王文科 劉娜 王寶安(秦皇島天鼎化工有限公司 ，河北 秦皇島 066003)

0 引言

肥料是農(nóng)作物生長的基礎(chǔ)條件，同時也是制約我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素和資源。我國現(xiàn)有農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平仍處于較低水平，農(nóng)田化肥的當(dāng)季利用率氮肥只有30%～50%，磷肥為10%～20%，鉀肥為35%～50%，遠(yuǎn)低于國外同類肥料[1]。研究表明，施用緩釋肥料可有效提高氮磷鉀元素的利用率，符合發(fā)展可持續(xù)高效的農(nóng)業(yè)方針[2]，并且有一些緩釋包膜肥料已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)[3]。近年來，緩釋肥料的研究發(fā)展速度非常快，研究出可以降解且具有保肥功能的包膜緩釋肥料已成為緩釋肥發(fā)展的重中之重。

1 包膜緩釋肥概述

當(dāng)前包膜緩釋肥的種類趨于多樣化，其分類也出現(xiàn)了差異性，詳細(xì)如下：根據(jù)肥料化學(xué)性質(zhì)的差異，可以將其細(xì)分為四種，即微溶性無機(jī)化合物、微溶性有機(jī)化合物、經(jīng)加工的天然有機(jī)化合物以及包膜添加成形氮肥；根據(jù)肥料釋放方式的差異，可以將其細(xì)分為侵蝕型、反應(yīng)型、滲透型以及擴(kuò)散型；根據(jù)肥料原理方法的差異，可以細(xì)分為物理法、生物化學(xué)法等，其中對于生物化學(xué)法應(yīng)用比較普遍，例如在傳統(tǒng)物理包膜的基礎(chǔ)上添加抑制劑、促釋劑等，可以有效改善肥料的性能，使其更好的發(fā)揮功效；根據(jù)肥料組成劃分，可將其細(xì)分為包裹緩釋肥料、縮合物緩釋肥料以及吸附緩釋肥料等。無論是哪種分類方式，對于包膜緩釋肥料而言，其主要核心在于減慢土壤中營養(yǎng)物質(zhì)的釋放速度，讓植物可以有效吸收和利用，幫助其促進(jìn)生長，同時也提升了肥料的利用效率，并且有效避免了對周圍環(huán)境的污染。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和原材料

包裹劑調(diào)制儲罐、輸送泵、流量計、螺旋給料機(jī)、溫度控制器、加熱器、攪拌器、輸送泵等。

緩釋肥料、脲醛樹脂、礦物油、吸水樹脂等。

2.2 雙層包膜緩釋肥料的制備

(1)準(zhǔn)備工作：將各個裝置清理干凈，檢查各個裝置及配件，使其均處于待用狀態(tài)。

(2)包裹內(nèi)層包裹劑：將1.2t 脲醛樹脂和1t 礦物油由原料進(jìn)口加入到內(nèi)層包裹劑調(diào)制儲罐中并進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁ㄟ^蒸汽包加熱到80℃，調(diào)制好的內(nèi)層包裹劑即為油水固化劑。通過輸送泵將油水固化劑緩慢加入到盛有5.5t 緩釋肥料的包裹筒中，使其和肥料充分混合，包裹筒有小角度傾斜向下，包裹上油水固化劑的肥料在包裹筒不斷轉(zhuǎn)動下向前，為包裹粉做準(zhǔn)備。

(3)包裹外層包裹劑：先將0.2t 粉狀吸水樹脂備在外層包裹劑儲罐內(nèi)，通過螺旋給料機(jī)加入到包裹筒內(nèi)，通過調(diào)節(jié)螺旋給料機(jī)給料頻率控制外包裹劑的加入速率。

(4)回收雙層包膜緩釋肥料：雙層包膜緩釋肥料通過肥料出口進(jìn)入成品庫，制備完成。

其主要工藝如下：

圖1 雙層緩釋肥料主要制備工藝

2.3 測試方法

采用甲醛法對土樣中氮含量進(jìn)行測試，采用磷鉬酸喹啉重量法對土樣中的磷含量進(jìn)行測試，采用原子吸收光譜儀進(jìn)行對土壤中鉀元素的測定。土壤固鉀量=鉀的吸附量-鉀的解吸量[4]。

本實(shí)驗(yàn)所采用的土壤樣品按照黃土與砂土的質(zhì)量比例為1:1(總質(zhì)量為10 g)混合，并分別加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0%，0.5%，1.0%，1.5%，2.0%(相對于土壤總質(zhì)量)的雙層包膜緩釋肥料，混合均勻，備用。

首先用甲醛法測定空白土壤樣品的氮元素含量。一般來講，土壤中速效氮元素的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為140×10-6，速效磷元素的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)是15×10-6，速效鉀元素的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為150×10-6。與試驗(yàn)所用的氮、磷、鉀標(biāo)準(zhǔn)液濃度l g/L 相比，速效氮、磷、鉀元素在土壤中的含量可以忽略。所以不必對空白樣的氮、磷、鉀元素的含量進(jìn)行測定，但必須對土樣被NH4NO3標(biāo)準(zhǔn)溶液的浸漬樣品的含氮量進(jìn)行測量。

