文摘

小说凝胶缓释/控释肥料(G-CRF)开发,这是由结合各种自然、半自然的和/或有机合成高分子材料和天然无机矿物与常规氮磷钾肥料。其养分释放特征进行比较与常规肥料在土壤柱浸出方法。土壤的影响因素,包括温度、pH值、水、和营养内容在G-CRF养分释放,也通过水保孵化方法调查。这些结果表明G-CRF最好控制释放影响N, P, K养分,影响更有效时,水保含量低于45% (w / w),温度低于35°C,和土壤pH值的范围从弱酸性到中性的。此外,考虑到控制养分释放的影响和G-CRF的材料成本,建议最可行的氮磷钾营养内容G-CRF从30 - 35%不等。

1。介绍

人们普遍认为发展缓/控释肥料(缓释肥/控)是一个更好的方法来解决低养分利用效率(自虐)的肥料,减少化肥对环境的影响1]。近年来,许多研究把重点放在了发展缓释肥/ CRFs制定所需数量为植物提供营养和适当的增长。缓释肥/ crf有很多优势在经济中的应用,更好的植物生理学指标,环境方面2,3]。因此,多种缓释肥/控已经发展在世界范围内,主要可以分为三种类型根据这些肥料养分释放的机制。第一个是涂布CRFs颗粒肥料的封装;第二个是一个系统的活性成分是分散在聚合物基质中(即。、矩阵控);控系统的另一个不同的类别中没有物理屏障的形式高分子材料;这些肥料包括低溶解度的无机材料(如铵和金属磷酸盐)和低溶解度的化学或生物降解材料(如脲醛冷凝、乙二酰二胺和diurea肥料N) (4]。

大多数研究文献中引用CRFs涂布肥料,生产和消费的增长最快的类型中制造控(5]。虽然涂控显示很多优势,它也显示出一些缺陷,如复杂的加工工艺、材料价格较高,不清楚影响因素对养分释放(6),和潜在的污染后的剩余材料在土壤分解控。高价格的主要因素是限制使用控商业作物、花卉和草坪。作为一种矩阵CRF(凝胶矩阵控),G-CRFs通过复合亲水聚合物生产。G-CRFs合成了multikinds自然、半自然的和/或合成高分子材料与常规肥料混合控制养分释放,提高熔炼(7,8],G-CRF最好控制能力释放营养和更经济的价格9]。虽然凝胶基质肥料比涂布在实践中不太常见的肥料和仍处于开发阶段2),的特点是价格便宜,更可降解,对环境友好。由于它的优点,G-CRFs符合未来发展方向的控释肥料。

针对以下标准以上的高分子材料,G-CRFs材料应该(1)自然、半自然的,或复合亲水性高分子聚合物,可生物降解,对环境友好;(2)容易获得更便宜;(3)良好的性能在营养控制。因此,一种新型凝胶CRF治疗是由一些自然、半自然的,和合成有机高分子材料凝胶载体,与传统的混合肥料,这些控制释放材料用于G-CRF符合上述目标,其中大多数是选择从农产品加工和天然可再生资源,进行了盆栽试验测试G-CRF改善熔炼的效果¹⁵N-labeled方法(10),以及田间试验在不同作物的产量11,12]。在这项研究中,室内孵化实验用来测试的养分释放特征G-CRF和养分释放的影响因素,这将提供有价值的参考G-CRFs的进一步发展和应用。

基于不同类型的CRF,不同的方法来评估控制控对养分释放的影响也应该选择测量不同控的养分释放率。事实上,这些目的采取了一些方法,但一个统一的,可以广泛应用于每种类型的CRF尚未提出。目前,室内实验方法是首选的涂布肥料,和测量的养分释放溶解在水和土壤浸出率的主要方法(13]。脲醛肥料的控制释放效果评估是通过测量冷水不溶性N [14]。溶解在水中释放速度快,方法操作方便,但对水的单纯形条件,这明显不同于土壤更复杂的理化特性。因此,评价肥料的养分释放特征在水中条件是不够的。土壤浸出方法更接近现场条件,尽管它需要更多的时间。在这项研究中,土壤柱浸和水保孵化方法被用来评估凝胶crf的养分释放特征。

