全 文 ：收稿日期：!""#$%%$&" 接受日期：!""’$"#$%%
作者简介：刘俊松（%(#&—），男，湖北黄枚人，博士，教授，主要从事包膜肥料的研制。)*+,-.：/012314.-05 4+,-. 6 73+
高温—超低温处理对控释肥氮素
释放特性的影响
刘俊松%，!
（%日本智索株式会社水俣环境技术研究所，熊本水俣 8#’$89"%；!湖北大学资源环境学院，湖北武汉 :&""#!） 摘要：采用水培和土培方法，探讨了 !种组合的高温—超低温处理对 ;)<=>)? %8"氮素释放特性的影响。结果表 明，99@处理期平均养分溶出率（!!A）为 #B#C!8B(C；超低温处理期平均养分溶出率（!!A）为 "B%C!"B#C。高 温—超低温处理后 ;)<=>)? %8"水中和土中氮素释放均呈直线型模式，相关系数 ?!在 "B899!!"B(9"9之间；水中 和土中养分溶出率比值变动范围在 %B"!%B&之间，表明氮素释放受水分影响小，高温—超低温处理未改变 ;)<=* >)? %8"释放模式。 关键词：控释肥；养分释放特性；超低温处理；水土比 中图分类号：>D ::(E B% 文献标识码：F 文章编号：%""8$9"9G（!""8）"%$"%’&$"9
!""#$% &" ’()’ *+, #-$#..(/#01 0&2 %#34#5*%65# %5#*%3#+%. &+
+(%5&)#+ 5#0#*.# $’*5*$%#5(.%($. &"$&+%5&00#, 5#0#*.# "#5%(0(7#5
H（ ! "#$%%& "& ’ ()* ’ +$,-.-)- /,%)$)0)1 2,3$4&,.1,) 56$1,61，+$,-.-)- 789:7;-,；
? "&@@1A1 &B C1%&0461 -,* 2,3$4&,.1,)，D0E1$ F,$314%$)G，H0#-, IJ<<8?，"#$,-） 89.%5*$%：>KL 10AM-L1A ML.L,2L 7K,M,7ALM-2A-72 3N 731AM3..LO ML.L,2L NLMA-.-PLM -1O-7,AL AKL 2AML14AK 3N 731AM3..LO ML.L,2-14
,1O 10AM-L1A 20QQ.R ,A 2QL7-N-7 A-+L ,1O 7,1 ,.23 MLN.L7A AKL S0,.-AR 3N 73,ALO +,ALM-,.2 ,1O AKL QM37L22-14 AL7K1-S0L2 6 >KL
10AM-L1A ML.L,2L 7K,M,7ALM-2A-72 3N ;)<=>)? %8"$O,R 731AM3..LO ML.L,2L NLMA-.-PLM2 TLML LU,.0,ALO -1 AK-2 2A0OR6 V3M AKL AT3 O-NNLML1A K-4K ,1O LW7L22-UL.R .3T AL+QLM,A0ML AML,A+L1A2，T,ALM LWAM,7A-31 ,1O 23-. -170X,A-31 +LAK3O2 TLML 02LO -1 3MOLM A3 40-OL AKL ,QQ.-7,A-31 3N ;)<=>)? %8"$O,R 731AM3..LO ML.L,2L NLMA-.-PLM2 6 >KL ML20.A2 2K3TLO AK,A AKL 99@ AL+*
QLM,A0ML K,O , 2-41-N-7,1A LNNL7A 31 AKL 10AM-L1A ML.L,2L 7K,M,7ALM-2A-72 3N ;)<=>)? %8"$O,R 731AM3..LO ML.L,2L NLMA-.-PLM2， T-AK O-NNLML1A-,. M,AL2（!!A）XL-14 #B#C$ 8B(C 6 >KL O-NNLML1A-,. M,AL2（!!A）TLML "B%C $"B#C T-AK LW7L22-UL.R .3T AL+QLM,A0ML AML,A+L1A2 6 Y0AM-L1A ML.L,2L 7K,M,7ALM-2A-72 3N ;)<=>)? %8"$O,R 731AM3..LO ML.L,2L NLMA-.-PLM2 2K3TLO .-1*
L,M ML.,A-312K-Q2，T-AK ?! XL-14 "B899!$"B(9"9 ,1O AKL M,AL -1 T,ALM ML.L,2L ,1O 23-. ML.L,2L TLML %B"$%B&B >KL ML20.A2
2K3TLO AK,A AKL AL+QLM,A0ML AML,A+L1A2 ,1O T,ALM 731AL1A K,O .-AA.L LNNL7A 31 10AM-L1A ML.L,2L 7K,M,7ALM-2A-72 3N ;)<=>)?
