馬尾松袋控緩釋肥中氮素的釋放特性研究

潘 波，蔣 華，羅 蜜，梁乃鵬，曹繼釗，唐 健，鄧小軍

（1.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院，廣西南寧 530002；2.全州縣咸水林場(chǎng)，廣西全州 541511；3.北京林業(yè)大學(xué)，北京 100083；4.廣西壯族自治區(qū)國(guó)有維都林場(chǎng)，廣西來(lái)賓 546100）

目前，林木施肥費(fèi)時(shí)費(fèi)工等問(wèn)題較突出；林木肥料以速效性為主，通常情況下，傳統(tǒng)施肥2 個(gè)月后，肥料中90%以上的氮和鉀元素通過(guò)隨水流失、地面揮發(fā)和地下滲透等途徑被消耗，75%以上的磷元素也會(huì)在3 個(gè)月內(nèi)被土壤固定，難以持續(xù)供給植物養(yǎng)分[1-4]。研制高質(zhì)、高效且生態(tài)環(huán)保的新型肥料是提高肥料利用率的重點(diǎn)，其中緩控釋肥已成為肥料創(chuàng)新研究和技術(shù)革新的熱點(diǎn)[5-9]。本研究通過(guò)盆栽埋袋釋放試驗(yàn)，研究不同馬尾松袋控緩釋肥中養(yǎng)分的釋放特性和流失情況，可為減少肥料流失率、提高林木產(chǎn)量和品質(zhì)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用肥料為3 種馬尾松袋控緩釋肥和1 種馬尾松專用肥。4 種復(fù)合肥料的原料氮肥均為尿素（N），磷肥均為鈣鎂磷肥（P2O5），鉀肥均為氯化鉀（K2O），N∶P2O5∶K2O 均為16∶6∶10。3 種馬尾松袋控緩釋肥料采用的是獲得國(guó)家專利的復(fù)層材料袋包，3 者的區(qū)別為袋包材料配方不同；馬尾松專用肥料采用的是100 目尼龍網(wǎng)袋封裝，為普通復(fù)混肥料[10]。

供試的1年生馬尾松苗由廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院培育，各植株生長(zhǎng)基本一致，無(wú)病蟲(chóng)害，根系發(fā)育良好，已達(dá)到出圃要求。供試容器為塑料花盆，內(nèi)徑為28 cm，高為35 cm[10]。

在廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院試驗(yàn)基地（108°21'E，22°55'N）開(kāi)展盆栽試驗(yàn)。所用土壤為紅壤基質(zhì)，有機(jī)質(zhì)含量為12.56 g/kg，pH 值為4.50，堿解氮含量為148.7 mg/kg，有效磷含量為1.2 mg/kg，速效鉀含量為34.0 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

試驗(yàn)共設(shè)置4 組，使用的肥料均為20 g。其中，F(xiàn)1、F2 和F3 分別為3 種不同馬尾松袋控緩釋肥，F(xiàn)4為馬尾松專用肥。將處理好的小袋肥料（10 g/袋）施入土壤，再覆蓋一層約3 cm 的厚細(xì)土，定植1 棵植株，每盆裝土8 kg，施2 袋肥料。每組試驗(yàn)設(shè)置5個(gè)處理，3 次重復(fù)。盆底部設(shè)有接水容器，用于接收滲透水。種植后每3 ～6 天澆水1 次，澆水量為400 mL，取樣前1 天澆水600 mL。共采樣6 次，分別為試驗(yàn)開(kāi)始后的第47、99、175、279、354 和447天，收集每個(gè)盆栽的土壤、肥料、植株和水樣品，進(jìn)行檢測(cè)與分析。

1.3 樣品采集

準(zhǔn)備干凈的塑料布和塑封袋。采樣時(shí)，將盆栽中的基質(zhì)全部倒在塑料布上，采用四分法取多于1 kg 的土壤裝入塑封袋中，并做好記錄。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，將土壤風(fēng)干并研磨過(guò)1 mm 孔徑的篩子，封裝備用。

用去離子水將植株樣本洗凈，切碎烘干48 h，磨細(xì)過(guò)篩，備用。

采樣時(shí)，量取接水容器中水溶液的總體積，并做好記錄。過(guò)濾后，量取約200 mL的水溶液裝入塑料瓶中，密封保存，備用[11]。

將肥料全部轉(zhuǎn)入預(yù)先稱重的稱量瓶中，60 ℃烘干，備用[12]。

1.4 測(cè)定方法

土壤各項(xiàng)理化性質(zhì)指標(biāo)采用常規(guī)方法[13]測(cè)定；采用物理稱重法[13]計(jì)算總質(zhì)量損失率；采用GB/T 23348-2009[14]中的公式計(jì)算養(yǎng)分釋放率。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 4種肥料的氮素釋放差異

