控释复合肥料的养分释放特性及其对不同花卉生长的影响

Nutrient Release Characteristics of Controlled-Release Compound Fertilizers and Their Effects on the Growth of Different Flowers

doi: 10.3969/j.issn.2096-7047.2024.05.008

伍志波 Zhibo WU , 卢美燕 Meiyan LU , 梁嘉敏 Jiamin LIANG

广东维生联塑科技股份有限公司广东江门 529000 Guangdong Weisheng LESSO Technology Co., Ltd., Jiangmen, Guangdong 529000, China

摘要：

为探讨包膜质量分数分别为3%、4%、5%、6%的聚氨酯包膜控释复合肥料的养分释放特性和对花卉生长的影响，以市售的控释复合肥料为对照(CK)处理，开展了养分释放特征试验和以鸡冠花、鼠尾草为试验对象的盆栽试验及淋溶试验。结果表明：随着包膜量的增加，聚氨酯包膜控释复合肥料的养分释放率减小，有效延长了肥料的养分释放期；与CK处理相比，包膜量为4%、5%的聚氨酯包膜控释复合肥料分别显著提高了鸡冠花和鼠尾草的植株鲜质量；CK处理的淋溶液电导率(EC值)随时间延长不断减小，而聚氨酯包膜控释复合肥料淋溶液的EC值呈先上升后下降的变化趋势，可有效延缓土壤养分的流失。包膜量为4%~5%的聚氨酯包膜控释复合肥料可促进供试花卉的生长，有效提高肥料利用率，减轻对环境的污染。

关键词：

控释复合肥料; 包膜量; 养分释放率; 淋溶试验; 花卉生长;

Abstract：

To investigate the nutrient release characteristics and effects on flower growth of polyurethane coated controlled-release compound fertilizers with coated mass fractions of 3%, 4%, 5%, and 6%, a nutrient release characteristic experiment and a pot experiment and leaching experiment are conducted using commercially available controlled-release compound fertilizer as control (CK) treatment, with Celosia cristata L. and Salvia japonica Thunb. as experimental subjects. The results show that with the increase of coated quantity, the nutrient release rate of polyurethane coated controlled-release compound fertilizer decreased, effectively prolonging the nutrient release period of the fertilizer. Compared with CK treatment, polyurethane coated controlled-release compound fertilizers with coated quantity of 4% and 5% significantly improved the plants fresh weight of Celosia cristata L. and Salvia japonica Thunb., respectively. The conductivity (EC value) of the leaching solution treated with CK decreases continuously with time, while the EC value of the polyurethane coated controlled-release compound fertilizer leaching solution shows a trend of first increasing and then decreasing, which can effectively delay the loss of soil nutrients. Polyurethane coated controlled-release compound fertilizers with coated quantity of 4% to 5% can promote the growth of the tested flowers, effectively improve fertilizer utilization, and reduce environmental pollution.

Keyword：

controlled-release compound fertilizer; coated quantity; nutrient release rate; leaching test; flower growth;

0 前言

肥料是农业发展的基础，农作物的生长离不开肥料的投入^[1]。随着科技的进步，将告别传统农业的低效率和工业化农业的高投入，现代农业追求的是规模化、集约化、精准化的发展^[2]。农户以前为了获得较大的经济收益，长期单施氮肥或过量施用化肥，导致出现土壤养分失调、板结、酸化以及环境污染等问题^[3]。施肥不合理、不科学，不仅作物无法得到增产，还会破坏土壤的物理、化学、生物特性，进而抑制作物生长^[4]。氮、磷、钾是植物生长最主要的营养元素，氮素易通过挥发和淋溶损失，磷素易被土壤固定，钾素易随径流离开土壤，水肥管理不当以及土壤本身的缺陷均会导致肥料的利用率偏低^[5-7]。值得注意的是，我国肥料利用率远低于发达国家，其中氮肥平均利用率为30%，磷肥利用率仅为20%^[8]，因此肥料利用率低是发展现代农业过程中亟待解决的问题。

为了提高化肥的利用率，人们提出了缓控释肥料的概念，通过调控机制使养分缓慢释放，延长养分的释放期，满足作物整个生长期对养分的需求^[9]。这类新型肥料具有操作简便、节约成本、减少环境污染等优点，是近年来肥料行业的研究热点。早在20世纪60年代，美国便开发了硫包衣尿素，算是控释肥料研究的开始^[10]。随后，英国、德国和日本等发达国家也开始进行控释肥料的研究，出现了烯烃聚合物包膜肥料、热塑性树脂包膜肥料、热固性树脂包膜肥料等多种类型的控释肥料^[11-13]。虽然国内开展缓控释肥料的研究相对较晚，但已经持续研究了近40年。随着包膜材料从初期的聚烯烃到近期的聚氨酯，控释肥料的国内市场发生了时代革新。然而，目前国内对于控释肥料的研究主要围绕包膜尿素，有关控释复合肥料的研究报道相对较少。本研究通过控制包膜量研制了4种控释复合肥料，进行了养分释放特征试验，并评估了不同包膜量的控释复合肥料对鼠尾草和鸡冠花生长的影响。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试作物：鸡冠花和鼠尾草，长至6~8叶的盘穴苗，定植于直径10 cm、高6 cm的塑料盆。

