兩種工藝包膜尿素的養分釋放特性及其在水稻上的增產效應

茹鐵軍，楊振軍，張天山，吳 舒，肖占梅

（中國-阿拉伯化肥有限公司，河北 秦皇島 066003）

樹脂包膜肥料是目前國內主流的緩控釋肥料產品，特別是以聚氨酯包膜技術為代表的緩控釋肥料產品已經建成了多套生產裝置。Jcam Agri（杰康）株式會社是日本主要的緩釋肥料生產企業，其生產的控釋尿素在水稻上的應用量很大。下面將國內主流的聚氨酯包膜尿素與日本Jcam Agri株式會社的可降解樹脂包膜尿素進行水培法和土培法的養分溶出、肥效等的對比分析，為國內緩釋肥料企業和研究人員提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試肥料

供試肥料：中國-阿拉伯化肥有限公司生產的SACF包膜尿素（44-0-0），植物油聚氨酯包膜工藝產品；Jcam Agri株式會社生產的Meister包膜尿素（41-0-0），光降解樹脂與天然礦粉的包裹涂層型產品；中國-阿拉伯化肥有限公司生產的SACF 15-15-15、18-15-15硝基氯型復合肥。

1.2 試驗方法

1.2.1養分溶出檢測

包膜緩釋肥料的養分溶出評價手段，主要包括水培法和土培法兩種［1］。

1） 水培法 稱取供試肥料樣品10.00 g，置于尼龍網袋中浸入200 mL凈水中，于25 ℃培養。定期取出樣品，并重新用200 mL凈水繼續浸泡。測定浸提液N含量，計算N溶出率、養分釋放期（養分溶出率達80%的天數）。

2） 土培法 稱取2.00 g肥料樣品若干份，放入1 mm網格的扁平尼龍網袋中，封口。在敞口塑料瓶中加入過1 mm篩的風干土150 g，將肥包平放于土層上方，并盡量使化肥顆粒均勻分散開，然后再加入風干土150 g，輕震樣品瓶使土粒進入肥料顆粒之間，加凈水至田間持水量的60%，并定期補水以保持水分恒定，25 ℃培養。定期取樣，肥包取出后用凈水沖洗干凈，拆包后將肥粒倒入研缽中，小心研碎，再用凈水充分溶解，測定浸提液的N含量。計算出肥料中的殘留N含量，并用差減法計算N溶出率。

1.2.2田間試驗田間試驗作物為水稻，分為小區試驗和田間示范2種。小區試驗3次重復，田間示范不設重復。

2 結果與分析

2.1 包膜尿素養分溶出

圖1 SACF包膜尿素與Meister包膜尿素養分溶出對比

這兩種包膜尿素的養分溶出對比見圖1。測試所用的Meister包膜尿素由Meister 8型（直線型釋放產品，牌號標識土壤25 ℃養分釋放期（溶出率達80%的天數）約50 d）與Meister S9型（S型釋放產品，牌號標識土壤25 ℃養分釋放期約65 d）按一定比例摻混而成。由圖1a.可見，SACF包膜尿素水培養分釋放為直線型，25 ℃養分釋放期約為66 d；而Meister包膜尿素水培養分釋放略呈現S型，25 ℃養分釋放期約為55 d。由圖1b.可見，在土中培養情況下，SACF包膜尿素養分釋放為直線型，25 ℃養分釋放期約為68 d；而Meister包膜尿素土培養分釋放略呈現S型，25 ℃養分釋放期約為63 d。

水培法簡單易行，重現性好，但沒有涉及膜層周圍土壤微環境對養分溶出與膜層結構的影響。包膜肥料最終是要施用到土壤中的，在土壤中的養分緩釋性能如何才是最真實和有價值的。對于某些膜材，如EVA（乙烯共聚物）蠟涂層是一種良好的包膜阻水材料［2］，但因為蠟的小分子性能，很容易在土壤微生物作用下發生降解，進而造成土培法養分溶出數據明顯快于水培法的情況。

圖1a.與圖1b.對比可知，這兩種包膜尿素在凈水和土壤介質中的養分溶出曲線基本一致，這表明膜層結構穩定，養分溶出不受土壤微觀環境的影響。只是Meister包膜尿素在土壤中的養分釋放期較凈水中由55 d延長到63 d，這可能與該包膜尿素在土壤中的養分擴散速度較水中更慢有關。

