劉俊松，吳雅萍，左思杰，熊夢(mèng)琪

(湖北大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢 430062)

0 引言

化肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著不可替代的作用，據(jù)統(tǒng)計(jì)，糧食的增產(chǎn)有55%來(lái)源于化肥的使用.然而我國(guó)化肥在使用上普遍存在使用量大、利用率低等問(wèn)題，農(nóng)作物畝(666.67 m2)均化肥用量為21.9 kg，遠(yuǎn)高于世界平均水平(8 kg)，是美國(guó)的2.6倍、歐盟的2.5倍，目前3大糧食作物氮肥、磷肥和鉀肥利用率只有33%、24%和42%.

化肥不合理施用既增加了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的成本，還導(dǎo)致了一系列環(huán)境問(wèn)題，其中肥料養(yǎng)分流失成為水體富營(yíng)養(yǎng)化的重要因素，有研究表明農(nóng)田徑流帶入地表水體的氮占人類(lèi)活動(dòng)排入水體氮的51%[1].長(zhǎng)期大量地使用氮肥特別是大量施用銨態(tài)氮肥，會(huì)使土壤逐漸酸化、板結(jié).因此，提高化肥利用率成為我國(guó)肥料工業(yè)亟待解決的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外長(zhǎng)期研究證實(shí)，控釋肥可實(shí)現(xiàn)肥料養(yǎng)分緩慢釋放，提高作物對(duì)養(yǎng)分的吸收，從而大大提高肥料養(yǎng)分利用率，代表了21世紀(jì)世界肥料的發(fā)展趨勢(shì)，被譽(yù)為21世紀(jì)的肥料[2].

為此，本文中對(duì)國(guó)內(nèi)外已有包膜控釋肥養(yǎng)分控釋機(jī)理進(jìn)行整理，介紹包膜控釋肥養(yǎng)分控釋的原理、過(guò)程和特征，分析影響控釋肥養(yǎng)分釋放的主要內(nèi)外因素，最后，對(duì)我國(guó)控釋肥的研究重點(diǎn)作基本展望，旨在為控釋肥科學(xué)研究和應(yīng)用提供參考.

1 控釋肥定義與分類(lèi)

控釋肥(controlled release fertilizer)是在化肥(如尿素、復(fù)合肥等)表面包裹一層保護(hù)性(非水溶性)復(fù)合材料來(lái)控制水分滲入，從而控制肥料內(nèi)部養(yǎng)分溶解和釋放速率的一類(lèi)肥料[3].這類(lèi)肥料可人為地控制養(yǎng)分釋放速率，延長(zhǎng)養(yǎng)分釋放時(shí)間、實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分釋放與作物對(duì)養(yǎng)分需求同步，極大地提高肥料利用率，是控釋肥中最為理想的類(lèi)型[4].

國(guó)內(nèi)外學(xué)者認(rèn)為控釋肥評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)是養(yǎng)分釋放在25 ℃能滿(mǎn)足下列條件：①24 h 釋放不大于15%；②28 d釋放不超過(guò)75%；③在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，至少有75%被釋放；④專(zhuān)用控釋肥料的養(yǎng)分釋放曲線(xiàn)與相應(yīng)作物的養(yǎng)分吸收曲線(xiàn)相吻合，這是理想的控釋肥料所必須達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn).較理想的控釋產(chǎn)品應(yīng)根據(jù)作物生育期的需求定時(shí)定量釋放養(yǎng)分，控釋肥依據(jù)制備原理可以分為物理型、化學(xué)型和物理化學(xué)型[5].

