CN101857515A

CN101857515A - 夏玉米包膜控释专用肥及其制备方法

Info

Publication number: CN101857515A
Application number: CN201010197423A
Authority: CN
Inventors: 衣文平; 徐秋明; 夏光利; 李亚星; 谷佳林; 杨宜斌; 武良
Original assignee: Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences
Current assignee: Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences
Priority date: 2010-06-10
Filing date: 2010-06-10
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2030-06-10
Also published as: CN101857515B

Abstract

本发明公开了一种夏玉米包膜控释专用肥及其制备方法。该夏玉米包膜控释专用肥，由氮肥、磷肥和钾肥组成；所述氮肥由尿素和包膜控释尿素组成，所述包膜控释尿素的释放期为30-90天；所述包膜控释尿素中的氮元素和所述尿素中的氮元素的质量比为20-40∶80-60；所述氮肥、所述磷肥和所述钾肥的质量比为15-20∶5-9∶8-12。该专用肥的氮肥利用率比习惯施肥处理提高最高，土壤氮的依存率比习惯施肥处理也为最低，净收入比习惯施肥增加1715.24元/hm²，且释放期为60天的包膜控释氮素田间溶出特征与在25℃静水中氮素溶出特征吻合较好。

Description

夏玉米包膜控释专用肥及其制备方法

技术领域

本发明涉及包膜控释肥料领域，特别是涉及一种夏玉米包膜控释专用肥及其制备方法。

背景技术

据联合国粮农组织(FAO)统计，化肥的增产作用约占世界农作物增产的50％。我国粮食增产中化肥的作用达40％-60％(林葆，林继雄.长期施肥的作物产量和土壤肥力变化[M].北京：中国农业科技出版社，1996)。我国氮肥利用率平均只有30％-35％(朱兆良，文启孝.中国土壤氮素[M].南京：江苏科技出版社，1992.288-303)。控释肥料具有养分释放与作物需求同步，挥发、淋溶、固定少，减轻环境污染等优点，因此成为新型肥料的研究热点(樊小林，廖宗文.控施肥料与平衡施肥和提高肥料利用率[J].植物营养与肥料学报，1998，4(3)：219-223)。由于控释肥料的价格比普通肥料高2.5-8倍(Shoji S，Kanno H.Use of polyolefin-coated fertilizers for increasing fertilizerefficiency and reducing nitrate leaching and nitrous oxide emissions[J].Fert.Res.，1994，39：147-152；Shaviv A，Mikklelsen R L.Slow release fertilizers for a safer environmentmaintaining high agronomic use efficiency[J].Fert.Res.，1993，35：1-12)，世界上控释肥的用量仅占化肥用量的0.15％，主要用于经济价值较高的花卉、蔬菜、水果和草坪等植物(翟军海，高亚军，周建斌.控释/缓释肥料研究概述[J].干旱地区农业研究，2002，20(1)：45-48)。为了解决控释肥料高成本问题，北京市农林科学院营资所利用废旧塑料为材料研发的包膜控释尿素1999年进行中试，2000年建成年产3000吨的生产线，2004年北京市农林科学院和首创集团合作成立北京首创新型肥料有限公司，建成年产1万吨的生产线，这大大降低了包膜控释尿素的价格，为大田应用提供物质保证。

玉米需肥特点是前轻后重，普通氮肥若只施基肥易造成玉米生长后期脱肥(山东农业大学.作物栽培学[M].中国农业出版社，1995：98-99)，追肥则需要额外的施肥用工，同时也增加了氮肥的挥发和淋溶损失(何绪生，李素霞，，李旭辉，等.控释肥料的研究进展[J].植物营养与肥料学报，1998，4(2)：97-106)。因而，亟待开发一种新型的适合玉米生长需要的控释肥料，以满足实际需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种夏玉米包膜控释专用肥及其制备方法。

本发明提供的夏玉米包膜控释专用肥，由氮肥、磷肥和钾肥组成；所述氮肥由尿素和包膜控释尿素组成，所述包膜控释尿素的释放期为30-90天；所述包膜控释尿素中的氮元素和所述尿素中的氮元素的质量比为20-40∶80-60；所述氮肥、所述磷肥和所述钾肥的质量比为15-20∶5-9∶8-12；所述氮肥的质量以所述氮肥中的氮元素计，所述磷肥的质量以五氧化二磷计，所述钾肥的质量以氧化钾计。

上述夏玉米包膜控释专用肥中，所述氮肥、所述磷肥和所述钾肥的质量比为16∶9∶10，所述包膜控释尿素的释放期为60天；所述包膜控释尿素中的氮元素和所述尿素中的氮元素的质量比为20∶80、25∶75、30∶70或40∶60。所述包膜控释尿素是由尿素、聚乙烯、聚丙烯和滑石粉组成；所述释放期为30天的包膜控释尿素中，所述尿素、聚乙烯、聚丙烯和滑石粉的质量份数分别为94、2.9、2.7和0.5；所述释放期为60天的包膜控释尿素中，所述尿素、聚乙烯、聚丙烯和滑石粉的质量份数分别为93、3.1、3.1和0.8；所述释放期为90天的包膜控释尿素中，所述尿素、聚乙烯、聚丙烯和滑石粉的质量份数分别为90、5.0、4.1和0.9。为降低生产成本，所用聚乙烯和聚丙烯均可选用废旧聚乙烯和废旧聚丙烯。上述专用肥中，磷肥和钾肥可根据实际情况(如土壤条件等因素)选用各种含磷和含钾的化合物，如可选用过磷酸钙肥作为磷肥，优选所述磷肥为磷元素的质量百分含量为18％的过磷酸钙肥(所述磷元素以五氧化二磷计)，可选用氯化钾肥作为钾肥，优选钾元素的质量百分含量为60％的氯化钾肥(所述钾元素以氧化钾计)。其中，所述释放期为30天的包膜控释尿素，是按照包括如下步骤的方法制备而得：

1)将质量份数为2.9的聚乙烯、质量份数为2.7的聚丙烯和质量份数为0.5的滑石粉添加到含有1000升溶剂松节油的溶解罐中，加热升温至130℃，搅拌120分钟，直到完全溶解为止；

