磷矿粉与硫包膜肥料磷钾养分释放特性

磷矿粉与硫包膜肥料磷钾养分释放特性摘要：以司尔特三元复合肥为控释肥料核心,以磷矿粉和硫磺为包膜材料,聚乙烯醇和甲醛为粘结剂,研制出硫包膜控释肥料,并探讨了包膜肥料在砂质潮土中的磷、钾释放特性,还进一步研究了盆栽条件下土壤氮、磷、钾释放特征。土壤淋洗试验结果表明,与普通不包膜肥料相比,包膜肥料的磷、钾素快速释放期都推迟了4天，土壤培养中，35天后在不包膜肥料土壤中检测到的有效氮、有效磷、速效钾的含量分别是77.6、22.7、59.7，而在包膜肥料土壤中中的三者含量分别是12.1、8.6、15，具有较好的控释性能，说明包膜作为控释材料能较好的控制养分在土壤中的释放，减少养分的淋溶损失，因而有较好的保肥效果。关键词：磷矿粉；硫包膜；肥料；养分释放；磷钾伴随着人口的快速增长以及耕地的迅速减少,粮食问题日益突出，解决该问题的方法之一是提高肥料利用率。传统化肥施入土壤中其利用率大约在30%，造成资源浪费和环境污染。水分和养分是作物生长的基础条件。其中肥料是农业生产最重要的生产资料之一，是农业持续发展的物质基础。然而，肥料养分的释放速度一直无法人为控制，释放速度太快，作物来不及吸收就流失了，导致肥料利用率低，国外氮肥利用率50%〜55%,国内仅30%〜35%,资源浪费严重；同时造成了严重的水体污染、大气污染，甚至导致蔬菜中硝酸盐严重超标。因此，减缓、控制肥料养分的溶解、释放速度已成为提高肥料利用率、减少因养分流失引起的环境污染最直接、最有效的途径之一［1］。郝世雄［2］等研究了以石蜡-天然松香作为包膜材料,采用熔融喷雾包涂的方法制备控制释放尿素,并讨论了松香与石蜡的配比、涂层量和操作条件对包膜尿素养份释放速率的影响。实验结果表明:涂层中松香的含量及包膜量(膜厚)是影响包膜尿素养份释放速率的主要因素。荣伟［3］等研究了以尿素为缓释肥料核心,废聚苯乙烯泡沫塑料作基料,松香为粘结剂,粉煤灰为调理剂,用简易的生产成本研制出较为理想的缓释肥料。采用水溶法对其释放特性进行研究和评价,试验结果表明,缓释效果随着聚苯乙烯浓度、松香量及包膜厚度的增加而提高,从成本考虑松香的加入量为15%左右为佳。王亮［4］等研究了以N、K复合肥为包膜肥料核心，用水性聚氨酯为包膜剂，石蜡为封闭剂，用转鼓包衣工艺制备包膜肥料，并采用水培法和土柱淋溶法对其进行缓控释性能评价。试验结果表明，水性聚氨酯材料应用于肥料包膜具有一定的可行性，其用量在6%时效果最好，封闭剂用量在3%左右时为佳。戴建军［5］等：采用静水溶出率的方法，在25°C、40°C、60°C、70°C、80°C和100°C条件下，探讨了控释肥料中养分累积释放率与温度的变化规律，以期建立控释肥料肥效期或养分释放期的快速预测方法。结果表明，从低温到高温的各种温度处理下，Scotts公司的Osmocote热固性树脂包膜控释肥料养分累积释放曲线都呈二次曲线，相关指数R2均大于0.996。温度与包膜控释肥料肥效期间呈极显著的负相关，并符合一元二次方程，相关指数R2大于0.993。在高温下培养3或8h建立的预测预报回归方程,可以快速而准确地预测预报包膜控释肥料在常温下(25°C)的肥效期，预测值与实测值只相差2.4d；而习惯上的微分溶出率法却相差29〜42d。表明用高温下的肥效期预测预报回归法可以在数小时内准确、迅速地预测控释肥料的肥效期。同时该方法可作为控释肥料在线生产质量控制和市场上控释肥料质量检验的候选方法。肥料在不同土壤中的养分释放情况有很大差别。肖强［6］等研究了不同土壤淋洗方式下有机-无机复合材料胶结包膜肥料氮素溶出速率比较。结果表明包膜肥料本身释放氮素的速率受不同质地的土壤影响较小,但其淋出量受土壤影响较大。本文在前人研究［7-12］的基础上，用磷矿粉和硫磺包膜制作控释肥料。通过控释肥料的土壤淋洗实验和土壤培养实验，研究磷矿粉和硫磺包膜控释肥料磷钾养分的释放特性，以期为磷矿粉和硫磺包膜控释肥料的推广与应用提供科学依据。材料与方法对照肥料为司尔特三元复合肥，其N、PO和KO含量分别为15、15、15%,25 2包膜肥料是用这种肥料制作的，制备方法如下：称取5g聚乙烯醇置于玻璃烧杯中，加入100ml蒸馏水和5ml甲醛，然后置于恒温水浴锅上用玻璃棒搅拌10分钟，使之均匀，然后称取8.2g肥料置于干燥的大玻璃烧杯中，加入1.8g硫磺和1g磷矿粉，用聚乙烯醇和甲醛的混合粘结剂，包裹制备包膜肥料。