包膜缓控释肥料研究进展

包膜缓/控释肥料研究进展

摘要：研究和开发包膜缓/控释肥料是肥料领域的新热点，其对提高肥料利用率和保护环境有着十分重要的现实意义。简要介绍了包膜缓/控释肥料的种类、养分释放机理、应用存在问题和研究展望。

关键词：包膜缓/控释肥料养分释放

肥料在农业生产中占有非常重要的地位，是农业生产中最大的物质投资，约占其全部生产性支出的50％[1]。由于化肥的不合理使用和化肥的淋失、转化、挥发等原因，我国化肥当季利用率低，造成了巨大的资源浪费和严重的环境污染，有些地区出现地表富营养化以及地下水和蔬菜中氮含量严重超标等问题[2]。如何把肥料应用与农作物的产品、产量、质量以及环境保护有机地结合起来，已经成为肥料领域研究中特别关注的焦点。自20 世纪80 年代以来，缓释和控释肥（slow and controlled release fertilizers，简称SRFs 和CRFs）为解决这个问题开辟了新的思路和更有效的途径，这已成为化学肥料革新和研究的热点。

国际肥料工业协会（International Fertilizer Incustry Association，简称IFA）按照肥料制造过程，将缓释和控释肥分成尿素与醛类的缩合物（被称为缓效或缓释肥料）及包膜肥料（被称为控释肥料）两大类，因此生物或化学作用下可分解的有机氮化合物肥料，如脲甲醛（UFs），通常被称为缓释肥（SRFs），而对生物和化学作用等因素不敏感的包膜肥料通常被称为控释肥（CRFs）。国外多年的研究资料和大量文献以及我们几年来的研究结果表明，真正意义上的控释肥，即肥料的养分释放速率与作物养分吸收相同步，应该是包膜肥料，其它的缓效肥料可称为缓释肥而不能称为控释肥。

1 包膜型缓/控释肥的类型

包膜型缓/控释肥料按其包膜材料不同可分为无机物包膜肥和有机聚合物包膜肥2种类型。

1.1 无机物包膜肥

无机物包膜肥的材料包括沸石、硅藻土、硫磺、石膏、金属磷酸盐、硅粉等。这些无机材料成本较低，且对土壤不构成危害，同时能为植物提供多种盐基离子，具有一定的缓释效果；但无机物包膜肥弹性差、易脆，不能实现对养分的控制释放[3]。无机物包膜肥中对硫磺包膜材料的研究最多。使用硫包膜尿素可使N利用比较普通尿素提高1倍，特别适用于生长期较长的作物，并且能补充土壤中硫的不足。养分的控释通过调节包膜的厚度和封面剂(石蜡)的用量来实现。近些年，

报道了对表面活性改良后的沸石包膜材料对N的控释以及钙十字沸石对P、K的控释研究，实验表明它们对P、K的控释效果明显提高。郑州工学院以尿素为核心，以钙镁肥为包裹物料，以无机酸和缓溶剂制得钙镁磷肥改性复合肥料。无机物包膜材料的缺点是对肥料颗粒的封闭性比较差，膜层表面容易形成一些较大尺度的孔隙，肥料养分容易快速溶出，且膜层存在储存或运输过程中容易脱落，影响缓释性质。一些厂家用有机聚合物(热塑性塑料或树脂)在硫包衣尿素上再包l 层较薄的普通聚合物膜，以增强抗磨损性能。目前有研究发现，无机材料的细度对无机包膜肥料的影响很大。细度增加，材料粉粒在肥料表面整齐度增加，比表面积减小，微孔降低。细度为60μm的材料比细度为120μm时所生产的包膜肥料的养分释放时间提高10倍以上；但是随着材料细度的增大，微粒的比表面会急剧增大，出现一些不良性状。因此如何降低微粒的比表面能，将无机材料改性，是无机物包膜肥料亟待解决的问题[4]。

1.2 有机聚合物包膜肥

有机聚合物包膜肥按其包膜材料的来源可以分为3类。

1.2.1天然高分子

这类材料包括天然橡胶、阿拉伯胶、明胶、海藻酸钠、纤维素、木质素、淀粉等。天然高分子材料虽然来源广、无毒、稳定、成膜性好、价廉易得，但其易被生物降解，控释效果较差，一般要通过改性后才能作为控释肥的包膜材料[5]。已被用于试验的天然高分子材料主要包括以下几种：

