楊　鋅，吳良?xì)g※，伍少福，陳劍秋

（1. 浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，教育部環(huán)境修復(fù)與生態(tài)健康重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江省亞熱帶土壤與植物營(yíng)養(yǎng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州 310058；2. 浙江省紹興市紹興農(nóng)業(yè)局農(nóng)技推廣總站，紹興 312000；　3. 金正大生態(tài)工程集團(tuán)股份有限公司，臨沭 276700；4. 國(guó)家緩控釋肥工程技術(shù)研究中心，泰安 271018）

?

樹(shù)脂包膜尿素在稻田中的釋放特征及與積溫的關(guān)系

楊鋅1，吳良?xì)g1※，伍少福2，陳劍秋3，4

（1. 浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，教育部環(huán)境修復(fù)與生態(tài)健康重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江省亞熱帶土壤與植物營(yíng)養(yǎng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州 310058；2. 浙江省紹興市紹興農(nóng)業(yè)局農(nóng)技推廣總站，紹興 312000；3. 金正大生態(tài)工程集團(tuán)股份有限公司，臨沭 276700；4. 國(guó)家緩控釋肥工程技術(shù)研究中心，泰安 271018）

摘要：為了緩解農(nóng)村勞動(dòng)力短缺和適應(yīng)農(nóng)業(yè)機(jī)械化耕作的需要，水稻一次性施肥技術(shù)顯得十分重要。該文采用埋袋法研究了一種用于一次性基施的樹(shù)脂包膜尿素在水稻生長(zhǎng)期內(nèi)的釋放規(guī)律，并對(duì)其釋放與溫度關(guān)系建立了數(shù)學(xué)模型。結(jié)果表明該樹(shù)脂包膜尿素在稻田中釋放80%的養(yǎng)分所需時(shí)間比標(biāo)注的長(zhǎng)。在水稻整個(gè)生育期內(nèi)，其累計(jì)釋放率可達(dá)到69%～83%。該樹(shù)脂包膜尿素在田間的釋放過(guò)程不存在明顯的遲滯期，可分為快速釋放階段和緩慢釋放階段，且日均釋放率為0.5%。其累計(jì)釋放率與水稻移栽天數(shù)可用二次項(xiàng)方程描述。盡管試驗(yàn)地土壤相對(duì)含水率存在差異（60%～100%），但養(yǎng)分的累計(jì)釋放率與氣溫積溫和15 cm深處土壤積溫顯著相關(guān)（R2＝0.964和0.983）。這可為在不同氣候條件下確定控釋肥的施用量并掌握其釋放情況提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：土壤；肥料；溫度；土壤相對(duì)含水率；樹(shù)脂包膜尿素；氣溫積溫；土壤積溫

楊鋅，吳良?xì)g，伍少福，陳劍秋. 樹(shù)脂包膜尿素在稻田中的釋放特征及與積溫的關(guān)系[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2016，32（2）：199－204.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.02.029http://www.tcsae.org

Yang Xin， Wu Lianghuan， Wu Shaofu， Chen Jianqiu. Nitrogen release characteristic of polymer coated urea in paddy soil and its relationship with cumulative temperature[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering （Transactions of the CSAE），2016， 32（2）: 199－204. （in Chinese with English abstract）doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.02.029http://www.tcsae.org

Email：finm@zju.edu.cn

0　引　言

尿素是最常用的氮肥品種之一，同時(shí)也是水稻種植中的主要氮肥品種[1]。作為一種速效肥料，尿素施入到水稻田中會(huì)快速被分解[2]。一次性過(guò)多地投入尿素易造成養(yǎng)分流失，主要通過(guò)氨揮發(fā)和硝化作用等方式，從而降低氮肥利用率[3-4]。過(guò)多的養(yǎng)分流入水體中會(huì)造成富營(yíng)養(yǎng)化，進(jìn)而污染環(huán)境[5]。根據(jù)水稻生長(zhǎng)規(guī)律進(jìn)行分次施肥，可以減少養(yǎng)分損失，是當(dāng)前提高氮肥利用率的重要手段[6-7]。但是分次施肥無(wú)疑增加了用工成本，這對(duì)農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力稀缺的地區(qū)是一個(gè)大問(wèn)題。目前一次性緩/控釋肥技術(shù)是農(nóng)業(yè)上比較推薦的用肥方式[8-11]。

