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在现代农业生产中大量施用化肥,其中我国的化肥施用量增长速度很快,呈现逐年递增的趋势,1985年至2002年间年平均增长率为8%,高于世界平均水平。氮、磷等营养元素大量进入水体,引起水体富营养化,造成化肥对地表水的面源污染。针对这一现状而研制的“控失”型化肥能有效减少包括氮素在内的养分的流失,在田间试验中取得了较好的结果,显著提高了氮肥农学利用率。由于“控失”型肥料与常见肥料的作用机理存在较大差异,因此对“控失”型肥料释放营养元素的实验室检测方法有必要进行研究和探讨。
本文用自制的“控失”型肥料和常见化肥进行包括“水中静置溶出法”和“土柱淋溶法”等在内的检测实验。通过测试“控失”型肥料和各种肥料的氮素释放特性,探索了各种检测方法下“控失”型肥料养分释放的详细过程,并对实验方法进行了研究和改进:通过改变沙柱的长度和固定化肥在沙柱中放置的形状,以及对加水淋溶的方式进行改进等,使淋溶过程更精细化易于控制,尽可能地减小了常用淋溶法的弊端,获得了更为简便、有效、稳定性好的评价方法。本论文共分四章,主要研究内容包括:
1.土柱淋溶法实验的研究
(1)以珍珠岩、蛭石、土壤、石英砂等各种材料做为实验介质,选用不同形态的含氮化合物、“控失”添加剂以及各种肥料做为实验材料进行淋溶实验,采集的数据主要是初期溶出率。珍珠岩淋溶实验的控失率仅为不到5%,用蛭石淋溶控失率约为15%,说明蛭石更适于用做淋溶介质。在用土壤做介质进行的漏斗淋溶实验中,使用滤纸做为铺垫的淋溶实验结果为0.0439±0.0065 g,而用脱脂棉纱进行填塞的淋溶实验结果为0.0475±0.0210 g;前者离散系数为14.8%,后者的离散系数达到44.2%,用滤纸进行试验的实验结果离散系数大幅度下降,说明实验的稳定性大大提高,实验方法更为可靠。
(2)分析土壤淋溶法的实验数据,改变各项实验条件包括沙柱长度(化肥以下及之上均为75mL沙柱),使化肥填埋方式更为精细化(对湿润的下部沙柱挖出圆柱状坑洞),定量加水(每隔三分钟加入固定的10mL去离子水)并进行淋溶试验,在对各项条件进行优化的基础上进行总结,找到合适的组合以得到较为理想的实验方法。经过改进,在氮素溶出均值略有下降的同时,实验数据的标准偏差和离散系数(变异系数)有明显降低,例如普通复合肥的铵氮溶出从改进前的0.0544±0.0233g到改进后的0.0397±0.0051g,离散系数从43%降至13%。控失肥的铵氮溶出从改进前的0.0400±0.0154g到改进后的0.0312±0.0027g,离散系数从39%降至9%。改进后的方法较之改进前更稳定、有效,重复性更好。此外用改进后的方法对F3~F6四种肥料的氮素释放进行28天连续检测。
2.浸提液中静置溶出实验的研究
土柱淋溶实验的特点是简便易于操作,是最常用的实验室检测化肥养分释放特性的方法之一,但该实验相当费时。而用浸提液中静置溶出法可以使化肥营养元素快速释出,使实验周期大为缩短,显著提高实验的效率。本文改变实验温度(从常温提高到80℃)、改变静置所用的浸提液(从去离子水改为2%的稀盐酸溶液),运用强化浸泡溶出法检测控失型化肥和其他缓控释肥的氮素溶出情况,进行氮素释放特性对比。普通复合肥(15-10-10)在6h后停止溶出,累积释放氮素达到87.3%,控失型化肥(15-10-10)在8h后停止溶出,累积释放氮素达到78.7%。这两种肥料在6~8h内氮素释放相继达到平台期,说明对这两种肥料来说在强化浸泡法实验中24h的实验周期过长,且每隔两小时进行一次检测的问隔太久。这种高温酸化环境对化肥营养元素的释放会产生巨大的压力,有必要对最佳检测温度进行优化,并选择合适的浸提液。硫磺包膜尿素(42%) F4在24h里持续缓慢溶出,累积释放氮素为0.9276g,占氮素总体的22.1%,控失肥(41.4%) F6在10h后停止溶出,累积释放氮素为3.44g,占氮素总体的83.1%。这两种肥料在氮素释放的趋势上有显著差异。