包膜肥料膜结构及养分释放动力学特性
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却旋管Ｃｏｏｌｉｎｇ ｃｏｉｌ；８．集液器Ｃｏｎｔａｉｎｅｒ ｉｎ ｌｉｑｕｉｄ；９．承集瓶 Ｈｏｌｄｉｎｇ ｊａｒ
２结果与分析
２．１ 包膜厚度及其结构特征 在扫描电镜下用不同放大倍数观察拍摄包膜尿
素和包膜磷铵的膜厚度和基本结构图像（图２和图 ３）。包膜尿素的膜平均厚度为６５／ａｎ，包膜厚度范围 在５９～７３ ｖ－ｍ；包膜磷铵（ＣＭＡＰ－２）的膜厚度平均为
万方数据
第６期
熊又升等：包膜肥料膜结构及养分释放动力学特性
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一；
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锝专
餐崩 世
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静｛ 耧笛 鼬
ＥＵＦ时间ＥＵＦ ｔｉｍｅ／ｒａｉｎ
图４包膜磷铵氮养分释放曲线
Ｆｉｇ．４ Ｏｕｒｖｅ ｏｆ Ｎ ｒｅｌｅａｓｅｄ ｆｏｒ ｃｏａｔｅｄ ＭＡＰ
图５包膜尿素氮养分释放曲线 Ｆｉｇ．５ Ｃｕｒｖｅ ｏｆ Ｎ ｒｅｌｅａｓｅｄ ｆｏｒ ｃｏａｔｅｄ ｕｒｅａ
１．１ 包膜肥料膜的的采集和处理
（图１），加蒸馏水５０ ｍＩ。，以７组分自动程序控制恒
以多糖类聚合物为材料的包膜尿素（ＣＵ）和包 温恒压，先将电压固定在２００ Ｖ（１５ ｍＡ）提取３０
膜磷铵１号和２号（简称为ＣＭＡＰ－１；ＣＭＡＰ一２）作 ｍｉｎ，每隔５ Ｉｎｉｎ收集１次水样，获得６组分，６组分总
为样品进行前处理：①用解剖刀直接把包膜尿素切 氮量为电超滤氮组分Ｉ［简称ＥＵＦ－Ｎ（Ｉ）］，然后，手动
成半圆状；②将电超滤后养分释放完的空壳包膜解 调节电压４００ Ｖ、１５０ ｍＡ和４００ Ｖ、４０ ｍＡ的条件下 剖为片状．；③将包膜颗粒上剥离的原状包膜切成片 各提取５ ｍｉｎ，获得２组分，２组分（１０ ｍｉｎ）的总氮量
状，然后将制好的包膜放在真空镀膜机中喷镀金。 为电超滤氮组分Ⅱ［简称ＥＵＦ－Ｎ（［Ｉ）］。把电超滤阴阳
恒压条件下的释放速率，并且，ＣＭＡＰ－１、ＣＭＡＰ一２ 其方程是包膜尿素为：ｙ一２．１６２ ｚ一３．９７３，包膜磷
和ＣＵ的ｂ值是随着包膜厚度的增加而明显降低， 铵一１为：Ｙ一２．８１７ｘ＋２０．８６７，包膜磷铵一２为：Ｙ一
同时得到的释放２５％养分所需时间ｔ随着包膜厚度 ２．４３４ｘ＋４．７３３（见图４和图５），它们的ｂ值大小与
电子显微技术在土壤学研究中的应用始于 每种包膜厚度取１５颗的平均值。
１９３０年代，电子显微镜的出现，为深入研究物质的 １．２包膜肥料氮素电超滤（ＥＵＦ）提取
超微结构，探索微观世界的奥秘提供了有力工具。
该方法使用ห้องสมุดไป่ตู้国Ｖｏｇｅｌ－７２４型ＥＵＦ仪（图１），
有机聚合物包膜肥料的膜成分和结构对养分的释放 采用进口三醋酸酯纤维超级滤纸，使用前用蒸馏水
１．包膜尿素的膜表面Ｍｅｍｂｒａｎｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｆｏｒ ｃｏａｔｅｄ ｕｒｅａ（１ ０００Ｘ）；２．包膜组成Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅｍｂｒａｎｅ（８００Ｘ）；３．电超滤后包膜横断 面Ｃｒｏｓｓｐｒｏｆｉｌｅｏｆｍｅｍｂｒａｎｅ ａｆｔｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｎｕｈｒａ－ｆｉｌｔｅｒ（２ ０００Ｘ）；４．包膜磷铵一１Ｃｏａｔｅｄ ａｍｍｏｎｉｕｍ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ－１（２００Ｘ）；Ｅ磷铵Ａｍｍｏｎｉ— ｔｉｍ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ；Ｆ．包膜Ｍｅｍｂｒａｎｅ
