肥料作为植物生长所需的养分物质，可以提高作物的产量和品质。我国是典型的农业大国，化肥用量达到了全球总用量的 1/3^[1]。然而，由于存在化肥大量不合理施用的现象，化肥利用率低，尤其是氮肥。氮在农业生产中容易受到挥发、淋洗、径流而损失，使得氮肥的利用率仅有 30%～45%，同时会导致一系列环境生态问题，例如水体的富营养化、大气污染、土壤酸化等^[2]。因此，如何提高肥料利用率是解决上述问题的关键。尽管可以从新品种培育、施肥技术改进等多种途径提高肥料利用率，但其无法大范围应用于所有作物和地区的生产。从提高肥料的保肥供肥性能来讲，研制包膜肥料是解决肥料利用率低和有效防止环境污染的有效途径^[3]。包膜肥料是指在普通肥料表面包裹一层疏水性或者半疏水性材料，进而达到减缓或控制氮素释放速率的目的^[4]。

近年来，包膜肥料在新型肥料市场中占有较大比重且其需求量逐年增加^[5]。美国是最早研究包膜肥料的国家^[6]，早在 20 世纪 30 年代就研发了硫包膜尿素。作为包膜肥料发源地，美国在聚合物包膜尿素方面拥有多项发明专利，如：以甲苯和硫酸处理松香所得蜡状物为包膜材料的包膜尿素^[7]、以水分散乙基纤维素为包膜材料的包膜尿素^[8]、以醇酸树脂与不饱和油共聚获得的聚合物为包膜材料的包膜尿素^[9]以及以对称、非对称聚脲-氨基甲酸酯为包膜材料的包膜尿素^[10]。目前，市场上大部分流通的包膜肥料的包膜材料主要源于石油化工产品，这类石油基包膜材料存在成本高、难降解、资源不可再生等缺陷，从而限制了包膜尿素在农业生产中大规模应用^[11]。因此，利用木质素、纤维素和淀粉等具有经济、绿色和可再生等优点的生物基原料制备包膜尿素的膜材成为近年来国内外研究的热点^[12]。其中，木质素作为一种新型的膜材原料得到了广泛的关注。

木质素在地球上的储备丰富，工业木质素主要作为造纸工业副产物被生产出来，年产高达 5000 万 t。然而，大部分作为废液排放到自然界中，不仅造成资源的浪费，还会对环境造成严重的污染。因此，如果能经济高效地利用这些木质素，不仅可以紧跟我国保护环境的基本国策，也符合我国生态可持续发展战略的要求^[13]。此外，有研究表明，木质素经过化学改性后可以作为制备包膜液的原材料^[14]。然而，传统的木质素包膜液制备的过程中需要将木质素与其他试剂溶于有机溶剂后，在一定条件下反应制备而成。其中，有机溶剂的加入使得膜材降解过程对环境造成不利影响且存在价格昂贵和制备复杂等缺点。因此，为解决上述问题，在未使用有机溶剂的条件下，本研究以木质素和聚乙二醇为原料，制备一种绿色木质素基包膜尿素作为包膜尿素内层。在此基础上，包裹一层环氧树脂膜层作为包膜尿素的外层，制备出绿色木质素 / 环氧树脂基双层包膜尿素。此外，探索了该包膜尿素的疏水性、表面结构、包膜厚度等多因子对包膜尿素的氮素释放速率的影响，同时通过香蕉的盆栽试验进一步评估了包膜尿素对香蕉幼苗生长的影响，以期为新型、绿色型包膜肥料的研制与开发提供理论依据和技术支持。

1 材料与方法

1.1 原料与仪器

试剂：尿素（U），粒度范围 0.85～2.80 mm，购自湖南吐绿化工有限公司；造纸碱木质素（羟基含量为 4.2 mmol·g^-1），购自山东昌发新材料有限公司；聚乙二醇（PEG200）、六亚甲基异氰酸酯 （纯度为 99%）、辛酸亚锡、E44 型环氧树脂、三乙烯四胺，均购自上海麦克林生化科技有限公司；砖红壤，取自华南农业大学实验基地；香蕉幼苗，购自广东省农业科学院果树研究所。

