以果皮为基质的缓释氮肥释放特征研究

雷明馨　赵仕林

摘要：缓释肥料可提高氮肥利用率，节省用肥量，减少常规施肥所造成的环境污染和经济损失。目前市场销售的缓释肥料普遍价格偏高，不适于大田作物栽培。果皮一般被作为农业废弃物，价格低廉，果皮中含有丰富的有机物质，用柚子皮作为基质与氮肥混合制备的基质氮肥，初期溶出率低于40%，28d累积溶出率低于80%，与氮肥（氨水）相比，其养分释放曲线明显上升较缓慢，通过淋洗，其养分损失2周（14d）内均未超过80%。

关键词：缓释肥料；基质；果皮；养分释放

中图分类号：P303.4

文献标识码：A

化肥是我国农业生产中最重要的生产资料之一，其中氮肥占了化肥施用总量的一半以上。然而常规氮肥的当季利用率普遍低下，约超过40%的当季施用氮肥通过气态、淋洗和径流损失，且进入环境后造成温室气体、水体富营养化等严重的环境污染，也造成巨大的经济损失。缓，控释肥料可提高氮肥利用率60-80%，节省用肥量20-40%。目前，我国在缓，控释肥料的生产、施用方面主要跟踪美国、日本等国家的研究技术，各缓释肥料品种价格偏高，一般用于高尔夫球场、草坪、苗圃等非农业市场，无法广泛用于大田作物栽培。

1.材料和方法

1.1材料

1.1.1基质

柚子食用时剥除的果皮，晾干，粉碎，过60目筛。

1.1.2试剂

25-28%浓氨水，40%甲醛，98%浓硫酸，2%硼酸，40%氢氧化钠，定氮指示剂，催化剂，0.1013mol/L盐酸。

1.1.3供试土壤

采集成都市温江区成都农业科技职业学院实验基地内的土壤，压碎、过筛后制成风干土样，用凯氏定氮法测定其全氮含量为1.56g/kg，，

1.2试验方法

1.2.1基质氮肥制作

称取果皮粉末60g通过加入不同比例的浓氨水和甲醛作三个处理，将加入试剂的基质搅拌均匀，密封，常温下放置24h，得到果冻状产品，分别记为SRFl，SRF2，SRF3。其中SRFl为基质加200mL浓氨水；SRF2为基质加200mL浓氨水和50mL40%甲醛（氨水密度为0.907g/mL，甲醛密度为1.083g/mL，两者物质的量之比为氨水：甲醛=1.8：1）；SRF3为基质加200mL浓氨水和100 mL 40%甲醛（两者物质的量之比为氨水：甲醛=0.9：1）。

1.22肥料缓释效果评价

（1）水溶法。通过研究肥料在水中的溶出特性，评价其速效养分的释放效果。

称取一定量（15g）的基质肥料，用100目滤布包裹后放入玻璃瓶瓶中，加200ml蒸馏水浸泡，略作震荡后，密封瓶口，放入25°C恒温箱中培养24小时。24h后，倒出浸泡液体，测其氮含量，计算初期溶出率。每个处理重复三次。

初期溶出率（%）=第一天浸出液的氮含量，样品氮含量×100

繼续向瓶中加200mL蒸馏水浸泡肥料，密封后放人25℃恒温箱中培养24小时。1d后倒出浸泡液体，测其氮含量，计算微分溶出率。同样的方法，分别于2，4，6，8，10，14，21，28 d后，倒出浸泡液体，测其氮含量，计算微分溶出率及累积溶出率。每个处理重复三次。

微分溶出率（%）=浸泡液中氮含量，（样品氮含量×浸泡天数）×100

累积溶出率（%）=第1天微分溶出率+第n天微分溶出率（即将每次测得的微分溶出率相加）

（2）土柱淋溶法。取5cm×20cm的PVC管，用200目滤布封底口。按加入N5g/kg左右的量，将3种基质肥和氨水分别与60克风干土混合均匀。向PVC管内依次装入砂10g，肥土混合物（模拟耕层容重按1.3∥cm^{-3装入），上面盖一张滤纸，以防加水后土的浸出。缓慢加入约25ml左右蒸馏水，让土壤充分润湿。将土柱培养24小时。依照所加基质肥的类别，三个处理分别记为SRFl，SRF2，SRF3，每个处理重复三次。另外按照同样的N含量，用氨水与风干土混合，作为对照处理，记为CK。并在1支土柱中只装土不加肥，作为空白对照。24h后，向每支土柱迅速加入50ml蒸馏水，用漏斗导人100ml容量瓶，收集24h后，取下容量瓶定容，测第1d淋洗液含氮量。然后用保鲜膜包裹土柱上端封口，培养24h，再淋水、收集淋洗液、测第2d含氮量。之后用相同方法测第4，6，8，10，12，14，16，18，20，22，24，26，28 d淋洗液含氮量。计算养分累积淋失率。}

