粒径和包膜厚度对控释肥氮素释放特性的影响

通过静水溶出率试验探讨粒径和包膜厚度对控释肥料初期溶出率、微分溶出率以及氮素累积溶出率的影响,筛选出适宜的粒径和包膜厚度的控释肥料,以此达到节省包膜材料用量、降低包膜控释肥生产成本的目的。试验结果表明,小粒径(2.5~3 mm)处理的包膜效果优于中粒径(3~4 mm)和大粒径(4~5 mm)处理的包膜效果。当包膜厚度在60~70 g/m2范围内时,中粒径处理的释放速度平缓,释放期长,控释效果优于小粒径和大粒径处理的控释效果;随着厚度的增大,初期、微分溶出率以及氮素累积溶出率都有显著减小的趋势。其中,包膜厚度对中粒径处理的影响最为显著,而对大粒径处理的影响相对较小。     

包膜控释肥料养分释放率快速测定方法的研究

包膜控释肥料养分释放率的快速测定是控释肥质量检测和制定评价标准的关键。快速测定方法可以在较短时间内,推测和评价控释肥料的养分释放速率的快慢及释放期的长短。本研究对4种不同包膜控释肥料在25℃温度条件下的静水释放过程进行了测定,并应用100℃快速浸提化学实测法的测定结果与之拟合,找出两者相同养分释放量的时间对应关系方程,并对方程进行了检验和评价;同时,还对100℃温度条件下快速浸提液进行了电导率法(简便方法)的测定。结果表明,4种不同包膜控释肥料的相同养分释放量与时间对应关系方程的拟合度均达到极显著水平;在100℃温度条件下,快速浸提测定法能在较短的时间内准确测定包膜控释肥料的养分释放率,释放期为36～个月的包膜控释肥,在104～8.h就可初步测定出养分释放期;在25℃释放期为6个月的控释肥,100℃快速浸提测定的养分释放期的最大误差为10.d(5.6%);100℃快速浸提电导率法亦可简便快速的测定出包膜控释肥的养分释放率,其对养分释放期为6个月的包膜控释肥料预测值的最大误差为15.d(8.3%)。     

粒径膜厚与控释肥料的氮素养分释放特性

利用专利技术,以芬兰长之道Uki厂生产的粒径分别为2.5～3.0、3.0～4.0、4.0～5.0mm的氮磷钾复合肥制造控释肥料。在25℃和40℃恒温条件下培养0、1、2、3、4、5、6、7、14、21、28、35、42d后测定氮素释放率,以探讨粒径、包膜厚度(膜材用量)、交联剂等对氮素释放率的影响。结果表明,常温和高温下,包膜厚度相同时,氮素释放率随着肥料粒径的增加而明显增加;但氮素释放率随粒径增长的幅度在膜材用量增大的情况下减小。无论是小粒还是大粒控释肥料,其氮素释放的速率随膜材用量的增多而减小。包膜材料添加交联剂可以明显增加氮素释放率,交联剂S的用量对氮素释放率的影响小于交联剂P。同一包膜厚度和单位质量下,用大粒径核心肥料制造的控释肥料可明显减少包膜材料的用量;但要改进大粒径控释肥料的氮素释放率,应利用表面平滑的核心肥料制造包膜控释肥料。     

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     

几种包膜控释肥氮素释放特性的评价

采用水浸泡法和土培法,按照欧洲标准化委员会(CEN)推荐的控释肥料评价标准,对国内外8种包膜肥料的氮素释放特性进行了评价。水浸泡法测试结果表明,Compo-1、Compo-2的初期溶出率(t1)超出该标准,其它6种包膜肥的t1在标准规定的范围内;8种包膜肥的微分溶出率(△t)均符合标准,氮素释放期(T)均达到缓/控释要求。8种包膜肥中除了Compo-1、Compo-2的t1以外,其它均符合CEN推荐的控释肥料标准,但因包膜材料和工艺的差异,表现出了各自不同的氮素释放特征。土培条件下Compo系列、Cau系列、Osmocote和Au的释放期分别是水浸泡条件下的2～4、1.5、0.7和1.3倍,不同的包膜肥料有各自不同的估算系数,需要采用具体的校验试验确定。从盆栽试验中油菜、玉米第六周生物量来看,Compo-3、Cau-C17显著低于速效肥处理,Osmocote、Au油菜处理显著高于速效肥油菜处理,其它施肥处理与速效肥处理差异不显著。     

