可降解包膜尿素緩釋肥的氮素釋放規(guī)律及對小白菜生長的影響

陶美彤　李悅銘　李旭

摘要：采用盆栽試驗比較研究了膨潤土含量不同的可降解包膜尿素緩釋肥的氮素釋放規(guī)律及對小白菜生長的影響。結(jié)果表明，研究NH4+-N和NO3--N含量在尿素和緩釋肥處理中均隨時間呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，尿素處理分別在14、21 d達(dá)到最大值，分別為102.25、30.05 mg/kg，而緩釋肥處理分別在21、28 d達(dá)到最大值，范圍分別為 54～60 mg/kg、2～28 mg/kg。與尿素相比，尿素緩釋肥具有比較明顯的緩釋效果，即使在施肥后期土壤中 NH4+-N和NO3--N的含量也較大，滿足了小白菜全生長期的營養(yǎng)需求，小白菜各項生長指標(biāo)明顯提高。此外，緩釋肥對小白菜的增產(chǎn)效應(yīng)隨著膨潤土含量的增加而提高，當(dāng)膨潤土含量為4.5%時，小白菜產(chǎn)量最高。

關(guān)鍵詞：膨潤土；小白菜；緩釋肥；可降解；產(chǎn)量

中圖分類號： S634.306+.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2017）15-0133-04

傳統(tǒng)氮肥（如尿素）具有利用率低、肥效期短、養(yǎng)分容易淋失、揮發(fā)和固定等特點[1]。它的大量施用不僅浪費(fèi)了資源，引發(fā)系列環(huán)境污染問題，而且破壞了土壤結(jié)構(gòu)，造成土壤板結(jié)[2]。然而，緩釋肥的出現(xiàn)和發(fā)展可以有效地解決上述問題。緩釋肥能夠較好地控制養(yǎng)分釋放速度，使氮素利用率由30%～35%提高到60%～70%[3]，有利于實現(xiàn)減肥增效目標(biāo)，被稱為“21世紀(jì)的肥料”。

美國在20世紀(jì)50年代就開始研究包膜緩釋肥，隨后是日本、歐洲等國家[4]，至20世紀(jì)80年代包膜緩釋肥的研究已經(jīng)成為國際的熱點[5-6]。我國于20世紀(jì)70年代開始研究包膜緩釋肥，尤其在有機(jī)物材料包膜這方面起步較晚，研究水平與美國、日本等國家的差距較大。目前，我國包膜緩釋肥的研究主要集中研發(fā)包膜材料方面，而且現(xiàn)在的緩釋肥所采用的包膜材料以水基聚合物、聚氨酯類和天然高分子等有機(jī)材料為主[7]。隨著土壤污染問題日益嚴(yán)重[8]，為了有效地解決由包膜材料難降解引起的土壤環(huán)境污染問題，環(huán)境友好型可降解包膜材料的研發(fā)逐漸引起了國內(nèi)外學(xué)者和科研機(jī)構(gòu)的關(guān)注[9-13]。沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)、安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)、華東理工大學(xué)等都研制出各種生物降解性良好的緩釋包膜材料[14-19]，而且這些材料主要以淀粉、聚乙烯醇和殼聚糖等可生物降解包膜材料為主。現(xiàn)階段，國內(nèi)關(guān)于聚合物包膜緩控釋肥的釋放特性、研究進(jìn)展、肥料效應(yīng)等方面報道較多，但有關(guān)可降解的包膜緩控釋肥的肥效方面研究較少。土壤中能夠被作物直接利用的生物有效態(tài)氮主要是NH4+-N和NO3--N，其含量會直接影響作物的生長[20]。膨潤土能強(qiáng)烈吸附尿素和 NH4+-N[21]，具有吸附性、陽離子交換性、控釋作用、保水保肥和改良土壤鹽堿性等優(yōu)良性質(zhì)，并且還含有植物生長所需的常量元素和微量元素。所以，使用膨潤土作為緩釋肥的載體，可提高肥料的利用效率，特別是對氮肥的保氮作用明顯[22-23]。

