全 文 ：　 　  国家自然科学基金项目（２０２６４００２）资助
　 　  通讯作者
收稿日期 ：２００５０７２４ 　 改回日期 ：２００５１０１４
桐油包膜尿素养分释放机理的研究 
　 　 　 　 　 　施卫省 　罗小林 　 　 　 　 　 　 　 　唐 　辉  王亚明
　 　 （昆明理工大学现代农业工程学院 　昆明 　 ６５０２２４） （昆明理工大学生物与化学工程学院 　昆明 　 ６５０２２４）
摘 　要 　以桐油为包膜材料 ，采用土壤盆栽试验和水中静置试验 ，对控释肥料养分释放动态进行了研究 。结果表
明 ，以桐油为包膜材料的包膜尿素 ，在土壤中养分初期溶出率为 １２６ ％ ，在水中养分初期溶出率为 ２０１ ％ ，是比较
理想的包膜材料 。在水中与土壤中养分释放期为 １∶１２ ；N素的释放可用 LOGISTIC动力学方程描述 ，释放常数 k
值可用来判断控释尿素的 N素释放速率大小 。
关键词 　桐油包膜材料 　包膜尿素 　缓释性
Study on the characteristics of nutrient releasing of the coated urea with tung oil as controlling materials ． SHI Wei
Sheng ，LUO XiaoLin（Faculty of Modern Agriculture Engineering ， Kunming University of Science and Technology ，
Kunming ６５０２２４ ，China） ，TANG Hui ，WANG YaMing（College of Biology and Chemistry Engineering ，Kunming Uni
versity of Science and Technology ，Kunming ６５０２２４ ，China） ，CJEA ，２００６ ，１４（４） ：１０９ ～ １１１
Abstract 　 The captive test in the water and the potted planting experiment were used to study the nutrients releasing dy
namics of polymercoatedreleased fertilizer ．The result shows that the preliminary solubility rate of nitrogen of tung oil
coated urea is １２６ ％ in the soil and ２０１ ％ in the water meaning that tung oil is a preferable coating materials ．The ratio
of the releasing periods in the water to in the soil is １∶１２ ．The kinetics equation of LOGISTIC could be used to express
the nutrient release characteristics ．The nitrogen release rate can be reflected by the velocity coefficient k ．
Key words 　 Tung oil coating materials ，Coated urea ，Controlled release
（Received July ２４ ，２００５ ；revised Oct ．１４ ，２００５）
２０世纪 ８０年代以来 ，控释肥料由于其具有养分释放与作物需求同步 、一次施用可以满足作物整个生育
期需要的特点 ，已成为肥料领域研究的热点之一 。 在控释材料的选择方面 ，有以“硫碘”为材料的控释肥料 ，
因其脆性较大而难于在生产中应用［１］ ；有以化工产品“聚烯烃”为材料的控释肥料 ，因其含有芳香烃类溶剂 ，
易造成环境新的污染 ，使其推广受阻［１］ 。 寻找环境安全的适宜包膜材料是控释肥料研究的新内容［６］之一 。
从油桐果实中提取的桐油的主要化学成分是 α桐油三甘油脂 ，其含有共轭的不和双键 ，具有聚合反应的属
性 ；桐油黏着性强 、耐水性和成膜性好 ，可作为包膜肥料的成膜材料 。 由于 α桐油三甘油脂具有可降解性 ，