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。     

控释肥料氮素释放与水稻吸收动态研究

采用盆栽试验,研究了控释肥料与水稻专用肥不同施用方式的氮素释放规律及水稻吸收动态。结果表明,控释肥料一次施用处理氮素释放高峰期出现在第8～10d,此后所保持的充足供氮期晚造为40～50d,早造为50～60d。专用肥一次施用处理氮素在1～3d内即达释放高峰,土壤较充足的供氮期仅为30～35d。水稻生长后期控释肥处理供氮水平仍高于专用肥一次施用和分次施用处理。控释肥处理晚造土壤氮素供应水平明显比早造高。控释肥处理的水稻植株在全生育期对氮和磷的吸收速率均较高,对钾的吸收速率前期较高,中后期较低,收获期植株的氮磷钾吸收累积量均高于专用肥处理。两造试验中一次性施用控释肥料均明显提高了肥料氮利用率,较专用肥分次施用和一次施用处理分别提高12.2%～13.5%和20.0%～22.7%,磷钾利用率也有较明显的提高。     

膜材料及其构成对调节控释肥料养分释放特性的影响

试验采用水溶出率实测法研究了自行研制的控释肥料养分释放的特性。以养分释放速率和释放期为主要指标评价了膜材料及其构成对调节控释肥养分释放特性的影响。结果表明,膜材料M2的控释性能优于膜材料M1;用膜材料M1包膜肥料的养分累积释放曲线呈对数曲线,而用膜材料M2包膜肥料的养分累积释放曲线呈直线型。在膜的比面重(单位肥料面积上所含膜材料的重量)为20～80g/m2范围内,随着比面重的增加,包膜肥的初期溶出率降低,释放期延长;通过调节膜材料组成与比面重可以研制出释放期不同的控释肥料。     

聚乙烯包膜肥料控释膜层结构特征研究

【目的】包膜肥料控释膜层结构和孔隙性质直接影响其养分释放速率。研究包膜肥料膜层结构特征,可以明确膜层结构参数与养分释放速率的关系,揭示包膜肥料控释机制,为建立养分释放数理模型提供理论依据。【方法】以聚乙烯包膜肥料控释膜层作为研究对象,量化研究了聚乙烯喷涂控释膜层的结构特征参数。利用扫描电镜,观测了在不同放大倍数下,采用喷涂工艺制备的聚乙烯包膜肥料膜层的外表层、横断面和内表层特征;以压汞仪测定了膜上孔隙的大小和分布;采用泡点法研究了大孔隙的最大孔径。【结果】不同放大倍数下的扫描电镜观测结果表明,喷涂法制备的包膜肥料控释膜层外表面整体上光滑、平整、均匀、疏松,但局部存在少量孔隙,孔径主要分布在1000～50 nm的范围内;在放大倍数很高的情况下,整体上膜层无细微孔隙结构。控释膜层厚度约为60～100 μm,断面形貌疏松无孔。膜层内表面粗糙,高低起伏不平、犬牙交错。膜壳材料堆密度为0.4～0.8 g/mL,低于聚乙烯密度,属于疏松结构。孔隙结构分析结果表明,聚乙烯控释膜层的中值孔径为4.5～5.3 nm,与对比的聚乙烯薄膜基本一致,说明两种膜分子链间的细微结构没有差异;但是聚乙烯控释膜层中存在占比18%的直径约为1000～50 nm的较大孔,孔径小于10 nm的间隙占82%,进一步说明占比少的大孔影响控释膜层释放性能。喷涂控释膜层总孔体积在0.4686～1.2260 mL/g,平均孔径在25.1～86.8 nm范围内,孔隙率为33.0%～50.6%,显著高于拉伸工艺制备的聚乙烯薄膜。释放期在1～6个月的包膜控释肥料,最大孔径在990～480 nm的范围,随包膜肥料释放期的增加,膜孔直径逐步减小,说明包膜控释肥料养分释放速率与其最大孔径存在内在联系。【结论】综合3种方法的测定结果,聚乙烯控释膜层可以看作是膜层均匀致密且局部有孔隙,膜壳直径3 mm,膜层厚度约为50 μm,最大孔径为1 μm,平均孔径为50 nm的密闭球形壳体。最大孔是水分和养分进出膜层的主要通道,决定了包膜肥料养分释放速率的快慢。     

