兩種工藝包膜尿素的養(yǎng)分釋放特性及其在水稻上的增產(chǎn)效應(yīng)

茹鐵軍，楊振軍，張?zhí)焐?，?舒，肖占梅

（中國-阿拉伯化肥有限公司，河北 秦皇島 066003）

樹脂包膜肥料是目前國內(nèi)主流的緩控釋肥料產(chǎn)品，特別是以聚氨酯包膜技術(shù)為代表的緩控釋肥料產(chǎn)品已經(jīng)建成了多套生產(chǎn)裝置。Jcam Agri（杰康）株式會社是日本主要的緩釋肥料生產(chǎn)企業(yè)，其生產(chǎn)的控釋尿素在水稻上的應(yīng)用量很大。下面將國內(nèi)主流的聚氨酯包膜尿素與日本Jcam Agri株式會社的可降解樹脂包膜尿素進(jìn)行水培法和土培法的養(yǎng)分溶出、肥效等的對比分析，為國內(nèi)緩釋肥料企業(yè)和研究人員提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試肥料

供試肥料：中國-阿拉伯化肥有限公司生產(chǎn)的SACF包膜尿素（44-0-0），植物油聚氨酯包膜工藝產(chǎn)品；Jcam Agri株式會社生產(chǎn)的Meister包膜尿素（41-0-0），光降解樹脂與天然礦粉的包裹涂層型產(chǎn)品；中國-阿拉伯化肥有限公司生產(chǎn)的SACF 15-15-15、18-15-15硝基氯型復(fù)合肥。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1養(yǎng)分溶出檢測

包膜緩釋肥料的養(yǎng)分溶出評價(jià)手段，主要包括水培法和土培法兩種［1］。

1） 水培法 稱取供試肥料樣品10.00 g，置于尼龍網(wǎng)袋中浸入200 mL凈水中，于25 ℃培養(yǎng)。定期取出樣品，并重新用200 mL凈水繼續(xù)浸泡。測定浸提液N含量，計(jì)算N溶出率、養(yǎng)分釋放期（養(yǎng)分溶出率達(dá)80%的天數(shù)）。

2） 土培法 稱取2.00 g肥料樣品若干份，放入1 mm網(wǎng)格的扁平尼龍網(wǎng)袋中，封口。在敞口塑料瓶中加入過1 mm篩的風(fēng)干土150 g，將肥包平放于土層上方，并盡量使化肥顆粒均勻分散開，然后再加入風(fēng)干土150 g，輕震樣品瓶使土粒進(jìn)入肥料顆粒之間，加凈水至田間持水量的60%，并定期補(bǔ)水以保持水分恒定，25 ℃培養(yǎng)。定期取樣，肥包取出后用凈水沖洗干凈，拆包后將肥粒倒入研缽中，小心研碎，再用凈水充分溶解，測定浸提液的N含量。計(jì)算出肥料中的殘留N含量，并用差減法計(jì)算N溶出率。

1.2.2田間試驗(yàn)田間試驗(yàn)作物為水稻，分為小區(qū)試驗(yàn)和田間示范2種。小區(qū)試驗(yàn)3次重復(fù)，田間示范不設(shè)重復(fù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 包膜尿素養(yǎng)分溶出

圖1 SACF包膜尿素與Meister包膜尿素養(yǎng)分溶出對比

這兩種包膜尿素的養(yǎng)分溶出對比見圖1。測試所用的Meister包膜尿素由Meister 8型（直線型釋放產(chǎn)品，牌號標(biāo)識土壤25 ℃養(yǎng)分釋放期（溶出率達(dá)80%的天數(shù)）約50 d）與Meister S9型（S型釋放產(chǎn)品，牌號標(biāo)識土壤25 ℃養(yǎng)分釋放期約65 d）按一定比例摻混而成。由圖1a.可見，SACF包膜尿素水培養(yǎng)分釋放為直線型，25 ℃養(yǎng)分釋放期約為66 d；而Meister包膜尿素水培養(yǎng)分釋放略呈現(xiàn)S型，25 ℃養(yǎng)分釋放期約為55 d。由圖1b.可見，在土中培養(yǎng)情況下，SACF包膜尿素養(yǎng)分釋放為直線型，25 ℃養(yǎng)分釋放期約為68 d；而Meister包膜尿素土培養(yǎng)分釋放略呈現(xiàn)S型，25 ℃養(yǎng)分釋放期約為63 d。

水培法簡單易行，重現(xiàn)性好，但沒有涉及膜層周圍土壤微環(huán)境對養(yǎng)分溶出與膜層結(jié)構(gòu)的影響。包膜肥料最終是要施用到土壤中的，在土壤中的養(yǎng)分緩釋性能如何才是最真實(shí)和有價(jià)值的。對于某些膜材，如EVA（乙烯共聚物）蠟涂層是一種良好的包膜阻水材料［2］，但因?yàn)橄灥男》肿有阅?，很容易在土壤微生物作用下發(fā)生降解，進(jìn)而造成土培法養(yǎng)分溶出數(shù)據(jù)明顯快于水培法的情況。

圖1a.與圖1b.對比可知，這兩種包膜尿素在凈水和土壤介質(zhì)中的養(yǎng)分溶出曲線基本一致，這表明膜層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，養(yǎng)分溶出不受土壤微觀環(huán)境的影響。只是Meister包膜尿素在土壤中的養(yǎng)分釋放期較凈水中由55 d延長到63 d，這可能與該包膜尿素在土壤中的養(yǎng)分?jǐn)U散速度較水中更慢有關(guān)。