緩/控釋肥是一類(lèi)以速效肥料為核心，采用物理或化學(xué)的方法進(jìn)行處理使其養(yǎng)分釋放速度變緩甚至可控的肥料品種[9]。包膜類(lèi)尿素，尤其是樹(shù)脂包膜尿素，是控釋效果較好且商業(yè)化較廣的一類(lèi)[12]。樹(shù)脂包膜尿素主要通過(guò)擴(kuò)散機(jī)制進(jìn)行養(yǎng)分釋放，影響其養(yǎng)分釋放的主要因素有：膜材料、膜厚度、膜的構(gòu)成以及環(huán)境因素等[13-15]。最主要的環(huán)境影響因素是溫度和土壤含水量。有研究表明當(dāng)土壤相對(duì)含水率超過(guò)50%時(shí)，溫度就成了影響樹(shù)脂包膜尿素釋放的決定性因素[16]。

當(dāng)前樹(shù)脂包膜肥的養(yǎng)分釋放特征主要是通過(guò)恒溫靜水浸提法獲得的，一般定義其養(yǎng)分釋放80%所需的時(shí)間為控釋期[17]。亦有研究其在土壤培養(yǎng)下的釋放情況，但在田間進(jìn)行釋放特征的研究較少[18]，尤其是南方水稻田中[19-21]，而田間實(shí)際情況遠(yuǎn)比水培和土培的環(huán)境復(fù)雜。同時(shí)中國(guó)南方水稻種植面積廣，土壤類(lèi)型豐富，水熱條件不一，進(jìn)一步增加了樹(shù)脂包膜肥田間研究的復(fù)雜性。2012－2014年本課題組采用埋袋法研究了一種樹(shù)脂包膜尿素在水稻田中的釋放特征，并建立了其釋放與溫度之間相互關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，為該類(lèi)控釋肥的進(jìn)一步推廣應(yīng)用提供一定的理論支持。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2012、2013和2014年在浙江省紹興市馬山鎮(zhèn)永興村進(jìn)行，試驗(yàn)地為青紫泥田，試驗(yàn)前種植模式為小麥-水稻輪作。供試水稻品種為“秀水09”，生育期為148 d，種植密度為30 cm×16.7 cm。供試肥料為國(guó)家緩控釋肥工程技術(shù)研究中心研發(fā)的樹(shù)脂包膜尿素（polymer coated urea，PCU，含N 43%，控釋期為4個(gè)月）、過(guò)磷酸鈣（含P2O518%）和氯化鉀（K2O 60%）。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在小區(qū)內(nèi)進(jìn)行，3個(gè)重復(fù)，小區(qū)面積為5 m×9 m，小區(qū)內(nèi)劃分為施肥區(qū)和埋袋區(qū)，埋袋區(qū)面積為10 m2，小區(qū)四周及小區(qū)內(nèi)部設(shè)置田埂隔離（高為20 cm，寬為80 cm），并對(duì)田埂覆膜保護(hù)，埋深為20 cm。施肥量與當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣施肥一致，其中施氮量為180 kg/hm2（折合為純N量），磷肥為90 kg/hm2（折合為P2O5量），鉀肥為120 kg/hm2（折合為K2O量），所有肥料均一次性基施。為避免樹(shù)脂包膜尿素殘留對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，每年的試驗(yàn)小區(qū)均須更新。

采用埋袋法（深度為15 cm）在埋袋區(qū)內(nèi)測(cè)定包膜控釋肥的釋放率。稱取過(guò)2.0 mm網(wǎng)篩的樹(shù)脂包膜尿素10.0 g，裝入已制作好的網(wǎng)袋（15 cm×10 cm，孔徑為1.0 mm）中，塑封機(jī)封口。在水稻行中間挖一條深15 cm、寬12 cm的溝，整平溝底，將網(wǎng)袋平鋪在溝底，并使網(wǎng)袋中的肥料顆粒均勻散開(kāi)，覆土至溝平。在放置肥料網(wǎng)袋的地表側(cè)上方插標(biāo)識(shí)牌，便于取樣。每個(gè)小區(qū)均勻埋入50袋，共計(jì)150袋。

1.3采樣與測(cè)定方法

試驗(yàn)前采集0～20 cm的土樣風(fēng)干后測(cè)定土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)（表1）。其中土壤pH值采用電位法測(cè)定（土水質(zhì)量比為1∶2.5）；土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀-硫酸消化法測(cè)定；土壤全氮采用Se-CuSO4-K2SO4-H2SO4聯(lián)合消煮，凱氏定氮法測(cè)定；土壤有效磷采用鹽酸氟化銨浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定，土壤速效鉀采用乙酸銨浸提-火焰光度法測(cè)定，堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定。

