王 苓張 民，?劉之廣劉 備李 濤耿計(jì)彪

（1 土肥資源高效利用國家工程實(shí)驗(yàn)室，國家緩控釋肥工程技術(shù)研究中心，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，山東泰安 271018）

（2 眾德肥料（平原）有限公司，山東平原 253100）

（3 山東省土壤肥料總站，濟(jì)南 250000）

（4 臨沂大學(xué)水土保持與環(huán)境保育研究所，山東臨沂 276000）

土壤水吸力對(duì)控釋尿素養(yǎng)分釋放特征的影響*

王 苓1張 民1，2?劉之廣1劉 備2李 濤3耿計(jì)彪4

（1 土肥資源高效利用國家工程實(shí)驗(yàn)室，國家緩控釋肥工程技術(shù)研究中心，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，山東泰安 271018）

（2 眾德肥料（平原）有限公司，山東平原 253100）

（3 山東省土壤肥料總站，濟(jì)南 250000）

（4 臨沂大學(xué)水土保持與環(huán)境保育研究所，山東臨沂 276000）

為探究不同土壤水吸力對(duì)控釋尿素養(yǎng)分釋放的影響，根據(jù)供試壤質(zhì)砂土的水分特征曲線設(shè)置了6種不同土壤水吸力的處理，采用25℃恒溫土壤模擬實(shí)驗(yàn)，測定土壤中控釋尿素的養(yǎng)分釋放特征。結(jié)果表明，土壤水吸力為0 kPa時(shí)恒溫土壤培養(yǎng)法與靜水浸提法測得的控釋尿素養(yǎng)分釋放特征無顯著差異。土壤水吸力為75 kPa、30 kPa和0 kPa的3個(gè)處理，測定的土壤孔隙中空氣相對(duì)濕度均為95%以上，土壤水汽飽和，釋放期基本相同，表明在不考慮水分流動(dòng)及養(yǎng)分?jǐn)U散狀況影響時(shí)，土壤水分條件已不再是影響控釋尿素養(yǎng)分釋放的主要因素。土壤水吸力525 kPa和260 kPa（土壤孔隙中空氣相對(duì)濕度分別為84%和91%）時(shí)釋放期分別為416.4 d和120.0 d，相對(duì)于土壤水飽和時(shí)釋放期（63.6 d）的相對(duì)相差分別為146.8%和59.1%，遠(yuǎn)超過《控釋肥料》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的允許差（20%），表明控釋尿素的釋放率和釋放期受到土壤水吸力過高的抑制。土壤水吸力大小直接影響土壤孔隙空氣濕度的飽和與否，土壤水吸力對(duì)控釋尿素養(yǎng)分釋放的影響通過土壤水汽作用于肥料顆粒實(shí)現(xiàn)。

控釋尿素；釋放率；土壤水分特征曲線；土壤水吸力；土壤空氣相對(duì)濕度

據(jù)世界糧農(nóng)組織（FAO）統(tǒng)計(jì)，在發(fā)展中國家糧食的增產(chǎn)55%歸功于化肥的使用。但是，目前我國氮肥當(dāng)季利用率僅為30%～35%。提高肥料利用率、降低資源浪費(fèi)、減少環(huán)境污染已成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)［1-3］。包膜控釋肥料是可以使養(yǎng)分的釋放與作物的需肥規(guī)律相同步的新型肥料［1］，在增加作物產(chǎn)量、提高肥料利用率、節(jié)肥增效以及減少面源污染的可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展中正發(fā)揮著重要作用，在棉花和花生等經(jīng)濟(jì)作物上廣泛使用［4-5］?？蒯尫实酿B(yǎng)分釋放受到肥料本身和環(huán)境條件（包括氣候條件、土壤溫度及水分含量等）的影響［6-8］。靜水浸提測定的釋放率在實(shí)驗(yàn)室及生產(chǎn)中均被廣泛使用，但與實(shí)際應(yīng)用中的釋放規(guī)律仍有所偏差。從農(nóng)業(yè)應(yīng)用的角度看，作物根系從土壤中吸收養(yǎng)分，實(shí)際養(yǎng)分釋放率應(yīng)該是控釋肥料在土壤中所表現(xiàn)的養(yǎng)分釋放率［9-11］。