2。材料和方法

2.1。实验材料

G-CRFs由凝胶屏障材料和常规肥料被用于实验。载体材料是由有机高分子化合物,包括预胶凝淀粉(4%,w / w,下同,从聊城购买A-Hua制药有限公司、聊城,中国),木质素磺酸盐(13.3%,江门甘蔗化工有限公司、江门、中国),桐油(1.5%,象山桐油加工厂,霁,中国),歧化松香(4%,五洲松化工有限公司梧州,中国),羧甲基纤维素(4%,Airui纤维素,石家庄,中国),和聚醋酸乙烯酯(4%,汕头Xilong化工厂,汕头,中国),和材料还含有天然无机矿物凹凸棒石(14.6%,天宇矿物产品工厂,明光,中国)。传统的肥料包括尿素(NH₂)₂N有限公司46%、23.9% (w / w)、磷酸氢二铵(NH₃)₂HPO₄18%,N, P₂O₅46%、17.4%、w / w)和氯化钾(氯化钾,K₂O 60%、13.3%, w / w)。基于以上材料复合材料和重量百分比,营养比例的N: P₂O₅:K₂O在G-CRF设计为14:8:8。

G-CRF的生产过程描述如下。首先,化学磷和钾化肥、粉(NH)₄)₂HPO₄氯化钾、使用与预胶凝淀粉粉混合,木质素磺酸盐,羧甲基纤维素,和凹凸棒石;然后10% (w / w)水被添加到混合,充分搅拌。其次,(1)聚醋酸乙烯酯添加尿素溶液,然后加热(135°C)和溶解成液体;(2)增加了歧化松香桐油和液体加热(> 130°C)。最后,两种液体((1)和(2))被注入上述混合物并不断搅拌。整个混合物变得粘稠复合物,可放入造粒机生产3毫米G-CRF颗粒的粒径和干G-CRF颗粒。

2.2。G-CRF的养分释放率

的养分释放特征G-CRF和混合常规氮磷钾化肥使用土壤柱浸出方法比较。来自红壤水稻土和粘壤土纹理收集从0到20厘米的深度表面rice-planted字段在白沙镇,福州郊区,福建省,中国。的土壤类型分为氧化土,分类Kandiudox来自红砂质岩床和归类为潜育红砂水稻土(2010年土壤调查的员工)。表面土壤风干,网格,通过1毫米。表面红色的水稻土的物理化学性质是OM 3.2%, TN 2.0 g·公斤⁻¹,可用N 154.5毫克公斤⁻¹,可用P 10.2毫克公斤⁻¹,可用K 52.7毫克公斤⁻¹10.7、pH值5.7和CEC cmol公斤⁻¹。用两种方法分析土壤物理和化学propertieswere杰克逊(15]。

在实验设计三种不同施肥处理控制(没有肥料载体材料,CK),常规肥料(CF)和G-CRF 4复制每个治疗。在3.55 g (NH CF治疗₂)₂有限公司2.61 g (NH₃)₂HPO₄和2.00 g氯化钾是应用于每个土壤列,分别在G-CRF治疗15.00 g G-CRF每列应用土壤。因此,总金额(2.1,1.2,和1.2 g, resp)和比率(1:0.57:0.57)的N, P₂O₅和K₂O在每个土壤养分在CF和G-CRF治疗列是相同的。

