全 文 ：收稿日期：!""#$"#$%% 接受日期：!""&$"!$"’
基金项目：辽宁省自然科学基金（!""(!%%’）；辽宁省“十一五”重大攻关项目（!""(!%)"")）；辽宁省高校科技攻关计划（")*’#"）；沈阳农业大学
青年科研基金（!"")"’+）资助。
作者简介：牟林（%&,,—），男，辽宁铁岭人，讲师，硕士，主要从事新型肥料研制与开发研究。-./012：/340/5./62147 89/: ;9/
!通讯作者 <52："!+$##+&’"&,，-./012：=04>109?17%(’@ ;9/
不同无机矿物应用于包膜复合肥的
氮素释放特征及其评价
牟 林%，韩晓日%!，于成广!，聂大杭%，吴正超%
（% 沈阳农业大学土地与环境学院，辽宁省农业资源与环境重点实验室，辽宁沈阳 %%"%(%；
! 辽宁省地质矿产调查院，辽宁沈阳 %%""’!）
摘要：探讨了不同无机矿物用于膜材料后的包膜复合肥氮素养分释放特性、生物效应和评价方法。采用了土壤淋
溶和土壤盆栽试验两种方法。试验方法的不同造成土壤盆栽与淋溶试验中各处理养分释放拟合曲线的差异。两
种方法的试验结果都能说明：无机矿物材料能有效地保持 A素养分较长时间处于 ABC+ .A形态，减少了因转化为
AD$’ .A形态造成的养分淋溶损失，但是各种材料彼此间存在一定的差异。盆栽试验中养分累计释放量与释放速率
虽然快于作物的生理需求，但是受矿物材料和土壤缓冲作用的影响，作物氮素供应状况良好。与普通复合肥相比，
各无机矿物用于包膜肥后能显著提高氮素利用率。蒙脱土效果最好，其次为高岭土，且差异显著。滑石粉、硅粉、
硅藻土与前两者相比效果稍差，差异显著，但三者间差异不显著。无机矿物材料的耐水程度，养分吸附、固定能力
和离子交换量等理化性质会影响包膜肥的养分释放性能。对于膜层疏松、耐水性差、主要靠养分吸附和固定机理
控释的包膜肥来说，采用土壤作为养分释放介质更接近真实释放性能。评价包膜肥料的性能应该充分考虑养分形
态、膜材特性、包膜工艺、土壤环境、供试作物等各方面因素，重点在“肥料$土壤$作物”系统中考察，从多种角度制定
不同方案，通过多种方法综合评价其缓释效果。
关键词：无机矿物包膜肥；缓 E控释复合肥料；控制释放材料；氮素利用率；评价方法
中图分类号：F%+)@) 文献标识码：G 文章编号：%""#$)")H（!""&）")$%%,&$%"
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植物营养与肥料学报 !""&，%)（)）：%%,&$%%##
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^2048 A68?18194 04V _5?8121Z5? F;154;5
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’)!($2+’ /1+ +%%)3)+’34；+>#*/#!)$’ &+!"$,
化肥在促进我国经济发展和农业生产中一直起
到举足轻重的作用。然而肥料利用率低不但造成了
土壤、水体的严重污染，更是造成了能源、财力的巨
大浪费。我国化肥的利用率一直偏低，平均利用率
仅约为 ??@AB。缓 =控释肥的研制早已成为肥料界
众多学者和专家关注的热点与前沿问题［C］。目前，
缓 =控释肥的种类虽然较多，但是大量的研究资料和
文献表明，真正意义上控释肥应该是养分释放速率
与作物吸收养分能够同步的肥料［D］。一般说来，包
膜肥的控释性能要稍好，其控释效果主要决定于包
膜肥的生产工艺和包膜材料。常用的包膜材料可分
为无机物和有机聚合物两大类。所用的无机材料主
要有硫磺、硅酸盐、磷酸盐和一些疏水性的无机矿粉
等［?］。其中，无机矿物材料因其特殊结构和理化性
质已经在农业及相关领域得到较为广泛的应
用［EFG］。无机非金属矿物大都具有较高的表面活性
和较大比表面积，因此经常被添加在肥料中作为控
释材料［G］。但是关于一些高表面活性物质作为包膜
材料制成缓释肥后，相关的养分缓释效果研究报道
尚不多见。鉴于此，本研究采用自制的粘结剂，选取
几种常用的无机材料分别包膜复合肥料。采用比水
溶法更能接近养分真实释放环境的土壤淋溶法及盆
栽试验进行了氮素养分的释放研究，分析了几种包
膜复合肥的氮素释放特性及植物效应，并讨论了成
因，旨在为包膜肥无机材料的选用和应用提供理论
参考依据。
) 材料与方法
)*) 试验材料