土壤水分作為水資源的一種存在形式，同時(shí)也是控釋肥養(yǎng)分溶出及轉(zhuǎn)化的重要影響因素。土壤水可汽化為水蒸氣，使施入土壤的控釋肥在土壤水不飽和的情況下，仍處在土壤孔隙水汽飽和的狀態(tài)下，水蒸氣可通過膜殼微孔緩慢進(jìn)入膜內(nèi)，導(dǎo)致膜內(nèi)膨壓增大而使膜殼微孔變大，水蒸氣進(jìn)一步通過膜殼進(jìn)入并溶解肥料核心養(yǎng)分，養(yǎng)分在水蒸氣壓差作用下不斷擴(kuò)散到膜殼之外［12-13］。土壤水汽進(jìn)入膜殼使膜內(nèi)膨脹壓增大需要一定時(shí)間，表現(xiàn)為控釋肥料初期釋放緩慢，不可逆的膜殼膨脹使養(yǎng)分溶出擴(kuò)散呈現(xiàn)中期加快，但是肥料核心養(yǎng)分的減少使得膜內(nèi)溶液將會(huì)由過飽和或飽和狀態(tài)轉(zhuǎn)入不飽和狀態(tài)，進(jìn)一步引起膜內(nèi)外壓差的降低，導(dǎo)致養(yǎng)分溶出速率的降低，釋放率達(dá)到穩(wěn)定［14］。不同土壤水分對(duì)控釋肥料的影響以及控釋肥料在干旱地區(qū)的推廣應(yīng)用也受到越來越多的關(guān)注［15-17］。大量深入的研究發(fā)現(xiàn)，在低壓力水頭（0～100 kPa）時(shí)，土壤結(jié)構(gòu)和孔徑分布（即容重和孔隙度）是影響土壤水分持留的主要因素；而在高壓力水頭范圍（大于100 kPa），吸附作用則成為土壤水保持的主要因素，質(zhì)地、有機(jī)質(zhì)含量以及黏土礦物等通過影響土壤比表面積等性質(zhì)進(jìn)而影響土壤水的吸附［18-20］。土壤各吸力段水分蓄持能力均隨容重增大遞減，比水容量也隨容重增大遞減，土壤水分特征曲線也受到較大影響；質(zhì)地對(duì)土壤吸水持水能力的影響非常明顯，砂壤土持水能力顯著低于粉壤土。

