第二节　聚合物包膜肥料

一、聚合物包膜肥料简介

控释膜具有控制颗粒物的化学组分按照一定的速率释放到环境中的作用，因此在药物控释和肥料控释等领域得到广泛的研究和应用。一般是在颗粒表面上包覆一层有机聚合物材料制备控释膜，在控释肥料的生产技术中使用最多的材料是聚烯烃类疏水性树脂，通过筛选高分子聚合物、溶剂、添加剂和助剂可以改变材料的成膜性能。

流化床喷雾涂层法是颗粒包膜的主要方法，使用流化床将以聚烯烃类为主体的包膜材料喷雾沉淀到循环流化状态的肥料颗粒表面则是肥料包膜的重要手段，一些研究揭示了流化床结构、流化状态和烘托气体温度等因素对控释性能的影响。此外，喷雾技术的研究也表明，二流体喷头结构和气液相控制参数对雾化状态有很大的影响。在包膜控释肥料工业化生产中，除了喷头的结构和控制参数外，雾化状态对包膜肥料控释性能和膜结构具有至关重要的影响。

二、聚合物包膜材料

包膜型控释肥是目前控释肥市场的主流产品，其生产工艺和控释性能与包膜材料的选择密切相关，以无机包膜材料为主的包膜控释肥一般采用非密闭的包膜设备（如转鼓），以高分子聚合物为主要包膜材料一般需要溶剂回收而采用密闭的包膜设备（如流化床）。前者由于包膜材料价格低廉、生产工艺相对简捷而成本较低，但控释性能一般不如后者。对于无机包膜材料主要以硫黄为主，该部分内容在本书随后章节将作为一个专题介绍，此处不再赘述。

而对于聚合物包膜肥料来讲，其高分子聚合物包膜材料由天然、半合成和合成三大类数十种聚合物及共聚物组成。天然聚合物有蛋白质、多聚糖、木质素、橡胶等；半合成聚合物是一类由各种天然聚合物（如纤维素、几丁质或淀粉）与石化反应产品结合形成的聚合物。可分为非离子型及离子型（阴离子和阳离子型）两种；合成高聚合物（聚烯烃溶胶，如聚乙烯、聚丙烯，聚丙烯酰胺，聚乙烯醇，乙烯基乙烯乙酯，羟乙基甲丙烯酯等）分为热固性树脂和热塑性树脂两种。聚合物包膜控释肥常用的生产工艺为流化床包膜工艺。该生产工艺主要通过溶剂将包膜材料液化后均匀喷涂至肥料颗粒表层，经加热后的热空气将溶剂吹走，而膜材固化黏结到肥料颗粒表层，如此反复多次即可制成聚合物包膜控释肥料。但是，该类包膜材料一般比较昂贵，同时由于流化床包膜需要用压缩空气将肥料颗粒喷动起来，形成往复沸腾式运动，以利于包膜，故能耗较高。由此使肥料成品的生产成本居高不下，该肥料产品被称为“贵族肥料”。

针对聚合物包膜肥成本高的问题，国内专家学者开展了不同技术路线的探索工作，有的用废旧塑料和天然低毒溶剂研制成功低成本可降解型包膜尿素，并成功研制国产包膜设备，大幅度降低材料生产成本，成本为进口产品的30%左右，且肥效显著。也有人通过成本低的硫、高聚物等多种包膜材料，实现了规模生产，成为我国乃至世界上最大的控释肥生产基地，产品出口欧美等国家。

热固性高分子材料是指第一次加热时可以软化流动，加热到一定温度，产生不可逆的化学反应使材料交联固化而变硬，借助这种特性进行成型加工的高分子材料。热固性高分子材料的单体固化前是线型的或带支链的，固化后分子链之间形成化学键，成为三维的网状结构，不仅不能再熔融，在溶剂中也不能溶解。

热固性高分子材料包衣肥料是利用材料的热固性，工艺原理一般是在加热条件下让两种或多种包膜液组分在肥料核心表面原位聚合成膜，冷却后膜材料固化完成包膜。常用的热固性塑料品种有酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺树脂、不饱和聚酯树脂、环氧树脂、有机硅树脂、聚氨酯等。

