可降解包膜尿素缓释肥的氮素释放规律及对小白菜生长的影响

陶美彤　李悦铭　李旭

摘要：采用盆栽试验比较研究了膨润土含量不同的可降解包膜尿素缓释肥的氮素释放规律及对小白菜生长的影响。结果表明，研究NH4+-N和NO3--N含量在尿素和缓释肥处理中均随时间呈现先增加后减少的趋势，尿素处理分别在14、21 d达到最大值，分别为102.25、30.05 mg/kg，而缓释肥处理分别在21、28 d达到最大值，范围分别为 54～60 mg/kg、2～28 mg/kg。与尿素相比，尿素缓释肥具有比较明显的缓释效果，即使在施肥后期土壤中 NH4+-N和NO3--N的含量也较大，满足了小白菜全生长期的营养需求，小白菜各项生长指标明显提高。此外，缓释肥对小白菜的增产效应随着膨润土含量的增加而提高，当膨润土含量为4.5%时，小白菜产量最高。

关键词：膨润土；小白菜；缓释肥；可降解；产量

中图分类号： S634.306+.2文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2017）15-0133-04

传统氮肥（如尿素）具有利用率低、肥效期短、养分容易淋失、挥发和固定等特点[1]。它的大量施用不仅浪费了资源，引发系列环境污染问题，而且破坏了土壤结构，造成土壤板结[2]。然而，缓释肥的出现和发展可以有效地解决上述问题。缓释肥能够较好地控制养分释放速度，使氮素利用率由30%～35%提高到60%～70%[3]，有利于实现减肥增效目标，被称为“21世纪的肥料”。

美国在20世纪50年代就开始研究包膜缓释肥，随后是日本、欧洲等国家[4]，至20世纪80年代包膜缓释肥的研究已经成为国际的热点[5-6]。我国于20世纪70年代开始研究包膜缓释肥，尤其在有机物材料包膜这方面起步较晚，研究水平与美国、日本等国家的差距较大。目前，我国包膜缓释肥的研究主要集中研发包膜材料方面，而且现在的缓释肥所采用的包膜材料以水基聚合物、聚氨酯类和天然高分子等有机材料为主[7]。随着土壤污染问题日益严重[8]，为了有效地解决由包膜材料难降解引起的土壤环境污染问题，环境友好型可降解包膜材料的研发逐渐引起了国内外学者和科研机构的关注[9-13]。沈阳农业大学、安徽农业大学、华东理工大学等都研制出各种生物降解性良好的缓释包膜材料[14-19]，而且这些材料主要以淀粉、聚乙烯醇和壳聚糖等可生物降解包膜材料为主。现阶段，国内关于聚合物包膜缓控释肥的释放特性、研究进展、肥料效应等方面报道较多，但有关可降解的包膜缓控释肥的肥效方面研究较少。土壤中能够被作物直接利用的生物有效态氮主要是NH4+-N和NO3--N，其含量会直接影响作物的生长[20]。膨润土能强烈吸附尿素和 NH4+-N[21]，具有吸附性、阳离子交换性、控释作用、保水保肥和改良土壤盐碱性等优良性质，并且还含有植物生长所需的常量元素和微量元素。所以，使用膨润土作为缓释肥的载体，可提高肥料的利用效率，特别是对氮肥的保氮作用明顯[22-23]。

本研究选择可生物降解的淀粉和聚乙烯醇为主要材料，再选择对NH4+-N和NO3--N具有吸附作用、提高缓释效果的膨润土为辅料作为包膜材料，制备成包膜尿素缓释肥。在此基础上，采用盆栽试验研究膨润土含量不同的可降解包膜尿素缓释肥NH4+-N和NO3--N的含量随时间的变化特征及其与小白菜生长之间的关系，进而揭示可降解包膜尿素缓释肥的肥效情况，对环境友好型缓释肥在作物上的应用和未来农业上推广具有重要意义。

1材料与方法

1.1试验地点与材料

试验于2015年6—7月在吉林大学地下水资源与教育部重点实验室进行。供试土壤采自吉林大学南校区周边土地的表层土壤。采用鲁如坤的土壤农业化学分析方法测定供试土壤的性质[24]。小白菜种子购买于合肥市合丰种业有限公司；天然膨润土购买于天津市光复精细化工研究所。供试土壤基本理化性质见表1。

1.2研究方法

1.2.1包膜尿素缓释肥的制备

分别称取6 g淀粉、0.06 g氢氧化钠、4 g聚乙烯醇和0.2 g硼砂，1.5 mL甲醛和2.0 mL甘[CM（25]油充分混合后，再分别按比例添加0、1.5%、3.0%、45%的膨润土制备成包膜。然后将包膜包在尿素表面，干燥，保存于干燥器中备用。