%8"$O,R 731AM3..LO ML.L,2L NLMA-.-PLM2 6 :#1 2&5,.：731AM3..LO ML.L,2L NLMA-.-PLM2；10AM-L1A ML.L,2L 7K,M,7ALM-2A-72；LW7L22-UL.R .3T AL+QLM,A0ML AML,A+L1A； ML.L,2L M,AL -1 T,ALM ,1O 23-. 在温度对包膜尿素养分释放影响的研究中，郑 圣先等［%］报道了在 %9@、!9@、&9@温度下 :种包膜 型控释肥料养分释放特征与动力学；戴平安等［!］、 杨相东等［&］也都报道了控释氮肥在 !9@恒温水中 和田间条件下的 Y 释放率的变化。但在田间实际 应用中，控释氮肥经受的外界温度不仅变幅大，而且 时间上是变数。因此，既需要了解控释氮肥恒温下 的养分释放特性，也要了解极端变温条件下的养分 释放特性。但是，迄今为止国内外尚未看到高温— 超低温组合处理对包膜尿素在水中和土中氮素释放 植物营养与肥料学报 !""8，%:（%）：%’&$ %’’
""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
Z.,1A Y0AM-A-31 ,1O VLMA-.-PLM =7-L17L
率影响的相关报道。
为此，本试验设计了 ! 种不同的高温—超低温
组合处理，对有机高聚物控释肥水中和土中氮素释
放特性的影响研究，目的是评价控释氮肥在极端温
度处理下的适应性，为大田农学应用提供依据。
! 材料与方法
!"! 供试材料及其养分溶出率评价
供试样品为一种有机高聚物包膜尿素（笔者研
制，日本智索株式会社水俣环境技术研究中心生
产），注册商标为 "#$%&#’，含 ( )!*，它在 !+,恒 温水中累积 ( 释放率达到 -.*所需时间为 /-. 0 （以下简称 12/-.）。试验所用土壤采自日本熊本县 阿苏山麓的黑色火山灰土，过 .3/ 44 筛后置于 5.,烘箱中干燥过夜备用。 12/-.养分释放率评价用水培法。称取 12/-. 样品各 6 份，每份重 /.3. 7，分别装在长 8 宽为 5. 448 +. 44的尼龙袋中，放入 !+. 41广口瓶内，加 !..41无离子水后，盖紧瓶盖于 !+,恒温箱中培养。 培养后第 60第一次取样，以后每隔 5 0 取样一次， 重复 6次。取样时将瓶中溶液全部倒出（不能损坏 瓶中控释肥颗粒），然后加入 !.. 41新鲜无离子水 培养，直到 -.*(释放出为止。样品中的 (含量用 对二甲氨基苯甲醛—分光光度法测定。养分溶出率 以累积率计算。测定结果看出，样品 (素溶出率随 着时间的推移呈直线上升，在试验终止日的第 /-! 0 溶出率为 -.39*（图 /）。 图 ! 控释尿素 #$!%&在 ’()水中的养分溶出率
*+,-! ./0 1234+013 4050670 8/6468304+73+87 9: 891349550;
4050670 :043+5+<04 +1 3/0 =6304 63 ’()
!"’ 试验设计
试验在日本智索株式会社水俣环境技术研究中
心 6//研究组试验室进行。设 !次不同组合的高温
—超低温处理：第一次高温—超低温处理于 /999
年 )月 /日开始到 5月下旬结束；第二次高温—超
低温处理于 /999年 -月 /日开始到 /!月下旬结束。
每次高温—超低温处理后的 12/-.样品均作水培和
土培评价试验。同时设高温—.,区作对照。
/3!3/ 第一次高温水培处理下的养分溶出率评价
称取 12/-. 样品重 /.3. 7，装在长 8 宽 5. 44 8
+. 44尼龙袋中放入 !+. 41的广口瓶内，添加 !..