的增加而增加，分别是８１ ｒａｉｎ、１００ ｒａｉｎ、１１８ ｍｉｎ。 包膜厚度成负相关关系。
同类肥料ＥＵＦ－Ｎ（Ｉ）中释放Ｎ的比例与膜厚度有
综上所述，用ＥＵＦ方法建立包膜肥料养分释
直接关系，随着包膜厚度增加而降低。养分平衡释 放动力学方程及ＥＵＦ系数，可以作为包膜厚度对 放系数训Ｅ＝【ＪＦ－…）／训ＥＵＦ－Ｎ（Ⅱ）是代表两组分之间的养 包膜肥料养分控释的评价方法。
３讨论
３．１ 包膜结构与养分释放的关系 从包膜肥料膜结构的扫描图像可知，包膜的厚
度和结构致密程度是控制包膜肥料养分释放的关键 因素，其结构又取决于膜成分中添加剂的稳定性。 对单个颗粒来说，包膜肥料养分的释放首先是膜的 添加剂与水分发生吸附交换作用，水分以渗透方式 进入包膜内溶解肥料，肥料溶液随着膜中添加剂的 消失所形成的空隙连接通道在养分浓度梯度的作用 下向包膜外扩散。当包膜内固相核心消失时，膜内 的养分浓度下降，养分的扩散速度降低。在包膜肥 料水培和电超滤实验中，我们同时观察到，即使是养 分释放速度较快的少数颗粒，包膜颗粒内固相核心 完全消失时，包膜内仍然充满水溶液，说明包膜没有 破裂，这与Ｋｏｅｈｂａ提出的水蒸气通过疏水膜扩散 进入包膜内形成饱和溶液，随后颗粒内部压力增大， 导致包膜的爆裂或破膜饱和溶液的外流机理不一 致［４］。少数颗粒养分释放速度较快是包膜厚度相对 较薄和膜上孔隙通道较短或通道直径较大的原因， 当然也不排除缺损颗粒的存在。当水分以水蒸气或 液态进入包膜内，包膜肥料的养分释放实际上是包 膜内肥料溶液与介质水溶液在膜基质上同时进行渗 透扩散的作用过程。从群体颗粒的养分释放来说， 实际的养分释放过程是数颗单个颗粒养分释放的综 合行为。因此，在研究包膜肥料的养分释放机理时， 应该同时研究单个颗粒和群体颗粒的养分释放行 为，才能清楚地揭示土壤中包膜肥料的养分释放和 供肥机理。
万方数据
第６期
熊义升等：包膜肥料膜结构及养分释放动力学特性
７３７
图１电超滤装置示意图
Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ ｇｒａｐｈ ｏｆ ＥＵＦ ｄｅｖｉｃｅ １．微孔滤纸Ｔｉｎｙ ｈｏｌｅ ｆｉｌｔｅｒ ｐａｐｅｒ；２．阳极Ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｐｏｌｅ；３．搅 拌器Ｓｔｉｒｒｉｎｇ ａｐｐａｒａｔｕｓ；４．阴极Ｎｅｇａｔｉｖｅ ｐｏｌｅ；５．接真空装置 Ｌｉｎｋｉｎｇ ｔｏ ｖａｃｕｕｍ ｐｕｍｐ；６．电池阀Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｗｉｔｃｈｔ ７．冷
在后期释放Ｎ就较容易。当包膜肥料释放养分的 ＥＵＦ－Ｎ（Ｉ）直接计算的养分释放时间（｝）值之间呈
累积量与浸提时间呈显著相关时，可以用直线同归 显著相关（ｒ—Ｏ．９５６ ３一）。
方程（３，一口＋ｂｘ）进行描述。根据包膜肥料养分释
在电超滤浸提的范围内，３种包膜肥料浸提的