供试土壤：泥炭土，w(有效磷)为146.08 mg/kg、w(速效钾)为1 128.85 mg/kg、pH为5.55、可溶性盐浓度(EC值)为0.065 mS/cm。

供试肥料：广东维生联塑科技股份有限公司自主研发的控释复合肥料(聚氨酯包膜肥料)；市售控释复合肥料(14-14-14)，聚氨酯包膜，包膜量为4%(质量分数，下同)。

1.2 试验设计

1.2.1 控释复合肥料的性能测试

称取10 g预先制备的控释复合肥料，装入网兜，用200 mL蒸馏水浸泡，于25 ℃培养，分别在1、3、5、7、14、28、42、52、60、74、90 d定期取出容器中的浸出液，测定浸出液中的养分含量，然后再加入200 mL蒸馏水继续培养。

1.2.2 控释复合肥料的盆栽试验

鸡冠花和鼠尾草分别设5个处理：T1，自研控释复合肥料(14-14-14)，包膜量为6%；T2，自研控释复合肥料(14-14-14)，包膜量为5%；T3，自研控释复合肥料(14-14-14)，包膜量为4%；T4，自研控释复合肥料(15-15-15)，包膜量为3%；CK，市售控释复合肥料(14-14-14)，包膜量为4%。每个处理8盆，共80盆。每盆定植1株，移栽时每盆营养土(1.1 L)中拌入供试肥料5 g。试验于2023年3月20日定苗移栽施肥，所有肥料均一次性全部施入；2023年5月18日试验结束。试验过程中，每7 d进行一次淋溶，收集淋溶液测定EC值。在作物生长过程中，灌溉、病虫害防治等均按常规管理方法进行。

1.3 测定指标与方法

(1) 浸出液的养分测定：控释复合肥料的养分释放率以氮素释放率为依据，浸出液中的总氮释放率采用凯氏定氮法测定。

(2) 盆栽试验淋溶液EC值：移栽25 d后，每7 d收集一次淋溶液，共收集5次，并用电导率仪测定溶液EC值。

(3) 鸡冠花和鼠尾草的鲜质量：试验结束后，取植株地上部，洗净擦干，用天平称量植株鲜质量。

1.4 数据处理

试验数据采用Excel 2010和SPSS 26软件进行处理，方差分析采用Duncan法。

2 结果与分析

2.1 不同控释复合肥料的氮素释放特征

不同控释复合肥料的氮素累积释放曲线见图 1。由图 1可知：4种自研控释复合肥料的氮素累积释放曲线的变化趋势相似，初期相对缓慢，中期快速增长，后期滞缓释放；T1、T2、T3和T4处理的初期氮素释放率分别为0.30%、0.90%、2.71%和4.48%，即初期氮素释放率随着包膜量的减少而递增；T4处理的氮素累积释放率始终保持最高，T1处理的氮素累积释放率始终低于其他处理的；随着浸泡培养时间的延长，T2、T3处理的氮素累积释放率出现一定的变化规律，15 d前和60 d后，T3处理的氮素累积释放率比T2处理的高，在15~60 d内，表现出相反的结果，T2处理的氮素累积释放率比T3处理的高。

图 1

不同控释复合肥料的氮素累积释放曲线

2.2 不同控释复合肥料处理对鸡冠花和鼠尾草生长的影响

生物量是衡量植物生长的重要指标，也是反映肥料效果最直接的指标。由图 2(a)可知：随着控释复合肥料包膜量的增加，鸡冠花的鲜质量呈先增加后下降的趋势；T3处理的鸡冠花鲜质量最大，且显著高于T1、CK处理的，分别提高了34.96%、14.15%。由图 2(b)可知，各处理鼠尾草鲜质量的变化趋势与鸡冠花的相似，鼠尾草鲜质量随着控释复合肥料包膜量的增加呈先增加后下降的趋势；与其他处理相比，CK处理的鼠尾草鲜质量显著降低了15.62%~33.28%；T2处理的鼠尾草鲜质量显著高于其他处理的，提高了13.84%~26.47%。

图 2

不同控释复合肥料处理的鸡冠花和鼠尾草鲜质量

2.3 不同控释复合肥料处理对盆栽淋溶液EC值的影响

在作物生长期间，定期进行淋溶试验并测定淋溶液的EC值，可进一步验证控释复合肥料的养分释放速率，探究其养分释放速率与作物生长状况的相关性。从图 3可知：在栽培25 d时，CK处理的鸡冠花和鼠尾草淋溶液的EC值均为最大；随着栽培时间的延长，CK处理的淋溶液EC值逐渐减小，整体表现为前期养分快速释放，后期养分释放变慢；随栽培时间的延长，T1~T4处理均表现淋溶液的EC值先上升后下降，其中32 d时的EC值最大，说明养分释放高速期在32 d；T1处理在25 d和32 d的淋溶液EC值均较其他处理的低，而在46 d和53 d时的EC值较其他处理的高，达到前期延缓养分释放、后期持续供应养分的效果。

