包膜肥料的研究进展

收稿日期：２００８－０１－２４作者简介：朱利平（１９７３－），男，内蒙古凉城人，学士，农艺师，从事农业生产技术服务指导工作。

河北农业科学，２００８，１２（６）：４０－４２，５３ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｅｂｅｉＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ责任编辑：朱新秀１８４０年德国化学家李比希（Ｊ．Ｖ．Ｌｉｅｂｉｇ）提出植物矿质营养理论后，经过半个多世纪，化学肥料已发展为比较完善的技术系统和产业体系，成为推动世界农业生产发展的强大力量［１］。

据联合国粮农组织（ＦＡＯ）统计，施用化肥可提高作物单产５５％～５７％，提高总产３０％～３１％。

化肥是农业生产中最大的物质投入，约占其全部生产性投入的５０％。

中国是农业大国，同时也是世界最大的化肥生产国和消费国。

但长期以来由于化肥结构单一，施肥结构不合理，其单位面积的施肥量已达世界平均量的１．６倍，但氮肥的利用率仅为３０％～５０％［２－３］。

通过淋溶、挥发等途径损失的氮肥造成水资源、农产品的污染和温室效应等负面影响，正严重威胁着人类生存。

大量的科学研究表明，肥料利用率低的主要原因是由于绝大部分化学肥料为速溶性肥料，施入土壤后可在短期内溶解，速效养分在短期内不可能全部被作物吸收利用，一部分养分通过各种途径损失致使肥料利用率下降。

新型肥料的研制和开发是解决上述问题的重要突破口，其中包膜肥料已引起世界各国的广泛关注。

１包膜肥料的概念、分类及其特点１．１概念包膜肥料是指以颗粒化肥（氮或氮磷复合肥等）为核心，表层涂覆一层低水溶性或微溶性无机物质或有机聚合物，使肥料成分通过包膜的微孔、裂缝慢慢释放出来从而改变化肥养分的溶出性，延长或控制肥料养分释放，使土壤养分的供应与作物需求协调的新型肥料［４］。

１．２分类包膜肥料按其释放机理可分为３类：①半透水性膜。

主要是减少肥料与水分的接触机会来控制养分的溶出速度；②微生物不能分解的不透水性膜。

其包膜材料多为聚合物。

肥料成分从膜表面的微孔溶出，溶出速度取决于膜材料性质、膜厚度及加工条件；③微生物可分解或可降解的不透水性膜。

包膜材料有硫磺、尿醛缩合物。

其材料在土壤中可被微生物分解或因风化等作用而显著降解。

这类肥料养分的溶出速度除取决于膜的厚度及加工条件，还依赖于土壤微生物的数量、温度等因素［５］。

１．３特点１．３．１优点普通氮肥养分释放快（如尿素施入土壤后约一周就由酰氨态氮转化为铵态氮），在作物生长季多次施肥才能满足作物生长和发育的要求，且易造成养分损失。

包膜肥料与其相比具有如下特点：①包膜肥料养分释放迟缓，能够持久地为作物生发育供给养分；②使一次性施肥成为可能，既降低了成本又节省了劳力；③可以避免一次大量施肥致使浓度过高而造成作物烧苗、中毒等现象；④可降低氮素各种途径损失，减少对生态环境的污染；⑤可以根据需要加工成各种类型的包膜摘要：包膜肥料作为一种新型肥料，可明显提高肥料利用率，减轻生态环境污染。

