全 文 ：第 51 卷 第 10 期
2 0 1 5 年 10 月
林 业 科 学
SCIENTIA SILVAE SINICAE
Vol. 51，No. 10
Oct．，2 0 1 5
doi:10．11707 / j．1001-7488．20151019
收稿日期: 2014 － 11 － 04; 修回日期: 2014 － 12 － 07。
基金项目: 国家自然科学基金项目(31160144) ; 广西科技攻关项目(桂科攻 14122005 － 39)。
* 符韵林为通讯作者。
木材剩余物缓释肥料壳体的构成因素对
肥料释放规律的影响*
乔梦吉1，3 姜金英1，2 符韵林1，3
(1．广西大学林学院 南宁 530004; 2．江山欧派门业股份有限公司 江山 324122;
3．广西高校林业科学与工程重点实验室 南宁 530004)
摘 要: 【目的】研究构成壳体的木材剩余物类型、壳体密度和厚度等因素对壳体肥料释放规律的影响，为制造
可根据植物生长需要调控肥料释放速度的木材剩余物缓释肥料壳体提供科学指导。【方法】以松木、香椿木材剩
余物为原料，制备木材剩余物缓释肥料壳体，采用人工模拟降雨方法，研究构成壳体的类型、密度和厚度等对壳体
肥料释放速度的影响。【结果】木材剩余物缓释肥料壳体具有明显的缓释效果，使用壳体的肥料释放期长，释放速
度较均匀，90 天时，肥料释放率在 39. 20% 以下;而没有使用壳体的肥料初期释放量很大，之后迅速减少，释放期
短，90 天时，肥料释放率达 65. 46%。壳体的肥料释放速度与构成壳体的剩余物种类有关，松木壳体的释放速度比
香椿木快，至 210 天时，松木、香椿木壳体的释放率分别为 93. 01%和 74. 43%。壳体的肥料释放速度随着壳体厚度
增加而减慢，至 210 天时，6，8 及 10 mm 3 种不同厚度的壳体释放率分别为 73. 65%，69. 59%和 64. 72%。试验设置
的不同密度对壳体的肥料释放速度影响不大，至 210 天时，0. 50，0. 55 及 0. 60 g·cm － 33 种不同密度的壳体肥料释放
率分别为 69. 70%，69. 59%和 67. 87%，差值在 1. 83%以内。【结论】木材剩余物缓释肥料壳体具有较好的缓释效
果。壳体构成的类型、密度和厚度等对木材剩余物缓释肥料壳体的肥料释放规律为: 松木壳体的释放速度比香椿
木快; 壳体密度对壳体的肥料释放速度无明显影响; 随着厚度增加，壳体的肥料释放速度减慢。根据构成壳体的
材料类型、厚度等特性，能制备可调控肥料释放速度的壳体，其可根据植物对肥料的需求来缓放肥料，供林木、花卉
等植物施肥作业使用。
关键词: 木材剩余物; 缓释肥料壳体; 人工模拟降雨; 壳体特性
中图分类号:S784 文献标识码: A 文章编号: 1001 － 7488(2015)10 － 0148 － 06
Influence of the Wood Ｒesidues Shell’s Constitution on Ｒeleasing Ｒules of Fertilizer
Qiao Mengji1，3 Jiang Jinying1，2 Fu Yunlin1，3
(1 ． Forestry College of Guangxi University Nanning 530004; 2 ． Jiangshan Oupai Door Industry Co．，Ltd Jiangshan 324122;
3 ． Key Laboratory of Forestry Science and Engineering in Guangxi Universities and Colleges Nanning 530004)
Abstract: 【Objective】The use of the slow / controlled release fertilizer is the development trend all over the world． In
this study，wood residues were used as materials to make a slow release fertilizer shell based on its features of porosity，
permeability and biodegradability． The fertilizers were loaded in the shell， and then the slow release rules were
investigated by artificial rainfall simulation． The influence of shell’s characteristics such as the species of wood residues，
