摘要：商品有机肥与无机肥混合施用是实现减肥增效的方法之一，但肥料在掺混过程中有时会发生物理性质变化，严重影响运输和机械施用。研究商品有机肥与无机肥掺混后发生吸湿粘结的原因，对有机无机肥料合理掺混与机械化施用具有重要意义。本文选用市场上常见的、不同种类的商品有机肥与无机肥进行掺混，研究两者在不同环境条件下的吸湿特征，并探讨影响掺混肥吸湿粘结的主要因素。研究结果表明：无机肥种类对掺混肥吸湿性的影响表现为：尿素>磷酸二铵>磷酸一铵>硝基复合肥;随着环境温度和湿度的升高，掺混肥脲酶活性与吸湿速率均显著提高，商品有机肥自身含水量与酸碱度是影响其吸湿粘结的重要因素，随着含水量提高与pH值降低，吸湿速率与脲酶活性均显著提高。分析表明，掺混肥的脲酶活性与吸湿速率呈显著正相关关系。因此，环境温度控制在20℃以下，湿度40%以下，商品有机肥含水量在10%以内，酸碱度控制在7~7.5之间，可有效阻控掺混肥发生吸湿粘结现象。
关键词：商品有机肥;商品有机肥与无机肥掺混;吸湿粘结;脲酶活性
在“双减”行动的背景下，国家出台化肥使用量零增长方案，鼓励增施有机肥，大力引导农民合理施肥，通过有机肥替代化肥，提高化肥利用率[1]。颗粒状的商品有机肥与无机肥可以按养分含量进行灵活配比，不仅利于土壤结构的改善，作物产量和品质提高，还利于生态环境的持续发展，是适应现代化新型农业发展要求的最理想模式[2-4]。
近年来，为实现集约化条件下的机械化种植，商品有机肥不论从环保还是经济角度来看都是有机肥料未来发展的新领域，农户对商品有机肥替代无机肥施用模式的接受度越来越高[5]。商品有机肥丰富的有机质和营养成分，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]，然而有机肥与无机肥在混合施用中存在很多问题，据报道河南省济源市多地村民在将有机肥与无机肥进行掺混施用时，还未施到地里就已经成了泥团，影响机械施用，导致农民经济损失[9]。
目前国内外对肥料吸湿粘结问题的研究多集中在复合肥方面[10-13]，而对商品有机肥与无机肥掺混快速吸湿粘结问题鲜有研究。我国掺混肥普遍要经历储存和运输的阶段[14]，在此期间易发生一系列反应，产生吸湿粘结现象。其中，商品有机肥与无机肥掺混的吸湿粘结现象最为严重，且反应迅速，影响肥料的存储与机械化施用[15]。因此，研究商品有机肥与无机肥掺混的吸湿粘结特征、主要影响因素及其阻控措施，可有效提高肥料的利用效率和农民的经济效益。本文以商品有机肥与无机肥为研究对象，探讨不同因素影响下商品有机肥与无机肥在掺混过程中的吸湿粘结程度，分析其快速发生吸湿粘结的原因，为有机无机掺混肥的生产与应用提供技术支撑。
1材料与方法
1.1供试肥料
选用4种不同商品有机肥料和4种无机肥(尿素、磷酸二铵、磷酸一铵和硝基复合肥)作为基础供试原料肥且肥料形状均为圆粒。肥料名称、养分含量、商品有机肥的含水量、酸碱度和脲酶活性如表1所示。
由表1可见，OF1商品有机肥含水量最高为20%;OF2、OF3和OF4含水量均为7%，故选用OF1与尿素掺混研究商品有机肥自身含水量对掺混肥吸湿性能的影响;选用OF2、OF3和OF4分别与尿素、磷酸二铵、磷酸一铵和硝基复合肥掺混来研究商品有机肥酸碱度对掺混肥吸湿性能的影响;统一用OF2商品有机肥分别与尿素、磷酸二铵、磷酸一铵和硝基复合肥掺混来明确不同环境温度和不同空气相对湿度对掺混肥吸湿性能的影响。
