随着人口—资源—环境问题的日渐突出,农业生产中为保障高产而对肥料的应用愈加关注。在肥料的施用中提高肥料利用率、降低资源浪费、减少环境污染是保障土壤资源可持续利用的目标和关键。缓控释肥料可以显著提高肥料的利用率、减少养分的挥发和淋溶损失、减轻施肥对环境的污染、改善作物的生长发育状况、提高作物的产量和品质,因而受到了研究人员的广泛关注。生产和施用缓控释肥料已经成为目前化肥工业发展的主要趋势之一,也是发展现代农业、实施可持续发展战略的必然要求。缓控释肥料能提高养分利用率是其养分释放特性包括养分释放率和释放期以及养分释放与作物对养分吸收的同步性所决定的,因此,对其释放特性的研究和评价方法的建立是评价缓控释肥料质量和性能的关键环节。本研究采用水浸提法、饱和盐溶液蒸汽压法、土壤培养法和肥料填埋法,探讨了不同种类缓控释肥料养分释放机理,并按照缓控释肥料行业标准(HG/T 3931-2007)、硫包衣尿素行业标准(HG/T 3997-2008)和欧洲标准化委员会(CEN)推荐的控释肥料和硫包衣尿素评价标准,对15种缓控释肥料的养分释放特性进行了研究和评价。采用扫描电镜和红外光谱分析,对缓控释肥料的微观结构进行了研究。同时,采用盆栽和大田试验,评价了缓控释肥料养分释放特性与作物需肥规律的吻合性。主要研究结果如下:1.温度是影响缓控释肥料养分释放的主要因素。对于热塑性树脂包膜尿素、热塑性树脂包膜复合肥、热固性树脂包膜复合肥、硫包衣尿素、异丁叉二脲来说,温度越高,养分释放速率就越快,释放期就相对越短。聚合物包膜控释肥在水中的释放曲线多为“S”型,SCU为“破裂式释放”,IBDU的释放曲线呈倒“L”型。在不同培养温度条件下氮素释放率与时间的关系可用一级动力学方程Nt=No(1-e-kt)、Elovich方程Nt=a+blnt和抛物线方程Nt=a+bt0.5表征,在25℃和40℃时,以一级动力学方程拟合效果最好。定量描述氮素养分释放的动力学方程中以一级动力学方程更具有实效性。聚合物包膜复合肥的养分释放规律为氮素释放速率最快,其次是钾,磷素释放速率较慢。2.包膜控释肥料的养分释放是由包膜内外水蒸汽压差引起的,其释放速率常数k随着水蒸汽压差的增大而增大。蒸汽压差越大,养分释放率越大,反之越小。在同一水蒸汽压下,包膜肥料的养分释放率随着培养时间的延长而增大;相同的培养时间,养分累积释放率表现为H2O>KH2PO4饱和溶液>KCl饱和溶液。包膜控释肥料膜内外水蒸汽压差是控制养分释放速率快慢的根本因素。3.土壤含水量对缓控释肥料养分释放速率有较大的影响。当土壤含水量在田间持水量之内,随着土壤含水量的增加,养分释放加快。包膜尿素在不同土壤含水量下拟合曲线的相关系数在0.9740～0.9972之间,标准误在0.0015～0.0022之间,达极显著水平(ρ=0.0001)。对于包膜复合肥来说,供试样品CRF1和CRF2在各培养时期内氮素释放率均随着土壤含水量的增大而增大。对于硫包衣尿素来说, SCU在土壤培养中的释放率要高于其在静水浸提中的释放率。而异丁叉二脲在水中的释放率始终快于土壤培养中的释放率。4.扫面电镜试验表明,包膜材料不同,包膜后在肥料颗粒表面成膜的结构不同。热塑性树脂膜表面有微小的孔隙,这些微孔是养分释放的通道;热固性膜表面都比较致密,都存在不同的固体颗粒突起,很难看出微孔的存在。硫包衣尿素膜表面非常光滑,包膜材料之间的排列和堆积比较致密。从断面照片可以看出,供试样品PCU1、CRF1、CRF2、Nutricote、Osmocote和SCU1的膜厚度分别为59.5μm、58.6μm、41.4μm、107μm、46.3μm和55.1μm,同时六种肥料的膜厚度均匀,包膜质量较好。5.红外光谱分析试验表明,不同膜质材料的红外光图谱有明显差异。两种热塑性树脂包膜复合肥料(CRF1和Nutricote)的膜材料在波长3447 cm-1、2919 cm-1、2850 cm-1、670 cm-1附近都有红外吸收,说明两种膜材料有一定的相似性,同时比较两者的红外谱图也可见波谱的相似处;两种热固性树脂包膜复合肥料(CRF2和Osmocote)的谱图有很大的相似性,不同的是Osmocote含有脂肪族一元酸的官能团;而SCU1的红外光谱图不仅显示SCU1膜中除无机硫占大多数以外,还含有类似氧化乙烯聚合物或聚乙烯蜡等添加物。6.采用25℃常温浸提法测定与100℃快速浸提法测定,后者的养分释放率加快。可用100℃快速浸提法建立预测缓控释肥料在常温下(25℃)的释放期的回归方程(一元二次方程,相关系数大于0.98),预测值与实测值相差1～3d。对于25℃常温浸提法测定释放期分别为66d和84d的包膜控释复合肥CRF2和CRF3,用100℃电导率法预测的养分释放期分别为65d和81d,相对误差小于3.5%,可见电导率法也可以准确快速地预测包膜控释复合肥料的养分释放率和释放期。用初期养分释放率、平均释放率和养分释放期等参数,可用于缓控释肥料的综合评价。7.缓控释肥料在水、土两种介质中的养分释放特性有一定的关系,4种缓控释肥料在水浸法和土壤培养法中的养分释放特性均可用二项式方程进行拟合,说明两种方法存在一定的相关性。因此,在对缓控释肥料进行农业评价时,应在实验室水浸法的基础上,进行土壤培养试验,进而测定作物的养分吸收量,并结合作物生长与产量的结果加以具体分析。本研究结果表明树脂包膜控释肥料可以在相同温度下用水中测定的释放率预测在土壤中的养分释放率。8.控释肥料的养分释放可以通过制作工艺的调整与改进使其与作物对养分的吸收相同步,达到使作物增产和增效的作用,CRF1、CRF2两处理的油菜养分吸收量和生物量显著高于其他处理,以CRF2处理为最高,并且CRF1、CRF2的养分释放特性更接近油菜的需肥规律。通过对肥料种类与作物匹配性的评价与预测,并将两者结合起来,可以制造出适合各种作物生长发育的专用控释肥料。