王海燕

（天津紅日愛樂意藥用輔料有限公司，天津 301700）

目前，我國化肥利用率僅為35%左右，長期大量施用化肥導(dǎo)致土壤板結(jié)、地表水富營養(yǎng)化等環(huán)境問題出現(xiàn)。緩控釋肥料是利用對生物和化學(xué)作用不敏感的膜材料包膜以控制肥料的釋放速度，減少化肥用量和施用次數(shù)，降低環(huán)境污染，提高肥效。目前常見的緩控釋肥分為無機(jī)物包膜、有機(jī)聚合物包膜、有機(jī)-無機(jī)復(fù)合材料膠結(jié)包膜等。

聚乳酸是由L-乳酸聚合而成的高分子材料，可通過微生物作用分解為H2O和CO2，是一種環(huán)境友好型生物材料。作為載體的聚乳酸，熔化或溶解過程可將肥料“包埋”起來，在土壤中逐漸降解釋放，并在土壤微生物和光照等的共同作用下，分解成H2O和CO2。本文利用低聚乳酸作為包膜材料，研究其成膜性能以及對生物肥料的緩釋性。

1 材料和方法

1.1 供試材料及設(shè)備

化學(xué)級(jí)尿素、氯化鉀和磷酸二氫銨由科威試劑公司提供，聚乳酸由浙江海正生物材料股份有限公司提供。

全方位行星式球磨機(jī)由北京卓的儀器設(shè)備有限公司生產(chǎn)，電導(dǎo)率儀由上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司生產(chǎn)，制粒機(jī)由江陰市康和機(jī)械有限公司生產(chǎn)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 肥料包膜處理 將N、P、K肥料按質(zhì)量比1∶1∶1混合，加入一定的粘合劑等輔料進(jìn)行制粒，粒徑范圍2～3 mm。將制粒后的肥料與熔融后的聚乳酸用物理法包裹成膜，所得產(chǎn)品置于45 ℃干燥，干燥后放入試劑瓶中備用。

1.2.2 成膜性能測定 取10 g制粒后的復(fù)合肥（粒度一致、外表無破損）于500 mL燒杯中，將聚乳酸熔融后按1∶30的比例緩慢加入燒杯，邊加邊用玻璃棒攪拌。包膜均勻后將其置于不銹鋼盤中推展開，置于(45±1) ℃烘箱內(nèi)烘干，觀察成膜性能，記錄所有包膜肥表面衣膜固化、互不粘連所需的時(shí)間。

1.2.3 耐磨性測試 稱取一定量的包膜肥料，按質(zhì)量比1∶1與鋼珠混合，放入球磨機(jī)中，以200 rpm的速度滾動(dòng)30 min，將樣品取出，通過不銹鋼篩進(jìn)行篩分，并計(jì)算磨損率。

1.2.4 包膜肥緩釋性能測定 通過電導(dǎo)率儀測定包膜控釋肥的浸提液電導(dǎo)值，制定出不同濃度N、P、K總養(yǎng)分濃度的標(biāo)準(zhǔn)曲線，再將測量值代入公式，計(jì)算包膜控釋肥的養(yǎng)分釋放量和累積釋放百分?jǐn)?shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 聚乳酸包膜的理化性質(zhì)

成膜性、成膜均勻度、成膜時(shí)間和包膜磨損率等是緩釋包膜肥的重要理化指標(biāo)，決定其緩釋特性。試驗(yàn)表明，試驗(yàn)制備的包膜肥磨損率平均為2.27%，說明肥料表面的聚乳酸成衣膜附著牢固，運(yùn)輸、作業(yè)等環(huán)節(jié)不易脫落。成膜性Ⅱ級(jí)，說明聚乳酸在成膜性方面不是最優(yōu)的材料，需加入其他助劑提高成膜性。包膜均勻度為88.3%，由于其成膜性不強(qiáng)，導(dǎo)致均勻度略低。成膜時(shí)間為13.3 min，時(shí)間略長（表1）。

表1 聚乳酸包膜理化指標(biāo)

2.2 包膜肥累計(jì)釋放過程

由圖1可知，試驗(yàn)制備的緩釋肥在24 h初期和28 d的養(yǎng)分釋放率分別為3.4%、45.1%，滿足國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 23348-2009規(guī)定的24 h初期養(yǎng)分釋放率不超過15%，28 d養(yǎng)分釋放率不超過75%的要求。緩釋周期可達(dá)100 d，達(dá)到歐美等國緩釋肥料的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和中國標(biāo)準(zhǔn)GB/T 23348-2009。

養(yǎng)分釋放按照速率高低分為3個(gè)階段，第一階段為15 d以內(nèi)，為緩慢釋放階段，此時(shí)作物處于幼苗期，需肥相對較少，緩釋肥此階段養(yǎng)分溶出量較少；第二階段為15～60 d，為加速釋放階段，此時(shí)作物處于快速生長期，需肥量相對較多，緩釋肥此階段養(yǎng)分溶出量迅速增加；第三階段為60 d以后的完全釋放階段，養(yǎng)分釋放速率趨緩，聚乳酸包膜幾乎全部被分解，100 d時(shí)的最大養(yǎng)分溶出量達(dá)到92%。

包膜肥養(yǎng)分累積釋放基本呈“S”型曲線，與微生物的生長周期類似，也與作物生長過程需肥規(guī)律基本一致。說明聚乳酸包膜緩釋性良好，是一種適合作物生長的緩釋肥包膜材料。

3 結(jié)論與討論

通過對聚乳酸包膜的理化性能測定，對包膜肥養(yǎng)分初期溶出率、養(yǎng)分累積釋放曲線的分析，得出如下結(jié)論：

3.1 緩釋肥包膜劑成膜良好，成膜時(shí)間13.3 min，包膜磨損率＜5%，說明聚乳酸緩釋肥包膜劑理化性能較好。

3.2 包膜肥養(yǎng)分初期溶解率3.4%，28 d累積養(yǎng)分釋放率45.1%，符合中國緩釋肥料標(biāo)準(zhǔn)。養(yǎng)分累積釋放曲線與作物需肥規(guī)律基本一致，緩釋效果較好，達(dá)到有效控制復(fù)合肥養(yǎng)分釋放的目的。

聚乳酸作為可完全生物降解材料，越來越受到人們的重視，但目前價(jià)格相對較高，應(yīng)用受限。今后研究的重點(diǎn)是改進(jìn)聚乳酸生產(chǎn)工藝，降低成本，設(shè)計(jì)合成不同性能的聚乳酸共聚物以滿足包膜肥的需求。