C@C@C 供试肥料 本试验采用自制的包膜肥。肥
料包裹采用小型圆盘包裹机，直径 GH 3&，盘深 ?H
3&，转盘仰角 ?HI!AHI可调，转速 DJ!?H ( = &)’可调。
用手动喷雾器喷洒粘结剂，经过包裹试验，制备包膜
肥料［A］。包膜材料的包裹量占肥料总质量的 CHB。
其中无机矿物占 CB，粘结剂为以天然高分子物质
与人工合成物质为主材料，另加助剂共混后在一定
条件下交联反应的复合材料，占 KB，其中干物质占
粘结剂的 CHB。试验采用的无机材料由沈阳农业
大学植物营养与肥料研究所提供，其种类与基本性
质见表 C。表中部分数据由地质矿产部沈阳综合岩
矿测试中心测试。
试验所用的颗粒复合肥由山东临沂金格利复合
肥有限公司制造，其主要成分为尿素（L EGB）、磷酸
二氢铵（L CHB、MDNJ EEB）、氯化钾（ODN GHB），总
养分含量 CG FCH FCE!EHB。由上述无机材料制得
的包膜肥处理号分别为 PQRC、PQRD、PQR?、PQRE、
PQRJ。另选未添加无机矿物的包膜肥处理，包膜材
料占肥料总质量的 CHB（全部为粘结剂），处理号设
为 PQR。另设不施肥处理 PO和金格利牌普通颗粒
复合肥处理 PPR。
C@C@D 供试土壤 供试土壤采用沈阳农业大学试
验田的草甸土，有机质含量 CD@E? 2 = -2、全氮 C@HS
2 = -2、全磷 H@KJ 2 = -2、全钾 C@K 2 = -2，碱解氮、速效
磷、速效钾分别为 A?@D、C?@K、EG@S &2 = -2，7T G@GA
（水土比 C UD@J）。
)*+ 试验设计
C@D@C 土壤淋溶试验［S］ 取塑料瓶洗净，瓶底剪
开，倒置去塞，换上 DHH目的过滤网绑紧。先向其中
模拟耕层土壤的容重装入 CHH 2（约 J 3&高）土壤
（风干，过 D && 筛），再在其上按同样紧实度装入
JHH 2与肥料混合好的土壤（所有处理按氮素 L C 2 =
-2土，等养分量施入），土柱上面再以少量石英砂
（DJ 2）覆盖以防加水时扰乱土层。每个处理重复 ?
次。最后，瓶底部用带有小孔的塑料布封好，倒置放
在支架上。
第一天，缓慢加入 CJH &V蒸馏水使整个土体充
分湿润接近饱和。从第二天起开始淋洗测定。每次
进行如下的操作：收集滤液前先往锥形瓶中滴加约
J &V CHB的 TDWNE溶液，用 CHH &V的蒸馏水淋溶整
个瓶体，用锥形瓶盛接淋出液（需要过滤与否视水的
HSCC 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 CJ卷
浑浊程度而定）。! "后，直到没有淋溶液滴出后，测
定其中的 #$%& ’#、#()* ’#。室温下培养 * "，淋溶 !
"，再测。依此类推。分别在 +、,、!-、!&、!. "/ / / / / /
测定。直到后两次淋溶液浓度相差很小为止。把各
处理测得的 #$%& ’#，#()* ’#含量累积，确定速效氮
养分的释放量，然后进行释放量的回归分析。
表 ! 供试无机材料的部分理化性质和主要元素含量
"#$%& ! "’& (’)*+,#% -. ,’&/+,#% (.-(&.0+&* #12 ,-10&10* -3 /#4-. &%&/&10* -3 0’& +1-.5#1+, /#0&.+#%* +1 0’& &6(&.+/&10
编号
#0/
名称
#123
化学式
45326718
90:2;81
密度
<3=>6?@
（A B 72*）
比表面积
CDE
（2+ B A）
细度
F:1=;81:6?@
（!2）
4D4
（7208 B GA）
H6(+
（I）
JA(
（I）
K8+(*
（I）
产地
(:6A6=
!
滑石粉
L:3=757518G
*JA(·&H6(+·$+( +MNO *MNO ,MP& +NM&. ,!M+O **MO- -M&
海城
$16753=A
+
蒙脱土
J0=?20:6880=6?3
#1Q（$+(）&｛（K8+!QJA-M**）
［H6&(!-］（($）+｝
+M*O .!M-N -M.O !-.MO, OOM,* *M+N !OM+!
建平
R61=S6=A
*
高岭土
T1086=6?3
K8+(*·+H6(+·+$+( +MO. !*M,! !MPO !-M*+ OOM*- -MP+ &+MO-
苏州
H;U50;
&
硅粉
J67:0>68671
H6(+ +M&+ !.M,& -M!+ PM&, P*M*. -M-N -MO!