4 種肥料的氮剩余量均隨著肥料施放時(shí)間的延長(zhǎng)呈L 型變化，前期下降速率快，中后期較緩慢（圖1）。F1、F2 和F3 的變化曲線差異較小，說(shuō)明不同配方制成的紙布復(fù)合材料在緩釋性能方面差異不大。F4 的下降速度較F1 、F2 和F3 快，在肥料施放的前47 天，其絕大部分氮素養(yǎng)分已釋放。說(shuō)明馬尾松袋控緩釋肥的氮養(yǎng)分釋放量遠(yuǎn)低于普通復(fù)混肥。

圖1 不同肥料的氮剩余量Fig.1 Nitrogen residue of different fertilizers

在肥料施放的前47 天，F(xiàn)1、F2 和F3 的氮累積釋放率分別為17.24%、10.91%和16.21%，F(xiàn)4的氮累積釋放率為83.63%；至肥料施放的第175 天，F(xiàn)1、F2和F3 的氮累積釋放率分別為84.11%、81.06%和68.54%，F(xiàn)4 的氮累積釋放率為98.88%，基本釋放完畢；至肥料施放的第354天，F(xiàn)1、F2和F3的氮累積釋放率分別為89.57%、92.13%和83.63%（圖2）。

圖2 不同肥料的氮累積釋放率Fig.2 Accumulative nitrogen release rate of different fertilizers

2.2 4種肥料的氮素釋放率及釋放特征

肥料養(yǎng)分釋放是各元素的集中釋放，通常用物理稱重法來(lái)測(cè)定其總重量損失率、化學(xué)法測(cè)定各養(yǎng)分元素的釋放率。本研究先用化學(xué)法測(cè)算實(shí)際的氮釋放率、物理稱重法測(cè)定肥料的總質(zhì)量損失率，然后建立兩者之間的關(guān)系模型，并進(jìn)行預(yù)測(cè)。

2.2.1 F1肥料氮釋放率及釋放特征預(yù)測(cè)模型的建立

F1 肥料中，氮累積釋放率與養(yǎng)分總質(zhì)量損失率的變化曲線見(jiàn)圖3。氮累積釋放率曲線的R2為0.833，肥料養(yǎng)分總質(zhì)量損失率曲線的R2為0.948。幼齡期馬尾松在施肥后的前47 天對(duì)氮素的吸收較少，可認(rèn)為肥料養(yǎng)分的總質(zhì)量損失率與總養(yǎng)分流失率相同。經(jīng)計(jì)算，與F4 相比，F(xiàn)1 的總養(yǎng)分流失率減少了37.18%。采用一元二次方程建立F1 肥料氮累積釋放率與總質(zhì)量損失率的關(guān)系模型（圖4），模型表達(dá)式為：

式中，x表示物理法測(cè)定的總質(zhì)量損失率，y表示化學(xué)法測(cè)定的氮累積釋放率。該模型的預(yù)計(jì)精度R2為0.992，精度較高，可滿足生產(chǎn)需求。

圖3 F1肥料氮累積釋放率與總質(zhì)量損失率的變化曲線Fig.3 Change curves of accumulative nitrogen release rate and total mass loss rate in F1 fertilizer

圖4 F1肥料氮累積釋放率與總質(zhì)量損失率的相關(guān)性曲線Fig.4 Correlation curves between accumulative nitrogen release rate and total mass loss rate in F1 fertilizer

2.2.2 F2肥料氮釋放率及釋放特征預(yù)測(cè)模型的建立

F2 肥料中，氮累積釋放率與養(yǎng)分總質(zhì)量損失率的變化曲線見(jiàn)圖5。氮累積釋放率曲線的R2為0.769，肥料養(yǎng)分總質(zhì)量損失率曲線的R2為0.879。與F4 相比，F(xiàn)2 的總養(yǎng)分流失率減少了35.63%。采用一元二次方程建立F2 肥料氮累積釋放率和總質(zhì)量損失率的關(guān)系模型（圖6），模型表達(dá)式為：

該模型的預(yù)計(jì)精度R2為0.958，精度較高，可滿足生產(chǎn)需求。

圖5 F2肥料氮累積釋放率與總質(zhì)量損失率的變化曲線Fig.5 Change curves of accumulative nitrogen release rate and total mass loss rate in F2 fertilizer

圖6 F2肥料氮累積釋放率與總質(zhì)量損失率的相關(guān)性曲線Fig.6 Correlation curves between accumulative nitrogen release rate and total mass loss rate in F2 fertilizer

