• ISSN 1008-505X
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2019年  25卷  第12期

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2019-12-ml 目录
2019, 25(12): 1-5.
摘要:
缓/控释和稳定性肥料技术创新驱动化肥行业科技发展——“新型肥料的研制与高效利用”专刊序言
杨相东, 张民
2019, 25(12): 2029-2031. doi: 10.11674/zwyf.19506
摘要:
聚乙烯包膜肥料控释膜层结构特征研究
杨相东, 李娟, 孙明雪, 乔丹, 张建君, 李春花
2019, 25(12): 2032-2043. doi: 10.11674/zwyf.19315
摘要:
【目的】包膜肥料控释膜层结构和孔隙性质直接影响其养分释放速率。研究包膜肥料膜层结构特征,可以明确膜层结构参数与养分释放速率的关系,揭示包膜肥料控释机制,为建立养分释放数理模型提供理论依据。【方法】以聚乙烯包膜肥料控释膜层作为研究对象,量化研究了聚乙烯喷涂控释膜层的结构特征参数。利用扫描电镜,观测了在不同放大倍数下,采用喷涂工艺制备的聚乙烯包膜肥料膜层的外表层、横断面和内表层特征;以压汞仪测定了膜上孔隙的大小和分布;采用泡点法研究了大孔隙的最大孔径。【结果】不同放大倍数下的扫描电镜观测结果表明,喷涂法制备的包膜肥料控释膜层外表面整体上光滑、平整、均匀、疏松,但局部存在少量孔隙,孔径主要分布在1000~50 nm的范围内;在放大倍数很高的情况下,整体上膜层无细微孔隙结构。控释膜层厚度约为60~100 μm,断面形貌疏松无孔。膜层内表面粗糙,高低起伏不平、犬牙交错。膜壳材料堆密度为0.4~0.8 g/mL,低于聚乙烯密度,属于疏松结构。孔隙结构分析结果表明,聚乙烯控释膜层的中值孔径为4.5~5.3 nm,与对比的聚乙烯薄膜基本一致,说明两种膜分子链间的细微结构没有差异;但是聚乙烯控释膜层中存在占比18%的直径约为1000~50 nm的较大孔,孔径小于10 nm的间隙占82%,进一步说明占比少的大孔影响控释膜层释放性能。喷涂控释膜层总孔体积在0.4686~1.2260 mL/g,平均孔径在25.1~86.8 nm范围内,孔隙率为33.0%~50.6%,显著高于拉伸工艺制备的聚乙烯薄膜。释放期在1~6个月的包膜控释肥料,最大孔径在990~480 nm的范围,随包膜肥料释放期的增加,膜孔直径逐步减小,说明包膜控释肥料养分释放速率与其最大孔径存在内在联系。【结论】综合3种方法的测定结果,聚乙烯控释膜层可以看作是膜层均匀致密且局部有孔隙,膜壳直径3 mm,膜层厚度约为50 μm,最大孔径为1 μm,平均孔径为50 nm的密闭球形壳体。最大孔是水分和养分进出膜层的主要通道,决定了包膜肥料养分释放速率的快慢。
纳米SiO2–聚乙烯醇–γ聚谷氨酸复合膜材料制备及其性能研究
白杨, 陈松岭, 范丽娟, 杨明, 邹洪涛, 张玉龙
2019, 25(12): 2044-2052. doi: 10.11674/zwyf.19121
摘要:
【目的】聚乙烯醇 (polyvinyl alcohol,PVA) 作为缓释肥包膜材料具有价格低廉、透性好、环保、少残留的优点,但耐水性能差,制成包膜肥料进入土壤后缓释效果不持久。γ聚谷氨酸 (γ-PGA) 是一种原料易得的肥料增效剂,利用纳米二氧化硅 (nano-SiO2) 和γ-PGA对聚合物PVA进行改性,并用改性后的PVA制备了缓释材料,优化nano-SiO2、γ-PGA和戊二醛的配比参数。【方法】试验采用三因素三水平L9(33) 正交设计,三因素三水平是PVA浓度 (因素A) 4%、6%、8%,γ-PGA与PVA的质量配比 (因素B) 0.8∶3、1∶3、1.2∶3,戊二醛占PVA与γ-PGA体积之和比例 (因素C) 0.1%、0.2%、0.3%,以不添加戊二醛的9个处理做对照。