采用對(duì)角線法取肥料袋，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)取5袋。肥料網(wǎng)袋帶回實(shí)驗(yàn)室后，取出樣品袋打開(kāi)封口，倒入2.0 mm土壤篩，在盛滿水的水盆中輕輕擺動(dòng)土壤篩，直至洗凈泥土。將肥料全部碾碎、溶解和過(guò)濾，使之全部轉(zhuǎn)入250 mL的容量瓶后定容。采用對(duì)二甲氨基苯甲醛-分光光度法測(cè)定肥料剩余氮[22]。

表1　土壤基本化學(xué)指標(biāo)Table 1　Chemical properties of soil

2012年6月19日進(jìn)行移栽，11月19日收獲，采樣日期分別為：6月21日，7月3日，7月14日，7月27日，8月9日，8月27日，9月7日，9月27日，10月13日，11月18日。

2013年6月16日進(jìn)行移栽，11月21日收獲，采樣日期分別為：6月18日，6月25日，7月2日，7月17日，8月5日，8月17日，8月31日，10月11日，11 月21日。

2014年7月15日進(jìn)行移栽，12月4日收獲，采樣日期分別為：7月17日，7月23日，7月26日，8月8日，8月22日，9月26日，10月21日，12月4日。

土壤溫度與相對(duì)含水率采用土壤溫濕度速測(cè)儀（型號(hào)：YE48YM-19，北京中西遠(yuǎn)大科技有限公司）進(jìn)行監(jiān)測(cè)，設(shè)置記錄間隔為2個(gè)小時(shí)，埋深為15 cm，與網(wǎng)袋所處深度一致，其中土壤相對(duì)含水率是指土壤含水量占田間持水量的比例（%）。氣溫?cái)?shù)據(jù)由紹興市氣象局馬山監(jiān)測(cè)點(diǎn)提供，其距離試驗(yàn)地為3 km。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010軟件處理，作圖使用Origin 8.6并進(jìn)行數(shù)據(jù)的線性擬合。相關(guān)系數(shù)的顯著性檢驗(yàn)（P＜0.05）通過(guò)Statistic 5.5進(jìn)行。

2　結(jié)果與分析

2.1試驗(yàn)期間土壤相對(duì)含水率與溫度變化

水稻的生產(chǎn)需要大量的水，下圖表明在整個(gè)生育期內(nèi)15 cm深處的土壤相對(duì)含水率保持在60%以上，但不同年份的土壤相對(duì)含水率存在一定的差異（圖1）。2013年田間土壤相對(duì)含水率最低，從水稻生長(zhǎng)前期的77%到后期的60%左右。而2014年的土壤相對(duì)含水率為最高，達(dá)80%～99%。2012整個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi)土壤相對(duì)含水率較為平穩(wěn)，后期有一定的波動(dòng)，處于72%～80%范圍內(nèi)。南方水稻主要采用淹水種植，在水稻分蘗期會(huì)保持一定深度的田面水，而后根據(jù)水稻生長(zhǎng)并結(jié)合天氣情況進(jìn)行灌溉排澇。

圖1　15 cm深處土壤相對(duì)含水率變化Fig.1　Change of soil relative water content at depth of 15cm

氣溫?cái)?shù)據(jù)表明在整個(gè)生育期內(nèi)2013年的氣溫是最高的，可以達(dá)到35℃，而2014年最低，2012年介于兩者之間（圖2a）。土壤溫度監(jiān)測(cè)顯示2012年與2013年的土壤溫度差異不大，而2014年較低（圖2b）。

圖2　氣溫以及15 cm深處土壤溫度變化Fig.2　Change of air temperature and soil temperature at depth of 15 cm

2.2樹(shù)脂包膜尿素在田間養(yǎng)分釋放特征

包膜控釋肥的累計(jì)釋放率隨時(shí)間的增加而增加，水稻生育期越長(zhǎng)，PCU的累計(jì)釋放率越高。2013年的水稻生育期為158 d，PCU的養(yǎng)分累計(jì)釋放率達(dá)到83%。而2014年的水稻生育期只有142 d，其累計(jì)釋放率只有69%。2012年介于兩者之間，PCU在152 d內(nèi)釋放了73%的養(yǎng)分。擬合分析發(fā)現(xiàn)，兩者之間符合二次項(xiàng)方程，且符合程度較高（R2＝0.953，圖3a），