物理型控釋肥控釋機(jī)理主要是應(yīng)用物理障礙因素阻礙水溶性肥料與土壤、水的接觸，從而達(dá)到養(yǎng)分控釋的目的.這類(lèi)肥料以親水性聚合物包裹肥料顆?；虬芽扇苄曰钚晕镔|(zhì)分散于基質(zhì)中，從而限制肥料的溶解性.即通過(guò)簡(jiǎn)單微囊法和整體法的物理過(guò)程來(lái)處理肥料達(dá)到控釋性.主要包括硫包尿素、聚合物包膜肥料、包裹型肥料、涂層尿素和膠粘肥料.其中包膜肥料按包膜材料又分為無(wú)機(jī)物包膜控釋肥和有機(jī)物包膜控釋肥，是最常見(jiàn)的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn).無(wú)機(jī)物包膜材料包括硫磺、硅酸鹽、石膏、磷酸鹽等礦物質(zhì)包膜；有機(jī)物包膜材料又分為天然高分子材料以及合成高分子材料.其中天然高分子材料包括天然橡膠、淀粉、纖維素、木質(zhì)素等，具有來(lái)源廣、價(jià)格低廉、生物降解性好，但控釋效果差的特點(diǎn).合成高分子材料包括聚乙烯等熱塑性樹(shù)脂和脲醛熱固性樹(shù)脂[6-7]，此類(lèi)膜材料成本較高，生物降解性差，但控釋效果最好，是目前世界上控釋肥主要的發(fā)展方向，并得到了廣泛的應(yīng)用[5].目前國(guó)內(nèi)外使用最多的主要是硫包膜控釋肥和聚合物包膜控釋肥.

化學(xué)型控釋肥控釋機(jī)理主要是通過(guò)化學(xué)合成緩溶性或難溶性的肥料，將肥料直接或間接地以共價(jià)或離子鍵接到預(yù)先形成的聚合物上，構(gòu)成一種新型聚合物.化學(xué)型控釋肥包括化學(xué)合成型和化學(xué)抑制型控釋肥料.化學(xué)合成型通常包括3類(lèi)：①難溶性有機(jī)化合物，包括脲甲醛、丁烯叉二脲和草酰胺；②水溶性難降解化合物，如異丁叉二脲等；③低溶性無(wú)機(jī)鹽如磷酸鎂銨等.化學(xué)抑制型控釋肥料主要是添加脲酶抑制劑和硝化抑制劑(主要是雙氰胺(DCD))調(diào)節(jié)土壤微生物的活性，減緩尿素的水解和對(duì)銨態(tài)氮的硝化-反硝化作用，從而達(dá)到肥料氮素緩慢釋放和減少損失的目的.化學(xué)法生產(chǎn)的控釋肥料控釋效果比較好,但往往作物生長(zhǎng)初期養(yǎng)分供應(yīng)不足，且成本也比較高.

物理化學(xué)型控釋肥控釋機(jī)理是應(yīng)用物理和化學(xué)的方法來(lái)改良常規(guī)肥料.把一定量的營(yíng)養(yǎng)粉均勻分散在聚合物溶液后進(jìn)行造粒，然后在顆粒表面進(jìn)行包膜，包膜劑與顆粒表面的聚合物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成表面滲透膜，從而得到物理化學(xué)型控釋肥料，其養(yǎng)分的控釋源于表面滲透和聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的限制作用.

2 控釋肥養(yǎng)分釋放機(jī)理

控釋肥養(yǎng)分釋放機(jī)理與內(nèi)外影響因素如土壤環(huán)境、包膜材料、制備工藝等密切關(guān)聯(lián)，因此，控釋肥本身理化特性和所處環(huán)境不同，釋放機(jī)理不同，養(yǎng)分釋放速率會(huì)發(fā)生變化.目前Shavie等[8]提出的多級(jí)擴(kuò)散模型被多數(shù)學(xué)者接受，它將控釋肥養(yǎng)分釋放機(jī)制分“擴(kuò)散機(jī)制”和“破裂機(jī)制”兩種，一般認(rèn)為有機(jī)物包膜控釋肥釋放機(jī)制為“擴(kuò)散機(jī)制”，典型的是聚合物包膜控釋肥，而無(wú)機(jī)物包膜控釋肥釋放機(jī)制為“破裂機(jī)制”，典型的是硫包膜控釋尿素[9].

