春茶緩釋復(fù)混肥的制備及其緩釋效應(yīng)室內(nèi)模擬

王 穎, 許美真, 顏桂煬,3, 劉 偉, 黃 希

(1.寧德師范學(xué)院化學(xué)系，福建 寧德 352100；2.福建師范大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，福建 福州 350007；3.綠色能源與環(huán)境催化福建省高等學(xué)校重點實驗室，福建 寧德 352100)

春茶緩釋復(fù)混肥的制備及其緩釋效應(yīng)室內(nèi)模擬

王 穎1, 許美真2, 顏桂煬1,3, 劉 偉1, 黃 希1

(1.寧德師范學(xué)院化學(xué)系，福建 寧德 352100；2.福建師范大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，福建 福州 350007；3.綠色能源與環(huán)境催化福建省高等學(xué)校重點實驗室，福建 寧德 352100)

分別以鉀長石為原料所合成的13X分子篩和4A分子篩為緩釋載體，將其與能提供氮源、鉀源及磷源的肥料復(fù)混，輔以粘結(jié)劑，制得3種適合早春茶葉施用的緩釋沸石復(fù)混肥。采用傳統(tǒng)的水浸泡法對所制備的3種沸石復(fù)混肥進(jìn)行初步的緩釋效應(yīng)評價。結(jié)果表明，2種分子篩對肥料均有一定的緩釋作用,可作為肥料的緩釋載體；所得3種沸石復(fù)混肥都具有一定的緩釋效應(yīng)，其中以13X分子篩為載體的沸石復(fù)混肥Ⅰ緩釋效果最佳，在養(yǎng)分釋放速率上達(dá)到了國家標(biāo)準(zhǔn)，可在早春茶葉萌芽前施用。

春茶; 沸石復(fù)混肥; 緩釋載體; 養(yǎng)分釋放量; 緩釋效應(yīng)

沸石分子篩的晶體結(jié)構(gòu)是由硅(鋁)氧四面體連成的三維空間格架，格架中有很多空腔和孔道，使得分子篩具有良好吸附性能及陽離子交換能力，可用于緩釋材料的制備[4-5]。本試驗以鉀長石合成的13X分子篩及4A分子篩為緩釋載體，配以能提供氮源、鉀源及磷源的肥料復(fù)混，輔以粘結(jié)劑，制備具有一定緩釋效應(yīng)且針對春茶施用的沸石顆粒復(fù)混肥，并采用傳統(tǒng)水浸泡法[6]初步評價其緩釋效應(yīng)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選用CO(NH2)2、(NH4)2SO4、(NH4)2HPO4、Ca(H2PO4)2、K2SO4為肥料，13X分子篩及4A分子篩為緩釋載體，甲基纖維素為造粒粘結(jié)劑(將甲基纖維素加入沸水中，邊加邊攪拌，制成0.18 g·mL-1的甲基纖維素溶液，即造粒粘結(jié)劑)。采用ZL-10型圓盤造粒機(jī)進(jìn)行肥料造粒。

1.2 試驗方法

1.2.1 沸石緩釋復(fù)混肥的制備 根據(jù)春茶的需肥特性[7]，本試驗以N∶P2O5∶K2O=12∶10∶10為春茶緩釋復(fù)混肥。以13X分子篩為緩釋載體制成沸石顆粒復(fù)混肥Ⅰ(載體含量為25%)、沸石顆粒復(fù)混肥Ⅱ(載體含量為14.3%)及以4A分子篩為緩釋載體制成沸石顆粒復(fù)混肥Ⅲ(載體含量為25%)。將分子篩粉與CO(NH2)2、K2SO4、(NH4)2HPO4、Ca(H2PO4)2、(NH4)2SO4均勻混合，并加入一定量的粘結(jié)劑，于圓盤造粒機(jī)造粒。造粒后將顆粒置于110 ℃烘箱中干燥3 h，即制成沸石緩釋復(fù)混肥。具體配方見表1。

表1 沸石緩釋復(fù)混肥配方1)

