异质膜材多层包膜尿素养分释放特征及其数学模拟

为了明确以水溶性树脂（氯乙烯偏氯乙烯、丙烯酸脂）为主包膜材料、脂溶性改性石油 C9树脂为辅助材料的多层包膜尿素的养分释放特征,采用3×4双因素随机区组设计,其中因素一为改性C9石油树脂内保护层包膜用量,设3个水平,即每平方米尿素表面积喷涂5、10、15 g改性C9石油树脂;因素二为水溶性树脂包膜用量,设4个水平,即每平方米尿素表面积喷涂30、40、50、60 g水溶性树脂。采用流化包衣技术制备共12种供试样品,所有供试样品均在水溶性树脂包膜层外再喷涂10 g/m2改性C9石油树脂。然后采用1：5肥水比的恒温静水培养法检测了供试肥料的养分释放曲线并对其进行数学模拟。结果表明,通过Richards方程的特征参数判断可知其中10个供试样品的养分释放曲线为S型,说明了采用水溶性树脂为主和脂溶性树脂为辅所制的多层尿素可以实现养分的S型释放。改性C9内保护层的作用主要体现在改变养分释放曲线形状上,内保护层由5 g/m2增加至10 g/m2,曲线趋向于S型,30～60 g/m2水溶性树脂包膜层4组处理的最大养分释放速度出现的时间点分别推迟22.6、49.3、74.9和39.4 d,进一步增加至15 g/m2,最大养分释放速率出现的时间点不变或者轻微地提前。水溶性树脂包膜层的主要作用是控制养分释放速率,包膜层厚度由30 g/m2逐渐增加至60 g/m2显著延长了包膜尿素的肥效期,其肥效期为75.0～287.1 d。综上可知,以改性石油C9树脂为保护层的水溶性树脂包膜尿素可实现养分的S型释放;使用5～10 g/m2改性C9作内保护层、30～60 g/m2水溶性树脂作为包膜层、10 g/m2改性C9作为外保护层,采用流化包衣技术可制造肥效期约为75.0～287.1 d的符合国家相关标准包膜控释氮肥产品。该研究可为水溶性树脂包膜肥料的制造工艺提供参考。     

热塑性包膜尿素微观结构特征及养分释放机理研究

采用扫描电镜、水中溶出法、饱和盐溶液蒸汽压法和土壤培养法,探讨了热塑性包膜尿素微观结构特性及养分释放机理。结果表明,热塑性包膜尿素膜表面光滑,膜上存在纤维状孔隙,膜厚度53.8～65.2 μm。氮素释放速率随温度的升高而增大,在25、30、40、50、60℃水中,尿素累积释放80％的时间分别为96、80、12、8、4 d。在不同培养温度条件下,氮素释放率与时间的关系可用一级动力学方程:Nt=No(1-e-kt)、Elovich方程:Nt=a+blnt和抛物线方程:Nt=a+bt0.5表征;在25和40℃时,以一级动力学方程拟合效果最好。包膜尿素的氮素释放率随着水蒸气压差的增大而增加,并且随水分含量降低而降低。定量描述氮素养分释放的动力学方程中,以一级动力学方程更具有实效性。包膜控释肥料膜内外水蒸气压差是控制养分释放的主要因素。     

水溶性树脂包膜控释肥料养分释放特征及影响因素

为了探讨不同养分配比包膜控释肥料的养分释放特征,采用相同工艺制造同一包膜厚度而核心肥料氮磷钾配比（以下简称核心肥料）不同、同一核心肥料而包膜厚度不同的水溶性树脂包膜控释肥料,并在高温和常温下的纯水中培养,研究核心肥料、包膜厚度、培养温度对养分释放特征的影响。结果表明：在（25 ± 0.5）℃或（40 ± 0.5）℃下,膜材用量为50 g/m2和70 g/m2的高氮型控释肥料的养分累积释放特征曲线均呈S型,增加包膜厚度或降低培养温度,均可延长培养前期的养分缓慢释放阶段。在（25 ± 0.5）℃下,膜材用量为50 g/m2时,均衡型和高钾型控释肥料的养分累积释放曲线为抛物线型,膜材用量为70 g/m2时,则为双抛物线型;培养温度为（40 ± 0.5）℃时,养分累积释放曲线均转变为抛物线型。3种因素不仅影响养分释放曲线的形状,同时对肥效期产生明显影响,增加包膜厚度或降低培养温度,均可延长养分的肥效期。氮磷的肥效期大小顺序为高氮型＞高钾型＞均衡型,而钾的肥效期则是高钾型＞高氮型＞均衡型。综上所述,包膜厚度、培养温度及核心肥料同时影响着包膜控释肥料的养分释放特征,养分释放越快,其曲线形状趋向于抛物线型,反之则趋向于S型;3类核心中,以高氮型核心最能发挥水溶性树脂的控释性能。     