在控释肥领域广泛商业化的热固性高分子材料主要有两大类：一类是醇酸树脂类，知名产品如Scotts公司的Osmocote^􀆿；另一类是聚氨酯类，代表产品有Haifa公司的产品Multicote^􀆿，Agrkon公司的产品Plantacote^􀆿和Agrium公司的ESN中的一些品种。此外环氧树脂、有机硅树脂、脲醛树脂以及天然高分子聚合物纤维素类和壳聚糖类等材料作为包膜控释肥膜材料的研究工作也有报道。

1.醇酸树脂类

第一个商业化生产的树脂包膜控释肥为醇酸树脂类包膜肥料——Osmocote^􀆿。该产品于1967年即在美国加州生产，是一种二环戊二烯与丙三醇酯共聚生成的醇酸树脂类聚酯。

多元醇和多元酸可以进行缩聚反应，所生成的缩聚物大分子主链上含有许多酯基，这种聚合物称为聚酯。醇酸树脂（Alkyd Resin）是指脂肪酸或油脂改性的聚酯树脂，大分子主链上含有不饱和双键的聚酯称为不饱和聚酯，其他不含不饱和双键的聚酯称为饱和聚酯。这三类聚酯型大分子在涂料、漆膜等工业领域中发挥着重要的作用。

（1）制备原理　将多元醇（丙三醇）与不饱和油脂在催化剂、高温条件下醇解为不完全的脂肪酸甘油酯，然后通过与二元（多元）酸或酸酐脱水聚合成丙三醇酯，见图1-1。丙三醇酯中侧链油脂R基团中存在不饱和键，在一定条件下可与二环戊二烯共聚生成共聚物，成为性能良好的控释肥料包膜材料。

（2）制备工艺　Osmocote^􀆿醇酸树脂类包膜肥料的制备工艺：即先将肥料颗粒过筛，取一定量粒径在8～20目范围的内肥料加入到包衣转鼓中，预热至70℃。包膜液溶质由两部分组成：一部分由38%的二环戊二烯和62%的豆油丙三醇酯组成，这部分占总包膜液质量的90%；另一部分由18%的二环戊二烯和82%的亚麻籽油组成，占包膜液质量的10%。将这两部分溶解于松香水中，控制溶质质量分数在50%～70%。将质量分数为肥料质量3%～10%的包膜液喷到肥料表面，控制温度104～132℃使单体聚合固化，最后用更高温度的煤油作包膜液溶剂，在更高温度121～176℃下完成最外层固化包膜，冷却后得到醇酸树脂类包膜肥料。

该发明专利中指出，用60%油量的长油度豆油丙三醇酯作包膜材料，包膜过程中加入有机锡催干剂催干，醇酸树脂可以直接固化成膜。国内山东金正大生态工程股份有限公司申请了系列醇酸树脂材料包膜肥料发明专利，即是采用的这种方法。

2.聚氨酯（聚脲）树脂类

聚氨酯（PU）全称为聚氨基甲酸酯，是主链上含有重复氨基甲酸酯基团的大分子化合物的统称，用途非常广泛，可以代替橡胶、塑料、尼龙等材料，并能作为黏结剂、涂料和合成皮革等应用于各行各业。

（1）聚氨酯合成原理　见图1-2，聚氨酯由有机二异氰酸酯（—NCO基团）或多异氰酸酯与二羟基（—OH基团）或多羟基化合物加聚而成，常用的二（多）异氰酸酯有2，4-甲苯二异氰酸酯/2，6-甲苯二异氰酸酯、4，4-二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）、甲苯二异氰酸酯（TDI）、赖氨酸二异氰酸酯（LDI）、六亚甲基二异氰酸酯（HDI）和4，4-二异氰酸酯二环己基甲烷（HMDI）等，常用的二（多）元醇有聚氧乙烯（PEO）、聚己内酯二醇（PCL）、1，4-丁二醇、甘油、聚乙二醇和季戊四醇等。

异氰酸根与初级/一级醇的聚合反应在50～100℃下即可以进行，形成聚氨酯，异氰酸根与初级/一级铵根在0～25℃条件下即可迅速聚合形成聚脲。因此，在常温或轻微加热条件下让两种单体在被包裹物表面混合均匀即可固化原位成膜。

