磷礦粉與硫包膜肥料磷鉀養(yǎng)分釋放特性

磷礦粉與硫包膜肥料磷鉀養(yǎng)分釋放特性摘要：以司爾特三元復(fù)合肥為控釋肥料核心,以磷礦粉和硫磺為包膜材料,聚乙烯醇和甲醛為粘結(jié)劑,研制出硫包膜控釋肥料,并探討了包膜肥料在砂質(zhì)潮土中的磷、鉀釋放特性,還進(jìn)一步研究了盆栽條件下土壤氮、磷、鉀釋放特征。土壤淋洗試驗(yàn)結(jié)果表明,與普通不包膜肥料相比,包膜肥料的磷、鉀素快速釋放期都推遲了4天，土壤培養(yǎng)中，35天后在不包膜肥料土壤中檢測(cè)到的有效氮、有效磷、速效鉀的含量分別是77.6、22.7、59.7，而在包膜肥料土壤中中的三者含量分別是12.1、8.6、15，具有較好的控釋性能，說(shuō)明包膜作為控釋材料能較好的控制養(yǎng)分在土壤中的釋放，減少養(yǎng)分的淋溶損失，因而有較好的保肥效果。關(guān)鍵詞：磷礦粉；硫包膜；肥料；養(yǎng)分釋放；磷鉀伴隨著人口的快速增長(zhǎng)以及耕地的迅速減少,糧食問(wèn)題日益突出，解決該問(wèn)題的方法之一是提高肥料利用率。傳統(tǒng)化肥施入土壤中其利用率大約在30%，造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。水分和養(yǎng)分是作物生長(zhǎng)的基礎(chǔ)條件。其中肥料是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最重要的生產(chǎn)資料之一，是農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。然而，肥料養(yǎng)分的釋放速度一直無(wú)法人為控制，釋放速度太快，作物來(lái)不及吸收就流失了，導(dǎo)致肥料利用率低，國(guó)外氮肥利用率50%?55%,國(guó)內(nèi)僅30%?35%,資源浪費(fèi)嚴(yán)重；同時(shí)造成了嚴(yán)重的水體污染、大氣污染，甚至導(dǎo)致蔬菜中硝酸鹽嚴(yán)重超標(biāo)。因此，減緩、控制肥料養(yǎng)分的溶解、釋放速度已成為提高肥料利用率、減少因養(yǎng)分流失引起的環(huán)境污染最直接、最有效的途徑之一［1］。郝世雄［2］等研究了以石蠟-天然松香作為包膜材料,采用熔融噴霧包涂的方法制備控制釋放尿素,并討論了松香與石蠟的配比、涂層量和操作條件對(duì)包膜尿素養(yǎng)份釋放速率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:涂層中松香的含量及包膜量(膜厚)是影響包膜尿素養(yǎng)份釋放速率的主要因素。榮偉［3］等研究了以尿素為緩釋肥料核心,廢聚苯乙烯泡沫塑料作基料,松香為粘結(jié)劑,粉煤灰為調(diào)理劑,用簡(jiǎn)易的生產(chǎn)成本研制出較為理想的緩釋肥料。采用水溶法對(duì)其釋放特性進(jìn)行研究和評(píng)價(jià),試驗(yàn)結(jié)果表明,緩釋效果隨著聚苯乙烯濃度、松香量及包膜厚度的增加而提高,從成本考慮松香的加入量為15%左右為佳。王亮［4］等研究了以N、K復(fù)合肥為包膜肥料核心，用水性聚氨酯為包膜劑，石蠟為封閉劑，用轉(zhuǎn)鼓包衣工藝制備包膜肥料，并采用水培法和土柱淋溶法對(duì)其進(jìn)行緩控釋性能評(píng)價(jià)。試驗(yàn)結(jié)果表明，水性聚氨酯材料應(yīng)用于肥料包膜具有一定的可行性，其用量在6%時(shí)效果最好，封閉劑用量在3%左右時(shí)為佳。戴建軍［5］等：采用靜水溶出率的方法，在25°C、40°C、60°C、70°C、80°C和100°C條件下，探討了控釋肥料中養(yǎng)分累積釋放率與溫度的變化規(guī)律，以期建立控釋肥料肥效期或養(yǎng)分釋放期的快速預(yù)測(cè)方法。結(jié)果表明，從低溫到高溫的各種溫度處理下，Scotts公司的Osmocote熱固性樹(shù)脂包膜控釋肥料養(yǎng)分累積釋放曲線都呈二次曲線，相關(guān)指數(shù)R2均大于0.996。溫度與包膜控釋肥料肥效期間呈極顯著的負(fù)相關(guān)，并符合一元二次方程，相關(guān)指數(shù)R2大于0.993。