图 3

不同处理的淋溶液EC值

3 讨论

养分释放率是判定缓控释肥料性能的重要指标，其反映的是肥料养分释放的快慢^[14]。影响控释复合肥料养分释放特征的因素较多，如水分含量、环境温度、作物生长阶段等外部因素，以及包膜材料、膜材厚度和颗粒大小等内部因素^[15-17]，其中内部因素为直接影响因素。本研究主要考察了不同包膜量对聚氨酯包膜控释复合肥料养分释放率的影响，结果表明，随着包膜量增加，相同时间下，控释复合肥料的氮素累积释放率降低。其原因是随着包膜量增加，包膜的厚度也会增加，延长了养分向外扩散的通道，减缓了养分的释放速率。此外，膜材的表面性能对包膜肥料的养分释放率影响非常大，随着膜材表面的孔隙数量或面积的增加，包膜肥料的养分释放速率将增大^[18]。因此，随着包膜量的增加，包膜控释复合肥料的表面孔隙减少，从而降低了肥料的养分释放速率。

控释肥料通过一层特殊的膜材控制养分的释放速率，以配合作物在生长周期内对养分的需求。在减少施肥量的情况下，控释肥料可促进作物的生长发育，减少养分的流失，提高肥料的利用率^[19]。鸡冠花和鼠尾草是常见的观赏性作物，花期较长，在传统的种植过程中，生长期间需多次补充养分，而控释肥料一次施用就可满足作物不同时期的养分需求，具有省时省工的优点^[20]。从包膜量来看，随着包膜量的下降，两种作物的生物量呈先增加后下降的趋势。控释肥料的养分主要是通过膜层的孔隙从内往外释放，孔隙越多、越大，则养分释放速率越快^[21]。随着包膜量的提高，养分释放速率逐渐变小，当控释肥料的养分释放速率与作物的养分吸收速率同步时，可促进作物生长发育^[22]。控释肥料在花卉上的应用，不仅能有效提高养分的利用率，还可有效延长花期^[23]。然而，当养分释放速率大于作物的需求时，养分分布于土壤中，随之会通过固定、淋溶等过程损失，不利于作物正常生长发育^[24]。由于鸡冠花和鼠尾草的生长周期有一定差异，所以最佳包膜量的控释复合肥料并不相同。施用包膜量为4%的控释复合肥料的鸡冠花生长情况最好，而施用包膜量为5%的控释复合肥料的鼠尾草生长情况最好，其原因可能是鸡冠花的花期比鼠尾草的短，包膜量低的控释复合肥料的养分释放速率更符合鸡冠花对养分的需求。

伴随着降雨和浇灌，土壤中的可溶性养分会向下入渗或随着地表径流离开耕层土壤^[25]，大量化肥的施用会加剧地表水和地下水的污染^[26]。此外，养分随水离开土壤，作物得不到足够的养分，对作物的生长造成负面影响。盆栽试验淋溶液的电导率测定结果表明：随着时间的延长，T1~T4处理的土壤淋溶液的电导率先上升后下降；市售控释复合肥料的土壤淋溶液的电导率初期最大，随着时间延长，电导率逐渐下降，且降幅较大。土壤淋溶液的电导率变化可从侧面反映作物可吸收的土壤养分含量，T1~T4处理的控释复合肥料的养分主要集中在第32 d释放，市售控释复合肥料则集中在更早的时期释放。相对于市售的控释复合肥料，T1~T4处理的控释复合肥料对延缓肥料养分流失的效果更佳。鸡冠花和鼠尾草生长期通常为2~3个月，第一个月主要是从幼苗生长期过渡到营养生长期，需要的养分不多；第二个月则是从营养生长期过渡到开花期，需要较多的养分。因此，T1~T4处理的控释复合肥料更有利于在不同时期提供足够的养分，供鸡冠花和鼠尾草生长发育。

4 结语

本研究以市售的控释复合肥料作为对照，测定了不同包膜量控释复合肥料的氮素累积释放率，以鸡冠花和鼠尾草为研究对象开展了盆栽试验，并间歇进行淋溶试验。研究发现：包膜量对控释复合肥料的养分释放率影响显著，随着包膜量的提高，养分释放率下降，可有效延缓养分的释放；与对照处理相比，4%包膜量的控释复合肥料可有效促进鸡冠花的生长，5%包膜量的控释复合肥料可有效促进鼠尾草的生长；研发的控释复合肥料淋溶液的EC值表现为前期低、中后期高，更有利于花卉全生育期的生长发育。

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