以“桐油”为包膜材料的包膜肥料 ，不会造成新的环境污染 。 本研究主要以自然资源“桐油”为包膜材料 ，生
产包膜肥料 ，并改变以往“控释肥料养分溶出率的测定多数是在纯水中进行”［２ ，３］的方式 ，在作物吸收养分的
情况下 ，研究红壤中桐油包膜尿素养分释放机理 。
1 　试验材料与方法
试验用桐油为云南省红河洲弥勒县荣华油脂有限公司生产 ，酸值为 ２５２ ，黏度为 ２５０mPas 。 尿素为云
南云化公司生产 。准确称取一定量的尿素（ M０）放入包膜机中 ，设定转速及温度后 ，启动包膜机和热风机预
热尿素颗粒 ，然后将包膜液喷到翻滚的尿素颗粒表面 ，一定时间后 ，将包膜尿素取出称重（ M） ，再将包膜尿
素过筛 ，即得到大小一致的包膜尿素 。计算包膜尿素涂层覆盖率（ C）的公式为 ：
C ＝ （ M － M０）／ M （１）
经计算桐油包膜尿素的涂盖率 C为 ５ ％ 。包膜尿素的尿素含量为 １００ ％ － C ，故桐油包膜尿素含量为 ９５ ％ 。
包膜尿素（水中）养分溶出率测定时 ，取包膜尿素 １０g ，加入盛有 ４０mL 蒸馏水的容器中 ，加盖 ，置于 ２５ ℃
第 １４卷第 ４期 中 国 生 态 农 业 学 报 Vol ．１４ 　 No ．４
２ ０ ０ ６年 １ ０月 Chinese Journal of EcoAgriculture Oct ．，　 ２００６
恒温箱中 ，每隔 ２４h 取样一次 ，测定浸出液中的全 N 含量 ，按式（２）和（３）计算出包膜尿素的养分初期溶出率
和逐日溶出率 。
初期溶出率 ＝ （２４h溶出的养分量／肥料中的养分总量） × １００ ％ （２）
逐日溶出率 ＝ ［（ nd溶出的养分总量／肥料中的养分总量） × １００ ％ －初期溶出率］ ÷ （ n － １） （３）
采用土壤盆栽试验测定包膜尿素（土壤中）养分溶出率 ，供试土壤为昆明理工大学校园外红壤土的心土
层土壤 ，养分含量分别为有机质 １０１g／kg ，碱解氮 ２８mg／kg ，速效磷 （P２O５ ） ５０９mg／kg ，速效钾 （K２O）
３２７mg／kg ，pH值 ５６ 。每盆装土 １５kg 。试验用盆为上口 ４５cm 、下口 ２４cm 、高 ３０cm 的硬脂塑料桶 。 取控
释尿素和普通尿素每份 １０g ，用纱布包好 ，分别置于土下 ２０cm处 ，重复 ６ 次 。 供试植物材料为云南常用烟品
种“K３２６” ，烟苗长到 ５ ～ ６片真叶移栽到盆中 。在观察养分溶出率期间 ，保持盆栽土壤含水量（重量含水量）
在 ３７ ％左右 ，土温在 １５ ～ ２２ ℃ 。 养分的测定采用“重量法” ，每隔一定时间测定每份肥料的重量 ，然后换算出
有效成分含量 ，并计算养分的初期溶出率和逐日溶出率 。
2 　结果与分析
21 　包膜尿素的 N 素释放速率
表 1 　包膜尿素不同时间的逐日溶出率
Tab１ 　 The rate of N released from the controlled release urea
时间／d
Time
　 　
包膜尿素（水中）Coated urea in water 　 　 　 　
初期溶出率／ ％Initial releasing
rate
逐日溶出率／ ％Daily releasing
rate
累积溶出率／ ％Accumulated
releasing rate
时间／d
Time
　
包膜尿素（土壤中） Coated urea in soil
初期溶出率／ ％Initial releasing
rate
逐日溶出率／ ％Daily releasing
rate
累积溶出率／ ％Accumulated
releasing rate
１ ２０ ．１ ２０ ．１ １ １２ ．６ １２ ．６
３ １０ ．４ ４０ ．８ ３ ８ ．７５ １３ ．０
７ ６ ．９５ ６１ ．８ ６ ８ ．３４ ５４ ．３
１２ ４ ．９７ ７４ ．８ ９ ５ ．１９ ５９ ．３
１７ ３ ．８４ ８１ ．６ １２ ５ ．０７ ６８ ．４
２２ ３ ．１１ ８５ ．５ １５ ４ ．９５ ８１ ．９
２７ ２ ．６７ ８９ ．４ １９ ４ ．２０ ８８ ．２
３２ ２ ．２８ ９０ ．９
　 　由表 １和表
２可知 ，在土壤中
桐油包膜尿素
的初溶出率为
１２６ ％ ，符合国
际上公认的缓
控释肥的初溶
出 率 ＜ １５ ％ 的
指标［６］ ，且该包