2)将质量份数为94的大颗粒尿素添加至喷流塔中；

3)将已完全溶解的所述聚乙烯、聚丙烯和滑石粉的松节油溶液喷涂在旋转的所述大颗粒尿素表面，120分钟后停止喷涂，得到所述释放期为30天的包膜控释尿素。

所述释放期为60天的包膜控释尿素，是按照包括如下步骤的方法制备而得：

1)将质量份数为3.1的聚乙烯、质量份数为3.1的聚丙烯和质量份数为0.8的滑石粉添加到含有1000升溶剂松节油的溶解罐中，加热升温至130℃，搅拌120分钟，直到完全溶解为止；

2)将质量份数为93的大颗粒尿素添加至喷流塔中；

3)将已完全溶解的聚乙烯、聚丙烯和滑石粉的松节油溶液喷涂在旋转的所述大颗粒尿素表面，140分钟后停止喷涂，得到所述释放期为60天的包膜控释尿素。

所述释放期为90天的包膜控释尿素，是按照包括如下步骤的方法制备而得：

1)将质量份数为5.0的聚乙烯、质量份数为4.1的聚丙烯和质量份数为0.9的滑石粉添加到含有1000升溶剂松节油的溶解罐中，加热升温至130℃，搅拌120分钟，直到完全溶解为止；

2)将质量份数为90的大颗粒尿素添加至喷流塔中；

3)将已完全溶解的所述聚乙烯、聚丙烯和滑石粉的松节油溶液喷涂在旋转的所述大颗粒尿素表面，160分钟后停止喷涂，得到所述释放期为90天的包膜控释尿素。

上述制备释放期为30-90天的包膜控释尿素时所用方法均为常规方法，所用设备均为常规密闭型的树脂包膜设备。

本发明提供的制备上述夏玉米包膜控释专用肥的方法，包括如下步骤：将所述氮肥、磷肥和钾肥混匀，得到所述夏玉米包膜控释专用肥；其中，所述氮肥由尿素和包膜控释尿素组成，所述包膜控释尿素的释放期为30-90天；所述包膜控释尿素中的氮元素和所述尿素中的氮元素的质量比为20-40∶80-60；所述氮肥、所述磷肥和所述钾肥的质量比为15-20∶5-9∶8-12；所述氮肥的质量以所述氮肥中的氮元素计，所述磷肥的质量以五氧化二磷计，所述钾肥的质量以氧化钾计。

上述制备方法中，所述氮肥、所述磷肥和所述钾肥的质量比为16∶9∶10，所述包膜控释尿素的释放期为60天；所述包膜控释尿素中的氮元素和所述尿素中的氮元素的质量比为20∶80、25∶75、30∶70或40∶60。所述包膜控释尿素是由尿素、聚乙烯、聚丙烯和滑石粉组成；所述释放期为30天的包膜控释尿素中，所述尿素、聚乙烯、聚丙烯和滑石粉的质量份数分别为94、2.9、2.7和0.5；所述释放期为60天的包膜控释尿素中，所述尿素、聚乙烯、聚丙烯和滑石粉的质量份数分别为93、3.1、3.1和0.8；所述释放期为90天的包膜控释尿素中，所述尿素、聚乙烯、聚丙烯和滑石粉的质量份数分别为90、5.0、4.1和0.9。

本发明通过大田试验比较研究了释放期为30天、60天、90天的包膜控释尿素与尿素配合一次性基施对夏玉米产量、氮肥利用率、氮素累积量及经济效益的影响，筛选出适合夏玉米生长的包膜控释尿素的释放期，并通过大田试验系统研究了不同组分配比的释放期为60天的包膜控释尿素(PCU60)与尿素(PU)的混合肥料对夏玉米产量、氮肥利用率、氮素积累量及经济效益的影响，并对60天包膜控释氮素田间溶出特征及25℃静水溶出特征进行比较分析，筛选出最适合夏玉米生长的包膜控释尿素与尿素的配比。试验结果表明：在施氮量相等的条件下，30％PCU60+70％PU处理夏玉米氮素总积累量最高；氮肥利用率比习惯施肥处理提高最高，为11.39％，土壤氮的依存率比习惯施肥处理也为最低，净收入比习惯施肥分别增加1715.24元/hm²，且释放期为60天的包膜控释氮素田间溶出特征与在25℃静水中氮素溶出特征吻合较好，说明本发明提供的夏玉米包膜控释专用肥符合夏玉米的吸氮规律。该肥料尤其适用于山东泰安地区的土壤种植夏玉米，具有很好的应用前景。

附图说明

图1为实施例1中释放期分别为30天、60天和90天包膜控释尿素在25℃水中的氮素累计释放率。

图2为实施例1中不同释放期的包膜控释尿素的氮素溶出特征。

图3为实施例2中包膜控释尿素在25℃水中及大田土壤中的氮素累积溶出率的一级动力学方程曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。本发明中所述含氮量、五氧化二磷含量和氧化钾含量，如无特别说明，均为质量百分含量，所述施氮量均以所用氮肥中的氮元素计，所述施磷量均以五氧化二磷计，所述施钾量均以氧化钾计。

实施例1、不同释放期的包膜控释尿素与尿素组成的肥料一次性配施对夏玉米产量、氮肥利用率、氮素积累量及经济效益的影响

供试材料：

供试的三种不同释放期的包膜控释尿素由“北京首创新型肥料有限公司”生产，释放期分别为30天、60天和90天，包衣率分别为5.81％、8.32％、6.72％，含氮量分别为43.3％、42.2％、42.9％，各包膜控释尿素在25℃水中氮素释放速率见图1。尿素的含氮量为46.0％。

所述释放期为30天的包膜控释尿素，是按照包括如下步骤的方法制备而得：

1)将质量份数为2.9的废旧聚乙烯、质量份数为2.7的废旧聚丙烯和质量份数为0.5的滑石粉添加到含有1000升溶剂松节油的溶解罐中，加热升温至130℃，搅拌120分钟，直到完全溶解为止；