本研究選擇可生物降解的淀粉和聚乙烯醇為主要材料，再選擇對NH4+-N和NO3--N具有吸附作用、提高緩釋效果的膨潤土為輔料作為包膜材料，制備成包膜尿素緩釋肥。在此基礎(chǔ)上，采用盆栽試驗研究膨潤土含量不同的可降解包膜尿素緩釋肥NH4+-N和NO3--N的含量隨時間的變化特征及其與小白菜生長之間的關(guān)系，進(jìn)而揭示可降解包膜尿素緩釋肥的肥效情況，對環(huán)境友好型緩釋肥在作物上的應(yīng)用和未來農(nóng)業(yè)上推廣具有重要意義。

1材料與方法

1.1試驗地點與材料

試驗于2015年6—7月在吉林大學(xué)地下水資源與教育部重點實驗室進(jìn)行。供試土壤采自吉林大學(xué)南校區(qū)周邊土地的表層土壤。采用魯如坤的土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法測定供試土壤的性質(zhì)[24]。小白菜種子購買于合肥市合豐種業(yè)有限公司；天然膨潤土購買于天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所。供試土壤基本理化性質(zhì)見表1。

1.2研究方法

1.2.1包膜尿素緩釋肥的制備

分別稱取6 g淀粉、0.06 g氫氧化鈉、4 g聚乙烯醇和0.2 g硼砂，1.5 mL甲醛和2.0 mL甘[CM（25]油充分混合后，再分別按比例添加0、1.5%、3.0%、45%的膨潤土制備成包膜。然后將包膜包在尿素表面，干燥，保存于干燥器中備用。

1.2.2盆栽試驗

選擇小白菜盆栽試驗。氮肥施用量按比例（土壤 ∶N=1 000 ∶0.3）進(jìn)行。試驗設(shè)6個處理，將過 2 mm 篩分的干土1 kg分別與尿素以及0、1.5%、3.0%、45%膨潤土的可降解包膜尿素緩釋肥混勻后裝入盆中，以不施肥料為空白對照，每盆播種10粒小白菜種子，待長成幼苗后，每盆留3株。盆栽試驗進(jìn)行49 d，每7 d澆1次水并用流動分析儀測定土壤中NH4+-N、NO3--N的含量。不栽種小白菜盆作為空白對照，每組重復(fù)3次。小白菜收獲后取地上部分，用直尺測定其葉長、葉寬，洗凈吸干表面水分后測定小白菜鮮質(zhì)量，80 ℃烘干48 h后測定干質(zhì)量，并且按照下面公式計算各指標(biāo)的生物增長率（T）。

[JZ]T=（處理組生物量-對照組生物量）/對照組生物量×100%。

1.3測定指標(biāo)及方法

采用Excel 2007和SPSS數(shù)據(jù)統(tǒng)計軟件，進(jìn)行鮮質(zhì)量和干質(zhì)量的單因素方差分析，鮮質(zhì)量和干質(zhì)量、NO3--N和 NH4+-N以及無機(jī)氮的雙變量相關(guān)分析。

2結(jié)果與分析

2.1包膜尿素緩釋肥NH4+-N和NO3--N含量的變化

2.1.1NH4+-N含量的變化

膨潤土含量不同的可降解包膜尿素緩釋肥施入土壤后的NH4+-N含量變化見圖1。從圖1可以看出，與膨潤土含量不同的可降解包膜尿素緩釋肥相比，未施肥的空白對照NH4+-N含量變化十分微小。膨潤土含量不同的可降解包膜尿素緩釋肥與尿素處理NH4+-N含量均呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，且尿素處理NH4+-N含量在14 d達(dá)到最大值102.25 mg/kg。高峰值過后，尿素處理NH4+-N含量急劇下降，49 d后降至10 mg/kg以下?？山到獍つ蛩鼐忈尫侍幚鞱H4+-N含量變化較為穩(wěn)定，在 21 d 時，0、1.5%、3.0%、4.5%膨潤土的可降解包膜尿素緩釋肥處理NH4+-N含量分別為59.2、57.01、55.99、54.87 mg/kg，NH4+-N含量順序表現(xiàn)為B0>B1.5%>B3.0%>B4.5%，28 d起至結(jié)束其含量順序變化為B4.5%>B3.0%>B1.5%>B0。結(jié)果表明，在小白菜生長前期可降解包膜尿素緩釋肥處理NH4+-N含量明顯低于尿素處理，后期又顯著高于尿素處理。表明可降解包膜尿素緩釋肥可持續(xù)穩(wěn)定地提供NH4+-N，滿足小白菜全生長期的營養(yǎng)需求，緩釋肥對NH4+-N的緩釋效果會隨著膨潤土含量的增加而增加。endprint