（2）制备工艺　制备包膜液a、b。包膜液总质量约占包膜控释肥总质量的2%～10%。包膜液a由多异氰酸酯与石蜡、松香等助成膜剂混合组成；包膜液b由多元醇、淀粉、壳聚糖或纤维素等可降解单体和1，4-丁二醇、山梨糖醇等扩链剂混合均匀组成。其中异氰酸根与羟基基团的摩尔比范围为（1∶2）～（2∶1），单体官能团比例对最终成膜性质起决定性作用。其中降解功能单体占包膜液质量比的20%左右，扩链剂占包膜液质量的0～15%，助成膜剂占包膜液质量的0～30%。

将颗粒肥料置于包衣设备中预热至50～60℃，并保持流化运动，将预热到50～100℃包膜液a、b分别由雾化喷头喷涂到流化态肥料颗粒表面，控制包衣设备中温度范围在50～100℃，保持10～30min，包膜液a、b组分混合后在肥料颗粒表面原位聚合成膜，冷却后即得成品。

3.聚丙烯酸酯类

聚丙烯酸酯类材料既有热固性类也有热塑性类（同聚氨酯类）。从当前已经报道的方法来看，其包膜工艺由于需要蒸发溶剂，与醇酸树脂类包膜控释肥制备工艺与设备类似。反应原理是使合适配比的丙烯酸酯、丙烯酸及烯烃类单体通过加热和溶剂挥发引发聚合反应固化成膜，这里将其归类于热固性材料包膜控释肥料来介绍。由于传统方法有机溶剂挥发会造成环境污染，近年来水基聚丙烯酸酯包膜控释肥料研究发展迅速，成为目前聚合物包膜控释肥料的一大研究热点。

水基聚合物以水为分散剂，聚合物体系黏度低，涉及水基聚合物基本性质的参数主要有固含量、黏度、玻璃化转变温度（T_g）等。膜材料的硬度、强度、韧性、弹性等与玻璃化转变温度（T_g）以及聚合物的化学结构密切相关，其中，乳液聚合物T_g的设计需考虑包膜过程的操作条件，T_g太低，包膜颗粒容易粘连；T_g太高，造成乳胶粒在包膜过程中不能很好地融合，在肥料颗粒表面不能形成均匀连续的膜层。在先前的研究中，水基聚合物包膜材料主要为商品化的乳液，T_g差别很大，日本旭化成工业株式会社的研究中，T_g的选择范围达-5～50℃。

水基聚丙烯酸酯膜材乳液制备采用乳液聚合的方法，具体流程见图1-3。按照设计好的单体配比加入到带搅拌设备的反应器中，加入水与乳化剂充分搅拌形成预乳液，取1/4预乳液置于另一反应器中，加入引发剂引发初步聚合反应作为种子乳液，将种子乳液和引发剂加入到剩余预乳液中发生后续聚合反应得到聚丙烯酸酯膜材乳液。包膜工艺与设备与溶剂型包膜工艺相同，用喷枪在流化态肥料颗粒表面均匀涂覆包膜乳液，加热蒸发溶剂脱水后，乳液中胶束单元排列逐渐紧密，然后每个胶束粒子会发生变形，紧密堆积，最后其进一步变形得到均一的胶膜。

当前普遍应用于生产包膜控释肥料的膜材物质有：①硫黄；②聚合物，如聚二氯乙烯为基础的共聚物、聚烯烃、聚氨酯、脲甲醛树脂、聚乙烯、聚酯、醇酸树脂等；③脂肪酸盐，如硬脂酸钙；④乳胶、橡胶、爪草豆树脂胶、来自于石油的衍生抗胶凝剂、蜡；⑤钙和镁的磷酸盐、镁的氧化物、镁-氨的磷酸盐和镁-钾的磷酸盐；⑥磷石膏、磷矿粉、凹凸棒土；⑦草炭（用草炭团包囊有机无机肥料、有机肥料）；⑧楝树胶饼及楝树胶提取物的肥料。目前成功产业化的主要是硫包膜肥料和聚合物包膜肥料。

三、聚合物包膜肥料的特征

1.聚合物包膜肥料的养分供需特征

聚合物包膜肥料可大幅度提高肥料利用率，与等养分的肥料相比，控释肥一般能提高肥料利用率达30%以上，约为10个百分点以上。以氮肥为例，控释氮肥的利用率可达到50%或更高。控释肥之所以能提高肥料利用率，主要由于在供肥速度上具有“削峰填谷”的效果，控释肥养分的供应速度同作物养分需求规律的接近程度对肥效有很重要的影响（图1-4）。

