曲均峰

(中海石油化學(xué)股份有限公司 海南東方 572600)

控釋尿素氮素釋放特性及其在玉米上的應(yīng)用研究*

曲均峰

(中海石油化學(xué)股份有限公司 海南東方 572600)

采用水浸泡法對(duì)2種自制控釋尿素的養(yǎng)分溶出特性進(jìn)行了測(cè)定，同時(shí)通過(guò)大田試驗(yàn)研究了其對(duì)玉米產(chǎn)量和氮素利用率的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：控釋尿素具有較好的緩釋性能，初期氮素釋放率為2.01%和1.43%，80 d氮素累積釋放率為74.73%～80.83%；與普通尿素相比，控釋尿素能顯著提高玉米產(chǎn)量，增產(chǎn)幅度為6.2%～7.8%，氮素利用率提高9.52%～10.16%。

控釋尿素；養(yǎng)分釋放特性；玉米；氮素利用率

氮肥利用率不高是我國(guó)化肥施用中普遍存在的問(wèn)題。張福鎖等[1]根據(jù)2000—2005年試驗(yàn)資料總結(jié)提出，目前我國(guó)主要糧食作物的氮肥利用率平均為27.5%，遠(yuǎn)低于歐美國(guó)家的平均水平。為了提高作物產(chǎn)量，避免施用普通化肥帶來(lái)對(duì)土壤、環(huán)境及水體的負(fù)面影響[2]和肥料利用率低下的問(wèn)題[3]，有關(guān)單位積極開(kāi)展了相關(guān)研究。控釋肥以其減少施肥用量和施肥次數(shù)、提高肥料利用率以及減輕環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)[4]，得到了廣大科研工作者的重視。相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：施用控釋肥料可使氮素利用率提高至60%～80%；在達(dá)到相同農(nóng)作物產(chǎn)量的情況下，可減少施肥量10%～50%[5]；同等施肥量情況下，農(nóng)作物產(chǎn)量可提高6%～10%[6]。因此，控釋肥已成為化肥行業(yè)發(fā)展的主要方向之一[7- 8]。

控釋肥養(yǎng)分釋放特征的測(cè)定和評(píng)價(jià)對(duì)于控釋肥的質(zhì)量控制、市場(chǎng)規(guī)范與健康發(fā)展具有重要意義。目前，靜水浸提測(cè)定緩控釋肥養(yǎng)分釋放率及釋放期是評(píng)價(jià)其養(yǎng)分釋放特征最常用、最快速的方法，被大多數(shù)國(guó)家及企業(yè)用作緩控釋肥的生產(chǎn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和在線控制方法[9- 11]。

筆者利用植物油為主要膜材料制備2種不同包膜厚度的包膜型控釋尿素，重點(diǎn)探討了控釋尿素的養(yǎng)分釋放規(guī)律，同時(shí)通過(guò)大田試驗(yàn)研究其對(duì)玉米產(chǎn)量的影響，以期為該控釋肥料的研發(fā)和應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試肥料

控釋尿素采用植物油包膜材料、核芯肥料表面原位反應(yīng)成膜的包膜控釋技術(shù)和底側(cè)噴旋流流化包膜工藝生產(chǎn)，所選用的植物油為改性棕櫚油、改性蓖麻油、改性花生油及聚合物。具體生產(chǎn)工藝過(guò)程：植物油由流化床的底側(cè)面噴涂在流化態(tài)核芯肥料的表面，于90～120 ℃下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并形成包膜層，然后冷卻至室溫。按包膜材料用量占整個(gè)包裹肥料質(zhì)量的4%和5%的比例，共制備了2種控釋尿素，分別表示為CRU4和CRU5。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 控釋尿素在靜水中的氮素釋放率和釋放期

在實(shí)驗(yàn)室條件下，采用水浸泡法測(cè)定控釋尿素中氮素養(yǎng)分釋放情況。稱取10 g肥料裝入尼龍小網(wǎng)袋并置于300 mL密封瓶中，然后準(zhǔn)確加入250 mL去離子水，于(250±0.5) ℃的恒溫條件下，前15 d每天過(guò)濾并收集濾液，15 d后每隔3 d取樣1次。取樣時(shí)，用去離子水將網(wǎng)袋連同袋中肥料沖洗干凈后再放入密封瓶中，然后向瓶中重新加入250 mL去離子水，繼續(xù)在(250±0.5) ℃下培養(yǎng)至下一個(gè)采樣期，濾液用于測(cè)定氮素含量。培養(yǎng)期間，控釋尿素氮素釋放率參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《緩釋肥料》(GB/T 23348—2009)中規(guī)定的方法取樣測(cè)定，并計(jì)算控釋尿素的初期氮素釋放率和累積氮素釋放率。

