商品有機肥與無機肥摻混吸濕粘結的影響因素研究

發布時間：2021-06-30所屬分類：農業論文瀏覽：1次

摘 要： 摘要：商品有機肥與無機肥混合施用是實現減肥增效的方法之一，但肥料在摻混過程中有時會發生物理性質變化，嚴重影響運輸和機械施用。研究商品有機肥與無機肥摻混后發生吸濕粘結的原因，對有機無機肥料合理摻混與機械化施用具有重要意義。本文選用市場上常見

　　摘要：商品有機肥與無機肥混合施用是實現減肥增效的方法之一，但肥料在摻混過程中有時會發生物理性質變化，嚴重影響運輸和機械施用。研究商品有機肥與無機肥摻混后發生吸濕粘結的原因，對有機無機肥料合理摻混與機械化施用具有重要意義。本文選用市場上常見的、不同種類的商品有機肥與無機肥進行摻混，研究兩者在不同環境條件下的吸濕特征，并探討影響摻混肥吸濕粘結的主要因素。研究結果表明：無機肥種類對摻混肥吸濕性的影響表現為：尿素>磷酸二銨>磷酸一銨>硝基復合肥;隨著環境溫度和濕度的升高，摻混肥脲酶活性與吸濕速率均顯著提高，商品有機肥自身含水量與酸堿度是影響其吸濕粘結的重要因素，隨著含水量提高與pH值降低，吸濕速率與脲酶活性均顯著提高。分析表明，摻混肥的脲酶活性與吸濕速率呈顯著正相關關系。因此，環境溫度控制在20℃以下，濕度40%以下，商品有機肥含水量在10%以內，酸堿度控制在7~7.5之間，可有效阻控摻混肥發生吸濕粘結現象。

　　關鍵詞：商品有機肥;商品有機肥與無機肥摻混;吸濕粘結;脲酶活性

　　在“雙減”行動的背景下，國家出臺化肥使用量零增長方案，鼓勵增施有機肥，大力引導農民合理施肥，通過有機肥替代化肥，提高化肥利用率[1]。顆粒狀的商品有機肥與無機肥可以按養分含量進行靈活配比，不僅利于土壤結構的改善，作物產量和品質提高，還利于生態環境的持續發展，是適應現代化新型農業發展要求的最理想模式[2-4]。

　　近年來，為實現集約化條件下的機械化種植，商品有機肥不論從環保還是經濟角度來看都是有機肥料未來發展的新領域，農戶對商品有機肥替代無機肥施用模式的接受度越來越高[5]。商品有機肥豐富的有機質和營養成分，部分可以直接被作物直接利用吸收，利于土壤生物活性的提升[6-8]，然而有機肥與無機肥在混合施用中存在很多問題，據報道河南省濟源市多地村民在將有機肥與無機肥進行摻混施用時，還未施到地里就已經成了泥團，影響機械施用，導致農民經濟損失[9]。

　　目前國內外對肥料吸濕粘結問題的研究多集中在復合肥方面[10-13]，而對商品有機肥與無機肥摻混快速吸濕粘結問題鮮有研究。我國摻混肥普遍要經歷儲存和運輸的階段[14]，在此期間易發生一系列反應，產生吸濕粘結現象。其中，商品有機肥與無機肥摻混的吸濕粘結現象最為嚴重，且反應迅速，影響肥料的存儲與機械化施用[15]。因此，研究商品有機肥與無機肥摻混的吸濕粘結特征、主要影響因素及其阻控措施，可有效提高肥料的利用效率和農民的經濟效益。本文以商品有機肥與無機肥為研究對象，探討不同因素影響下商品有機肥與無機肥在摻混過程中的吸濕粘結程度，分析其快速發生吸濕粘結的原因，為有機無機摻混肥的生產與應用提供技術支撐。

　　1材料與方法

　　1.1供試肥料

　　選用4種不同商品有機肥料和4種無機肥(尿素、磷酸二銨、磷酸一銨和硝基復合肥)作為基礎供試原料肥且肥料形狀均為圓粒。肥料名稱、養分含量、商品有機肥的含水量、酸堿度和脲酶活性如表1所示。