1．1土壤淋洗实验土壤用砂质潮土，土壤有效磷和有效钾含量分别为3.87和81.6mg•kg-1。称取土壤30g，加入2g硫包膜肥料，混匀，放入布氏漏斗中，布氏漏斗底部放一层滤纸，土层上部平铺一层石英砂，布氏漏斗下承接250ml三角瓶，用纯水淋洗，先用纯水湿润土壤，然后加水100ml淋洗，每天淋洗一次，共淋洗9次，每次收集滤液，用钼锑抗比色法测定磷含量，用火焰光度计法测定钾含量。1．2土壤培养实验供试土壤为黄褐土，采自安徽科技学院种植科技园，土壤采回后及时风干，磨细过3mm筛，保存，以备试验分析和盆栽试验之用，供试土壤基本理化性质见表1。表1供试土壤基本理化性质Table1Propertiesofphysicalandchemicaloftestedsoil土壤pH有机质(g•kg-1)全氮(g•kg-1)有效氮(mg«kg-1)有效磷(mg«kg-1)速效钾(mg・kg-1)V0.01mm土粒（％）全氟(mg・kg-1)全磷(mg・kg-1)黄褐土66414.60.96488.714.1134.851.2467.9534.8试验设不施用任何肥料、三元复合肥和包膜三元复合肥三个处理，三次重复。栽培用盆为内径22cm，高20cm的普通塑料盆，每盆装风干土4千克，施肥处理每盆加入肥料5g,将肥料与土壤混合均匀装入盆中。供试玉米品种为郑单958,挑选均匀一致的种子，用10%双氧水溶液消毒，用清水冲洗，再用去离子水洗净，种子直接播种于土壤中，灌水保持土壤含水量为田间持水量的80%左右。2010年10月18日播种，播种后从第七天开始采集土壤样品，每七天采一次，用扩散法测定土壤有效氮含量，用钼锑抗比色法测定磷含量，用火焰光度计法测定钾含量。结果与分析

2．1土壤淋洗条件下磷释放特征表2土壤淋洗条件下磷矿粉硫包膜肥料磷素释放状况Table2Phosphorusreleaseofcoatedfertilizerwithrockphosphatebyleachingmethod淋洗次数123456789每次淋出量（mg）1.172.436.5314.3236.7758.1373.9459.4747.24积累量（mg）1.173.6010.1324.4561.22119.35193.29252.76306累计释放率（%）0.391.23.388.1520.4139.7864.4384.25100表3土壤淋洗条件下不包膜肥料磷素释放状况Table3Phosphorusreleaseofsoilcolumnnotcoalingfertilizerbyleachingmethod淋洗次数123456789每次淋出量（mg）31.7142.1355.6468.2856.6733.177.673.521.21积累量（mg）31.7173.84129.48197.76254.43287.60295.27298.79301累计释放率（%）10.5725.2843.1665.9284.8195.8798.4299.60100在表2中包膜肥料磷素的释放随着次数而增加，在第7次达到最高峰，随后逐渐减少。表3为不包膜肥料经淋洗，随着次数而增加，在第4次磷素释放量为最大值，随后逐渐减少。在第6次后基本磷肥性已经基本全部释放，包膜肥料磷释放在前4次释放较少，磷素释放量在4次以后较大。包膜和不包膜肥料磷素在第1次释放量分别为1.17mg、31.71。包膜肥料明显可以控制肥性的释放，不包膜肥料在前6次磷素速率大，经过6次淋洗肥性基本全部释放达到95.87%。而包膜肥料在前4次释放较少为8.15%，表现出较平稳。在第4次后肥性释放才逐渐增大，其是因为包膜被水逐渐淋溶，养分释放出来。从两表中可以看出包膜肥料可以缓控着养分的释放，提高了养分的利用率。而不包膜肥料一当经水淋洗，养分大量淋失，导致植物后期缺少养分。同时不包膜肥料的养分利用率低，导致资源浪费经济损失。2．2土壤淋洗条件下钾释放特征表4土壤淋洗条件下磷矿粉硫包膜肥料钾素释放状况Table4potassiumreleaseofcoatedfertilizerwithrockphosphatebyleachingmethod淋洗次数123456789每次淋出量（mg）3.265.4814.3825.3738.6461.8179.2647.3524.95积累量（mg）3.268.7423.1248.4987.13148.94228.2275.55303累计释放率（%）1.092.917.7116.1629.0449.6576.0791.85100表5土壤淋洗条件下不包膜肥料钾素释放状况Table5potassiumreleaseofsoilcolumnnotcoalingfertilizerbyleachingmethod

