黄连根　吴彬琳　何政　张凯凯　翁景峥

【摘要】天然产物及其改性物制备而成的缓/控释肥料是非常有潜力的缓/控释肥品种之一，是未来环境友好型缓/控释肥料的主流趋势。本文简要介绍了天然产物及其改性物制备的缓/控释肥料的概念。阐述了天然产物缓/控释肥料的类型及其相关研究，并对未来发展进行了展望。

【关键词】天然产物；天然产物改性物；缓/控释肥料

引言

化肥在农业生产中具有无比重要的位置，在发展中国家55%的粮食增产归功于化肥的使用。然而，肥料在实际使用中普遍存在利用率低的问题。利用率低下的其主要原因是氮肥在土壤中通常以硝酸盐和氨的形式存在，因其分别具有的水溶性和挥发性，导致在雨水的冲刷下和光照下使得氮肥非常容易流失。这不仅造成严重的环境污染，还使得经济效益大打折扣。而缓控释肥料以其利用率高，减少氮对环境的污染的优点，成为近年来研究的热点。缓释肥料可分为三类即是1.包硫尿素（SCU）；2.合成聚合物包膜肥料；3.天然产物包膜肥料；其中包硫尿素（SCU）其养分释放的机制是裂解方式（“Fail2ure”Mechanism），在较短时间内迅速释放大部分养分，余下养分（20%～50%）需要很长时间才能释放出来（尤其是包硫很厚的肥料），称之为“拖尾效应”，这种模式和植物的需肥规律难以匹配，因而难以达到理想的控释效果。而合成聚合物包膜肥料其养分释放机制主要是扩散作用（Diffusion Mechanism），虽然相较包硫尿素（SCU）其缓/控释效果好但是当肥料释放完后会有大量的难以降解的有机物残留，这严重的造成了环境的污染。而天然产物及其改性物制备的缓/控释肥料其通过控制天然有机物在环境中的降解速率以达到控制肥料进入环境和被植物吸收的速率，从而达到既不污染环境，又能够有效的控制肥料的释放从而提高肥的料利用率。

本文就由天然有机物及其改性物制备而成的缓/控释肥料进行了分类及其相关研究的阐述。天然产物及其改性包膜肥料是由如松香、腐殖酸、木质素、天然橡胶、纤维素、壳聚糖、淀粉等一系列天然产物将其改性，添加入一些无机物或者有机聚合物制备而成的缓/控释肥料。其不仅具有良好的缓/控释效果，而且易于降解，不对土壤造成残留。

一、天然产物及其改性物包膜肥料的类型及其相关的研究

（一）松香制备缓/控释肥料

朱鸿杰等以松香的无水乙醇溶液为粘结剂，凹凸棒石粘土作为内包层，石蜡作为外层，采用熔融喷雾包膜的方法制备一种缓释包膜尿素。通过扫描电镜（SEM）分析得出，尿素内部形成一层以松香和凹凸棒石粘土为内包层的均匀膜，根据水浸泡试验和抗压强度测定表明，添加凹凸棒石粘土增加了包膜层的强度，松香粘结剂有利于增强膜的致密性与牢固性。缓释效果理想的样品初期释放率（24h）≤15%，28d累积的释放率≤75%。

筛选3.2～4.0 mm的尿素颗粒，在包衣中预热，用无水乙醇作为有机溶剂，将熔融的松香乙醇混合液直接喷涂到尿素颗粒表面，添加过0.15mm筛的凹凸棒石粉末，转速控制在60—70r/min，转鼓倾角45°，喷枪气压7kg/cm2，重复此步骤数次（少量多次），形成内包膜层；使用喷枪向转鼓中喷入经加热熔融的石蜡，形成石蜡外层包膜，制得松香一凹凸棒石一石蜡复合包膜尿素缓释氮肥。

