土壤水含量、溫度對松香甘油酯包膜復合肥養分釋放動力學特性的影響

施衛省，杜芳林，劉建民

（昆明理工大學 建筑與城市規劃學院，云南 昆明 650500）

目前，化肥的當季利用率較低［1］，包膜肥料由于具有養分釋放與作物需求同步、養分揮發少、淋溶少、利用率高等特點，成為肥料領域研究的熱點。包膜肥料的養分釋放取決于包膜材料類型（樹脂、聚乙烯、石蠟等［2-3］）及用量、肥料溶解性、土壤溫度、土壤水含量以及土壤中微生物活性等［4-5］。

從已有研究看［6-8］，在純水中測定包膜肥料養分溶出率，其結果并不等于包膜肥料在土壤中的養分溶出率［9-10］。因此，如何將土壤水含量、土壤溫度、包膜材料和肥料因素綜合考慮，并根據土壤水含量及土壤溫度的變化，研究其對包膜肥料養分釋放的影響，就成為研究的關鍵性問題。

松香結構的活性基團為羥基和共軛雙鍵，在催化劑（氧化鋅）的作用下與甘油發生酯化反應，可以得到松香甘油酯，松香甘油酯具有耐水等特性［11］。本研究以松香甘油酯為包膜材料制備包膜復合肥，研究土壤水含量、溫度變化對松香甘油酯包膜復合肥養分釋放動力學特性的影響，為松香甘油酯包膜復合肥的開發、利用提供理論依據。

1 松香甘油酯包膜復合肥的制備

松香甘油酯，自制；復合肥，昆明勁勛化工有限公司生產，w（N+P2O5+K2O）≥46.0%。

稱取復合肥（mo）放入包膜機，設定轉速（100 r/min）及溫度（25℃），啟動包膜機，將包膜液（松香甘油酯和滑石粉按一定比例進行混合）噴射到復合肥上，一定時間后，取出包膜復合肥，過篩，再稱量（m）。以式（1）計算包膜復合肥涂層覆蓋率，控制其在8%。

2 松香甘油酯包膜復合肥養分溶出率測定方法

供試土壤為紅壤土，取不同土壤樣品，在105℃烘箱烘干，測定土壤水含量，加水配制不同w（H2O）的實驗土壤；在溫室中（人工控溫），控制土壤的溫度變化。

用硬質塑料桶做實驗盆，規格為上口直徑45 cm、下口直徑24 cm、高30 cm，每盆裝土5 kg。包膜復合肥與紅壤土按質量比1∶5混合，然后用尼龍網包好，放置于土壤下15 cm處。

采用質量法測定養分溶出率，即每3 d測定一次包膜復合肥的質量（將松香甘油酯包膜復合肥與土壤分離），算出溶出的養分質量，計算其累積溶出率［12-13］。

3 結果與分析

3.1 土壤水含量對松香甘油酯包膜復合肥養分溶出率的影響

配制w（H2O）為20%、24%、27%、30%、33%、35%的實驗土壤，保持土壤溫度24℃。松香甘油酯包膜復合肥養分溶出率變化情況見表1。

表1 不同土壤水含量對包膜復合肥養分溶出率的影響 %

由表1可知，在0～34 d內，土壤w（H2O）為35%時，包膜復合肥養分累積溶出率最高；土壤w（H2O）為20%，其值較低。包膜復合肥養分累積溶出率在第4天出現下降，因為隨包膜復合肥吸水量增加，部分有效養分釋放量被吸收的水替代，導致第4天計算的肥料溶出養分量降低。根據累積溶出率計算公式，養分累積溶出率下降。

包膜復合肥養分累積溶出率在第1天處于快速釋放階段，由于肥料包膜缺陷引起，土壤水含量對養分釋放影響不大；第4天包膜復合肥養分累積溶出率下降到最低點，在第5天后又開始上升，其釋放速率較慢；第13天以后養分釋放速率較快，其變化曲線呈V型規律。該結果與甄英肖等［13］的研究結果相同。