唐山
E1=A>51=
O
硅藻
T63>38A;:
H6(+·=$+( +M+O *.MPN !-M!& !OMN! ,.M!. -M+& !PMO&
云南
V;==1=
!M+M+ 盆栽试验 盆栽试验肥料设计用量，所有处
理按氮素纯养分 # -M+& A B GA土等养分量装入尼龙
袋后，加入少量土后封袋，施入 !O 72深的土层中。
试验设 4T、44L、4WL!、4WL+、4WL*、4WL&、4WLO、
4WL .个处理，每个处理 *次重复，共 !+-盆。供试
大白菜品种为“冬宝”，生长期 .O天。试验在沈阳农
业大学土地与环境学院网室大棚进行，于 -O年 .月
+N日播种，第 !- "采样一次，以后每 +- "采一次样。
每次采样分别测定盆栽土壤中 #$%& ’#、#()* ’# 含
量，同时对植物样中的全氮进行分析。对比分析氮
素及其形态在土壤及植物体中的动态变化规律。利
用养分差减法计算各处理肥料包的氮素累积溶出
率。分析各处理供试作物对氮素的吸收及利用情
况。
!78 分析测定方法
土壤淋溶液与盆栽土壤中的 #$%& ’#、#()* ’#采
用德国（C:1=’X;3YY3）公司生产 KK*多通道连续流动
分析仪测定。土壤速效氮、全氮，植物样及肥料全 #
测定均采用常规分析方法［P］。
氮素利用效率（# ;>3 3996763=7@）Z（施氮植株吸
氮量 )对照植株吸氮量）B施氮量 [ !--I。
试验数据采用 H\HH!*M- 软件进行统计回归和
方差分析。
9 结果与分析
97! 不同处理在土壤淋溶试验中的氮素溶出特性
+M!M! 土壤淋溶试验中速效氮累积释放量的动力
学特征 从图 !可以看出，普通颗粒复合肥 44L处
理养分释放速率明显快于其他各包膜肥处理，从第
!& "开始，释放速率显著增加，在第 ++ "左右养分
释放量已达到释放总量的 .-I。其他包膜各处理
的速效氮养分缓释特征较为明显，其中无机矿物包
膜处理（4WL!!4WLO）释放规律较为相近，在第 !. "
时养分才呈现快速释放趋势，后期养分释放也较为
缓慢，+. "左右释放量才达到总量的 .-I左右。需
要注意的是，4WL+与其他矿物包膜处理相比，养分
释放更趋平缓，表明 4WL+ 处理所用的蒙脱土材料
对养分有更好的保持能力。4WL处理因为包膜材料
全部采用粘结剂，缓释性更好，并且在淋溶末期仍未
出现养分释放速率减缓的趋势，显示其释放期会更
长。各处理养分释放规律的差异可通过方程拟合分
析（表 +）进一步比较。其中，Y-、Y!、Y+、Y* 为方程拟
合参数，V表示速效氮累积释放率（I），]表示淋溶
时间（"），!+为两者决定系数，" 为方程拟合分析显
著性检验系数。
以三种拟合度较高的方程模型进行对比分析，
虽然其中三次方程曲线的拟合优度最高（!+ Z -MP,N
!-MPPN），但是考虑到模型的简洁性及适应性，各处
理用 X0A6>?67 模型进行拟合（ " Z !-,M-O&!!!
!-,+M,+,!!）更为合适。X0A6>?67模型中 Y-值反映了
当 ]"-时，淋出量的大小。Y- 值越大，则初期淋出
量越小； Y!值则反映养分随淋溶时间的变化率（值
!.!!O期 牟林，等：不同无机矿物应用于包膜复合肥的氮素释放特征及其评价
表 ! 各处理速效氮累积释放量拟合方程及参数值
"#$%& ! "’& (&)(&**+,- &./#0+,- #-1 2#(#3&0&(* ,4 5/3/%#0+6& (&%&#*& #3,/-0 ,4 #6#+%#$%& 7 +- 1+44&(&-0 0(&-0*
处理
!"#$%&#’%(
三次方程 )*+,- #.*$%,/’
0 1 +2 3 +45 3 +656 3 +757
+2 +4 +6 +7 !6 "
))8 49:66 ; 7:<= 2:>= ; 2:242 2:=9? >@:@=>!!
)A84 64:7? ; <:7< 2:<2 ; 2:22@ 2:=@2 @2:947!!
)A86 46:4? ; 6:42 2:6@ ; 2:22< 2:==? <@9:=>2!!
)A87 4=:=6 ; <:9< 2:<4 ; 2:22@ 2:=?9 9?:<76!!
)A8> 62:4< ; <:29 2:>9 ; 2:22? 2:=@4 @?:492!!
)A8< 4?:76 ; <:6@ 2:<7 ; 2:22= 2:=@? 474:2@?!!
)A8 ?:77 ; 2:=2 2:2= ; 2:222 2:=@= 4<<:6"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
!!
处理
!"#$%&#’%(
B/C,(%,-方程 B/C,(%,- #.*$%,/’
0 1 422 D（4 3 +2·+4E）
直线方程 B,’#$" #.*$%,/’
0 1 +2 3 +45
+2 +4 !6 " +2 +4 !6 "
))8 4>:24 2:@9 2:=7@ 429:2<>!! ; 4:7< 6:=9 2:=2> 9<:<92!!
)A84 66:@9 2:@9 2:=<4 47<:<>?!! ; =:94 6:=? 2:=4< ?<:>?=!!
)A86 4@:7= 2:@? 2:==7 4296:969!! ; <:@6 6:9@ 2:=9= 64@:=?9!!
)A87 7>:76 2:@> 2:=<> 4>9:?>2!! ; 47:?2 7:42 2:=2? 9@:4<=!!