桐油包膜尿素养分释放机理的研究

以桐油为包膜材料,采用土壤盆栽试验和水中静置试验,对控释肥料养分释放动态进行了研究。结果表明,以桐油为包膜材料的包膜尿素,在土壤中养分初期溶出率为12.6%,在水中养分初期溶出率为20.1%,是比较理想的包膜材料。在水中与土壤中养分释放期为1∶1.2;N素的释放可用LOGISTIC动力学方程描述,释放常数k值可用来判断控释尿素的N素释放速率大小。     

桐油包膜尿素的养分释放速度及其对黑麦草生长的影响

表征了4种供试桐油包膜尿素(TCU)的特性和包膜形貌,测定了其养分释放曲线和释放速度。在不施基肥以及基施氮素15.8g/m2的尿素和4种TCU的情况下,用盆栽试验考察了各施肥处理对黑麦草生长、形态指标和色泽的影响。结果表明,所有施肥的处理均有助于黑麦草的出苗,在播种后的最初4～5周,TCU和尿素处理的黑麦草植株高度和生物量均优于未施基肥的处理,施肥处理间的差别不大;在播种的5～6周后,具有长释放周期的TCU.UT-02(t8024d)和UC-04(t8026d)处理的黑麦草植株高度和生物量均超过了施尿素的处理,这些TCU处理的黑麦草的绿期长于7周,也优于尿素处理的黑麦草的绿期5周。     

包膜尿素养分释放特性测定方法的研究

分别以水、砂子、热硼酸溶液为介质,研究不同浸提方式对缓/控释肥养分溶出率的影响及两种缓/控释肥料的溶出特征。结果表明,同一种肥料在不同的介质中溶出率趋势无显著差异,以热硼酸溶液为介质,可提高检验速度,是检验长释放期控/缓释肥料产品质量的有效方法。     

土壤水分对包膜尿素养分释放特性的影响

试验采用土壤培养的方法,以释放期分别为60 d(肥料A)和90 d(肥料B)的两种肥料作为供试肥料,研究了土壤绝对含水量、干湿交替、相对含水量和水势因素对3种土壤中包膜尿素养分释放特性的影响。结果表明:在3种土壤中,土壤绝对含水量从50 g/kg增到200 g/kg时,包膜尿素养分释放率均随土壤水分含量的增加而显著增加,此时水分因素是控制包膜尿素养分释放的主要因素。在干湿交替条件下,两种供试肥料间释放率的差异变大,其中肥料B在潮土中释放速率较其他两种土壤中下降更多。当相对含水量在0%~50%田间持水量范围内,或水势在60~100k Pa范围内时,供试肥料在红壤中的释放显著低于潮土和水稻土,这与红壤中黏粒含量高有关;当相对含水量大于100%田间持水量时,或水势低于60 k Pa时,土壤水分和土壤类型对包膜尿素养分释放的影响基本不再显著。常用的Sugihara方程可以较好地拟合包膜尿素在试验设定水分条件下的养分释放特性,相关系数r0.95。3种不同土壤水分参数均可以用来预测包膜尿素的释放率和释放期,其中水势(x)与包膜尿素释放期(y)的拟合效果最好,关系式为y=64.79e~(0.0066x),r=0.91。     

包膜控释肥料在土壤中养分释放特性的测试方法与评价

在土壤培养基础上,着重研究了包膜控释肥料养分释放率的三种测定方法以及在土壤中测得的包膜控释肥料养分释放率与在水中测得的养分释放率间的相关性。结果表明,在土壤培养中,采用肥料养分化学测定法、肥料养分称量法和土壤无机氮增量法都能直接或间接表征包膜控释肥料在土壤中的养分释放率及其相关性状。包膜控释肥料在土壤与水两种体系中所测得的养分释放率之间相关性显著,其相关关系符合一元一次线型回归方程,相关系数(r)大于0.920。     

麦饭石混合物包膜尿素的肥效及成膜理化特征研究

以麦饭石和有机粘结剂为包膜材料,采用开放式旋转包膜工艺,制得麦饭石混合物包膜尿素(简称包膜尿素)。盆栽试验结果表明,施用包膜尿素玉米生物量显著高于尿素对照,氮素利用率提高13～32个百分点;应用红外光谱对包膜尿素膜层结构的研究结果看出,膜层结构发生较大的变化,出现了新基团并发生了峰形变化;通过电镜扫描技术对膜结构的研究结果显示,麦饭石包膜前后的结构差异明显,包膜前为分散的单个颗粒,而包膜后是固体粉末颗粒间紧密排列并通过液体胶联的多层堆叠而形成包膜层,这些变化是麦饭石包膜尿素的膜层结构紧密而使其控释性能增强的原因。     