（二）腐殖酸制备缓/控释肥料

腐植酸广泛存在于风化煤褐煤中，是一种天然大分子芳香族羟基羧酸的混合物，所具有的多种活性基团（羧基酚羟基醇羟基甲氧基等）赋予其多种功能，如酸性亲水性阳离子交换9性络合能力及较高的吸附能力等。陈剑秋等通过一系列实验测定结果表明：生产时的温度显著影响其控释效果，70℃和80℃条件下制得的产品养分控释性能好；风化煤的粒度也是影响其释放率的关键因素，粒度越大，肥料养分释放越陕；黏结剂与风化煤质量比越大，肥料养分释放速率越慢；黏结剂对腐植酸缓控释肥养分释放控制的贡献率大于风化煤。

生产设备为如图1所示的转鼓流化床。

（三）壳聚糖制备缓/控释肥料

壳聚糖包膜内质缓释肥料是传统缓释肥料更新换代产品，是一种由内质型缓释肥与包膜型控释肥技术相结合而成的新型缓释肥料，以控制肥料养分释放、流失和挥发为切入点根据作物生长的不同阶段对养分的需求，为大田作物生长提供适时、适量的养分。

采用中国科学院合肥物质研究院网捕控失技术、高塔熔体造粒复混肥料工艺技术与转鼓包膜技术相结合，最终生产出不同包膜厚度、不同释放速率的壳聚糖包膜内质缓释肥料，即具有速效+中效+长效功能的内缓外控型复混肥料。

（四）魔芋灰分制备缓/控释肥料

魔芋灰分是魔芋加工废弃物，含有大量的葡甘聚糖，具有低温吸水溶胀形成凝胶的特性，因此可以采用固体状态与肥料组分混合压片，片剂在施放到田间后再吸水溶胀形成凝胶，实现保水和对肥料养分释放的控制。凹凸土作为固体粘接剂可有效防止片剂吸水崩解，同时具有一定的吸附肥料养分的能力。向天勇等以魔芋加工废弃物魔芋灰分和凹凸土为原料，控制总用量在6%左右，魔芋灰分/凹凸土比例为1/1、1/2、1/3，与KH2P04、KCl（P205/K20为11/18）充分混匀压片制成缓释肥。120d时，土壤养分累积释放量在72%～87%，大量释放时段集中在60～120d，符合作物的常规需肥规律；灰分中葡甘聚糖通过吸水溶胀实现对肥料养分的包埋吸附，10%用量以内，其用量与包埋吸附能力呈正相关；凹凸土可有效延长缓释肥药片的崩解时间，在旱地土壤上，还可以通过空间阻断增强药片的缓释能力。

（五）淀粉/聚乙烯醇共混物制备缓/控释肥料

聚乙烯醇（PVA）的结构与淀粉有一定的相似性，即分子中含有多个游离羟基，两者共混是制备兼具良好使用性能与可生物降解材料的有效途径之一。高速搅拌是实现淀粉与PVA溶液共混的良好方法，可明显提高淀粉/PVA共混薄膜的力学性能、透明性、耐水性及生物降解性。

乔迁等以玉米淀粉、土豆淀粉、聚乙烯醇（pva）为原料，在交联剂甲醛和增塑剂甘油的作用下，通过溶解、糊化、再交联等工艺过程，制得肥料包膜料液，用此料液制备了包膜尿素。将包膜尿素进行土壤降解实验，发现该膜在土壤中完全降解时间为45d左右。此包膜材料缓释性能良好，具有成本低、可生物降解、无环境污染等特点。

展望

尽管目前缓/控释肥在世界范围内已经渐渐的走上正轨而且不少产品控释的效果也取得了较好的结果，但是目前还存在着一定的问题，而这些问题正是制约其推广的关键因素。而最主要的问题就是成本和环境污染问题。而天然产物广泛存在，来源容易且渠道广泛，再者由其制备的肥料易于降解，并不会残留于土壤中。且其对肥料良好的缓/控释效果使得肥料利用率大大提高，这对于降低成本、拓宽天然产物的市场具有重要的作用。目前缓/控释肥料，大规模用于农业生产并不多见。所以，缓/控释肥料的生产要根据中国国情，博彩众长，将物理化学和生物的方法相结合，研发具有高效、低成本、易于降解的缓/控释肥料来解决难以大规模推广的这一现状。因此，这需要更多的科学研究人员的探究。