2.1.2NO3--N含量的變化

膨潤土含量不同的可降解包膜尿素緩釋肥施入土壤后的NO3--N含量變化見圖2。未施肥空白對照NO3--N含量變化與膨潤土含量不同的可降解包膜尿素緩釋肥處理的NH4+-N含量變化相似。相對于可降解包膜尿素緩釋肥處理的盆栽，尿素處理NO3--N含量在小白菜生長前期迅速增加，且21 d達(dá)到3005 mg/kg的最大值后迅速下降?？山到獍つ蛩鼐忈尫侍幚碓谑┓屎?1 d內(nèi)呈上升趨勢，21～28 d內(nèi)變化緩慢，至28 d時達(dá)到最高，0、1.5%、3.0%、4.5%膨潤土的可降解包膜尿素緩釋肥處理NO3--N含量分別為22.92、24.27、25.69、27.45 mg/kg，NO3--N含量順序為B4.5%>B3.0%>B1.5%>B0，28 d后開始下降，但下降趨勢緩慢，變化較小。從圖2可以看出，可降解包膜尿素緩釋肥處理的小白菜在整個生長期能夠持續(xù)穩(wěn)定地提供NO3--N，并且隨著包膜中膨潤土含量的增加，土壤中NO3--N含量也隨著增加，尿素處理NO3--N含量在小白菜生長前期提供大量的NO3--N，而后期提供的NO3--N較少。

2.2包膜緩控釋肥對小白菜生長發(fā)育的影響

2.2.1包膜緩控釋肥對小白菜生長的影響

膨潤土含量不同的可降解包膜尿素緩釋肥對小白菜葉長、葉寬的影響見表2。從表2可以看出，尿素處理小白菜葉長和葉寬比空白對照增加7.96%和5.84%。添加0、1.5%、3.0%、4.5%膨潤土的可降解包膜尿素緩釋肥處理的小白菜葉長比對照分別增加21.51%、2339%、22.90%、21.00%，小白菜葉寬比對照分別增加25.77%、30.79%、29.08%和28.26%。施用可降解包膜尿素緩釋肥后的小白菜葉長和葉寬均明顯較對照和尿素處理有所增加。與尿素處理相比，添加膨潤土可降解包膜尿素緩釋肥的小白菜葉長和葉寬增加明顯，這是因為尿素施入土壤一段時間后其養(yǎng)分很快釋放完全，后期不能為小白菜的生長提供充足的養(yǎng)分，而可降解包膜尿素緩釋肥能夠滿足小白菜整個生長期的營養(yǎng)需求，對小白菜生長具有明顯的優(yōu)勢。

2.2.2包膜緩控釋肥對小白菜鮮質(zhì)量、干質(zhì)量的影響盆栽試驗結(jié)果，施用尿素處理的小白菜與對照小白菜的鮮質(zhì)量和干質(zhì)量相比，分別增長9.63%、8.60%，小白菜產(chǎn)量較對照略有增加。施用可降解包膜尿素緩釋肥B0、B1.5%、B3.0%、B4.5%4個處理的小白菜鮮質(zhì)量比對照小白菜的鮮質(zhì)量分別增加19.72%、23.53%、24.99%、26.88%，其干質(zhì)量比對照小白菜分別增加 22.21%、2653%、30.18%、32.09%。表明施用可降解包膜尿素緩釋肥后小白菜葉長和葉寬均明顯較對照有所增加，在45%膨潤土的可降解包膜尿素緩釋肥處理下小白菜的鮮質(zhì)量和干質(zhì)量分別較對照增加26.88%、32.09%，達(dá)到了明顯的增產(chǎn)效果。與尿素相比，可降解包膜尿素緩釋肥能夠大幅度提高小白菜的鮮質(zhì)量和干質(zhì)量，且小白菜的鮮質(zhì)量和干質(zhì)量隨著包膜中膨潤土含量的增加而增加。因為包膜中添加適量膨潤土能強(qiáng)烈吸附尿素和NH4+-N，并且具有控釋作用和保水保肥效果，可以提高養(yǎng)分的利用率，從而提高小白菜的產(chǎn)量。當(dāng)包膜中膨潤土加入量為 4.5% 時，小白菜的鮮質(zhì)量和干質(zhì)量增加最大。所以從小白菜的產(chǎn)量角度考慮，包膜中膨潤土最適加入量為4.5%。