土壤水分可以使用土壤含水量或土壤水勢進(jìn)行表征。土壤水勢又稱土壤水吸力是指土壤水的負(fù)壓力，表征土壤基質(zhì)對(duì)水分的吸附能力，主要包括重力勢、基模勢和溶質(zhì)勢［21］。本文探討的土壤水吸力為土壤基模勢，表征土壤固―液界面上的界面張力和土壤礦質(zhì)顆粒與有機(jī)質(zhì)顆粒表面對(duì)水產(chǎn)生的張力，這與土壤水分進(jìn)入控釋肥料膜殼之內(nèi)及膜內(nèi)養(yǎng)分析出膜外的過程有直接關(guān)系。雖然土壤含水量與土壤水吸力之間存在密切關(guān)系，但相同含水量的土壤釋水狀態(tài)吸力大于吸水狀態(tài)，存在明顯的滯后現(xiàn)象。而且，土壤含水量測定時(shí)需要破壞性取樣，帶回實(shí)驗(yàn)室105℃烘干測定，較土壤水吸力利用張力計(jì)直接測定的方式存在滯后性和諸多不便。因此，土壤水吸力表征的土壤水有效性或干濕程度較不同質(zhì)量含水量更具科學(xué)意義［21-24］。本研究采用恒溫土壤培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，研究不同土壤水吸力對(duì)控釋尿素氮素溶出特性的影響，探明限制控釋尿素養(yǎng)分釋放的土壤水吸力閾值以及影響其養(yǎng)分在土壤中釋放的相關(guān)因素，為控釋尿素在干旱區(qū)作物上的合理施用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土壤采自山東省泰安市寧陽縣汶河河谷，土壤類型為潮土，在中國土壤系統(tǒng)分類中為淡色潮濕雛形土（Ochri-Aquic Cambosols），砂粒含量830.7 g kg-1，粉粒125.2 g kg-1，黏粒44.1 g kg-1，土壤質(zhì)地類型為壤質(zhì)砂土（美國制）；容重1.32 g cm-3，孔隙度48.70%，有機(jī)質(zhì)含量4.30 g kg-1，pH 7.32。為了對(duì)比土壤質(zhì)地對(duì)水分特征曲線的影響，選取質(zhì)地為粉壤土的土壤進(jìn)行對(duì)比，采自山東泰安南郊的棕壤，在中國土壤系統(tǒng)分類中為簡育濕潤淋溶土（Hapli-Udic Argosols），砂粒含量344.1 g kg-1，粉粒523.9 g kg-1，黏粒131.6 g kg-1，質(zhì)地為粉壤土；有機(jī)質(zhì)含量為12.61 g kg-1，pH 7.30。

供試肥料為山東農(nóng)業(yè)大學(xué)土肥資源高效利用國家工程實(shí)驗(yàn)室研制的作物秸稈液化改性樹脂包膜尿素，由眾德肥料（平原）有限公司生產(chǎn)，含氮量44.15%，在25℃靜水中測得累積釋放率為80%時(shí)的釋放期為56 d。試驗(yàn)于2015年3月至6月在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)土肥資源高效利用國家工程實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)方法

控釋尿素靜水浸提實(shí)驗(yàn)按照《控釋肥料》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（HG/T 4215-2011）進(jìn)行。稱取肥料樣品10.00 g（精確至0.01 g）放入100目尼龍紗網(wǎng)做成的小袋中，將小袋放入250 ml玻璃瓶中，加入200 ml蒸餾水，加蓋密封，重復(fù)3次，置于25℃恒溫培養(yǎng)箱中。取樣時(shí)間為第24 小時(shí)（第1天）、第5、10、20、30、40、50、60、70 天（養(yǎng)分溶出率達(dá)80%以上）。取樣時(shí)，將玻璃瓶上下顛倒3次，使瓶內(nèi)的液體濃度一致，然后保存于10 ml指形管中，注意密封，并注明取樣時(shí)間及編號(hào)，以備測定。然后，重新加入200 ml的蒸餾水，封口后放入培養(yǎng)箱?？蒯屇蛩氐蒯尫帕繙y定采用凱氏定氮法。

室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)根據(jù)實(shí)驗(yàn)所需供試土壤田間持水量19.5%以及預(yù)設(shè)相對(duì)含水量100%、70%、40%、20%、5%和0%，得出相應(yīng)的質(zhì)量含水量分別為19.5%、13.7%、7.8%、3.9%、1.0%和0%。從土壤水分特性曲線計(jì)算不同的土壤水吸力，6個(gè)處理分別為：1）ADS，風(fēng)干土；2）SWS525（土壤水吸力為525 kPa）；3）SWS260（土壤水吸力為260 kPa）；4）SWS75（土壤水吸力為75 kPa）；5）SWS30（土壤水吸力為30 kPa）；6）SWS0即土壤飽和水處理。6個(gè)處理分別加入不同量的蒸餾水，將300.0 g供試土壤裝入自封塑料袋，將水土充分混勻后測定實(shí)際含水量，根據(jù)測得供試土壤田間持水量（19.5%）計(jì)算得到相對(duì)含水量（表1）。同時(shí)將5.0 g控釋尿素裝入尼龍網(wǎng)指形袋，分別放入不同土壤水吸力處理的自封袋土壤中，密封后放入25℃恒溫培養(yǎng)箱中。每個(gè)處理30次重復(fù)，每次破壞性取樣3個(gè)尼龍網(wǎng)指形袋，測定控釋尿素的養(yǎng)分釋放率。

