供试肥料。S1, 聚失肥(高塔造粒), N、P₂O₅、K₂O分别为26%、12%和12%。S2, 有机无机复混肥(掺混造粒), N、P₂O₅、K₂O分别为9%、5%和6%。S3, 有机无机复合肥(滚筒造粒), N、P₂O₅、K₂O分别为15%、5%和10%。S4, 无机复合肥, N、P₂O₅、K₂O分别为22%、13%和5%。S5, 缓释肥, N、P₂O₅、K₂O分别为 9%、14%、9%。

供试土壤。在河南省采集具有代表性的土壤, 采样深度0~20 cm, 风干去除土中杂物, 研磨过1 mm筛, 以备试验用。

1.2.1 静水释放试验

用水静置浸泡试料, 在规定的温度和时间内, 试料中的养分从肥料颗粒中溶到水中, 用相应方法测定浸提液中养分含量。称取颗粒完整的肥料样品10.00 g(称准至0.01 g), 放入孔径为0.149 mm(100目)的尼龙纱网做成的小袋中, 封口, 放入盛有200 mL蒸馏水(肥:水为20:1)的250 mL烧杯中, 用封口膜密封后将烧杯置于25 ℃恒温培养箱中培养, 取样时间为0.25、0.5、1、3、5、7、10、24 h。取样时将尼龙袋取出, 将瓶中的浸提液摇匀后转入250 mL容量瓶中冷却定容, 测定养分含量, 并计算肥料养分释放率。

1.2.2 土柱间歇淋溶试验

将肥料与土壤混合置于淋溶器中, 表层、底部均覆盖适量石英砂和纱布, 定期加入蒸馏水淋溶, 下部收集淋溶液, 测定淋溶液中养分含量。土柱淋溶装置直径8 cm, 高30 cm。在淋溶器底部放置2层0.75 mm纱布, 底部装入250 g石英砂, 其上装入300 g风干土与3 g肥料(土:肥为10:1)混匀的土肥混合物, 土柱上面加150 g石英砂覆盖以防加水时扰乱土层。以不加肥料的土柱作为对照, 每个处理重复3次。第1次先加200 mL蒸馏水使土壤水分接近饱和, 分别在1、3、5、10、20、30 d用100 mL蒸馏水进行土柱淋溶, 底部用三角瓶收集淋溶液, 测定淋溶液中养分含量, 计算养分释放率。

2.1.1 氮素释放

静水试验不同肥料氮素释放情况如图1所示, S1、S2、S3肥料的氮素累计释放率曲线趋势较为一致。S4在0.25 h时初始释放率明显高于其他肥料, 1 h累积释放率达90.4%, 随着时间的推移氮素释放曲线趋于平缓。0.25 h初始释放率由高到低为S4> S2> S3> S1, 24 h累积释放率为S4> S1> S2> S3。

图1

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	图1 供试肥料在静水中的氮素释放率

2.1.2 磷素释放

静水试验不同肥料磷素释放情况如图2所示, 磷素在0.25 h初始释放率为S4> S2> S3> S1, 24 h累积释放率为S4> S3> S1> S2。S4在0.25 h时磷素释放率明显高于其他肥料, 3 h时累积释放率达96.8%, 随后释放量减小, 释放曲线趋于平缓。S1、S2和S3释放曲线趋势相似。24 h时S1、S3和S4的磷素累积释放率无明显差异。

图2

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	图2 供试肥料在静水中的磷素释放率

2.1.3 钾素释放

由图3可知, 钾素0.25 h初始释放率为S4> S2> S3> S1, 24 h累积释放率为S4> S3> S2> S1。S4相对于S1、S2、S3释放更加迅速, 在0.25 h时钾素释放率明显高于其他肥料, 5 h累积释放率达97.8%, 随后释放量减小, 曲线趋于平缓。S1、S2和S3的钾素释放曲线整体相似, 释放后期的累积释放率相差不大。

图3

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	图3 供试肥料在静水中的钾素释放率

2.1.4 缓释肥养分释放

由图4可知, 与其他4种肥料相比, 缓释肥的养分元素释放率极低, 随着时间推移累计释放率增长, 在24 h时累积释放率氮素为5.2%, 磷素为5.1%, 钾素为6.2%, 均显著低于其他4种肥料。

图4

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	图4 缓释肥在静水中的养分元素释放率

2.2.1 氮素释放

由图5可知, 土柱间歇淋溶时, 氮素1 d初始释放率为S4> S2> S3> S1, 30 d累积释放率为S4> S2> S3> S1。S4淋溶释放率明显高于其他肥料, 1 d时氮素释放率为69.6%, 5 d后释放率降低, 曲线趋于平缓, 30 d时累积释放率达89.0%。S1和S3释放曲线趋势较为一致, 2种肥料在1 d和30 d时释放率无明显差异。

图5

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	图5 供试肥料在土柱间歇淋溶中的氮素释放率

2.2.2 磷素释放

土柱间歇淋溶试验不同肥料的磷素释放曲线如图6所示, 4种肥料的释放曲线趋势较为一致, 磷素1 d初次释放率由高到低依次为S4> S2> S1> S3, 30 d累积释放率为S4> S2> S3> S1。

图6

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	图6 供试肥料在土柱间歇淋溶中的磷素释放率

2.2.3 钾素释放

钾素释放情况如图7所示, S4释放率显著高于其他S1、S2、S3, 其1 d释放率达65.6%, 30 d累积释放率达91.7%。S1、S2、S3的钾素累计释放率变化趋势较为一致, 1 d初次释放率为S4> S2> S3> S1, 30 d累积释放率为S4> S2> S3> S1。