Jcam Agri株式會社對包膜尿素的養分檢測是將包膜尿素混入土壤中，定溫定濕培養，然后肥土分離測定肥芯中的氮含量，進而繪制溶出模擬曲線，因此Meister包膜尿素的標識養分溶出數值全部是土壤介質的，這一點值得我們借鑒。

2.2 包膜材料的再生性與可降解性

隨著包膜緩釋肥料在農業上應用增多，對包膜材料的環保性與降解性的關注度也日益增加。在歐盟，特種肥料產品在監管層面受到越來越多的審查，新版《歐洲肥料法規》（2019年7月簽署）要求，從2024年7月起包膜控釋肥料中使用的聚合物必須是可生物降解的，且在所要求的化肥產品功能期結束后48個月內至少90%降解為二氧化碳、水和生物質［3］。目前，我國對樹脂包膜肥料膜材的降解性及其降解產物的關注有所增多，但依然停留在初級層次，這需要引起研究者和相關企業的重視。

SACF包膜尿素采用的是天然植物油聚氨酯包膜技術，膜材的生物降解測試曲線（采用受控推肥法（GB/T 19277—2003））見圖2。由圖2可見，42 d時，膜材降解率超過了15%，因此該植物油基聚氨酯膜材是有一定降解性的（參考HJ/T 209—2005，要求生物降解型膜包裝制品降解率≥15%）。

圖2 SACF包膜尿素膜材生物降解性能

日本Meister包膜尿素膜材是光降解樹脂與天然礦粉的混合物，其在耕作等的外壓與陽光的照射下，逐漸龜裂并破裂化，最終在土壤微生物的作用下降解為一氧化碳和水，因此具有較好的降解性。

2.3 兩種包膜尿素在水稻上的肥效驗證

供試水稻品種為五優稻4號，試驗地點在黑龍江省五常市安家鎮。土壤類型為黑土型水稻土，肥力中等，供試土壤基本理化性質見表1。

表1 供試土壤基本理化性質

2.3.1試驗設計

小區試驗設3個處理，面積50 m2，3次重復，耙地前施肥，手工插秧，株距為32 cm×20 cm。示范試驗設3個處理，面積200 m2，不設重復，耙地后施肥，其他同小區試驗。各處理施肥方案見表2，遵循667 m2（畝）施純氮8 kg的原則，肥料均一次性底施，栽培技術和田間管理措施一致。

表2 包膜尿素水稻田間試驗施肥說明

2.3.2田間試驗結果與分析

不同處理的水稻生育期見表3。

由表3可以看出，處理2和處理3分蘗期、抽穗期、成熟期較處理1早1～2 d。并且從田間長勢觀察來看，處理2和處理3整個生育期生長旺盛，根系多，葉片肥厚，莖稈粗壯，均為活稈成熟，整個生育期無脫肥現象，特別是處理3長勢更旺。

小區田間試驗結果見表4，示范試驗結果見表5。

表4 不同包膜緩釋肥處理小區試驗結果

表5 不同包膜緩釋肥處理示范試驗結果

由表4和表5可以看出，處理2（SACF包膜尿素）和處理3（Meister包膜尿素）產量明顯高于處理1（參照），其中小區試驗分別增產18.8%和23.2%；示范試驗分別增產20.9%和25.0%。同時包膜緩釋肥處理的實粒數和穴穗數明顯高于處理1（參照），這表明緩釋肥處理2和3氮素供應更充足，田間長勢也很好地驗證了一點，因此包膜緩釋尿素在水稻上具有較好的應用前景。另外，小區試驗和示范處理均是處理3（Meister包膜尿素）的增產效果略好于處理2（SACF包膜尿素），增產幅度在3%～4%，這表明Meister包膜尿素的氮素養分釋放與水稻的需氮規律更吻合，這可能與其S型養分釋放曲線有關。

3 結論

SACF包膜尿素溶出曲線為直線型，Meister包膜尿素溶出曲線略呈現S型，凈水介質中養分釋放期分別為66 d和55 d，兩種包膜尿素在土壤中的養分釋放期分別為68 d和63 d；水培法與土培法養分釋放數據基本一致，膜層結構穩定，養分溶出不受土壤微觀環境的影響。

兩種工藝包膜尿素在水稻上的田間肥效對比試驗表明，與對照處理相比，SACF包膜尿素和Meister包膜尿素小區試驗分別增產18.8%和23.2%，示范試驗分別增產20.9%和25.0%，增產顯著。