　　由表1可見，OF1商品有機肥含水量最高為20%;OF2、OF3和OF4含水量均為7%，故選用OF1與尿素摻混研究商品有機肥自身含水量對摻混肥吸濕性能的影響;選用OF2、OF3和OF4分別與尿素、磷酸二銨、磷酸一銨和硝基復合肥摻混來研究商品有機肥酸堿度對摻混肥吸濕性能的影響;統一用OF2商品有機肥分別與尿素、磷酸二銨、磷酸一銨和硝基復合肥摻混來明確不同環境溫度和不同空氣相對濕度對摻混肥吸濕性能的影響。

　　1.2不同影響因素下摻混肥的吸濕培養實驗設計

　　1.2.1商品有機肥自身含水量對商品有機肥與無機肥摻混吸濕的影響根據表1選用含水量為20%的OF1商品有機肥，將其分別制備成5%、10%、15%和20%不同的含水量，為了便于觀測統一與尿素在溫度設為20℃，濕度設為40%的恒溫恒濕培養箱內進行培養，在規定時間點稱重記錄，計算吸濕速率并繪制變化曲線。

　　1.2.2商品有機肥自身酸堿度對商品有機肥與無機肥摻混吸濕的影響根據表1分別選用OF2(pH=5.05)、OF3(pH=6.17)和OF4(pH=7.34)三種商品有機肥分別與無機肥摻混，在溫度設為20℃，濕度設為40%的恒溫恒濕培養箱內進行培養，在規定時間點稱重記錄，計算吸濕率并繪制變化曲線。

　　1.2.3外界環境溫度對商品有機肥與無機肥摻混吸濕的影響選用商品有機肥OF2分別與無機肥摻混，在濕度設定為40%，溫度分別設為15℃、20℃和25℃的恒溫恒濕箱中進行培養，在規定時間點稱重記錄，計算吸濕率。

　　1.2.4外界空氣相對濕度對商品有機肥與無機肥摻混吸濕的影響選用商品有機肥OF2分別與無機肥摻混，在溫度設定為20℃，空氣相對濕度分別設為40%、60%和80%的恒溫恒濕培養箱中進行培養，在規定時間點稱重記錄，計算吸濕率。

　　1.2.5商品有機肥與無機肥摻混的吸濕速率與摻混后商品有機肥脲酶活性的相關關系分析將在不同因素影響下摻混48h后的商品有機肥與無機肥分別進行分揀，挑取全部商品有機肥經自然風干后，研磨過20目篩，于封口袋中儲存，測定脲酶活性，與摻混48h后摻混肥的吸濕速率進行相關性分析。

　　1.3測定方法

　　粒度采用篩分法測定[16];肥料含水量(游離水)采用真空烘箱法測定[17]。

　　有機肥pH值的測定：稱取樣品15g，放入50mL的燒杯中，按肥水比1:2的比例加去離子水到燒杯中，攪拌均勻，靜置30min，測樣品懸液的pH[18];

　　肥料吸濕速率的測定：將一定質量的肥料置于培養皿中，在恒溫恒濕的條件下，按一定時間點進行質量測定，制定吸濕曲線，以檢驗肥料的吸濕情況。肥料吸濕速率(%)=[(樣品吸濕后質量—樣品初始質量)/樣品初始質量]×100;

　　商品有機肥脲酶活性的測定[19]：分別稱取1g過20目篩的商品有機肥風干樣于50mL錐形瓶中加入1mL甲苯，以使肥樣全部浸濕為宜。15min后向其中加入10mL的10%尿素溶液和20mL(pH值=6.7)的檸檬酸緩沖液并搖勻，然后放入37℃的恒溫恒濕箱中，培養24h。將懸液過濾到錐形瓶中。過濾后取1mL濾液加入50mL容量瓶中，后加4mL苯酚鈉溶液充分震蕩混勻，再加入3ml次氯酸鈉溶液，再次搖勻。20min后顯色定容。1h內于578nm波長處比色�？瞻讓φ眨好颗鷮嶒炘O置1個。

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　　結果計算：用摻混48h后每克商品有機肥中銨態氮的毫克數來表示脲酶的活性(UreA)。

　　UreA(g•kg-1•h-1)=(a樣品-a空白)×V×n/m式中:

　　a樣品—樣品吸光值由標準曲線求得的銨態氮的毫克數;

　　a空白—無肥對照吸光值由標準曲線求得的銨態氮的毫克數;