土壤水分會(huì)以水蒸氣形態(tài)彌散在土壤孔隙中，進(jìn)一步對(duì)控釋尿素養(yǎng)分溶出釋放起作用，用干燥器封閉水汽達(dá)到平衡，模擬土壤孔隙中空氣相對(duì)濕度，可以用溫濕度計(jì)進(jìn)行測定。將6個(gè)水分處理的土壤稱取500.0 g于干燥器底部，將溫濕度計(jì)（T&H meter，凱隆達(dá)，天津）放置墊板之上，用凡士林封口，確保溫濕度計(jì)密封，裝置安頓好之后，將干燥器整體置于25℃的恒溫培養(yǎng)箱中，不打開干燥器，隔著玻璃進(jìn)行讀數(shù)并記錄相對(duì)濕度，記錄間隔為1 h，直至讀數(shù)恒定，6個(gè)處理的土壤空氣相對(duì)濕度分別為38%、84%、91%、95%、98%和99%（表1）。

表1 模擬實(shí)驗(yàn)中不同土壤水分處理Table 1 Treatments of soil moisture in the simulated experiment

1.3 測定項(xiàng)目與方法

采用1500 F1型 15 Bar壓力膜儀（SEC，美國）測定供試土壤的水分特征曲線：首先用橡皮筋將濾紙固定于配套的塑膠環(huán)刀上，將過2 mm篩的風(fēng)干土壤樣品小心裝入環(huán)刀中，使土壤約與環(huán)刀上沿齊平，整體成為土樣環(huán)并稱重記錄。將土樣環(huán)置于提前浸好的陶土板上并小心在陶土板上加水，使土壤樣品吸水達(dá)到充分飽和，然后用吸管吸掉陶土板上多余的水分。將壓力室組裝好，調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)閥，逐漸加到所需壓力。若出水管口不再滴水則可認(rèn)為達(dá)到平衡。反向轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)壓閥到1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，打開壓力室后立即稱量土樣環(huán)的質(zhì)量。設(shè)定0、100、300、500和1 500 kPa共5個(gè)壓力，測定各平衡時(shí)的土樣環(huán)重量，根據(jù)初始的風(fēng)干土重計(jì)算每次的質(zhì)量含水量，最終得出土壤水分特征曲線［23］。

控釋尿素的養(yǎng)分釋放率測定：分別于實(shí)驗(yàn)開始后第1、5、10、20、30、40、50、60、70天取出自封袋中的肥料袋，用自來水沖洗2～3次，去除表面的土粒，將肥料置于鋁盒于60℃烘箱中烘至恒重。冷卻后用萬分之一天平稱重。用差減法計(jì)算控釋尿素養(yǎng)分的釋放量并求出釋放率。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)通過Excel 2003和SAS 8.2軟件完成單因素方差分析（ANOVA）及鄧肯（Duncan）差異顯著性檢驗(yàn)，并用Excel 2003 軟件進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 兩種土壤的水分特征曲線