1.2.2盆栽试验

选择小白菜盆栽试验。氮肥施用量按比例（土壤 ∶N=1 000 ∶0.3）进行。试验设6个处理，将过 2 mm 筛分的干土1 kg分别与尿素以及0、1.5%、3.0%、45%膨润土的可降解包膜尿素缓释肥混匀后装入盆中，以不施肥料为空白对照，每盆播种10粒小白菜种子，待长成幼苗后，每盆留3株。盆栽试验进行49 d，每7 d浇1次水并用流动分析仪测定土壤中NH4+-N、NO3--N的含量。不栽种小白菜盆作为空白对照，每组重复3次。小白菜收获后取地上部分，用直尺测定其叶长、叶宽，洗净吸干表面水分后测定小白菜鲜质量，80 ℃烘干48 h后测定干质量，并且按照下面公式计算各指标的生物增长率（T）。

[JZ]T=（处理组生物量-对照组生物量）/对照组生物量×100%。

1.3测定指标及方法

采用Excel 2007和SPSS数据统计软件，进行鲜质量和干质量的单因素方差分析，鲜质量和干质量、NO3--N和 NH4+-N以及无机氮的双变量相关分析。

2结果与分析

2.1包膜尿素缓释肥NH4+-N和NO3--N含量的变化

2.1.1NH4+-N含量的变化

膨润土含量不同的可降解包膜尿素缓释肥施入土壤后的NH4+-N含量变化见图1。从图1可以看出，与膨润土含量不同的可降解包膜尿素缓释肥相比，未施肥的空白对照NH4+-N含量变化十分微小。膨润土含量不同的可降解包膜尿素缓释肥与尿素处理NH4+-N含量均呈现先增加后减少的趋势，且尿素处理NH4+-N含量在14 d达到最大值102.25 mg/kg。高峰值过后，尿素处理NH4+-N含量急剧下降，49 d后降至10 mg/kg以下。可降解包膜尿素缓释肥处理NH4+-N含量变化较为稳定，在 21 d 时，0、1.5%、3.0%、4.5%膨润土的可降解包膜尿素缓释肥处理NH4+-N含量分别为59.2、57.01、55.99、54.87 mg/kg，NH4+-N含量顺序表现为B0>B1.5%>B3.0%>B4.5%，28 d起至结束其含量顺序变化为B4.5%>B3.0%>B1.5%>B0。结果表明，在小白菜生长前期可降解包膜尿素缓释肥处理NH4+-N含量明显低于尿素处理，后期又显著高于尿素处理。表明可降解包膜尿素缓释肥可持续稳定地提供NH4+-N，满足小白菜全生长期的营养需求，缓释肥对NH4+-N的缓释效果会随着膨润土含量的增加而增加。endprint

2.1.2NO3--N含量的变化

膨润土含量不同的可降解包膜尿素缓释肥施入土壤后的NO3--N含量变化见图2。未施肥空白对照NO3--N含量变化与膨润土含量不同的可降解包膜尿素缓释肥处理的NH4+-N含量变化相似。相对于可降解包膜尿素缓释肥处理的盆栽，尿素处理NO3--N含量在小白菜生长前期迅速增加，且21 d达到3005 mg/kg的最大值后迅速下降。可降解包膜尿素缓释肥处理在施肥后21 d内呈上升趋势，21～28 d内变化缓慢，至28 d时达到最高，0、1.5%、3.0%、4.5%膨润土的可降解包膜尿素缓释肥处理NO3--N含量分别为22.92、24.27、25.69、27.45 mg/kg，NO3--N含量顺序为B4.5%>B3.0%>B1.5%>B0，28 d后开始下降，但下降趋势缓慢，变化较小。从图2可以看出，可降解包膜尿素缓释肥处理的小白菜在整个生长期能够持续稳定地提供NO3--N，并且随着包膜中膨润土含量的增加，土壤中NO3--N含量也随着增加，尿素处理NO3--N含量在小白菜生长前期提供大量的NO3--N，而后期提供的NO3--N较少。