放曲线方程可以得到不同肥料养分释放速度系数ｂ 氮养分累积量（Ｙ：ｇ／ｋｇ）和电超滤浸提时间 值即是单位时间肥料Ｎ养分释放量，它表示２００ Ｖ （Ｘ：ｍｉｎ）的关系都可以用一元线性回归方程拟合，
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华中农业大学学报
第２７卷
图３包膜肥料膜结构和成分扫描电镜观察
Ｆｉｇ．３ Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｇｒａｄｉｅｎｔ ａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｎ３ｅｌＴｌｂｒａｎｅ ｏｆ ｃｏａｔｅｄ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｓ ｗｉｔｈ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ
４５舯，包膜厚度范围在３８～５６呻；包膜磷铵 （ＣＭＡＰ－１）的膜厚度平均为３５卿。从包膜肥料的
包膜横断面基本结构来看，膜的基本结构特征为叠加 层状排布，叠层间有微小空隙，在原状包膜结构成分 中可观察到少量微粒物质（图２—２），这种微粒在养分 释放完的膜片上没有观察到（图２－３），说明它是包膜 开孑Ｌ调节剂成分。同时，观察到电超滤后（养分完全 释放的）包膜横断面上有斜串式连结孑Ｌ道（图３—４），其 观察到的ｃＭＡＰ＿２膜的空隙通道直径大约是 ８～１２ ｔａｎ，ＣＵ膜的空隙通道直径大约是２－－一３ ｔａｎ，它 们可能是水蒸气或养分进出包膜的主要通道。从包 膜结构特征来看，当电镜下观察到的包膜上微粒成分 消失时，微粒所占的空间可能成为养分释放扩散通 道，包膜内养分释放速率快慢与膜的厚度及其叠加层 的致密性和空隙间连通程度有关。包膜越厚，养分 或水分经过通道的路线就越长，养分渗透扩散的相 对速率就越低。而且，有机聚合物的膜直接受热胀 冷缩的影响。所以，温度对包膜肥料养分释放的影 响与包膜的物理结构特性改变也有一定关系。
线，包膜肥料和非包膜肥料间养分释放特性差异十 其它系数有关，特别是与ＥＵＦ－Ｎ（Ｉ）浸提阶段的养
分显著，不同包膜厚度的包膜肥料间也表现出一定 分释放速率有关。从包膜厚度来看，２种包膜磷铵
差异。这种差异说明包膜完好时，包膜控制着包膜 的养分平衡释放系数随膜厚度的增加而降低。从肥 肥料养分释放动力学特性。那么，当膜发生改变时， 料养分释放曲线方程得到的释放速率系数（６）和
包膜尿素、包膜磷铵一ｌ和包膜磷铵一２的氮养分释放动力学经验方程分别为ｙ一２．１６２ｚ一３．９７３，ｙ一２．８１７ｘ＋
２０．８６７和ｙ一２．４３４ｘ＋４．７３３。从而，可以快速鉴别包膜肥料的控释特性。 关键词 电子显微镜；包膜肥料膜结构；电超滤；养分释放动力学
中图法分类号Ｓ １４５．５
文献标识码Ａ
文章编号ｉ０００—２４２１（２００８）０６—０７３６－０５
图２包膜肥料膜的结构和厚度扫描电镜观察 Ｆｉｇ．２ Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｏｆ ｃｏａｔｅｄ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｓ ｗｉｔｈ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ １．包膜尿素Ｃｏａｔｅｄ ｕｒｅａ（２２０Ｘ），八包膜Ｍｅｍｂｒａｎｅ；Ｒ尿素Ｕｒｅａ；２．