土壤水分特征曲線為含水量和基質(zhì)吸力的關(guān)系曲線，隨著含水量的變化，吸力也發(fā)生變化［23］。兩種供試土壤的水分特征曲線如圖1所示，可以看出，質(zhì)地對(duì)土壤水分特征曲線影響顯著。在土壤水吸力1 500 kPa時(shí)壤質(zhì)砂土質(zhì)量含水量僅為1.6%，粉壤土的質(zhì)量含水量高達(dá)5.9%；在土壤水吸力100～300 kPa范圍，壤質(zhì)砂土質(zhì)量含水量為2.9%～3.9%，而粉壤土的質(zhì)量含水量為10.7%～12.7%。土壤水分特征曲線受到質(zhì)地的影響，可為合理確定植物生長所需的水吸力提供理論依據(jù)。在相同水吸力時(shí)，不同質(zhì)地土壤對(duì)有效水的控制力不同；相同的質(zhì)量含水量在不同質(zhì)地土壤中水的有效性不同，說明控制不同土壤質(zhì)量含水量并不能夠準(zhǔn)確表示土壤水分的有效性。控制相同含水量時(shí)，控釋尿素的釋放受到多方面影響，而控制相同的土壤水吸力可以排除土壤基質(zhì)對(duì)水的吸附影響，使實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)更符合田間土壤孔隙中空氣的水汽壓實(shí)際情況。壤質(zhì)砂土在質(zhì)量含水量1.7%與粉壤土質(zhì)量含水量5.9%的土壤水吸力一致，因此，室內(nèi)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)供試土壤選用壤質(zhì)砂土（LS）。

圖1 供試土壤水分特征曲線Fig. 1 Soil water characteristic curves of the experimental soils

2.2 土壤水飽和時(shí)控釋尿素的養(yǎng)分釋放特性

包膜控釋尿素在2 5℃恒溫培養(yǎng)靜水浸提試驗(yàn)（SWT：Still water test）和土壤埋袋試驗(yàn)（SWS0：Soil water suction=0 kPa）飽和水條件下的釋放曲線呈現(xiàn)基本一致的規(guī)律（圖2），均呈現(xiàn)S形，且養(yǎng)分釋放率在1～7 d較慢，7～14 d釋放逐漸加快，于21 d以后達(dá)到穩(wěn)定。在靜水浸提中第1天釋放率為1.5%，第30天累積釋放率為50.7%，符合《控釋肥料》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。靜水浸提中測得累積釋放率達(dá)到80%時(shí)為55.9 d，在土壤中測得累

圖2 控釋尿素氮素累積釋放特征Fig. 2 Cumulative nitrogen release characteristics of controlledrelease urea（CRU）

積釋放率達(dá)到80%時(shí)為63.6 d，可能由于土壤中控釋尿素的顆粒被裝在網(wǎng)袋中，通過失重法測定會(huì)產(chǎn)生較大的誤差，其相對(duì)相差為12.9%，仍在《控釋肥料》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的20%誤差范圍之內(nèi)。

2.3 不同土壤水吸力對(duì)控釋尿素養(yǎng)分釋放的影響

在恒溫25℃的模擬實(shí)驗(yàn)中，水分作為影響控釋尿素養(yǎng)分釋放的單一因素，在前5天土壤水分對(duì)控釋尿素釋放率影響不顯著（圖3）。土壤水不飽和時(shí)，水分對(duì)控釋尿素的作用是通過汽化成水蒸氣進(jìn)入控釋尿素膜殼的微孔，而進(jìn)入微孔使膜內(nèi)膨脹壓增大并溶解養(yǎng)分需要一定的時(shí)間［12］，控釋尿素氮素第5天開始溶出釋放。在土壤水吸力為525 kPa時(shí)，土壤空氣相對(duì)濕度為84%，土壤水汽未達(dá)到飽和，養(yǎng)分析出后未能及時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)出，使得控釋尿素釋放受到明顯抑制；而風(fēng)干土的處理，土壤空氣相對(duì)濕度為38%，土壤孔隙中水蒸氣不足以進(jìn)入控釋尿素膜殼，控釋尿素釋放率始終為初期釋放率，而無后續(xù)的增加，表明風(fēng)干土中埋置的控釋尿素未釋放。