在高溫下培養(yǎng)3或8h建立的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)回歸方程,可以快速而準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)包膜控釋肥料在常溫下(25°C)的肥效期，預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值只相差2.4d；而習(xí)慣上的微分溶出率法卻相差29?42d。表明用高溫下的肥效期預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)回歸法可以在數(shù)小時(shí)內(nèi)準(zhǔn)確、迅速地預(yù)測(cè)控釋肥料的肥效期。同時(shí)該方法可作為控釋肥料在線生產(chǎn)質(zhì)量控制和市場(chǎng)上控釋肥料質(zhì)量檢驗(yàn)的候選方法。肥料在不同土壤中的養(yǎng)分釋放情況有很大差別。肖強(qiáng)［6］等研究了不同土壤淋洗方式下有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合材料膠結(jié)包膜肥料氮素溶出速率比較。結(jié)果表明包膜肥料本身釋放氮素的速率受不同質(zhì)地的土壤影響較小,但其淋出量受土壤影響較大。本文在前人研究［7-12］的基礎(chǔ)上，用磷礦粉和硫磺包膜制作控釋肥料。通過(guò)控釋肥料的土壤淋洗實(shí)驗(yàn)和土壤培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，研究磷礦粉和硫磺包膜控釋肥料磷鉀養(yǎng)分的釋放特性，以期為磷礦粉和硫磺包膜控釋肥料的推廣與應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。材料與方法對(duì)照肥料為司爾特三元復(fù)合肥，其N、PO和KO含量分別為15、15、15%,25 2包膜肥料是用這種肥料制作的，制備方法如下：稱取5g聚乙烯醇置于玻璃燒杯中，加入100ml蒸餾水和5ml甲醛，然后置于恒溫水浴鍋上用玻璃棒攪拌10分鐘，使之均勻，然后稱取8.2g肥料置于干燥的大玻璃燒杯中，加入1.8g硫磺和1g磷礦粉，用聚乙烯醇和甲醛的混合粘結(jié)劑，包裹制備包膜肥料。1．1土壤淋洗實(shí)驗(yàn)土壤用砂質(zhì)潮土，土壤有效磷和有效鉀含量分別為3.87和81.6mg?kg-1。稱取土壤30g，加入2g硫包膜肥料，混勻，放入布氏漏斗中，布氏漏斗底部放一層濾紙，土層上部平鋪一層石英砂，布氏漏斗下承接250ml三角瓶，用純水淋洗，先用純水濕潤(rùn)土壤，然后加水100ml淋洗，每天淋洗一次，共淋洗9次，每次收集濾液，用鉬銻抗比色法測(cè)定磷含量，用火焰光度計(jì)法測(cè)定鉀含量。1．2土壤培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)供試土壤為黃褐土，采自安徽科技學(xué)院種植科技園，土壤采回后及時(shí)風(fēng)干，磨細(xì)過(guò)3mm篩，保存，以備試驗(yàn)分析和盆栽試驗(yàn)之用，供試土壤基本理化性質(zhì)見(jiàn)表1。表1供試土壤基本理化性質(zhì)Table1Propertiesofphysicalandchemicaloftestedsoil土壤pH有機(jī)質(zhì)(g?kg-1)全氮(g?kg-1)有效氮(mg?kg-1)有效磷(mg?kg-1)速效鉀(mg?kg-1)V0.01mm土粒（％）全氟(mg?kg-1)全磷(mg?kg-1)黃褐土66414.60.96488.714.1134.851.2467.9534.8試驗(yàn)設(shè)不施用任何肥料、三元復(fù)合肥和包膜三元復(fù)合肥三個(gè)處理，三次重復(fù)。栽培用盆為內(nèi)徑22cm，高20cm的普通塑料盆，每盆裝風(fēng)干土4千克，施肥處理每盆加入肥料5g,將肥料與土壤混合均勻裝入盆中。供試玉米品種為鄭單958,挑選均勻一致的種子，用10%雙氧水溶液消毒，用清水沖洗，再用去離子水洗凈，種子直接播種于土壤中，灌水保持土壤含水量為田間持水量的80%左右。2010年10月18日播種，播種后從第七天開(kāi)始采集土壤樣品，每七天采一次，用擴(kuò)散法測(cè)定土壤有效氮含量，用鉬銻抗比色法測(cè)定磷含量，用火焰光度計(jì)法測(cè)定鉀含量。結(jié)果與分析

