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$9"9G(!""8)"%$"%’&$"9
!""#$% &" ’()’ *+, #-$#..(/#01 0&2 %#34#5*%65# %5#*%3#+%. &+
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,1O 10AM-L1A 20QQ.R ,A 2QL7-N-7 A-+L ,1O 7,1 ,.23 MLN.L7A AKL S0,.-AR 3N 73,ALO +,ALM-,.2 ,1O AKL QM37L22-14 AL7K1-S0L2 6 >KL
10AM-L1A ML.L,2L 7K,M,7ALM-2A-72 3N ;)<=>)? %8"$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
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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
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$%#" C E,+B 7:2 7:1 7:7 7:7 7:7 7:7
图 ; 不同的温度处理下的控释尿素 "#<=在
水中的养分溶出率
>4?@; (6, 07./4,0.2 /,+,)2, 5,).7/, 35 830./3++,1 /,+,)2,
5,/.4+49,/ 40 .6, A).,/ A4.6 1455,/,0. .,:B,/).7/, ./,).:,0.2
区 -M7;2溶出率呈现相似的变化趋势,但是大于高
温—超低温处理区。
第二次高温—超低温处理条件下,-M7;2 水中
养分溶出率高温处理后为 13:7N(第 2 )),超低温处
理后第 31)增为 A4:4N,第 41)达到 4A:AN,第 772)
升至 ;7:5N。对照区 -M7;2水中养分溶出率高温处
理后为 15:;N,第 31) 达到 43:2N,比处理区高出
7;:4N,第 772)增至 ;<:5N(表 1)。通过线型回归
分析,高温—超低温处理区 -M7;2 拟合的直线方程
的相关系数 01 > 2:;<31,对照区拟合的直线方程相
关系数 01 > 2:<5A4。-M7;2高温期间平均养分溶出
率(!!%)为 ;:
表 C 第二次高温—超低温处理中的控释肥("#!$%)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 (
[$] 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#
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性的评价[:]9 植物营养与肥料学报 9 $""-,))(+):-")8-".#
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[+] 陈剑慧,曹一平,许涵,毛达如 9 有机高聚物包膜控释肥氮释放
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