)A8> 6@:27 2:@< 2:=<7 4>6:?=2!! ; 44:@< 7:2< 2:=4< ?<:647!!
)A8< 76:62 2:@> 2:=99 4==:=9>!!
)A8 79:9< 2:@= 2:=?? 724:479!! ; @:?= 4:=4 2:@=2 <9:9=2!!
注（F/%#）：!!代表 # G 2:24水平下显著 H’I,-$%#( (,C’,J,-$’% $% # G 2:24 K#L#K；［"2:24（7，<）1 46:292 ，"2:24（4，?）1 46:6>9］
图 8 不同处理在土壤淋溶液中的速效氮累积释放率
9+):8 "’& 5/3/%#0+6& (#0& ,4 #6#+%#$%& 7 +- *,+%
%’#0& /-1&( 1+44&(&-0 0(&-0*
越大，累积溶出量变化趋势越缓和），它和 +2 值共同
决定了养分的累积释放率。参照表 6中 +2 参数，在
淋溶初期，养分释放量为 ))8 M )A86 M )A84 M )A8>
M )A8< M )A87 M )A8，（+2 值依次递增）。由于各处
理 +4值相差不大（在 2:@>!2:@= 之间），淋溶初期
（5值较小时），养分累积释放量主要决定于 +2 值。
+2值越大，则累积溶出率就越小（如 )A8处理）；淋
溶后期（5值较大），+4 值差异在幂指数 5的作用下
放大，对养分累积释放量的影响不能忽略，+4 值大
的处理（如 )A8处理）就会出现养分释放变缓的趋
势。这与图 4反映的真实养分释放情形基本吻合。
6:4:6 速效氮不同养分形态在土壤淋溶试验中的
累积释放量 图 6与图 7的对比分析表明，各无机
矿物包膜处理（)A84!)A8<）的 FN3> OF养分释放模
式基本相似，但 )A8< 和未包膜处理在淋溶中后期
的累积量不再增加，同期 FP;7 OF 养分增长却很迅
速，其他矿物包膜处理 FP;7 OF养分一直处于较低水
平。这表明 )A8<所用的硅藻土材料在后期控制养
分形态效果较其他矿物材料差，这可能与其虽然具
有较高的比表面积，但因其密度较低更容易被水分
散，增加了与土壤的接触面积，从而加快了硝化细菌
对氮素的硝化作用有关。此外，)A86处理整个试验
期间 FN3> OF 养分释放缓和，FP;7 OF 养分释放量更
低，说明其控制养分形态能力效果更强。以上分析
说明，无机矿物材料能有效地保持 F素养分较长时
间处于 FN3> OF形态，减少转化为 FP;7 OF形态的养
分淋溶损失，其中 )A86处理所用蒙脱土效果最好，
)A8<所用硅藻土效果稍差。通过对比还可知，))8
处理虽然缓释性较好，但后期控制养分形态的能力
比矿物包膜处理差，释放养分中 FP;7 OF形态偏多。
6@44 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 4<卷
图 ! 不同处理在土壤淋溶液中 "#$% &"的累积释放量
’()*! +,- ./0/123(4- 205/63 57 "#$% &" (6 85(1
1-2.,23- /69-: 9(77-:-63 3:-230-638
图 ; 不同处理在土壤淋溶液中 "<=; &"的累积释放量
’()*; +,- ./0/123(4- 205/63 57 "<=; &" (6 85(1
1-2.,23- /69-: 9(77-:-63 3:-230-638
!>! 不同处理在土壤=作物体系中的氮素释放特征
!"!"# 不同处理盆栽土中氮素形态与作物氮素含
量的关系 各处理在盆栽土壤中 $%&’ ($与 $)*+ ($
养分的动态变化可由图 ’ 和图 , 看出。-.处理整
个生长期土壤养分含量最低。各无机矿物包膜处理
同一时期两种养分含量基本上互为此消彼长的关
系。-/0处理采用全部粘结剂包膜比加入矿物材料
包膜封闭效果更好，养分释放速率更显缓和、恒定。
--0处理在 #1 2时养分累积浓度已经最高，说明其
养分释放速率远远快于作物吸收速率。各矿物包膜
处理试验的前 +1 2 $%&’ ($ 浓度基本上按 -/0+ 3
-/0! 3 -/0# 3 -/0’ 3 -/0,变化，而 $)*+ ($浓度变
化规律则相反，反映出矿物包膜材料在控制氮素养
分形态能力上的差异。+1 2之后，各处理 $%&’ ($浓
度殊途同归，,1 2后趋于一致。$)*+ ($养分也有类
似的变化规律。这主要是因为生长前期，大白菜根
系延展范围小，吸氮量少，土壤中养分形态更容易受
土壤环境、包膜材料、水分含量的影响；生长中后期
（丛莲座期开始），大白菜吸氮量持续增加，$%&’ ($
与 $)*+ ($两种形态的养分都能得到有效利用，需肥
量的激增会缩小不同处理土壤中养分含量与形态的