包膜控释肥养分释放特性评价方法的研究进展

控释肥已成为国内外肥料研究的热点 ,但是评价控释肥养分释放特性的方法研究相对滞后 ,至今没有较为完善的方法和统一的测试标准。本文综述了包膜控释肥养分释放特性的现有评价方法 :水中 (或溶液 )溶出率法、土壤溶出率法、扩散率法、渗透率法、电超滤法和同位素示踪法等 ;评述了各种方法的优缺点及改进途径 ;并展望了今后评价方法的研究方向     

缓/控释尿素在稻田土壤中养分释放与转化特点及脲酶响应

采用田间应用试验方法,研究利用3种生化抑制剂双氰胺(DCD)或3,5-二甲基吡唑磷酸盐(DMP)和N丁基硫代磷酰三胺(NBPT)对尿素氮转化的协同作用、结合氮肥增效剂多肽(PA)或丙烯酸树脂包膜制成的缓/控释尿素肥料在北方粳稻土壤中养分释放与转化特点,明确肥料在北方稻田土壤中的缓/控释性能。结果表明:所用肥料在水田土壤中尿素态氮都能保持到水稻灌浆期,尿素有效性至少可达82d,2种生化抑制剂结合包膜肥料可达146d,完全可以满足水稻整个生长期的氮素供给,脲酶抑制剂NBPT及包膜层具有显著的缓/控释作用效果;而多肽活性物质在稻田土壤中无明显抑制尿素转化作用。在水稻生长前、中期,土壤铵态氮含量很高,完全能满足水稻对铵态氮的吸收,硝化抑制剂DCD或DMP和水田淹水土壤生态环境共同作用使土壤中铵态氮大量存在、硝态氮较少,总体上DMP作用效果优于DCD;所有肥料对水田土壤脲酶活性影响差异不大,PA没有起到保持土壤中大量的氮素养分和减少氮素损失的显著作用。     

不同水溶液条件对复合改性矿物包膜尿素养分释放的影响

以水为浸提溶液,研究了不同温度、pH和盐离子浓度条件对4种复合改性矿物包膜尿素养分释放的影响。结果表明,温度对复合改性矿物包膜尿素的养分释放速率有显著的影响,在15,25,35℃条件下,随着温度升高,水中养分溶出率均显著加快;盐浓度也是影响养分释放的重要因素,在5%,10%,20%尿素、氯化钾溶液中,随着尿素、氯化钾浓度的增大,复合改性矿物包膜养分释放速率明显降低;pH对复合改性矿物包膜尿素的养分释放的影响因包膜材料不同有所差异。     

包膜控释尿素对保护地菜地土壤肥力及酶活性的影响

为探讨包膜控释尿素施用条件下土壤酶活性及其与土壤肥力的关系，对种植黄瓜、番茄、辣椒等蔬菜的保护地菜地土壤酶活性以及土壤养分因子含量进行了测定和分析。结果表明，施用包膜控释尿素比普通尿素能明显提高土壤有机质、全氮、碱解氮、硝态氮、铵态氮、速效钾含量，降低了土壤速效磷含量；包膜控释尿素可增强土壤多酚氧化酶、磷酸酶、脲酶活性，这些酶活性与土壤养分之间具有极显著或显著的相关性，施用包膜控释尿素未增强过氧化氢酶、转化酶的活性，过氧化氢酶、转化酶与土壤养分因子相关性不明显。在评价土壤酶活性与土壤养分的关系方面要根据不同的作物作具体的分析。     

控释复合肥田间养分释放特征及对土壤硝态氮和铵态氮累积的影响

通过水中溶出率法和田间玉米根下土埋法,研究聚合物包膜控释复合肥的养分释放特征及其对土壤中NO3^--N和NH4^＋-N累积的影响。结果表明,浸提温度越低,控释复合肥的养分释放速率越慢,CRF1和CRF2在15℃的释放期分别是25℃的1.5,1.67倍,5℃的释放期皆为25℃的2倍;夏季CRF3田间养分释放速率稍慢于水中溶出速率,从第7天到第84天二者累积养分释放率平均变幅为3.12%;春季CRF4田间养分释放明显慢于水中溶出速率,最大变幅达31.8%;与CCF处理相比,施用控释复合肥能够显著提高玉米生长期耕层的NH4^＋-N含量和0-20 cm土层的NO3^--N含量,显著减少20-40 cm土层的NO3^--N的累积,且CRF3-H处理与CCF处理比较,在第14天和第84天时20-40 cm土层的NO3--N含量仍然表现为差异显著。因此,应根据不同地域的气候条件和作物需求,选用养分释放特征适宜的控释肥料,达到增效、节肥、安全、环保的目的。     