thickness and density of the shell on fertilizer releasing was studied in order to make the controlled release fertilizer shell
which could be applied to the trees，flowers and other plants． 【Method】The Pinus massoniana and Toona sinensis wood
residues were used as raw materials to manufacture wood residues slow release fertilizer shell． The influence of shell’s
characteristics including the species of wood residues，the thickness and density of the shell on release rules of fertilizer
were studied by artificial rainfall simulation． The artificial rainfall simulation could be controlled well and avoid the
uncertainty and contingency of the natural rainfall． 【Ｒesult】The results showed that the shell could slow down the release
of fertilizer and keep a relatively stable release rate． In the control group without the shell，the initial release rate
increased sharply and then fell down dramatically． The release rate was about 65. 46% at the 90 d compared with less than
39. 20% in the experimental group which represented a longer effective period of the fertilizer in the shell． The species of
第 10 期 乔梦吉等: 木材剩余物缓释肥料壳体的构成因素对肥料释放规律的影响
wood residues had great influence on release rate． The release rate was about 93. 01% in Pinus massoniana shell at 210 d
compared with 74. 43% in Toona sinensis shell． Furthermore，the thickness of the shell also had significant influence on
release rate． With the increase of the thickness of the shell，release rate of fertilizer presented a decreasing trend． The
release rate of three groups with different thickness of 6 mm，8 mm and 10 mm were 73. 65%，69. 59% and 64. 72% at
210 d，respectively． However the density of the shell had little influence on release rate． The release rate of three groups
with different density of 0. 50 g·cm － 3，0. 55 g·cm － 3 and 0. 60 g·cm － 3 were 69. 70%，69. 59% and 67. 87% at 210 d，
respectively．【Conclusion】Wood residues shell had an obviously slow release effect． The influence of the species of wood
residues and the thickness of the shell on release rules of fertilizer were as follows: the release rate of fertilizer in Pinus
