控释肥残膜对土壤养分特性的影响

刘 双，董元杰，孔 静，徐林林，王艳华

(山东农业大学资源与环境学院土肥资源高效利用国家工程实验室，山东泰安，271018)

我国是化肥生产和使用大国，在农业各项增产措施中，化肥所起的作用约占40%。但氮肥的当季利用率仅约为30% ～35%，磷肥仅约为10% ～20%，钾肥约为35% ～50%［1］。提高化肥养分利用率、降低农业生产成本和资源浪费的迫切形势，促使我们研发控释肥这一新型肥料［2］。

控释肥料是指以各种调控机制使养分释放按照设定的释放膜式与作物吸收养分的规律相一致的肥料［3］。20世纪80年代以来包膜控释肥料已成为化肥革新和研究的热点。控释肥料这些年研究和发展的巨大优势在于:一是化肥利用率提高，其中氮、磷、钾利用率可分别提高到55% ～80%，35% ～50%，60%～70%;二是减少施肥次数，节省劳力;三是可以减轻农作物病害和改善农产品品质。鉴于控释肥料具有诸多优势，特别是控释掺混肥的使用，推动了控释肥的广泛应用［4］。

目前，随着树脂包膜和硫控释肥料的发展和应用范围的扩大，残留在土壤中的控释肥高分子树脂膜壳和硫膜越来越多，而这些残留在土壤中的膜壳会不会对土壤环境产生不利影响一直是受到人们关注的问题［5，6］，前人也针对控释肥膜壳的残留进行了有益的研究，但是对土壤理化性质和供肥特性的影响研究不系统，有待于进一步加强［7～9］。因此，有必要对树脂膜和硫膜对土壤养分特性造成的影响进行较为深入的研究。笔者以控释肥膜对盆栽花生土壤养分特性的影响为主要研究内容，探讨了树脂膜和硫膜对土壤理化性质和供肥能力的影响，以期为控释肥的改进和推广应用提供科学依据。

1 材料与方法

1．1 供试膜壳制备

膜壳制备:用热水浸泡硫包膜控释肥和树脂包膜控释肥，取出硫膜和树脂膜，先用自来水浸泡冲洗肥料膜，再用蒸馏水反复浸泡并冲洗之后，置于干燥箱中烘干备用。

1．2 试验设计

供试盆栽土壤采自山东省泰安市山东农业大学资环学院试验田，土壤类型为棕壤。基本理化性质:碱解氮48．89 mg/kg，速效磷53．63 mg/kg，速效钾80．99 mg/kg，全氮1．23 g/kg，电导率86．1 μS/cm，有机质10．74 g/kg。试验采用上口内径30 cm，底部内径15 cm，深25 cm的塑料盆，每盆装土5 kg，将称好的土(过筛孔尺寸为1 mm的筛)和肥料的膜壳在1．5 m×1．5 m塑料布上充分混匀后，装入盆中。将花生种子放入盆中，30 d后每盆留3棵花生苗，整个生育期各盆浇水量保持一致。供试花生品种:小白沙。盆栽试验共设7个处理(表1)，CK为空白，不施膜壳;普通肥是指(N-P2O5-K2O=15-15-15)普通氯基复合肥，作为基肥施入;CRFS表示硫包膜控释肥膜壳;CRFR表示树脂包膜控释肥膜壳;数字1，2，3分别代表3个控释肥膜壳施用水平。各处理均3次重复。

表1 肥料膜壳试验处理 g·kg－1

1．3 土壤理化性状的测定

用常规方法测定花生各个生长期的土壤pH值、Ec值、铵态氮、硝态氮、速效磷、速效钾含量及花生成熟期的土壤硫酸根离子、氯离子、土壤容重和比重。土壤容重用环刀法测定，土壤比重用比重瓶法测定，土壤总孔隙度通过计算获得。

1．4 数据处理与分析

采用Microsoft Excel 2003和DPS 7．05软件进行统计分析，用LSD法进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2．1 控释肥膜壳对土壤比质量、容质量和孔隙度的影响

不同膜壳处理，随膜壳施入量的增加，施入硫膜的土壤容质量由1．20 g/cm3下降到1．16 g/cm3(表2)，孔隙度由53．0%上升到54．8%，施入树脂膜的土壤容质量由1．206 g/cm3下降到1．165 g/cm3，孔隙度由53．1%上升到54．6%，说明膜壳的施入能够改变土壤的孔隙度，改善通气状况。