式中Npcu表示PCU的養(yǎng)分累計(jì)釋放率，%；day表示水稻移栽后天數(shù)，d。

圖3　PCU養(yǎng)分累計(jì)釋放率與日均釋放率Fig.3　Cumulative and daily N release rate of PCU

在整個(gè)生育期內(nèi)，PCU的日平均釋放率為0.5%左右。2012年和2013年的平均釋放率分別為0.48%和0.49%，2014年的則為0.5%。PCU在水稻生育前期日均釋放率較高，后期變緩降低，有一種“拖尾”效應(yīng)（圖3）。在2012年，PCU在24 h內(nèi)釋放了0.36%（即初期溶出率為0.36%），而后養(yǎng)分釋放逐漸加快，從水稻移栽后70 d內(nèi)均保持在一個(gè)較高且穩(wěn)定的釋放水平（圖3b）。而在2013年前期，有相當(dāng)一段的時(shí)間日均釋放率超過(guò)1%，這可能和前期溫度較高有關(guān)（圖2）。2013年養(yǎng)分的初期溶出率不足0.9%（圖3c）。由于推遲水稻的種植時(shí)間，使得2014年水稻全生育期較前兩年分別縮短10和16 d，明顯影響了PCU的累計(jì)釋放率。2014年P(guān)CU前期的養(yǎng)分釋放量遠(yuǎn)大于前兩年，圖3顯示其初期溶出率為3.75%，PCU的初期溶出率表明該產(chǎn)品施入稻田中就開(kāi)始釋放養(yǎng)分，并不存在遲滯期。

2.3樹(shù)脂包膜尿素養(yǎng)分釋放率與積溫關(guān)系

樹(shù)脂包膜尿素的釋放與溫度有密切的關(guān)系，溫度對(duì)PCU釋放的長(zhǎng)期效應(yīng)體現(xiàn)在積溫上。PCU累計(jì)釋放率與氣溫積溫和土壤溫度積溫的關(guān)系可以用二項(xiàng)式方程描述，且相關(guān)性較高（R2＝0.964和0.983）（圖4）。綜合3 a的氣溫積溫和土壤積溫，發(fā)現(xiàn)其與PCU養(yǎng)分累計(jì)釋放率為

式中CAT表示氣溫積溫，CST表示15 cm深處土壤積溫。

在高土壤相對(duì)含水率的情況下（土壤相對(duì)含水率大于60%），溫度是樹(shù)脂包膜尿素釋放的決定性因素。分析表明當(dāng)氣溫積溫達(dá)到2 000℃·d時(shí)，PCU的釋放超過(guò)了50%（圖4a）。同時(shí)土壤積溫與PCU養(yǎng)分釋放之間也有相似的規(guī)律（圖4b）。

圖4　PCU養(yǎng)分累計(jì)釋放率與積溫的關(guān)系Fig.4　Relationships between cumulative temperature and cumulative N release rate of PCU

3　討　論

3.1比較樹(shù)脂包膜尿素在不同介質(zhì)中的釋放情況

樹(shù)脂包膜尿素以樹(shù)脂作為包膜材料，一般采用擴(kuò)散機(jī)制進(jìn)行養(yǎng)分釋放。首先水分通過(guò)包膜進(jìn)入控釋肥顆粒內(nèi)，溶解肥料核心形成尿素飽和溶液，在膜內(nèi)外養(yǎng)分濃度差的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行養(yǎng)分釋放[17]。由于水分的進(jìn)入和核心養(yǎng)分的溶解需要一定的時(shí)間，有研究表明這類(lèi)控釋肥料會(huì)存在一個(gè)遲滯期[12]。而本研究中樹(shù)脂包膜尿素在稻田中的初期溶出率可以達(dá)到0.36%～3.75%，表明并不存在明顯的遲滯期。由于養(yǎng)分濃度差的存在，前期包膜尿素的釋放比較快，而后隨著養(yǎng)分向外擴(kuò)散，養(yǎng)分濃度差降低，其釋放速率也隨之降低[13]。本研究表明該樹(shù)脂包膜尿素的田間釋放可描述為兩個(gè)階段：快速釋放階段和緩速釋放階段。