41无离子水后，盖紧瓶盖。) 月 / 日 /.：.. 置入
++,恒温水浴涡中，直 ) 月 - 日 /.：.. 结束。将广
口瓶从水浴涡中取出，待溶液冷却至室温时，分别将
瓶中溶液倒出过滤，取上清液测定养分溶出率，重复
6次。
/3!3! 第一次高温—超低温水培处理 选用 /3!3/
中的 12/-. 样品，加入 !.. 41新鲜无离子水，转入
.,培养箱中过夜后，移到超低温培养箱。处理通过
全自动温控系统设置，降温过程（,）和时间（天数）
（见图 !）分别是：.,（!）、: /,（!）、: !,（6）、:
),（/）、: ;,（/）、: -,（!）、: !.,（)）、: 6.,
（!）、: ).,（!.）；升温过程和时间分别是：: 6.,
（!）、: !.,（/.）、: -,（/）、: ;,（/）、: ),（!）、:
!,（6）、.,（!）、/,（/）、!,（/）、6,（6）、),（/）、+,
（/）和 !+,。在超低温处理第 )!、+!、;.、5! 和 /.50
分别取样测定养分溶出率。对冻结样品先置 ),培
养箱过夜，等溶液完全解冻后过滤，取样测定养分溶
出率，重复 6次。
/3!36 第一次高温—超低温土培处理 称取 12/-.
样品 /-份，每份重 !3+ 7，分别装进长 8宽为 5. 44
8 +. 44尼龙袋中后，放入 !+. 41的广口瓶中，添
加 !.. 41无离子水，盖紧瓶盖。)月 /日 /.：..置
入 ++,恒温水浴涡中，至 )月 -日 /.：..试验结束。
将广口瓶从水浴涡中取出冷却至室温，分别将瓶中
溶液倒出过滤，取上清液测定尿素含量，重复 6次。
剩余样品分别自尼龙袋中取出，各转入 +.. 41的
广口瓶中，添加 /.. 7黑色火山灰土和约 5+ 41无离
子，调整其最大含水量为 ;.*后，让土壤和肥料颗
粒充分混合，用塑料薄膜封口，盖紧盖子，转移到
.,培养箱中过夜，其后通过全自动温控系统进行超
低温处理（图 !）。再在超低温处理的第 )!、+!、;.、
5!和 /.5 0，用镊子分别从土壤中小心地分捡取
12/-.样品，置乳钵中捻碎，添加约 /. 41 无离子
水，将其转移到 !+. 41容量瓶，重复 6次，将容量瓶
放入超音波水浴锅中处理 /.分钟，使肥料颗粒中的
尿素完全溶解，后用无离子水定容，过滤，取上清液
)5/ 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 /)卷
图 ! 第一次高温—超低温处理温度和处理时间
"#$%! &’()’*+,-*’ +./ ,#(’ 01* ,2’ 0#*3, *1-./ 10 2#$24’56’33#789 81: ,’()’*+,-*’ ,*’+,(’.,3
! "#用对二甲氨基苯甲醛—分光光度法测定其中
的尿素残存含量，重复 $次。 %&’&( 第二次高温水培处理下的养分溶出率评价 方法同 %&’&%。于 ) 月 % 日 %*：** 开始至 ) 月$
日 %*：** 结束。
%&’&! 第二次高温—超低温水培处理 方法同
%&’&’。但超低温处理时间短，升降幅度大（图 $）。 降温过程（+）和时间（天数）是 *+（(）、, %*+（’）、 , ’*+（’）、,$*+（’）、, (*+（’’）；升温过程和时
间是 , $*+（’）、, ’*+（’）、, %*+（(）、*+（’）、%+ （%）、$+（$）和 ’!+。在超低温处理第 (’、!’、-*、.’ 和 %%* /分别取溶液测定养分溶出率。 %&’&- 第二次高温—超低温土培处理 试验的处 理方法和重复均与 %&’&$ 相同，时间是 )月 %日 %*：
**至 )月 $日 %*：**。处理温度设定值及处理时间 见图$。
图 ; 第二次高温—超低温处理温度和处理时间
"#$%; &’()’*+,-*’ +./ ,#(’ 01* ,2’ 3’61./ *1-./ 10 2#$24’56’33#789 81: ,’()’*+,-*’ ,*’+,(’.,3