2.2包膜缓控释肥对小白菜生长发育的影响

2.2.1包膜缓控释肥对小白菜生长的影响

膨润土含量不同的可降解包膜尿素缓释肥对小白菜叶长、叶宽的影响见表2。从表2可以看出，尿素处理小白菜叶长和叶宽比空白对照增加7.96%和5.84%。添加0、1.5%、3.0%、4.5%膨润土的可降解包膜尿素缓释肥处理的小白菜叶长比对照分别增加21.51%、2339%、22.90%、21.00%，小白菜叶宽比对照分别增加25.77%、30.79%、29.08%和28.26%。施用可降解包膜尿素缓释肥后的小白菜叶长和叶宽均明显较对照和尿素处理有所增加。与尿素处理相比，添加膨润土可降解包膜尿素缓释肥的小白菜叶长和叶宽增加明显，这是因为尿素施入土壤一段时间后其养分很快释放完全，后期不能为小白菜的生长提供充足的养分，而可降解包膜尿素缓释肥能够满足小白菜整个生长期的营养需求，对小白菜生长具有明显的优势。

2.2.2包膜缓控释肥对小白菜鲜质量、干质量的影响盆栽试验结果，施用尿素处理的小白菜与对照小白菜的鲜质量和干质量相比，分别增长9.63%、8.60%，小白菜产量较对照略有增加。施用可降解包膜尿素缓释肥B0、B1.5%、B3.0%、B4.5%4个处理的小白菜鲜质量比对照小白菜的鲜质量分别增加19.72%、23.53%、24.99%、26.88%，其干質量比对照小白菜分别增加 22.21%、2653%、30.18%、32.09%。表明施用可降解包膜尿素缓释肥后小白菜叶长和叶宽均明显较对照有所增加，在45%膨润土的可降解包膜尿素缓释肥处理下小白菜的鲜质量和干质量分别较对照增加26.88%、32.09%，达到了明显的增产效果。与尿素相比，可降解包膜尿素缓释肥能够大幅度提高小白菜的鲜质量和干质量，且小白菜的鲜质量和干质量随着包膜中膨润土含量的增加而增加。因为包膜中添加适量膨润土能强烈吸附尿素和NH4+-N，并且具有控释作用和保水保肥效果，可以提高养分的利用率，从而提高小白菜的产量。当包膜中膨润土加入量为 4.5% 时，小白菜的鲜质量和干质量增加最大。所以从小白菜的产量角度考虑，包膜中膨润土最适加入量为4.5%。

2.2.3方差分析膨润土含量不同的可降解包膜尿素缓释肥对小白菜鲜质量和干质量的单因素方差分析结果见表4、表5。从表4、表5可以看出，鲜质量和干质量的组间平方和分别为2.531、0.012，组内平方和分别为0.003、0，其中组间平方和的F值分别为1 057.385、677.556，相应的概率值均为0，小于显著水平0.05。结果表明，施用可降解包膜尿素缓释肥对小白菜的鲜质量和干质量有显著的影响。组间变异被施肥类型所能解释的部分分别为2.131、0.010，被其他因素解释的分别为0.400、0.002，并且组间变异被所施用的氮肥类型所能解释的部分十分显著。表明施肥类型对小白菜鲜质量和干质量的影响非常显著，并且直接影响其产量。

2.2.4双变量相关分析小白菜鲜质量和干质量与 NH4+-N、NO3--N、无机氮的双变量相关分析结果见表6、表7、表8。从表中可以看出，小白菜鲜质量与NH4+-N、NO3--N、无机氮之间的Pearson相关系数分别为0.973、0972和 0.974，干质量与NH4+-N、NO3--N、无机氮之间的Pearson相关系数分别为0.989、0.986和0.990，各显著性水平均在0.001以上，表明小白菜鲜质量和干质量与 NH4+-N、NO3--N、无机氮之间均存在正相关。因此，可以得出，小白菜鲜质量和干质量与NH4+-N、NO3--N、无机氮之间均存在显著相关关系，小白菜产量与三者密切相关。

3结论

尿素和可降解包膜尿素缓释肥对NH4+-N和NO3--N具有相同的释放规律，均是随时间的增加呈现先增加后减少的趋势，但是它们的最大值及其出现最大值的时间不同。尿素处理NH4+-N和NO3--N含量分别在14、21 d达到最大值102.25、30.05 mg/kg，而缓释肥处理分别在21、28 d达到最大范围54～60 mg/kg、2～28 mg/kg。

与尿素相比，包膜尿素缓释肥能够在小白菜全生长期内为其提供NH4+-N和NO3--N。包膜尿素缓释肥对 NH4+-N 和NO3--N的缓释效果随着膨润土含量的增加而提高。与尿素处理相比，添加膨润土的可降解包膜尿素缓释肥处理小白菜的叶长、叶宽、鲜质量和干质量分别增加 12%～15%、18%～22%、9%～16%、12%～22%。因为缓释肥满足了小白菜全生长期的营养需求，促进小白菜各项生长指标明显提高。此外，缓释肥对小白菜的增产效应随着膨润土含量的增加而增加，当膨润土含量为4.5%时，小白菜产量最高。endprint

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