养分淋失率（%）=淋洗液氮含量/样品氮含量

养分累积淋失率（%）=第1天养分淋失率+第n天养分淋失率（即将每次测得的养分淋失率相加）

2.结果与分析

2.1初期溶出率

三种处理SRFl，SRF2，SRF3的初期溶出率均较小（见表1），都小于40%（国家标准规定缓释肥料的初期溶出率应小于40%）。其中SRF3的初期溶出率最小，为10.33%，这个处理的氨一醛比为0.9：1，接近理论反应比例1：1，所以氨被甲醛固定的较充分，可溶于水的游离态氨比其它两个处理少。

2.2微分溶出率及累积溶出率

三种处理的微分溶出率曲线表现一致（见图1），均在第1天达到最大，从第4天开始迅速减小。在其后的时间里，溶出速率非常缓慢（数据见表2）。

2.3累积溶出率

三种处理的累积溶出量均不大（见表3），28d时的累积溶出率远未到达80%（国家标准规定缓释肥料的28d累积养分溶出率应小于80%）。从累积溶出率曲线可以看出（见图2），头三天的溶出量增加迅速，之后增加速率趋于平行。

通过以上对水溶法测出的初期溶出率、微分溶出率和累积溶出率的分析，可知经过与基质的复杂生化反应过程，氨氮被较好地固定，基质肥有较明显的缓释效果，其中SRF3较为突出。

2.3养分淋失率及累积淋失率

肥料在水中的溶出率只能简单地评价基质肥中速效养分的缓释效果，而肥料施入土壤后，其成分可能因和土壤胶粒、土壤矿物质、土壤微生物等发生化学、物理以及生物方面的变化，从而使氮素被吸附、固定、吸收在土壤中，水中溶出率较差的肥料，其土壤淋失率和实际肥效并不一定很差。通过土柱试验，让肥料和土壤接觸，进一步评价其缓释效果。

表4是SRFl，SRF2，SRF3三个处理和对照样CK在28 d的养分淋失率。CK在24h的氮素损失已接近80%，而三种基质肥的养分淋失率大大低于CK，其中SRFl与CK的不同仅在于是否与基质混合，对比两者24h的淋失率，可以看出SRFl的养分释放量明显比CK少（图3），至28d其淋失率才低于1%，养分释放期较长。说明通过添加基质，可以较好地吸附和固定氮素。而SRF3的24h养分淋失率为5.10%（≤15%），在三种基质肥中对氮素的固定作用更加明显，说明通过加人一定比例的醛，利用醛和氨的化合作用可以帮助易损失的氮进行转化，减少淋失。

对比图4的累积淋失率曲线图中三种基质肥与CK的释放曲线，可以看出，直接将氨水加入土柱中进行淋洗，氮素的损失速率非常快，到第6天时已经基本损失殆尽。而三种基质肥的损失速率明显比较缓慢，SRFl淋洗至14d时氮素损失超过80%，SRF2淋洗至26 d时氮素损失超过80%，SRF3淋洗至28天时氮素损失仍未超过80%。

3.结论与讨论

从水溶法和土柱法的试验结果来看，将易溶、易淋失、易挥发的氨水与粉状果皮基质混合后，氮素在水环境和土壤环境中的损失速率都明显减缓，说明以果皮为基质与氮肥混合制备缓释肥料具有可行性。这应该与作为基质的果皮的成分有关系。试验所选用的果皮为柚子皮，有研究表明，柚子皮中含有丰富的黄酮类化合物柚皮苷，这种多酚结构可以固定部分氨；并且柚子果皮的白色层中含有丰富的果胶，这种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，表面积大大增加，对氨的吸附作用也随之增大。所以，作为基质存在的果皮在氨的固定方面发挥作用，减缓了氨在水中及土壤中的释放速率。

三种处理中有两种还分别加了不同量的甲醛，从试验数据的对比可以得出，基质肥中加入一定量的醛可以优化其缓释效果，加入醛的量较大，则缓释效果较优。其原因可能是与甲醛和氨的化学反应有关，这两者反应生成六次甲基四胺，将挥发性的氨氮迅速转化，减少了未被基质固定的游离氨的散逸，且六次甲基四胺呈弱碱性，与果皮中的酸性物质中和，可以使氮素被进一步固定；另外，氨水和甲醛溶液中的水分可能使果胶部分水解，形成具有胶凝作用的物质，基质肥呈果冻状应是这个变化的体现，这使得可溶于水的氮素被更好地固定，表现为在水中的释放率明显减缓。