不同土壤淋洗方式下有機—無機復(fù)合材料膠結(jié)包膜肥料鉀素溶出速率比較

1、不同土壤淋洗方式下有機無機復(fù)合材料膠結(jié)包膜肥料鉀素溶出速率比較摘 要：應(yīng)用由水基成膜法研制的4種有機無機復(fù)合材料膠結(jié)包膜肥料（B2、PS、F2、F2F）進行土柱淋洗試驗，研究其在不同土壤類型條件下的鉀素溶出規(guī)律。結(jié)果表明：4種膠結(jié)包膜肥料在48d內(nèi)鉀素累積溶出率為44.02%（紅壤） 34.59%（褐土） 25.92%（黑土）。同一種膠結(jié)包膜肥料在紅壤、褐土和黑土中的鉀素瞬時溶出率峰值出現(xiàn)時間一致（以B2為例）；鉀素溶出峰值之前，瞬時溶出率在2 13 d內(nèi)為紅壤 褐土 黑土，鉀素峰值溶出率為10.39%（紅壤） 7.09%（褐土） 5.99%（黑土），而峰值過后，三土壤間瞬時溶出率差異不顯著（

2、P 0.05）。說明包膜肥料本身釋放鉀素的速率受不同質(zhì)地的土壤影響較小，但其淋出量受土壤影響較大。關(guān) 鍵 詞：水基成膜；有機- 無機復(fù)合材料；膠結(jié)；包膜；土壤類型；淋洗緩/控釋肥料目前主要應(yīng)用在經(jīng)濟作物和高爾夫球場，限制其在農(nóng)業(yè)上廣泛應(yīng)用的主要制約因素為：一是緩/控釋肥料成本高，主要是緩/控釋材料價格高，制備工藝復(fù)雜；二是包膜設(shè)備規(guī)模小，費用高；三是目前的包膜材料進入土壤很難降解，降解周期30 50 a，連年施用將對土壤造成污染；四是價格與產(chǎn)出很難達到兼容；五是目前的緩/控釋肥料大部分都是單質(zhì)型，以氮為主進行包膜，而忽略磷鉀的緩釋。鉀素目前當(dāng)季的利用率較低（ 60%）1,2，由于土壤的吸附和固

3、定作用，鉀素在大多數(shù)土壤中移動緩慢，淋失損失不是主要問題。但是在鉀素固定強度高的土壤中，鉀肥因固定會降低肥料的當(dāng)季利用率；其次在南方降雨量高的地區(qū)、沙質(zhì)土壤以及水稻土壤中鉀肥損失也是很值得注意的問題。因此，鉀肥也需要加以控制釋放35，以提高它的利用效率和延長肥效期。雖然鉀素對環(huán)境的危害不如氮和磷，但是鉀肥礦產(chǎn)資源是有限的，尤其是我國鉀礦資源匱乏，節(jié)約鉀肥資源也是制造緩/控釋鉀肥的因素之一。另外，由于緩/控釋肥料的種類很多，其緩/控釋的機理也不盡相同，因此，評價其養(yǎng)分釋放特性的方法也有區(qū)別，沒有確定而統(tǒng)一的緩/控釋肥料評價指標(biāo)，目前較為廣泛應(yīng)用的是土柱淋洗方法，但是由于不同土壤物理化學(xué)性質(zhì)不同，

4、評價結(jié)果也不甚一致。研制具有一定緩釋效果、成本低且易降解的緩/控釋肥料是緩/控釋肥料今后發(fā)展的新方向，建立快速合理的肥料檢測方法對肥料行業(yè)的管理和企業(yè)的生產(chǎn)銷售具有重要的實際意義7,8。因此，針對上述存在的問題，筆者以氮磷鉀化肥為原料，通過試驗研究，探索利用微乳化和高剪切技術(shù)，以水為主要溶劑原料，通過對不同添加物質(zhì)和包膜材料的篩選及配伍，研制出四種低成本、易降解、具有不同緩釋作用和性價比的有機無機復(fù)合材料；通過圓盤噴霧造粒技術(shù)，制備出四種有機無機復(fù)合材料膠結(jié)包膜型緩/控釋肥料，并評價了其工藝性能和生物學(xué)效應(yīng)。本文的主要目的是利用研制出的4種有機無機復(fù)合材料膠結(jié)包膜型緩/控釋肥料，對其進行不同土