2．1土壤淋洗條件下磷釋放特征表2土壤淋洗條件下磷礦粉硫包膜肥料磷素釋放狀況Table2Phosphorusreleaseofcoatedfertilizerwithrockphosphatebyleachingmethod淋洗次數(shù)123456789每次淋出量（mg）1.172.436.5314.3236.7758.1373.9459.4747.24積累量（mg）1.173.6010.1324.4561.22119.35193.29252.76306累計(jì)釋放率（%）0.391.23.388.1520.4139.7864.4384.25100表3土壤淋洗條件下不包膜肥料磷素釋放狀況Table3Phosphorusreleaseofsoilcolumnnotcoalingfertilizerbyleachingmethod淋洗次數(shù)123456789每次淋出量（mg）31.7142.1355.6468.2856.6733.177.673.521.21積累量（mg）31.7173.84129.48197.76254.43287.60295.27298.79301累計(jì)釋放率（%）10.5725.2843.1665.9284.8195.8798.4299.60100在表2中包膜肥料磷素的釋放隨著次數(shù)而增加，在第7次達(dá)到最高峰，隨后逐漸減少。表3為不包膜肥料經(jīng)淋洗，隨著次數(shù)而增加，在第4次磷素釋放量為最大值，隨后逐漸減少。在第6次后基本磷肥性已經(jīng)基本全部釋放，包膜肥料磷釋放在前4次釋放較少，磷素釋放量在4次以后較大。包膜和不包膜肥料磷素在第1次釋放量分別為1.17mg、31.71。包膜肥料明顯可以控制肥性的釋放，不包膜肥料在前6次磷素速率大，經(jīng)過(guò)6次淋洗肥性基本全部釋放達(dá)到95.87%。而包膜肥料在前4次釋放較少為8.15%，表現(xiàn)出較平穩(wěn)。在第4次后肥性釋放才逐漸增大，其是因?yàn)榘け凰饾u淋溶，養(yǎng)分釋放出來(lái)。從兩表中可以看出包膜肥料可以緩控著養(yǎng)分的釋放，提高了養(yǎng)分的利用率。而不包膜肥料一當(dāng)經(jīng)水淋洗，養(yǎng)分大量淋失，導(dǎo)致植物后期缺少養(yǎng)分。同時(shí)不包膜肥料的養(yǎng)分利用率低，導(dǎo)致資源浪費(fèi)經(jīng)濟(jì)損失。2．2土壤淋洗條件下鉀釋放特征表4土壤淋洗條件下磷礦粉硫包膜肥料鉀素釋放狀況Table4potassiumreleaseofcoatedfertilizerwithrockphosphatebyleachingmethod淋洗次數(shù)123456789每次淋出量（mg）3.265.4814.3825.3738.6461.8179.2647.3524.95積累量（mg）3.268.7423.1248.4987.13148.94228.2275.55303累計(jì)釋放率（%）1.092.917.7116.1629.0449.6576.0791.85100表5土壤淋洗條件下不包膜肥料鉀素釋放狀況Table5potassiumreleaseofsoilcolumnnotcoalingfertilizerbyleachingmethod

每次淋出量（mg）55.3163.4770.2452.1232.1213.437.323.762.23積累量（mg）55.21118.78189.02241.14273.26286.69294.01297.77308累計(jì)釋放率（%）18.4439.5963.0180.3891.0995.5698.0099.26100表4為包膜肥料K的淋洗釋放量，在第7次釋放量達(dá)到最高峰為79.26mg。第7次后K的淋洗量逐漸減少，前4次釋放較少量，表明包膜對(duì)肥性的釋放具有控制作用。表5為不包膜肥料淋洗，第1次淋出量為55.31mg,而包膜第1次淋出量為3,26mg,差別較大。不包膜肥料在第3次淋洗量為最大重70.24mg,然后逐漸減少。在第5次后K素基本已經(jīng)全部釋放完為91.09%，此時(shí)包膜K素釋放量變大為29.04%。比較K素和P素的釋放狀況,P素不包膜最大淋出量在第4次，K包膜在第3次，造成不一樣的原因可能是土壤、包膜狀況、PK的特性等?？傮w來(lái)看,包膜肥料可以起到控釋效果,比不包膜肥料能提高養(yǎng)分利用率,減少資源浪費(fèi)。2．3盆栽條件下土壤氮磷鉀釋放特征圖2盆栽試驗(yàn)有效磷增加量Figure2Rsponsivetoeffectivephosphorusofpotexperiment圖3盆栽試驗(yàn)速效鉀增加量Figure3Rsponsivetoeffectivepotassiumofpotexperiment從上面盆栽條件下土壤NPK的釋放特性的圖中可以看出：使用不包膜肥料盆栽的土壤中，NPK釋放量逐漸增加。