起初,200 g石英颗粒(由稀盐酸清洗)填写每个聚氯乙烯(PVC)列底部的内径10厘米,长50厘米(大约3厘米厚);然后2公斤风干土壤与不同的肥料混合装在磁振子的列和压实。一个列的土壤容重是1.33克厘米⁻³。流量与机械真空器调整。从平均流速观测土壤饱和导水率是1.0厘米⁻¹。孔隙体积的解决方案是计算饱和水渗透系数、孔隙度、土壤和总量在列。详细的过程后,通过刘et al。16最后是紧随其后的是另一个200 g清洗石英颗粒,这是在每个土壤列为了防止上部土层的破坏。一个漏斗和塑料瓶子是在每个土壤柱收集浸出解决方案。在实验开始之前,1050毫升的双去离子水添加到每个土壤(DDW)中所描述的列,使土壤饱和和重力水泄漏,和顶部的列与塑料薄膜被关闭,以避免水蒸发的列。每次取样前,50毫升的DDW土壤添加在每个列,和浸出的解决方案从土壤列收集塑料瓶从1到17孔卷后启动实验,然后测量渗滤液的体积,并确定N, P, K立即在渗滤液浓度。计算结果如下: 在哪里是养分(N、P₂O₅或者K₂O,下同)释放率每个孔隙体积的肥料,养分释放量在一定的孔隙体积从肥料应用的治疗方法,养分释放量在一定的孔隙体积的治疗没有肥料,然后呢肥料中养分金额: 在哪里累积的肥料养分释放率,是累积养分释放量肥料应用的治疗从一开始到一定的孔隙体积,然后呢累积养分释放量治疗,从一开始就没有肥料应用一定的孔隙体积。

2.3。影响因素对养分释放的影响

为了研究土壤水分的影响从G-CRF养分释放,实验设计如下。一百克的风干土壤混合和10 g G-CRF填写一个塑料瓶底部有一个洞是用尼龙网(100网)和被一顶帽子收紧;瓶子都是固定在铁书架,然后扮演了一个玻璃下锥形烧瓶瓶收集解决方案和删除帽;所有的解决方案从瓶子里流出。土壤深层设计6水平的15、25、35、45岁,75年,和105% (w / w)通过添加不同量的水;瓶子的顶部是用塑料薄膜封起来避免水蒸发。采集标本的解决方案1、2、4、6、9、12、15天后开始实验。每次取样之前,70毫升的DDW土壤中添加在每个治疗4复制得到的解决方案,因为在低水分处理不饱和土壤。可溶性N、P和K的测量解决方案,和养分释放速率是由下列公式计算: 在哪里在渗滤液养分浓度(g毫升⁻¹),渗滤液体积是在每个采样(mL),然后呢在肥料养分数量(g)。

实验设计探讨温度对养分释放的影响进行了G-CRF如下。一百克的风干土壤混合10 g G-CRF一瓶250毫升wild-mouth填写,然后瓶子被加入200毫升的DDW后恒温培养箱。孵化温度设定在5日,15日,25日,35岁,45岁和55°C,每个治疗4复制。采集标本的解决方案1、2、4、6、9、12、15天自从开始孵化。在每个采样时间,瓶子里整个解决方案是通过定性滤纸过滤确定N, P, K的内容。养分释放速率是由下列公式计算:

土壤pH值对养分释放的影响从G-CRF也通过孵化实验研究。一百克的风干土壤混合10 g G-CRF填写wild-mouth瓶250毫升。实验设计为6土壤pH值4复制。为了准备不同的土壤pH值,200毫升的DDW调整pH值为4,5,6,7,8,9与盐酸或氢氧化钠溶液和被添加到土壤,分别。实验是在孵化25°C。采集标本的解决方案1、2、4、6、9、12和15天孵化以来分别。在每个采样时间,瓶子里整个解决方案是通过定性滤纸过滤确定N, P, K的内容。营养决定和释放率计算温度实验都是一样的。

养分含量的影响在G-CRFs养分释放5养分含量水平设置为25(阻燃剂₂O₅- k₂O = 12-7-6), 30(14-8-8), 35(17-9-9), 40(18-11-11)和45%(21-12-12),这些肥料的氮磷钾养分比例都是平等的,和凝胶载体材料用于G-CRFs将根据比例减少或增加G-CRFs养分含量的变化。五种G-CRF所有颗粒,但很难形成肥料颗粒当氮磷钾养分含量超过50%。10克每G-CRF与100克混合风干土壤和一瓶250毫升wild-mouth填写,然后加入一定量200毫升的DDW瓶在恒温孵化(25°C)孵化器。采集标本的解决方案1、2、4、6、9、12日分别和15天开始孵化。在每个采样时间,瓶子里整个解决方案是通过定性滤纸过滤确定N, P, K的内容。营养决定和释放率计算温度实验都是一样的。