2.1 “擴(kuò)散機(jī)制”土壤水分子在膜內(nèi)外水汽壓力驅(qū)動(dòng)下滲入膜內(nèi)，在肥料顆粒內(nèi)核上凝聚并使之部分溶解，同時(shí)包膜吸水膨脹形成微孔，養(yǎng)分在膜內(nèi)外壓力梯度或濃度梯度的作用下從微孔釋放，這種釋放方式稱(chēng)為“擴(kuò)散機(jī)制”[10].“擴(kuò)散機(jī)制”的包膜控釋肥養(yǎng)分釋放可分為3個(gè)時(shí)期：滯后期、穩(wěn)定期、衰退期，滯后期是由于水分進(jìn)去膜內(nèi)需要一定的時(shí)間，且水分子進(jìn)入膜內(nèi)的時(shí)間與包膜材料的親水性和疏水性有關(guān)，包膜材料親水性越強(qiáng)，水分子進(jìn)入膜內(nèi)所需時(shí)間越短，滯后期就越短，反之包膜材料疏水性越強(qiáng)，滯后期就越長(zhǎng).穩(wěn)定期是由于水分子進(jìn)入膜內(nèi)使肥料部分溶解，溶解后的部分養(yǎng)分通過(guò)微孔釋放到膜外，同時(shí)水分子進(jìn)入膜內(nèi)溶解剩余的肥料顆粒，從而達(dá)到溶解與釋放的平衡，即膜內(nèi)外梯度的恒定，使得養(yǎng)分穩(wěn)定釋放.有研究表明，只要膜內(nèi)外養(yǎng)分梯度恒定，包膜中的養(yǎng)分釋放速率將保持不變，直到養(yǎng)分釋放完全[11]，但是那是一種理想的狀態(tài)，現(xiàn)實(shí)中的養(yǎng)分濃度梯度及壓力會(huì)隨著養(yǎng)分釋放而減小，從而使得后期的養(yǎng)分釋放速率變慢，最終導(dǎo)致衰退期的出現(xiàn)[12].從植物的養(yǎng)分需求來(lái)看，植物苗期生長(zhǎng)緩慢，所需養(yǎng)分較少，而到了生長(zhǎng)旺盛期，植物生長(zhǎng)迅速，此階段開(kāi)始快速吸收養(yǎng)分，尤其在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)共存時(shí)，吸收養(yǎng)分的數(shù)量和強(qiáng)度都明顯增加，接近成熟期時(shí)，植物對(duì)養(yǎng)分的需求又逐漸減少，這一過(guò)程與“擴(kuò)散機(jī)制”的養(yǎng)分釋放特征相一致，因此，此類(lèi)包膜控釋肥養(yǎng)分利用率極高，養(yǎng)分流失所造成的環(huán)境污染最小.

2.2 “破裂機(jī)制”“破裂機(jī)制”與“擴(kuò)散機(jī)制”的養(yǎng)分釋放機(jī)理相似，首先水分子進(jìn)入膜內(nèi)將肥料溶解，在膜內(nèi)外養(yǎng)分濃度壓差作用下使養(yǎng)分釋放，不同的是“破裂機(jī)制”的控釋肥包膜彈性差、易破裂，一旦包膜破裂，養(yǎng)分會(huì)迅速釋放[10].“破裂機(jī)制”的包膜控釋肥養(yǎng)分釋放分為兩個(gè)時(shí)期：滯后期和釋放期.滯后期是由于水分子進(jìn)入膜內(nèi)需要一定的時(shí)間，釋放期則是包膜破裂導(dǎo)致養(yǎng)分的釋放，由于包膜破裂僅為小范圍的破裂，因此與傳統(tǒng)顆粒肥相比養(yǎng)分釋放緩慢，且延緩了養(yǎng)分釋放高峰期的出現(xiàn).

由此可見(jiàn)，“擴(kuò)散機(jī)制”的控釋肥性能明顯優(yōu)于“破裂機(jī)制”的控釋肥，更符合作物的養(yǎng)分吸收規(guī)律.

3 控釋肥養(yǎng)分釋放影響因素

3.1 土壤環(huán)境

3.1.1 土壤含水率 從控釋肥養(yǎng)分釋放機(jī)理可知，養(yǎng)分釋放依賴(lài)于水分子進(jìn)入膜內(nèi)將養(yǎng)分溶出，因此土壤含水量是影響控釋肥養(yǎng)分釋放的重要因素.肖劍等研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)土壤水分含量在30%、20%、10%、4.2%和2.3%等5個(gè)等級(jí)(相當(dāng)于土壤田間持水量的100%、68%、33%、14%和7.7%)時(shí)，包膜控釋肥養(yǎng)分釋放速率隨水分含量降低而降低[13-15]，當(dāng)土壤田間持水量高于100%后，土壤水分和土壤類(lèi)型均對(duì)包膜控釋肥養(yǎng)分釋放的影響不再顯著[15].毋永龍等[16]用3種復(fù)合改性礦物包膜尿素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)土壤水分在田間持水量35%～100%時(shí)，對(duì)3種復(fù)合改性礦物包膜尿素的氮素釋放無(wú)顯著影響.