massoniana shell was faster than that in Toona sinensis shell． With the increase of the thickness of the shell，release rate
of fertilizer exhibited a decreasing trend． However，the density of the shell had little influence on release rate in this
study． By selecting different species of wood residues and making different thickness of the shell，the controlled release
fertilizer could be realized to meet the needs of different plants．
Key words: wood residues; slow release fertilizer shell; artificial rainfall simulation; shell’s characteristics
我国是一个农业和林业大国，肥料在现代农林
业领域生产中具有极其重要的作用。我国的土地面
积占全球的 7%，但肥料的消耗量却占世界的 30%，
单位面积肥料的使用量达世界的 4 倍 (齐广成等，
2008)。化肥利用率低是我国肥料使用上存在的主
要问题，不仅造成了资源的大量浪费和经济的巨大
损失，还大大增加了农民的负担，而且对环境也产生
极大的影响。提高肥料的利用率，减少因肥料而造
成的环境污染，是发展高效、可持续农林业中非常关
注的课题。其中一种提高农林作物肥料利用率的有
效途径是控制或减缓肥料的溶解及释放速率，因而
缓释肥料的研究并广泛推广的任务迫在眉睫。缓释
肥料是采用各种各样的调控机制来延缓肥料养分的
最初释放，使植物对肥料的有效养分吸收及利用的
有效期加长，最终使养分的释放速度能按照特定的
释放速率和释放期来减缓或者控制释放的一种肥料
(全国肥料和土壤调理剂标准化技术委员会，
2007)。缓释肥料的使用是发展趋势，其开发与应
用备受重视。当前缓释肥料的研究主要集中在肥料
包膜材料的选择使用、养分释放机制和肥料评价方
法等方面(冯守疆等，2010)，其中研究出的很多包
膜肥料虽然能达到比较理想的缓释或控释效果，但
却存在着使用材料难降解的问题。为了减少包膜材
料对环境的负面影响，国内外对各种环保型可降解
的缓释肥料进行了大量研究 (Hanafi et al．，2002;
Khan et al．，2008; 倪博立，2012)。木材具有大量
孔隙，是一种多孔性材料，具有渗透性，通过胶黏剂
能将木材剩余物制备成缓释肥料壳体，供林木、花卉
等植物施肥使用，壳体装载肥料施入土壤后，在雨水
作用下，溶解的肥料先通过木材的纹孔等固有孔隙
通道、随后又通过胶黏剂降解产生的通道等渗出供
给植物养分。肥料源源不断地渗出，既保证了作物
在其生长过程中可以不断获取养分，又避免了一次
施肥过多而导致烧苗的发生，同时也减少了肥料的
流失和施肥次数，而且木材剩余物资源丰富，符合环
保型要求，对环境没有负面影响。
缓释肥料对农林作物施肥作用时，其释放受很
多因素影响，如膜的材料、包膜的厚度及孔隙度等。
可用于制造缓释肥料壳体的包膜材料很多，有无机
物材料，如硫磺 (王红飞等，2005; Grigori et al．，
1990); 聚合物材料，如热固性树脂 (陆建刚等，
1994)、水性聚氨酯 (秦裕波等，2008a; 2008b)、天
然聚合物( Tangboriboonrat et al．，1996); 高分子材
料，如 聚 砜 和 淀 粉 ( Tomaszewska et al．， 2002a;
2002b; 2004)、瓜尔胶、海藻酸钠 (倪博立，2012)
等。不同材料的特性不同，作为缓释肥料包膜材料
时其释放速度也有差异。同样的包膜材料，膜的厚
度会影响其释放快慢，如樊小林等(2005)研究了以
水溶性树脂为包膜材料的控释肥的养分释放特性受
膜厚度的影响，发现 N 的释放速度随着膜厚度的增
加而减慢。另外，膜的紧实度也影响缓释肥料的释
放速度，如黄培钊等(2006)研究了不同工艺制造的
紧实度不同的缓释肥料，发现其 N 累积溶出率不
同，紧密度越好，其养分累积溶出率越低。
采用木材剩余物制作缓释肥料壳体是一种新型
的缓释肥料制作方法。符韵林等 ( 2009; 2010;
2013)论述了用木材剩余物制作缓释肥料壳体的构
想及其制造方法; 但是构成壳体的木材剩余物类
型、颗粒形状及壳体密度、厚度等因素对肥料释放速
度的影响以及壳体生物降解 (含木材剩余物的降
解、胶黏剂的降解等)形成的路径对肥料释放速度
的影响等问题尚不明确。为明确木材剩余物缓释肥
941
林 业 科 学 51 卷
料壳体的肥料释放规律，本文采用人工模拟降雨方
法研究构成壳体的木材剩余物类型、壳体密度和厚