每次淋出量（mg）55.3163.4770.2452.1232.1213.437.323.762.23积累量（mg）55.21118.78189.02241.14273.26286.69294.01297.77308累计释放率（%）18.4439.5963.0180.3891.0995.5698.0099.26100表4为包膜肥料K的淋洗释放量，在第7次释放量达到最高峰为79.26mg。第7次后K的淋洗量逐渐减少，前4次释放较少量，表明包膜对肥性的释放具有控制作用。表5为不包膜肥料淋洗，第1次淋出量为55.31mg,而包膜第1次淋出量为3,26mg,差别较大。不包膜肥料在第3次淋洗量为最大重70.24mg,然后逐渐减少。在第5次后K素基本已经全部释放完为91.09%，此时包膜K素释放量变大为29.04%。比较K素和P素的释放状况,P素不包膜最大淋出量在第4次，K包膜在第3次，造成不一样的原因可能是土壤、包膜状况、PK的特性等。总体来看,包膜肥料可以起到控释效果,比不包膜肥料能提高养分利用率,减少资源浪费。2．3盆栽条件下土壤氮磷钾释放特征图2盆栽试验有效磷增加量Figure2Rsponsivetoeffectivephosphorusofpotexperiment图3盆栽试验速效钾增加量Figure3Rsponsivetoeffectivepotassiumofpotexperiment从上面盆栽条件下土壤NPK的释放特性的图中可以看出：使用不包膜肥料盆栽的土壤中，NPK释放量逐渐增加。其释放量明显比包膜的大，随着时间的变化,其释放量达到最大值，然后逐渐减少。而包膜肥料肥性释放缓慢持久，起到控释效果，肥料利用率增高。图1、2、3分别是盆栽条件下肥料释放到土壤中的氮、磷、钾状况,通过以上三图可以看出：无论是磷矿粉与硫包膜肥料还是不包膜肥料的养分释放量、养分释放速率，都随着培养时间延长而逐渐增加。第一次采集,即培养7天之后测得树脂包膜肥料的有效氮、有效磷、速效钾含量分别为0.5、0.2、0.2mg•kg-i，不包膜肥料有效氮、有效磷、速效钾含量分别为27.5、1.2、1.7mg・kg-i。磷矿粉与硫包膜肥料对养分的释放量明显比不包膜肥料低，结合以上三图不难看出磷矿粉与硫包膜肥料对养分的释放量一直比不包膜肥料低，释放曲线也较不包膜肥料平缓。到培养35天之后测得磷矿粉与硫包膜肥料的有效氮、有效磷、速效钾含量分别为6.6、11.6、7.5mg•kg-i,养分释放率分别为3.52%、4.06%、6.14%。而不包膜肥料有效氮、有效磷、速效钾含量分别为77.6、22.7、59.7mg・kg-i，养分释放率分别为41.4%、12.1%、31.88%。这说明磷矿粉与硫包膜对肥料养分的释放有良好的控制释放性能。第一次采集,即培养7天之后测得磷矿粉与硫包膜肥料的有效氮、有效磷、速效钾含量分别为0.5、0.2、0.2mg•kg-i，不包膜肥料有效氮、有效磷、速效钾含量分别为27.5、1.2、1.7mg・kg-i，其中肥料释放的有效氮含量最高。由以上三图可看出到第四次采集不包膜肥料的有效氮、有效磷、速效钾含量分别为77.6、22.7、59.7mg・kg-i，之后，不包膜肥料中释放的有效氮速率变缓，而其有效磷、速效钾释放速率还在随培养时间延长而稳步增加。由此可看出，氮素最易流失，其次是钾素，磷素相对不易流失。磷矿粉与硫包膜肥料有效氮释放曲线较有效磷、速效钾平缓，其整体释放速率较慢。随着培养时间的延长，磷矿粉与硫包膜肥料的养分释放速率逐渐增加，到第五次采集时磷矿粉与硫包膜肥料的有效氮、有效磷、速效钾含量分别为6.6、7.6、11.5mg•kg-i，土壤中有效磷、速效钾的含量已超过有效氮的含量。