研究表明，包膜氮肥在减少氮淋失，促进植物生长及增加植株组织氮含量方面表现出明显效果。几种包膜尿素在等氮量条件下的肥效试验结果表明，控释肥的产量、生物量、氮素利用率均大幅度超过普通尿素，其中有些品种在生物量和产量方面与等重尿素（施氮量高出30%以上）相当，而氮利用率则均高于等氮和等重尿素，增幅可高达50%。可以看出，两种包膜尿素氨挥发量明显低于普通尿素，这与其包膜严密、尿素溶出量较少有关。氨的挥发损失不仅是氮肥利用率不高的重要原因之一，而且挥发的氨在空气中氧化形成氮氧化物等温室气体，污染环境。控释肥可大大减少这种对大气的污染。

施用缓/控释肥料是提高化肥利用率、降低污染的一个有效途径。聚合物包膜控释肥料是缓/控释肥料中控释效果较好的一种，国内外已有大量研究报道，也有了商业化产品。现有的包膜方法是采用流化床包膜技术，主要是先将聚合物溶于有机溶剂中制成有机溶液，然后将该有机溶液喷涂在颗粒表面，溶剂挥发后成膜。由于有机溶液中聚合物质量分数一般不超过 10%，有机溶剂用量大，在包膜过程中，产生大量含有机溶剂的流化气，其回收处理工艺复杂，且溶剂回收很难彻底，不仅生产过程容易造成污染，而且由于包膜产品中也残留一定量的溶剂，在储、装、运、施过程中，还会造成二次污染。为了解决有机溶液包膜工艺存在的问题，近年来，研究人员开始探索以水为分散介质的聚合物乳液为包膜剂，制备包膜控释肥料。

2.乳液聚合物包膜肥料的优势与问题

与以有机溶液为包膜剂相比，以聚合物乳液为包膜剂制备包膜肥料有诸多优点。由于聚合物乳液的连续相是水，在生产和施用过程中不会造成有机溶剂污染，也避免了有机溶剂消耗而增加成本。而且，水不需要回收，使生产工艺简捷，不用设置溶剂回收系统，可以节省生产设备投资。因此，与有机溶液包膜工艺相比，聚合物乳液包膜是绿色生产工艺，势必成为聚合物包膜肥料的发展方向。随着环境保护问题的日益突出，聚合物乳液包膜肥料技术将在提高肥料利用率、控制农业面源污染方面发挥重要作用。

从目前的文献报道来看，聚合物乳液包膜肥料技术仍处于积极的研究开发中，大部分信息来源于专利报道，可能是由于技术保密的原因，深度详细报道较少。目前关于聚合物乳液包膜肥料技术研究主要存在如下问题。

①聚合物乳液包膜剂很多是采用涂料领域的商业化产品，此类乳液存在“冷脆热黏”的问题，在包膜过程中容易黏结，在施用过程中膜层变脆。需要针对包膜肥料制备过程的特点，设计专用乳液的研发亟待深入，并考虑膜层的可降解性。

②很多工作是研究不同包膜工艺条件下包膜肥料膜层形貌或释放特性，对其影响机制认识不深入，没有实现膜层性能的有效控制。需要加强聚合物乳液喷雾成膜过程的研究，开发适合乳液成膜特点的包膜工艺和易于实现连续规模化生产的包膜设备。

③乳液聚合物的膜层结构与释放特性关系的研究十分缺乏，这同样也是包膜肥料领域存在的问题，对释放性能的调控方法相对粗放，一般通过包膜量来控制。需要加强聚合物乳液包膜肥料释放性能的设计和调控研究。

虽然目前聚合物乳液包膜肥料的研究还不够深入，工艺技术还不成熟，但其制备过程不使用有机溶剂，生产、施用过程安全环保，对生产设备密闭性要求低，易于实现连续规模化生产，是聚合物包膜缓/控释肥料的重要发展方向。

3.控释肥料的优势

控释肥料的优点可归纳如下：

①合理使用可大大提高肥料利用率，节省肥料，降低成本。

②可以进行一次施肥，节省劳力，由于可进行同穴施肥，肥料粒型和强度也较好，有利于机械作业。

③由于肥料利用率提高，肥料在土壤中的损失减少，也就减少了肥料的挥发和流失对大气和水源的污染，对环境保护起到一定的作用。

④对复混肥本身的保存也有很大的好处。氮肥在保存过程中的吸湿结块一直是复混肥制造中一个难于解决的问题，聚合物包膜后，肥料保存中的吸湿结块现象也就不存在了。

聚合物包膜肥料因其选用的膜材和包膜工艺的原因，其生产成本较高，且不同的包膜材料和工艺生产的产品的缓/控释机理不同，其控释时间和养分释放模式均存在差异，因此养分的释放模式和作物的需求之间存在着不协调性。目前，市场上销售的聚合物包膜控释肥料主要应用于高尔夫草坪、高附加值的园艺作物等领域，而很少直接应用于大田作物和普通种植的作物上。