將加有不同質(zhì)量的雙層包膜緩釋肥料的各個土樣，加入400mL NH4NO3標(biāo)準(zhǔn)溶液并將其充分均勻，靜置24 小時；將液體過濾并去掉；把濾渣分為兩份，一份采用甲醛法測定濾渣中氮元素的含量；所得計算結(jié)果減去土樣(未浸漬NH4NO3的土樣)中氮元素的含量即為土壤吸附氮量。將另一份濾渣倒入1000mL 燒杯中，加入400mL 蒸餾水，攪拌均勻，靜置24 小時，過濾；采用甲醛法測定濾液中氮元素的含量。測量出來的氮含量即為土樣氮元素的解吸量，并計算土壤固氮量。

土壤固氮量=氮的吸附量-氮的解吸量。

磷、鉀元素含量的測定需采用磷標(biāo)準(zhǔn)溶液1000mg·L-1的NaH2PO4和鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液1000mg·L-1的KCl，在土壤中的吸附量、解吸量與固磷量測量應(yīng)分別按前面所述的原理及操作方法。

3 結(jié)果與討論

3.1 雙層包膜緩釋肥料的添加對土壤吸附氮磷鉀能力的影響

土壤添加雙層包膜緩釋肥料后吸附氮、磷、鉀元素的影響結(jié)果如圖2 所示。

圖2 肥料用量對土壤氮、磷、鉀吸附量的影響

從圖2 可看出，與空白土樣相比，加入0.5%，1.0%，1.5%，2.0%雙層包膜緩釋肥料的土樣，對氮元素的吸附量提高了7.1%，13.06%，19.71%，20.64%；對鉀元素的吸附量提高了17.09%，42.44%，50.85%，58.45%。即對氮和鉀的吸附量隨肥料用量增加也逐漸增加，當(dāng)肥料用量超過1.5%后吸附量基本不再變化。當(dāng)土壤中加入肥料，土樣對磷元素的吸附量基本維持不變。綜合考慮，取雙層包膜緩釋肥料的用量1.0%較為合適。

土樣加入雙層包膜緩釋肥料后保肥能力得到了極大的提高，其外層包裹的吸水樹脂材料能夠和土壤進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，將肥料微粒固定在大分子聚合物網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)上，很大程度上起到了保肥作用。

3.2 雙層包膜緩釋肥料的添加對土壤解析氮磷鉀能力的影響

肥料添加量對土壤解吸氮、磷、鉀的影響結(jié)果如圖3 所示。

圖3 肥料用量對土壤氮、磷、鉀解吸量的影響

從圖3 可看出，土壤解析氮、磷、鉀元素的量，以磷元素最高，鉀元素次之，氮最小。相比與對照組，土壤中加入0.5%，1.0%，1.5%，2.0%肥料后，對氮的解吸量提高百分?jǐn)?shù)為8.52%，14.22%，17.88%，19.09%；對磷的解吸量提高百分?jǐn)?shù)為20.15%，47.47%，52.89%，55.64%；對鉀的解吸量提高百分?jǐn)?shù)為42.03%，96.05%，100.92%，109.78%。雙層包膜緩釋肥料用量越大，土樣吸附氮、磷、鉀元素越多，當(dāng)肥料用量超過1.5%后，土樣對氮、磷和鉀的解吸量增大幅度減小。

總體而言，土壤中添加雙層包膜緩釋肥料，對于氮、磷、鉀元素的吸附和解析能力都有了很大的改善，并且對保持肥料的能力和持續(xù)供肥能力都有了不同程度的提高。

3.3 雙層包膜緩釋肥料的添加對土壤固定氮磷鉀能力的影響

雙層包膜緩釋肥料對土壤固定氮、磷、鉀的影響結(jié)果如圖4所示。

圖4 土壤添加不同肥料量對固定氮、磷、鉀能力的影響

圖4 可看出，土壤對于氮、磷、鉀元素的固定能力從大到小依次為P＞K＞N。與沒有雙層包膜緩釋肥料的土壤相比，加入0.5%，1.0%，1.5%，2.0%肥料后，對氮的固定量提高百分?jǐn)?shù)為5.41%，11.71%，21.84%，12.56%；對鉀的解吸量提高百分?jǐn)?shù)為1.05%，7.96%，18.63%，25.43%。隨雙層包膜緩釋肥料用量地不斷增加，土壤的對于氮元素和鉀元素的固定量都有了不同程度的提升，而固磷量的降低則較為明顯。

4 結(jié)論

通過對結(jié)果分析可以得到，土壤在添加雙層包膜緩釋肥料后可以源源不斷地為植物的生長提供所需的磷元素?？梢娛┘与p層包膜緩釋肥料可以起到保肥和緩解肥效的雙重作用?？傊寥乐屑尤腚p層包膜緩釋肥料不僅能夠?qū)τ谕寥赖谋７誓芰M(jìn)行改善，還能夠使已經(jīng)固定在土壤中的有效肥料進(jìn)行緩慢的釋放，起到了緩釋控釋肥料的作用。