（1）木质素

王德汉等[6]利用工业木质素作为包膜材料对颗粒尿素进行包膜处理，制成一系列缓释尿素。玉米和菜心盆栽肥效试验结果发现，无论是作物生物量还是氮肥利用率方面．木质素包膜尿素效果比较好，木质素包膜尿素的缓释效果与包膜量并不呈正相关。木质素包膜尿素的缓释特性比普通尿素具有较强的“后效”，能保持养分的持续、均衡供给，提高了作物的产量和尿素氮肥的利用率。减少了氮肥对环境的污染。Carmen Garcia[7]用牛皮松树木质素包膜尿素，发现对于干物质和植物氮的吸收来说，包膜肥料比未包膜要好得多。

(2）天然橡胶

Hanafi等[8]用天然橡胶包膜复合肥，并与聚氯乙烯、聚丙烯酰胺、聚乳酸包膜肥料相比，肥效为：聚氯乙烯一天然橡胶>聚丙烯酰胺>聚乳酸>>未包膜。天然橡胶的玻璃化温度较低，成膜发粘。并不太适合用作肥料的包膜材料。但天然橡胶经过硫化[9]，通过添加一些物质进行改性处理后就可以用作肥料的包膜材料。用改性天然橡胶制成的缓释肥料。其膜硬且无粘性，便于储存和施用。（3）植物油

植物油包膜肥料，往往是几种油的混合物包膜，如桐油、亚麻籽油与其它物

质的混合包膜肥料。不饱和油如亚麻籽油、红花油、向日葵油、蓖麻油、大豆油等含有有机酸的甘油也可用于各种肥料的包膜。美国专利[10]报道在催化剂的存在下，把不饱和油的混合物(含12—24个碳原子)预先聚合，在交联剂的作用下可形成具有三维结构的聚合物包膜。在中国，唐辉等[11]对桐油包膜尿素进行了系统的研究，在包膜率为10％～15％下获得在黑麦草种植试验中养分释放周期超过30 d的包膜尿素，同时发现与普通尿素相比，桐油包膜尿素处理表现出较长的氮肥释放周期和绿色延续期。

(4)腐殖酸

腐殖酸来源广泛。在土壤中添加腐殖酸，可以改善由于长期施用无机盐造成的土壤变质。用腐殖酸包膜尿素。可以显著地提高尿素在土壤中的缓释性。Murdoch—Brown等[12]通过肥料养分释放试验表明，腐殖酸包膜尿素10周后在湿度较低下氮还有62％。在湿度较高的情况下也有48％，而未包膜尿素氮只有l％。可见腐殖酸多用作有机添加剂用于缓／控释肥料中工作值得进一步深入研究。

(5）壳聚糖

壳聚糖是由甲壳素脱乙酞基得到的一种重要衍生物。甲壳素是第一大天然高分子，在我国，其来源十分丰富。壳聚糖能被生物降解，是一种无毒、无污染的可再生资源。在化工、环保、食品、纺织、医药、膜分离等领域受到了国内外学者的广泛关注。壳聚糖具有良好的成膜性。易于制成包膜材料．如采用将壳聚糖与明胶、藻酸盐等共混，用戊二醛交联的方法制备壳聚糖药物包膜或微囊材料[13]。陈强等[14]采用壳聚糖、PV A、淀粉为基本原料，采用共混、交联的方法制备出新型的可生物降解的多功能缓释肥料包膜材料，复合膜的表面形貌非常均匀、光滑，用此膜制备的缓释肥料，具有很好的缓释效果。

除上述几种天然有机高分子材料外，松脂、植物淀粉等也常用于并且多跟人工合成高分子材料一起用于包膜控释肥料(在人工合成高分子材料中有述)。天然高分子材料虽然来源广、无毒、稳定、成膜性好、价廉易得，但其易被生物降解，控释效果较差，一般要通过改性后才能作为控释肥的包膜材料。因此，人工合成高分子材料在包膜材料中逐渐起到非常重要的作用。

1.2.2合成高分子

这类材料包括热塑性聚烯烃类，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺，以及热固性树脂如脲醛树脂等。合成高分子包膜的特点是包膜厚度可以控制，对土壤条件不十分敏感、养分扩散速率由聚合物的化学性质控制，因而可实现对养分的控释。由于合成高分子包膜的弹性好，更适合于机械化施肥。该类包膜的缺点是价格高，一般不溶于水，需要有机溶剂溶解，包膜工艺比较复杂，且因其在土壤中分解缓慢而带来环境污染。虽然可采取改性方法促使其降解，