四、聚合物包膜肥料核芯的选择

1.肥料品种的选择

由于肥料是被水分溶出树脂膜外的，所以，凡是具有较好的吸湿性，分子较小的速效性肥料，都可以进行控释肥料的制造。尿素、磷铵、氯化钾、硫酸钾、硝铵等，都可适用于控释肥料制造。但由于包膜成本较高，最好采用浓度较高的肥料进行包膜，可相对降低成本。在中国北方地区，磷、钾在土壤中的损失较小，而氮素当季不能利用，则其大部分都从土壤中损失掉了，很少残留在土壤中。所以，在控释肥料核心肥料选择上优先选择尿素作为包膜对象。

2.肥料颗粒的选择

颗粒的直径由施肥方便和包膜经济效益决定，最好为2～5mm，颗粒太小，包膜量增加，经济效益下降，颗粒太大，肥料在使用时不易施用均匀。

3.肥料颗粒表面积的计算

肥料颗粒表面积实际受两个方面的制约：一是肥料粒径；二是各种粒径在肥料中所占的比例。在生产实际中，不同厂家生产出的肥料粒径可能不同，相同厂家不同时期生产的肥料粒径也可能不同。所以，要求对每一批肥料都要进行粒径的测定。

五、聚合物包膜肥料包膜材料的筛选

高分子聚合物包膜控释肥料是由热塑性树脂如聚乙烯、聚丙烯等作为包膜材料的，将以上材料在有机溶剂中加热溶解，热溶液用高压泵喷到水溶性颗粒肥料上，在高压热风的作用下，将溶液瞬间干燥，直到肥料颗粒被树脂完全包裹，达到所需的厚度，即可以制造出肥料养分释放速率只依赖于温度的控释肥料。

从理论上讲，只要是可以溶解于热溶剂下的树脂均可以作为肥料的包膜材料，但是还要考虑到树脂是否均一和成膜的难易，成膜后是否易于产生龟裂，成膜后的强度和柔韧性。

1.高分子聚合物包膜控释肥料包膜材料优选原则

①选择树脂包膜材料溶解性能，这些材料在热溶剂中必须有很好的溶解性能，溶解性能的优劣，关系到肥料颗粒包膜时的工艺设置和材料包膜成膜的性能。

②在相同的包膜率、相同的包膜配方下，包膜材料的组分、包膜材料不同的配比、滑石粉的添加量、表面活性剂的添加量等因素都可以影响到肥料养分的释放速率。可以依据以上条件适当地进行组合，生产出我们需要的释放速率的产品。

③不同的包膜材料的配方，可以改变聚合物包膜控释肥料Q10的值。滑石粉添加量的不同对高分子聚合物包膜控释肥料Q10的值有很大影响。这里指的Q10是环境温度每变化10℃使肥料养分释放速率提高或者降低的倍数。因为高分子聚合物包膜控释肥料养分释放是随着环境温度的变化而变化的，温度越高，肥料养分释放速率越快；反之，释放越慢。

六、聚合物包膜材料的可降解技术

可降解高分子聚合物分为光降解型、生物降解型和光、生物双降解型三大类。由于太阳光的作用而引起降解的聚合物称光降解聚合物。由真菌、细菌等自然界微生物的作用而引起降解的聚合物称为生物降解聚合物。光降解材料制备方法大致有两种：一种是在高分子材料中添加光敏感剂，由光敏感剂吸收光能后，所产生的自由基，促使高分子材料发生氧化作用后达到劣化的目的；另一种方法是利用共聚方式，将适当的光敏感剂导入高分子结构内赋予材料光降解的特性。针对加速现有聚烯烃类树脂降解的方式，还可以通过填充淀粉等制成生物可降解聚合物，但对淀粉填充型聚合物最后留下的部分能否最终被分解利用有不同的看法。