3.2 土壤溫度對松香甘油酯包膜復合肥養分溶出率的影響

保持土壤w（H2O）27%，設置溫室溫度為15、18、21、24、27、30℃，進行盆栽實驗，結果見圖1。

圖1 不同土壤溫度下包膜復合肥養分累積溶出率變化

由圖1可知，在土壤溫度為24℃時，松香甘油酯包膜復合肥養分累積溶出率在前13 d變化小，從第13天至第28天累積溶出率變化較大，由2.26%增加到4.64%；在土壤溫度為30℃的情況下，松香甘油酯包膜復合肥從第13天至第28天，養分累積溶出率從2.45%增加到4.89%。故隨土壤溫度升高，松香甘油酯包膜復合肥養分累積溶出率相應增加。其原因為：土壤溫度升高，分子熱運動速率增加，養分由高濃度梯度向低濃度梯度的運動加快，養分釋放直接到達快速釋放期，這與TRENKEL M E［14］的研究結果相同。

3.3 土壤水含量與松香甘油酯包膜復合肥養分釋

放期的數學建模

包膜復合肥養分釋放速率與土壤水含量等環境因素有關。隨著實驗的進行，包膜復合肥養分溶出率速度各異，可用LOGISTIC函數模擬［14］。

在模擬時，假定不同土壤水含量下包膜復合肥NO為100%，先根據表1數據擬合公式（3）的k值，取其平均值，即為該包膜復合肥的日釋放常數。再根據包膜復合肥的日釋放常數利用公式（3）求出包膜復合肥養分釋放期t（釋放率80%）（見表2）。

表2 包膜復合肥養分釋放期與土壤水含量數學建模擬合參數（溫度24℃、重復5次）

由表2可知，包膜復合肥的日釋放常數k隨土壤w（H2O）的增大而增大；包膜復合肥的養分釋放期隨土壤w（H2O）的增大而縮短。

為定量分析包膜復合肥養分釋放期與土壤水含量的相互關系，對其進行建模。根據表2包膜復合肥養分釋放期與土壤水含量（w）數據回歸擬合，得線性方程：

r=0.99，相關性達到極相關水平。

3.4 土壤溫度與松香甘油酯包膜復合肥養分釋放期的數學建模

利用LOGISTIC函數進行模擬時，對不同土壤溫度下包膜復合肥，同樣假定NO為100%，利用圖1數據擬合k值，即為包膜復合肥的日釋放常數。再根據包膜復合肥的日釋放常數利用公式（3）求出包膜復合肥養分釋放期t（見表3）。

表3 包膜復合肥養分釋放期與土壤溫度數學建模擬合參數（w（H 2O）27%、重復5次）

從表3可知，包膜復合肥的日釋放常數k隨土壤溫度（θ）升高而增大；包膜復合肥的養分釋放期隨土壤溫度（θ）的升高而縮短。

為分析包膜復合肥養分釋放期與土壤溫度的定量關系，同樣進行建模。根據表3包膜復合肥養分釋放期（t）與土壤溫度（θ）數據，擬合方程得：

r=0.97，相關性達到極相關水平。

4 結論

松香甘油酯包膜復合肥養分累積溶出率盆栽實驗，設置6種土壤水分和6種土壤溫度，擬合包膜復合肥養分累積溶出率動力學曲線，得出以下結論：（1）土壤水含量與土壤溫度升高，松香甘油酯包膜復合肥養分累積溶出率曲線呈現上升的趨勢；松香甘油酯包膜復合肥日釋放速率隨之增大；養分釋放期隨之縮短。（2）松香甘油酯包膜復合肥養分釋放期（t）與土壤水含量（w），滿足線性關系t=287.6-3.43 w，r=0.99。（3）松香甘油酯包膜復合肥養分釋放期（t）與土壤溫度（θ），滿足線性關系t=209.6-13θ，r=0.97。