5、壤淋洗方式下的鉀素溶出速率的對比研究，以期為將來緩控釋肥料的快速評價方法的建立及鉀肥的高效利用提供理論基礎(chǔ)，目前對此方面的研究少見報導(dǎo)。1 材料與方法1.1材料1.2 方法土柱淋洗試驗裝置見圖1。淋洗管（砂芯型號：G3）下端砂芯上鋪平一層面積與砂芯面積相同的定量濾紙，分別取過1 mm篩子的三種土壤各100 g分別置于不同的淋洗管下端，用蒸餾水濕潤土柱（2 3次），使土柱達到飽和，晃動土柱，使土面平整，待淋洗管下端不流出水后，靜置2 h左右。然后迅速將2.00 g有機無機復(fù)合材料膠結(jié)包膜肥料放在飽和的土柱上面，輕晃土柱，使肥料鋪平，立刻再將20 g對應(yīng)的土壤放在肥料上面，輕晃，使土面平整。土面上

6、再放大小相當(dāng)?shù)囊粚訛V紙，鋪平。用10ml蒸餾水濕潤肥料上面的20 g土柱（根據(jù)試驗所得，使20 g土柱恰好飽和所需水10 ml），靜置2h，然后用20 ml蒸餾水淋洗土柱，并收集濾液。取樣時間為2、4、8、13、18、24、30、36、42、48 d（共10次）。每次收集濾液前向容器中滴加1滴濃硫酸，并定容至100ml，3次重復(fù)，同時作空白試驗。鉀素瞬時溶出率（%）=（各肥料處理每次淋濾液總鉀含量 - 空白處理每次淋濾液總鉀含量）/肥料鉀含量 100%；鉀素累積溶出率（%）= (各肥料處理前n次淋濾液鉀含量總和 - 空白處理前n次淋濾液總鉀含量 / 肥料鉀含量) 100%（n= 1 10）。1

7、.3 測定項目淋濾液全鉀，火焰光度計法。2結(jié)果分析2.1同一種土壤不同包膜肥料鉀素溶出率從表3肥料鉀素在褐土中的溶出情況看出，對于土壤5（褐土），五種肥料鉀素溶出率各不相同?？傮w規(guī)律都呈現(xiàn)低高低的變化趨勢，但其變化幅度、鉀素溶出速率卻各不相同。NPK處理鉀素初期溶出率為零，至第4 d達到5.47%，至第8 d驟升為27.22%，接近30%，說明NPK處理鉀素溶出率基本上是一次釋放出來的。四種包膜肥料鉀素溶出曲線要緩和得多，表現(xiàn)出了一定的緩釋性能。初期鉀素溶出率都為零，之后逐漸升高，B2至第18 d達到鉀素溶出峰值，PS、F2和F2F至第13d達到溶出高峰值，峰值相比為B2(7.09%) PS(

8、7.53%) F2(9.78%) PS(1.78%) F2(1.19%) F2F(0.56%)。說明在峰值之前同一時間段內(nèi)鉀素溶出率為B2最低，PS、F2、F2F依次升高，峰值之后逐漸變化為B2最高，PS、F2、F2F依次降低。在紅壤和黑土中4種包膜肥料的鉀素瞬時溶出率的規(guī)律及其區(qū)別與褐土的相同。從表4肥料鉀素在褐土中累積溶出率看出，至第48d止，五種肥料的鉀素累積溶出率為B2 (34.59%) PS(36.24%) F2(39.8%) F2F(41.84%) PS F2 F2F。四種包膜肥料在紅壤和黑土中的變化與褐土的大致相同，這里不再論述。2.2 同一種包膜肥料不同土壤鉀素溶出率我們在前面

9、分析過，鉀素從膜內(nèi)釋放出來的主要方式為擴散，因此膜內(nèi)外的水蒸氣壓差、鉀素濃度可能對其釋放量有一些影響。從表3看出，同一種包膜肥料在三種土壤中的鉀素瞬時溶出率雖然峰值出現(xiàn)時間一致(B2為第18 d后，PS、F2、F2F為第13 d后)，但是鉀素溶出率不同。對B2包膜肥料，鉀素溶出峰值之前，瞬時溶出率在2 13 d為紅壤（0.19%、0.72%、5.84%、7.96%) 褐土 (0.00%、0.4%、1.86%、4.11%) 黑土 (0.00%、0.12%、1.18%、2.97%)，峰值鉀素溶出率紅壤(10.39%)褐土(7.09%) 黑土(5.99%)，而峰值過后，三土壤之間大小不確定。B2包膜