仪器：LABORATORY EQUIPMENT 型磁力搅拌仪（德国，IKA 公司）、BY-300 型荸荠式包衣机（中国，泰州金诚制药机械有限公司）、SB4200DTD-14.4 L 型超声波振荡仪（中国，南京赛飞生物科技有限公司）。

1.2 试验设计与方法

1.2.1 试验设计

基于响应面方法（RSM），使用 Design Expert 8.0.6 软件实现了 Box Behnken 设计。在响应面法中，通常使用多重二次回归方程来拟合因子与响应值之间的函数关系。通过回归方程的分析来解决多变量问题，并找到最佳工艺参数，是一种常见的统计方法。在这项研究中，—NCO/—OH 摩尔比（A）、液固比（即 PEG200 与木质素的比率，B）和包膜率（C）用作编码变量水平，-1、0 和 1 分别代表自变量的低、中、高水平，以包膜尿素（LECU） 在 28 d 的氮素累积释放率作为响应值。表1 显示了试验因素和水平，表2 列出了 17 种试验设计。

将氮素释放期最长的包膜尿素进行香蕉盆栽试验，试验共设置 4 个处理，分别为不施尿素处理 （CK）、施用普通尿素处理 N 200 mg/kg（U）、施用包膜尿素处理 N 200 mg/kg（LECU1）、施用包膜尿素 N 150 mg/kg 处理（LECU2），每个处理重复 5 次，一共 20 盆，每盆 4.5 kg 砖红壤，每日浇水 200 mL。所有处理施用的磷、钾肥量均一致。培养 42 d 后取样，并且测试香蕉的各种生理指标以及土壤 NO₃^- —N、NH₄ ⁺ —N 含量。

1.2.2 木质素基包膜液的制备

首先，基于液固比分别为 1、2.5 和 4，将 3 g 木质素分别溶于 3、7.5 和 12 g 的 PEG200 中，在 70℃条件下用磁力搅拌仪在 400 r/min 下搅拌 30 min 即可获得混合溶液。其次，在液固比为 1 时，基于 3 种 —NCO/—OH 摩尔比（ 木质素和 PEG200 中总的 —NCO 和 —OH 比值为 1.00、1.25 和 1.50） 分别将 5.79、7.24 和 8.68 g 六亚甲基二异氰酸酯加入上述制备的混合溶液中，并加入辛酸亚锡（占总包膜材料质量的 0.3%）作为催化剂，搅拌 10 min 后取出得到木质素基包膜液。液固比为 2.5 和 4 对应的包膜材料采用上述同样的操作步骤获取。随后，将其均匀地涂抹在聚四氟乙烯模板上，干燥后得到木质素基膜材，将其作为包膜尿素内层材料，并将对应液固比创制的膜材命名为 LF-1、LF-2.5 和 LF-4，而对应 —NCO/—OH 摩尔比创制的膜材命名为 LF-1.00、LF-1.25 和 LF-1.50。

1.2.3 环氧树脂基包膜液的制备

首先，基于 E44 型环氧树脂：三乙烯四胺为 2∶1 条件，称取 10 g E44 型环氧树脂，在 80℃条件下水浴加热，待其从流体状态变成液体状态后，加入 5 g 三乙烯四胺得到环氧树脂基包膜液。随后，将其均匀地涂抹在聚四氟乙烯模板上，干燥后得到环氧树脂基膜材，作为包膜肥的外层材料，并将其命名为 EF。最后，再将 EF 涂在木质素基膜材上，并将其命名为 LEF。

1.2.4 木质素基和环氧树脂基单层包膜尿素的制备

称取 300 g 尿素装入转鼓包膜机中，在 75℃条件下预热 10 min，随后将 21 g 上述木质素基包膜液喷涂在尿素颗粒表面，待其固化后形成致密光滑的膜层。采用喷涂-固化-喷涂-固化循环方式，制备出包膜率为 7% 的木质素基单层包膜尿素 （若包膜率为 1%，则包膜液总质量占总尿素质量的 1%），并将其命名为 LCU。同时，采用同样的方法制备出包膜率为 7% 的单层膜环氧树脂基包膜尿素，将其命名为 ECU。