控釋肥的養(yǎng)分釋放速率隨土壤含水量的增加而加快，可能與土壤水分含量影響?zhàn)B分離子擴(kuò)散的難易程度、擴(kuò)散范圍以及土壤中所發(fā)生的物理、化學(xué)變化過(guò)程相關(guān).由于土壤中離子的擴(kuò)散系數(shù)與土壤水分含量呈正相關(guān)，當(dāng)土壤水分含量越低時(shí)，養(yǎng)分?jǐn)U散系數(shù)越小，控釋肥的養(yǎng)分釋放的效率就會(huì)降低[13].但有些情況下控釋肥養(yǎng)分釋放與土壤水分變化間的關(guān)系不顯著，可能與包膜材料親水性能有關(guān)，包膜材料的吸水性能一定，在一定范圍內(nèi)增加土壤水分可提高包膜的吸水率，從而提高養(yǎng)分釋放速率，一旦超過(guò)此范圍包膜的吸水率不變，導(dǎo)致養(yǎng)分釋放速率不變.

3.1.2 土壤溫度 土壤溫度是影響控釋肥養(yǎng)分釋放的主要因素之一，多項(xiàng)研究[17-20]表明土壤溫度與包膜控釋肥養(yǎng)分釋放速率呈正相關(guān)，不同包膜材料的養(yǎng)分釋放速率隨溫度變化規(guī)律不同.鄒洪濤等[21]探討了兩種有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合物包膜緩釋尿素在不同溫度下養(yǎng)分釋放特性，發(fā)現(xiàn)氮素釋放特征可以用一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程描述，氮素釋放速率常數(shù)隨著溫度升高而增大.陳強(qiáng)等[22]用殼聚糖包膜尿素(CCU)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)溫度每提高10 ℃養(yǎng)分釋放速率提高約1.5倍.劉俊松[23]探究了15、25和35 ℃溫度對(duì)6種包膜控釋肥養(yǎng)分釋放的影響，結(jié)果顯示6種控釋肥的養(yǎng)分釋放均隨溫度的升高而加快，其溫度依存性在1.4～2.8.日本CHISSO公司的MEISTER系列控釋肥屬于典型的溫度調(diào)節(jié)型控釋肥料[15].Fujita等[24]報(bào)道對(duì)高分子集合材料添加礦物材料可以提高控釋肥養(yǎng)分釋放的溫度依存度.劉俊松[25]報(bào)道在試驗(yàn)室條件下連續(xù)的高溫-超低溫模擬處理對(duì)MEISTER系列的LPcote 180 d控釋尿素水中和土中養(yǎng)分釋放率沒(méi)有造成影響.

土壤溫度對(duì)養(yǎng)分釋放速率的影響可以認(rèn)為有如下3方面原因：首先溫度越高，對(duì)膜結(jié)構(gòu)的破壞性越大，使得包膜孔隙率升高；其次溫度上升促進(jìn)了核內(nèi)營(yíng)養(yǎng)元素的溶解和擴(kuò)散，使得膜內(nèi)外濃度差增大；第三，溫度升高可以提高土壤微生物的活性，從而加快膜的降解和養(yǎng)分間酶促轉(zhuǎn)化.

3.1.3 土壤微生物 土壤微生物的種類(lèi)和含量對(duì)包膜控釋肥的養(yǎng)分釋放速率有一定影響，其影響效果因包膜材料不同有所差異.微生物對(duì)養(yǎng)分釋放的影響主要取決于膜的可生物降解性，包膜層可生物降解性越強(qiáng)，養(yǎng)分釋放速率越快.對(duì)于不可微生物降解的聚合物包膜肥料，土壤微生物的改變對(duì)其養(yǎng)分釋放影響不顯著，但對(duì)于可生物降解的無(wú)機(jī)物包膜材料如硫包膜肥料，則影響很大，因?yàn)閱钨|(zhì)硫能在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)被自養(yǎng)和異氧微生物降解，從而加快硫包膜的破裂，導(dǎo)致養(yǎng)分釋放周期縮短.[15].

