土壤水含量、温度对松香甘油酯包膜复合肥养分释放动力学特性的影响

施卫省，杜芳林，刘建民

（昆明理工大学 建筑与城市规划学院，云南 昆明 650500）

目前，化肥的当季利用率较低［1］，包膜肥料由于具有养分释放与作物需求同步、养分挥发少、淋溶少、利用率高等特点，成为肥料领域研究的热点。包膜肥料的养分释放取决于包膜材料类型（树脂、聚乙烯、石蜡等［2-3］）及用量、肥料溶解性、土壤温度、土壤水含量以及土壤中微生物活性等［4-5］。

从已有研究看［6-8］，在纯水中测定包膜肥料养分溶出率，其结果并不等于包膜肥料在土壤中的养分溶出率［9-10］。因此，如何将土壤水含量、土壤温度、包膜材料和肥料因素综合考虑，并根据土壤水含量及土壤温度的变化，研究其对包膜肥料养分释放的影响，就成为研究的关键性问题。

松香结构的活性基团为羟基和共轭双键，在催化剂（氧化锌）的作用下与甘油发生酯化反应，可以得到松香甘油酯，松香甘油酯具有耐水等特性［11］。本研究以松香甘油酯为包膜材料制备包膜复合肥，研究土壤水含量、温度变化对松香甘油酯包膜复合肥养分释放动力学特性的影响，为松香甘油酯包膜复合肥的开发、利用提供理论依据。

1 松香甘油酯包膜复合肥的制备

松香甘油酯，自制；复合肥，昆明劲勋化工有限公司生产，w（N+P2O5+K2O）≥46.0%。

称取复合肥（mo）放入包膜机，设定转速（100 r/min）及温度（25℃），启动包膜机，将包膜液（松香甘油酯和滑石粉按一定比例进行混合）喷射到复合肥上，一定时间后，取出包膜复合肥，过筛，再称量（m）。以式（1）计算包膜复合肥涂层覆盖率，控制其在8%。

2 松香甘油酯包膜复合肥养分溶出率测定方法

供试土壤为红壤土，取不同土壤样品，在105℃烘箱烘干，测定土壤水含量，加水配制不同w（H2O）的实验土壤；在温室中（人工控温），控制土壤的温度变化。

用硬质塑料桶做实验盆，规格为上口直径45 cm、下口直径24 cm、高30 cm，每盆装土5 kg。包膜复合肥与红壤土按质量比1∶5混合，然后用尼龙网包好，放置于土壤下15 cm处。

采用质量法测定养分溶出率，即每3 d测定一次包膜复合肥的质量（将松香甘油酯包膜复合肥与土壤分离），算出溶出的养分质量，计算其累积溶出率［12-13］。

3 结果与分析

3.1 土壤水含量对松香甘油酯包膜复合肥养分溶出率的影响

配制w（H2O）为20%、24%、27%、30%、33%、35%的实验土壤，保持土壤温度24℃。松香甘油酯包膜复合肥养分溶出率变化情况见表1。

表1 不同土壤水含量对包膜复合肥养分溶出率的影响 %

由表1可知，在0～34 d内，土壤w（H2O）为35%时，包膜复合肥养分累积溶出率最高；土壤w（H2O）为20%，其值较低。包膜复合肥养分累积溶出率在第4天出现下降，因为随包膜复合肥吸水量增加，部分有效养分释放量被吸收的水替代，导致第4天计算的肥料溶出养分量降低。根据累积溶出率计算公式，养分累积溶出率下降。

包膜复合肥养分累积溶出率在第1天处于快速释放阶段，由于肥料包膜缺陷引起，土壤水含量对养分释放影响不大；第4天包膜复合肥养分累积溶出率下降到最低点，在第5天后又开始上升，其释放速率较慢；第13天以后养分释放速率较快，其变化曲线呈V型规律。该结果与甄英肖等［13］的研究结果相同。

3.2 土壤温度对松香甘油酯包膜复合肥养分溶出率的影响

保持土壤w（H2O）27%，设置温室温度为15、18、21、24、27、30℃，进行盆栽实验，结果见图1。

图1 不同土壤温度下包膜复合肥养分累积溶出率变化

由图1可知，在土壤温度为24℃时，松香甘油酯包膜复合肥养分累积溶出率在前13 d变化小，从第13天至第28天累积溶出率变化较大，由2.26%增加到4.64%；在土壤温度为30℃的情况下，松香甘油酯包膜复合肥从第13天至第28天，养分累积溶出率从2.45%增加到4.89%。故随土壤温度升高，松香甘油酯包膜复合肥养分累积溶出率相应增加。其原因为：土壤温度升高，分子热运动速率增加，养分由高浓度梯度向低浓度梯度的运动加快，养分释放直接到达快速释放期，这与TRENKEL M E［14］的研究结果相同。

3.3 土壤水含量与松香甘油酯包膜复合肥养分释

放期的数学建模

包膜复合肥养分释放速率与土壤水含量等环境因素有关。随着实验的进行，包膜复合肥养分溶出率速度各异，可用LOGISTIC函数模拟［14］。

在模拟时，假定不同土壤水含量下包膜复合肥NO为100%，先根据表1数据拟合公式（3）的k值，取其平均值，即为该包膜复合肥的日释放常数。再根据包膜复合肥的日释放常数利用公式（3）求出包膜复合肥养分释放期t（释放率80%）（见表2）。

表2 包膜复合肥养分释放期与土壤水含量数学建模拟合参数（温度24℃、重复5次）

由表2可知，包膜复合肥的日释放常数k随土壤w（H2O）的增大而增大；包膜复合肥的养分释放期随土壤w（H2O）的增大而缩短。

为定量分析包膜复合肥养分释放期与土壤水含量的相互关系，对其进行建模。根据表2包膜复合肥养分释放期与土壤水含量（w）数据回归拟合，得线性方程：

r=0.99，相关性达到极相关水平。

3.4 土壤温度与松香甘油酯包膜复合肥养分释放期的数学建模

利用LOGISTIC函数进行模拟时，对不同土壤温度下包膜复合肥，同样假定NO为100%，利用图1数据拟合k值，即为包膜复合肥的日释放常数。再根据包膜复合肥的日释放常数利用公式（3）求出包膜复合肥养分释放期t（见表3）。

表3 包膜复合肥养分释放期与土壤温度数学建模拟合参数（w（H 2O）27%、重复5次）

从表3可知，包膜复合肥的日释放常数k随土壤温度（θ）升高而增大；包膜复合肥的养分释放期随土壤温度（θ）的升高而缩短。

为分析包膜复合肥养分释放期与土壤温度的定量关系，同样进行建模。根据表3包膜复合肥养分释放期（t）与土壤温度（θ）数据，拟合方程得：

r=0.97，相关性达到极相关水平。

4 结论

松香甘油酯包膜复合肥养分累积溶出率盆栽实验，设置6种土壤水分和6种土壤温度，拟合包膜复合肥养分累积溶出率动力学曲线，得出以下结论：（1）土壤水含量与土壤温度升高，松香甘油酯包膜复合肥养分累积溶出率曲线呈现上升的趋势；松香甘油酯包膜复合肥日释放速率随之增大；养分释放期随之缩短。（2）松香甘油酯包膜复合肥养分释放期（t）与土壤水含量（w），满足线性关系t=287.6-3.43 w，r=0.99。（3）松香甘油酯包膜复合肥养分释放期（t）与土壤温度（θ），满足线性关系t=209.6-13θ，r=0.97。