2.4。分析方法

所有解决方案的样品被H消化₂所以₄- h₂O₂消化测量的N, P, k . N是由micro-Kjeldahl方法(17[],P ascorbic-blue比色方法18由火焰光度法)和K(模型:ep - 640、上海、中国)。

2.5。统计方法

所有统计分析与统计分析系统进行SPSS 13.0 (SPSS为Windows,版本13.0)。治疗之间的差异进行了分析与方差分析,和报道的差异很重要或0.01。养分释放率或模式描述了函数方程。

3所示。结果

3.1。肥料的养分释放率

养分释放率的CF和G-CRF治疗如图1。在浸出实验,CF和G-CRF治疗高N释放率为32.6,显示一个孔隙体积的24.0%,分别,然后随着时间的推移逐渐减少(图1(一))。4孔卷之前,N G-CRF治疗释放率低于CF治疗在每个孔隙体积,特别是孔隙卷(从1到2)。然而,结果逆转后4孔隙体积;G-CRF N释放率超过CF的;尤其是在5和7孔隙体积的释放率两个施肥处理显示明显的差异(),这表明,G-CRF推迟N释放的影响。

CF的P释放率和G-CRF治疗明显降低相对于N释放率也随浸出孔隙体积增加而降低。导致释放率低的原因是流动性差P固定或红色的土壤。在4孔隙体积,特别是从1到2孔隙体积,相对更高的释放率所示两种治疗方法,但利率比在1.4 - -3.2%低G-CRF CF在此期间(图1 (b)),释放率有明显差异CF和G-CRF治疗()。4孔卷后,释放率在两个治疗都非常低P只有在0.39%的浸出,但CF治疗略高于G-CRF治疗每一个孔隙体积。

K的曲线在CF和G-CRF治疗类似于N释放。4孔卷,K G-CRF治疗释放率低于CF治疗(图1 (c)),特别是从1到2孔隙体积;率达到显著差异()。尽管局势倒生的从4到17个孔隙体积,K的释放率G-CRF相对更高的背后4孔隙体积。G-CRF还明显显示不同的效果与控制释放K .总的来说,K的释放率远低于N在每个孔隙体积和速度比P,这应该是由于营养元素的差异特征,吸附,载体材料的固定能力不同的养分离子。

G-CRF治疗N累积释放率低于CF治疗整个浸出实验期间(图2(一个))。期间4孔隙体积,施肥处理之间的差异浸出孔隙体积的增加而增加,达到最大值的4孔卷在CF N释放率51.7%,38.7% G-CRF治疗。然而,每个浸出中的N释放率G-CRF孔隙volumehas超过的CF之后4孔隙体积;这将减少累积释放ratesbetween两种治疗方法的差异逐渐有越来越多的孔隙体积。的浸出实验,累积释放率分别为58.2和50.2%,CF G-CRF治疗,分别。累积释放率显示显著差异()之间的CF和G-CRF治疗全部浸出实验。

改变P累积释放率如图2 (b)。直到4孔隙体积,CF治疗累计释放率达到14.4%,而它仅达到4.7% G-CRF治疗。由于缓慢的释放率增加4孔卷后,累积释放率P只有6.9%和18.1的CF和G-CRF治疗,分别在整个浸出实验,但它也显示显著差异(在所有浸出孔隙体积)两种治疗方法。

钾累积释放率在CF和G-CRF治疗类似于N释放率(数字2(一个)和2 (c))。K累积释放率也低比CF G-CRF治疗治疗(图2 (c))。K释放率的差异两个施肥处理之间达到了27.0%和19.6%的最高价值的CF和G-CRF治疗4孔隙体积。的浸出实验,累积释放率37.0%和42.3 CF和G-CRF治疗,分别和利率显示显著差异(前10个孔隙体积和10之间的孔隙体积)治疗后全部浸出周期。

基于氮磷钾G-CRF释放曲线,养分释放的过程可分为两个时期,和4孔卷可以被认为是“转折点。“4孔卷之前,氮磷钾释放率G-CRF明显慢于CF。但是在4孔卷释放率(P养分除外)G-CRF相对高于在CF,这表明G-CRF推迟养分释放的影响。氮磷钾释放率的模式在每个阶段的CF和G-CRF可以更好地表现为幂函数。CF的养分累积释放模式,G-CRFcould装有exponentialfunction方程和对数函数方程,分别(表1)。