研究光降解型肥料包膜的原理在于，虽然肥料施入土中，残膜埋藏在土里，但随着耕翻等田间作业，部分残膜逐渐露出土面。由于在短时间内残膜不会对土壤性质和作物生长产生负面影响，加快露出土壤表面的残膜降解，既可以达到土中残膜减量的目的，又可以充分利用残膜在土壤中对作物生长有利的一面。

日本窒素公司20世纪90年代前后开发出采用乙烯-一氧化碳共聚物，乙烯-乙酸乙烯-一氧化碳共聚物等作为包膜树脂组分的方法，通过在树脂分子中引入羰基，使撒在土壤中肥料的残膜快速降解。也有人研究了光降解树脂包膜肥料的溶出特性以及光降解残膜的生物分解性能。但在国内可降解残膜树脂包膜肥料的相关研究报道较少。

七、聚合物包膜肥料的养分释放类型

高分子聚合物包膜控释肥料依据其养分溶出类型分为两种。一种是直线释放型，也称L释放型。例如，包膜尿素，在养分溶出80%之前，溶出曲线是一条直线，80%之后可能向下弯曲，成抛物线型（因尿素在25℃时饱和溶液浓度是40%，在养分溶出60%之后包膜内为不饱和溶液，养分溶出速率自然减缓，但是多数聚合物包膜肥料释放80%以后释放曲线才下降，可能是由于热塑性包膜肥料的包膜具有一定的弹性，肥料水溶部分溶出后包膜会有一定的收缩，膜内限制一部分水分的溶入）。控释肥料溶出时间在30～300d。一般日本公司生产的控释包膜肥料释放期控制得较准，日本窒素公司的Meister包膜尿素释放误差一般不超过5%（时间越长的类型，误差越大）。另一种肥料溶出曲线为S形（日本称延迟释放型），肥料施入田间后开始不释放或释放量很少，达到设定天数或积温后，养分快速释放出来。

L型与速效肥料以不同比例掺混，可配成各种专用肥料，使得肥料养分释放可以模拟作物对养分需求的形态，以尽量做到肥料养分释放与作物需求同步的理想状态，最大限度地提高肥料利用率。

固体肥料施入土壤后，受土壤中各种环境条件的影响，变为对作物有效的养分，其有效养分释放速度因环境条件的不同而不同。土壤中影响肥料有效养分释放速度的因素有很多，如土壤水分、pH值、温度、微生物、机械组成等。这些条件在田间都是人为不易或不能控制的，而这些条件之间又相互影响，相互作用，所以，普通的固体肥料或长效肥料不易人为估算其有效化速度，更不易人为控制其养分释放速度。

高分子聚合物包膜控释肥料是采用水分透过率很低的高分子树脂作为包膜材料，将其均匀喷涂于肥料颗粒表面，使其形成一层水分渗透性很低的树脂膜，土壤中的水分通过树脂膜进入肥料颗粒内，将养分溶出膜外供作物吸收，其膜内肥料的溶出速率，就是肥料养分的有效释放速率。由于这些高分子树脂化学性质比较稳定，土壤pH值、微生物、生物等条件短期内不易对其包膜的性质产生影响。所以，也不易对膜的水分渗透速率产生影响。而在土壤环境的所有条件之中，只有土壤的温度、水分条件可改变高分子树脂膜的水分渗透速度，也就是改变肥料养分的溶出速率。

一般来说，水分是以水蒸气形态穿过包膜肥料的树脂膜的，气体或蒸汽由膜的一侧进到另一侧是由于薄膜上有微孔，树脂膜上的微孔只能通过体积较小的水蒸气，液态水由于个体较大，一般不能通过膜，所以在一定温度下，某一种成分的高分子树脂膜，透过薄膜的水分量与作用到膜上的水蒸气压力成正比，而与液态水的量无关。在土壤中，当土壤水分达到不影响作物的养分吸收时，土壤中的水蒸气压力就已经达到或接近饱和。作物的需肥与不同生育期有关，达到不同生育期需要有一定积温，通过此原理，调整肥料养分释放时间，达到作物需肥与肥料养分释放同步的目的。