1.2.2 大田試驗(yàn)

試驗(yàn)地點(diǎn)設(shè)在山東陵縣，土壤肥力水平中等，前茬作物為小麥。耕層土壤理化性質(zhì)：有機(jī)質(zhì)11.0 g/kg，全氮0.78 g/kg，有效磷12.3 mg/kg，速效鉀104.6 mg/kg，pH 8.5。供試玉米品種為鄭單958。

試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)處理，3次重復(fù)，小區(qū)面積均為20 m2，隨機(jī)區(qū)組排列。處理1，對(duì)照(CK)；處理2，普通尿素；處理3，CRU4；處理4，CRU5。其中：除對(duì)照(CK)不施氮肥外，其他各處理總施氮量一致，即畝(1畝=666.67 m2，下同)施氮量均為15 kg；所有處理均施用磷肥和鉀肥，畝施P2O5和K2O均為6 kg；所有肥料作為基肥于播種前施入。2013年6月8日播種，病蟲害防治和其他田間管理均按常規(guī)進(jìn)行。收獲后，每個(gè)處理隨機(jī)取10株玉米進(jìn)行生育性狀調(diào)查，取其均值；每個(gè)處理按小區(qū)分別稱重計(jì)產(chǎn)。

1.3 測(cè)定方法

植株全氮含量采用凱氏定氮法測(cè)定，土壤基本理化性質(zhì)采用常規(guī)方法測(cè)定[12]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。

2 結(jié)果與分析

2.1 控釋尿素的氮素釋放規(guī)律

試驗(yàn)所用的控釋尿素與普通尿素的氮素釋放曲線如圖1所示。

圖1 控釋尿素與普通尿素的氮素釋放曲線

由圖1可看出：普通尿素放入水中5 min后即全部溶解，氮素釋放率達(dá)到100%；自制的2種控釋尿素氮素累積釋放曲線的變化趨勢(shì)較一致，初期氮素釋放率均小于3%，分別為2.01%和1.43%，遠(yuǎn)低于控釋肥行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的初期養(yǎng)分釋放率小于15%的要求，說(shuō)明包膜效果較好，包膜不完整的顆粒較少，一次性施肥情況下，前期不容易造成作物燒苗；從氮素累積釋放率來(lái)看，80 d的氮素累積釋放率分別為80.83%和74.73%，釋放期分別達(dá)到了80 d和90 d，屬于緩釋期較長(zhǎng)的肥料。

2.2 控釋尿素處理對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

不同處理對(duì)玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響如表1所示。

表1 不同處理對(duì)玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

注：1)同一列中小寫字母表示差異達(dá)到5%顯著水平

由表1可見(jiàn)：所有施氮肥處理的玉米產(chǎn)量均高于對(duì)照(CK)處理；與普通尿素相比，2種控釋尿素處理的玉米產(chǎn)量均明顯提高，增產(chǎn)幅度為6.2%～7.8%，達(dá)到5%差異顯著水平，說(shuō)明控釋肥可以顯著提高玉米產(chǎn)量，但2種控釋尿素間的產(chǎn)量未達(dá)到顯著差異。

進(jìn)一步分析表明，與普通尿素相比，CRU4和CRU5處理顯著提高了玉米的穗粒數(shù)和千粒重，且達(dá)到5%差異顯著水平，但穗長(zhǎng)和株高差異不顯著，說(shuō)明控釋肥提高產(chǎn)量的主要原因是玉米的穗粒數(shù)和千粒重增加，這與相關(guān)的研究結(jié)果基本一致[13]。

2.3 不同控釋尿素對(duì)玉米氮素利用率的影響

氮素利用率和農(nóng)學(xué)利用率是評(píng)價(jià)農(nóng)田氮肥利用率的2個(gè)重要指標(biāo)[14]。從表2可看出：與普通尿素相比，CRU4和CRU5的氮素利用率和農(nóng)學(xué)利用率均顯著提高，氮素利用率分別增加10.16%和9.52%，氮素農(nóng)學(xué)利用率分別增加1.74 kg/kg和2.30 kg/kg，提高幅度為20.3%～26.8%，差異達(dá)到顯著水平；2種控釋尿素之間差異不顯著，這說(shuō)明控釋肥氮素的緩慢釋放促進(jìn)了玉米對(duì)其養(yǎng)分的吸收，從而提高了氮素利用率。

表2 不同處理對(duì)玉米氮素利用率的影響

注：1)氮素利用率=(施氮區(qū)吸氮量-無(wú)氮區(qū)吸氮量)/施氮量×100%； 2)氮素農(nóng)學(xué)利用率=(施氮區(qū)產(chǎn)量-不施氮區(qū)產(chǎn)量)/施氮量