1)復(fù)混肥Ⅰ：載體含量為25%的13X分子篩；復(fù)混肥Ⅱ：載體含量為14.3%的13X分子篩；復(fù)混肥Ⅲ：載體含量為25%的4A分子篩。

1.2.2 沸石緩釋復(fù)混肥緩釋性能的評價 緩釋肥料的養(yǎng)分釋放特性是評價肥料質(zhì)量的重要依據(jù)[8]。對緩釋肥料的養(yǎng)分緩釋評價，國內(nèi)外已有一定的研究，但并沒有統(tǒng)一的方法[8-11]。靜水溶出率法[11]操作簡單、可靠，是當(dāng)前常用的方法之一。

本試驗應(yīng)用靜水溶出率法計算初期養(yǎng)分釋放率和累積養(yǎng)分釋放率，從而對自制復(fù)混肥的質(zhì)量進(jìn)行初步評價。其計算公式如下[12]。

稱取5 g的沸石顆粒復(fù)混肥加入100 g蒸餾水中，25 ℃恒溫下分別浸泡1、7、28 d后，取浸泡液，測定溶液中N、P、K含量，平行實驗3次，結(jié)果取平均值。其中N、P、K含量的相對平均偏差分別為0.3%、0.2%、0.2%。

2 結(jié)果與分析

將3種元素含量的測定結(jié)果進(jìn)行換算，得到3種沸石復(fù)混肥中N、P2O5、K2O的累計釋放率(圖1)。由圖1可知，隨著靜置時間的推移，復(fù)混肥中水溶出的養(yǎng)分逐漸增加，且3種復(fù)混肥的N、P、K含量在相同單位時間的釋放量明顯減小，說明所制備的3種沸石顆粒復(fù)混肥具有一定的緩釋效應(yīng)，其中沸石復(fù)混肥Ⅰ的N元素含量初期養(yǎng)分釋放量小于15%，28 d養(yǎng)分釋放量小于80%且預(yù)計累計釋放量大于80%，在養(yǎng)分釋放速率上達(dá)到了國家標(biāo)準(zhǔn)[13]。3種沸石復(fù)混肥釋放率均呈現(xiàn)先較快升高后逐漸減緩的趨勢。其中，載體含量較高的復(fù)混肥Ⅰ的3種養(yǎng)分釋放率均低于載體含量略低的復(fù)混肥Ⅱ，表明一定范圍內(nèi)，同種緩釋載體但載體含量不同的復(fù)混肥，其載體含量越高，緩釋性能越好。這是由于在一定閾值內(nèi)，同類型的分子篩使用的載體量越大則孔道越多，吸附養(yǎng)分量也越多，從而更加有效地控制了養(yǎng)分的釋放速率。載體含量相同的13X分子篩載體復(fù)合肥Ⅰ的3種養(yǎng)分釋放量均小于以4A分子篩為載體的復(fù)合肥Ⅲ，且對比7和28 d的累計釋放量的曲線斜率可知，復(fù)混肥Ⅰ所得曲線斜率均小于復(fù)混肥Ⅱ，即13X分子篩為載體的復(fù)混肥對肥料的緩釋能力更強(qiáng)，這可能是由于13X分子篩的孔徑一般大于4A分子篩[14-15]，其孔道和孔穴容量較大，因此13X分子篩對肥料的吸附、交換能力及緩釋性能更強(qiáng)。

A.N;B.P2O5;C.K2O。

3 結(jié)論與展望

本研究表明，以鉀長石為原料所制備的沸石分子篩可用作肥料的緩釋載體，其中13X分子篩載體的緩釋性能優(yōu)于4A分子篩，以13X分子篩作為載體所制得的緩釋復(fù)混肥Ⅰ緩釋效果最佳，在養(yǎng)分釋放速率上初步達(dá)到了國家標(biāo)準(zhǔn)，可在早春茶葉萌芽前施用。當(dāng)前，國內(nèi)對沸石顆粒復(fù)混肥的研究尚處于初級階段，這一研究成果為春茶肥料的生產(chǎn)提供了新思路。