10、肥料鉀素累積溶出率（表4）在三種土壤里為紅壤 (44.02%) 褐土 (34.59%) 黑土(25.92%)。PS、F2、F2F鉀素溶出率在三種土壤里的變化趨勢與B2相同。由此得出的可能結(jié)論是包膜肥料本身養(yǎng)分釋放速率受不同質(zhì)地的土壤影響較小，但其淋出量受其影響較大。2.3 預(yù)測方程通過對四種有機無機復(fù)合材料膠結(jié)包膜肥料鉀素釋放量與培養(yǎng)時間進行回歸擬合分析，可以預(yù)測膠結(jié)包膜肥料在任何時間段的釋放量，對于企業(yè)生產(chǎn)、指導(dǎo)農(nóng)民施肥和田間管理具有重要的參考意義。從表5可看出，在三種土壤中，4種有機無機復(fù)合材料膠結(jié)包膜肥料擬合方程都達到了顯著水平，最佳的適合方程為一元二次方程。但同一種包膜肥料在三種土壤中

11、及不同肥料在同一土壤中預(yù)測方程不同。說明有機無機復(fù)合材料膠結(jié)包膜肥料鉀素的釋放受到肥料本身與土壤性質(zhì)雙重影響。3討論由于三種土壤處于濕潤狀態(tài)，鉀素釋放出來后主要分為兩部分，一是與周圍土壤的交換；二是淋溶下移過程中與土壤的交換，由于土壤定期的進行水淋洗，所以二者過程中以后者活動為主。下面分別將這兩個活動的可能的交換過程分析一下。由于鉀離子為一價陽離子，在與土壤的吸附、固定和解析的過程中受到土壤質(zhì)地、粘粒、CEC、有機無機膠體、粘土礦物類型和pH的影響，這些因素對鉀離子影響的同時可能影響到肥料對鉀離子的釋放。有機膠體對陽離子的吸附量通常是無機膠體的幾十至幾百倍，有機膠體的含量與有機質(zhì)的含量相關(guān)；C

12、EC大，交換能力強；粘粒一般帶負電荷，主要對三價鐵和鋁吸附，對鉀離子的吸附很弱。由于土壤對鉀一般不發(fā)生配位吸附，主要發(fā)生物理化學(xué)吸附。雖然土壤粘土礦物、金屬氧化物、有機質(zhì)等土壤膠體均能夠以離子交換吸附的形式吸附鉀，但不同土壤膠體對鉀吸附能力不同。影響土壤膠體對鉀吸附選擇性的土壤化學(xué)和物理化學(xué)因素，包括溶液的離子種類和強度、離子半徑大小、離子電荷數(shù)、土壤pH、土壤水分含量和和土壤溫度。無機膠體對鉀吸附選擇性大小為白云母 黑云母 蛭石 蒙脫石。對三種土壤來說，同為鉀離子，離子本身性質(zhì)的影響沒有，又是同一溫度下的飽和水溶液，所以影響鉀吸附解析的主要是溶液pH，低pH有利于鉀的解析。所以紅壤對鉀的吸附

13、性最小。綜上所述，三種土壤對肥料釋放鉀離子可能起到促進作用的大小為黑土 褐土 紅壤。另外，包膜肥料施入到土壤后，由于其含量很高，膜內(nèi)外濃度差很大，會逐漸的釋放大量的銨離子到溶液中，打破土壤固相與液相中離子的平衡，而黑土由于其緩沖作用大，對突如其來的大量的鉀離子的吸附要大于褐土和紅壤，將其吸附到土壤固相上，溶液中鉀離子的濃度相對較小，有利于肥料里鉀素的進一步釋放；紅壤緩沖作用小，大量鉀離子釋放到紅壤中，溶液濃度會飽和的很快，溶液中鉀離子濃度會很高，抑制了肥料中鉀素的進一步釋放。褐土的情況介于黑土和紅壤之間。黑土溶液與固相的鉀離子最終也會達到一個平衡，雖然紅壤溶液中鉀離子濃度會暫時的高，但絕對量不

14、一定比黑土的多，因為還有一個離子有效度的問題。在這里我們不作分析。此外，解析的過程要比吸附過程滯后得多。在向下淋溶過程中，根據(jù)上面的分析鉀離子與土壤的交換最終的結(jié)果導(dǎo)致了鉀素累積溶出率的大小為紅壤 褐土 黑土。但由于土壤處于濕潤狀態(tài)，并且是定期淋溶，肥料與土壤的交換不一定完全，也就是說不一定黑土就比紅壤更多促進肥料鉀離子的釋放，還有待進一步研究確證。參考文獻： 1 王紅飛,王正銀.緩/控釋肥料的新進展及特性評價J.廣東化工,2005, 8: 86 - 90, 15. 2 謝銀旦, 楊相東, 曹一平, 等. 包膜控釋肥料在土壤中養(yǎng)分釋放特性的測試方法與評價J.植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2007, 1

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