硅基膜材缓控释肥在红壤中的氮素释放特征研究

通过土壤培养法和饱和盐溶液蒸汽压法,研究硅基膜材缓控释肥在不同土壤温度、含水量和水蒸汽压条件下的氮素释放特性,探讨土壤温度、含水量和水蒸汽压因素对其氮素释放的影响,阐述其在红壤中的控释机制。结果表明:硅基膜材缓控释肥在红壤中的氮素释放速率均随土壤温度、水分含量和水蒸汽压升高而明显提高,其中温度是主要影响因素。不同条件下,包膜肥料的氮素释放率随培养时间的变化均符合一级动力学方程。包膜尿素在15、25、40 和60℃的红壤中,氮素累积释放率达80% 所需要的时间分别为140、110、25 和10 d。土壤含水量为10% 时,养分释放受抑制;当土壤含水量由20% 上升至40%,养分释放速率加快,释放期缩短20 d。养分释放速率常数k 随水蒸汽压差的增大而增加;相同培养时间内,氮素累积释放率H2O>KH2PO4 饱和溶液>KCl 饱和溶液。土壤温度和含水量均通过改变包膜内外水蒸汽压而影响养分释放速率。在实际应用过程中,致使硅基膜材缓控释肥膜内外水蒸汽压变化的因素,均对其养分释放速率产生影响。     

控释肥对夏玉米碳、氮代谢的影响

以夏玉米杂交种豫单998为材料,研究3种控释肥对夏玉米碳、氮代谢的影响。结果表明,在等养分量条件下,与常规施肥技术相比,3种控释肥均能有效协调吐丝期至成熟期植株体碳、氮代谢,叶片可溶性蛋白的含量增加2.20%1~0.39%,硝酸还原酶(NR)活性提高3.22%3~2.10%,植株叶片和茎鞘可溶性总糖分别增加6.78%4~6.71%和1.26%3~5.99%,全氮含量分别增加0.50%1~0.69%和1.09%4~1.92%;而可溶性总糖和氮素转运率均小于常规施肥。说明控释肥能较好满足夏玉米在吐丝期至成熟期生长需要,协调其碳、氮代谢,其中以硫加树脂包膜控释肥效果较好。     

控释氮肥对大白菜产量和品质的影响及其机理研究

田间试验研究了控释氮肥不同品种及不同用量对大白菜产量和品质的影响,并从养分释放、包膜特性等方面探讨其作用机理。结果表明,控释氮肥能显著提高大白菜产量和品质。与同期追施等氮量尿素相比,施用控释氮肥可使大白菜产量提高8.2%～16.8%;莲座末期功能叶和收获期球叶NO-3-N含量分别降低14.3%～39.9%和12.1%～21.4%,收获期球叶Vc含量平均提高24.8%。控释氮肥用量减半后,大白菜产量及叶片NO3--N与Vc含量都未受到显著影响。研究证实,由于控释氮肥中的氮素是缓慢地释放出来,在大白菜生育前期施用,仍能较充分满足生育中后期株体对氮素的需求,控释期不同的两个氮肥品种混合施用较单一施用的效果更好。不同控释氮肥品种氮素释放特征的差异与肥料包膜的厚度、膜断面及表面孔隙状况不同有关。     