表2 控释肥膜壳对土壤比质量、容质量、孔隙度的影响

另外，在膜壳施入前后土壤比质量变化较小，说明膜壳施入量对土壤比质量的影响较小。随着膜壳施入量的增大，土壤容质量减小，孔隙度增大。一般认为，适于作物生长发育的土壤总孔隙度范围为50% ～57%［6］，向土壤中加入控释肥残膜后，能使土壤疏松，增加土壤的通气透水性，从而有利于花生的生长发育。各个施用膜壳处理与CK相比土壤各物理性质方面差异不显著，这说明施入硫膜和树脂膜对土壤比质量、容质量及孔隙度有一定影响，但影响并不显著。

2．2 控释肥膜壳对土壤pH值、Ec值的影响

2．2．1 控释肥膜壳对土壤pH值的影响 在花生生长的4个时期，施用膜壳处理土壤pH值与CK相比都有不同程度的降低(图1)，说明施入硫膜和树脂膜之后造成了土壤pH值的下降，降低了0．01～0．23。结荚期是花生生长的重要时期，此时与CK相比，随着控释肥膜壳施用量的增加，土壤pH值有不同程度地降低，其中3种不同用量硫膜处理分别降低了0．11，0．03，0．17，3种不同用量树脂膜处理分别降低了0．05，0．01，0．01。由图1还可以看出，2种膜壳处理间硫膜壳处理的土壤pH值要低于树脂膜壳处理，说明在相同试验条件下硫膜对土壤pH值的影响要大于树脂膜处理。另外，随着残膜施用量的增加土壤pH值降低不显著。

2．2．2 控释肥膜壳对土壤Ec值的影响 在苗期，土壤Ec值明显大于其他各个时期，因为此时养分在土壤中大量释放，且此时花生生长所需养分少，导致可溶性盐含量较高，进而使Ec值较高(图2)。花生生长的结荚期，随着控释肥膜壳施用量的增加，施用控释肥膜壳处理的土壤的Ec值有所提高，呈现出Ec(CRFS3)﹥Ec(CRFS2)﹥Ec(CRFS1)﹥Ec(CRFR3)﹥Ec(CRFR2)﹥Ec(CRFR1)的趋势。同时，加入膜壳处理的土壤Ec值要高于CK处理的，这是因为土壤中加入膜壳后，其他可溶性盐的含量降低，但是使土壤中的含量提高，导致了Ec值的升高。

2．3 控释肥膜壳对土壤养分含量的影响

2．3．1 控释肥膜壳对土壤铵态氮含量的影响 在花生整个生育期内，土壤铵态氮含量呈现出先增大后降低的趋势，花针期含量最高，成熟期含量最低(图3)。苗期各处理土壤铵态氮含量各处理间差异不显著。花针期，与CK处理相比，各施用膜壳处理铵态氮含量有不同程度的降低，降低幅度为13．83% ～39．0%，且树脂膜处理降低程度要大于硫膜处理。结荚期和成熟期施用硫膜和树脂膜处理土壤铵态氮含量同样低于不施用膜壳处理。这说明土壤中施用硫膜和树脂膜均能降低土壤铵态氮含量，主要是由于残膜膜壳的降解速度慢并没有带给土壤氮、磷、钾养分，同时土壤中的控释肥残膜改变了土壤的酸碱性，增加了土壤中铵态氮的淋失［10］。此外，随着控释肥膜壳施用量的增加，土壤铵态氮含量呈现逐渐降低的趋势。

2．3．2 控释肥膜壳对土壤硝态氮含量的影响 在花生整个生育期内，土壤硝态氮含量呈现出逐渐降低的趋势，苗期含量最高，成熟期含量最低(图4)。苗期各处理土壤硝态氮含量无明显差异，各处理间差异不显著。花针期，与CK处理相比，各施用膜壳处理硝态氮含量有不同程度的降低，降低幅度为0．13% ～4．66%，同样树脂膜处理降低程度要大于硫膜处理。结荚期，各处理以CRFS2处理土壤硝态氮含量最低，其它处理间差异不显著。成熟期，施用硫膜和树脂膜处理土壤硝态氮含量同样低于不施用膜壳处理，降低幅度为3．48% ～20．37%。这说明土壤中施用硫膜和树脂膜均能降低土壤硝态氮含量，这可能是由于土壤中积累的膜壳会改变土壤的酸碱性，增加土壤可溶性盐的淋失［10］。此外，随着控释肥膜壳施用量的增加，土壤硝态氮含量呈现逐渐降低的趋势。