膜肥料的初溶
出率居中 ，表明
以 “桐 油 ” 为
原料生产的包
膜尿素符合缓
控释肥的初溶出
率的质量要求 。
在 ３d内 ，土壤中
桐油包膜尿素逐
日 溶 出 率 为
８７５ ％ ，在 ３ ～
６d ，逐日溶出率
为 ８３４ ％ ，故该
　 　
表 2 　尿素不同时间的逐日溶出率
Tab２ 　 The rate of N released from the urea in different time
时间／d
Time
　 　
尿素（水中） 　 Urea in water 　 　 　 　
初期溶出率／ ％
Initial releasing
rate
逐日溶出率／ ％
Daily releasing
rate
累积溶出率／ ％
Accumulated
releasing rate
时间／d
Time
　
尿素（土壤中） 　 Urea in soil
初期溶出率／ ％
Initial releasing
rate
逐日溶出率／ ％
Daily releasing
rate
累积溶出率／ ％
Accumulated
releasing rate
１ ７８ ．７ ７８ ．７ １ ７８ ．７ ８２ ．１
３ ３２ ．１ ８４ ．３ ３ ３ ．６５ ８９ ．４
６ １３ ．５ ８７ ．５ ６ ２ ．９２ ９６ ．７
种控释肥料具有较好的“缓苗期”对肥料控释的作用［４ ，５］ ，避免了“烧苗现象”的发生（大田中随着土壤含水量
减小 ，初溶出率会减小 ，溶出时间会延长） ；在 ６ ～ １２d ，桐油包膜尿素逐日溶出率从 ８３４ ％ 下降到 ５０７ ％ ；在
１２ ～ １９d ，桐油包膜尿素的逐日溶出率不断下降 ，而总的累积溶出率则达到 ８８２ ％ ，而普通尿素的累积溶出
率在第 ３d就达到 ８９４ ％ ，故普通尿素由于养分溶出快 ，存在一定量的养分损失 ，并有可能对“缓苗期”的烟
苗产生“烧苗现象” 。
在水中采用静置法测定桐油包膜尿素的初期溶出率为 ２０１ ％ ，在第 １２d 的累积溶出率为 ７４８ ％ ，与同
时期土壤中的包膜尿素累积溶出率 ６８４ ％相比增加 ６４ ％ ；７ ～ ９d 水中的逐日溶出率大于在土壤中有烟苗
生产情况下的逐日溶出率 ；７ ～ ９d 以后水中的逐日溶出率小于在土壤中有烟苗生产情况下的逐日溶出率 。
主要原因是土壤中烟苗对养分的吸收以及土壤本身对养分的固定作用 。故 ７ ～ ９d以后桐油包膜尿素在土壤
中的养分释放比在水中快 。
１１０　 中 国 生 态 农 业 学 报 第 １４卷
22 　包膜肥料及其养分释放的动力学方程
由表 １和表 ２看出桐油包膜尿素养分释放逐日溶出率随时间的延长而下降 ，说明肥料养分释放速率减
小 。包膜尿素在土壤中的 N 素释放速率与土壤含水量 、植株对养分的吸收量等因素有关 ，包膜肥料的 N 素
释放量理论上取决于肥料中 N 素的总含量 。在培养期间 ，控释尿素的养分溶出速率随着时间延长而降低的
快慢各异 ，反映出其曲线呈指数线型特征 。因此 ，根据 LOGIST IC生长曲线模型进行模拟 。
N ＝ N０［１ － exp（ － kt）］ （４）
式中 ，N为 t时间的释放率（ ％ ） ，N０ 为最大释放
率（ ％ ） ，k为释放率常数（d） ，t为时间（d） 。在生
产过程中 ，N素很可能通过挥发或其他形式产生
部分损失 ，故 N 素的最大释放量不可能达到
１００ ％ 。在应用式（４）时 ，假定 N０ 为 １００ ％ ，然后
根据实测数据拟合方程 ，再通过拟合方程计算出
新得 N０ 值和 K值 ，即为该桐油包膜肥料的最大
释放率和日释放速率常数 。从表 ３可知 ，水中拟
合平均值 N０ 为 ９７９ ％ ，土壤中拟合平均值 N０
为 ９８８ ％ 。从表 ４ 中相关系数 r 可以看出 ，在
土壤中 ，实测值与拟合值的方差较小 ，达到显著
水平 。因此 ，包膜肥料施用期间养分释放特性可
以用 LOGISTIC动力学方程来表示 。
表 3 　包膜尿素 N0 的拟合值
Tab３ 　 The data of N０ from equation of coated urea
时间／d
Time
包膜尿素（水中）
Coated urea in water
N ０／ ％ N／ ％ k／d
时间／d
Time
包膜尿素（土壤中）
Coated urea in the soil
N ０／ ％ N／ ％ k／d