3.1.4 土壤pH 土壤pH對(duì)養(yǎng)分釋放的影響也與包膜材料有關(guān)，pH通過(guò)影響包膜材料的穩(wěn)定性來(lái)影響包膜肥料養(yǎng)分的釋放速率.水中溶出法研究表明pH值對(duì)硫包膜尿素(SCU)和樹(shù)脂包膜尿素(RCF)的氮素釋放沒(méi)有顯著的影響，而對(duì)于包膜材料中有金屬磷酸鹽的肥料影響很大[26].這可能是由于SCU和RCF的包膜材料分別為高分子聚合物和非滲透性單質(zhì)硫，水溶液pH的改變對(duì)SCU和RCF包膜的結(jié)構(gòu)和透水性等基本沒(méi)有影響，因此水溶液pH的改變對(duì)包膜內(nèi)部氮素的釋放影響不顯著，而含有金屬磷酸鹽的包膜材料在水中的溶解度受pH的影響大，故養(yǎng)分釋放速率變化大[27].不同養(yǎng)分對(duì)pH的敏感度不同，酸性條件比堿性條件更有利于氮素的釋放，而堿性條件比酸性條件更有利于磷素的釋放[28].

3.1.5 土壤質(zhì)地 控釋肥在不同土壤質(zhì)地中養(yǎng)分的釋放也有差異.例如壤土中控釋肥養(yǎng)分釋放速率高于黏土[27].但熊又升[29]用砂質(zhì)壤土和壤質(zhì)沙土進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示土壤質(zhì)地對(duì)包膜控釋肥料的養(yǎng)分釋放無(wú)顯著影響，其結(jié)果與杜建軍[30]的研究相同.另外，土壤類(lèi)型也會(huì)影響控釋肥養(yǎng)分的釋放，潮土與黃棕壤中養(yǎng)分釋放速率相同，水稻土中養(yǎng)分釋放與潮土、黃棕壤相比，前期低、后期高[31].由于土壤中的干擾因素太多，導(dǎo)致多人的研究結(jié)果不一致，目前還未找到此現(xiàn)象出現(xiàn)的真正原因，有待做進(jìn)一步研究.

3.2 包膜工藝

3.2.1 包膜材料 包膜材料是影響?zhàn)B分釋放最直接的內(nèi)部因素，它主要與包膜材料的通透性和生物降解性有關(guān).根據(jù)包膜材料的通透性，包膜結(jié)構(gòu)可分為：滲透性、半滲透性、不滲透性包膜，包膜通透性越好，養(yǎng)分釋放速率越快[32].包膜材料的通透性除了與材料本身有關(guān)外，還與制備過(guò)程中所加的密封劑和開(kāi)孔劑有關(guān).例如硫磺包膜由于其本身的脆性，固化后容易形成孔洞裂紋，需要加入密封劑來(lái)降低膜通透性，增強(qiáng)養(yǎng)分控釋性能，而合成高分子聚合物包膜由于其膜通透性差，需要加入開(kāi)孔劑來(lái)增加聚合物材料的孔隙度、開(kāi)孔率.日本研究者通過(guò)調(diào)節(jié)PE(聚乙烯)與EVA(乙烯、醋酸乙烯共聚物)的比例，并以滑石和金屬氧化物等無(wú)機(jī)填料為開(kāi)孔劑，改善包膜的通透性和降解性，研發(fā)出30～360 d不同釋放期的聚烯烴包膜控釋肥，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)和廣泛的農(nóng)業(yè)應(yīng)用[4-5,33].

包膜材料的通透性越好，養(yǎng)分釋放速率越快，其原因可能是包膜通透性影響了水分子滲透率以及養(yǎng)分釋放通道的形成，包膜通透性越好，水分子進(jìn)入膜內(nèi)越迅速，養(yǎng)分釋放通道越多，從而縮短了養(yǎng)分釋放時(shí)間.包膜材料的生物降解性對(duì)養(yǎng)分釋放的作用，受微生物的影響，包膜層可生物降解性越強(qiáng)，則養(yǎng)分釋放速率越快.