<=; 测定项目与方法
控释肥养分溶出率的测定：用对二甲氨基苯甲
醛—分光光度法。
按下式换算成养分溶出率：
尿素溶出率0 1 %**,尿素残存率（0）。
控释肥养分释放性能评价指标：
平均养分溶出率（!!2）1（!23 4!2%）5（ 2342%）6
%**0
水中养分溶出率与土中养分溶出率之比值 1
水中养分累积溶出率 5土中养分累积溶出率
其中，23为第 3天，2%为第 %天，!23为第 3天累积溶
出率，!2%为初期溶出率。
! 结果与讨论
!=< 水培法中的控释肥（>?<@A）养分溶出率
第一次高温—超低温处理条件下，#7%)* 水中
养分溶出率，高温处理后为 (-&(0（第 */），超低温
处理后第 (’ /增为 .%&’0，第 !’ /达到 ..&(0，到
第 %*. / 升至 8%&-0（表 %）。对照区（*+，下同）
#7%)*水中养分溶出率高温处理后为 (-&(0，第 (’
/达到 .)&80，比处理区高出 .&.0，第 %*. / 增为
8%&!0，同处理区的溶出率之差趋小。通过线型回
归分析，高温—超低温处理区 #7%)* 拟合的直线方
程的相关系数 9’ 1 *&)-%)；对照区拟合的直线方程
相关系数 9’ 1 *&)*!$。由此看出，第一次高温—超 低温处理后，#7%)*水中养分释放呈现直线型模式。 在对供试材料及其养分溶出率的评价后得知 #7%)* 水中养分溶出率与测定天数之间表现出很高的相关 性（9’ 1 *&8).)），高温—超低温处理后 #7%)* 的养 分释放模式没有发生改变。作者在相关试验中的结 果已经证实，一种有机高聚物包膜尿素（:;<=>;9, =?型号）的养分溶出率随温度升高而增大（图 (），例 如初期（第 ./）的养分溶出率 ’!+为 %&%0、$!+为
*&80、而 !!+为 %)&(0；后者分别高出前两者 %-
倍和 ’* 倍。=@ABC 和藤田也报道，:;<=>;9%* 号和
.*号水中养分溶出率随温度的升高而加快［!,-］，本
试验结果与这些报告均表现一致；而 $/和 . /高 温后 #7%)*溶出率分别高出 :;<=>;9,=?型号，这 可能与 #7%)*呈现直线型相关。#7%)*高温期平均 养分溶出率（!!2）为 -&-0，比超低温处理期 *&!80 的平均养分溶出率高出 %%&’倍，表明高温更能加速 养分释放。但是高温—超低温处理后 #7%)*室温下 的溶出率依然保持呈现直线型，可以推测高温—超 低温处理没有改变 #7%)*表面的膜释放特性。对照 !.%%期 刘俊松，等：高温—超低温处理对控释肥氮素释放特性的影响 表 ! 第一次高温—超低温处理中的控释肥（"#!$%）溶出率（&）水 ’土比率
()*+, ! -).,/ )01 234+ /).43 35 .6, 07./4,0. /,+,)2, 35 83).,1 830./3++,1 /,+,)2, 5,/.4+49,/ 53/ .6, 54/2. /3701 35 ./,).:,0.2
处理
!"#$%&#’%( 测定时间（)）*#%#"&+’$%+,’ %+&# 拟合的直线方程
-+’#$" #./$%+,’ 0
1
2 31 41 52 61 726
28，水中 28，+’ 9$%#" 35:3 6;:< ;7:< ;6:4 ;<:2 <7:4 = > 2:3146? @ 44:464 2:;24A 28，土中 28，+’ (,+B 35:3 5A:5 53:5 66:1 6;:1 ;2:1 = > 2:AA? @ 3<:444 2:;455<br水 C土比率 D$%#" C E,+B 7:2 7:1 7:A 7:7 7:7 7:7
高温—超低温，水中