其釋放量明顯比包膜的大，隨著時(shí)間的變化,其釋放量達(dá)到最大值，然后逐漸減少。而包膜肥料肥性釋放緩慢持久，起到控釋效果，肥料利用率增高。圖1、2、3分別是盆栽條件下肥料釋放到土壤中的氮、磷、鉀狀況,通過(guò)以上三圖可以看出：無(wú)論是磷礦粉與硫包膜肥料還是不包膜肥料的養(yǎng)分釋放量、養(yǎng)分釋放速率，都隨著培養(yǎng)時(shí)間延長(zhǎng)而逐漸增加。第一次采集,即培養(yǎng)7天之后測(cè)得樹(shù)脂包膜肥料的有效氮、有效磷、速效鉀含量分別為0.5、0.2、0.2mg?kg-i，不包膜肥料有效氮、有效磷、速效鉀含量分別為27.5、1.2、1.7mg?kg-i。磷礦粉與硫包膜肥料對(duì)養(yǎng)分的釋放量明顯比不包膜肥料低，結(jié)合以上三圖不難看出磷礦粉與硫包膜肥料對(duì)養(yǎng)分的釋放量一直比不包膜肥料低，釋放曲線也較不包膜肥料平緩。到培養(yǎng)35天之后測(cè)得磷礦粉與硫包膜肥料的有效氮、有效磷、速效鉀含量分別為6.6、11.6、7.5mg?kg-i,養(yǎng)分釋放率分別為3.52%、4.06%、6.14%。而不包膜肥料有效氮、有效磷、速效鉀含量分別為77.6、22.7、59.7mg?kg-i，養(yǎng)分釋放率分別為41.4%、12.1%、31.88%。這說(shuō)明磷礦粉與硫包膜對(duì)肥料養(yǎng)分的釋放有良好的控制釋放性能。第一次采集,即培養(yǎng)7天之后測(cè)得磷礦粉與硫包膜肥料的有效氮、有效磷、速效鉀含量分別為0.5、0.2、0.2mg?kg-i，不包膜肥料有效氮、有效磷、速效鉀含量分別為27.5、1.2、1.7mg?kg-i，其中肥料釋放的有效氮含量最高。由以上三圖可看出到第四次采集不包膜肥料的有效氮、有效磷、速效鉀含量分別為77.6、22.7、59.7mg?kg-i，之后，不包膜肥料中釋放的有效氮速率變緩，而其有效磷、速效鉀釋放速率還在隨培養(yǎng)時(shí)間延長(zhǎng)而穩(wěn)步增加。由此可看出，氮素最易流失，其次是鉀素，磷素相對(duì)不易流失。磷礦粉與硫包膜肥料有效氮釋放曲線較有效磷、速效鉀平緩，其整體釋放速率較慢。隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，磷礦粉與硫包膜肥料的養(yǎng)分釋放速率逐漸增加，到第五次采集時(shí)磷礦粉與硫包膜肥料的有效氮、有效磷、速效鉀含量分別為6.6、7.6、11.5mg?kg-i，土壤中有效磷、速效鉀的含量已超過(guò)有效氮的含量。這說(shuō)明樹(shù)脂包膜對(duì)氮素緩釋效果較磷、鉀素明顯，相對(duì)來(lái)講能夠?yàn)樽魑锾峁┹^穩(wěn)定長(zhǎng)期的氮素營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)，更有利于作物對(duì)氮素的吸收。結(jié)論3．1硫包膜肥料的磷、鉀養(yǎng)分累計(jì)釋放率在整個(gè)處理過(guò)程中表現(xiàn)相同趨勢(shì)，均低于不包膜肥料的累計(jì)釋放率，說(shuō)明硫包膜作為控釋材料能較好的控制養(yǎng)分在土壤中的釋放，減少養(yǎng)分的淋溶損失，因而有較好的保肥效果。3．2不包膜肥料經(jīng)水淋洗，其養(yǎng)分開(kāi)始大量釋放，在第3或4次時(shí)達(dá)到高峰，第5次后養(yǎng)分基本釋放達(dá)到90%以上，植物生長(zhǎng)過(guò)程中施入不包膜肥料，在植物生長(zhǎng)后期可能會(huì)出現(xiàn)養(yǎng)分缺乏。相對(duì)于不包膜肥料磷、鉀養(yǎng)分初期呈井噴式釋放不同，硫包膜磷、鉀養(yǎng)分釋放曲線基本呈“S”型，即表現(xiàn)為3個(gè)階段:養(yǎng)分緩慢釋放的遲滯期,養(yǎng)分加速釋放的線性期和養(yǎng)分減速釋放的減衰期，更利于滿足作物在不同時(shí)期對(duì)養(yǎng)分的需求，更利于作物的生長(zhǎng)發(fā)育。3．3控釋肥料在土壤中的養(yǎng)分釋放特性及其肥效能顯著地提高作物對(duì)養(yǎng)分的利用率，從而能較大幅度地降低肥料的施用量，不但節(jié)省了肥料資源，還有效地減少了養(yǎng)分的淋溶和流失，提高了資源的利用率和減少了因肥料的大量施用對(duì)土壤環(huán)境的污染。