Jcam Agri株式會社對包膜尿素的養(yǎng)分檢測是將包膜尿素混入土壤中，定溫定濕培養(yǎng)，然后肥土分離測定肥芯中的氮含量，進(jìn)而繪制溶出模擬曲線，因此Meister包膜尿素的標(biāo)識養(yǎng)分溶出數(shù)值全部是土壤介質(zhì)的，這一點(diǎn)值得我們借鑒。

2.2 包膜材料的再生性與可降解性

隨著包膜緩釋肥料在農(nóng)業(yè)上應(yīng)用增多，對包膜材料的環(huán)保性與降解性的關(guān)注度也日益增加。在歐盟，特種肥料產(chǎn)品在監(jiān)管層面受到越來越多的審查，新版《歐洲肥料法規(guī)》（2019年7月簽署）要求，從2024年7月起包膜控釋肥料中使用的聚合物必須是可生物降解的，且在所要求的化肥產(chǎn)品功能期結(jié)束后48個(gè)月內(nèi)至少90%降解為二氧化碳、水和生物質(zhì)［3］。目前，我國對樹脂包膜肥料膜材的降解性及其降解產(chǎn)物的關(guān)注有所增多，但依然停留在初級層次，這需要引起研究者和相關(guān)企業(yè)的重視。

SACF包膜尿素采用的是天然植物油聚氨酯包膜技術(shù)，膜材的生物降解測試曲線（采用受控推肥法（GB/T 19277—2003））見圖2。由圖2可見，42 d時(shí)，膜材降解率超過了15%，因此該植物油基聚氨酯膜材是有一定降解性的（參考HJ/T 209—2005，要求生物降解型膜包裝制品降解率≥15%）。

圖2 SACF包膜尿素膜材生物降解性能

日本Meister包膜尿素膜材是光降解樹脂與天然礦粉的混合物，其在耕作等的外壓與陽光的照射下，逐漸龜裂并破裂化，最終在土壤微生物的作用下降解為一氧化碳和水，因此具有較好的降解性。

2.3 兩種包膜尿素在水稻上的肥效驗(yàn)證

供試水稻品種為五優(yōu)稻4號，試驗(yàn)地點(diǎn)在黑龍江省五常市安家鎮(zhèn)。土壤類型為黑土型水稻土，肥力中等，供試土壤基本理化性質(zhì)見表1。

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)

2.3.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

小區(qū)試驗(yàn)設(shè)3個(gè)處理，面積50 m2，3次重復(fù)，耙地前施肥，手工插秧，株距為32 cm×20 cm。示范試驗(yàn)設(shè)3個(gè)處理，面積200 m2，不設(shè)重復(fù)，耙地后施肥，其他同小區(qū)試驗(yàn)。各處理施肥方案見表2，遵循667 m2（畝）施純氮8 kg的原則，肥料均一次性底施，栽培技術(shù)和田間管理措施一致。

表2 包膜尿素水稻田間試驗(yàn)施肥說明

2.3.2田間試驗(yàn)結(jié)果與分析

不同處理的水稻生育期見表3。

由表3可以看出，處理2和處理3分蘗期、抽穗期、成熟期較處理1早1～2 d。并且從田間長勢觀察來看，處理2和處理3整個(gè)生育期生長旺盛，根系多，葉片肥厚，莖稈粗壯，均為活稈成熟，整個(gè)生育期無脫肥現(xiàn)象，特別是處理3長勢更旺。

小區(qū)田間試驗(yàn)結(jié)果見表4，示范試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表4 不同包膜緩釋肥處理小區(qū)試驗(yàn)結(jié)果

表5 不同包膜緩釋肥處理示范試驗(yàn)結(jié)果

由表4和表5可以看出，處理2（SACF包膜尿素）和處理3（Meister包膜尿素）產(chǎn)量明顯高于處理1（參照），其中小區(qū)試驗(yàn)分別增產(chǎn)18.8%和23.2%；示范試驗(yàn)分別增產(chǎn)20.9%和25.0%。同時(shí)包膜緩釋肥處理的實(shí)粒數(shù)和穴穗數(shù)明顯高于處理1（參照），這表明緩釋肥處理2和3氮素供應(yīng)更充足，田間長勢也很好地驗(yàn)證了一點(diǎn)，因此包膜緩釋尿素在水稻上具有較好的應(yīng)用前景。另外，小區(qū)試驗(yàn)和示范處理均是處理3（Meister包膜尿素）的增產(chǎn)效果略好于處理2（SACF包膜尿素），增產(chǎn)幅度在3%～4%，這表明Meister包膜尿素的氮素養(yǎng)分釋放與水稻的需氮規(guī)律更吻合，這可能與其S型養(yǎng)分釋放曲線有關(guān)。

3 結(jié)論

SACF包膜尿素溶出曲線為直線型，Meister包膜尿素溶出曲線略呈現(xiàn)S型，凈水介質(zhì)中養(yǎng)分釋放期分別為66 d和55 d，兩種包膜尿素在土壤中的養(yǎng)分釋放期分別為68 d和63 d；水培法與土培法養(yǎng)分釋放數(shù)據(jù)基本一致，膜層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，養(yǎng)分溶出不受土壤微觀環(huán)境的影響。

兩種工藝包膜尿素在水稻上的田間肥效對比試驗(yàn)表明，與對照處理相比，SACF包膜尿素和Meister包膜尿素小區(qū)試驗(yàn)分別增產(chǎn)18.8%和23.2%，示范試驗(yàn)分別增產(chǎn)20.9%和25.0%，增產(chǎn)顯著。