2)将质量份数为94的大颗粒尿素添加至喷流塔中；

3)将已完全溶解的所述废旧聚乙烯、废旧聚丙烯和滑石粉的松节油溶液喷涂在旋转的所述大颗粒尿素表面，120分钟后停止喷涂，得到所述释放期为30天的包膜控释尿素。

1)将质量份数为3.1的废旧聚乙烯、质量份数为3.1的废旧聚丙烯和质量份数为0.8的滑石粉添加到含有1000升溶剂松节油的溶解罐中，加热升温至130℃，搅拌120分钟，直到完全溶解为止；

2)将质量份数为93的大颗粒尿素添加至喷流塔中；

3)将已完全溶解的废旧聚乙烯、废旧聚丙烯和滑石粉的松节油溶液喷涂在旋转的所述大颗粒尿素表面，140分钟后停止喷涂，得到所述释放期为60天的包膜控释尿素。

1)将质量份数为5.0的废旧聚乙烯、质量份数为4.1的废旧聚丙烯和质量份数为0.9的滑石粉添加到含有1000升溶剂松节油的溶解罐中，加热升温至130℃，搅拌120分钟，直到完全溶解为止；

2)将质量份数为90的大颗粒尿素添加至喷流塔中；

3)将已完全溶解的所述废旧聚乙烯、废旧聚丙烯和滑石粉的松节油溶液喷涂在旋转的所述大颗粒尿素表面，160分钟后停止喷涂，得到所述释放期为90天的包膜控释尿素。

试验设计：试验在山东省泰安市农业科学研究院试验基地进行，供试土壤为轻壤土，供试作物为夏玉米，前茬作物为冬小麦，土壤肥力性状见表1。

表1、供试土壤肥力性状

试验采用随机区组设计，试验小区长4.5m，宽6.0m，面积27.0m2。试验共设5个处理：①CK1(不施氮肥)；②CK2(习惯施肥：40％PU N基施+60％PU N追施(其中，40％的尿素作为基肥施入，60％的尿素在大喇叭口期作为追肥一次性施入)；③用由释放期为30天的包膜控释尿素和尿素以质量比为3∶7混合得到的肥料(简称30％PCU30+70％PU)进行施肥；④用由释放期为60天的包膜控释尿素和尿素以质量比为3∶7混合得到的肥料(简称30％PCU60+70％PU)进行施肥；⑤用由释放期为90天的包膜控释尿素和尿素以质量比为3∶7混合得到的肥料(简称30％PCU90+70％PU)进行施肥；每个处理3次重复。其中，PCU为包膜控释尿素，PU为尿素，具体施肥量见表2。上述各处理中，磷肥和钾肥的施肥量也见表2。按照表2中处理③④⑤所示配比，将氮肥、磷肥和钾肥混匀后即得本发明提供的夏玉米包膜控释专用肥。其中，所述磷肥为磷元素的质量百分含量为18％的过磷酸钙肥，所述磷元素以五氧化二磷计，所述钾肥为钾元素的质量百分含量为60％的氯化钾肥，所述钾元素以氧化钾计。

包膜控释尿素埋袋处理：称取所述释放期为30天、60天和90天的包膜控释尿素各5g，缝合在1mm的塑料网袋中，各18袋(共54袋，每次取3袋)，定位埋植保护行土中，深度10-20cm，插牌标出。

供试玉米品种为中农68，玉米种植行距0.5m，株距0.3m，每穴播3粒，三叶期定植66660株/hm²。各处理施纯氮量为291.00kg/hm²(CK1不施肥)，施纯磷(P₂O₅)量为165.00kg/hm²，施纯钾(K₂O)量为181.00kg/hm²。磷、钾肥在播种前作基肥一次施入。生育期内按中农68栽培技术进行管理。

表2、各处理施肥方法

采样及样品测定方法：

在生育期内于苗期、拔节期、大喇叭口期、抽雄、灌浆中期和成熟期取植株样3株和3袋包膜控释尿素，其中植株样用于植株全氮的测定，采用开氏法测定；网袋内的包膜尿素测定溶出率，采用蒸馏法测定。在成熟期每小区随机取10株植株进行室内考种，测定株高、穗粒数、千粒重、产量。

氮肥利用率采用差值法计算，其公式为：

氮肥利用率(％)＝(施氮区吸氮量-无氮区吸氮量)/施肥量×100(该公式参见如下文献：介晓磊，韩燕来，谭金芳，等.不同肥力和土壤质地条件下麦田氮肥利用率的研究[J].作物学报，1998，24(6)：884-888)。

其中，施氮区吸氮量为表4中除CK1和CK2以外另外三种处理每个处理所对应的氮素总积累量，无氮区吸氮量为CK1处理的氮素总积累量，施肥量为表2中除CK1和CK2以外另外三种处理每个处理所对应的施氮总量。

土壤氮依存率是指土壤氮对作物营养氮的贡献率，计算公式为：

土壤氮依存率(％)＝无氮区吸氮量/施氮区吸氮量×100(该公式参见如下文献：李云.土壤科学与农业持续发展[A].中国土壤学会编写组.中国科学与农业可持续发展[M].北京：中国科学技术出版社，1994，219-223)

1)不同释放期的包膜控释尿素与尿素组成的肥料一次性配施对夏玉米产量及产量因子的影响

表3、不同释放期的包膜控释尿素与尿素组成的肥料一次性配施对夏玉米产量及产量因子的影响

注：表中不同字母表示差异达5％显著水平。

表3表示不同处理夏玉米的产量及包膜控释肥与尿素配合基施的增产效果。由表3可看出，施氮各处理夏玉米产量显著高于不施氮处理(CK1)。包膜控释尿素与尿素配施各处理(30％PCU30+70％PU、30％PCU60+70％PU、30％PCU90+70％PU)夏玉米产量显著高于习惯施肥处理。包膜控释尿素与尿素配合基施各处理间以处理30％PCU60+70％PU产量最高，显著高于其他各处理。包膜控释尿素与尿素配合基施的处理之所以显著提高产量，原因是既增加了穗粒数，又提高了千粒重(见表3)。