1.2.5 木质素 / 环氧树脂基双层包膜尿素

采用上述方法将 12 g 木质素基包膜液（占总包膜材料重量的 60%）喷涂在尿素颗粒（400 g）表面，制备出木质素基包膜尿素，再将 8 g 环氧树脂基包膜液（占总包膜材料重量的 40%）喷涂在木质素基包膜尿素表面，制备出包膜率为 5% 的木质素 /环氧树脂基双层包膜尿素（内层为木质素基膜层，外层为环氧树脂基膜层），将其命名为 LECU，并根据试验设计方案（表2），通过相同的制备方法制备出 17 批 LECU。

1.2.6 数据处理

利用 Excel 2016 进行试验数据整理，采用 SPSS 26.0 进行数据的统计分析，P <0.05 表示差异显著。

1.3 结构表征与测试

1.3.1 木质素 / 环氧树脂基双层包膜尿素性能测试

（1）包膜尿素的氮素释放特征。将研制的包膜尿素取 10 g 用网兜装好，随后浸泡于 25℃的 200 mL 蒸馏水中，分别在 1、3、5、7、10、14、21、 28、35、42 d 取出容器中的浸出液，用分光光度法测定水中氮含量，再重新加入 200 mL 蒸馏水继续测定。本研究将包膜尿素的初期氮素释放率（包膜尿素在缓释尿素生产过程中总有一部分氮素没有缓释效果而提前释放来的，这部分氮素占该氮素总量的质量分数以该氮素在 25℃静水中浸提 24 h 释放量占该氮素总量的质量分数表示）、累积氮素释放率（某种缓释氮素在一段时期内的累积释放量占该氮素总量的质量分数，以该氮素在 25℃ 静水中某一时期内各连续时段氮素释放量的总和占该氮素总量的质量分数表示）和氮素释放期（缓释氮素的释放时间，以缓释氮素在 25℃静水中浸提开始至达到 80% 的氮素累积释放率所需的时间来表示）3 个指标对其氮素释放特征进行系统评估。

（2）扫描电镜测定。采用扫描电子显微镜（德国，Garl Zeiss Inc，Oberkochen）对单层木质素基包膜尿素（LCU）、单层环氧树脂基包膜尿素（ECU） 和木质素 / 环氧树脂基双层包膜尿素（LECU）的表面和切面形貌进行测试。将包膜尿素样品用导电胶置于样品台上，喷金处理后用扫描电镜观察。

（3）硬度测定。采用自动颗粒强度测定仪（中国，泰州市银河仪器厂，YHKC-3A 型）对样品常规尿素（U）、LCU、ECU、LECU 的硬度进行测试，重复 10 次，以评估其抗压性能。

1.3.2 木质素基膜材表征

（1）傅立叶红外光谱测定。采用红外光谱仪 （德国，Bruker，TENSOR 27 型）木质素基膜材的官能团进行测试。在使用液氮冷却光电导检测器的情况下，将木质素基膜材（LF-1.00、LF-1.25 和LF-1.50 以及 LF-1、LF-2.5 和 LF-4）经玛瑙研钵磨细，随后置于 KBr 的台上进行测定。光谱范围 500～4000 cm^-1。

（2）水接触角测定。采用测角仪（芬兰，Biolin Scientific，Attension Theta Flex）对木质素基膜材 （LF-1.00、LF-1.25 和 LF-1.50 以及 LF-1、LF-2.5 和 LF-4）进行水接触角测试，测试温度为室温，蒸馏水滴在样品表面（膜层与空气接触面），取相距 5 mm 的 3 点进行测试，取平均值。