包膜控釋肥的控釋性能大多是采用室內(nèi)恒溫水浸提試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)試，主要是因?yàn)槭覂?nèi)試驗(yàn)操作簡(jiǎn)單、重復(fù)性好和介質(zhì)均一等[17，19]。然而單純依靠室內(nèi)試驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)，可能會(huì)與實(shí)際生產(chǎn)情況中有一定的差距。本研究中樹(shù)脂包膜尿素在3 a田間釋放率最高為83%，相對(duì)應(yīng)的釋放時(shí)間為158 d，而在恒溫靜水試驗(yàn)中112 d就釋放了超過(guò)80%的養(yǎng)分。顯然復(fù)雜的土壤環(huán)境對(duì)樹(shù)脂包膜尿素的釋放存在一定的影響。土水介質(zhì)的差異可能導(dǎo)致了釋放情況的不一致，當(dāng)然包膜控釋肥的養(yǎng)分釋放與自身有很大的關(guān)系，包膜材料以及包膜技術(shù)對(duì)養(yǎng)分的控釋具有決定性作用[13，17]。同時(shí)將來(lái)的研究還應(yīng)結(jié)合作物的生長(zhǎng)情況來(lái)探討肥料養(yǎng)分釋放與作物養(yǎng)分吸收之間的關(guān)系[21]。

3.2樹(shù)脂包膜尿素田間評(píng)價(jià)體系的標(biāo)準(zhǔn)化

相對(duì)于恒溫靜水浸提試驗(yàn)，田間評(píng)價(jià)方法受到很多因素的影響，比如網(wǎng)袋的材質(zhì)與埋放、土壤性狀、田間水分管理以及水稻生長(zhǎng)情況等。目前田間評(píng)價(jià)方法并沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。蔣曦龍等[21]采用相同的肥料在北方水稻田中進(jìn)行試驗(yàn)，但并沒(méi)有給出具體的埋袋方法描述，使得結(jié)果的可比性下降。Wilson等[20]比較了不同孔徑網(wǎng)袋對(duì)PCU田間釋放的影響，發(fā)現(xiàn)孔徑大的網(wǎng)袋比孔徑小的獲得的養(yǎng)分釋放率更大，這表明肥料與土壤接觸面積會(huì)影響試驗(yàn)結(jié)果，同時(shí)在其研究中，網(wǎng)袋中肥料量為3.0 g，這與本研究的肥料量有較大的差別。如何規(guī)范控釋肥的田間評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是當(dāng)前研究的一個(gè)重點(diǎn)，建立相應(yīng)的田間評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)有助于不同的試驗(yàn)結(jié)果之間進(jìn)行比較。

3.3溫度對(duì)樹(shù)脂包膜尿素養(yǎng)分釋放的影響

溫度和土壤水分是影響包膜尿素養(yǎng)分釋放的重要因素。Kochba等[15]指出當(dāng)土壤相對(duì)含水率在50%以上時(shí)，水分對(duì)樹(shù)脂包膜尿素的釋放影響很小。也有研究認(rèn)為在高土壤含水率的情況下，水分對(duì)樹(shù)脂包膜尿素的影響幾乎沒(méi)有[24]。不過(guò)以上研究在整個(gè)過(guò)程中會(huì)保持恒定的土壤含水率。本研究表明在田間含水率變化的情況下，樹(shù)脂包膜尿素的釋放特征基本一致，與日本知名品牌Meister的相似，都和氣溫積溫有顯著的相關(guān)關(guān)系（R2＝0.964）[23]。雖然累計(jì)釋放率與積溫之間的關(guān)系在不同年份有差異，這可能和試驗(yàn)田的理化性質(zhì)差異有關(guān)。顏曉[24]發(fā)現(xiàn)土壤溫度、作物生長(zhǎng)和肥際土壤脲酶活性顯著地影響聚合物樹(shù)脂包膜尿素的養(yǎng)分釋放。在今后的研究中需要著重討論這些生物因素的作用，將其作為因子納入數(shù)學(xué)模型中。

中國(guó)水稻種植面積較廣，形成了各具特點(diǎn)的稻作區(qū)，不同地區(qū)存在著不同的氣候類(lèi)型。應(yīng)用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)模型描述出溫度與PCU釋放之間的關(guān)系，將對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)起到重要的指導(dǎo)作用。樹(shù)脂包膜尿素的累計(jì)釋放率都可以用氣溫積溫和土壤溫度積溫的二次方程來(lái)表示。不過(guò)氣溫?cái)?shù)據(jù)較土壤溫度數(shù)據(jù)更容易獲取。利用氣溫積溫與PCU釋放之間的關(guān)系模型可以很好地指導(dǎo)農(nóng)民合理地使用類(lèi)似的包膜尿素，亦可利用氣象部門(mén)的氣溫預(yù)測(cè)信息進(jìn)行PCU釋放規(guī)律的把握，掌握其整個(gè)生長(zhǎng)期釋放情況，對(duì)合理安排肥料用量、減少養(yǎng)分損失和降低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)有重要的作用[10-11，21]。