　　V—顯色液體積;

　　n—分取倍數，浸出液體積/吸取濾液體積;

　　m—取樣重;

　　1.4數據處理

　　數據和圖表處理均使用Excel2010制圖及SPSS24.0進行分析。

　　2結果與分析

　　2.1商品有機肥含水量對摻混肥吸濕性的影響

　　由圖1可見，在溫度、濕度一定的條件下，各處理的吸濕速率隨著培養的進行而不同程度的升高。吸濕速率大小表現為：20%>15%>10%>5%，其中含水量為20%的處理吸濕速率最高為15%，培養24h肥料間少部分開始出現輕微的吸濕現象，培養48h吸濕現象越發嚴重;含水量為15%的處理吸濕速率為12%，培養24h肥料間無吸濕現象，培養48h肥料間有吸濕現象產生;含水量為10%的處理吸濕速率為9%，培養24h肥料間無吸濕現象，培養48h肥料間少部分開始出現輕微的吸濕現象;含水量為5%的處理吸濕速率為3%，培養期間均無吸濕現象產生。由此可見商品有機肥的含水量對摻混肥的吸濕性有影響，在統一摻混48h條件下，含水量≤10%的處理，摻混肥料間雖部分失去流動性但輕搖培養皿便可恢復流動性;含水量為15%的處理，商品有機肥表面有少量游離水出現，肥料間失去流動性。而當含水量達20%時，摻混24h部分肥料間流動性就開始變差，摻混48h肥料間被游離水包裹且出現染色現象。因此在生產過程中應嚴格控制商品有機肥的含水量在10%以下，可有效保持肥料間的流動性，為實現機械施用提供可能。

　　2.2商品有機肥酸堿度對摻混肥吸濕性的影響

　　由圖2可見，在培養條件一定時，不同酸堿度處理的吸濕速率大小表現為OF2>OF3>OF4，其中不同無機肥對摻混肥吸濕速率大小的影響表現為：尿素>磷酸二銨>磷酸一銨>硝基復合肥，各處理的吸濕速率分別為5%-12%、5%-9%和2%-5%。其中OF2處理培養24h部分肥料間開始出現吸濕現象，培養48h吸濕現象發生不同程度的加重;OF3處理培養24h肥料間無吸濕現象，培養48h僅有少部分肥料間開始出現吸濕現象;OF4處理在培養48h內肥料間均無吸濕現象。因此在生產過程中應將商品有機肥的酸堿度控制在7-7.5之間，可有效保持肥料間的流動性，滿足機械摻混與施用。

　　2.3環境溫度對摻混肥吸濕性的影響

　　由圖3可見，摻混肥的吸濕性隨培養溫度的升高而升高，無機肥種類對肥料吸濕速率大小的影響表現為：尿素>與磷酸二銨>與磷酸一銨>硝基復合肥。當溫度為15℃時摻混肥的吸濕速率最低(4%-11%)，培養24h肥料間均無吸濕現象，培養48h僅有少部分肥料出現吸濕現象;當溫度為20℃時摻混肥的吸濕速率為4%-12%，摻混24h時部分肥料間開始出現輕微的吸濕現象，摻混48h肥料間吸濕現象發生不同程度的加重;當溫度為25℃時吸濕速率顯著升高，達9%-20%，培養5h部分肥料間就開始出現吸濕現象，培養12h部分肥料表面有少量游離水出現，培養24h部分肥料間游離水增多，肥料間出現染色現象，培養48h部分肥料出現融化現象�？梢姯h境溫度對肥料吸濕粘結速率有重要影響，溫度≤20℃肥料的吸濕速率相對較低，因此建議在摻混時應將環境溫度控制在20℃以下。

　　2.4空氣相對濕度對摻混肥吸濕性的影響

　　由圖4可見，摻混肥吸濕速率隨著空氣相對濕度的增加而升高。在濕度為40%條件下摻混肥的吸濕速率最低為4%-12%，培養24h部分肥料間出現吸濕現象，培養48h肥料間吸濕現象發生不同程度的加重;在濕度為60%條件下摻混肥的吸濕速率為8%-15%，培養24h部分肥料表面有游離水析出，培養48h部分肥料游離增多且染色現象嚴重;在濕度為80%條件下摻混肥的吸濕速率最高達9%-23%，培養5h部分肥料表面就開始被水膜包裹，有粘結現象出現，培養12h部分肥料間游離水明顯增多且出現染色現象，培養24h肥料間出現不同程度的吸濕現象，培養48h部分肥料間出現溶化現象�？梢娍諝庀鄬�濕度對肥料吸濕粘結速率有重要影響，空氣相對濕度在40%摻混肥料的吸濕速率相對較低，當空氣濕度為60%和80%時，摻混肥吸濕速率會顯著升高，因此建議在摻混時應注意控制空氣相對濕度，在儲存、運輸過程中空氣相對濕度應控制在40%以內。