差异。但这一时期 -/0!处理的两种氮素形态水平
还是略高于其他矿物包膜处理，再次证明其对养分
的缓控释能力。
不同处理大白菜各生长期体内全氮浓度由图 4
看出。总体上各无机矿物包膜处理（-/0#!-/0,）
对大白菜体内的氮素百分含量影响差异不明显。这
图 % 不同处理盆栽土中 "#$% &"浓度的变化
’()*% +,- .,26)- 57 "#$% &" .56.-63:23(56 (6 ?533(6) 85(1
/69-: 9(77-:-63 3:-230-638
图 @ 不同处理盆栽土中 "<=; &"浓度的变化
’()*@ +,- .56.-63:23(56 42:(-3A 57 6(3:23- " (6
?533(6) 85(1 /69-: 9(77-:-63 3:-230-638
+5##,期 牟林，等：不同无机矿物应用于包膜复合肥的氮素释放特征及其评价
与大白菜生育期的需肥规律有关［!"］。图 #表明，从
播种后到莲座初期（前 $" %），各处理氮浓度都出现
一个峰值，这一方面是缓释肥氮素累积释放的结果，
另一方面与大白菜同期生物量小，对养分响应迅速，
各处理肥料养分释放量都能满足作物的需求有关。
但之后的莲座期（$"!&" %）内植物吸氮量激增，各
无机矿物包膜处理的释氮速率却减缓（图 ’、图 &），
加上生物量增加对大白菜体内氮素浓度带来一定的
“稀释”作用，所以作物体内全氮浓度减小。从结球
初期（第 &" %）开始到结球中后期（第 (" %）正是大白
菜吸氮养分的高峰期，该时期各矿物包膜处理肥核
养分基本上已经溶出，供氮水平主要受控释矿物材
料和土壤吸附、固定的氮素量决定。)*+!! )*+&
处理的土壤养分略有差异（图 ’ 和图 &），作物体内
的氮素含量也稍有变化（图 #），基本上为 )*+, -
)*+’ - )*+! - )*+$ - )*+&，再次说明不同的无机
矿物包膜材料在控制氮素形态和有效性方面存在差
异。需要指出的是，)*+处理 &" %后出现植物体内
氮素含量高于其他各处理的情况，这是因为该处理
养分释放速率较其他处理慢，&" %左右才出现氮素
释放累积峰值（图 ’ 和图 &），这虽然有利于大白菜
结球阶段的氮素供应，但该处理 ’" %之前的氮素供
应则略显不足，造成植株前期生长量小，影响到后期
的长势，导致氮素养分在作物体内出现了累积效应。
图 ! 不同处理大白菜体内的全氮浓度
"#$%! &’()*(+,-+#’( ’. +’+-/ (#+,’$*( #( &0#(*1* )-22-$*
3(4*, 4#..*,*(+ +,*-+5*(+1
,.,., 不同处理盆栽土壤中氮素释放量与作物吸
氮量的关系 各处理氮素累积释放率与大白菜生育
期内吸氮率（)/0*曲线）的对应关系见图 (。其中，
))+ 和 )*+! 处理按“1”形曲线（*, 2 ".33(#!
".334"）变化；)*+,、)*+$和 )*+’ 处理按“56789:;<=
>:?”对数曲线（*, 2 ".33,"!".33(,）变化；)*+&按
“@ABC9DC”逆函数曲线（*, 2 ".33(#）变化；)*+ 按
“5:AC89”直线型（*, 2 ".34,’）变化。但张振贤等［!"］
研究表明，大白菜的吸氮规律呈 567:D;:?型曲线（*,
2 ".34’’）变化趋势。在苗期其吸氮量很少，从莲座
期（$"!’& %）开始，吸氮量猛增，在结球期（’&!("
%）吸氮量达到最大峰值，以后吸氮速率逐渐回落。
在大白菜生长前 &" %，各矿物包膜处理的氮素营养
基本已经溶出（溶出量达到&(E!((E），后期释放
比例较小。因此，各处理的氮素累积释放量与大白
菜的生理需氮量并不同步。通过与 ,.!.!分析结果
的对比还可发现，各处理的氮素累积释放方程模型
并不一致，这主要是两种测定方法的差异造成的。
另外，通过各处理模拟曲线的斜率变化可以了解肥
料释氮速率与作物吸氮速率的变化关系。在 $" %
之前，各处理模拟方程斜率均大于 )/0*曲线，表明
这一时期肥料氮素释放率快于大白菜吸氮率；从 $"
%开始，除 )*+处理外，其他处理曲线斜率逐渐小于
)/0*曲线，表明肥料释氮速率渐渐小于大白菜吸
氮速率；到 &" % 以后，各曲线斜率远远小于 )/0*
曲线，表明各处理后期释氮速率远远小于大白菜的
吸氮速率，这与 ,.,.!分析结果一致。所以，从释氮
速率上看，各处理的氮素释放速度也与大白菜的生
理需求相差较大。
图 6 不同处理氮素累积释放量与大白菜吸氮量的关系
"#$%6 7*/-+#’(10#8 2*+9**( (#+,’$*( 38+-:* ’. &0#(*1* )-22-$* -(4