１ ９７ ．８ ２０ ．１ ０ ．２３０ １ ９６ ．９ １２ ．６ ０ ．１４
３ ９９ ．５ ４０ ．８ ０ ．１７６ ３ ９２ ．８ １３ ．０ ０ ．０５
７ ９９ ．３ ６１ ．８ ０ ．１３９ ６ １００ ．１ ５４ ．３ ０ ．１３
１２ ９９ ．８ ７４ ．７ ０ ．１１５ ９ ９９ ．９ ５９ ．３ ０ ．１０
１７ ８８ ．８ ８１ ．６ ０ ．１４８ １２ ９７ ．９ ６８ ．４ ０ ．１０
２２ ９８ ．９ ８５ ．５ ０ ．０９１ １５ １０１ ．３ ８１ ．９ ０ ．１１
２７ ９９ ．９ ８９ ．４ ０ ．０８３ １９ １００ ．６ ８８ ．２ ０ ．１１
３２ ９９ ．９ ９０ ．９ ０ ．０７５
平均值 ９７ ．９ ０ ．１３２ ９８ ．８ ０ ．１１
2 ．3 　包膜尿素的养分释放期
表 4 　测定值 N素释放一级动力学拟合方程参数
Tab４ 　 The parameters of the first order
dynamics equation of N
处 　 理
T reatments
N ０／ ％ k／d r SE d
　
水中 ９７ ．９ ０ ．１３２ ０ ．９１ ２８ ．２１ ３４ ．７
土壤 ９８ ．８ ０ ．１１０ ０ ．９５ ２７ ．９４ ４１ ．８
　 　表 ４表明 ，当桐油涂层覆盖率（ C）为 ５ ％ 时 ，包膜肥料在
水中的释放期为 ３４７d ，在土壤中的释放期为 ４１８d ，在水中
和土壤释放期比为 １∶１２ 。 在拟合方程中 ，释放常数 k 值即
可反映包膜尿素的养分释放快慢 ，也可反映桐油的涂层覆盖
的厚度 。 以桐油为包膜材料的包膜尿素 ，在土壤中有烟苗生
长情况下 ，C为 ５ ％时 ，释放常数 k为 ０１１ ，其肥料释放期为
４２d 。当某种作物需要长时间供肥时 ，可根据 LOGISTIC 生
　 　长曲线模型 ，计算出 k值的大小 ，然后再确定涂层覆盖率 C值 ，从而生产出适宜的包膜肥料 。
3 　小 　结
以桐油为包膜材料的包膜尿素 ，在有烟苗生长且土壤含水量为 ３７ ％ 的情况下 ，包膜尿素的初溶出率为
１２６ ％ ，且桐油为自然可降解物质 ，分解快 ，不会造成环境污染 ，是比较理想的包膜材料 。 在包膜肥料养分
溶出率测定方法上 ，单采用水中测定溶出率来衡量包膜肥料的性能是不准确的 ，应考虑作物生长的环境条
件 。本研究中同一包膜肥料在水中和土壤中的释放周期比为 １∶１２ 。包膜尿素的 N 素释放特性可以用一级
动力学方程描述 ，其公式中的 k值可以很好地反映包膜尿素 N 素释放速率 ，也可以用来间接的描述包膜肥
料包膜的厚度 。在生产中 ，可以根据作物生长需要 ，选择不同 k值的包膜肥料 ，从而提高肥料利用率 ，减少
肥料对环境的污染 ，实现农业可持续发展 。 本研究是在土壤含水量一定的情况下 ，研究包膜肥料 、土壤 、作
物之间的关系 。还应进一步研究不同土壤 、不同含水量组成的体系中包膜肥料 N 素溶出率的动力学特性 。
参 　考 　文 　献
１ 　 徐和昌 ，柯以倪 ，郭立新等 ．几种缓释肥料包膜的性质和分析方法 ．中国农业科学 ，１９９４ ，２８（４） ：７２ ～ ７９
２ 　 樊小林 ，廖宗文 ．控释肥料与平衡施肥和提高肥料利用率 ．植物营养与肥料学报 ，１９９８ ，４（３） ：２１９ ～ ２２３
３ 　 熊又升 ，陈明亮 ，熊桂云等 ．包膜控释肥料养分释放速率测定方法的研究 ．华中农业大学学报 ，２０００ ，１９（５） ：４４２ ～ ４４５
４ 　 施卫省 ，王亚民 ，戈振扬等 ．营养元素对烟草产量和品质的影响与对策 ．农业系统科学与综合研究 ，２００３ ，１９（４） ：３１０ ～ ３１２
５ 　 詹金华 ，陈志良 ．烟草栽培 ．昆明 ：云南科技出版社 ，１９９８
６ 　 Ender M ． T ．，Peppsa N ．A ． T ransport or ionizable drugs and protein in crosslinked poly and polycarrylic acidcohydroxyethyl methacrylate hy
drogels ．Ⅱ ． Diffusion and release studies ． Journal of Cont rolled Release ，１９９７ ，４８ ：４７ ～ ５６
第 ４期 施卫省等 ：桐油包膜尿素养分释放机理的研究 １１１