2.2.3方差分析膨潤土含量不同的可降解包膜尿素緩釋肥對小白菜鮮質(zhì)量和干質(zhì)量的單因素方差分析結(jié)果見表4、表5。從表4、表5可以看出，鮮質(zhì)量和干質(zhì)量的組間平方和分別為2.531、0.012，組內(nèi)平方和分別為0.003、0，其中組間平方和的F值分別為1 057.385、677.556，相應(yīng)的概率值均為0，小于顯著水平0.05。結(jié)果表明，施用可降解包膜尿素緩釋肥對小白菜的鮮質(zhì)量和干質(zhì)量有顯著的影響。組間變異被施肥類型所能解釋的部分分別為2.131、0.010，被其他因素解釋的分別為0.400、0.002，并且組間變異被所施用的氮肥類型所能解釋的部分十分顯著。表明施肥類型對小白菜鮮質(zhì)量和干質(zhì)量的影響非常顯著，并且直接影響其產(chǎn)量。

2.2.4雙變量相關(guān)分析小白菜鮮質(zhì)量和干質(zhì)量與 NH4+-N、NO3--N、無機(jī)氮的雙變量相關(guān)分析結(jié)果見表6、表7、表8。從表中可以看出，小白菜鮮質(zhì)量與NH4+-N、NO3--N、無機(jī)氮之間的Pearson相關(guān)系數(shù)分別為0.973、0972和 0.974，干質(zhì)量與NH4+-N、NO3--N、無機(jī)氮之間的Pearson相關(guān)系數(shù)分別為0.989、0.986和0.990，各顯著性水平均在0.001以上，表明小白菜鮮質(zhì)量和干質(zhì)量與 NH4+-N、NO3--N、無機(jī)氮之間均存在正相關(guān)。因此，可以得出，小白菜鮮質(zhì)量和干質(zhì)量與NH4+-N、NO3--N、無機(jī)氮之間均存在顯著相關(guān)關(guān)系，小白菜產(chǎn)量與三者密切相關(guān)。

3結(jié)論

尿素和可降解包膜尿素緩釋肥對NH4+-N和NO3--N具有相同的釋放規(guī)律，均是隨時間的增加呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，但是它們的最大值及其出現(xiàn)最大值的時間不同。尿素處理NH4+-N和NO3--N含量分別在14、21 d達(dá)到最大值102.25、30.05 mg/kg，而緩釋肥處理分別在21、28 d達(dá)到最大范圍54～60 mg/kg、2～28 mg/kg。

與尿素相比，包膜尿素緩釋肥能夠在小白菜全生長期內(nèi)為其提供NH4+-N和NO3--N。包膜尿素緩釋肥對 NH4+-N 和NO3--N的緩釋效果隨著膨潤土含量的增加而提高。與尿素處理相比，添加膨潤土的可降解包膜尿素緩釋肥處理小白菜的葉長、葉寬、鮮質(zhì)量和干質(zhì)量分別增加 12%～15%、18%～22%、9%～16%、12%～22%。因為緩釋肥滿足了小白菜全生長期的營養(yǎng)需求，促進(jìn)小白菜各項生長指標(biāo)明顯提高。此外，緩釋肥對小白菜的增產(chǎn)效應(yīng)隨著膨潤土含量的增加而增加，當(dāng)膨潤土含量為4.5%時，小白菜產(chǎn)量最高。endprint

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