4　結(jié)　論

1）控釋期為4個(gè)月的樹(shù)脂包膜尿素（polymer coated urea，PCU）在3a的田間試驗(yàn)中分別在152、158和142 d內(nèi)釋放了73%、83%和69%的養(yǎng)分，而在室內(nèi)靜水條件下釋放80%需要112 d。PCU的養(yǎng)分釋放與水稻生育期有關(guān)，生育期越長(zhǎng)，釋放的養(yǎng)分越多。

2）樹(shù)脂包膜尿素在水稻生育期內(nèi)持續(xù)釋放氮素，初期內(nèi)（施肥24 h）溶出率為0.36%～3.75%，日均釋放率約為0.5%。日均釋放率曲線表明樹(shù)脂包膜尿素的釋放可分為快速釋放階段和緩慢釋放階段。

3）在田間土壤相對(duì)含水率大于60%的條件下，樹(shù)脂包膜尿素的釋放與積溫有顯著的相關(guān)關(guān)系（R2＝0.964和0.983）。樹(shù)脂包膜尿素的累計(jì)釋放率可以用氣溫積溫和土壤溫度積溫的二次項(xiàng)方程表示。

[參考文獻(xiàn)]

[1] Heffer P， Prud’homme M. Fertilizer Outlook 2011-2015[R/OL]. Paris: International Fertilizer Industry Association， IFA， 2011. http://www.fertilizer.org/MarketOutlooks.

[2] Ernst J W， Massey H F. The effects of several factors on volatilization of ammonia formed from urea in the soil[J]. Soil Science Society of America Journal， 1960， 24（2）: 87－90.

[3] Peng Shaobing， Buresh R J， Huang Jianliang， et al. Strategies for overcoming low agronomic nitrogen use efficiency in irrigated rice systems in China[J]. Field Crops Research，2006， 96: 37－47.

[4] Xu Junzeng， Peng Shizhang， Yang Shihong， et al. Ammonia volatilization losses from a rice paddy with different irrigation and nitrogen managements[J]. Agriculture Water Management， 2012， 104: 184－192.

[5] Ju Xiaotang， Xing Guangxi， Chen Xinping， et al. Reducing environmental risk by improving N management in intensive Chinese agricultural systems[J]. Proceedings of National Academy of Sciences， 2009， 106（9）: 3041－3046.

[6] Peng Shaobing， Cassman K G. Upper thresholds of nitrogen uptake rates and associated nitrogen fertilizer efficiencies in irrigated rice[J]. Agronomy Journal， 1998， 90: 178－185.

[7] Pang Shenggang， Huang Shengqi， Zhai Jing， et al. Effects of N management on yield and N uptake of rice in central China [J]. Journal of Integrative Agriculture. 2012， 11: 1993－2000.

[8] Shaviv A， Mikkelsen R L. Controlled-release fertilizers to increase efficiency of nutrient and minimize environmental degradation: A review [J]. Fertilizer Research， 1993， 35: 1－22.

[9] Shaviv A. Advances in controlled-release fertilizers [J]. Advances in Agronomy， 2001， 71（1）: 1－49.

[10] 陳賢友，吳良?xì)g，李金先，等. 新型包膜控釋尿素對(duì)水稻產(chǎn)量與氮肥利用率的影響[J]. 浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2010，22（6）：829－833. Chen Xianyou， Wu Lianghuan， Li Jinxian， et al. Effects of new controlled-release coated urea on rice grain yield and nitrogen use efficiency [J]. Acta Agriculturae Zhejiangensis，2010， 22（6）: 829－833. （in Chinese with English abstract）

[11] 鄭磊，張民，楊越超，等. 控釋肥及硫膜對(duì)土壤性質(zhì)和水稻生長(zhǎng)發(fā)育的影響[J]. 水土保持學(xué)報(bào)，2009，23（2）：193－197. Zheng Lei， Zhang Min. Yang Yuechao， et al. Effects of controlled release fertilizer and sulfur coating left from SCUon rice growth and soil property [J]. Journal of Soil and Water Conservation， 2009， 23（2）: 193－197. （in Chinese with English abstract）

[12] 杜昌文，周健民，王火焰. 聚合物包膜肥料研究進(jìn)展[J]. 長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境，2005，14（6）：725－730. Du Changwen， Zhou Jianmin， Wang Huoyan. Advance in polymer coated controlled release fertilizers [J]. Resources and environment in the Yangtze basin， 2005， 14（6）: 725－730. （in Chinese with English abstract）

[13] Shaviv A， Raban S， Zaidel E. Modeling controlled nutrient release from polymer coated fertilizers: diffusion release from single granules [J]. Environmental Science Technology，2003， 37（10）: 2251－2256.