土壤水吸力在260 kPa時(shí)，土壤空氣相對(duì)濕度為91%，進(jìn)入控釋尿素膜殼的水蒸氣量增多，但是由于未達(dá)飽和，釋放速度仍受到抑制。土壤水吸力低于75 kPa時(shí)，土壤空氣相對(duì)濕度均為95%以上，土壤水汽達(dá)到飽和，表現(xiàn)為水分條件對(duì)控釋尿素釋放產(chǎn)生的影響一致。

圖3 恒溫（25℃）模擬實(shí)驗(yàn)中控釋尿素在不同土壤水吸力下的累積釋放特征Fig. 3 Cumulative N release characteristics of CRU in soils different in soil water suction in the simulated experiment under constant temperature（25℃）

對(duì)土壤埋袋中包膜尿素在土壤不同水吸力下的氮素累積釋放率曲線（圖3）進(jìn)行數(shù)學(xué)回歸分析，以氮素累積釋放率為自變量（x），以釋放天數(shù)d為因變量（y）建立回歸方程（表3）。用相應(yīng)的多項(xiàng)式方程能很好地模擬和反映不同土壤水吸力時(shí)的氮素釋放特征，除SWS525處理擬合的方程R2達(dá)0.95以外，其余四個(gè)處理的方程擬合度較高，R2均達(dá)0.98以上。利用相應(yīng)方程可以較準(zhǔn)確地根據(jù)不同時(shí)段的氮素累積釋放率計(jì)算出不同土壤水吸力時(shí)的控釋尿素的釋放期，判斷土壤水吸力對(duì)控釋尿素釋放期的影響，進(jìn)而在推廣使用中根據(jù)實(shí)際的水分條件選擇更加合適的控釋尿素。

通過回歸方程可以計(jì)算出不同土壤水吸力時(shí)的釋放期（表3），飽和水分的土壤中釋放期63.6 d，

表2 恒溫（25℃）模擬實(shí)驗(yàn)中不同土壤水吸力處理的控釋尿素氮素釋放回歸方程Table 2 Regression equation of nitrogen release characteristics of CRU in soil different in soil water suctions in the simulated experiment under constant temperature（25℃）

土壤水吸力在30 kPa時(shí)控釋尿素釋放期72.7 d，相對(duì)相差為13.3%，在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的20%誤差范圍之內(nèi)。土壤水吸力在75～525 kPa范圍內(nèi)，隨著土壤水吸力的增大，控釋尿素的養(yǎng)分釋放減慢，養(yǎng)分釋放期逐漸變長?；貧w方程計(jì)算的SWS525 和SWS260處理的釋放期分別為416.4和117.0 d，相對(duì)相差分別為146.8%和59.1%，遠(yuǎn)超《控釋肥料》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的允許差（20%），說明控釋尿素釋放受到了土壤水吸力過高的限制，土壤顆粒對(duì)水分的吸力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于肥料核心對(duì)水分的吸力。

2.4 不同土壤水吸力對(duì)氮素時(shí)段釋放率的影響

土壤水吸力75 kPa、30 kPa和0 kPa的3種處理中控釋尿素的釋放高峰均在20～30 d之間出現(xiàn)，20 d的時(shí)段釋放率分別為18.3%、22.2%和15.3%，且在時(shí)間上呈現(xiàn)一致性（圖4）。30 d的時(shí)段釋放率均為16.0%，之后的釋放趨于一致，且在40 d以后達(dá)到緩慢釋放。表明不考慮水分流動(dòng)及養(yǎng)分?jǐn)U散狀況影響時(shí)，土壤孔隙空氣相對(duì)濕度高于95%，土壤水汽達(dá)到飽和，土壤水吸力不再是影響包膜控釋尿素養(yǎng)分在土壤中釋放的主要因素。