1.2不同影响因素下掺混肥的吸湿培养实验设计
1.2.1商品有机肥自身含水量对商品有机肥与无机肥掺混吸湿的影响根据表1选用含水量为20%的OF1商品有机肥，将其分别制备成5%、10%、15%和20%不同的含水量，为了便于观测统一与尿素在温度设为20℃，湿度设为40%的恒温恒湿培养箱内进行培养，在规定时间点称重记录，计算吸湿速率并绘制变化曲线。
1.2.2商品有机肥自身酸碱度对商品有机肥与无机肥掺混吸湿的影响根据表1分别选用OF2(pH=5.05)、OF3(pH=6.17)和OF4(pH=7.34)三种商品有机肥分别与无机肥掺混，在温度设为20℃，湿度设为40%的恒温恒湿培养箱内进行培养，在规定时间点称重记录，计算吸湿率并绘制变化曲线。
1.2.3外界环境温度对商品有机肥与无机肥掺混吸湿的影响选用商品有机肥OF2分别与无机肥掺混，在湿度设定为40%，温度分别设为15℃、20℃和25℃的恒温恒湿箱中进行培养，在规定时间点称重记录，计算吸湿率。
1.2.4外界空气相对湿度对商品有机肥与无机肥掺混吸湿的影响选用商品有机肥OF2分别与无机肥掺混，在温度设定为20℃，空气相对湿度分别设为40%、60%和80%的恒温恒湿培养箱中进行培养，在规定时间点称重记录，计算吸湿率。
1.2.5商品有机肥与无机肥掺混的吸湿速率与掺混后商品有机肥脲酶活性的相关关系分析将在不同因素影响下掺混48h后的商品有机肥与无机肥分别进行分拣，挑取全部商品有机肥经自然风干后，研磨过20目筛，于封口袋中储存，测定脲酶活性，与掺混48h后掺混肥的吸湿速率进行相关性分析。
1.3测定方法
粒度采用筛分法测定[16];肥料含水量(游离水)采用真空烘箱法测定[17]。
有机肥pH值的测定：称取样品15g，放入50mL的烧杯中，按肥水比1:2的比例加去离子水到烧杯中，搅拌均匀，静置30min，测样品悬液的pH[18];
肥料吸湿速率的测定：将一定质量的肥料置于培养皿中，在恒温恒湿的条件下，按一定时间点进行质量测定，制定吸湿曲线，以检验肥料的吸湿情况。肥料吸湿速率(%)=[(样品吸湿后质量—样品初始质量)/样品初始质量]×100;
商品有机肥脲酶活性的测定[19]：分别称取1g过20目筛的商品有机肥风干样于50mL锥形瓶中加入1mL甲苯，以使肥样全部浸湿为宜。15min后向其中加入10mL的10%尿素溶液和20mL(pH值=6.7)的柠檬酸缓冲液并摇匀，然后放入37℃的恒温恒湿箱中，培养24h。将悬液过滤到锥形瓶中。过滤后取1mL滤液加入50mL容量瓶中，后加4mL苯酚钠溶液充分震荡混匀，再加入3ml次氯酸钠溶液，再次摇匀。20min后显色定容。1h内于578nm波长处比色。空白对照：每批实验设置1个。
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结果计算：用掺混48h后每克商品有机肥中铵态氮的毫克数来表示脲酶的活性(UreA)。
UreA(g•kg-1•h-1)=(a样品-a空白)×V×n/m式中:
a样品—样品吸光值由标准曲线求得的铵态氮的毫克数;
a空白—无肥对照吸光值由标准曲线求得的铵态氮的毫克数;
V—显色液体积;
n—分取倍数，浸出液体积/吸取滤液体积;
m—取样重;
1.4数据处理
数据和图表处理均使用Excel2010制图及SPSS24.0进行分析。