[14] 楊越超，耿毓清，張民，等. 膜特性對(duì)包膜控釋肥養(yǎng)分控釋性能的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2011，23（11）：23－30. Yang Yuechao， Geng Yuqing， Zhang Min， et al. Effects of coating properties of controlled-release fertilizers on nutrient release characteristics [J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering （Transactions of the CSAE）， 2007， 23（11）: 23－30. （in Chinese with English abstract）

[15] Kochba M， Gambash S， Avnimelech Y. Studies on slow release fertilizers: I. Effects of temperature， soil moisture， and water vapor pressure[J]. Soil Science， 1990， 149（6）: 339－343.

[16] 喻建剛，劉芳，樊小林，等. 水溶性樹(shù)脂包膜控釋肥料養(yǎng)分釋放特征及影響因素[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2009，25（9）：84－89. Yu Jiangang， Liu Fang， Fan Xiaolin， et al. Nutrient release characteristics of water soluble resin coated controlled release fertilizers and their influential factors [J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering （Transactions of the CSAE）， 2009， 25（9）: 84－89. （in Chinese with English abstract）

[17] Trenkle M E. Improving Fertilizer Use Efficiency-controlled Release and Stabilized Fertilizers in Agriculture [M]. Paris: International Fertilizer Industry Association， 1997.

[18] 楊相東，曹一平，江榮風(fēng)，等. 幾種包膜控釋肥氮素釋放特性的評(píng)價(jià)[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2005，11（4）：501－507. Yang Xiangdong， Cao Yiping， Jiang Rongfeng， et al. Evaluation of nutrients release feature of coated controlled release fertilizer [J]. Plant Nutrient and Fertilizer Science， 2005， 11（4）: 501－507. （in Chinese with English abstract）

[19] 謝銀旦，楊相東，曹一平，等. 包膜控釋肥料在土壤中養(yǎng)分釋放特性的測(cè)試方法與評(píng)價(jià)[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2007，13（3）：491－497. Xie Yindan， Yang Xiangdong， Cao Yiping， et al. Evaluation of determination methods for nutrient release characteristics of coated controlled-release fertilizer under soil and water incubation conditions [J]. Plant Nutrient and Fertilizer Science， 2007， 13（3）: 491－497. （in Chinese with English abstract）

[20] Wilson M L， Rosen C J， Moncrief J F. A comparison of techniques for determining nitrogen release from polymercoated urea in the field [J]. HortScience， 2009， 44（2）: 492－494.

[21] 蔣曦龍，陳寶成，張民，等. 控釋肥氮素釋放與水稻氮素吸收相關(guān)性研究[J]. 水土保持學(xué)報(bào)，2014，28（1）：215－220. Jiang Xilong， Chen Baocheng， Zhang Min， et al. Study on the correlation between nitrogen release dynamics of controlled-release fertilizer and nitrogen uptake of the rice[J]. Journal of Soil and Water Conservation， 2014， 28（1）: 215－220. （in Chinese with English abstract）

[22] 苗曉杰，蔣恩臣，王佳，等. 對(duì)二甲氨基苯甲醛顯色分光光度法檢測(cè)水溶液中常微量尿素[J]. 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，42（8）：87－91. Miao Xiaojie， Jiang Enchen， Wang Jia， et al. Using spectrophotometry with para-dimethyl-amino-benzaldehyde as chromogenic agent to determine macro and micro urea in aqueous solution[J]. Journal of Northeast Agricultural University， 2011， 42（8）: 87－91. （in Chinese with English abstract）

[23] Gandeza A T， Shoji S， Yamada I. Simulation of crop response to polyolefin-coated urea: I. field dissolution [J]. Soil Science Society of America Journal， 1991（5）: 1462－1467.

[24] 顏曉. 緩控釋肥養(yǎng)分釋放率快速測(cè)定及在田間土壤中釋放率的相關(guān)性研究[D]. 泰安：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2010. Yan Xiao. Fast Measurement for Nutrient Release Rate of Slow/Controlled Release Fertilizers and Correlation with Nutrient Release Rate in Field Soils [D]. Tai’an: Shandong Agricultural University， 2010. （in Chinese with English abstract）

Nitrogen release characteristic of polymer coated urea in paddy soil and its relationship with cumulative temperature