3.2.2 包膜厚度 控釋肥的養(yǎng)分釋放速率受包膜厚度的影響很大，包膜厚度的增加可減緩養(yǎng)分的釋放速率[17,19,34-38].王浩等[35]的土柱淋溶實(shí)驗(yàn)顯示：包膜厚度小的控釋肥氮素累積釋放率明顯大于包膜厚度大的控釋肥，前者平均是后者的1.25倍.高鳴等[37]研究發(fā)現(xiàn)聚合物包膜的養(yǎng)分釋放期放期(y)與膜厚度(x)之間的關(guān)系為y=1.142 9x2+15.610 0x+5.533 3.喻建剛等[39]生產(chǎn)的雙層包膜肥效期為夾層包膜的5倍.包膜厚度對(duì)養(yǎng)分釋放的影響主要因?yàn)榘ぴ胶?，水分子進(jìn)入膜內(nèi)所受阻力越大，水分子滲透越慢，且養(yǎng)分釋放所受阻力也增大，使釋放速率減慢.

3.2.3 包膜生產(chǎn)工藝 在控釋肥的流化床制造工藝中，除了高分子材料，流化氣體的溫度和包膜時(shí)間是影響控釋肥效果的主要因素，流化氣體的溫度在一定范圍內(nèi)與包膜養(yǎng)分釋放時(shí)間呈正相關(guān)，超過(guò)一定限度后隨流化氣體溫度的升高而減少，而養(yǎng)分釋放時(shí)間隨包膜時(shí)間的增加而增加.熱流化氣體可以降低溶液粘度，促進(jìn)液滴的擴(kuò)散，形成一層薄薄的涂層膜.這種循環(huán)一直持續(xù)，從而形成均勻致密的包膜.但當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，噴霧液滴在到達(dá)肥料顆粒表面之前過(guò)快干燥，因此在顆粒表面呈現(xiàn)出微小的固體球體，形成多孔的、不規(guī)則的包膜層，從而影響控釋效果[40].不同的包膜材料適宜的流化氣體溫度不同，有研究顯示在乳膠包膜控釋肥制備過(guò)程中，流化氣體溫度在35～45 ℃時(shí)能形成致密的包膜層[41].與流化氣體溫度相比，包膜時(shí)間對(duì)控釋肥養(yǎng)分釋放的影響更大.隨著包膜時(shí)間的延長(zhǎng)，包膜厚度增加，阻止養(yǎng)分釋放的效果越好.此外肥料顆粒在旋轉(zhuǎn)板上的滾動(dòng)時(shí)間越長(zhǎng)，使得顆粒具有更為緊密的包膜層，從而降低膜的通透性，提高了控釋肥的控釋效果[42].可以認(rèn)為包膜生產(chǎn)工藝對(duì)養(yǎng)分釋放的影響主要通過(guò)生產(chǎn)工藝參數(shù)來(lái)改變膜材的理化性質(zhì)(膜厚、膜孔隙率、膜均勻性等)，從而影響釋放速率.

3.2.4 核心顆粒半徑 肥料顆粒半徑對(duì)養(yǎng)分釋放的影響與包膜厚度不同，一般顯示顆粒半徑越大，養(yǎng)分釋放越快，但當(dāng)包膜厚度增大時(shí)，無(wú)論顆粒大小，養(yǎng)分釋放速率均減慢，即膜厚度對(duì)養(yǎng)分釋放的影響大于顆粒半徑對(duì)養(yǎng)分釋放的影響[38].但也有研究發(fā)現(xiàn)顆粒半徑對(duì)養(yǎng)分釋放無(wú)明顯影響[17,43].從目前的研究來(lái)看顆粒大小對(duì)養(yǎng)分釋放的影響很小，由于同一質(zhì)量下，比表面積會(huì)隨核心顆粒半徑增加而降低，因此用大粒徑核心肥料制造的控釋肥料可明顯減少包膜材料的用量，從而減少生產(chǎn)成本.有學(xué)者[38]認(rèn)為大顆粒核心肥料養(yǎng)分釋放比小顆粒釋放快的原因可能是制造過(guò)程流化時(shí)間不一.當(dāng)流化床中加入等質(zhì)量的肥料顆粒時(shí)，小顆粒所需的包膜母液比大顆粒多，因此小顆粒的流化時(shí)間和流化過(guò)程長(zhǎng)，從而使得肥料包膜質(zhì)量更好，控釋效果則優(yōu)于大顆粒.