包膜磷铵一２ Ｃｏａｔｅｄ ａｍｍｏｎｉｕｍ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ－２（３５０Ｘ）｝Ｃ磷铵 Ａｍｍｏｎｉｕｍ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ；Ｄ．包膜Ｍｅｍｂｒａｎｅ；３．电超滤后膜的表面Ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ ｍｅｍｂｒａｎｅ ａｆｔｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｕｌｔｒａ－ｆｉｌｔｅｒ（１ ５００Ｘ）Ｉ ４．电超滤后膜 的横断面Ｃｒｏｓｓ ｐｒｏｆｉｌｅ ｏｆ ｍｅｍｂｒａｎｅ ａｆｔｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｕｌｔｒａ－ｆｉｌｔｅｒ（８ ０００ Ｘ）
２．２包膜肥料养分释放动力学特性
分平衡关系，从中可以得到不同浸提阶段的养分平
图４和图５是用电超滤方法在２００ Ｖ、１５ ｍＡ 衡数据以及膜的稳定性（膜的稳定性是指包膜控制
条件下操作３０ ｍｉｎ之后得到的５种肥料Ｎ养分释 养分释放速率的能力）。当这个值越低，说明膜的稳
放曲线。把它们作为肥料养分释放动力学特征曲 定性越好，反之，膜的稳定性越差。膜的稳定性也与
第２７卷第６期 ２００８年１２月
华中农业大学学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｕａｚｈｏｎｇ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
Ｖ０１．２７ Ｎｏ．６ Ｄｅｃ．２００８，７３６～７４０
包膜肥料膜结构及养分释放动力学特性·
熊又升Ｄ 陈明亮２’ 袁家富Ｄ 赵书军” 彭成林Ｄ 徐祥玉１，
（＂湖北省农业科学院植保土肥研究所，武汉４３００６４；∞华中农业大学资源与环境学院，武汉４３００７０）
些包膜肥料养分释放机理及其模型都缺少这方面资 有肥料样品浸提时间都是４０ ｍｉｎ，先通过几种称样
料的佐证。本研究旨在为包膜肥料的研发及其产品 量的电超滤组分分析比较，最后确定０．５ ｇ肥料样
质量的快速检测提供具有实用价值的方法。
品作为称样标准，肥料与水的浸提比例为０．５：５０。
１材料与方法
ＥＵＦ操作提取时的室温３０℃，具体操作过程是首 先称取０．５ ｇ肥料样品放入ＥＵＦ仪的中室Ａ
通道和速率起着决定作用Ｅ１。２ｌ。包膜肥料产品膜的 浸泡２４ ｈ。为了校正肥料溶解性的差异，试验采用
厚度和结构也会因生产条件限制而产生不同程度差 了２个系列的供试肥料，第１个系列是基础肥料磷
异，确定和了解这种差异程度是提出包膜肥料养分 铵和尿素；第２个系列是相应的聚合物包膜肥料：包
释放机理模型的基础。但是，到目前为止提出的一 膜尿素（ＣＵ）和包膜磷铵（ＣＭＡＰ＿１，ＣＭＡＰ－２）。所
在ＴＥＯＬ６４００扫描电子显微镜（ＳＥＭ）下用不同放 极的溶液分别混合定容至１００ ｎ１Ｌ，溶液中的氮用文
大倍数进行观测和照像，确定其包膜的厚度和结构， 献［３］中全氮～消化蒸馏法测定。
收稿Ｅｌ期：２００８－０３—０７ ．＊国家科技支撑计划（２００６ＢＡＤ０５ＢＯｇ）、国家重点基础研究发展规划项同（２００５ＣＢｌ２１１０７）和湖北农业科技创新中心项目（２００７·６２０－００３—０３— ０６）资助 熊又升，男，１９６３年生，博士，副研究员．工作单位：湖北省农业科学院植保土肥研究所，武汉４３００６４
摘要采用电子显微镜探讨了３种有机聚合物包膜肥料的膜结构和厚度与养分释放的关系。扫描电镜的