Yang Xin1, Wu Lianghuan1※, Wu Shaofu2, Chen Jianqiu3,4
（1. Ministry of Educɑtion Key Lɑb of Environmentɑl Remediɑtion ɑnd Ecosystem Heɑlth, Zhejiɑng Provinciɑl Key Lɑborɑtory of Subtropic Soil ɑnd Plɑnt Nutrition， College of Environmentɑl ɑnd Resource Sciences， Zhejiɑng University， Hɑngzhou 310058, Chinɑ;2. Agriculturɑl Extension Stɑtion of Shɑoxing, Shɑoxing 312000, Chinɑ; 3. Shɑndong Kingentɑ Ecologicɑl Engineering Group Co., Ltd. Linshu 276700,
Chinɑ; 4. Nɑtionɑl Engineering ＆ Technology Reseɑrch Center for Slow ɑnd Controlled Releɑse Fertilizers, Tɑi’ɑn 271018, Chinɑ）

Abstract:Single application of fertilizer is more than necessary for rice （Oryzɑ sɑtivɑ L. subsp. Jɑponicɑ） production in southern China， which is in shortage of agricultural labor and keeps high potential to mechanized production. However， split applications of conventional urea play a key role on rice production in this area. To detect nitrogen （N） supply from controlled release fertilizer by single application， a field experiment was conducted during 3 years （from 2012 to 2014） in Mashan Station of Agricultural Bureau of Shaoxing， Zhejiang Province. In the study， a kind of polymer coated urea （PCU） for single application was investigated. The N release characteristics of PCU were studied in the rice field with buried bag method. Treatment plot of PCU was divided into fertilization area and buried bag area. A total of 150 PCU bags were buried each year. According to rice growth stage， 5 bags each time were taken out for one plot. Then the coated urea samples were slightly washed by distilled water and ground using a hand mill. The residual urea was dissolved into distilled water， and the N release from residue PCU was measured using the spectrophotometric method. The result of three-year field experiment suggested that the released period was about 5 months under field condition， which was longer than the designation of PCU controlled release period （4 months）. Duration from transplanting to harvesting was 152 d in 2012， 158 d in 2013， and 142 d in 2014. Corresponding cumulative N release rates of PCU in the whole growth stage were 73%， 83% and 69%， respectively. The relationship between cumulative N release rate and number of days after transplanting was fitted by a quadratic equation， and values of R2were 0.991 in 2012， 0.997 in 2013， and 0.984 in 2014. In our study， no lag period was determined for this product in the field. When the coated urea was applied into paddy soil， it started to release N. The N preliminary solubility rate was 0.36%-3.75%. It was 3.75% in 2014， which was much higher than the other 2 years. There was only 0.36% N released out in 24 h in 2012 and less than 0.9% in 2013. Its release process could be divided into 2 phases: quick release phase and slow release phase. Daily N release rate of PCU was around 0.5% in the whole rice growth stage， which was 0.48% in 2012， 0.49% in 2013， and 0.5% in 2014， respectively. In the first 2 months， the daily release rate was around 1% in most of time， and gradually slowed down after then. Soil relative moisture had differences among 3 years， which was 72%-80% in 2012，60%-77% in 2013 and 80%-99% in 2014， respectively， and all of these were over 60%. When soil moisture is sufficient，temperature is another and even only important factor to influence N release rate of PCU in the field. The study showed that cumulative N release rate was closely correlated with cumulative temperature. Cumulative soil temperature and cumulative air temperature showed similar regulations. Cumulative N release rate of PCU reached about 50% when cumulative temperature reached about 2 000℃·d. According to the experiment model above， people can hold the release regulation of PCU when this kind of urea is applied. Nitrogen release characteristics of PCU suggest that it can match the N need of rice and decrease the N loss to surrounding environment. Single application of polymer coated urea need to be concerned for famers in future.

Keywords:soils; fertilizers; temperature; soil relative water content; polymer coated urea; air temperature accumulation; soil temperature accumulation

通信作者：※吳良?xì)g，男，浙江寧波人，博士，教授，主要從事有機(jī)營(yíng)養(yǎng)與養(yǎng)分綜合管理研究。杭州浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，310058。

作者簡(jiǎn)介：楊鋅，男，江西上饒人，主要從事新型肥料研發(fā)。杭州浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，310058。Email: zju-yangxin@zju.edu.cn

基金項(xiàng)目：國(guó)家“十二五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2011BAD11B02）；國(guó)家“973”項(xiàng)目（2015CB150502）；國(guó)家自然科學(xué)基金（31172032）；公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（201003016）。

收稿日期：2015-10-08

修訂日期：2015-12-04

中圖分類(lèi)號(hào)：S145.5

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-6819（2016）-02-0199-06

doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.02.029