两种工艺包膜尿素的养分释放特性及其在水稻上的增产效应

茹铁军，杨振军，张天山，吴 舒，肖占梅

（中国-阿拉伯化肥有限公司，河北 秦皇岛 066003）

树脂包膜肥料是目前国内主流的缓控释肥料产品，特别是以聚氨酯包膜技术为代表的缓控释肥料产品已经建成了多套生产装置。Jcam Agri（杰康）株式会社是日本主要的缓释肥料生产企业，其生产的控释尿素在水稻上的应用量很大。下面将国内主流的聚氨酯包膜尿素与日本Jcam Agri株式会社的可降解树脂包膜尿素进行水培法和土培法的养分溶出、肥效等的对比分析，为国内缓释肥料企业和研究人员提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试肥料

供试肥料：中国-阿拉伯化肥有限公司生产的SACF包膜尿素（44-0-0），植物油聚氨酯包膜工艺产品；Jcam Agri株式会社生产的Meister包膜尿素（41-0-0），光降解树脂与天然矿粉的包裹涂层型产品；中国-阿拉伯化肥有限公司生产的SACF 15-15-15、18-15-15硝基氯型复合肥。

1.2 试验方法

1.2.1养分溶出检测

包膜缓释肥料的养分溶出评价手段，主要包括水培法和土培法两种［1］。

1） 水培法 称取供试肥料样品10.00 g，置于尼龙网袋中浸入200 mL净水中，于25 ℃培养。定期取出样品，并重新用200 mL净水继续浸泡。测定浸提液N含量，计算N溶出率、养分释放期（养分溶出率达80%的天数）。

2） 土培法 称取2.00 g肥料样品若干份，放入1 mm网格的扁平尼龙网袋中，封口。在敞口塑料瓶中加入过1 mm筛的风干土150 g，将肥包平放于土层上方，并尽量使化肥颗粒均匀分散开，然后再加入风干土150 g，轻震样品瓶使土粒进入肥料颗粒之间，加净水至田间持水量的60%，并定期补水以保持水分恒定，25 ℃培养。定期取样，肥包取出后用净水冲洗干净，拆包后将肥粒倒入研钵中，小心研碎，再用净水充分溶解，测定浸提液的N含量。计算出肥料中的残留N含量，并用差减法计算N溶出率。

1.2.2田间试验田间试验作物为水稻，分为小区试验和田间示范2种。小区试验3次重复，田间示范不设重复。

2 结果与分析

2.1 包膜尿素养分溶出

图1 SACF包膜尿素与Meister包膜尿素养分溶出对比

这两种包膜尿素的养分溶出对比见图1。测试所用的Meister包膜尿素由Meister 8型（直线型释放产品，牌号标识土壤25 ℃养分释放期（溶出率达80%的天数）约50 d）与Meister S9型（S型释放产品，牌号标识土壤25 ℃养分释放期约65 d）按一定比例掺混而成。由图1a.可见，SACF包膜尿素水培养分释放为直线型，25 ℃养分释放期约为66 d；而Meister包膜尿素水培养分释放略呈现S型，25 ℃养分释放期约为55 d。由图1b.可见，在土中培养情况下，SACF包膜尿素养分释放为直线型，25 ℃养分释放期约为68 d；而Meister包膜尿素土培养分释放略呈现S型，25 ℃养分释放期约为63 d。

水培法简单易行，重现性好，但没有涉及膜层周围土壤微环境对养分溶出与膜层结构的影响。包膜肥料最终是要施用到土壤中的，在土壤中的养分缓释性能如何才是最真实和有价值的。对于某些膜材，如EVA（乙烯共聚物）蜡涂层是一种良好的包膜阻水材料［2］，但因为蜡的小分子性能，很容易在土壤微生物作用下发生降解，进而造成土培法养分溶出数据明显快于水培法的情况。

图1a.与图1b.对比可知，这两种包膜尿素在净水和土壤介质中的养分溶出曲线基本一致，这表明膜层结构稳定，养分溶出不受土壤微观环境的影响。只是Meister包膜尿素在土壤中的养分释放期较净水中由55 d延长到63 d，这可能与该包膜尿素在土壤中的养分扩散速度较水中更慢有关。