2 结果与分析

2.1 木质素 / 环氧树脂基双层包膜尿素的最优工艺分析

采用响应面优化方法中的 Box-Behnken 设计建立数学模型，对试验数据进行多元回归拟合，得到响应面二次多项式回归模拟方程。

Y=73.16-4.01A-1.76B-10.40C-1.93AB-4.65AC +0.85BC+3.11A² +3.86B² +5.23C²

其中，Y 代表 LECU 在 28 d 的累积氮素释放率，A、 B 和 C 分别代表—NCO/—OH 摩尔比、液固比和包膜率的相应编码变量水平。

通过方差分析对模型进行统计检验，编码变量水平的结果如表3 所示。分析结果表明，回归模型的决定系数较高（R² =97.95%），表明自变量引起的累积氮素释放率的变化为 97.95%。模型方程的方差分析表明，由于 Y 的低 P 值（<0.0001），本试验中使用的多项式模型非常显著。在这种情况下，系统地评估了作为重要模型项的—NCO/—OH 摩尔比（A）、液固比（B）和包膜率（C）。图1a 表示累积氮素释放率的预测响应和实际响应之间的关系。图1a 上的数据点接近直线，支持模型的重要性，并确认满足分析的假设。此外，缺乏拟合被用来衡量模型的充分性。缺乏拟合 F 值为 2.3，表明缺乏拟合相对于纯误差而言并不显著，这表明模型能够准确预测研究范围内的任何独立因素组合。 A、B、C、AB 和 AC 项目差异显著（P<0.05）。其中，A 和 C 差异呈极显著（P<0.0001），表明这两个项目对累积氮素释放率有显著影响。

三维响应面图用于评估变量之间的相互作用。图1b、c 分别显示了 AB 和 AC 对累积氮素释放率影响的相互作用项。在同等包膜率的条件下，累积氮素释放速率随着—NCO/—OH 摩尔比和液固比的增加而稳定降低。在—NCO/—OH 摩尔比相同条件下，累积氮素释放率同样伴随着液固比和包膜率的增加而降低。此外，与—NCO/—OH 摩尔比和包膜率相比，液固比对累积氮素释放速率的影响较小，这也与方差分析的结果一致。评估 BC 相互作用项对累积氮素释放率影响的结果如图1d 所示。陡坡表明 BC 的交互作用项对累积氮素释放速率有显著影响。通过响应面分析，在液固比为 3.19，—NCO/—OH 摩尔比为 1.50，成膜率为 6.99% 的条件下，LECU 的最佳累积氮素释放率为 62.26%。

2.2 木质素 / 环氧树脂基双层包膜尿素的氮素释放特征

本研究通过对包膜肥料的氮素释放曲线分析，探索了—NCO/—OH 摩尔比、包膜率和液固比 3 个因子对包膜尿素氮素释放性能的影响。如图2a 所示，包膜尿素的氮素释放期与—NCO/—OH 摩尔比呈正相关，其中，在—NCO/—OH 摩尔比为 1.50 条件下氮素释放期最长，达到 35 d。包膜尿素的氮素释放性能与包膜率密切相关。从图2b 可以看出，包膜率同样与氮素释放期呈正相关，且差异极大。随着包膜率从 3% 增长到 7%，包膜尿素的氮素释放期从 21 d 增长到 42 d。同时，包膜尿素的氮素释放性能也受液固比的影响，从图2c 可以看出，随着包膜尿素液固比的增加，其氮素释放期也随之增加，但液固比对包膜尿素氮素释放性能的影响比其他两个影响因子要小。在液固比为 4 的条件下，氮素释放性能最优，其氮素释放期达到了 35 d。从图4d 可以看出，在包裹单层膜的条件下，木质素基包膜尿素和环氧树脂基包膜尿素的氮素释放期分别为 5 d 和 21 d，远低于双层膜结构的 LECU（21～42 d）。本研究制备的包膜肥料在—NCO/—OH 摩尔比为 1.50、包膜率为 7% 和液固比为 4 的条件下，氮素释放性能最佳，其氮素释放期为 42 d。此外，双层膜的结构可以很好地提高包膜尿素的氮素释放性能。