2)不同释放期的包膜控释尿素与尿素组成的肥料一次性配施对夏玉米总吸氮量、氮肥利用率和土壤氮依存率的影响

表4、不同释放期的包膜控释尿素与尿素组成的肥料一次性配施对成熟期夏玉米氮素积累量、土壤氮依存率及氮肥利用率的影响

注：表中不同字母表示差异达5％显著水平。

由表4可看出，施用氮肥后夏玉米氮素总积累量显著增加。在施氮量相等的情况下，包膜控释尿素与尿素配合基施处理，氮素总积累量明显高于习惯施肥处理，且差异性达到显著水平，且30％PCU60+70％PU处理与30％PCU90+70％PU处理差异不显著，但明显高于30％PCU30+70％PU处理，差异显著。

从成熟期子粒氮素积累量来看，包膜控释尿素与尿素配合基施处理显著高于习惯；包膜控释尿素与尿素配合基施处理间差异不显著，但30％PCU60+70％PU处理最高。从成熟期营养器官氮素积累量来看，包膜控释尿素与尿素配合基施处理显著高于习惯；30％PCU60+70％PU处理与30％PCU90+70％PU处理差异不显著，但显著高于30％PCU30+70％PU处理，其中30％PCU60+70％PU处理最高(见表4)。

由表4还可看出，包膜控释尿素与尿素配合基施处理(30％PCU30+70％PU、30％PCU60+70％PU、30％PCU90+70％PU)大大提高了氮肥利用率，降低了对土壤氮的依存率。氮肥利用率比习惯施肥处理分别提高4.57％、11.02％、8.65％，30％PCU60+70％PU处理最高；土壤氮的依存率比习惯施肥处理分别低2.92％、6.37％、5.18％，且30％PCU60+70％PU处理最低。

3)不同释放期的包膜控释尿素与尿素组成的肥料一次性配施对夏玉米不同生育时期氮素积累量的影响

表5、不同释放期的包膜控释尿素与尿素组成的肥料一次性配施对夏玉米植株在不同生育期氮素积累量的变化

注：表中不同字母表示差异达5％显著水平。

从表5可看出，对于苗期的氮素积累量：包膜控释尿素与尿素配合基施处理间差异不显著；30％PCU30+70％PU处理最高，显著高于CK2处理；30％PCU60+70％PU处理、30％PCU90+70％PU处理均高于CK2处理，但未达到显著性差异。

对于拔节期-大喇叭口期-抽雄期的氮素积累量：包膜控释尿素与尿素配合基施处理间差异不显著，30％PCU60+70％PU处理氮素积累量显著高于CK2处理。

对于灌浆中期的氮素积累量：包膜控释尿素与尿素配合基施处理间差异不显著，30％PCU90+70％PU处理氮素积累量最高；30％PCU60+70％PU处理和30％PCU90+70％PU处理的氮素积累量显著高于CK2处理。

对于成熟期的氮素积累量：包膜控释尿素与尿素配合基施处理显著高于习惯施肥处理；且30％PCU60+70％PU处理与30％PCU90+70％PU处理差异不显著，但均显著高于30％PCU30+70％PU处理；各处理间30％PCU60+70％PU处理氮素积累量最高。

由图2可清楚地看出，夏玉米从播种(6月17日)-苗期(7月9日)22天当中，PCU30有90％以上N素溶出，PCU60和PCU90则在夏玉米苗期有65％左右的N素溶出，习惯施肥的处理氮素供给略显不足。夏玉米从苗期-拔节-大喇叭口-抽雄，PCU30在夏玉米拔节前就已有90％以上N素溶出，PCU60和PCU90则在夏玉米大喇叭口期和抽雄期有80-85％的N素溶出，基本满足氮素供给，氮素积累量明显高于习惯施肥处理。虽然大喇叭口期(7月30日)习惯施肥处理追施氮素，但因大喇叭口-抽雄时间短(7天左右)，氮素没有很好地被植株吸收，导致CK2处理的氮素积累量较低。夏玉米从抽雄-开花-灌浆-收获，习惯施肥处理追施速效氮肥的淋溶和挥发，影响了氮素的有效供给，导致氮素积累量的减少，从而影响产量；据研究表明，控释尿素与尿素配合施用，其土壤中硝态氮积累量在各土层均低于单纯施用尿素。

4)不同释放期的包膜控释尿素的田间溶出特征

包膜控释尿素在田间的溶出特征显然不同于实验室内的恒温溶出，据当地气象资料显示，夏玉米生长期间，白天气温可在30℃以上，地表温度可达40℃，加速了包膜尿素的溶出，土壤和水体为扩散介质的不同也会影响包膜尿素的溶出速度。由于包膜控释肥的养分释放是由包膜内外的浓度梯度驱动，温度和水分对包衣肥料养分溶出的影响分别占83％和11％，而其他土壤因子及其交互只占1％以下(SHOJIS.MEISTER-Controlled release fertilizers[M].Sendai，Japan：Konno Printing Co.，Ltd，1999：9-10)，因此，除了温度对其溶出速度有直接影响外，土壤水分状况是影响其养分溶出的另一个重要因素(SHOJI S.MEISTER-Controlled release fertilizers[M].Sendai，Japan：Konno Printing Co.，Ltd，1999：9-10；FUJISAWA E.，KOBAYASHI A.，HANYUT.A mechanism of nutrient release from resin-coated fertilizers and its estimation by kineticmethods.5.Effect of soil moisture level on release rates from resin-coated fertilizer[J].Jpn.J.Soil Sci.Plant Nutr.，1998，69：582-589)。据泰安市气象资料统计，夏玉米从播种(6月17日)-苗期(7月9日)22天降雨80.2mm，从苗期-拔节(7月21日)12天降雨154.2mm，从拔节-大喇叭口(7月30日)9天降雨29.4mm，从大喇叭口-抽雄(8月7日)8天降雨8.4mm，从抽雄-灌浆中期(9月1日)25天98.2mm，从灌浆中期-收获(9月25日)24天7.0mm；夏玉米生长期间平均气温达到25.3℃，因此，温度和水分两因子都能满足包膜控释尿素N素释放的要求。夏玉米田间试验的三种不同释放期包膜尿素的N素溶出率测定结果见图2。