Jcam Agri株式会社对包膜尿素的养分检测是将包膜尿素混入土壤中，定温定湿培养，然后肥土分离测定肥芯中的氮含量，进而绘制溶出模拟曲线，因此Meister包膜尿素的标识养分溶出数值全部是土壤介质的，这一点值得我们借鉴。

2.2 包膜材料的再生性与可降解性

随着包膜缓释肥料在农业上应用增多，对包膜材料的环保性与降解性的关注度也日益增加。在欧盟，特种肥料产品在监管层面受到越来越多的审查，新版《欧洲肥料法规》（2019年7月签署）要求，从2024年7月起包膜控释肥料中使用的聚合物必须是可生物降解的，且在所要求的化肥产品功能期结束后48个月内至少90%降解为二氧化碳、水和生物质［3］。目前，我国对树脂包膜肥料膜材的降解性及其降解产物的关注有所增多，但依然停留在初级层次，这需要引起研究者和相关企业的重视。

SACF包膜尿素采用的是天然植物油聚氨酯包膜技术，膜材的生物降解测试曲线（采用受控推肥法（GB/T 19277—2003））见图2。由图2可见，42 d时，膜材降解率超过了15%，因此该植物油基聚氨酯膜材是有一定降解性的（参考HJ/T 209—2005，要求生物降解型膜包装制品降解率≥15%）。

图2 SACF包膜尿素膜材生物降解性能

日本Meister包膜尿素膜材是光降解树脂与天然矿粉的混合物，其在耕作等的外压与阳光的照射下，逐渐龟裂并破裂化，最终在土壤微生物的作用下降解为一氧化碳和水，因此具有较好的降解性。

2.3 两种包膜尿素在水稻上的肥效验证

供试水稻品种为五优稻4号，试验地点在黑龙江省五常市安家镇。土壤类型为黑土型水稻土，肥力中等，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

2.3.1试验设计

小区试验设3个处理，面积50 m2，3次重复，耙地前施肥，手工插秧，株距为32 cm×20 cm。示范试验设3个处理，面积200 m2，不设重复，耙地后施肥，其他同小区试验。各处理施肥方案见表2，遵循667 m2（亩）施纯氮8 kg的原则，肥料均一次性底施，栽培技术和田间管理措施一致。

表2 包膜尿素水稻田间试验施肥说明

2.3.2田间试验结果与分析

不同处理的水稻生育期见表3。

由表3可以看出，处理2和处理3分蘖期、抽穗期、成熟期较处理1早1～2 d。并且从田间长势观察来看，处理2和处理3整个生育期生长旺盛，根系多，叶片肥厚，茎秆粗壮，均为活秆成熟，整个生育期无脱肥现象，特别是处理3长势更旺。

小区田间试验结果见表4，示范试验结果见表5。

表4 不同包膜缓释肥处理小区试验结果

表5 不同包膜缓释肥处理示范试验结果

由表4和表5可以看出，处理2（SACF包膜尿素）和处理3（Meister包膜尿素）产量明显高于处理1（参照），其中小区试验分别增产18.8%和23.2%；示范试验分别增产20.9%和25.0%。同时包膜缓释肥处理的实粒数和穴穗数明显高于处理1（参照），这表明缓释肥处理2和3氮素供应更充足，田间长势也很好地验证了一点，因此包膜缓释尿素在水稻上具有较好的应用前景。另外，小区试验和示范处理均是处理3（Meister包膜尿素）的增产效果略好于处理2（SACF包膜尿素），增产幅度在3%～4%，这表明Meister包膜尿素的氮素养分释放与水稻的需氮规律更吻合，这可能与其S型养分释放曲线有关。

3 结论

SACF包膜尿素溶出曲线为直线型，Meister包膜尿素溶出曲线略呈现S型，净水介质中养分释放期分别为66 d和55 d，两种包膜尿素在土壤中的养分释放期分别为68 d和63 d；水培法与土培法养分释放数据基本一致，膜层结构稳定，养分溶出不受土壤微观环境的影响。

两种工艺包膜尿素在水稻上的田间肥效对比试验表明，与对照处理相比，SACF包膜尿素和Meister包膜尿素小区试验分别增产18.8%和23.2%，示范试验分别增产20.9%和25.0%，增产显著。