度等因素对肥料释放规律的影响，为制造可根据植
物生长需要调控肥料释放速度的木材剩余物缓释肥
料壳体提供科学指导。
1 材料与方法
1. 1 材料与仪器 采用马尾松(Pinus massoniana)
和香椿(Toona sinensis)木材剩余物(主要为木糠、木
屑) 为原料，晒干后进行筛分，用于试验的规格为
14 ～ 28 目和≥28目 2 种。采用市售的脲醛树脂为
胶黏剂，磷酸二氢钾做肥料。热压机压制制造壳体
的板材，采用火焰光度计分析 K 的含量与浓度。
1. 2 试验方法 1) 壳体的制造方法 采用二次成
型方法制备壳体。将脲醛胶与木材剩余物以质量比
为 1∶ 6混合，搅拌均匀后铺装在热压机模板上，采用
厚度规控制厚度，热压时间 7 min，热压压力 1. 4 ～
2. 1 MPa，热压温度 130 ℃。板冷却后锯切成小块，
然后用热熔胶粘成 6 cm × 6 cm × 6 cm 的立方体
壳体，如图 1 所示。
2)人工模拟降雨方法 为克服自然降雨的随
机性，采用人工模拟降雨方法研究壳体特性对肥料
释放规律的影响。根据南宁市平均年降雨量为
1 300 mm，考虑到实际树林里的林冠节流、表径节
流等因素，将水量设置为每年 1 300 mm × 0. 6 =
780 mm，然后以此为基准通过降雨的表面积大小将
其换算成定期的降雨量，其计算值为 780 mm /365 d
× 15 d /10 × (3. 14 × 15 × 15 /4 cm2) = 566 mL。
为操作方便，将人工降雨量设置为每次 600 mL，每
15 天人工降雨 1 次。
将装载 200 g 磷酸二氢钾的壳体置于装满石英
砂的桶中，桶底部接入导流管，导流管下面连着接收
瓶，通过滴水的方法进行降雨，所滴水分通过石英砂
渗入壳体中。磷酸二氢钾遇水溶解以水溶液形式向
外渗透，最后流入接收瓶中，试验装置如图 2 所示。
每次降雨 2 天后收集接收瓶(2 天时已回收全部液
体)，测定溶液中 K 的浓度及含量。各试验参数及
因素水平设置见表 1，其中编号 1 － 6 用于研究木材
剩余物类型对肥料释放规律的影响，编号 7 － 15 用
于研究壳体密度对肥料释放规律的影响，编号 10 －
12 和 16 － 21 用于研究壳体厚度对肥料释放规律的
影响。编号 28 － 30 为空白对比试验，不外加壳体，
直接将肥料置于石英砂内。
由 KH2PO4 的分子式可知，200 g 的磷酸二氢
钾约有 57 400 mg 的 K 元素。
图 1 香椿木壳体
Fig． 1 T． sinensis shell
表 1 试验参数
Tab． 1 Parameter of the test
试验编号
No．
木材剩余物树种
Species of wood residue
木材剩余物规格
Wood residue
standard /mesh
壳体密度
Shell density /
( g·cm － 3 )
壳体厚度
Shell thickness /mm
降雨量
Ｒainfall /mL
1 － 3 马尾松 P． massoniana ≥ 28 0. 55 8
4 － 6 香椿 T． sinensis ≥ 28 0. 55 8
7 － 9 香椿 T． sinensis 14 ～ 28 0. 50 8
10 － 12 香椿 T． sinensis 14 ～ 28 0. 55 8 600
13 － 15 香椿 T． sinensis 14 ～ 28 0. 60 8
16 － 18 香椿 T． sinensis 14 ～ 28 0. 55 6
19 － 21 香椿 T． sinensis 14 ～ 28 0. 55 10
28 － 30 空白对比试验 Control group
3) K 测定方法 参考国家标准 GB 7856—87
(中国林业科学研究院林业研究所，1997)测定 K
的浓度。因为水样的 K 浓度很高，远远超出火焰光
度计的测量范围，所以过滤后的待测液在测量前要
进行稀释，然后根据测得的值及稀释倍数换算出 K
的浓度。
K 含量是指所取的水样测得的 K 浓度与体积
乘积的量，通过对比 K 含量变化研究壳体肥料的释
放规律。采用释放率表示壳体的缓释作用，释放率
表示已释放出来的 K 的量占总量的百分比:
051
第 10 期 乔梦吉等: 木材剩余物缓释肥料壳体的构成因素对肥料释放规律的影响
图 2 试验装置
Fig． 2 Test apparatus
释放率 = ab
× 100%。
式中: a 表示某时间点之前养分的总释放量; b 表
示装载于壳体内养分的总含量。
图 3 木材剩余物类型对肥料释放速度的影响
Fig． 3 Variation of the potassium releasing rate with different wood residue types
2 结果与分析
2. 1 壳体的木材剩余物类型对肥料释放速度的影
响 木材剩余物类型对肥料释放速度的影响主要通