综述了包膜肥料的分类及特点，国内外研究现状，肥料养分溶出的测定方法及养分释放机理。

分析了目前包膜肥料在研究中存在的问题，并进行了研究展望。

关键词：包膜肥料；研究进展中图分类号：Ｓ１４３文献标志码：Ａ文章编号：１００８－１６３１（２００８）０６－００４０－０３ＲｅｓｅａｒｃｈＡｄｖａｎｃｅｓｉｎＣｏａｔｅｄＦｅｒｔｉｌｉｚｅｒｓＺＨＵＬｉ－ｐｉｎｇ１，ＷＥＩＳｈｕ－ｙｉｎ１，ＲＥＮＤｏｎｇ－ｓｈｅｎｇ２，ＺｈａｎｇＹｕ－ｌｉｎｇ３（１．ＢａｏｔｏｕＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＲｅｃｌａｍａｔｉｏｎＧｒｏｕｐＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂａｏｔｏｕ０１４０６０，Ｃｈｉｎａ；２．ＷｕｈｕａＴｏｗｎＧｏｖｅｒｎｍｅｎｔｏｆＮｉｎｇｃｈｅｎｇＣｏｕｎ－ｔｙｉｎＣｈｉｆｅｎｇＣｉｔｙ，Ｃｈｉｆｅｎｇ０２４２０９，Ｃｈｉｎａ；３．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＬａｎｄａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ＳｈｅｎｙａｎｇＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１０１６１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓａｎｅｗｔｙｐｅｏｆｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ，ｃｏａｔｅｄｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｃｏｕｌｄｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙａｎｄｒｅ－ｄｕｃｅｔｈｅｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｐｏｌｌｕｔｉｏｎ．Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｃｏａｔｅｄｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｓｗｅｒｅｒｅｖｉｅｗｅｄａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｓｔａｔｕｓａｔｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄ，ｍｅａｓｕｒｉｎｇｍｅｔｈｏｄｏｆｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｎｕｔｒｉｅｎｔｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｎｕｔｒｉｅｎｔｒｅｌｅａｓｉｎｇｍｅｃｈａ－ｎｉｓｍ．Ｐｒｏｂｌｅｍｓａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｓｐｅｃｔｓｏｆｃｏａｔｅｄｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｏａｔｅｄｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｓ；Ｒｅｓｅａｒｃｈａｄｖａｎｃｅｓ包膜肥料的研究进展朱利平１，卫树银１，任冬生２，张玉玲３（１．包头市农垦集团有限责任公司，内蒙古包头０１４０６０；２．赤峰市宁城县五化镇政府，内蒙古赤峰０２４２０９；３．沈阳农业大学土地与环境学院，辽宁沈阳１１０１６１）朱利平等．包膜肥料的研究进展综述肥料，以满足农业生产的需求［６－７］。

１．３．２缺点虽然包膜肥料具有普通肥料无法比拟的优点，但从现阶段来看也有其局限性：①现今包膜肥料的养分释放与作物养分吸收还不能完全一致。

不同作物具有不同的养分吸收特点，给包膜肥料的研制和开发带来很大难度［８］；②包膜肥料需要特殊的材料和制造工艺，因此成本较高，约为普通肥料的５～８倍，这在很大程度上制约了其大面积的应用和推广；③目前所使用的包膜材料在土壤中难以降解［９］，会对环境造成一定污染。

２包膜肥料的研究进展２．１国内外研究概况包膜肥料的开发研制始于２０世纪５０年代后期，研究对象主要是尿素的复合肥。

１９６１年美国ＴＶＡ公司开始以硫磺和沥青为材料进行包膜试验，并在当时投入生产。

１９６４年美国ＡＤＭ公司开发以热固性树脂（主要组成为二聚环戊二烯和丙三醇酯的共聚物）为包膜材料的包膜肥料，并首先在世界上实现树脂型包膜肥料工业化生产。

１９７２年英国ＩＣＩ公司也开始生产包膜肥料。

随后，德国、加拿大、日本等国也开始包膜肥料的研制生产，尤其是日本发展速度很快。

１９７６年日本三井东亚化学株式公社研制生产出涂硫尿素（ＳＣＵ）产品，由于该产品能够为植物生长发育提供必需的硫元素，在缺硫地区较为适用；另外，该产品价格较为低廉（只比普通尿素价格高３０％），因此，该产品在当时缓效肥料市场拥有一定占有率。