3.2。影响因子从G-CRF控制养分释放

人们普遍认为,土壤水分、温度、土壤pH值和养分含量都是重要的因素控制肥料的养分释放。图3表明,N, P, K累积释放率与不同土壤深层都稳步增长,显示班轮与时间的关系()。越大越高土壤水分,养分释放速率是在每个采样时间。增加土壤水分从G-CRF增强养分释放。养分释放一开始有更多的明显增加土壤水分超过45%时造成过饱和的土壤水分。氮磷钾养分的释放率在不同土壤水分处理下依次显示75%≈≈35% 105% > 45% > 25% > 15% ()。因此,土壤湿度较高(> 45%)减少了效益控制养分释放在很长一段时间,这可能导致营养供应不足后者的植物生长时期。土壤水分45%的可能是一个转折点的影响养分释放G-CRF因为土壤是过饱和的超过土壤水分时,这是有利于从G-CRF养分释放。

不同温度下的累积释放率G-CRF如图4。温度的增加有利于释放N, P, k的高温导致了更高的释放率在15天的实验。在15天的孵化温度效应实验,不断变化的趋势N, P, K释放率增加而增加孵化时间,但是释放模式推出某些差异,N释放率在前4天(图相当缓慢4(一)),他们仍然固定在4 - 6天,然后成为第六天之后迅速快。磷相对放缓之前9 d和随后增加明显(图4 (b))。钾释放模式(图显示一个线性关系4 (c))。

N释放率发现巨大的差异在不同温度的治疗方法。前4天,N的释放率相对较低,当气温低于15°C,只有12.2%和4.3在5°15°C,分别。4 d,它被释放从20.9到40.4%时,温度是25°和55°C之间。15天,N的释放率达到54.8%和49.7在5°15°C和77.8%至64.8时,温度范围25°至55°C(图4(一))。磷释放率较低,只有30.8%,当温度低于25°C,但利率迅速增加,当温度介于35°和55°C之间,达成(图44.8至64.8%4 (b))。钾释放率的最低温度5°C,这只有42.8%释放实验。随着温度的增加,K释放率逐渐增加,58.6 - 84.8%的范围内与其他5治疗15°55°C(图4 (c))。

土壤pH值范围从4到9覆盖了全球大部分土壤pH值。在图5,释放的N, P, K显示类似的趋势在不同pH值的治疗;释放率略高在低和高pH值治疗但没有显示明显的差异每个潜伏期()。因此,经过15天的孵化,氮磷钾的累积曲线释放率看起来像“u”的信把宽与pH值的治疗范围从4到9,和较低的释放率出现在的pH值(图6 - 7治疗6)。它表明,控制好G-CRF效果展示在土壤弱酸性或中性pH值。

为了研究G-CRF养分含量之间的关系及其养分释放率、释放的N, P, K从G-CRFs不同营养内容如图7。氮释放速率迅速增加随着培养时间,然后稳定在12 d(图7(一))。课程(N)释放率25 - 40%的营养含量增加而增加潜伏期,显示线性关系显著水平(在实验期间15天。在实验结束时,N这些营养的治疗内容的释放率达到63.45到74.43%。

前9天的孵化,P的释放率的所有治疗慢慢随着时间的增加;之后,它呈现快速增长,达到25.70 - 42.77%最终孵化实验(图7 (b));是容易被红色的土壤吸附造成早期的缓慢释放实验。K的释放率显示线性关系;在第15天,K的释放率与不同的治疗可以达到57.8 - 73.1%(图7 (c))。

N、P和K释放率显示积极的关系对营养G-CRF内容。更高的营养内容G-CRFwould显示更高的释放率从G-CRF系统;因此,它可以想起,养分含量较低G-CRF更有效地控制养分释放。但G-CRF养分含量较低,需要更多数量的有机聚合物材料被使用,增加肥料的成本由于有机聚合物材料的更高的价格。因此,它建议合适的营养内容在G-CRF 30 - 35%,综合考虑肥料的养分释放率和经济成本。