在一定温度下，某一种成分的高分子树脂膜，透过薄膜的气体量与作用到膜上的压力成正比，与渗透时间和暴露表面积成正比，与环境水的蒸汽压力成正比，与薄膜的厚度成反比。而在土壤中，土壤水分达到不影响作物的养分吸收水分值以上时，土壤中的水蒸气压力就已经达到或接近饱和。所以在田间实际应用时，土壤的水分并不影响养分溶出速度。而包膜肥料中薄膜表面积和薄膜厚度，在加工时是可以推算的。这样，我们就可以通过调整包膜成分，改变膜的水分透过率以改变养分溶出速度，制成在某一温度下不同养分溶出速度的控释肥料。

在作物的生长环境中，控释肥料的释放速度一般不受土壤中其他环境因素的影响，只受土壤温度的控制。受控因子比较单一，易于人为控制。作物的生长受温度的影响很大，在一般情况下，作物在温度较高的环境中生长较快，需养分较多，在温度较低的环境中生长较慢，需养分较少。特别是在较寒冷地区和早春作物，尤其如此。所以，以温度控制肥料的养分溶出速度，更易调整其养分释放与作物需肥相结合，提高肥料利用率。

八、聚合物包膜肥料的应用特点

1.控释肥料的应用特点

通过研究发现控释肥料与常规肥料相比具有如下特点：

①控释肥料的养分释放是缓慢进行、匀速释放的，并可人为调整养分的释放时间。

②控释肥料在土壤中的释放速率在作物能正常生长的条件下，基本不受土壤其他环境因素的影响，只受土壤温度的控制。

③土壤温度变化时控释肥料养分的释放量可人为调整。掌握控释肥料养分释放的特性，就可以根据这些特性调整其施用方法，达到提高肥料利用率的目的。

2.控释肥料提高肥料利用率的途径

①调整肥料养分的释放曲线，做到肥料养分的释放与作物对养分的需求相结合。作物对养分的需求曲线，一般是中间高两头低，苗期由于作物个体较小，对养分需求较少。随着作物生长加快、个体增大，对养分的需求迅速增加。生长后期由于生长变慢和某些养分在作物体内转移，对某些养分的需求减少。在北方地区，特别是春季播种的作物，在播种初期气温较低，控释肥料养分释放较慢，而后气温升高，养分释放加快，后期肥料膜内养分浓度变为不饱和溶液，释放速率减慢。根据作物需肥时期的长短，选择合适的释放时间的控释肥料，就可达到满足作物不同生育期的养分需求。这样，在作物需肥高峰时，肥料养分释放多，作物需肥较少时，肥料养分释放少，避免养分的损失，达到提高肥料利用率的目的。

单粒控释和异粒变速技术的应用，不同释放速率的实现方式有两种：一是异粒变速；二是同粒变速（图1-5）。

前者是不同释放速度的肥粒的组合，较易实施；后者则是不同释放速率成分恰当地组合在同一粒子中，难度较高。在生产上，除了单一运用外，综合运用也有很好的效果。例如把木质素加入矿物（磷矿粉、沸石等）中制成复合包膜材料，既有物理控释又有生化控释（脲酶抑制）作用。把磷酸铵镁脲或脲醛类微溶化肥作为包膜材料则是物理-化学双向控释。控释肥料的目标是对速率进行调整，把速率快慢不同档次组合起来，可以更好地实现养分释放和作物吸收的动态平衡。

②控释肥料可与作物进行接触施肥，实现肥料和活性根系的零距离接触。一般速效性肥料由于溶解较快，一次大量施入会在局部地区造成高浓度的盐分，如与作物种子或根系接触，会产生烧苗现象。控释肥料由于溶解养分是缓慢进行的，所以不会在土壤中造成高浓度盐分，作物种子或根系可与大量的控释肥料进行接触性施肥而不会烧苗（种肥同穴，根肥同穴）。使得肥料与目标作物直接接触，缩短了养分向根表迁移的距离，提高了肥料养分的空间有效性和生物有效性。因此，提高了肥料的利用率。

据日本的报道，接触施肥方法，氮肥的当季利用率可提高至80%左右，如图1-6所示。

以上是日本在水稻上做的不同施肥位置的肥料利用率比较研究结果。其结果是肥料利用率的差别很大。这种施肥方式还可用在玉米、果树和各种蔬菜作物上。但是，受市场上控释肥料质量千差万别的影响，很多自称“控释”肥料的产品由于技术不够成熟，常常在接触施肥方式中出现伤根烧苗现象。因此，在不能明确判断其控释性能及其质量优劣的条件下，优先选择非接触施肥方式是比较稳妥的，尤其在移栽时，因幼苗期根系嫩弱，更易受到伤害。