近年來，我國茶樹施肥正向平衡、穩(wěn)效、長效方向發(fā)展。因此，施用緩釋復(fù)混肥不僅是我國茶樹施肥的趨勢，而且具有提高茶葉品質(zhì)，節(jié)省施肥次數(shù)等優(yōu)點。我國南方盛產(chǎn)茶葉，而南方許多省份的春季是典型的多雨季節(jié)，雨水沖刷不利于茶樹對普通化肥的吸收，緩釋復(fù)混肥的利用大大改善了這一問題，但目前所制備的緩釋復(fù)混肥效果還不甚理想。沸石分子篩基型緩釋肥對不同養(yǎng)分(N、P2O5、K2O)釋放機(jī)制不同，是由于陽離子交換作用導(dǎo)致沸石對N和K具有緩釋作用[15]，但對P的釋放機(jī)制仍有待進(jìn)一步研究。因此，未來應(yīng)深入研究其釋放機(jī)理，期望能制備出符合不同地區(qū)、土壤類型、茶葉品種施用的沸石顆粒緩釋復(fù)混肥，并能根據(jù)不同作物在不同生長期對N、P、K等養(yǎng)分的不同需求，制備出養(yǎng)分的釋放特性與作物的需肥情況盡量接近的理想沸石緩釋復(fù)混肥，從而具備更有效的作物增產(chǎn)效應(yīng)[16-18]。

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(責(zé)任編輯:張云燕)

Preparation of slow-release compound fertilizer of spring tea and evaluation of its slow-release effect of indoor simulation

WANG Ying1, XU Mei-zhen2, YAN Gui-yang1,3, LIU Wei1, HUANG Xi1

(1.Department of Chemistry, Ningde Normal University, Ningde, Fujian 352100, China; 2.College of Chemistry and Chemical Engineering, Fujian Normal University, Fuzhou, Fujian 350007, China; 3.Fujian Province University Key Laboratory of Green Energy and Environment Catalysis, Ningde Normal University, Ningde, Fujian 352100, China)

The 13X and 4A molecular sieves synthesized by potassium feldspar as were regarded as slow-release carriers, then the fertilizers of nitrogen, potassium and phosphorus were compounded with it, and binders were added in the compound fertilizer. Thereby, three kinds of slow-releasable zeolite-based fertilizer were produced for early spring tea. The traditional water-soaked method was used to evaluate the slow-release effect preliminary about the three zeolite-based compound fertilizers. Two kinds of molecular sieve carrier possessed a slow-release ability for fertilizers, all the three kinds of compound fertilizer had slow-release effect. The fertilizer No.1 assumed the best slow-release effect, and the carrier was 13X zeolite molecular sieve in it. The fertilizer No.1 reached the national standard basically. It can be used for spring tea at embryonic stage. The 13X and 4A molecular sieves that synthesized by potassium feldsparas were regarded as slow-release carriers, then the fertilizers of nitrogen, potassium and phosphorus were compounded with it, and binders were added in the compound fertilizer. Thereby, three kinds of slow-releasable zeolite-base fertilizer were produced for early spring tea. The traditional water-soaked method was used to evaluate the slow-release effect preliminary about the three zeolite-base compound fertilizers. The results showed, two kinds of molecular sieve carrier possessed a slow-release ability for fertilizers, the three kinds of compound fertilizer had slow-release effect all. The fertilizer No.1 assumed the best slow-release effect, and the carrier was 13X zeolite molecular sieve in it. The fertilizer No.1 reached the national standard basically. It can be used for spring tea in embryonic stage.

spring tea; zeolite-based compound fertilizer; slow-release carrier; nutrient release; slow-release effect

2015-05-09

福建省科技廳產(chǎn)學(xué)合作重大項目(2013H6006)；福建省教育廳科技項目(JA13329)；寧德市科技局項目(20130125)；寧德師范學(xué)院青年專項基金(2014Q40)；國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目(201410398011)。

王穎(1989-)，女，講師，碩士。研究方向：無機(jī)材料。Email:wy891203@163.com。通訊作者顏桂煬(1971-)，男，教授，碩士生導(dǎo)師。研究方向：無機(jī)新材料、催化化學(xué)。Email：ygyfjnu@163.com。

TQ449+.1

A

1673-0925(2015)03-0194-04

10.13321/j.cnki.subtrop.agric.res.2015.03.011