目前，美国和日本在控释肥料的研究和应用领域均居世界领先地位。

我国于２０世纪７０年代初期开始进行包膜肥料的研究。

中科院南京土壤研究所用钙镁磷肥包裹颗粒碳铵，但未形成规模化生产。

１９８５年浙江龙游化工厂研制生产硫铵包膜肥，１９８６年以５０００ｔ／ａ投入生产。

１９８７年广州氮肥厂研制了价格便宜的薄层包膜肥料—涂层尿素，并通过了工艺和产品鉴定［１０］。

但有关报道表明：虽然此类肥料能改善肥料功效，但浸入水中数分钟后即全部溶解，不足以达到缓释的目的［１１］。

１９９２年南化集团公司与南京农大合作研制成功杂交水稻制种专用包膜复混肥，产品使用后增产显著。

南京土壤研究所开发的以尿素和碳铵为基质，钙镁磷肥为包膜材料的包膜肥达到了长效效果。

南化集团永大公司开发的“包膜颗粒肥料”和“包膜复混肥及包膜技术”已申请了专利［１２－１３］。

２０世纪９０年代，浙江农业大学土化系利用废旧塑料包囊常规复肥，研制了减少肥料挥发与淋失的肥效调节肥料（ＣＡＦ）［１４］。

１９９５年郑州乐喜施肥料公司开发出以二价金属磷酸铵钾盐包裹尿素，硫酸或磷酸为酸化剂，在专用的反映造粒机中一步制成，已出口美国和新加坡用于高尔夫球场和景观草坪等。

２０世纪９０年代至今，包膜肥料在农业中的应用技术取得了可喜成果，已有几种高品性控释肥料在农业中得到使用。

但与日、美两国相比，我国控释肥料的研究和应用还处于起步阶段。

２．２包膜肥料养分释放测定方法的研究２．２．１水中（或溶液）溶出率法用水或一定浓度的盐溶液浸提包膜肥料，以计算一定时间内养分的溶出量，是评价包膜养分释放特性的常用方法。

Ｂｌｏｕｉｎ等１９７１年提出的７ｄ溶出率法，即将５０ｇ肥料样品投入２５０ｍｌ水中（肥水比１∶５，温度２５℃左右），７ｄ内每天测定尿素浓度而确定养分释放速率。

该法是硫包尿素（ＳＣＵ）和聚合包膜尿素控释性能的常用测定方法；日本对包膜肥料采用初期溶出率来测定肥料缓释率。

所谓初期溶出率为称取试样１２．５ｇ，加入２５ｍｌ水，在３０℃的恒温箱中放置２５ｈ后，测定养分溶出率；而微分溶出率是由测定在３０℃下恒温７ｄ后的溶出率通过计算出第２～７天之间的每天平均溶出率［４，９］；欧洲标准委员会（ＣＥＮ）规定包膜肥料在水中（２５℃）养分释放速率２４ｈ不大于１５％；２８ｄ不大于７５％；在规定时间内至少有７５％被释放。

２．２．２土壤溶出率法土壤溶出率法是由Ｏｅｒｔｌｉ和Ｌｕｎｔ最先提出的把土壤因子引入包膜肥料的评价方法。

即把一种用克里姆（ｋｒｉｌｉｕｍ）土壤改良剂处理过的壤土１ｋｇ与３０ｇ树脂包膜肥料混匀，装入１长为６０ｃｍ、内径为５ｃｍ的垂直玻璃管中，玻璃管底部装有玻璃棉（起过滤作用），连续１０周，每次分别用５０ｍｌ蒸馏水和２％或０．５％的甲醛溶液（开始为２％，以后为０．５％，主要目的为杀死土壤微生物）淋洗土壤肥料混合物，收集淋滤液并测定其中的养分含量。

美国宾西法尼亚大学的Ｈｏｌｃｏｍｂ设计了一种简易方法，将“养分从肥料颗粒中溶出与养分被一定土层的吸附”一并考虑，测定养分从土层中溶出的量，以判断缓释肥料的释放期［４，１５］。

试验证明，肥料浸入水中测得养分释放期不能代表肥料对作物表现出的肥效期。

许秀成等［４］提出利用新测试方法及评判标准来衡量包膜肥料肥效期。

新的评判标准考察了肥料在土壤中的变化，分析可知，肥料的肥效期远大于肥料在水中溶解所需时间，这不仅取决肥料本身的溶解性或养分释放期，还与土壤中的行为密切相关。

新评判标准如下：①将包裹肥料浸入水中，于８、２４、３６、４８、６０、７２ｈ后，分别各取１０粒肥粒，观察尚存有核心（通常为尿素）的颗粒数目，作为评判肥料缓释性能的生产在线控制；②将一定质量（１０ｇ）包裹肥料浸入水中，于８、１０、２４、３２ｈ后，分别测定溶液中含氮量，计算养分溶出率，以评判所生产肥料是否符合缓释肥企业标准；③将一定质量（１０ｇ）包裹肥料，按文献［５］介绍的方法，埋入模拟土壤中，测定养分溶出率，以测定缓释肥料的肥效期。

２．２．３扩散和渗透率法Ｇａｍｂａｓｈ等认为，水蒸气通过膜的扩散进入肥料颗粒内部是肥料养分释放模式的决定步骤，并研究以重量法测定水蒸气扩散量的方法来评价包膜肥料的控释性能。