控制養分供應速度的肥料，是緩釋肥料的高級形式。該類肥料采用高分子聚合物包膜，通過包膜來控制養分釋放，既可提高肥料養分利用率又使農業增產增收，是我國農業技術服務推廣中心在全國重點推廣的新型肥料之一，尤為合適機械化種肥混播的需要[1-5]。控釋肥養分釋放主要受包膜厚度和土壤溫度的影響；相同的控釋肥料施入不同溫度地區的土壤后，肥料的養分釋放速率也不同，同一種肥料在平均溫度低的地區釋放期更長，在平均溫度高的地方，釋放期則相應縮短[6-10]。目前，缺乏不同溫度與控釋肥釋放期相關性的研究，因此，非常有必要進行不同溫度與控釋肥釋放期相關性的研究，從而快速預測控釋肥在不同溫度地區的釋放期，也為不同溫度地區控釋肥的生產和施用提供理論數據支持。

我公司研制的小麥專用控釋拌種復合肥，營養齊全，養分控制釋放；以改性廢棄油脂為包膜材料，成本降低，綠色環保；可以與小麥種子混播，解決了復合肥因拌種燒苗的問題，既保證了種子前期生長對營養的需求，又提高了拌種肥養分利用效率，特別適合機械化種肥混播的需求，可大大節省施肥費用。

本研究以三種小麥專用控釋拌種肥為研究對象，其肥芯養分配比均為15:15:15(N:P2O5:K2O)，是高含量的控釋復合肥，通過研究不同溫度與小麥專用控釋拌種肥釋放期的相關性，為不同溫度地區的控釋肥釋放期快速預測提供較為便捷的方法，也為不同溫度地區小麥專用控釋拌種肥的生產和施用提供數據指導。

1 實 驗

1.1 供試材料和測定方法

選擇三種不同釋放期的小麥專用控釋拌種肥，分別為控釋肥A、控釋肥B、控釋肥C(河南力浮科技有限公司提供)，養分含量均為15:15:15(N:P2O5:K2O)，粒徑為2.5～3 mm。實驗設置5 ℃、15 ℃、25 ℃、100 ℃四個溫度條件進行控釋肥在靜水中的浸提實驗，養分釋放率以氮素為準。

1.2 實驗內容與方法

控釋肥在100 ℃、25 ℃、15℃、5℃條件下靜水浸提及氮含量測定實驗。控釋肥在100 ℃、25 ℃、15 ℃、5 ℃條件下凈水浸提實驗參照控釋肥料行業標準HG/T 4215-2011中6.7.3.3操作進行；浸提液中氮含量測定按GB 8572中規定的方法進行測定。

2 結果與討論

2.1 三種控釋肥在不同溫度下的氮素釋放特性分析

2.1.1 三種控釋肥在25 ℃靜水中的氮素釋放特性分析

圖1 三種控釋肥25 ℃下氮素累積釋放曲線

2.1.2 三種控釋肥在5 ℃靜水中的氮素釋放特性分析

三種控釋肥在5 ℃下氮養分累積釋放曲線見圖2。

圖2 三種控釋肥5 ℃下氮素累積釋放曲線

由圖2可明顯看出，與25 ℃靜水浸提實驗相比，控釋肥A和控釋肥B在溫度降低后，釋放期延長了很多，但釋放趨勢總體上大致一樣，而肥料C則表現出比較明顯的在前期釋放特別少，中期釋放速率加快，但后期變得緩慢了許多。通過三種肥料的釋放特性曲線擬合后得到曲線方程，可計算出控釋肥A、控釋肥B和控釋肥C在5 ℃靜水中的釋放期分別為103.41 d、103 d和111.2 d。

2.1.3 三種控釋肥在15 ℃靜水中的氮素釋放特性分析

三種控釋肥在15 ℃靜水中的釋放曲線如圖3所示。

圖3 三種控釋肥15 ℃下氮素累積釋放曲線

由圖3可明顯看出，隨著溫度從5 ℃升高為15 ℃，三種肥料的釋放期在緩慢的減小。通過對三種控釋肥的氮素釋放累積曲線進行擬合得到曲線方程，可由變量代入計算出15 ℃條件下三種控釋肥的釋放期分別為78.4 d、92.97 d和101.19 d。

2.1.4 三種控釋肥料在100 ℃靜水中的氮素釋放特性分析

三種控釋肥在100 ℃靜水中的釋放曲線如圖4所示。

(2) 碳酸鹽巖裂隙巖溶水：分布于區內東、北側，含水層由二疊系上統灰巖組成，巖溶較發育。地下水主要賦存于溶洞及裂隙帶中，中等富水。主要接受松散巖孔隙水、區域巖溶水的補給。地下水動態受降水影響，隨季節變化。

