馬尾松袋控緩釋肥中氮素的釋放特性研究

潘 波，蔣 華，羅 蜜，梁乃鵬，曹繼釗，唐 健，鄧小軍

（1.廣西壯族自治區林業科學研究院，廣西南寧 530002；2.全州縣咸水林場，廣西全州 541511；3.北京林業大學，北京 100083；4.廣西壯族自治區國有維都林場，廣西來賓 546100）

目前，林木施肥費時費工等問題較突出；林木肥料以速效性為主，通常情況下，傳統施肥2 個月后，肥料中90%以上的氮和鉀元素通過隨水流失、地面揮發和地下滲透等途徑被消耗，75%以上的磷元素也會在3 個月內被土壤固定，難以持續供給植物養分[1-4]。研制高質、高效且生態環保的新型肥料是提高肥料利用率的重點，其中緩控釋肥已成為肥料創新研究和技術革新的熱點[5-9]。本研究通過盆栽埋袋釋放試驗，研究不同馬尾松袋控緩釋肥中養分的釋放特性和流失情況，可為減少肥料流失率、提高林木產量和品質提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用肥料為3 種馬尾松袋控緩釋肥和1 種馬尾松專用肥。4 種復合肥料的原料氮肥均為尿素（N），磷肥均為鈣鎂磷肥（P2O5），鉀肥均為氯化鉀（K2O），N∶P2O5∶K2O 均為16∶6∶10。3 種馬尾松袋控緩釋肥料采用的是獲得國家專利的復層材料袋包，3 者的區別為袋包材料配方不同；馬尾松專用肥料采用的是100 目尼龍網袋封裝，為普通復混肥料[10]。

供試的1年生馬尾松苗由廣西壯族自治區林業科學研究院培育，各植株生長基本一致，無病蟲害，根系發育良好，已達到出圃要求。供試容器為塑料花盆，內徑為28 cm，高為35 cm[10]。

在廣西壯族自治區林業科學研究院試驗基地（108°21'E，22°55'N）開展盆栽試驗。所用土壤為紅壤基質，有機質含量為12.56 g/kg，pH 值為4.50，堿解氮含量為148.7 mg/kg，有效磷含量為1.2 mg/kg，速效鉀含量為34.0 mg/kg。

1.2 試驗設計與方法

試驗共設置4 組，使用的肥料均為20 g。其中，F1、F2 和F3 分別為3 種不同馬尾松袋控緩釋肥，F4為馬尾松專用肥。將處理好的小袋肥料（10 g/袋）施入土壤，再覆蓋一層約3 cm 的厚細土，定植1 棵植株，每盆裝土8 kg，施2 袋肥料。每組試驗設置5個處理，3 次重復。盆底部設有接水容器，用于接收滲透水。種植后每3 ～6 天澆水1 次，澆水量為400 mL，取樣前1 天澆水600 mL。共采樣6 次，分別為試驗開始后的第47、99、175、279、354 和447天，收集每個盆栽的土壤、肥料、植株和水樣品，進行檢測與分析。

1.3 樣品采集

準備干凈的塑料布和塑封袋。采樣時，將盆栽中的基質全部倒在塑料布上，采用四分法取多于1 kg 的土壤裝入塑封袋中，并做好記錄。在實驗室內，將土壤風干并研磨過1 mm 孔徑的篩子，封裝備用。

用去離子水將植株樣本洗凈，切碎烘干48 h，磨細過篩，備用。

采樣時，量取接水容器中水溶液的總體積，并做好記錄。過濾后，量取約200 mL的水溶液裝入塑料瓶中，密封保存，備用[11]。

將肥料全部轉入預先稱重的稱量瓶中，60 ℃烘干，備用[12]。

1.4 測定方法

土壤各項理化性質指標采用常規方法[13]測定；采用物理稱重法[13]計算總質量損失率；采用GB/T 23348-2009[14]中的公式計算養分釋放率。

1.5 數據處理

采用Excel 2007軟件進行統計與分析。

2 結果與分析

2.1 4種肥料的氮素釋放差異

4 種肥料的氮剩余量均隨著肥料施放時間的延長呈L 型變化，前期下降速率快，中后期較緩慢（圖1）。F1、F2 和F3 的變化曲線差異較小，說明不同配方制成的紙布復合材料在緩釋性能方面差異不大。F4 的下降速度較F1 、F2 和F3 快，在肥料施放的前47 天，其絕大部分氮素養分已釋放。說明馬尾松袋控緩釋肥的氮養分釋放量遠低于普通復混肥。

圖1 不同肥料的氮剩余量Fig.1 Nitrogen residue of different fertilizers

在肥料施放的前47 天，F1、F2 和F3 的氮累積釋放率分別為17.24%、10.91%和16.21%，F4的氮累積釋放率為83.63%；至肥料施放的第175 天，F1、F2和F3 的氮累積釋放率分別為84.11%、81.06%和68.54%，F4 的氮累積釋放率為98.88%，基本釋放完畢；至肥料施放的第354天，F1、F2和F3的氮累積釋放率分別為89.57%、92.13%和83.63%（圖2）。

圖2 不同肥料的氮累積釋放率Fig.2 Accumulative nitrogen release rate of different fertilizers

2.2 4種肥料的氮素釋放率及釋放特征

肥料養分釋放是各元素的集中釋放，通常用物理稱重法來測定其總重量損失率、化學法測定各養分元素的釋放率。本研究先用化學法測算實際的氮釋放率、物理稱重法測定肥料的總質量損失率，然后建立兩者之間的關系模型，并進行預測。