图像分析结果显示，膜的基本结构为叠加层状，叠层间有微小颗粒或孔隙，包膜尿素、包膜磷铵一ｌ和包膜磷铵一２
的膜平均厚度分别为６５／ｚｍ、３５肛ｍ和４５／ｘｍ。膜的叠层致密程度和厚度与养分释放速度成负相关关系。采用 电超滤（ＥＵＦ）在短时间内确定包膜肥料氮养分释放量（ｇ／ｋｇ）和时间（ｒａｉｎ）的关系，用数学方程进行拟合，建立了
２结果与分析
２．１ 包膜厚度及其结构特征 在扫描电镜下用不同放大倍数观察拍摄包膜尿
素和包膜磷铵的膜厚度和基本结构图像（图２和图 ３）。包膜尿素的膜平均厚度为６５／ａｎ，包膜厚度范围 在５９～７３ ｖ－ｍ；包膜磷铵（ＣＭＡＰ－２）的膜厚度平均为
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ＥＵＦ时间ＥＵＦ ｔｉｍｅ／ｒａｉｎ
图４包膜磷铵氮养分释放曲线
Ｆｉｇ．４ Ｏｕｒｖｅ ｏｆ Ｎ ｒｅｌｅａｓｅｄ ｆｏｒ ｃｏａｔｅｄ ＭＡＰ
图５包膜尿素氮养分释放曲线 Ｆｉｇ．５ Ｃｕｒｖｅ ｏｆ Ｎ ｒｅｌｅａｓｅｄ ｆｏｒ ｃｏａｔｅｄ ｕｒｅａ
１．１ 包膜肥料膜的的采集和处理
（图１），加蒸馏水５０ ｍＩ。，以７组分自动程序控制恒
以多糖类聚合物为材料的包膜尿素（ＣＵ）和包 温恒压，先将电压固定在２００ Ｖ（１５ ｍＡ）提取３０
膜磷铵１号和２号（简称为ＣＭＡＰ－１；ＣＭＡＰ一２）作 ｍｉｎ，每隔５ Ｉｎｉｎ收集１次水样，获得６组分，６组分总
为样品进行前处理：①用解剖刀直接把包膜尿素切 氮量为电超滤氮组分Ｉ［简称ＥＵＦ－Ｎ（Ｉ）］，然后，手动
成半圆状；②将电超滤后养分释放完的空壳包膜解 调节电压４００ Ｖ、１５０ ｍＡ和４００ Ｖ、４０ ｍＡ的条件下 剖为片状．；③将包膜颗粒上剥离的原状包膜切成片 各提取５ ｍｉｎ，获得２组分，２组分（１０ ｍｉｎ）的总氮量
状，然后将制好的包膜放在真空镀膜机中喷镀金。 为电超滤氮组分Ⅱ［简称ＥＵＦ－Ｎ（［Ｉ）］。把电超滤阴阳
恒压条件下的释放速率，并且，ＣＭＡＰ－１、ＣＭＡＰ一２ 其方程是包膜尿素为：ｙ一２．１６２ ｚ一３．９７３，包膜磷
和ＣＵ的ｂ值是随着包膜厚度的增加而明显降低， 铵一１为：Ｙ一２．８１７ｘ＋２０．８６７，包膜磷铵一２为：Ｙ一
同时得到的释放２５％养分所需时间ｔ随着包膜厚度 ２．４３４ｘ＋４．７３３（见图４和图５），它们的ｂ值大小与
电子显微技术在土壤学研究中的应用始于 每种包膜厚度取１５颗的平均值。
１９３０年代，电子显微镜的出现，为深入研究物质的 １．２包膜肥料氮素电超滤（ＥＵＦ）提取
超微结构，探索微观世界的奥秘提供了有力工具。
该方法使用ห้องสมุดไป่ตู้国Ｖｏｇｅｌ－７２４型ＥＵＦ仪（图１），
有机聚合物包膜肥料的膜成分和结构对养分的释放 采用进口三醋酸酯纤维超级滤纸，使用前用蒸馏水
１．包膜尿素的膜表面Ｍｅｍｂｒａｎｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｆｏｒ ｃｏａｔｅｄ ｕｒｅａ（１ ０００Ｘ）；２．包膜组成Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅｍｂｒａｎｅ（８００Ｘ）；３．电超滤后包膜横断 面Ｃｒｏｓｓｐｒｏｆｉｌｅｏｆｍｅｍｂｒａｎｅ ａｆｔｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｎｕｈｒａ－ｆｉｌｔｅｒ（２ ０００Ｘ）；４．包膜磷铵一１Ｃｏａｔｅｄ ａｍｍｏｎｉｕｍ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ－１（２００Ｘ）；Ｅ磷铵Ａｍｍｏｎｉ— ｔｉｍ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ；Ｆ．包膜Ｍｅｍｂｒａｎｅ