2.2.3 F3肥料氮釋放率及釋放特征預(yù)測(cè)模型的建立

F3 肥料中，氮累積釋放率與養(yǎng)分總質(zhì)量損失率的變化曲線見(jiàn)圖7。氮累積釋放率曲線的R2為0.904，肥料養(yǎng)分總質(zhì)量損失率曲線的R2為0.952。與F4 相比，F(xiàn)3 的總養(yǎng)分流失率減少了37.53%。采用一元二次方程建立F3 肥料氮累積釋放率和總質(zhì)量損失率的關(guān)系模型（圖8），模型表達(dá)式為：

該模型的預(yù)計(jì)精度R2為0.961，精度較高，可滿足生產(chǎn)需求。

圖7 F3肥料氮累積釋放率與總質(zhì)量損失率的變化曲線Fig.7 Change curves of accumulative nitrogen release rate and total mass loss rate in F3 fertilizer

圖8 F3肥料氮累積釋放率與總質(zhì)量損失率的相關(guān)性曲線Fig.8 Correlation curves between nitrogen accumulative release rate and total mass loss rate in F3 fertilizer

2.2.4 F4肥料氮釋放率及釋放特征預(yù)測(cè)模型的建立

F4 肥料中，氮累積釋放率與養(yǎng)分總質(zhì)量損失率的變化曲線見(jiàn)圖9。 氮累積釋放率曲線的R2為0.692，肥料養(yǎng)分總質(zhì)量損失率曲線的R2為0.979。采用一元二次方程建立F4 肥料氮累積釋放率和總質(zhì)量損失率的關(guān)系模型（圖10），模型表達(dá)式為：

該模型的預(yù)計(jì)精度R2為0.921，精度較高。

圖9 F4肥料氮累積釋放率與總質(zhì)量損失率的變化曲線Fig.9 Correlation curves between nitrogen accumulative release rate and total mass loss rate in F3 fertilizer

圖10 F4肥料氮累積釋放率與總質(zhì)量損失率的相關(guān)性曲線Fig.10 Correlation curves between accumulative nitrogen release rate and total mass loss rate in F4 fertilizer

通過(guò)肥料總質(zhì)量損失率估算氮累積釋放率，以此來(lái)評(píng)價(jià)氮的實(shí)際累積釋放特征，該方法是可行的，其精度取決于計(jì)算值與實(shí)測(cè)值兩者的誤差。經(jīng)實(shí)測(cè)值擬合方程（圖3、5、7、9）計(jì)算，F(xiàn)1、F2、F3 和F4在肥料施放的前47天，在土壤中養(yǎng)分的總質(zhì)量損失率分別為6.70%、8.25%、6.35%和43.88%，分別將其代入相關(guān)方程，得到的氮累積釋放率分別為18.39%、14.15%、19.49%和84.81%。經(jīng)實(shí)測(cè)值擬合方程計(jì)算，在肥料施放的前47天，F(xiàn)1、F2、F3和F4四種肥料氮累積釋放率的實(shí)際值分別為17.24%、10.91%、16.21%和83.63%，兩者相對(duì)誤差分別為1.15%、3.24%、3.28%和1.18%。F1、F2 和F3 氮累積釋放率分別為89.57%、92.13%和83.63%，將其分別代入相關(guān)方程，得到的總養(yǎng)分損失率分別為28.23%、24.50%和25.35%。

3 結(jié)論與討論

埋袋處理的前47天，馬尾松袋控緩釋肥的氮流失率比普通造粒復(fù)混肥分別減少了66.39%、72.72%和67.42%，總養(yǎng)分流失率分別減少了37.18%、35.63%和37.53%。馬尾松袋控緩釋肥在施放的前47 天，其養(yǎng)分釋放速率與普通復(fù)混肥相比，明顯較慢。這可能與袋包材料中的外層牛皮紙有關(guān)，牛皮紙?jiān)谕寥乐械慕到鈺r(shí)間約為30 天，在這個(gè)時(shí)間段，肥料與土壤分離，肥料養(yǎng)分不釋放；當(dāng)牛皮紙開(kāi)始降解后，土壤中的水分透過(guò)空隙大量滲入肥料包，氮素被水分子融解后，其離子可通過(guò)非織造布上的孔隙向外滲透。袋控緩釋肥養(yǎng)分的緩慢釋放，可提高植物對(duì)有效養(yǎng)分的吸收利用，在一定程度上減少肥料養(yǎng)分的流失；普通復(fù)混肥養(yǎng)分集中且快速地釋放，增加了養(yǎng)分流失的可能性[10]。3 種馬尾松袋控緩釋肥與普通復(fù)混肥建立的預(yù)測(cè)模型[12]均精度較高，可滿足生產(chǎn)需求。