2.2.1 F1肥料氮釋放率及釋放特征預測模型的建立

F1 肥料中，氮累積釋放率與養分總質量損失率的變化曲線見圖3。氮累積釋放率曲線的R2為0.833，肥料養分總質量損失率曲線的R2為0.948。幼齡期馬尾松在施肥后的前47 天對氮素的吸收較少，可認為肥料養分的總質量損失率與總養分流失率相同。經計算，與F4 相比，F1 的總養分流失率減少了37.18%。采用一元二次方程建立F1 肥料氮累積釋放率與總質量損失率的關系模型（圖4），模型表達式為：

式中，x表示物理法測定的總質量損失率，y表示化學法測定的氮累積釋放率。該模型的預計精度R2為0.992，精度較高，可滿足生產需求。

圖3 F1肥料氮累積釋放率與總質量損失率的變化曲線Fig.3 Change curves of accumulative nitrogen release rate and total mass loss rate in F1 fertilizer

圖4 F1肥料氮累積釋放率與總質量損失率的相關性曲線Fig.4 Correlation curves between accumulative nitrogen release rate and total mass loss rate in F1 fertilizer

2.2.2 F2肥料氮釋放率及釋放特征預測模型的建立

F2 肥料中，氮累積釋放率與養分總質量損失率的變化曲線見圖5。氮累積釋放率曲線的R2為0.769，肥料養分總質量損失率曲線的R2為0.879。與F4 相比，F2 的總養分流失率減少了35.63%。采用一元二次方程建立F2 肥料氮累積釋放率和總質量損失率的關系模型（圖6），模型表達式為：

該模型的預計精度R2為0.958，精度較高，可滿足生產需求。

圖5 F2肥料氮累積釋放率與總質量損失率的變化曲線Fig.5 Change curves of accumulative nitrogen release rate and total mass loss rate in F2 fertilizer

圖6 F2肥料氮累積釋放率與總質量損失率的相關性曲線Fig.6 Correlation curves between accumulative nitrogen release rate and total mass loss rate in F2 fertilizer

2.2.3 F3肥料氮釋放率及釋放特征預測模型的建立

F3 肥料中，氮累積釋放率與養分總質量損失率的變化曲線見圖7。氮累積釋放率曲線的R2為0.904，肥料養分總質量損失率曲線的R2為0.952。與F4 相比，F3 的總養分流失率減少了37.53%。采用一元二次方程建立F3 肥料氮累積釋放率和總質量損失率的關系模型（圖8），模型表達式為：

該模型的預計精度R2為0.961，精度較高，可滿足生產需求。

圖7 F3肥料氮累積釋放率與總質量損失率的變化曲線Fig.7 Change curves of accumulative nitrogen release rate and total mass loss rate in F3 fertilizer

圖8 F3肥料氮累積釋放率與總質量損失率的相關性曲線Fig.8 Correlation curves between nitrogen accumulative release rate and total mass loss rate in F3 fertilizer

2.2.4 F4肥料氮釋放率及釋放特征預測模型的建立

F4 肥料中，氮累積釋放率與養分總質量損失率的變化曲線見圖9。 氮累積釋放率曲線的R2為0.692，肥料養分總質量損失率曲線的R2為0.979。采用一元二次方程建立F4 肥料氮累積釋放率和總質量損失率的關系模型（圖10），模型表達式為：

該模型的預計精度R2為0.921，精度較高。

圖9 F4肥料氮累積釋放率與總質量損失率的變化曲線Fig.9 Correlation curves between nitrogen accumulative release rate and total mass loss rate in F3 fertilizer

圖10 F4肥料氮累積釋放率與總質量損失率的相關性曲線Fig.10 Correlation curves between accumulative nitrogen release rate and total mass loss rate in F4 fertilizer

通過肥料總質量損失率估算氮累積釋放率，以此來評價氮的實際累積釋放特征，該方法是可行的，其精度取決于計算值與實測值兩者的誤差。經實測值擬合方程（圖3、5、7、9）計算，F1、F2、F3 和F4在肥料施放的前47天，在土壤中養分的總質量損失率分別為6.70%、8.25%、6.35%和43.88%，分別將其代入相關方程，得到的氮累積釋放率分別為18.39%、14.15%、19.49%和84.81%。經實測值擬合方程計算，在肥料施放的前47天，F1、F2、F3和F4四種肥料氮累積釋放率的實際值分別為17.24%、10.91%、16.21%和83.63%，兩者相對誤差分別為1.15%、3.24%、3.28%和1.18%。F1、F2 和F3 氮累積釋放率分別為89.57%、92.13%和83.63%，將其分別代入相關方程，得到的總養分損失率分別為28.23%、24.50%和25.35%。

3 結論與討論

埋袋處理的前47天，馬尾松袋控緩釋肥的氮流失率比普通造粒復混肥分別減少了66.39%、72.72%和67.42%，總養分流失率分別減少了37.18%、35.63%和37.53%。馬尾松袋控緩釋肥在施放的前47 天，其養分釋放速率與普通復混肥相比，明顯較慢。這可能與袋包材料中的外層牛皮紙有關，牛皮紙在土壤中的降解時間約為30 天，在這個時間段，肥料與土壤分離，肥料養分不釋放；當牛皮紙開始降解后，土壤中的水分透過空隙大量滲入肥料包，氮素被水分子融解后，其離子可通過非織造布上的孔隙向外滲透。袋控緩釋肥養分的緩慢釋放，可提高植物對有效養分的吸收利用，在一定程度上減少肥料養分的流失；普通復混肥養分集中且快速地釋放，增加了養分流失的可能性[10]。3 種馬尾松袋控緩釋肥與普通復混肥建立的預測模型[12]均精度較高，可滿足生產需求。