的增加而增加，分别是８１ ｒａｉｎ、１００ ｒａｉｎ、１１８ ｍｉｎ。 包膜厚度成负相关关系。
同类肥料ＥＵＦ－Ｎ（Ｉ）中释放Ｎ的比例与膜厚度有
综上所述，用ＥＵＦ方法建立包膜肥料养分释
直接关系，随着包膜厚度增加而降低。养分平衡释 放动力学方程及ＥＵＦ系数，可以作为包膜厚度对 放系数训Ｅ＝【ＪＦ－…）／训ＥＵＦ－Ｎ（Ⅱ）是代表两组分之间的养 包膜肥料养分控释的评价方法。
３讨论
３．１ 包膜结构与养分释放的关系 从包膜肥料膜结构的扫描图像可知，包膜的厚
度和结构致密程度是控制包膜肥料养分释放的关键 因素，其结构又取决于膜成分中添加剂的稳定性。 对单个颗粒来说，包膜肥料养分的释放首先是膜的 添加剂与水分发生吸附交换作用，水分以渗透方式 进入包膜内溶解肥料，肥料溶液随着膜中添加剂的 消失所形成的空隙连接通道在养分浓度梯度的作用 下向包膜外扩散。当包膜内固相核心消失时，膜内 的养分浓度下降，养分的扩散速度降低。在包膜肥 料水培和电超滤实验中，我们同时观察到，即使是养 分释放速度较快的少数颗粒，包膜颗粒内固相核心 完全消失时，包膜内仍然充满水溶液，说明包膜没有 破裂，这与Ｋｏｅｈｂａ提出的水蒸气通过疏水膜扩散 进入包膜内形成饱和溶液，随后颗粒内部压力增大， 导致包膜的爆裂或破膜饱和溶液的外流机理不一 致［４］。少数颗粒养分释放速度较快是包膜厚度相对 较薄和膜上孔隙通道较短或通道直径较大的原因， 当然也不排除缺损颗粒的存在。当水分以水蒸气或 液态进入包膜内，包膜肥料的养分释放实际上是包 膜内肥料溶液与介质水溶液在膜基质上同时进行渗 透扩散的作用过程。从群体颗粒的养分释放来说， 实际的养分释放过程是数颗单个颗粒养分释放的综 合行为。因此，在研究包膜肥料的养分释放机理时， 应该同时研究单个颗粒和群体颗粒的养分释放行 为，才能清楚地揭示土壤中包膜肥料的养分释放和 供肥机理。
万方数据
第６期
熊义升等：包膜肥料膜结构及养分释放动力学特性
７３７
图１电超滤装置示意图
Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ ｇｒａｐｈ ｏｆ ＥＵＦ ｄｅｖｉｃｅ １．微孔滤纸Ｔｉｎｙ ｈｏｌｅ ｆｉｌｔｅｒ ｐａｐｅｒ；２．阳极Ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｐｏｌｅ；３．搅 拌器Ｓｔｉｒｒｉｎｇ ａｐｐａｒａｔｕｓ；４．阴极Ｎｅｇａｔｉｖｅ ｐｏｌｅ；５．接真空装置 Ｌｉｎｋｉｎｇ ｔｏ ｖａｃｕｕｍ ｐｕｍｐ；６．电池阀Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｗｉｔｃｈｔ ７．冷
在后期释放Ｎ就较容易。当包膜肥料释放养分的 ＥＵＦ－Ｎ（Ｉ）直接计算的养分释放时间（｝）值之间呈
累积量与浸提时间呈显著相关时，可以用直线同归 显著相关（ｒ—Ｏ．９５６ ３一）。
方程（３，一口＋ｂｘ）进行描述。根据包膜肥料养分释
在电超滤浸提的范围内，３种包膜肥料浸提的
放曲线方程可以得到不同肥料养分释放速度系数ｂ 氮养分累积量（Ｙ：ｇ／ｋｇ）和电超滤浸提时间 值即是单位时间肥料Ｎ养分释放量，它表示２００ Ｖ （Ｘ：ｍｉｎ）的关系都可以用一元线性回归方程拟合，
万方数据
７３８
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第２７卷
图３包膜肥料膜结构和成分扫描电镜观察