(#+,’$*( )353/-+#;* ,-+* 3(4*, 4#..*,*(+ +,*-+5*(+1
（!引自文献［!"］F8;C G96> 9CGC9CA?C［!"］，
)/0*—)<:ACDC ?8HH87C / 8I;8JC 98;C）
’4!! 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 !&卷
表 ! 各处理对大白菜产量、氮素吸收及利用率的影响
"#$%& ! ’((&)* +( *,& -.&%/，0 12*#3& #4/ 15& &((.).&4)- +( 6,.4&5& )#$$#7& .4 /.((&8&4* *8&#*9&4*5
处理
!"#$%&#’%(
施氮量（) * +,%）
- "$%#
产量（) * +,%）
./#01
吸氮量（) * +0$’%）
- 2+%$3#
氮素利用率（4）
- 2(# #55/6/#’67
89 : ;<=>? @ AB>C # D>??D @ :>D?D #
88E =>;? ?=AC>? @ DBD>; 1 A>AF; @ :>D<: 1 A?>?A @ D>8GED =>;? ?<=;>< @ F<>C 6 A>D;? 6 C:>=: @ D>:B 6
8GE? =>;? AAAC>B @ D=<>A $ C>C?; @ :>?CC $ C;>;D @ ?>C= $
8GEA =>;? A?C:>D @ DD;>? $H C>?C= @ :>DBA H CB>:? @ D>FC H
8GEC =>;? ADBC>; @ DCA>D H C>:?; @ :>?AC 6 CD>;B @ :>FB 6
8GEB =>;? AD=F>D @ F=>B H C>:C: @ :>:F< 6 CD>BD 6
8GE =>;? ?;DB>A @ ;A>F 1 A>B<= @ :>?DD 1 AB>AC @ :>;; 1
注（-,%#）：同列数据后的不同字母表示差异显著 I$02#( 5,00,J#1 H7 1/55#"#’% 0#%%#"( /’ $ 6,02&’ $"# (/)’/5/6$’%（! K :>:B）L
通过曲线在图中的位置还可以判定各处理保持
养分能力的大小顺序，基本按 8GE M 8GE? M 8GEA M
8GEC M 8GED M 8GEB M 88E顺序变化。但是在 A: 1
以前略有差异，这主要是受各处理包膜材料亲水性
的影响，亲水材料浸润速度快，养分溶出较为迅速
（如 8GE?处理的材料），而憎水材料则相反，养分溶
出较慢（如 8GEA 处理的材料）。A: 1 之后，各处理
包膜基本已经溶胀，养分溶出率则主要受包膜材料
的吸附固定作用、离子交换性能等控释能力影响，因
而应该更能体现各处理所用包膜材料控释性能的差
异。
?>?>A 盆栽试验中不同处理对大白菜氮素吸收及
利用率的影响 表 A说明，所有无机矿物包膜处理
（8GED!8GEB）与普通复合肥（88E）相比均能显著
提高大白菜的氮素吸收和利用率。其中 8GE?处理
效果最好，其次为 8GEA处理，两处理氮素利用率较
普通复合肥分别提高 DB>CF 和 D?>;< 个百分点，并
优于 8GED、8GEC、8GEB 处理，且差异显著。8GED、
8GEC、8GEB三个处理间差异不显著，但都高于普通
复合肥处理 88E，均高出 F个百分点，差异也达显著
水平。8GE处理因为其膜材料全部采用粘结剂，封
闭效果好，减缓了养分的释放率、延长了养分的释放
期，但因其前期养分释放量小，影响到了植株长势，
造成植株后期吸氮颓势，氮素利用率低，生物产量也
不高。
! 讨论
!:; 关于缓 <控释肥缓释效果评价方法的探讨
缓 *控释肥的研制虽然已经在国内外广泛开展，
但是因为制造工艺、养分形式、控释材料、应用对象
等诸多方面的差异，对其缓释效果的评价至今没有
较为完善的方法和统一的标准［DDNDA］。水中溶出率
法虽然简单易行，但更适合耐水性的树脂类包膜或
者释放期较长的缓 *控释肥料，并且水溶环境也与土
壤环境差异较大，不能真实反应肥料N土壤体系中养
分的释放规律，带来的差异较大。用土壤作为缓释
肥释放介质则更能接近田间环境。土壤是一个富含
盐基离子的非均相体系，田间条件下溶出的肥料养
分并非随即被作物根系吸收，而是大部分要在土体
内发生各种各样的物理、化学和生物学变化，特别是
土壤胶体对养分离子或分子具有吸持和固定作用，
对作物吸收养分起到一种缓冲作用，同时也影响到
养分的存在状态，进而影响肥效，这些都是水溶环境
所无法反映的［DA］。本试验所用肥料多采用了无机
矿物结合非树脂类粘结剂包膜，包裹层的致密度稍
差，膜层空隙度较大、机械强度较小，耐水性较差，如
果用水溶环境检测很可能无差异或差异不明显，所