2结果与分析
2.1商品有机肥含水量对掺混肥吸湿性的影响
由图1可见，在温度、湿度一定的条件下，各处理的吸湿速率随着培养的进行而不同程度的升高。吸湿速率大小表现为：20%>15%>10%>5%，其中含水量为20%的处理吸湿速率最高为15%，培养24h肥料间少部分开始出现轻微的吸湿现象，培养48h吸湿现象越发严重;含水量为15%的处理吸湿速率为12%，培养24h肥料间无吸湿现象，培养48h肥料间有吸湿现象产生;含水量为10%的处理吸湿速率为9%，培养24h肥料间无吸湿现象，培养48h肥料间少部分开始出现轻微的吸湿现象;含水量为5%的处理吸湿速率为3%，培养期间均无吸湿现象产生。由此可见商品有机肥的含水量对掺混肥的吸湿性有影响，在统一掺混48h条件下，含水量≤10%的处理，掺混肥料间虽部分失去流动性但轻摇培养皿便可恢复流动性;含水量为15%的处理，商品有机肥表面有少量游离水出现，肥料间失去流动性。而当含水量达20%时，掺混24h部分肥料间流动性就开始变差，掺混48h肥料间被游离水包裹且出现染色现象。因此在生产过程中应严格控制商品有机肥的含水量在10%以下，可有效保持肥料间的流动性，为实现机械施用提供可能。
2.2商品有机肥酸碱度对掺混肥吸湿性的影响
由图2可见，在培养条件一定时，不同酸碱度处理的吸湿速率大小表现为OF2>OF3>OF4，其中不同无机肥对掺混肥吸湿速率大小的影响表现为：尿素>磷酸二铵>磷酸一铵>硝基复合肥，各处理的吸湿速率分别为5%-12%、5%-9%和2%-5%。其中OF2处理培养24h部分肥料间开始出现吸湿现象，培养48h吸湿现象发生不同程度的加重;OF3处理培养24h肥料间无吸湿现象，培养48h仅有少部分肥料间开始出现吸湿现象;OF4处理在培养48h内肥料间均无吸湿现象。因此在生产过程中应将商品有机肥的酸碱度控制在7-7.5之间，可有效保持肥料间的流动性，满足机械掺混与施用。
2.3环境温度对掺混肥吸湿性的影响
由图3可见，掺混肥的吸湿性随培养温度的升高而升高，无机肥种类对肥料吸湿速率大小的影响表现为：尿素>与磷酸二铵>与磷酸一铵>硝基复合肥。当温度为15℃时掺混肥的吸湿速率最低(4%-11%)，培养24h肥料间均无吸湿现象，培养48h仅有少部分肥料出现吸湿现象;当温度为20℃时掺混肥的吸湿速率为4%-12%，掺混24h时部分肥料间开始出现轻微的吸湿现象，掺混48h肥料间吸湿现象发生不同程度的加重;当温度为25℃时吸湿速率显著升高，达9%-20%，培养5h部分肥料间就开始出现吸湿现象，培养12h部分肥料表面有少量游离水出现，培养24h部分肥料间游离水增多，肥料间出现染色现象，培养48h部分肥料出现融化现象。可见环境温度对肥料吸湿粘结速率有重要影响，温度≤20℃肥料的吸湿速率相对较低，因此建议在掺混时应将环境温度控制在20℃以下。
2.4空气相对湿度对掺混肥吸湿性的影响