2.3 木质素基膜材的傅立叶红外光谱

包膜尿素的膜层材料的组分会影响肥料的氮素释放性能，图3a 列出了相同液固比的条件下，不同—NCO/—OH 摩尔比创制的木质素基膜材（LF-1.00、LF-1.25、LF-1.50） 的红外光谱，用以评估-NCO/-OH 摩尔比对木质素基膜材化学结构变化的影响。可以看出，所有样品均呈现相似的振动峰，表明在不同—NCO/—OH 摩尔比条件下反应获得的木质素基膜材化学结构相似。其中，3334 cm^-1 吸收峰来源于木质素中芳香环和脂肪族 O—H 伸缩振动峰，2930 和 2864 cm^-1 吸收峰分别来自木质素的 CH₃ 和 CH₂ 的 C—H 伸缩振动。随着—NCO/—OH 摩尔比的增加，上述两条振动带强度降低，可能是由于 PEG200 和木质素中的—OH 和六亚甲基异氰酸酯中的—NCO 充分反应的结果。1715 cm^-1 吸收峰为 NH—COO—和—C = O的伸缩振动^[15]，其是 PEG200 和木质素与六亚甲基异氰酸酯反应的结果。图3b 为在相同—NCO/—OH 摩尔比条件下不同液固比的红外光谱。可以看出，样品的振动峰和图3a 类似，但随着液固比的改变，振动峰的强度并未发生明显的变化。值得注意的是，1618、1514 和 1460 cm^-1（木质素芳环骨架特征峰）吸收峰均呈现在所有样品的红外光谱中，表明该反应未破坏木质素原本的芳香结构。

注：LECU 为木质素 / 环氧树脂基双层包膜尿素，LCU 为单层木质素基包膜尿素，ECU 为单层环氧树脂基包膜尿素。下同。

2.4 木质素基膜材的水接触角

包膜尿素膜材的疏水性能在一定程度上影响包膜尿素的氮素释放性能。一般来说，疏水性能越好的膜材，水分及氮素越难以通过膜材，包膜尿素的氮素释放期也相应更长。如图4a 所示，在—NCO/—OH 摩尔比相同的条件下，随着液固比的增加，膜材的水接触角呈现出增加的趋势，增加的原因可能是 PEG200 的羟基活性高于木质素，从而增加了硬段的含量。此外，在液固比相等条件下，不同—NCO/—OH 摩尔比的木质素基膜材的水接触角大小存在显著差异，其大小在 70.93 °～81.62 °之间，并且与 —NCO/—OH 摩尔比呈正相关（图4b）。总之，和 LF 相比，EF 和 LEF 的水接触角则达到 86°左右，显著高于 LF，表明 EF 和 LEF 更有利于创制木质素基包膜尿素。

注：不同小写字母表示样品间差异显著（P<0.05）。

2.5 木质素基包膜尿素的扫描电镜结果

包膜尿素的表面和切面扫描电镜如图5 所示。 LCU 的表面极其不规整，呈现许多裂缝以及大小不一的孔隙（图5a）。水分可以轻易地通过这些孔隙进入包膜尿素内核，可以将尿素溶解导致氮素快速释放。 ECU 的表面比 LCU 光滑平整，且无明显孔隙（图5b）。然而，LECU 的表面相对凹凸不平，但却光滑、无孔隙（图5c）。对于切面而言，LCU 的切面不平整，且有许多颗粒和孔隙（图5d）。与 LCU 相比，ECU 的切面显示局部粗糙和局部平整，但孔隙较少（图5e）。LECU 切面可以看出虽然有局部凸起物，但是膜材光滑，几乎看不见孔隙的存在（图5f）。从包膜尿素的表面和切面来看，水分和氮素更容易穿过 LCU 的膜层，而不容易穿过 ECU 和 LECU（尤其是 LECU），因此导致 LCU 的氮素释放速率比 ECU 和 LECU 更快。