从图2中可以清楚地看出，30天释放期的包膜尿素在夏玉米拔节前就已有90％以上N素溶出，60天和90天释放期的包膜尿素则在夏玉米大喇叭口期和抽雄期有80-85％的N素溶出。夏玉米植株养分吸收的高峰期在大喇叭口至抽雄期之间，吸氮量是拔节至吐丝吸氮量占总吸氮量的66％，抽雄前后需氮量最高，一般认为追施氮肥的最佳时期在大喇叭口期(王树安.作物栽培学各论(北方本)[M].中国农业出版社，1995：160-165)。60天和90天释放期的包膜尿素作基肥施用后，N素溶出过程基本符合夏玉米的吸N规律，增产效果明显，而30天释放期的包膜尿素由于N素溶出过快，增产效果稍差一些。

5)不同释放期的包膜控释尿素与尿素组成的肥料的经济效益分析

表6、不同处理的经济效益

注：表内数据以市场价计：尿素为2200元/吨，30天释放期的包膜尿素为3300元/吨，60天释放期的包膜尿素为3500元/吨，90天释放期的包膜尿素为3900元/吨，追肥劳动力投入为300元/公顷，玉米为1500元/吨。

从表6可看出，包膜控释尿素与尿素配合基施处理(30％PCU30+70％PU、30％PCU60+70％PU、30％PCU90+70％PU)与习惯施肥相比，氮肥成本分别提高247.84元/hm²、306.54元/hm²、376.14元/hm²；净收入分别增加474.41元/hm²、1104.21元/hm²、1023.36元/hm²。控释肥料的价格一般比普通肥料高2.5-8倍(Shoji S，Kanno H.Use ofpolyolefin-coated fertilizers for increasing fertilizer efficiency and reducing nitrate leachingand nitrous oxide emissions [J].Fert.Res.，1994，39：147-152；Shaviv A，Mikklelsen R L.Slow release fertilizers for a safer environment maintaining high agronomic useefficiency[J].Fert.Res.，1993，35：1-12.)，即使施用废旧塑料包衣的包膜控释尿素，每吨也要比尿素高1000-1500元，单施包膜尿素成本太高，效果不理想，而包膜控释尿素与尿素配合施用既能减少肥料成本，又能满足夏玉米对氮素的需求，还能减少用工、提高产量；经济效益因产量提高和劳动力投入减少而明显增加。

由上可知，

(1)在施氮量相等、控释N素占总施N量30％的条件下，包膜控释尿素与尿素配合基施处理(30％PCU30+70％PU、30％PCU60+70％PU、30％PCU90+70％PU)与习惯施肥相比，夏玉米产量显著增加，分别增481.5kg/hm²、940.5kg/hm²、933kg/hm²；经济效益显著提高，分别提高474.41元/hm²、1104.21元/hm²、1023.36元/hm²。

(2)在施氮量相等、包膜控释N素占总施N量30％的条件下，包膜控释尿素与尿素配合基施处理(30％PCU30+70％PU、30％PCU60+70％PU、30％PCU90+70％PU)与习惯施肥比，夏玉米不同生育时期氮素积累量显著增加；氮肥利用率明显提高，分别提高4.57％、11.02％、8.65％；对土壤氮的依存率明显降低，分别降低2.92％、6.37％、5.18％。

综上所述，在施氮量相等、包膜控释N素占总施N量30％的条件下，60天释放期的包膜尿素与尿素配合一次基施，夏玉米产量最高，经济效益最好；60天释放的包膜尿素其田间N素溶出过程基本符合夏玉米的吸N规律，氮肥利用率最高。因此，适合夏玉米生长发育的专用肥中，包膜控释尿素的最佳释放期为60天。

实施例2、不同组分含量的包膜控释尿素与尿素组成的肥料一次性配施对夏玉米产量、氮肥利用率、氮素积累量及经济效益的影响

供试材料：

供试的包膜控释尿素的释放期为60天，由北京市农林科学院营资所和首创合作成立的“北京首创新型肥料有限公司”生产，释放期为60天的包膜控释尿素的包膜率是8.32％，含氮量是42.20％，该包膜控释尿素在25℃水中的氮素释放速率见图3，尿素的含氮量46.00％。

1)将质量份数为3.1的废旧聚乙烯、质量份数为3.1的废旧聚丙烯和质量份数为0.8的滑石粉添加到含有1000升溶剂松节油的溶解罐中；

2)加热升温至130℃，搅拌120分钟，直到完全溶解为止；

3)将质量份数为93的大颗粒尿素添加至喷流塔中；

4)将已完全溶解的废旧聚乙烯、废旧聚丙烯和滑石粉的松节油溶液喷涂在旋转的所述大颗粒尿素表面，140分钟后停止喷涂，得到所述释放期为60天的包膜控释尿素。

试验设计：试验在山东省泰安市农业科学研究院试验基地进行，供试土壤为轻壤土，供试作物为夏玉米：中农68，前茬作物为冬小麦，土壤肥力性状见表7。

表7、供试土壤肥力性状

试验采用随机区组排列，试验小区长4.5m，宽6.0m，面积27.0m²，试验共设6个处理，每个处理3次重复：①CK1(不施氮肥)，②CK2(习惯施肥：40％的尿素氮作为基肥施入，60％的尿素氮在大喇叭口期作为追肥施入)，③用由释放期为60天的包膜控释尿素和尿素以质量比2∶8混合得到的肥料(简称20％PCU60+80％PU)进行施肥，④用由释放期为60天的包膜控释尿素和尿素以质量比25∶75混合得到的肥料(简称25％PCU60+75％PU)进行施肥，⑤用由释放期为60天的包膜控释尿素和尿素以质量比3∶7混合得到的肥料(简称30％PCU60+70％PU)进行施肥，⑥用由释放期为60天的包膜控释尿素和尿素以质量比4∶6混合得到的肥料(简称40％PCU60+60％PU)进行施肥。其中，PCU为包膜控释尿素，PU为尿素，具体施肥量见表8。上述各处理中，磷肥和钾肥的施肥量也见表2。按照表2中处理③④⑤⑥所示配比，将氮肥、磷肥和钾肥混匀后即得本发明提供的夏玉米包膜控释专用肥。其中，所述磷肥为磷元素的质量百分含量为18％的过磷酸钙肥，所述磷元素以五氧化二磷计，所述钾肥为钾元素的质量百分含量为60％的氯化钾肥，所述钾元素以氧化钾计。