　　2.5不同影響因素下的脲酶活性變化及其與吸濕速率的關系

　　由圖5可見，在相同培養條件下，摻混肥的脲酶活性受商品有機肥含水量、酸堿度、環境溫度和空氣相對濕度的影響。摻混肥脲酶活性隨著商品有機肥自身含水量、環境溫度、濕度的升高而顯著提高，隨著商品有機肥pH值的升高而顯著降低。

　　由圖6可見，對不同因素影響下摻混肥吸濕速率與脲酶活性做相關性分析，結果表明，摻混肥吸濕速率與脲酶活性呈顯著正相關關系。

　　3討論

　　商品有機肥內部存在較多游離水，導致商品有機肥料表面的溶解度增大，在與無機肥接觸時與無機鹽間形成晶橋并進行離子交換，使商品有機肥在與無機肥摻混時快速發生反應，產生吸濕粘結現象[20]。影響肥料發生吸濕粘結的原因主要可分為內因和外因[21]。其中肥料的含水量和酸堿度是影響商品有機肥與無機肥摻混過程中發生吸濕粘結現象的內部因素，而肥料在包裝生產后其內部理化性質已經趨于穩定，此時影響肥料運輸和儲存過程中的吸濕粘結現象主要為環境溫度和空氣濕度外部環境因素。

　　根據張偉[22]等學者對于復合肥料吸濕性能的研究，肥料吸濕的機理是肥料顆粒表面為極性高能表面，而且其晶體表面結構為多孔結構。肥料表面具有極性高能表面在毛細管吸附力的作用下，使其能夠從空氣中吸收水分，而且通過靜電作用和氫鍵與水分子相結合形成肥料溶液，肥料表面所吸附的水分達到一定量后再與表面溶解的鹽溶液形成一層飽和溶液膜[20,23-24]。但肥料表面的飽和鹽溶液遵從分壓平衡規律，這直接決定著肥料表面對空氣中水分的吸失情況，當空氣中水蒸氣分壓大于肥料表面的飽和溶液的水蒸氣分壓，肥料就會從空氣中吸收水分，相反當肥料自身含水量較高，其表面飽和溶液的水蒸氣分壓高于空氣中水蒸氣分壓時，肥料自身的游離水就會通過肥料表面的毛細空隙析出，當析出的水分達到一定量后，在接觸無機肥料時會與肥料鹽形成的液膜之間形成液橋，會加快商品有機肥與無機肥摻混的稀釋粘結速率[25]。水分作為商品有機肥與無機肥摻混體系中的重要影響因素，與摻混肥吸濕密切相關。郜浦博[15]的研究結果表明，商品有機肥的臨界吸濕率為10%，商品有機肥的pH值應控制在近中性，隨商品有機肥含水量的增加和酸堿度的降低肥料的吸濕粘結現象越明顯，本試驗結果與之相一致。同時本試驗結果證明，在不同空氣濕度條件下肥料間粘結現象隨著濕度的增加而越發明顯，這與李賢明[26]在復混肥料的結塊因素分析及防結塊技術中吸濕性和環境濕度對肥料粘結的影響的結果是一致的。同樣在不同溫度下肥料間粘結現象隨著溫度的增加粘結現象越明顯，這也與郜浦博的試驗結果相一致。此外分析商品有機肥與無機肥摻混快速出現上訴現象的原因，可能受有機肥中脲酶活性的影響，儲存肥料的環境溫度和濕度有利于商品有機肥中微生物的活動，使商品有機肥的脲酶活性提高[27-28]，進而導致商品有機肥與無機肥摻混肥料快速出現吸濕現象。——論文作者：孫子硯，高強**，李曉宇，王少杰，馮國忠，焉莉