以采用了土壤介质作为养分释放场所，而舍弃了缓 *
控释肥行业常用的测定方法—水溶法。
用土壤作为介质评价包膜肥料缓释性能通常有
两种方法。土壤淋溶法反映的是肥料N土壤体系在
无作物参与条件下的养分释放规律，因为检测对象
是土壤淋溶液，重点考察了土体吸持、固定养分后土
壤水溶液中富积的养分，这部分养分最易损失或被
作物吸收，从某种程度上能更真实地反映肥料对作
物的速效养分即时供给水平；土壤培养法是检测肥
料包埋于土壤后伴随测试时间的推移，肥包内剩余
的养分含量，重点考察了控释材料的物理包裹性能，
而应用无机矿物材料的包膜肥在试验中极易崩裂、
粉化，与养分融合后往往伴随水溶液进入到土壤体
系中，随后的养分吸附、固定、挥发、淋失、作物吸收
等走向问题都无法用土壤培养法做出准确评价，而
BFDDB期 牟林，等：不同无机矿物应用于包膜复合肥的氮素释放特征及其评价
且该方法为了便于试验期间取出肥料进行测定，不
得不采用肥料集中投放的方式，这也与真实的施肥
情况差异较大。文中 !"!"!的分析是用与土壤培养
法相近（加入了作物体系）的养分差减法，计算盆栽
土中肥料包内养分累积溶出率。数据显示，虽然肥
料养分释放量与释放率快于大白菜生理需求，但是
受到矿物材料和土壤的吸持、固定与缓冲作用，大白
菜生育期内的生理氮素供应状况良好（表 #）。所以
本试验未采用土壤培养法评价肥料$土壤体系的肥
料供应水平，而采用了土壤淋溶法。此外，本试验中
的土壤淋溶和盆栽试验同样以土壤作为环境介质，
但是养分释放时间和养分释放形态方面也有较大差
异。土壤淋溶条件下，水的冲刷频率较高，加快了非
耐水性包膜肥的养分溶出速度（图 %）。而且肥料 $
土壤体系长时间处于淹水的还原条件下，各处理氮
素养分更多的保持了 &’() *&形态（图 !、图 #）。盆
栽条件下土壤水分干湿交替变化，肥料养分释放速
率减慢（图 +），养分的吸附和固定作用显著增加，作
物根系分泌物对养分形态影响也不能忽略，各处理
土壤中养分形态的差异较为显著（图 )、图 ,）。
以上分析说明，对缓 -控释肥的检测评价要根据
其缓 -控释原理和包膜材料特性选择适当的方法，特
别是对于无机物包膜或者靠生物、化学机理控释的
肥料更应注意检测评价方法的可行性与科学
性［%#$%)］。
!"# 无机矿物材料性质对包膜肥养分缓释性能的
影响
高表面活性矿物是一类具有特殊物理化学性质
的无机非金属材料，较高的表面活性、较大的比表面
积和特殊的晶体结构使其具有吸水性、可塑性、粘结
性、强的离子交换性和吸附性等独特性能［%,$!.］。无
机矿物包膜肥养分释放也要经过水分浸润、膜层溶
胀、养分释放、速率衰退几个阶段［!%］。但往往因为
其材质疏松，致密性较差等因素，养分释放更多的为
“崩溃”机制（/012345 6578091:6），而非“扩散”机制
（;1<<3:1=9 6578091:6）。所以无机矿物包膜肥养分释
放量与释放速率前期主要受膜层耐水性能的影响，
后期则主要受包膜材料对养分离子的吸附、固定能
力和离子交换性能的影响。
#"!"% 矿物材料对膜层耐水性能的影响 首先，矿
相结构会影响膜层的耐水性［%,］。>?/!所用的蒙脱
土属于 ! @%型粘土类胀缩性矿物，晶层之间结合松
散，水分容易进入，具有较高的分散度［%A］，其塑性
值、粘结性、粘着性比 >?/#所用的 % @ %型高岭土都
要大。高岭土晶层间结合紧密，水分则较难进入，属
于耐水性的非胀缩粘土矿物［%+］。>?/%所用的滑石
是由两层硅氧四面体夹着一层镁氧八面体。这种结
构单元不含羟基和其他活泼离子，因此滑石憎水并
且化学性质不活泼。因此，在试验期间，>?/! 处理
在释放期的前 % - #段，养分溶出率总是快于其他几
个处理（图 %和图 +）。其次，无机材料的细度（比表
面）和比重也会影响膜的耐水性能。增加无机材料
细度，则粉粒在肥料表面整齐度增加，肥料整个颗粒
的比表面就减小，能减缓水分浸润的速度；增大无
机材料比重，则有利于包膜过程中固体粉末颗粒的
紧密排列和粘性高聚物从颗粒缝隙渗出，使固体颗
粒与粘性高聚物充分压实，从而减小膜的孔隙度和
孔径大小，也能降低水分浸润速度。
#"!"! 矿物材料对养分的吸附、固定能力和离子交
换性能的影响 高表面活性矿物对化肥具有控释作
用的主要原因是其具有表面和专性吸附、离子交换
和插层固定等性能［,，%B$!.］。首先，粘土矿物的比表
面积、活性表面及电荷密度、自由孔径等因素都会影
响到土壤的阳离子交换量。阳离子交换量（>C>）是
衡量土壤保肥能力的一个重要指标，阳离子交换容
量高的土壤，保肥能力就强，反之则弱［,］。较高的矿
粉细度可获得较高的比表面积和表面能，从而发生
多种化学物质的表面吸附；例如高岭土有外表面而
无内表面，阳离子吸着于外表面上，容易解吸，有效
