以果皮為基質(zhì)的緩釋氮肥釋放特征研究

雷明馨　趙仕林

摘要：緩釋肥料可提高氮肥利用率，節(jié)省用肥量，減少常規(guī)施肥所造成的環(huán)境污染和經(jīng)濟(jì)損失。目前市場銷售的緩釋肥料普遍價格偏高，不適于大田作物栽培。果皮一般被作為農(nóng)業(yè)廢棄物，價格低廉，果皮中含有豐富的有機(jī)物質(zhì)，用柚子皮作為基質(zhì)與氮肥混合制備的基質(zhì)氮肥，初期溶出率低于40%，28d累積溶出率低于80%，與氮肥（氨水）相比，其養(yǎng)分釋放曲線明顯上升較緩慢，通過淋洗，其養(yǎng)分損失2周（14d）內(nèi)均未超過80%。

關(guān)鍵詞：緩釋肥料；基質(zhì)；果皮；養(yǎng)分釋放

中圖分類號：P303.4

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

化肥是我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最重要的生產(chǎn)資料之一，其中氮肥占了化肥施用總量的一半以上。然而常規(guī)氮肥的當(dāng)季利用率普遍低下，約超過40%的當(dāng)季施用氮肥通過氣態(tài)、淋洗和徑流損失，且進(jìn)入環(huán)境后造成溫室氣體、水體富營養(yǎng)化等嚴(yán)重的環(huán)境污染，也造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。緩，控釋肥料可提高氮肥利用率60-80%，節(jié)省用肥量20-40%。目前，我國在緩，控釋肥料的生產(chǎn)、施用方面主要跟蹤美國、日本等國家的研究技術(shù)，各緩釋肥料品種價格偏高，一般用于高爾夫球場、草坪、苗圃等非農(nóng)業(yè)市場，無法廣泛用于大田作物栽培。

1.材料和方法

1.1材料

1.1.1基質(zhì)

柚子食用時剝除的果皮，晾干，粉碎，過60目篩。

1.1.2試劑

25-28%濃氨水，40%甲醛，98%濃硫酸，2%硼酸，40%氫氧化鈉，定氮指示劑，催化劑，0.1013mol/L鹽酸。

1.1.3供試土壤

采集成都市溫江區(qū)成都農(nóng)業(yè)科技職業(yè)學(xué)院實(shí)驗(yàn)基地內(nèi)的土壤，壓碎、過篩后制成風(fēng)干土樣，用凱氏定氮法測定其全氮含量為1.56g/kg，，

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1基質(zhì)氮肥制作

稱取果皮粉末60g通過加入不同比例的濃氨水和甲醛作三個處理，將加入試劑的基質(zhì)攪拌均勻，密封，常溫下放置24h，得到果凍狀產(chǎn)品，分別記為SRFl，SRF2，SRF3。其中SRFl為基質(zhì)加200mL濃氨水；SRF2為基質(zhì)加200mL濃氨水和50mL40%甲醛（氨水密度為0.907g/mL，甲醛密度為1.083g/mL，兩者物質(zhì)的量之比為氨水：甲醛=1.8：1）；SRF3為基質(zhì)加200mL濃氨水和100 mL 40%甲醛（兩者物質(zhì)的量之比為氨水：甲醛=0.9：1）。

1.22肥料緩釋效果評價

（1）水溶法。通過研究肥料在水中的溶出特性，評價其速效養(yǎng)分的釋放效果。

稱取一定量（15g）的基質(zhì)肥料，用100目濾布包裹后放入玻璃瓶瓶中，加200ml蒸餾水浸泡，略作震蕩后，密封瓶口，放入25°C恒溫箱中培養(yǎng)24小時。24h后，倒出浸泡液體，測其氮含量，計(jì)算初期溶出率。每個處理重復(fù)三次。

初期溶出率（%）=第一天浸出液的氮含量，樣品氮含量×100

繼續(xù)向瓶中加200mL蒸餾水浸泡肥料，密封后放人25℃恒溫箱中培養(yǎng)24小時。1d后倒出浸泡液體，測其氮含量，計(jì)算微分溶出率。同樣的方法，分別于2，4，6，8，10，14，21，28 d后，倒出浸泡液體，測其氮含量，計(jì)算微分溶出率及累積溶出率。每個處理重復(fù)三次。

微分溶出率（%）=浸泡液中氮含量，（樣品氮含量×浸泡天數(shù)）×100

累積溶出率（%）=第1天微分溶出率+第n天微分溶出率（即將每次測得的微分溶出率相加）

（2）土柱淋溶法。取5cm×20cm的PVC管，用200目濾布封底口。按加入N5g/kg左右的量，將3種基質(zhì)肥和氨水分別與60克風(fēng)干土混合均勻。向PVC管內(nèi)依次裝入砂10g，肥土混合物（模擬耕層容重按1.3∥cm^{-3裝入），上面蓋一張濾紙，以防加水后土的浸出。緩慢加入約25ml左右蒸餾水，讓土壤充分潤濕。將土柱培養(yǎng)24小時。依照所加基質(zhì)肥的類別，三個處理分別記為SRFl，SRF2，SRF3，每個處理重復(fù)三次。另外按照同樣的N含量，用氨水與風(fēng)干土混合，作為對照處理，記為CK。并在1支土柱中只裝土不加肥，作為空白對照。24h后，向每支土柱迅速加入50ml蒸餾水，用漏斗導(dǎo)人100ml容量瓶，收集24h后，取下容量瓶定容，測第1d淋洗液含氮量。然后用保鮮膜包裹土柱上端封口，培養(yǎng)24h，再淋水、收集淋洗液、測第2d含氮量。之后用相同方法測第4，6，8，10，12，14，16，18，20，22，24，26，28 d淋洗液含氮量。計(jì)算養(yǎng)分累積淋失率。}