4所示。讨论

CRF的研究和发展战略来提高养分利用效率仍化肥在未来很长一段时间,和更多的新类型的CRF可能发达。但成本低,控制好效果,环保,高收益是有限的关键因素控更广泛地应用于田间作物。因此,控制释放机理、载体材料、加工技术的发展将更加关注控研究[19]。凝胶控释肥料(G-CRF)是一种新型的控释肥料,和几位研究人员进行研究工作6,20.];然而,G-CRFs仍在发展。尽管没有G-CRF产品广泛应用于作物,这是crf的发展方向之一。G-CRF也表现出更好的影响控制养分释放在这个实验中,其他验证测试10- - - - - -12]。

crf有各种养分的释放机制。这些机制包括控制材料的水溶性半透涂料、闭塞,蛋白质材料,或其他化学形式,被缓慢的水溶性低分子量化合物的水解或其他未知的手段(19]。G-CRF不同包膜控释肥料和有机合成微溶型缓释肥料的养分释放机制。肥料养分释放涂层是一种CRF的物理控制类型,主要由扩散控制机制。释放过程中涂层CRFs包含3个不同的阶段,包括一个滞后期,constant-release率和阶段逐步衰变释放率(21]。这些有机合成微溶型缓释肥料是通过化学或生物降解。养分释放的G-CRF被水浸泡,渗透和认为G-CRF是crf的物理控制类型产生的积分法(22),但G-CRF的控释机制在这个实验部分主要是物理和化学过程,这不仅影响物理阻塞性gel-carrier复合材料还具有化学ion-changing或复合材料的吸附效果。G-CRF显示低N、P和K养分释放率比CF,由于gel-carrier材料防止身体养分释放前4孔隙体积的孵化,然后N和K释放速率高于CF,后由于失去肥料颗粒。但总释放率(N、P和K在G-CRF低,8.0,11.2和5.3%,比CF在整个孵化实验中,分别,这可能导致,,吸收部分由gel-carrier复合材料,因为这些化合物具有高的离子交换(23]。

复杂土壤条件施加重大影响肥料的养分释放;例如,温度、水分、土壤质地、土壤pH、离子交换能力的土壤,土壤微生物的活动,和土壤有机质影响养分释放率的重要影响因素,每个因素的影响是不同的一个特定的CRF (24- - - - - -27]。必须充分考虑含水量、温度、土壤pH值,等等,不同控的准确估计。温度被认为是最重要的因素在养分释放控(28),这是由于涂层材料涂布肥料的特点(24]。然而,通过这个G-CRF,温度和土壤水分主要因素影响养分释放率将影响肥料颗粒的弥散,离子扩散的有效截面面积,在土壤和其他物理/化学过程。事实上,通过物理屏障的控控制释放容易受到土壤水分和温度的影响,这样的结果已经在一些研究和测试表明crf的养分释放率增加了土壤水分和温度的改进(29日- - - - - -32]。在这个实验中,G-CRF显示明显延迟释放影响土壤水分和温度低于45%时(w / w)和35°C,分别。但土壤pH值略有有效养分释放率。

gel-carrier材料可以从范围广泛的选择自然、半自然的和人工合成的有机材料,但价格gel-carrier材料必须出席。更多的载体材料添加到G-CRF;G-CRF的成本更高。因此,有必要综合考虑材料成本和控制G-CRFs的养分释放的影响,因为较高的肥料价格是主要原因有限G-CRF广泛应用于作物领域,除了选择更廉价而有效的材料和被用于G-CRF。

有一些问题仍然存在,需要进一步研究解决。gel-carrier材料可以选择更多样的为了获得更好的控制效果,使凝胶CRF更实用和获得更多的利益。G-CRF的影响土壤理化性质和土壤养分的变化需要通过更多的田间试验研究。此外,养分控释机理从G-CRF场土壤及其农艺好处值得进一步研究。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者感谢福建省级科技部门、中国(批准号2014 r1022-4和2002 n002),和中国烟草公司,福建公司、中国(批准号2012 - 045),为他们的财政支持。