對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)和促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。參考文獻(xiàn)：祝紅福，熊遠(yuǎn)福，鄒應(yīng)斌，等?包膜型緩/控釋肥的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用前景[J].化肥設(shè) 計(jì).2008，46(3)：61-64.郝世雄，蔣若愚，楊奇杰，劉鐘海?石蠟一天然松香包膜尿素的研制[J].化肥工業(yè).2003,31(1):50—54.榮偉，陳玉璞,劉芙燕，趙桂貞.聚苯乙烯包膜尿素緩釋肥的緩釋特性研究[J].沈陽(yáng)師范大學(xué)學(xué)報(bào).2005,23(2):193—195.王亮，石元亮，于閣杰?水性聚氨酯包膜肥料的研制與釋放性質(zhì)評(píng)價(jià)[J].土壤通報(bào).2009,40(4):829—832.戴建軍，樊小林，喻建剛，吳飛龍.植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)[J].2006,12(3)：431—438.肖強(qiáng)，王甲辰，左強(qiáng)等.不同土壤淋洗方式下有機(jī)—無(wú)機(jī)復(fù)合包膜肥料氮素溶出速率比較[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究.28(1):83-87.杜建軍,廖宗文,馮新,孔維棟,蔡王貴,黃立崢.高吸水性樹(shù)脂在赤紅壤及磚紅壤上的保水保肥效果研究[J].水土保持學(xué)報(bào),2003,17(2):137-140.喻建剛，劉芳，樊小林，等．水溶性樹(shù)脂包膜控釋肥料養(yǎng)分釋放特征及影響因素[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2009，25(9)；4-89.趙秉強(qiáng),張福鎖,廖宗文,許秀成,徐秋明,張夫道,姜瑞波.我國(guó)新型肥料發(fā)展戰(zhàn)略研究[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào),2004,10:536-545.何緒生,張夫道.保水劑包膜尿素的特征與性能[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào),2005,11:334-339.魯如坤.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科技出版社,2000.ShavivA,MikkelsenRL.Controlled-releasefertilizertoincreaseefficiencyofnutrientuseandminimizeenvironmentaldegradation—Areview[J].FertilizerResearch,1993,35(1-2):1-12.樊小林，廖宗文.控釋肥料與平衡施肥和提高肥料利用率[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào),1998,4(3):219-223.CatedfertilizerwithrockphosphatenutrientreleasecharacteristicsAgriculturalResourcesandEnvironmentSpecialtyWuHaibingTutorYuQunyinAbstract:ToSiErTethreeyuanforcontrolled-releasecompoundfertilizercoretorockphosphateandsulphurcoatedmaterials,poly(vinylalcohol)andformaldehydeasbond,developedthesulfurcoatedcontrolledreleasefertilizer,anddiscussesthecoatingfertilizerinthesandychaosoilphosphorusandpotassiuminthereleasingcharacteristics,stillf