但是，在土壤水吸力高于75 kPa時(shí)，控釋尿素養(yǎng)分釋放開始受到土壤水吸力過高的影響（圖5），SWS260和SWS525的2個(gè)處理，土壤孔隙空氣相對(duì)濕度分別為91%和84%，可以看出，水汽減少釋放率分別為10.1%、11.8%和11.2%，表明在土壤水吸力260 kPa 時(shí)控釋尿素釋放緩慢，整體上均勻增長，土壤空氣相對(duì)濕度為91%，土壤水汽雖然未飽和，但是在后續(xù)能得到補(bǔ)充，使得釋放時(shí)間延長。整體而言，土壤水分早期進(jìn)入控釋尿素膜殼越快越多，使得后期肥料核心尿素濃度變低，肥料膜殼內(nèi)外濃度差變小，后期釋放動(dòng)力不足。土壤水吸力過高明顯地限制了控釋肥料養(yǎng)分溶出速率，進(jìn)而使釋放時(shí)間延長，表明水汽未達(dá)飽和時(shí)，控釋尿素的釋放率和釋放期受到土壤水分含量過低的抑制。限制了控釋尿素的養(yǎng)分釋放。SWS525處理的釋放高峰不明顯，分別在30 d和70 d出現(xiàn)兩次。SWS260的處理則在10 d、30 d和60 d出現(xiàn)釋放高峰，時(shí)段

表3 恒溫（25℃）培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中不同土壤水吸力處理的控釋尿素氮素釋放期Table 3 Duration of N release of CRU relative to soil water suction in the simulated experiment under constant temperature（25℃）

圖4 土壤水吸力低于或等于75 kPa條件下控釋尿素養(yǎng)分時(shí)段釋放率Fig. 4 Nutrient release rate in soils lower than or equal to 75 kPa in soil water suction relative to time interval

圖5 土壤水吸力大于或等于260 kPa條件下養(yǎng)分時(shí)段釋放率Fig. 5 Time interval nutrient release rate in soils more than or equal to 260 kPa in soil water suction

3 結(jié) 論

不同土壤水吸力對(duì)控釋尿素釋放的影響結(jié)果之間差異顯著。本試驗(yàn)條件下土壤水吸力低于或等于75 kPa時(shí)，土壤水汽飽和，不考慮水分流動(dòng)及養(yǎng)分?jǐn)U散狀況影響時(shí)，土壤水吸力不再影響控釋尿素養(yǎng)分在土壤中釋放；而土壤水吸力高于或等于260 kPa即土壤水汽未達(dá)飽和時(shí)，土壤顆粒對(duì)水分的吸力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于肥料核心對(duì)水分的吸力，控釋尿素的釋放受到抑制。土壤水吸力大小直接影響土壤孔隙空氣濕度的飽和與否，土壤水汽是控釋尿素釋放影響因素的直觀指標(biāo)。

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Infl uence of Soil Water Suction on Nutrient Release Characteristics of Controlled-Release Urea

WANG Ling1ZHANG Min1，2?LIU Zhiguang1LIU Bei2LI Tao3GENG Jibiao4
（1 National Engineering Laboratory for Efficient Utilization of Soil and Fertilizer Resources，National Engineering and Technology Research Center for Slow and Controlled Release Fertilizers，College of Resources and Environment，Shandong Agricultural University，Taian，Shandong 271018，China）
（2 Zhongde Fertilizer（Pingyuan）Co.，Ltd. Pingyuan，Shandong 253100，China）
（3 Soil and Fertilizer Station of Shandong Province，Jinan 250000，China）
（4 Laboratory of Water and Soil Conservation & Environmental Protection，Linyi University，Linyi，Shandong 276000，China）