圖4 三種控釋肥100 ℃下氮素累積釋放曲線

由圖4可知，在100 ℃恒溫浸提實驗中，三種小麥專用控釋拌種肥的氮元素累積釋放曲線均呈現倒“L”型，與25 ℃三種拌種肥的恒溫浸提實驗相比，氮養分的釋放速率顯著增加，氮養分釋放速率達到80%以上浸提所用的時間分別是4.3 h，4.3 h和6.2 h，與25 ℃靜水浸提中三種控釋肥的釋放期58 d，55 d，64 d相比，時間大大縮短；這主要是因為：小麥專用控釋拌種復合肥的包膜材料為改性廢棄油脂包膜材料，屬于聚合物包膜材料，養分控釋機理為擴散機制：當水分子浸潤包膜材料使膜上產生微孔，水分子進入膜內，溶解膜內的肥料養分，由于膜內外的養分濃度梯度，初始階段膜外養分濃度小，膜內養分濃度高，養分在該推動力的作用下，養分從膜內向膜外擴散；隨著溫度從25 ℃升到100 ℃，水分子向膜內擴散的速度大大加快，養分從膜內向膜外擴散的速率也大大提高，從而使氮養分釋放曲線由25 ℃靜水中的“S”型轉變為倒“L”型。

2.2 控釋肥不同溫度下釋放期的快速預測研究

同一種肥料不同的溫度條件下有不同的控釋期，假設同一種肥料對溫度的變化是線性的，根據實驗數據建立該種肥料在不同溫度下的釋放期預測模型曲線，這樣在不同溫度地區，直接將當地的溫度數值代入模型即可立即獲得該種包膜控釋肥在該地區的釋放期，將會大大降低不同溫度地區包膜控釋肥釋放期的檢測難度。

以溫度為橫坐標，釋放期為縱坐標，利用Origin軟件作圖并對三種小麥專用控釋拌種肥的釋放期與溫度的關系曲線進行擬合，見圖5和表1，其中y表示釋放期，單位是天(d)，T表示溫度，單位是℃，本公式的溫度定義域區間為0～100 ℃。

圖5 三種控釋肥不同溫度下釋放期預測模型曲線

表1 三種肥料在不同溫度條件下的釋放期預測模型方程

根據表1，在不同溫度地區直接將當地溫度數值代入公式，即可計算出三種控釋肥在當地溫度條件下的釋放期。

3 結 論

本文主要研究了三種小麥專用控釋拌種肥在不同溫度條件下的氮素累積釋放特性，并且建立了不同溫度條件下三種控釋肥的釋放期快速預測模型方程，主要結論如下：

(1)在5 ℃、15 ℃、25 ℃靜水浸提實驗中，三種小麥專用控釋拌種肥的氮養分累積釋放特性曲線均呈現“S”型，前期養分釋放較為緩慢，中間階段養分釋放速率加快，達到“高峰期”后，養分釋放速率又變得較為緩慢，即氮養分釋放的“遲滯期”、“高峰期”和“衰退期”；隨著溫度的降低，三種控釋肥的釋放期均延長了很多；在100 ℃條件，三種控釋肥釋放期大大縮短，氮養分釋放特性曲線呈現倒“L”型，這主要是因為：小麥專用控釋拌種復合肥的包膜材料為改性廢棄油脂包膜材料，屬于聚合物包膜材料，養分控釋機理為擴散機制：當水分子浸潤包膜材料使膜上產生微孔，水分子進入膜內，溶解膜內的肥料養分，由于膜內外的養分濃度梯度，初始階段膜外養分濃度小，膜內養分濃度高，養分在該推動力的作用下，養分從膜內向膜外擴散；隨著溫度從25 ℃升到100 ℃，水分子向膜內擴散的速度大大加快，養分從膜內向膜外擴散的速率也大大提高，從而使氮養分釋放曲線由25 ℃靜水中的“S”型轉變為倒“L”型。

(2)建立了三種小麥專用控釋肥在不同溫度下釋放期快速預測模型：

肥料A：yA=-0.0159T2-2.75T+116.55

肥料B：yB=0.016T2-2.82T+121.33

肥料C：yC=0.0145T2-2.73T+128.97

這為不同溫度地區的包膜控釋肥釋放期快速預測提供了簡便快捷的方法，也為不同溫度地區包膜控釋肥的生產和施用提供數據指導。