3 結(jié)語(yǔ)

(1)對(duì)普通尿素實(shí)施包膜處理可顯著降低其氮素釋放速率。CRU4和CRU5的初期氮素釋放率僅為2.01%和1.43%，氮素釋放期分別達(dá)到80 d和90 d，屬于緩釋期較長(zhǎng)的肥料。

(2)玉米大田試驗(yàn)表明，與普通尿素相比，CRU4和CRU5可顯著提高玉米產(chǎn)量，增產(chǎn)幅度為6.2%～7.8%；產(chǎn)量構(gòu)成因素分析表明，控釋尿素提高產(chǎn)量的主要原因是顯著提高了穗粒數(shù)和千粒重。

(3)控釋尿素能顯著提高氮素利用率和農(nóng)學(xué)利用率，其中氮素利用率分別增加10.16%和9.52%，氮素農(nóng)學(xué)利用率提高幅度分別為20.3%和26.8%。

[1] 張福鎖，王激清，張衛(wèi)峰，等.中國(guó)主要糧食作物肥料利用率現(xiàn)狀與提高途徑[J].土壤學(xué)報(bào)，2008(5)：915- 924.

[2] 陳強(qiáng)，崔斌，張逢星，等.緩釋肥料的研究進(jìn)展[J].寶雞文理學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2000(3)：189- 192.

[4] 汪強(qiáng)，李雙凌，韓燕來(lái)，等.緩/控釋肥對(duì)小麥增產(chǎn)與提高氮肥用率的效果研究[J].土壤通報(bào)，2007(1)：47- 50.

[5] 張紅雨，劉媛媛，唐雙凌，等.非水溶性材料包膜緩釋氮肥的養(yǎng)分釋放特性及其對(duì)小青菜產(chǎn)量的影響[J].江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2012(3)：519- 523.

[6] 鄭雨，唐樹梅，李玉影，等.控釋尿素對(duì)黑龍江省玉米氮肥利用率及產(chǎn)量的影響[J].玉米科學(xué),2014(1)：127- 131.

[7] 許秀成.減排、低碳時(shí)代的肥料——從低碳經(jīng)濟(jì)出發(fā),構(gòu)建我國(guó)肥料新體系[J].磷肥與復(fù)肥，2010(3)：1- 3.

[8] 肖強(qiáng)，王甲辰，左強(qiáng)，等.有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合材料膠結(jié)包膜肥料的研制及評(píng)價(jià)[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2010(1)：115- 120.

[9] 杜建軍，廖宗文，宋波，等.包膜控釋肥養(yǎng)分釋放特性評(píng)價(jià)方法的研究進(jìn)展[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2002(1)：16- 21.

[10] 楊相東，曹一平，江榮風(fēng)，等.幾種包膜控釋肥氮素釋放特性的評(píng)價(jià)[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2005(4)：501- 507.

[11] 隋小慧，韓曉日，高鳴，等.幾種包膜緩控釋肥粒養(yǎng)分釋放特征的研究[J].土壤通報(bào)，2008(4)：858- 860.

[12] 魯如坤.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科技出版社，2000.

[13] 李宗新，王慶成，劉霞，等.控釋肥對(duì)對(duì)夏玉米的應(yīng)用效應(yīng)研究[J].玉米科學(xué)，2007(6)：89- 92.

[14] 朱兆良，文啟孝.中國(guó)土壤氮素[M].南京：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，1991.

StudyofNitrogenReleaseCharacteristicsofControlled-ReleaseUreaanditsApplicationonCorn

QU Junfeng

(China BlueChemical Ltd., Dongfang 572600, China)

Water extraction method is used to determine nutrient dissolution characteristics of 2 types of self- made controlled- release urea, and their effect on corn yield and nitrogen use efficiency are researched by field experiment at the same time. Experimental results show that controlled- release urea has better slow- release capacity, at early stage, nitrogen release ratio is 2.01% and 1.43%, 80 d nitrogen accumulative releasing ratio is 74.73%～80.83%; compared with common urea, the controlled- release urea can increase corn yield significantly, increasing in yield is 6.2%～7.8%, increasing in nitrogen use efficiency is 9.52%～10.16%.

controlled- release urea; nutrient release characteristics; corn; nitrogen use efficiency

海南省產(chǎn)學(xué)研一體化專項(xiàng)資金(CXY20130037)；中國(guó)海洋石油總公司重點(diǎn)項(xiàng)目(CNOOC- KJ 125ZDXM18) 作者簡(jiǎn)介：曲均峰(1980—)，男，碩士，工程師，主要從事新肥料開(kāi)發(fā)及應(yīng)用研究；qjf_1980@163.com

S147.5

A

1006- 7779(2017)02- 0067- 04

2015- 03- 27)