氮肥追施时期及包膜控释氮肥对冬小麦产量和氮素吸收的影响

采用盆栽试验,研究了氮肥追施时期和包膜控释尿素对冬小麦产量、产量构成、氮肥利用率和土壤氮素表观损失等方面的影响。结果显示:冬小麦氮肥最佳追肥时期为拔节期;与40%普通尿素底施+60%普通尿素拔节期追施(F2)相比,30%普通尿素+35%控释期90d包膜尿素+35%控释期120d包膜尿素配合(F4、F6)一次性底施的氮素释放与冬小麦对氮素需求吻合较好,F4小麦植株总氮吸收量增加6.11%,减氮25%条件下(F6)增加8.48%;与F2相比,F4使冬小麦增产5.02%,经济系数提高6.43%,氮肥利用率提高10.22%,同时土壤氮素表观损失降低。F4通过提高千粒重和单穗重来提高产量,而F6通过维持穗粒数保证产量。     

滴灌条件下控释专用肥对设施番茄氮钾吸收及其残留的影响

【目的】设施蔬菜生产中水肥的过量投入不仅引发环境污染问题,而且增加生产成本。因此迫切需要通过调整肥料养分释放速率,在满足作物营养充分供应的同时,降低肥料和劳动投入,提高产出。为此,本文研究了习惯施肥与3种番茄控释专用配方肥对京郊番茄产量、品质、氮钾吸收以及土壤中硝态氮和钾残留的影响,以期为番茄的合理施肥提供依据。【方法】采用蔬菜大棚内小区试验的方法,试验设对照（不施氮肥,CK）、 有机肥（只施有机肥,MN）、 习惯施肥（施N 300 kg/hm2,TN）、 控释专用肥Ⅰ（CN1）、控释肥专用肥Ⅱ（CN2）和控释肥专用肥Ⅲ（CN3）共6个处理。3个专用肥的氮由80%的控释氮与20%速效氮构成,作为基肥一次性施入,用量与习惯施肥相同,除CK外其他处理的有机肥用量均为8 t/hm2。 控释肥为自制的聚合物包膜尿素（含N 42%）和包膜硫酸钾（含 K2O 47%）。包膜尿素3种,2个为延迟释放型,1个为直线释放型;2种包膜钾肥均为直线释放型。按不同比例组成3种专用肥。试验采用自压式滴灌系统,每畦安装一条滴灌管,共灌水6次,各小区等量灌溉,分别在移栽及移栽后第44、65、73、79和89 d灌水,每次分别为45、37、35、28、30和27 mm,每小区总量均为202 mm。小区面积为24 m2,每个处理3次重复,随机排列。高畦栽培,畦宽1.4 m,双行定植,行距40 cm,株距40 cm。【结果】 各处理番茄鲜果产量为79.2~87.1 t/hm2,其间无显著差异。CN3处理果实的硝酸盐含量增加,但Vc含量却下降,果实品质有所降低。3个控释肥处理的S型控释肥表现为前控后促的供氮趋势,在果实膨大期无机氮供应达到N102247 kg/hm2,与习惯施肥处理多次追肥形成的供氮规律相似。控释钾肥仅释放23.2%~36.0%,环境温度对于控释钾肥的释放促进作用很小。收获后土壤硝态氮的残留主要集中在表层（020 cm）和次表层（2040 cm）,占0100 cm土层的87.1%;060 cm土层内,CN3处理的NO-3\|N残留量与习惯施肥相当,而CN1和CN2处理的NO3--N残留比习惯施肥减少37.3%~55.0%,有效降低了硝态氮向下淋洗。施肥增加了各处理表层土壤中的钾含量,表层以下各处理的钾含量差别不大。【结论】3个专用肥处理中控释肥一次性施用不仅节约了施肥时间和劳动成本,而且在果实膨大期提供了充足的氮素供应,实现了与作物氮素吸收的同步。控释专用肥配方1和配方2可以提供合理的氮素供应,在降低劳动投入和节水的情况下,番茄产量和果实品质不降低,并减少了硝态氮的淋洗损失。     