图7

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	图7 供试肥料在土柱间歇淋溶中的钾素释放率

2.2.4 缓释肥养分释放

由图8可以看出, 与其他4种肥料相比, 缓释肥的养分元素释放缓慢得多, 30 d时累积释放率为氮素18.3%, 磷素16.5%, 钾素15.8%, 均远低于其他肥料。

图8

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	图8 缓释肥在土柱间歇淋溶中的养分元素释放率

总体来看, 无机肥S4相比于其他4种肥料, 其氮、磷、钾0.25 h初期释放率和24 h末期累积释放率皆高于其他肥料, 说明无机肥在水中极易溶解, 释放更加迅速、彻底, 肥效快^[15]。比较3种不同工艺制成的有机无机复合肥可以发现, 其氮、磷、钾素0.25 h初期释放率均为S2> S3> S1, 释放前期累积释放率为S2> S3> S1; 释放后期, S2和S3释放率下降, 逐渐低于聚失肥释放率, 3种肥料24 h末期累积释放率相近, S1相对于S2和S3释放更加缓慢。即聚失肥在前期营养元素释放率低于其他2种有机无机复合肥, 而随着时间的推移, 累积释放率逐渐高于其他2种有机无机复合肥。而缓释肥氮、磷、钾营养元素释放率均远低于其他4种肥料, 有明显的缓释性; 随着时间的延长释放率逐渐增加, 3种营养元素的累积释放率大小为钾素> 氮素> 磷素。

比较氮、磷、钾3种养分元素释放情况, 总的来说, 磷素和钾素累积释放率高于氮素, 磷素和钾素整体释放情况虽有差异但不明显, 且无明显规律, 分析其原因, 可能是因为在试验操作和指标测定过程中氮的挥发导致其含量流失, 使得累积释放率降低。

与其他4种肥料相比, 无机肥的氮、磷、钾素1 d初期释放率和30 d末期累积释放率皆高于其他肥料, 说明无机肥在土壤中养分释放更快。3种有机无机复合肥相比, 其氮、磷、钾素1 d初期释放率和末期累计释放率均为S2> S3> S1, S2的营养元素释放整体高于S3和S1。而缓释肥的养分释放较缓慢, 随着时间延长释放率逐渐增加, 3种营养元素的累积释放率大小为氮素> 磷素> 钾素。

无机肥和有机无机复合肥在静水中的养分释放率略高于土壤中, 由于水是均相体系, 成分单一, 影响因素单一, 而土壤中含有各种养分离子的盐溶液, 因此肥料在水中的养分释放率与在土壤中的释放率有一定差距。比较氮、磷、钾3种养分元素释放情况, 虽有差异但不显著, 且无明显规律, 究其原因, 一方面在试验操作和指标测定过程中引起了氮素挥发流失, 另一方面, 土壤对磷素和钾素具有固定吸附的作用, 也导致磷素和钾素释放率的降低, 结果导致三元素释放率相差不多。

有关研究表明, 有机无机复合肥对养分的释放产生一定调节作用, 利于养分供应与作物的需求规律吻合, 提高养分的利用率。武丽萍等^[16]研究表明, 腐植酸和尿素配施与等量的普通尿素相比, 氮利用率提高了10.4百分点, 肥效期延长40~50 d。隽英华等^[17]研究表明, 高浓度腐殖酸能明显地抑制尿素水解, 延长尿素态氮在土壤中的停留时间, 降低氮素释放速率, 增加铵态氮含量, 减少硝态氮的生成及氮素损失量, 大大提高尿素利用效率。王海滨^[18]研究表明, 施用有机无机复合肥可以明显提高作物对养分的吸收, 增加土壤养分含量, 与等养分无机肥处理相比, 施用有机无机复合肥的大白菜对氮、磷、钾的利用率分别提高11.6、5.7、4.9百分点, 氮、磷、钾总的利用率提高了19.0百分点。胡莹莹等^[19]研究表明, 施用缓释肥的马铃薯产量及磷素利用率均显著提高。郑圣先等^[20]研究缓释肥料的控释性表明, 缓释肥料可提高氮素利用率, 高达72.3%, 比施尿素的氮素利用率高出36.5百分点。这些结论与本研究的结果一致, 有机无机复合肥和缓释肥可以调节养分的释放。与无机肥相比, 有机无机复合肥和缓释肥在静水和土壤介质中的初次养分释放率和累积养分释放率均低于无机肥, 对营养元素的释放具有缓释作用。缓释肥在水和土壤中对养分的缓释作用优于有机无机复合肥。

有机无机复合肥兼具有机肥和无机肥的特点, 体现有机无机相结合的交互作用。有机无机复合肥中有机部分提供的养分数量较为有限, 供应养分的速度缓慢, 无机成分是直接供应作物最主要的养分来源。有机无机复混肥中有机质部分具有分散多孔的结构以及含有较多的活性官能团, 可以通过影响化肥的释放、转化和供应来调节化肥的养分供应^[21], 提高了无机肥中养分元素的生物固持率, 起到优化化肥养分利用的效果。缓释肥延缓了养分初始的释放速度, 延长了作物对有效养分的利用期, 与化肥相比, 缓释效果明显, 避免了化肥前期释放速率过快, 供肥过量, 后期供肥不足的情况, 与作物的生长曲线较为协调。有机无机复合肥和缓释肥的施用使养分平稳释放, 带来良好的环境效益和生态效益。