【Objective】Nitrogen（N）release characteristics of controlled release urea（CRU）is affected by properties of the fertilizer per se and environmental conditions，such as climate，soil temperature and soil moisture etc. The static water extraction method is widely used for quality control of CRU. However，as a matter of fact，CRU is mainly applied to farm fields，where soil moisture is the major factor affecting N release from CRU. Soil moisture can be characterized by soil water suction，which is closely related to the process of nutrient transmembrane movement in CRU. So it is essential to explore threshold value of the soil water suction that controls N release rate of CRU so as to provide a scientific basis for proper application of CRU in arid regions. 【Method】 Static water extraction and soil culture experiments were carried out in this study to investigate N release characteristics of CRU in water and soil conditions，separately，under constant temperature of 25℃. The static water extraction experiment of CRU was performed following the industry standard for controlled release fertilizer（HG/T 4215-2011）. In line with the soil water characteristic curves of the tested loamy sand soil（fluvo-aquic soil，Ochri-Aquic Cambosols），five levels（0，30，75，260 and 525 kPa）of soil water suctions were designed for the soil culture experiment，and air-dried soil was used as control. And，vapors from the soils of the six treatments were measured with the simulated incubation method in the desiccator. 【Result】Results show that N release of the CRU in static water was quite similar to that in the soil 0 kPa in soil water suction. Cumulative release rate in the first seven days increased very slowly，sped up from the 7th to the 14th day，and then leveled off after the 21st day. The CRU released 80% of its N in 55.9 days and 63.6 days，respectively，in water extraction and soil incubation. N release varied similarly in characteristics，peaked in the period from the 20th to the 30th day，and reached 18.3%，22.2%，and 15.3%，respectively，in the treatments，75 kPa，30 kPa，and 0 kPa in soil water suctions，in 20 days. As the air in soil pores was＞95% in relative humidity in all the tested soils，the soils were all the same in soil water vapor saturation and N release period，which indicates that in this case，excluding the impacts of flowing soil water and nutrient diffusion，soil moisture is no longer the major factor affecting N release from CRU. N release in the treatments，525 kPa and 260 kPa in soil water suction and 84% and 91% in relative humidity of pore air，lasted for 416.4 d and 120.0 d，respectively，which was 146.8% and 59.1%，longer relative to that in the treatment saturated with water（63.6 days）and 20% longer relative to that set in the industry standards for controlled-release fertilizer，indicating that N release rate and N releasing period of the CRU is affected by too high soil water suction. 【Conclusion】 All the findings of this study demonstrate that the differences between the six treatments in N release characteristic of CRU are striking，when impactsof water flow and N diffusion are not taken into account；Soil moisture is no longer the main factor affecting N release of CRU when the soil is less than 75 kPa in soil water suction；In soils with soil water suction being higher than 260 kPa，N release rate and duration of the CRU are restrained by soil moisture. Soil water suction is directly related to saturation of pore air in humidity. The influence of soil water suction on release characteristic of CRU is affected through the impact of vapor in the soil on fertilizer granules.

Controlled-release urea；Release rate；Soil water characteristic curve；Soil water suction；Air relative humidity of soil interstices

S146+.2；S14-33；S143.1+4

A

10.11766/trxb201606230178

（責(zé)任編輯：陳榮府）

* 農(nóng)業(yè)部引進(jìn)國際先進(jìn)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)計(jì)劃“948”重點(diǎn)項(xiàng)目（2011-G30）、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41571236）及國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2011BAD11B01）共同資助 Supported by the Key Program of Recommend International Advanced Agricultural Science and Technology Plan“948”from Ministry of Agriculture of China（No. 2011-G30），the National Natural Science Foundation of China（No. 41571236）and the National Key Technology R&D Program of China（No. 2011BAD11B01）

? 通訊作者 Corresponding author，Email：minzhang-2002@163.com

王 苓（1991—），女，山東泰安人，碩士研究生，主要從事新型肥料研制研究。E-mail：lingwang_2013@163.com

2016-06-23；

2016-09-29；優(yōu)先數(shù)字出版日期（www.cnki.net）：2016-12-02