養(yǎng)分淋失率（%）=淋洗液氮含量/樣品氮含量

養(yǎng)分累積淋失率（%）=第1天養(yǎng)分淋失率+第n天養(yǎng)分淋失率（即將每次測得的養(yǎng)分淋失率相加）

2.結(jié)果與分析

2.1初期溶出率

三種處理SRFl，SRF2，SRF3的初期溶出率均較?。ㄒ姳?），都小于40%（國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定緩釋肥料的初期溶出率應(yīng)小于40%）。其中SRF3的初期溶出率最小，為10.33%，這個處理的氨一醛比為0.9：1，接近理論反應(yīng)比例1：1，所以氨被甲醛固定的較充分，可溶于水的游離態(tài)氨比其它兩個處理少。

2.2微分溶出率及累積溶出率

三種處理的微分溶出率曲線表現(xiàn)一致（見圖1），均在第1天達(dá)到最大，從第4天開始迅速減小。在其后的時間里，溶出速率非常緩慢（數(shù)據(jù)見表2）。

2.3累積溶出率

三種處理的累積溶出量均不大（見表3），28d時的累積溶出率遠(yuǎn)未到達(dá)80%（國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定緩釋肥料的28d累積養(yǎng)分溶出率應(yīng)小于80%）。從累積溶出率曲線可以看出（見圖2），頭三天的溶出量增加迅速，之后增加速率趨于平行。

通過以上對水溶法測出的初期溶出率、微分溶出率和累積溶出率的分析，可知經(jīng)過與基質(zhì)的復(fù)雜生化反應(yīng)過程，氨氮被較好地固定，基質(zhì)肥有較明顯的緩釋效果，其中SRF3較為突出。

2.3養(yǎng)分淋失率及累積淋失率

肥料在水中的溶出率只能簡單地評價基質(zhì)肥中速效養(yǎng)分的緩釋效果，而肥料施入土壤后，其成分可能因和土壤膠粒、土壤礦物質(zhì)、土壤微生物等發(fā)生化學(xué)、物理以及生物方面的變化，從而使氮素被吸附、固定、吸收在土壤中，水中溶出率較差的肥料，其土壤淋失率和實(shí)際肥效并不一定很差。通過土柱試驗(yàn)，讓肥料和土壤接觸，進(jìn)一步評價其緩釋效果。

表4是SRFl，SRF2，SRF3三個處理和對照樣CK在28 d的養(yǎng)分淋失率。CK在24h的氮素?fù)p失已接近80%，而三種基質(zhì)肥的養(yǎng)分淋失率大大低于CK，其中SRFl與CK的不同僅在于是否與基質(zhì)混合，對比兩者24h的淋失率，可以看出SRFl的養(yǎng)分釋放量明顯比CK少（圖3），至28d其淋失率才低于1%，養(yǎng)分釋放期較長。說明通過添加基質(zhì)，可以較好地吸附和固定氮素。而SRF3的24h養(yǎng)分淋失率為5.10%（≤15%），在三種基質(zhì)肥中對氮素的固定作用更加明顯，說明通過加人一定比例的醛，利用醛和氨的化合作用可以幫助易損失的氮進(jìn)行轉(zhuǎn)化，減少淋失。

對比圖4的累積淋失率曲線圖中三種基質(zhì)肥與CK的釋放曲線，可以看出，直接將氨水加入土柱中進(jìn)行淋洗，氮素的損失速率非?？欤降?天時已經(jīng)基本損失殆盡。而三種基質(zhì)肥的損失速率明顯比較緩慢，SRFl淋洗至14d時氮素?fù)p失超過80%，SRF2淋洗至26 d時氮素?fù)p失超過80%，SRF3淋洗至28天時氮素?fù)p失仍未超過80%。

3.結(jié)論與討論

從水溶法和土柱法的試驗(yàn)結(jié)果來看，將易溶、易淋失、易揮發(fā)的氨水與粉狀果皮基質(zhì)混合后，氮素在水環(huán)境和土壤環(huán)境中的損失速率都明顯減緩，說明以果皮為基質(zhì)與氮肥混合制備緩釋肥料具有可行性。這應(yīng)該與作為基質(zhì)的果皮的成分有關(guān)系。試驗(yàn)所選用的果皮為柚子皮，有研究表明，柚子皮中含有豐富的黃酮類化合物柚皮苷，這種多酚結(jié)構(gòu)可以固定部分氨；并且柚子果皮的白色層中含有豐富的果膠，這種弱酸性多糖也具有很好的氨固定作用；而烘干后粉碎成粉末的果皮，表面積大大增加，對氨的吸附作用也隨之增大。所以，作為基質(zhì)存在的果皮在氨的固定方面發(fā)揮作用，減緩了氨在水中及土壤中的釋放速率。

三種處理中有兩種還分別加了不同量的甲醛，從試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對比可以得出，基質(zhì)肥中加入一定量的醛可以優(yōu)化其緩釋效果，加入醛的量較大，則緩釋效果較優(yōu)。其原因可能是與甲醛和氨的化學(xué)反應(yīng)有關(guān)，這兩者反應(yīng)生成六次甲基四胺，將揮發(fā)性的氨氮迅速轉(zhuǎn)化，減少了未被基質(zhì)固定的游離氨的散逸，且六次甲基四胺呈弱堿性，與果皮中的酸性物質(zhì)中和，可以使氮素被進(jìn)一步固定；另外，氨水和甲醛溶液中的水分可能使果膠部分水解，形成具有膠凝作用的物質(zhì)，基質(zhì)肥呈果凍狀應(yīng)是這個變化的體現(xiàn)，這使得可溶于水的氮素被更好地固定，表現(xiàn)為在水中的釋放率明顯減緩。