性高，缓释期短；蒙脱土既有强大的外表面，又有内
表面，吸着的阳离子有效性低于高岭土，但缓释期
长。>?/!处理所用蒙脱土凭借其较高的 >C>值和
比表面积（表 %），保氮、供氮效果显著。其次，一些
矿物与养分离子或分子还具有特殊的固定作用。已
有研究结果表明［%B］：蒙脱石与尿素以一定的方式
作用，可以形成良好的，但结构欠稳定的夹层复合
体。尿素进入蒙脱石层间并使其层间扩大，但这种
作用力有别于强的离子间力，加上尿素的偶极带电
量有限，故尿素与蒙脱石层间的结合力较弱。在水
的作用下，尿素分子可以从层间退出而进入溶液中，
从而使尿素被作物有效地吸收利用。关于在干湿交
替情况下，蒙脱土矿物晶层对 &’() 的固定与释放作
用也早已有定论［!!］。还有研究表明，土壤对 &’()
的表面吸附和土壤粘土矿物对 &’() 的层间固定是
土壤保氮作用的两种主要机制，由其保持的氮量能
占土壤总保持氮量的 D.E 以上。还有研究显
示［%D$!.］，有机分子在一定条件下能插入高岭土的层
间，使高岭土的层间距增大，甚至可以使高岭土剥片
AB%% 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 %,卷
形成单层粘土，客体分子进入高岭土层间，可以打断
高岭土层间的氢键，与高岭土的内表面羟基或内表
面氧发生化学吸附和键合，形成粘土 !有机复合体。
这些固定作用能有效地减慢尿素与土壤的接触速
度，抑制脲酶和硝化细菌的活动能力，从而有效地延
长了养分的释放期，并且使氮素较多地保持在
"#$% &"形式，防止 "’!( &" 的淋溶损失，本研究中
)*+,与 )*+(处理的结果与之基本一致。
! 结论
试验所用的不同无机矿物材料因耐水性能，养
分离子吸附、固定性能和离子交换性能等方面的差
异，在控制包膜肥氮素形态和有效性方面存在差异。
蒙脱土较高的养分固定和离子交换能力、高岭土较
好的耐水性能和养分固定机制都有利于尿素和
"#$% &"养分的保持，减少 "’!( &"的淋溶损失，提高
氮素利用率。滑石粉、硅粉和硅藻土的控释性能与
前两者相比效果稍差，但与普通复合肥相比，所有无
机矿物包膜材料凭借其特殊的理化性质，极大地提
高了包膜复合肥中氮素养分的利用率，比普通复合
肥提高 -个百分点以上，差异显著。比较土壤淋溶
和盆栽试验结果可以判断，无机矿物包膜肥养分溶
出速率与形态受水分影响较大。对于这种膜层疏
松、耐水性差、主要靠养分吸附和固定机理控释的缓
释肥来说，采用土壤介质更接近肥料的真实释放环
境。两种方法中，虽然各处理肥料释放环境都为土
壤介质，但是养分累积释放量拟合曲线模型并不一
致，这是由测定方法的差异造成的。盆栽试验中养
分累计释放量与释放速率虽然总体上快于大白菜的
生理需求，但是受矿物材料和土壤的吸持、固定与缓
冲作用，生育期内大白菜的氮素供应状况良好，这说
明评价缓 .控释肥料的性能不能单纯依靠某一种方
法，应该综合考虑养分形态、膜材特性、包膜工艺、环
境因子、供试作物等各方面因素，以“肥料!土壤!作
物”系统为重点，从多种角度、通过多种方法综合评
价其缓释效果。
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（原《土壤肥料》）
《中国土壤与肥料》杂志 657;年创刊，是农业部主管、中国农业科学院农业资源与农业区划研究所和中
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据库》和《美国化学文摘》来源期刊，“中国期刊全文数据库”全文收录期刊，《@R*9@D规范》执行期刊。本刊
以促进土肥科技发展、加快成果转化为宗旨。主要刊登土壤资源与利用、植物营养与施肥、农业微生物、水资
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长、发行量大、信息丰富、实用性强，在广大读者中有广泛影响。读者对象为农业科研、教学、推广、环保与肥
料生产、经营部门的科技、管理人员及农民技术员。
本刊国内外公开发行，国内标准刊号：@-6698;5= _ 0，国际标准刊号：K00-67<49728<。双月刊，大 67开，
=3页，彩色四封，彩色和黑白广告插页。每期定价 8 + 33元，全年 43:33元，全国各地邮局订阅，邮发代号 29
885。漏订者可与本刊编辑部联系。本刊欢迎刊登各种有关土壤肥料的产品、加工机械和分析仪器方面的广
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==66 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 68卷