这说明树脂包膜对氮素缓释效果较磷、钾素明显，相对来讲能够为作物提供较稳定长期的氮素营养供应，更有利于作物对氮素的吸收。结论3．1硫包膜肥料的磷、钾养分累计释放率在整个处理过程中表现相同趋势，均低于不包膜肥料的累计释放率，说明硫包膜作为控释材料能较好的控制养分在土壤中的释放，减少养分的淋溶损失，因而有较好的保肥效果。3．2不包膜肥料经水淋洗，其养分开始大量释放，在第3或4次时达到高峰，第5次后养分基本释放达到90%以上，植物生长过程中施入不包膜肥料，在植物生长后期可能会出现养分缺乏。相对于不包膜肥料磷、钾养分初期呈井喷式释放不同，硫包膜磷、钾养分释放曲线基本呈“S”型，即表现为3个阶段:养分缓慢释放的迟滞期,养分加速释放的线性期和养分减速释放的减衰期，更利于满足作物在不同时期对养分的需求，更利于作物的生长发育。3．3控释肥料在土壤中的养分释放特性及其肥效能显著地提高作物对养分的利用率，从而能较大幅度地降低肥料的施用量，不但节省了肥料资源，还有效地减少了养分的淋溶和流失，提高了资源的利用率和减少了因肥料的大量施用对土壤环境的污染。对生态环境保护和促进农业可持续发展都具有重要的现实意义。参考文献：祝红福，熊远福，邹应斌，等•包膜型缓/控释肥的研究现状及应用前景[J].化肥设 计.2008，46(3)：61-64.郝世雄，蒋若愚，杨奇杰，刘钟海•石蜡一天然松香包膜尿素的研制[J].化肥工业.2003,31(1):50—54.荣伟，陈玉璞,刘芙燕，赵桂贞.聚苯乙烯包膜尿素缓释肥的缓释特性研究[J].沈阳师范大学学报.2005,23(2):193—195.王亮，石元亮，于阁杰•水性聚氨酯包膜肥料的研制与释放性质评价[J].土壤通报.2009,40(4):829—832.戴建军，樊小林，喻建刚，吴飞龙.植物营养与肥料学报[J].2006,12(3)：431—438.肖强，王甲辰，左强等.不同土壤淋洗方式下有机—无机复合包膜肥料氮素溶出速率比较[J].干旱地区农业研究.28(1):83-87.杜建军,廖宗文,冯新,孔维栋,蔡王贵,黄立峥.高吸水性树脂在赤红壤及砖红壤上的保水保肥效果研究[J].水土保持学报,2003,17(2):137-140.喻建刚，刘芳，樊小林，等．水溶性树脂包膜控释肥料养分释放特征及影响因素[J].农业工程学报，2009，25(9)；4-89.赵秉强,张福锁,廖宗文,许秀成,徐秋明,张夫道,姜瑞波.我国新型肥料发展战略研究[J].植物营养与肥料学报,2004,10:536-545.何绪生,张夫道.保水剂包膜尿素的特征与性能[J].植物营养与肥料学报,2005,11:334-339.鲁如坤.土壤农业化学分析方法[M].北京：中国农业科技出版社,2000.ShavivA,MikkelsenRL.Controlled-releasefertilizertoincreaseefficiencyofnutrientuseandminimizeenvironmentaldegradation—Areview[J].FertilizerResearch,1993,35(1-2):1-12.樊小林，廖宗文.控释肥料与平衡施肥和提高肥料利用率[J].植物营养与肥料学报,1998,4(3):219-223.CatedfertilizerwithrockphosphatenutrientreleasecharacteristicsAgriculturalResourcesandEnvironmentSpecialtyWuHaibingTutorYuQunyinAbstract:ToSiErTethreeyuanforcontrolled-releasecompoundfertilizercoretorockphosphateandsulphurcoatedmaterials,poly(vinylalcohol)andformaldehydeasbond,developedthesulfurcoatedcontrolledreleasefertilizer,anddiscussesthecoatingfertilizerinthesandychaosoilphosphorusandpotassiuminthereleasingcharacteristics,stillf