包膜控释尿素埋袋处理：称取释放期为30天的包膜控释尿素各5g，缝合在1mm的塑料网袋中，共18袋，每个生育时期取3袋，定位埋植保护行土中，深度10-20cm，插牌标示。

供试玉米种植行距0.5m，株距0.3m，每穴播3粒，三叶期定植66660株/hm²。各处理施纯氮量为291.00kg/hm²(CK1不施氮肥)，施纯磷(P₂O₅)量均为165.00kg/hm²，施纯钾(K₂O)量均为181.00kg/hm²。磷、钾肥在播种前作为基肥一次施入。生育期内按中农68栽培技术进行管理。

表8、各处理施肥方法

采样及样品测定方法：

在生育期内于苗期、拔节期、大喇叭口期、抽雄、灌浆中期和成熟期取植株样3株和3袋包膜控释尿素，其中植株样用于植株全氮的测定，采样开氏法测定；包膜控释尿素在25℃静水中和埋在田间内的包膜控释尿素的氮素溶出测定，均采用蒸馏法。在成熟期每小区随机取10株进行室内考种，测定株高、穗粒数、千粒重、产量。

氮肥利用率采用差值法计算，其公式为：

氮肥利用率(％)＝(施氮区吸氮量-无氮区吸氮量)/施肥量×100(该公式参见如下文献：介晓磊，韩燕来，谭金芳，等.不同肥力和土壤质地条件下麦田氮肥利用率的研究[J].作物学报，1998，24(6)：884-888)

土壤氮的依存率是指土壤氮对作物营养氮的贡献率，计算公式为：

1)不同组分含量的包膜控释尿素与尿素组成的肥料一次性配施对夏玉米产量及产量因子的影响

表9、不同处理对夏玉米产量及产量因子的影响

注：表中不同字母表示差异达5％显著水平。

表9表示不同处理夏玉米的产量及包膜控释尿素与尿素配合基施的增产效果。由表9可知，施氮各处理夏玉米产量、穗粒数、千粒重均显著高于不施氮处理(CK1)。不同量的包膜控释尿素与尿素配合一次基施各处理(20％PCU60+80％PU、25％PCU60+75％PU、30％PCU60+70％PU、40％PCU60+60％PU)夏玉米产量显著高于习惯施肥处理(CK2)，且随着包膜控释尿素用量的逐渐增加，夏玉米产量依次提高；不同量的包膜控释尿素与尿素配合一次基施处理(20％PCU60+80％PU、25％PCU60+75％PU、30％PCU60+70％PU、40％PCU60+60％PU)穗粒数、千粒重显著高于习惯施肥处理(CK2)，且随着包膜控释尿素用量的逐渐增加，夏玉米的穗粒数依次增加，千粒重依次提高。这是由于包膜控释尿素与尿素配合基施，氮素淋洗、挥发相对较少，既满足了夏玉米在大喇叭口-抽雄-吐丝期对氮素的大量需求，又能满足夏玉米灌浆-成熟期对氮素的需求，随着包膜控释尿素用量的增加，氮素的有效供给相对增加，植株氮素积累量也增加(见表10、表11)。

2)不同组分含量的包膜控释尿素与尿素组成的肥料一次性配施对夏玉米总吸氮量、氮肥利用率和土壤氮依存率的影响

表10、不同处理的成熟期夏玉米氮素积累量、氮肥利用率及土壤氮依存率列表

注：表中不同字母表示差异达5％显著水平。

由表10可知，施用氮肥后夏玉米氮素总积累量显著增加。在施氮量相等的情况下，包膜控释尿素与尿素配合基施处理(20％PCU60+80％PU、25％PCU60+75％PU、30％PCU60+70％PU、40％PCU60+60％PU)氮素总积累量、子粒氮素积累量明显高于习惯施肥处理(CK2)，且随着包膜尿素用量的逐渐增加，夏玉米氮素总积累量、子粒氮素积累量也依次增加。氮素总积累量各处理之间差异不显著，但都明显高于20％PCU60+80％PU处理，30％PCU60+70％PU处理最高；子粒氮素积累量各处理间差异不显著，30％PCU60+70％PU、40％PCU60+60％PU处理接近，但高于20％PCU60+80％PU、25％PCU60+75％PU处理；包膜控释尿素与尿素配合基施处理(20％PCU60+80％PU、25％PCU60+75％PU、30％PCU60+70％PU、40％PCU60+60％PU)营养器官氮素积累量显著高于习惯施肥处理(CK2)，其中，25％PCU60+75％PU、30％PCU60+70％PU、40％PCU60+60％PU处理显著高于20％PCU60+80％PU处理，30％PCU60+70％PU处理与25％PCU60+75％PU处理差异显著，25％PCU60+75％PU处理与40％PCU60+60％PU处理差异不显著，且30％PCU60+70％PU处理最高。

另外，由表10可知，包膜控释尿素与尿素配合基施处理(20％PCU60+80％PU、25％PCU60+75％PU、30％PCU60+70％PU、40％PCU60+60％PU)大大提高了氮肥利用率，比习惯施肥处理(CK2)分别提高5.86％、9.82％、11.39％，10.94％，30％PCU60+70％PU处理最高；包膜控释尿素与尿素配合基施处理(20％PCU60+80％PU、25％PCU60+75％PU、30％PCU60+70％PU、40％PCU60+60％PU)比习惯施肥处理(CK2)对土壤氮的依存率要低，分别低3.37％、5.33％、6.05％、5.85％，且30％PCU60+70％PU处理最低。