Ｆｉｇ．３ Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｇｒａｄｉｅｎｔ ａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｎ３ｅｌＴｌｂｒａｎｅ ｏｆ ｃｏａｔｅｄ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｓ ｗｉｔｈ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ
４５舯，包膜厚度范围在３８～５６呻；包膜磷铵 （ＣＭＡＰ－１）的膜厚度平均为３５卿。从包膜肥料的
包膜横断面基本结构来看，膜的基本结构特征为叠加 层状排布，叠层间有微小空隙，在原状包膜结构成分 中可观察到少量微粒物质（图２—２），这种微粒在养分 释放完的膜片上没有观察到（图２－３），说明它是包膜 开孑Ｌ调节剂成分。同时，观察到电超滤后（养分完全 释放的）包膜横断面上有斜串式连结孑Ｌ道（图３—４），其 观察到的ｃＭＡＰ＿２膜的空隙通道直径大约是 ８～１２ ｔａｎ，ＣＵ膜的空隙通道直径大约是２－－一３ ｔａｎ，它 们可能是水蒸气或养分进出包膜的主要通道。从包 膜结构特征来看，当电镜下观察到的包膜上微粒成分 消失时，微粒所占的空间可能成为养分释放扩散通 道，包膜内养分释放速率快慢与膜的厚度及其叠加层 的致密性和空隙间连通程度有关。包膜越厚，养分 或水分经过通道的路线就越长，养分渗透扩散的相 对速率就越低。而且，有机聚合物的膜直接受热胀 冷缩的影响。所以，温度对包膜肥料养分释放的影 响与包膜的物理结构特性改变也有一定关系。
线，包膜肥料和非包膜肥料间养分释放特性差异十 其它系数有关，特别是与ＥＵＦ－Ｎ（Ｉ）浸提阶段的养
分显著，不同包膜厚度的包膜肥料间也表现出一定 分释放速率有关。从包膜厚度来看，２种包膜磷铵
差异。这种差异说明包膜完好时，包膜控制着包膜 的养分平衡释放系数随膜厚度的增加而降低。从肥 肥料养分释放动力学特性。那么，当膜发生改变时， 料养分释放曲线方程得到的释放速率系数（６）和
包膜尿素、包膜磷铵一ｌ和包膜磷铵一２的氮养分释放动力学经验方程分别为ｙ一２．１６２ｚ一３．９７３，ｙ一２．８１７ｘ＋
２０．８６７和ｙ一２．４３４ｘ＋４．７３３。从而，可以快速鉴别包膜肥料的控释特性。 关键词 电子显微镜；包膜肥料膜结构；电超滤；养分释放动力学
中图法分类号Ｓ １４５．５
文献标识码Ａ
文章编号ｉ０００—２４２１（２００８）０６—０７３６－０５
图２包膜肥料膜的结构和厚度扫描电镜观察 Ｆｉｇ．２ Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｏｆ ｃｏａｔｅｄ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｓ ｗｉｔｈ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ １．包膜尿素Ｃｏａｔｅｄ ｕｒｅａ（２２０Ｘ），八包膜Ｍｅｍｂｒａｎｅ；Ｒ尿素Ｕｒｅａ；２．包膜磷铵一２ Ｃｏａｔｅｄ ａｍｍｏｎｉｕｍ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ－２（３５０Ｘ）｝Ｃ磷铵 Ａｍｍｏｎｉｕｍ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ；Ｄ．包膜Ｍｅｍｂｒａｎｅ；３．