控释尿素不同比例配施对水稻生长及土壤养分的影响

采用水稻大田小区试验,以普通尿素为对照,在相同施氮条件下,研究了控释尿素和普通尿素不同比例配施、不同控释期控释尿素不同比例配施对土壤养分、水稻产量和氮素利用率、经济效益等方面的影响。结果表明,2个月控释尿素和3个月控释尿素掺混后,氮素释放速率适中,能够为水稻提供较为稳定的氮素来源。肥料施入大田后,不同控释期控释尿素配施使土壤硝态氮、铵态氮和碱解氮含量维持在较高水平,更有利于水稻中后期氮素供应。较普通尿素而言,控释尿素配施提高了水稻株高,水稻产量增加了4.08%~16.99%,氮肥利用率提高了7.11%~46.75%,水稻增收793.87~3 582.90元/hm~2。本试验条件下,以40%2个月控释尿素与60%3个月控释尿素配施综合效果最好。     

缓/控释肥的最新研究动态及其展望

缓/控释肥研制和开发是肥料领域的热点,其对提高作物肥料利用率和保护生态环境有着十分重要的现实意义。通过对缓/控释肥料的类型、最新研究动态及评价方法等方面的阐述,提出了近年来国内外控释肥料存在的问题,并展望了今后缓/控释肥料的研究方向。     

日本包膜缓释肥料养分释放及微结构研究

采用恒温水培试验,研究了日本生产的五种包膜肥料(LP40、LPS40、SC60、LPSS和LPSS100)氮素释放特性,用一级反应动力学方程进行拟合,并用扫描电镜观察了包膜肥料水培前后膜的微观结构。结果表明,包膜肥料的膜材料不同,氮素释放量也不同;包膜肥料的氮素释放率随着时间的延长而增加;这五种包膜肥料的氮素释放特征均可用一级反应动力学方程来描述,氮素释放速率常数与氮素释放率成正比,与氮素溶出的半时值成反比;扫描电镜的图像分析结果显示,水培后LPSS、SC60的膜外表面完整性要好于LP40,LPSS的膜剖面结构很紧实,阻水性能好。     

控释尿素对水稻生理特性、氮肥利用率及土壤硝态氮含量的影响

为了探明控释尿素(CRU)提高氮肥利用率并减少土壤中硝态氮累积的作用机理,通过田间试验,研究了控释尿素对水稻氮代谢关键酶活性、氮肥利用率及土壤硝态氮含量的影响。结果表明,控释尿素能显著提高齐穗期和乳熟期叶片中的硝酸还原酶活性,特别是乳熟期最为明显;能显著增强水稻叶片谷氨酰胺合成酶和谷氨酰胺转化酶活性,且增强作用可持续到蜡熟期,其增强效果在齐穗期最为明显;还能显著提高乳熟期和蜡熟期叶片的蛋白水解酶活性。其中,以处理4(CRU60%+PU40%)最为明显。控释尿素还能显著增强籽粒中的谷氨酰胺合成酶和谷氨酰胺转化酶活性活性,并能显著提高水稻的产量及氮肥利用率,也是以处理4增强效果最为明显。控释尿素还明显增加了蛋白质的含量,在一定程度上改善了稻米品质。同时,控释尿素还可明显降低水稻土壤中硝态氮的含量,减少硝态氮向土壤深层渗漏数量,以减轻对地下水污染风险。     

植物诱抗剂对尿素氮利用率和小麦产量的影响

为研究植物诱抗剂配伍尿素和控释尿素对小麦产量及构成因素、氮肥利用率和土壤养分的影响,通过对尿素包膜(CRU)、包膜尿素配施诱抗剂(CRUR)、尿素配施植物诱抗剂(UR)的处理方式,进行了小麦大田试验,以尿素(U)和无氮(CK)处理为对照,共设置5个处理。结果表明:(1)尿素配施诱抗剂处理的小麦产量和氮肥利用率比尿素处理显著提高23.6%和10.1个百分点,纯收益显著增加3 269元/hm2。(2)CRUR处理较CRU处理小麦产量和氮肥利用率显著增加14.5%和12.4个百分点,纯收益显著提高2 361元/hm2;比UR处理显著提高16.3%和11.9个百分点,纯收益增加2 446元/hm2。(3)在小麦拔节期即氮肥最大效率期,CRUR处理的土壤硝态氮含量比CRU处理显著增加29.5%,比UR处理显著增加88.2%;CRUR处理的土壤铵态氮含量比UR处理显著提高34.4%。控释尿素配施植物诱抗剂可实现两者协同增效,显著提高小麦生育关键期土壤氮素供应强度、产量、氮肥利用率和纯收益,为促生型缓控释肥料的研发与应用提供依据。