过 K 的释放速度来表示，K 释放速度随时间变化的
规律如图 3 所示。从图中可见，马尾松木及香椿木
壳体的肥料释放量均呈先变大后趋于稳定或缓慢变
小的趋势。木材作为一种多孔性材料，其孔隙提供
了 K 的释放路径，前期由于木材剩余物壳体吸水后
膨胀，孔隙变大，因此 K 的释放速度相应变快; 而后
期随着磷酸二氢钾总量逐渐减少，K 的释放速度也
相应减慢。在不同的降雨条件下，2 种壳体均在 90
天时肥料 K 的释放速度达到最大值，释放率分别为
39. 20%和 30. 15%，然后逐渐变小，至 210 天时，释
放率分别达 93. 01% 和 74. 43%。从图 3 还可以看
出，马尾松木壳体的肥料释放速度比香椿木快，说明
壳体肥料释放速度与构成壳体的木材剩余物类型有
关。可能的原因有 2 点:首先马尾松木的密度略大
于香椿木，因此由相同质量的木材剩余物压制壳体，
马尾松木的组成颗粒数比香椿木少，导致压制的香
椿木壳体比较密实，所以香椿木壳体内 K 的释放速
度比马尾松木慢;其次，马尾松木和香椿木分别属于
针叶材和阔叶材，2 树种材性的不同也可能导致释
放率的不同。空白试验中，肥料释放速度也呈现先
变大后减小的变化规律，在 60 天时达最大值，90 天
时释放率达 65. 46%，210 天时，K 释放率已达
99. 93%，壳体中的肥料已基本被淋溶。此结果显
示，木材剩余物缓释肥料壳体具有显著的缓释效果，
且马尾松木壳体的肥料释放速度比香椿木快;而采
用不外加壳体的直接施肥方法，其肥料约在 7 个月
时完全淋溶。
2. 2 壳体密度对肥料释放速度的影响 壳体密度
对肥料释放速度的影响如图 4 所示。从图中可见，3
种不同密度的壳体中肥料释放量都呈先变大后趋于
稳定或缓慢变小的趋势。在不同降雨条件下，基本
在 60 ～ 90 天时肥料 K 的释放速度达到最大值，然
后逐渐变小，在 60 天时，3 种不同密度(0. 50，0. 55，
0. 60 g·cm － 3 ) 下 K 的释放率分别为 16. 77%，
14. 22%和 13. 02% ; 至 210 天时，3 种不同密度下 K
的释放率分别达到 69. 70%，69. 59% 和 67. 87%。
空白试验中，K 释放速度呈现先变大后减小的变化
规律，在 60 天时肥料 K 的释放速度达到最大，60 天
及 210 天时 K 的释放率分别为 38. 76%和 99. 93%。
所以从本研究设置的壳体密度水平来看，肥料释放
速度与壳体密度关系不显著。
2. 3 壳体厚度对肥料释放速度的影响 壳体厚度
对壳体肥料释放速度的影响如图 5 所示。从图中可
见，3 种不同厚度的壳体中肥料释放速度都呈现先
变大后趋于稳定或缓慢变小的趋势，壳体肥料释放
速度与壳体厚度有关。在设置的降雨量下，6，8 及
151
林 业 科 学 51 卷
图 4 壳体密度对肥料释放速度的影响
Fig． 4 Variation of the potassium releasing rate with different shell density
图 5 壳体厚度对肥料释放速度的影响
Fig． 5 Variation of the potassium releasing rate with different shell thickness
10 mm 3 种不同厚度的壳体在 90 天时肥料 K 的释
放速度均达到最大值，释放率分别为 30. 81%，
28. 29%和 22. 39%，然后逐渐变小，至 210 天时，释
放率分别达到 73. 65%，69. 59% 和 64. 72%。空白
试验中，K 释放速度呈现先变大后减小的变化规律，
在 60 天时达到最大，释放率为 65. 46%，至 210 天
时 K 释放率已达 99. 93%，肥料已基本释放完全。
因此，肥料释放速度随着壳体的厚度增加而减慢。
3 结论
木材剩余物缓释肥料壳体具有明显的缓释效
果，使用壳体的肥料释放期长，释放速度较均匀，90
天时，肥料释放率在 39. 20%以下;而没有使用壳体
的肥料初期释放量很大，之后迅速减少，肥料的释放
期短，90 天时，肥料释放率达 65. 46%。
壳体的肥料释放速度与构成壳体的剩余物类型
和壳体厚度有关，马尾松木壳体的肥料释放速度比
香椿木快。至 210 天时，马尾松木、香椿木壳体的释
放率分别达 93. 01% 和 74. 43%。肥料释放速度随
着壳体厚度的增加而减慢，至 210 天时，6，8 及 10
mm 3 种不同厚度的壳体释放率分别为 73. 65%，
69. 59%和 64. 72%。试验设置的不同密度(0. 50，
0. 55，0. 60 g·cm － 3 )对壳体的肥料释放速度影响
不大。
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(责任编辑 石红青)
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