图1 控释肥膜壳对土壤pH值的影响

图2 控释肥膜壳对土壤电导率的影响

图3 控释肥膜壳对土壤铵态氮含量的影响

图4 控释肥膜壳对土壤硝态氮含量的影响

2．3．3 控释肥膜壳对土壤速效磷含量的影响 花生生长的4个时期，土壤速效磷含量呈现出苗期到花针期升高，花针期以后逐渐降低的趋势(图5)。苗期，各处理间土壤速效磷含量差异不显著，其中以CRFS2处理最高，CRFR3处理最低，相同膜壳用量条件下，硫膜处理土壤速效磷含量要略高于树脂膜处理。花针期，土壤速效磷含量以CRFR3处理最高，其次是CRFS3，含量最低的是CRFR1处理。结荚期，各处理土壤速效磷含量较花针期有所降低，此时CK处理土壤速效磷含量仍处于较高水平，而施用膜壳处理与CK处理差异不显著。进入成熟期，土壤速效磷含量继续降低，此时各处理按照w(CK)﹥w(CRFS3)﹥w(CRFR1)﹥w(CRFR2)﹥w(CRFR3)﹥w(CRFS3)﹥w(CRFS1)的顺序递减，这说明控释肥膜壳能降低土壤速效磷含量，这可能是由硫膜和树脂膜一定程度上改变土壤酸碱性引起的。

图5 控释肥膜壳对土壤速效磷含量的影响

图6 控释肥膜壳对土壤速效钾含量的影响

2．3．4 控释肥膜壳对土壤速效钾含量的影响 花生整个生育期内土壤速效钾含量呈现出苗期到结荚期逐渐降低，成熟期速效钾含量又有所升高的趋势(图6)。苗期，土壤速效钾含量最高，各处理间差异不显著，这是由于肥料刚施入土壤，硫膜和树脂膜对钾离子无显著影响所致。花针期到结荚期，此两个时期是花生生长发育的重要时期，对钾素需求较大，导致土壤速效钾含量处于较低水平。另外，此时与CK处理相比，施用硫膜的3个用量处理土壤速效钾含量有不同程度的降低，而施用树脂膜的3个处理速效钾含量均高于不施膜处理。成熟期，树脂残膜处理的土壤速效钾含量仍略高于硫残膜处理的钾含量，但差异不显著。此外，随着残膜施用量的增加，土壤速效钾含量逐渐升高，但差异不显著。

图7 控释肥膜壳对土壤含量的影响

图8 控释肥膜壳对土壤Cl－含量的影响

与CK处理相比，CRFS1，CRFS2和CRFS3的土壤水溶性含量分别增加了15．75%，16．50%和87．16%，明显呈现出的积累趋势。土壤水溶性的含量随硫膜用量的增加而升高，说明硫膜用量的增加可以导致硫的氧化数量增大，即水溶性的含量增加。与不施膜壳处理(CK)相比，施用树脂膜处理不同程度上降低了土壤水溶性Cl－的含量。

3 结论

残膜施入后可以增大土壤间孔隙，改善通气状况。随膜壳施入量的增加，施入硫膜的土壤容质量由1．20下降到1．16 g/cm3，孔隙度由53．0%上升到54．8%，施入树脂膜的土壤容质量由1．206 g/cm3下降到1．165 g/cm3，孔隙度由53．1%上升到54．6%，说明膜壳施入后能增大土壤间孔隙，改善通气状况。

施用硫膜和树脂膜引起土壤pH值下降和电导率提高，各施用膜壳处理铵态氮和硝态氮含量均有不同程度的降低，降低幅度分别为13．83% ～39．0%和3．48% ～20．37%;施用硫膜处理提高了土壤水溶性SO2－4和Cl－含量。在本次试验中，相同试验条件下硫膜对土壤pH值的影响要大于树脂膜处理。另外，随着残膜用量的增加，土壤pH值降低不显著。加入残膜处理的土壤Ec值要高于CK处理的。与不施膜壳处理相比，所有施用硫膜处理均显著增加了土壤中水溶性SO2－4的积累，土壤水溶性SO2－4的含量随硫膜用量的增加而升高，并且施用硫膜处理土壤水溶性SO2－4含量要高于施用树脂膜处理。

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