3)不同组分含量的包膜控释尿素与尿素组成的肥料一次性配施对夏玉米不同生育时期氮素积累量的影响

表11、各处理夏玉米植株在不同生育期氮素积累量的变化规律

注：表中不同字母表示差异达5％显著水平。

由表11可知，包膜控释尿素与尿素配合基施处理，在夏玉米整个生育期内氮素积累量高于习惯施肥处理，其中，25％PCU60+75％PU、30％PCU60+70％PU、40％PCU60+60％PU处理之间差异不显著，但都显著高于习惯施肥处理。在苗期，20％PCU60+80％PU处理氮素积累量分别与习惯施肥处理(CK2)、30％PCU60+70％PU处理差异不显著，但显著低于25％PCU60+75％PU、40％PCU60+60％PU处理。在拔节期，控释包膜尿素与尿素配合基施处理间氮素积累量差异不显著，但都显著高于习惯施肥处理。在大喇叭口期20％PCU60+80％PU处理氮素积累量与习惯施肥处理差异不显著，但显著低于25％PCU60+75％PU、30％PCU60+70％PU、40％PCU60+60％PU处理。20％PCU60+80％PU处理在抽雄-灌浆中-收获期氮素积累量显著高于习惯施肥处理，但显著低于30％PCU60+70％PU、40％PCU60+60％PU处理。究其原因：习惯施肥除底施尿素以外60％的尿素在大喇叭口(7月30日)表追施，当时气温高湿度大，氨挥发严重，导致追肥后期氮素供给相对不足，影响植株的氮素积累。

4)包膜控释尿素氮素溶出特征

包膜控释尿素氮素养分累计溶出率动力学一般可用一级反应方程N_t＝N₀[1-exp(-kt)](王正银，徐卫红，张浩。几种缓释尿基复合肥氮素释放的动力学研究[J].磷肥与复肥，2002，17(2)：13-18)来进行描述，N₀为溶质最大溶出率，此处，N₀＝100％，是因为包膜肥料中养分是可以100％释放的，但实测时未能测到100％，所以氮素养分累计溶出率一级动力学反应方程为N_t＝100[1-exp(-kt)]。

图3为实验室25℃静水溶出法和田间埋袋法测定结果通过动力学方程计算出的氮素释放状况。实验室静水溶出法和田间埋袋法的方程拟合度r²分别为99.47％和96.29％。实验室25℃静水溶出法测定包膜控释尿素初期养分释放率为3.26％，28.0d养分释放率为60.42％，48.6d养分释放率为80.00％；田间埋袋法测定包膜控释尿素初期养分释放率为3.23％，28.0d养分释放率为60.08％，49.1d养分释放率为80.00％。

由图3可知，包膜控释尿素在田间的氮素溶出特征与实验室25℃恒温溶出特征吻合较好。由于包膜控释肥的养分释放是由包膜内外的浓度梯度驱动，温度和水分对包膜肥料养分溶出的影响分别占83％和11％，而其他土壤因子及其交互只占1％以下，因此，除了温度对其溶出速度有直接影响外，土壤水分状况是影响其养分溶出的另一个重要因素(SHOJI S.MEISTER-Controlled release fertilizers[M].Sendai，Japan：KonnoPrinting Co.，Ltd，1999：9-10；FUJISAWA E.，KOBAYASHI A.，HANYU T.A mechanismof nutrient release from resin-coated fertilizers and its estimation by kinetic methods.5.Effect of soil moisture level on release rates from resin-coated fertilizer[J].Jpn.J.Soil Sci.Plant Nutr，1998，69：582-589)。

据泰安市气象资料统计，夏玉米从播种(6月17日)-苗期(7月9日)22d降雨80.2mm，从苗期-拔节(7月21日)12d降雨154.2mm，从拔节-大喇叭口(7月30日)9d降雨29.4mm，从大喇叭口-抽雄(8月7日)8d降雨8.4mm，从抽雄-灌浆中期(9月1日)25d降雨98.2mm，从灌浆中期-收获(9月25日)24d降雨7.0mm；夏玉米生长期间平均气温达到25.3℃，因此，温度和水分两因子都能满足包膜控释尿素氮素释放的要求。

由图3还可知，包膜控释尿素在夏玉米大喇叭口期和抽雄期有76-81％的氮素溶出。夏玉米植株养分吸收的高峰期在大喇叭口至抽雄期之间，拔节至吐丝吸氮量占总吸氮量的66％，抽雄前后需氮量最高，一般认为追施氮肥的最佳时期在大喇叭口期。表5表明包膜控释尿素与尿素配合基施处理，其氮素供给过程基本符合夏玉米的吸氮规律，且随着包膜控释尿素用量的增加植株的氮素积累量也增加。

5)不同处理的经济效益分析

表12、不同处理的经济效益

注：表内数据以市场价计：尿素为2200元/吨，60天释放期的包膜尿素为3500元/吨，追肥劳动力投入为300元/公顷，玉米为1500元/吨。

由表12可看出，包膜控释尿素与尿素配合基施处理(20％PCU60+80％PU、25％PCU60+75％PU、30％PCU60+70％PU、40％PCU60+60％PU)与习惯施肥(CK2)相比，氮肥成本分别提高204.26元/hm²、255.44元/hm²、306.31元/hm²、408.73元/hm²；净收入分别增加1303.24元/hm²、1481.71元/hm²、1715.24元/hm²、1657.97元/hm²。由此可见30％PCU60+70％PU处理经济效益最高。

控释肥料的价格一般比普通肥料高2.5-8倍(Shoji S，Kanno H.Use ofpolyolefin-coated fertilizers for increasing fertilizer efficiency and reducing nitrate leachingand nitrous oxide emissions[J].Fert.Res.，1994，39：147-152；Shaviv A，Mikklelsen R L.Slow release fertilizers for a safer environment maintaining high agronomic useefficiency[J].Fert.Res.，1993，35：1-12.)，即使用废旧塑料的包膜控释尿素，每吨也要比尿素高1000-1500元，单施包膜尿素成本太高，效果不理想，而包膜控释尿素与尿素配合基施既能减少肥料成本，又能满足夏玉米对氮素的需求，还能减少用工、提高产量；经济效益因产量提高和劳动力投入减少而明显增加。