注：a、b 和 c 分别为 LCU、ECU 和 LECU 的表面形貌；d、e 和 f 分别为 LCU、ECU 和 LECU 的切面形貌。

2.6 木质素基包膜尿素的硬度评估

包膜尿素在运输搬运的途中会发生碰撞，如果包膜尿素没有良好的抗压性能，则直接影响包膜尿素的质量，进而影响其经济效益。因此，包膜尿素抗压性能对其整体效益起至关重要的作用。以 U 作为对照，将同等条件研制的 LCU、ECU 和 LECU 的硬度进行了测定（图6）。结果显示，U 和 LCU 的硬度分别为 38 和 41 N，两者之间无显著性差异。然而，ECU 的硬度达到了 59 N，且与 U 和 LCU 之间存在显著性差异。值得注意的是，在所有样品当中，LECU 的硬度最高，达到了 67 N，与 U、LCU 和 ECU 之间存在显著性差异。上述数据说明 U 在包裹一层木质素基膜材的情况下，木质素基膜材未使尿素硬度明显提高，即 LCU 的抗压性能未得到有效提高。同样，U 在包裹一层环氧树脂基膜材的情况下，环氧树脂基膜材在一定程度上可以提高尿素的抗压性能。当 U 在同时包裹木质素和环氧树脂两层膜材时，相比于 U、LCU 和 ECU，研制的 LECU 抗压性能显著提升。总之，通过将环氧树脂基包膜液喷涂在木质素基包膜尿素颗粒表面获得的木质素 / 环氧树脂基双层包膜尿素，其硬度最高，即具有优良的抗压性能，满足颗粒尿素的市场需求，有利于 LECU 的运输搬运。

2.7 木质素基包膜尿素对香蕉苗生长状况的影响

株高和茎粗是反映香蕉苗生长状况最直观的指标之一。如表4 所示，所有施过氮肥（尿素）的处理，其各个生理指标均显著高于未施过氮肥的处理。其中，LECU1 处理的株高、茎粗显著高于 LECU2 处理，略高于 U 处理。对于幼苗的鲜重和干重来说，在施过氮肥的处理中，LCEC1 处理质量显著高于 U 和 LECU2 处理，其中 LECU1 处理的鲜重比 U 处理高 11% 左右。氮是组成叶绿素的重要元素之一，植株的叶绿素含量（SPAD 值）与氮含量成正相关。因此，常用叶绿素含量高低来体现植株氮素含量的高低^[16]。从表4 中可以出，SPAD 值也与上述生理指标有着类似的结果，尽管施过氮肥的处理（U、 LECU1 和 LECU2）之间无显著差异，但三者显著高于未施过氮肥的处理（CK）。对于总吸氮量而言， LECU1 处理要显著高于 U 和 LECU2 处理。值得注意的是，LECU1 和 LECU2 处理的氮肥利用率要明显高于 U 处理。总之，相对于传统尿素，本研究制备的包膜尿素可以提高氮素利用率。

注：不同小写字母表示样品间差异显著（P<0.05）。

注：不同小写字母表示处理间差异显著（P <0.05）。叶绿素含量为 SPAD 值。

2.8 土壤 NO₃^--N、NH₄ ⁺-N 含量

如图7 所示，不同处理土壤的 NO₃^--N 含量存在显著差异。与 CK 处理相比，施过氮肥（U、LECU1 和 LECU2）的土壤 NO₃^--N 含量显著高于 CK。其中， U 和 LECU2 处理的 NO₃^--N 含量相近，无显著差异。然而，LECU1 处理的土壤 NO₃^--N 含量显著高于 U 和LECU2 处理，这主要是由于常规尿素在施入土壤后与土壤水结合形成的 NH₃ 挥发进入大气^[17]，而包膜肥则由于高分子膜层的存在，减缓了土壤水进入肥芯的速度，从而减少了 NH₃ 挥发所导致的氮素损失。此外，土壤中的 NH₄ ⁺-N 含量也显示出类似的结果，表明包膜尿素可以为香蕉生长持续提供氮。