F+GH% I -,9 %#&JK，+’ 9$%#" 35:3 67:1 66:3 ;5:5 <2:A <7:5 = > 2:33;4? @ 41:A45 2:;57; 高温—超低温，土中 F+GHL-,9 %#&JK，+’ (,+B 35:3 57:5 5<:5 6<:A ;1:; ;A:4 = > 2:A;74? @ 3<:A4< 2:;441 水 C土 D$%#" C E,+B 7:2 7:1 7:7 7:7 7:7 7:7
图 ; 不同的温度处理下的控释尿素 "#<=在
水中的养分溶出率
>4?@; (6, 07./4,0.2 /,+,)2, 5,).7/, 35 830./3++,1 /,+,)2,
5,/.4+49,/ 40 .6, A).,/ A4.6 1455,/,0. .,:B,/).7/, ./,).:,0.2
区 -M7;2溶出率呈现相似的变化趋势，但是大于高
温—超低温处理区。
第二次高温—超低温处理条件下，-M7;2 水中
养分溶出率高温处理后为 13:7N（第 2 )），超低温处
理后第 31)增为 A4:4N，第 41)达到 4A:AN，第 772)
升至 ;7:5N。对照区 -M7;2水中养分溶出率高温处
理后为 15:;N，第 31) 达到 43:2N，比处理区高出
7;:4N，第 772)增至 ;<:5N（表 1）。通过线型回归
分析，高温—超低温处理区 -M7;2 拟合的直线方程
的相关系数 01 > 2:;<31，对照区拟合的直线方程相
关系数 01 > 2:<5A4。-M7;2高温期间平均养分溶出
率（!!%）为 ;:区为 2:5N，均与第一次的试验结果相一致。
表 C 第二次高温—超低温处理中的控释肥（"#!$%）溶出率（&）水 ’土比率 ()*+, C -).,/ )01 234+ /).43 35 .6, 07./4,0. /,+,)2, 35 83).,1 830./3++,1 /,+,)2, 5,/.4+49,/ 53/ .6, 2,8301 /3701 35 ./,).:,0.2 处理 !"#$%&#’%(
测定时间（)）*#%#"&+’$%+,’ %+&# 拟合的直线方程 -+’#$" #./$%+,’ 0 1 2 31 41 52 61 726 28，水中 28，+’ 9$%#" 15:; 43:2 53:2 5<:5 64:; ;<:5 = > 2:46;3? @ A2:;74 2:<5A4
28，土中 28，+’ (,+B 13:7 32:7 35:2 4;:6 54:4 ;2:1 = > 2:4AA6? @ 11:346 2:<461
水 C土比率 D$%#" C E,+B 7:7 7:A 7:3 7:1 7:1 7:7 高温—超低温，水中 F+GH%L-,9 %#&JK，+’ 9$%#" 15:; A4:4 4A:A 51:2 62:; ;7:5 = > 2:4311? @ 13:436 2:;<31
高温—超低温，土中
F+GHL-,9 %#&JK，+’ (,+B 13:7 A3:7 31:3 3;:; 4;:< 64:3 = > 2:3;66? @ 7<:;<7 2:<424
水 C土 D$%#" C E,+B 7:7 7:2 7:A 7:A 7:1 7:7 CDC 土培法中的控释肥（"#!$%）养分溶出率
第一次高温—超低温处理条件下，-M7;2 土中
养分溶出率高温处理后为 35:3N（第 2)），超低温处
理后第 31 )增至 57:5N，第 41)达到 5<:5N，第 726
)升至 ;A:4N。对照区 -M7;2土中养分溶出率高温
处理后为 35:3N，第 31)达到 5A:5N，比处理区高出
1:2N，第 726 ) 增为 ;2:1N，同处理区的溶出率之
差趋小（表 7）。通过线型回归分析高温—超低温处
理区 -M7;2 拟合的直线方程的相关系数 01 >
2:;441，对照区拟合的直线方程相关系数 01 >
2:;455。由此看出，-M7;2土中养分释放呈现直线型
模式。此外，超低温处理期间平均养分溶出率（!
