自制缓控释尿素的缓控释性能研究

陈志怡

摘要[目的]为了提高肥料利用率，缓解由于化肥的大量施用带来的环境污染问题，推动农业的可持续发展。

[方法] 对自制的以硅藻土为载体包膜尿素的养分释放规律及所用载体硅藻土的保水、保肥性质进行了研究。[结果] 硅藻土保水、保肥效果较好，是很好的缓控释载体材料。水溶试验和土柱淋溶试验表明，聚乙烯醇进行包膜后起到一定的缓释效果，但膜层结构疏松，缓释效果不明显，用松香和石蜡密封后膜层致密度提高，缓释效果显著提高，且养分释放速率较均匀，松香和石蜡密封后的包膜尿素更明显地降低了氮素由于淋溶造成的损失，增加了土壤中残留的氮素含量，从而使氮肥具有更高的利用效率，且所用的包膜材料松香、石蜡以及聚乙烯醇在土壤中可自然降解，不会对土壤造成二次污染。[结论] 所研制的肥料不仅利用率高，而且是环保型肥料，对减少资源浪费、保护生态环境都有重要的意义。

关键词 包膜尿素；缓控释效果；氮素利用率

中图分类号 S14 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2015）11-067-03

硅藻土具有大量纳米微孔，孔容大，吸附性好。化肥可渗入到硅藻土的微孔中，缓慢释放，延长肥效期，而且由于硅藻土不与化肥发生化学反应，化肥肥效能得到充分的发挥。它具有很强的可塑性，可制成多种型号的产品。总而言之，硅藻土保水、保肥，可以缓释、延长肥效和改良土壤，是很好的肥料载体材料[1]。

目前市场上缓控释肥料的载体、包膜材料多数采用树脂等化学材料[2]，造成缓控释肥料较昂贵，大田作物难以广泛使用。硅藻土资源丰富，价格低廉，具有良好的保水、保肥性质。以硅藻土为载体，结合包膜缓控释技术，研制价格较低廉的缓控释尿素，对充分利用硅藻土资源、提高氮肥利用率、保护环境具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 材料

风干土（来自学校试验地，80目）和硅藻土（80目）；尿素；蒸馏水；自制PVC管；脱脂棉。

1.2 方法

1.2.1包膜肥料的制备。尿素粉碎后与硅藻土按一定比例混合造粒，用聚乙烯醇溶液包膜，制得包膜尿素A，用松香和石蜡熔融后对包膜尿素A进行密封，制得包膜尿素MA。

1.2.2 硅藻土保水、保肥性质研究。

1.2.2.1

保水性质研究。称取15 g风干土，将硅藻土一起放入漏斗中（加滤纸），称重G1，加20 ml水使得土饱和，定时称重（Gi）。

吸水倍率N=（Gi-G1）/15。

1.2.2.2

保肥性质研究。 称取0.5 g尿素，加100 ml水溶解，称风干土和硅藻土各15 g，倒入有滤纸的漏斗中，用锥形瓶接收滤液，加入20 ml尿素溶液，1 h后再加入10 ml尿素溶液，24 h后测锥形瓶中滤液总氮。空白试验用等量的蒸馏水分别对土和硅藻土淋溶。

1.2.3

包膜尿素释放规律的室内测定。

1.2.3.1

水溶试验。各称10 g制得的2种包膜尿素和普通尿素，装入尼仑网袋后放到烧杯中，然后分别加入200 ml蒸馏水，在25 ℃下浸泡培养，每隔半小时将装有尼仑网袋取出，将浸泡液完全过滤于锥形瓶内，吸取5 ml滤液用于测定各处理溶液中的氮含量；在原烧杯中再次加入200 ml蒸馏水，再放入肥料继续培养。

1.2.3.2

土柱淋溶模拟。

在PVC管中先装200 g土，再装肥料和200 g土的混合物（1 g N/kg土）。所装土壤容重为1.3 g/cm3土壤容重。供试肥料有普通尿素、包膜尿素A、包膜尿素MA。在土表面放些棉花，以免加水时扰乱土层。先加160 ml蒸馏水使土饱和，再轻轻倒入100 ml蒸馏水，淋溶，用锥形瓶接收淋溶液，每隔3 d用100 ml蒸馏水淋溶一次，直至淋溶液中不再检测到氮。对所接收的淋溶液进行全氮测定，计算肥料的淋出率以及残留在土柱中的氮含量。

2 结果与分析

2.1 硅藻土保水、保肥性质

表1表明，从一开始直到28 h后，硅藻土的吸收倍率远远高于普通土，可以看出硅藻土具有很好的保水效果。所研制的包膜肥料以硅藻土为载体。施入土壤中，它能够提高土壤的保水能力，特别是在干旱地区会有更好的使用效果。

以相同浓度等量的尿素溶液分别对普通土和硅藻土淋溶，硅藻土滤液中的总氮量（28.48 mg）在0.05水平显著小于普通土（38.94 mg），即被普通土吸收的淋溶液中的氮要少于硅藻土所吸收的，说明硅藻土有良好的保肥性能。以它为载体研制缓控释肥料，有助于提高土壤的保肥性质，减少肥料由于淋溶而造成的损失。