注：不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。

3 讨论

包膜尿素的养分释放性能受多方面因素影响，例如包膜材料原料之间的比例和包膜率。从图2a 可以看出，随着—NCO/—OH 摩尔比的增加，包膜肥料的初期氮素释放率在 9.1%～12.3% 之间，并且随着包膜率的增加而降低。此外，随着 —NCO/—OH 摩尔比的增加，包膜肥料的氮素释放期从 21 d（—NCO/—OH 摩尔比为 1.00）逐渐增加到 35 d（—NCO/—OH 摩尔比为 1.50），其结果和膜层疏水性的结果相吻合，也表明—NCO/—OH 摩尔比会影响膜材的疏水性能，膜材疏水性能越好，用其制备成包膜肥料，其氮素释放性能越好。同时，包膜尿素的包膜率也可以影响其养分释放性能，从图2b 中可以看出，随着包膜率从 3% 增加到 7%，包膜肥料的初期氮素释放率从 15.3% 降到 9.7%，在培养 14 d 时，不同包膜率的累积氮素释放率差距达到最大值（43.2%～69.2%），而包膜肥料的氮素释放期也从 21 d（包膜率为 3%）提高到了 42 d（包膜率 7%）。可见，随着包膜率的增加，由于包膜尿素完整性的提高，包膜肥料的氮素释放性能得以提升。此外，包膜肥料氮素释放性能也和液固比密切相关，随着液固比从 1 增加到 4，包膜肥料的氮素释放期从 28 d（液固比为 1）增加到 35 d（液固比为 4），这种现象可能是由于不同液固比下羟基类型和活性变化所导致的（图2c）。然而，与—NCO/—OH 摩尔比和包膜率两个影响因子相比，液固比对包膜肥料氮素释放性能的影响程度较低。

杨相东等^[18]研究认为，包膜尿素的膜层均匀致密，表面光滑连续，但在膜层表面有较多杂质，有少量的微粒凸起，叠层间有微小的孔隙和较明显的气泡。这与本研究观察结果“整体连续光滑、局部有孔隙”基本一致。如果将包膜尿素膜层上的孔隙看作圆形的通道，根据细长圆管中的粘性流动符合哈根-泊萧叶流体公式，流体量与管道半径的平方及渗透压力成正比（如果孔径相差 10 倍，流量则相差 100 倍），因此氮素会优先通过阻力小的大孔释放。包膜尿素浸泡在水中，水分会通过微孔或扩散进入膜层内部，膜内氮素溶解形成饱和溶液。在渗透压力下，氮素经微孔向外扩散。大量研究表明，微孔是水分和氮素进出的主要通道，包膜尿素膜层平均孔径、最大孔径和孔径数量在一定程度上均会影响最终的氮素释放性能。因此，确定膜层上氮素通道的孔径大小、研究膜层结构特征，对包膜尿素控释性能的深入认识和氮素释放机理有重要作用^[19]。此外，包膜尿素的氮素释放性能还与材料成分、包膜厚度和孔隙的曲折度有关。

氮是香蕉幼苗生长的关键元素之一，充足的氮素供应可以有效促进香蕉幼苗的生长^[20]。与 LECU1 处理相比，U 处理的氮素存在损失现象，导致 LECU1 处理的香蕉幼苗各种生理指标显著高于 U 处理。本研究结果表明，本研究制备的包膜尿素可以为香蕉幼苗持续地提供氮素。与常规尿素相比，该包膜尿素可以显著地减少氮素的损失，有效促进了香蕉幼苗的生长，这得益于目前 LECU 良好的缓释性能，可以持续提供植物生长所需的营养元素。包膜尿素的膜层可以有效地调节水分进入尿素核芯以及控制氮素释放的速率，因此包膜尿素在现代农业的应用上有着广泛的前景。

4 结论

本研究采用以木质素、PEG200 为主的原料成功制备了包膜尿素的膜层材料，其中膜材的疏水性能与—NCO/—OH 摩尔比与液固比呈正相关。在此基础上，成功研制出绿色木质素 / 环氧树脂基双层包膜尿素，其氮素释放速率与包膜率、液固比和 —NCO/—OH 摩尔比均呈正相关。这项研究中，在—NCO/—OH 摩尔比为 1.50、液固比为 3.19、包膜率为 6.99% 的条件下，包膜尿素的累积氮素释放性能最佳，其 28 d 的累积氮素释放率为 62.26%，并且该包膜尿素兼具良好的抗压性能。包膜尿素的香蕉幼苗盆栽试验表明，施用包膜尿素的香蕉幼苗处理各项生理指标均优于常规尿素，且氮素利用率也要高于常规尿素。总之，该包膜尿素具有良好的缓释性能，可以有效地提高氮肥利用率，减少氮素的损失，降低劳动成本，是一种绿色环保且性能优良的产品，其在农业化肥减施方面具有重要的应用前景。

参考文献