由图4可见，掺混肥吸湿速率随着空气相对湿度的增加而升高。在湿度为40%条件下掺混肥的吸湿速率最低为4%-12%，培养24h部分肥料间出现吸湿现象，培养48h肥料间吸湿现象发生不同程度的加重;在湿度为60%条件下掺混肥的吸湿速率为8%-15%，培养24h部分肥料表面有游离水析出，培养48h部分肥料游离增多且染色现象严重;在湿度为80%条件下掺混肥的吸湿速率最高达9%-23%，培养5h部分肥料表面就开始被水膜包裹，有粘结现象出现，培养12h部分肥料间游离水明显增多且出现染色现象，培养24h肥料间出现不同程度的吸湿现象，培养48h部分肥料间出现溶化现象。可见空气相对湿度对肥料吸湿粘结速率有重要影响，空气相对湿度在40%掺混肥料的吸湿速率相对较低，当空气湿度为60%和80%时，掺混肥吸湿速率会显著升高，因此建议在掺混时应注意控制空气相对湿度，在储存、运输过程中空气相对湿度应控制在40%以内。
2.5不同影响因素下的脲酶活性变化及其与吸湿速率的关系
由图5可见，在相同培养条件下，掺混肥的脲酶活性受商品有机肥含水量、酸碱度、环境温度和空气相对湿度的影响。掺混肥脲酶活性随着商品有机肥自身含水量、环境温度、湿度的升高而显著提高，随着商品有机肥pH值的升高而显著降低。
由图6可见，对不同因素影响下掺混肥吸湿速率与脲酶活性做相关性分析，结果表明，掺混肥吸湿速率与脲酶活性呈显著正相关关系。
3讨论
商品有机肥内部存在较多游离水，导致商品有机肥料表面的溶解度增大，在与无机肥接触时与无机盐间形成晶桥并进行离子交换，使商品有机肥在与无机肥掺混时快速发生反应，产生吸湿粘结现象[20]。影响肥料发生吸湿粘结的原因主要可分为内因和外因[21]。其中肥料的含水量和酸碱度是影响商品有机肥与无机肥掺混过程中发生吸湿粘结现象的内部因素，而肥料在包装生产后其内部理化性质已经趋于稳定，此时影响肥料运输和储存过程中的吸湿粘结现象主要为环境温度和空气湿度外部环境因素。
根据张伟[22]等学者对于复合肥料吸湿性能的研究，肥料吸湿的机理是肥料颗粒表面为极性高能表面，而且其晶体表面结构为多孔结构。肥料表面具有极性高能表面在毛细管吸附力的作用下，使其能够从空气中吸收水分，而且通过静电作用和氢键与水分子相结合形成肥料溶液，肥料表面所吸附的水分达到一定量后再与表面溶解的盐溶液形成一层饱和溶液膜[20,23-24]。但肥料表面的饱和盐溶液遵从分压平衡规律，这直接决定着肥料表面对空气中水分的吸失情况，当空气中水蒸气分压大于肥料表面的饱和溶液的水蒸气分压，肥料就会从空气中吸收水分，相反当肥料自身含水量较高，其表面饱和溶液的水蒸气分压高于空气中水蒸气分压时，肥料自身的游离水就会通过肥料表面的毛细空隙析出，当析出的水分达到一定量后，在接触无机肥料时会与肥料盐形成的液膜之间形成液桥，会加快商品有机肥与无机肥掺混的稀释粘结速率[25]。水分作为商品有机肥与无机肥掺混体系中的重要影响因素，与掺混肥吸湿密切相关。郜浦博[15]的研究结果表明，商品有机肥的临界吸湿率为10%，商品有机肥的pH值应控制在近中性，随商品有机肥含水量的增加和酸碱度的降低肥料的吸湿粘结现象越明显，本试验结果与之相一致。同时本试验结果证明，在不同空气湿度条件下肥料间粘结现象随着湿度的增加而越发明显，这与李贤明[26]在复混肥料的结块因素分析及防结块技术中吸湿性和环境湿度对肥料粘结的影响的结果是一致的。同样在不同温度下肥料间粘结现象随着温度的增加粘结现象越明显，这也与郜浦博的试验结果相一致。此外分析商品有机肥与无机肥掺混快速出现上诉现象的原因，可能受有机肥中脲酶活性的影响，储存肥料的环境温度和湿度有利于商品有机肥中微生物的活动，使商品有机肥的脲酶活性提高[27-28]，进而导致商品有机肥与无机肥掺混肥料快速出现吸湿现象。——论文作者：孙子砚，高强**，李晓宇，王少杰，冯国忠，焉莉