3.2.5 核心養(yǎng)分類(lèi)型 核心養(yǎng)分類(lèi)型也影響著包膜控釋肥的控釋效果.在水中溶出法實(shí)驗(yàn)中，包膜復(fù)合肥的氮素和鉀素的釋放率顯著大于磷素釋放率[17]，均衡型控釋復(fù)合肥的控釋效果顯著高于高鉀型控釋肥[35].Shaviv等[8,44]的研究表明，無(wú)論在水中還是在土壤中，聚合物包膜復(fù)合肥中氮的養(yǎng)分釋放速率高于鉀.Ahmed[44-45]等分別用CO(NH2)2、(NH4)2HPO4和KNO3作為核心肥料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，CO(NH2)2的養(yǎng)分釋放速率明顯高于(NH4)2HPO4，(NH4)2HPO4的養(yǎng)分釋放速率明顯高于KNO3.核心肥料對(duì)養(yǎng)分釋放的影響可能與肥料的溶解度有關(guān)，肥料養(yǎng)分釋放速率與核心肥料的溶解度呈正相關(guān)，復(fù)合肥中氮磷鉀釋放速率的不同可能受各養(yǎng)分對(duì)環(huán)境敏感程度的影響，如氮素在酸性條件下釋放更快，而磷素在堿性條件下釋放更快.

3.3 施肥方式為進(jìn)一步提高作物對(duì)控釋肥養(yǎng)分的利用效率，針對(duì)控釋性能優(yōu)異的溫敏型控釋肥，采用傳統(tǒng)的表土撒施，根部附近溝施以及同根系直接混合施用等施肥方式，調(diào)查作物養(yǎng)分利用效率，證實(shí)相同種類(lèi)的包膜控釋尿素在水稻上的氮素利用率，表層撒施為61%，秧苗附近(3 cm×4 cm)側(cè)施為78%，與根系接觸性施用高達(dá)83%.控釋肥與作物根系的直接接觸施肥方式極大地提高了作物對(duì)養(yǎng)分的利用效率，這項(xiàng)控釋肥及其施用方式的變革已經(jīng)帶來(lái)發(fā)達(dá)國(guó)家農(nóng)業(yè)上新一輪技術(shù)革命[46-47].

4 結(jié)語(yǔ)和展望

控釋肥的控釋機(jī)理和養(yǎng)分釋放速率受到控釋肥自身理化特性、外部土壤環(huán)境和制造工藝等內(nèi)外因素的影響，其中，包膜材料及其配比是影響控釋機(jī)理的主要內(nèi)部因素，而土壤環(huán)境如水分、溫度、微生物、質(zhì)地、pH等是影響控釋機(jī)理的外部因素，其中溫度和水分影響最大，制造工藝會(huì)通過(guò)控釋肥產(chǎn)品質(zhì)量影響?zhàn)B分釋放.分析和掌握內(nèi)外因素對(duì)控釋肥釋放機(jī)理的影響，可以為控釋肥產(chǎn)品研發(fā)、工藝制造、品質(zhì)評(píng)價(jià)、釋放特性預(yù)測(cè)以及實(shí)際應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù).

控釋肥釋放機(jī)理的研究受制于生產(chǎn)技術(shù)的保密、市場(chǎng)分割和服從商業(yè)運(yùn)作的需要，普遍局限于特定的種類(lèi)，同時(shí)控釋材料和包膜工藝的差異造成了包膜層結(jié)構(gòu)的多樣化，使控釋肥養(yǎng)分控釋機(jī)理變得比較復(fù)雜.盡管控釋肥養(yǎng)分釋放理論都是建立在Fick擴(kuò)散定律的基礎(chǔ)上，但對(duì)具體包膜肥料控釋過(guò)程、特征和機(jī)制的解釋不盡相同.控釋肥研制已有60多年的歷史，但控釋機(jī)理的研究并不系統(tǒng).我國(guó)控釋肥研究主要集中于應(yīng)用效果，控釋機(jī)理和生產(chǎn)工藝的研究還比較落后.未來(lái)我國(guó)控釋肥機(jī)理研究應(yīng)著重于如下幾點(diǎn)：首先，加強(qiáng)控釋材料及其結(jié)構(gòu)組成對(duì)養(yǎng)分釋放規(guī)律的研究；其次，堅(jiān)持控釋肥在一定溫度下的水、土壤中釋放行為的差異性研究；最后加強(qiáng)異?？厮?gòu)?fù)混肥及其協(xié)調(diào)配比，調(diào)控養(yǎng)分釋放速率和滿(mǎn)足不同作物的需肥規(guī)律的研究.