567 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 73卷
!!）为 "#$%，对照区为 "#&%。 第二次高温—超低温处理条件下，’()*" 土中 养分溶出率高温处理后为$+#)%（第 " ,），超低温处
理后（第 +$,）增至 &+#)%，第 -$ ,为 +$#+%，第 ))" ,达到 .-#+%（表$）。对照区 ’()*"土中养分溶出
率高温处理后为 $+#)%，第 +$ ,达到 +"#)%，比处
理区高出 /#"%，以后以略高于处理区的数值逐渐
上升，第 ))" ,增为 *"#$%。通过线型回归分析高 温—超低温处理区 ’()*"拟合的直线方程的相关系 数0$ 1 "#2-"-，对照区拟合的直线方程相关系数 0$1 "#2-.$。
!"# 水培及土培中的控释肥（$%&’(）养分溶出率的 比较 从表 )、表$可以看出，第一次高温—超低温处
理 ’()*"水中及土中养分溶出率之比率高温后为
)#"，超低温后（第 +$天）为 )#$，其后维持一定值，对
照区同处理区大致相似；第二次高温—超低温处理
’()*"水中及土中养分溶出率之比率亦与第一次的
结果相近。有报道 3456740 高分子膜采用的是热
固型材料，养分释放速度受温度的影响强于热塑型
包膜肥料［+8-］。并且，相关试验结果已知 3456740
系列的有机高聚物包膜尿素在室温下水中及土中养
分溶出率之比约为 )#&［.］，作者通过本试验中水培
及土培法评介 3456740系列中的 6)""养分溶出率
（图 -）证实了前人结论。本试验 ’()*"水中及土中
养分溶出率之比率在两次高温—超低温处理后均维
持在 )#"!)#&之间；对照区 ’()*"水中及土中养分
溶出率之比在 )#"!)#+。表明高温—超低温处理
没有引起包膜尿素养分溶出性能的改变，无论水田
或旱地其养分溶出性能十分稳定。
图 ) 控释尿素 $%*&((在 !)+下水中及土中养分溶出率 ,-./) 012 3456-2357 6282972 6952 :; <:356:882= 6282972 ;265-8->26 -3 ?9526 93= 7:-8 95 !)+ # 结论 )）第一次高温—超低温处理，’()*" 水中养分 溶出率高温后为 +/#+%，平均养分溶出率（!!!）为 /#/%，超低温处理后第 +$ ,为 .)#$%，平均养分溶 出率为 "#-2%，第 -$, 达到 ..#+%，第 )". , 升至
2)#/%。对照区 ’()*" 水中养分溶出率高温后为
+/#+%，第 +$, 达到 .*#2%，比处理区高出 .#.%， 第 )". , 增至 2)#-%。土中养分溶出率呈相同趋 势。第二次高温—超低温处理水培法和土培法测定 结果均与第一次相似。$）高温—超低温处理 ’()*"拟合的直线方程的
相关系数（0$）在 "#**/$!"#2/*-之间，呈现直线型
模式，与室温下水中养分释放模式相近。
&）水培法和土培法结果显示，’()*" 水中及土
中养分溶出率之比值在 )#"!)#$之间，表明高温— 超低温处理及水分含量对 ’()*" 释放模式影响较 小。 参 考 文 献： ［)］ 郑圣先，肖剑，易国英 9 控释肥料养分释放动力学及其机制研 究 9 第 )报 温度对包膜型控释肥料养分释放的影响［:］9 磷肥 与复肥，$""$，).（+）：)+8).#
;<=>? 6 @，@ABC :，DA E D 9 FG!HA=>!IH=J=BKA>? LA>=!AMK CN MC>!HCJJ=,
H=J=BK= N=H!AJAO=H B>, A!K P=MAKP—(BH!) 4NN=M! CN !=PQ=HB!GH= C> >GI
!HA=>!K H=J=BK= CN NAJPIMCB!=, MC>!HCJJ=, H=J=BK= N=H!AJAO=H［:］9 (SCPQ9 T=H! 9，$""$，).（+）：)+8).#
［$］ 戴平安，聂军，郑圣先，肖剑 9 不同土壤条件下水稻控释氮肥效 应及其氮素利用的研究［:］9 土壤通报 9$""&，&+（$）：))-8 ))2#
UBA ( V，FA= :，;<=> 6 @，@ABC :9 4NNAMA=>MW CN >G!HA=>! G!AJAOB!AC> CN
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