电超滤后膜的表面Ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ ｍｅｍｂｒａｎｅ ａｆｔｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｕｌｔｒａ－ｆｉｌｔｅｒ（１ ５００Ｘ）Ｉ ４．电超滤后膜 的横断面Ｃｒｏｓｓ ｐｒｏｆｉｌｅ ｏｆ ｍｅｍｂｒａｎｅ ａｆｔｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｕｌｔｒａ－ｆｉｌｔｅｒ（８ ０００ Ｘ）
２．２包膜肥料养分释放动力学特性
分平衡关系，从中可以得到不同浸提阶段的养分平
图４和图５是用电超滤方法在２００ Ｖ、１５ ｍＡ 衡数据以及膜的稳定性（膜的稳定性是指包膜控制
条件下操作３０ ｍｉｎ之后得到的５种肥料Ｎ养分释 养分释放速率的能力）。当这个值越低，说明膜的稳
放曲线。把它们作为肥料养分释放动力学特征曲 定性越好，反之，膜的稳定性越差。膜的稳定性也与
第２７卷第６期 ２００８年１２月
华中农业大学学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｕａｚｈｏｎｇ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
Ｖ０１．２７ Ｎｏ．６ Ｄｅｃ．２００８，７３６～７４０
包膜肥料膜结构及养分释放动力学特性·
熊又升Ｄ 陈明亮２’ 袁家富Ｄ 赵书军” 彭成林Ｄ 徐祥玉１，
（＂湖北省农业科学院植保土肥研究所，武汉４３００６４；∞华中农业大学资源与环境学院，武汉４３００７０）
些包膜肥料养分释放机理及其模型都缺少这方面资 有肥料样品浸提时间都是４０ ｍｉｎ，先通过几种称样
料的佐证。本研究旨在为包膜肥料的研发及其产品 量的电超滤组分分析比较，最后确定０．５ ｇ肥料样
质量的快速检测提供具有实用价值的方法。
品作为称样标准，肥料与水的浸提比例为０．５：５０。
１材料与方法
ＥＵＦ操作提取时的室温３０℃，具体操作过程是首 先称取０．５ ｇ肥料样品放入ＥＵＦ仪的中室Ａ
通道和速率起着决定作用Ｅ１。２ｌ。包膜肥料产品膜的 浸泡２４ ｈ。为了校正肥料溶解性的差异，试验采用
厚度和结构也会因生产条件限制而产生不同程度差 了２个系列的供试肥料，第１个系列是基础肥料磷
异，确定和了解这种差异程度是提出包膜肥料养分 铵和尿素；第２个系列是相应的聚合物包膜肥料：包
释放机理模型的基础。但是，到目前为止提出的一 膜尿素（ＣＵ）和包膜磷铵（ＣＭＡＰ＿１，ＣＭＡＰ－２）。所
在ＴＥＯＬ６４００扫描电子显微镜（ＳＥＭ）下用不同放 极的溶液分别混合定容至１００ ｎ１Ｌ，溶液中的氮用文
大倍数进行观测和照像，确定其包膜的厚度和结构， 献［３］中全氮～消化蒸馏法测定。
收稿Ｅｌ期：２００８－０３—０７ ．＊国家科技支撑计划（２００６ＢＡＤ０５ＢＯｇ）、国家重点基础研究发展规划项同（２００５ＣＢｌ２１１０７）和湖北农业科技创新中心项目（２００７·６２０－００３—０３— ０６）资助 熊又升，男，１９６３年生，博士，副研究员．工作单位：湖北省农业科学院植保土肥研究所，武汉４３００６４
摘要采用电子显微镜探讨了３种有机聚合物包膜肥料的膜结构和厚度与养分释放的关系。扫描电镜的
图像分析结果显示，膜的基本结构为叠加层状，叠层间有微小颗粒或孔隙，包膜尿素、包膜磷铵一ｌ和包膜磷铵一２
的膜平均厚度分别为６５／ｚｍ、３５肛ｍ和４５／ｘｍ。膜的叠层致密程度和厚度与养分释放速度成负相关关系。采用 电超滤（ＥＵＦ）在短时间内确定包膜肥料氮养分释放量（ｇ／ｋｇ）和时间（ｒａｉｎ）的关系，用数学方程进行拟合，建立了