由上可知，

(1)在施氮量相等的条件下，包膜控释尿素与尿素配合基施处理(20％PCU60+80％PU、25％PCU60+75％PU、30％PCU60+70％PU、40％PCU60+60％PU)氮素总积累量、子粒氮素积累量明显高于习惯施肥处理(CK2)，其中30％PCU60+70％PU处理夏玉米氮素总积累量最高。

(2)包膜控释尿素与尿素配合基施处理(20％PCU60+80％PU、25％PCU60+75％PU、30％PCU60+70％PU、40％PCU60+60％PU)大大提高了氮肥利用率，比习惯施肥处理(CK2)分别提高5.86％、9.82％、11.39％，10.94％，且30％PCU60+70％PU处理最高；比习惯施肥处理(CK2)对土壤氮的依存率要低，分别低3.37％、5.33％、6.05％、5.85％，且30％PCU60+70％PU处理最低。

(3)释放期为60天的包膜控释氮素田间溶出特征与25℃静水中溶出特征吻合较好，与普通氮素配合基施符合夏玉米的吸氮规律。

(4)在施氮量相等的条件下，不同量的包膜控释尿素与尿素配合基施处理(20％PCU60+80％PU、25％PCU60+75％PU、30％PCU60+70％PU、40％PCU60+60％PU)夏玉米产量显著增加，且随着包膜尿素用量的逐渐增加，夏玉米产量依次提高；经济效益显著高于习惯施肥，其中30％的释放期为60天的包膜控释氮配合70％的尿素氮基施经济效益最高。

综上所述，在夏玉米上施用释放期为60天的包膜控释尿素田间溶出特征与25℃静水中溶出特征吻合较好；60天的包膜控释尿素与尿素配合基施符合夏玉米的吸氮规律。在施氮量相等条件下，30％的释放期为60天的包膜控释氮配合70％的尿素氮基施，夏玉米氮素总积累量最高，氮肥利用率最高，土壤氮的依存率最低，经济效益最好。

Claims

1.一种夏玉米包膜控释专用肥，由氮肥、磷肥和钾肥组成；其特征在于：所述氮肥由尿素和包膜控释尿素组成，所述包膜控释尿素的释放期为30-90天；所述包膜控释尿素中的氮元素和所述尿素中的氮元素的质量比为20-40∶80-60；所述氮肥、所述磷肥和所述钾肥的质量比为15-20∶5-9∶8-12；所述氮肥的质量以所述氮肥中的氮元素计，所述磷肥的质量以五氧化二磷计，所述钾肥的质量以氧化钾计。

2.根据权利要求1所述的专用肥，其特征在于：所述氮肥、所述磷肥和所述钾肥的质量比为16∶9∶10，所述包膜控释尿素的释放期为60天；所述包膜控释尿素中的氮元素和所述尿素中的氮元素的质量比为20∶80、25∶75、30∶70或40∶60。

3.根据权利要求1或2所述的专用肥，其特征在于：所述包膜控释尿素是由尿素、聚乙烯、聚丙烯和滑石粉组成；所述释放期为30天的包膜控释尿素中，所述尿素、聚乙烯、聚丙烯和滑石粉的质量份数分别为94、2.9、2.7和0.5；所述释放期为60天的包膜控释尿素中，所述尿素、聚乙烯、聚丙烯和滑石粉的质量份数分别为93、3.1、3.1和0.8；所述释放期为90天的包膜控释尿素中，所述尿素、聚乙烯、聚丙烯和滑石粉的质量份数分别为90、5.0、4.1和0.9。

4.根据权利要求3所述的专用肥，其特征在于：所述聚乙烯为废旧聚乙烯，所述聚丙烯为废旧聚丙烯。

5.根据权利要求1-4任一所述的专用肥，其特征在于：所述磷肥为磷元素的质量百分含量为18％的过磷酸钙肥，所述磷元素以五氧化二磷计，所述钾肥为钾元素的质量百分含量为60％的氯化钾肥，所述钾元素以氧化钾计。

6.一种制备权利要求1-5任一所述夏玉米包膜控释专用肥的方法，包括如下步骤：将所述氮肥、磷肥和钾肥混匀，得到所述夏玉米包膜控释专用肥；其中，所述氮肥由尿素和包膜控释尿素组成，所述包膜控释尿素的释放期为30-90天；所述包膜控释尿素中的氮元素和所述尿素中的氮元素的质量比为20-40∶80-60；所述氮肥、所述磷肥和所述钾肥的质量比为15-20∶5-9∶8-12；所述氮肥的质量以所述氮肥中的氮元素计，所述磷肥的质量以五氧化二磷计，所述钾肥的质量以氧化钾计。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述氮肥、所述磷肥和所述钾肥的质量比为16∶9∶10，所述包膜控释尿素的释放期为60天；所述包膜控释尿素中的氮元素和所述尿素中的氮元素的质量比为20∶80、25∶75、30∶70或40∶60。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于：所述包膜控释尿素是由尿素、聚乙烯、聚丙烯和滑石粉组成；所述释放期为30天的包膜控释尿素中，所述尿素、聚乙烯、聚丙烯和滑石粉的质量份数分别为94、2.9、2.7和0.5；所述释放期为60天的包膜控释尿素中，所述尿素、聚乙烯、聚丙烯和滑石粉的质量份数分别为93、3.1、3.1和0.8；所述释放期为90天的包膜控释尿素中，所述尿素、聚乙烯、聚丙烯和滑石粉的质量份数分别为90、5.0、4.1和0.9。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述聚乙烯为废旧聚乙烯，所述聚丙烯为废旧聚丙烯。

10.根据权利要求6-9任一所述的方法，其特征在于：所述磷肥为磷元素的质量百分含量为18％的过磷酸钙肥，所述磷元素以五氧化二磷计，所述钾肥为钾元素的质量百分含量为60％的氯化钾肥，所述钾元素以氧化钾计。