2.2 包膜尿素室内模拟条件下养分释放规律

2.2.1

包膜尿素在水中释放情况。A为聚乙烯醇包膜后的尿素，MA为在A的表面加石蜡和松香密封后制得的包膜尿素。表2、3表明，普通尿素在水中溶解时间为4 min左右，A在水中养分完全溶出的时间为1.5 h，说明聚乙烯醇包膜后肥料养分释放速度减慢，但释放速度不均匀，第一、二时间段分别释放了79.12%、18.32%。MA在5 h左右才完全溶出，且养分释放速度较均匀，第一、二、三时间段分别释放了13.52%、22.15%、23.03%，后面逐渐减慢，第四时间段释放了16.43%，第五时间段释放了8.70%，以后释放更少。释放规律总体符合扩散机制释放模式。释放过程包括三个阶段：①开始是迟滞期，肥料颗粒内部水分增加至饱和阶段，肥料颗粒体积增加，尿素基本不释放；②当肥料内部水分达到饱和时，肥料开始释放，进入恒释期，在此阶段膜内外压力基本保持不变，尿素较匀速地释放；③随着养分的逐渐释放，内部溶液浓度降低，释放驱动力随之减小，释放速率变慢[3]。由此可知，MA的释放是一个先慢后快再慢的过程，基本符合作物生长过程中对养分的吸收规律。在作物生长初期，由于根系不发达，吸收养分速度较慢；中期根系较发达，吸收养分速率较快；晚期根系逐渐老化，养分吸收速度减慢。

2.2.2

土柱淋溶试验。图1、2表明，

第一次淋溶尿素、包膜尿素A、包膜尿素MA氮淋出率分别为81.95%、60.09%、36.68%，第二次淋溶尿素、包膜尿素A、包膜尿素MA氮淋出率分别为0.97%、12.90%、30.62%。由此可知，A和MA都有缓控释效果，但MA效果更明显，且释放速率较均匀。第三次淋溶3个处理都几乎不再有氮被淋溶出，最后尿素、包膜尿素A、包膜尿素MA累积淋出率分别是82.92%、72.99%、67.32%。从残留在土柱中的氮来看，尿素为34.16 mg，A为54.02 mg，MA为65.36 mg，可知两种包膜尿素土柱中残留氮明显高于加普通尿素的，特别是加了密封剂的包膜尿素MA的残留量几乎是普通尿素的2倍。无论是水溶试验还是土柱淋溶试验都证明聚乙烯醇包膜后有一定的缓控释效果，加密封剂后缓控释效果明显提高，并且释放速度较均匀，大大地减少淋溶造成的养分损失，提高残留在土壤的氮素含量，使得尿素具有更高的利用率。

3 结论与讨论

硅藻土具有很好的保水保肥效果，是缓控释肥料理想的载体材料。肥料中的硅藻土较少，最初对肥料的缓控释起到的主要作用是包膜层，但是随着逐年包膜尿素的施用，硅藻土在土壤中逐渐积累，其对肥料的缓控释作用越来越明显，特别是在干旱地区和保水保肥能力较差的沙土中会有更好的使用效果。

从水溶试验和土柱淋溶试验的结果可以看出，密封剂的使用使得包膜尿素养分释放速度明显减慢，且释放较匀速。水溶试验中MA释放规律总体与扩散机制的释放模式一致，且符合作物对养分的吸收规律，呈“S”形曲线，幼苗期吸收速度较慢，中期吸收较快，晚期吸收较慢，从而避免早期肥料养分过多而使得幼苗来不及吸收而造成的肥料的流失和浪费。因此，包膜肥料可一次性作为底肥或种肥施入土壤中，不用

追肥，减少劳动力的投入。加密封剂后的包膜尿素大大地减少淋溶造成的养分损失，增加残留在土柱中的氮素含量。

聚乙烯醇的包膜取得一定的缓释效果，但由于膜层致

密度不高，通透性大，缓控释效果较差，松香和石蜡密封后膜层致密度增加，缓释效果增强。所以，我们把聚乙烯醇包膜，松香石蜡进行密封作为最后缓控释尿素的包膜方法，并选择包膜尿素MA进行玉米种植试验，对其肥效及对土壤氮素营养和脲酶活性的影响进行研究。

所研制的硅藻土为载体包膜尿素的使用不仅可以提高化肥利用率，减少资源的浪费，而且可以减缓由于化肥大量流失而对环境造成的污染，且所用的包膜材料松香、石蜡以及聚乙烯醇在土壤中可自然降解，不会对土壤造成二次污染。因此，它是环保型肥料，对可持续农业的发展有着重要的意义。

参考文献

[1]张杨珠，陈军文，黄运湘，等.几种天然养分载体的保肥供肥特性的研究[J].湖南农业大学学报：自然科学版，2003，29（4）：312-317.

[2] 武志杰，陈利军.缓释/控释肥料：原理与应用[M].北京：科学出版社，2003.

[3] 张海军，武志杰，梁文举，等.包膜肥料养分控释机理研究进展[J].应用生态学报， 2003，14（12）：2337-2341.