九、聚合物包膜肥料的应用实例

1.聚合物包膜肥料在蔬菜上的应用

我国蔬菜产业发展迅速，由于蔬菜需肥量大，需要多次追肥才能满足植株对养分的需求，追肥量一般占作物全生育期总施肥量的1/3，甚至更多。化肥的大量投入不仅造成肥料的浪费，还致使土壤养分失衡、地下水硝酸盐含量增加、蔬菜的硝酸盐大量累积和营养品质下降，对生态环境和人类健康构成威胁。

控释肥料的养分释放缓慢、可控，可以有效地提高肥料的利用率，而且能够减少追肥的次数，省时、省力、省工，因此成为肥料的一个主要发展方向和蔬菜施肥研究的热点。然而，由于控释肥料的价格高于普通肥料，所以成为制约其推广应用的主要因素。通过用控释肥料替代一部分尿素作追肥，起到减少追肥量、追肥次数而且降低控释肥料成本的作用，是扩大聚合物包膜控释肥料应用范围的一个新途径。

2.聚合物包膜肥料在果树上的应用

果园施肥除了高产外，还能保持每年更好地生长，达到稳产优质的目的。那么果园施肥应注意什么呢？下面分享六种施肥法，来达到果园优质高产的目的。这里的六种方法可以是聚合物包膜肥料，但不局限于该类肥料。

（1）全园普施法　先把肥料普施于果园地面，随后结合果园耕翻或冬季深中耕，把肥料翻入土层。这种果园施肥法主要用于根系已满园的成龄果园、密植果园的成龄果树或密植果园的大量施肥。肥料多以粗肥为主。

（2）树盘壅施法　肥料较为集中地撒施在树盘范围内，施肥后亦进行深中耕，把肥料翻入土层中。这种果园施肥法适用于幼龄果园，优点是比全园普施法肥料集中，一般采用粗肥与精肥、缓效与速效相结合的混合肥。

（3）环状沟施肥法　根据果树根系向外扩展的广度，在树冠外缘挖一条深40～60cm、宽40cm的围沟。然后将肥料施入沟中用土覆盖，这种果园施肥法适宜冬季或早春给瘠薄果园、新垦果园和树冠较小的幼龄果园施有机肥。

（4）放射状沟施肥法　以树干为中心，向树冠外以放射状均匀地挖5～6条浅沟，内浅外深，至树冠于地面投影处深20～30cm，随即施入肥料并覆土。这种果园施肥法适宜成龄果园追肥。

（5）穴施法或注入施肥法　穴施即在树冠周围挖若干个深30～60cm的土穴，把肥料施入穴内。这种果园施肥法就是用土钻围绕树干在树盘内打洞，深50cm左右，把调配好的肥液注入洞内。这两种果园施肥法适宜干旱地区果园或密植果园，多以液体肥为主。

（6）行沟施肥法　在果园内顺着果树地的行向，每行开1条宽50cm、深40cm左右的长沟，把肥料施入沟内。这种果园施肥法适宜规模化果园选用，可采取机械化作业。

果园施肥十分关键，六种施肥方法一定要具体情况具体分析，不可盲目套用。

3.聚合物包膜肥料在花卉上的应用

包膜肥料在温室花卉上的施肥有两种基本方法：将小颗粒肥料或缓释肥料混合在基质中；将小颗粒肥料或缓释肥料覆盖在花盆或土壤的表面。

在盆栽和地栽中，基肥一般采用聚合物包膜肥料，水溶性肥料常结合灌溉一起施用，作为基肥养分不足的补充。叶面喷肥如喷施花卉壮茎灵或花朵壮蒂灵，可以用来补充土壤施肥和水溶性施肥的不足，特别是对于某种植物缺乏并且需要迅速补充的养分。叶面喷肥不如根部施肥有效，只能作为根部施肥的补充。但研究结果显示，叶面喷肥可以使植物更健康，抵抗病虫害的能力更强。因此，花卉上应用聚合物包膜肥料或其他缓/控释肥料产品，一般与栽培基质混合后施用，常常将肥料掺混于栽培基质中，作为基础肥料，其主要成分为氮、磷、钾及部分微量元素肥料。而对于特定的营养元素，尤其对花卉品质比较敏感的元素，常常通过灌溉以水溶性肥料或叶面喷施的方法施用。