肥料袋控缓释对桃氮素利用率及生长和结果的影响

根据果树个体较大的特点,改变一般缓释肥颗粒包膜的设计思路,用控释袋包装肥料,调节控释袋的微孔数目,达到控制养分释放的目的。对微孔数与氮素释放速率的关系进行研究,结果表明:袋控缓释肥料氮素释放可以用二次曲线模拟,相关系数达0.965以上,7排孔设计优于3排孔与5排孔设计,其养分释放较符合桃树对氮素养分需求特性。袋控缓释处理土壤无机氮（铵态氮＋硝态氮,Nmin）稳定,解决了肥料散施造成的短期内土壤有效氮水平过高的问题;袋控缓释处理肥料袋附近细根显著增多,有利于养分吸收利用,明显提高肥料氮素利用率,是一次散施、二次散施利用率的2.5倍、2倍;袋控缓释肥料使桃树新梢适时停止生长,产量显著提高。     

施用控释氮肥对减少稻田氮素径流损失和提高水稻氮素利用率的影响

采用渗漏池模拟研究了洞庭湖区双季稻种植条件下施用控释肥料对氮素径流损失、水稻产量和稻株氮素含量的影响。结果表明,施用等N量控释氮肥 (CRNF) 和70%N量控释氮肥 (70% CRNF) 的处理总氮 (TN) 径流损失量比施用尿素处理 (CF) 分别降低了24.5%和27.2% (P0.05)。主要是施用控释氮肥显著降低了水稻前期 (施肥后10 d内)的径流水中氮素浓度。与施用尿素相比,两种土壤上施用控释肥的早、晚稻产量均明显提高,特别是在河沙泥上,稻谷总产量以70% CRNF处理最高,比尿素处理增产4.95% (P0.05)。控释氮肥能明显提高水稻生长后期的植株和子粒中的N含量;在水稻增产显著的河沙泥上,70% CRNF处理的早、晚稻子粒N含量较CF处理提高了9.4% (P0.05)和23.3%(P0.01);其氮素利用率高于施用全量尿素的CF处理。     

有机肥与化肥不同比例配施下水稻土铵态氮释放特征

采用淹水密闭培养-间歇淋洗法,研究了有机肥(猪粪和牛粪)与化肥(尿素)氮以不同比例配施后对水稻土铵态氮释放特征的影响。结果表明:与单施100%尿素处理相比,培养到28 d,配施有机肥处理(除80%尿素氮配施20%牛粪氮、70%尿素氮配施30%牛粪氮和50%尿素氮配施30%牛粪氮处理)显著降低土壤铵态氮的累积释放量,且随有机肥配施比例的增加降幅增大,降低幅度为5.78%~41.20%(P0.05);培养28~90 d,配施有机肥处理(50%尿素氮配施30%牛粪氮处理除外)的土壤铵态氮释放量显著提高;至培养90 d,50%尿素氮配施50%猪粪氮和80%尿素氮配施20%牛粪氮处理的土壤铵态氮累积释放量显著高于单施100%尿素处理,提高幅度分别为4.81%和9.32%(P0.05)。培养结束时,氮素减施20%(单施80%尿素氮、50%尿素氮配施30%猪粪氮和50%尿素氮配施30%牛粪氮)处理的土壤铵态氮累积释放量与单施100%尿素处理无显著差异。本研究表明,50%尿素氮配施30%猪粪氮既可以降低土壤铵态氮前期释放速率,又可以增加水稻土持续稳定的供氮能力,对减少氮肥损失维持作物生产具有重要意义。     

不同浸提条件对包膜控/缓释肥水中溶出率的影响

以几种不同包膜材料控／缓释肥为供试肥料,研究不同肥(养分)水比、浸提方式(连续浸提和更换浸提液)、温度和pH条件对控／缓释肥水中溶出率的影响。结果表明,浸提液中肥料浓度是影响养分释放的重要因素,加大肥水比、更换浸提液可以显著减小这种影响。升高温度,有机和无机材料包膜控／缓释肥水中溶出率均显著加快。肥料类型、肥水比对浸提液的pH都有显著影响,但在连续浸提和更换浸提液方式下,7d内浸提液的pH有着不同的变化趋势。控／缓释肥在pH.5的磷酸盐缓冲液中的溶出率显著高于在pH.7的磷酸盐缓冲液中的溶出率。因此,对于不同包膜材料控／缓释肥以一定pH值的微酸性缓冲溶液作为浸提剂,定期更换浸提液或采用动态流法,相同的氮(或磷、钾)水比,30℃左右的浸提条件是较为合理的。