用有机高分子聚合法制备复合膜,分析了不同原料配比制备的膜材料的吸水性和渗透性能,找出最优原料配比。在此基础上,在上述包膜材料中分别加入5、10和20 g/kg的nano-SiO2和少量无水乙醇制成复合膜,测定复合膜材料的吸水率、渗透率,分析了膜的红外光谱特征和表面微观结构变化,探讨其改性成膜机理。【结果】加入交联剂戊二醛后,复合膜材料的吸水率和渗透率均显著降低。当PVA浓度为4%,γ-PGA与PVA质量比为1.2∶3,戊二醛体积分数为0.3%时,复合膜材料的吸水率最低,为118%,铵离子和水的渗透率分别比对照降低了46.8%和23.0%。添加nano-SiO2后,各处理膜的吸水率均随nano-SiO2添加量的增加呈现先升高后降低的变化,当添加量为20 g/kg时,复合膜材料吸水率和NH4+渗透率最低,与不加nano-SiO2相比,复合膜材料吸水率和NH4+渗透率分别降低了6.8%~38.2%和23.8%~53.2%,而水渗透率增加了38.4%~67.7%。红外分析光谱结果表明,PVA和γ-PGA反应生成醚键;添加nano-SiO2处理的―OH伸缩振动峰变宽,透过率增加,并且出现了Si―O―Si摇摆振动和反对称伸缩振动;同时,从官能团特征看出复合膜中仍存在未反应的γ-PGA。扫描电镜结果显示纳米SiO2–聚乙烯醇–γ聚谷氨酸复合膜材料的表面更光滑,致密均一,这可能是包膜材料能减缓氮素释放的主要原因。【结论】nano-SiO2与PVA、γ-PGA、戊二醛分子结合生成的交联纳米复合膜材料亲水基团数目减少,膜材料吸水率降低,提高了包膜材料的缓释性能,更适用于颗粒肥料包膜。膜材料中存在的游离γ-PGA可以继续发挥肥料增效剂的作用。
聚氨酯/蒙脱土复合控释肥膜材的制备与性能
伍贤东, 王孟, 钱嘉帆, 杨绍丁, 刘力, 肖静水, 廖云
2019, 25(12): 2053-2060. doi: 10.11674/zwyf.19339
摘要:
【目的】蒙脱土 (MMT) 是一种由纳米硅酸盐片层堆积的粘土矿物,具有优良的力学、热学及气体阻隔性能。本研究尝试了不同离子交换剂,以使其能在聚氨酯 (PU) 基体中充分剥层分散,制成力学性能与控释性能优良的复合控释肥膜材。【方法】试验选用3种有机离子交换剂十八烷基三甲基氯化铵 (SA1)、十二烷基双羟乙基甲基氯化铵 (SA2)、二甲基双十八烷基氯化铵 (SA3) 对MMT进行插层改性,然后通过原位聚合制备蓖麻油基聚氨酯/蒙脱土 (PU/MMT) 复合缓释肥膜材。纳米粒子及复合膜材的形态与结构用电镜扫描、傅里叶红外光谱、X射线衍射等方法进行了表征。采用吸水法和浸泡法测试了PU/MMT复合膜材的动态力学性能和热稳定性能及缓释性能。【结果】3种有机插层改性的MMT纳米粒子在PU基质中具有良好的分散性和相容性,纳米粒子的加入也明显改进了PU基质的动态力学性能、热稳定性能以及缓释性能,其中SA2改性MMT对复合膜材的动态力学性能和热稳定性影响最为明显,使基质PU的玻璃化转变温度 (Tg) 从30℃增加到80℃,热分解温度从300℃增加到330℃,因为SA2结构中的双羟乙基能使MMT与PU结合更加紧密;而SA3改性MMT制备的复合膜材缓释性能最佳,使尿素释放时间从30天增加到75天,因为SA3含有双长链有机结构。【结论】采用十二烷基双羟乙基甲基氯化铵或者二甲基双十八烷基氯化铵对MMT进行插层改性,可制备结构疏松、在聚合物中分散性良好的纳米粒子。添加改性蒙脱石纳米粒子可大大提高聚合物包膜材料的吸水性和稳定性,从而制备出阻隔性能优良、释放期理想且价廉质高的PU/MMT复合控释肥膜材。
保水剂在尿素和阳离子溶液中的吸水性能及养分吸附特征
阚玉景, 黄帮裕, 王新爱, 李永胜, 张盛楚, 杨杰文, 杜建军
2019, 25(12): 2061-2068. doi: 10.11674/zwyf.19306
摘要:
【目的】电解质种类和浓度影响保水剂的吸水性能。探明保水剂与尿素、不同价态阳离子间的相互作用,对于正确使用和开发水肥调控性能优越的缓释材料具有重要意义。【方法】试验选用聚丙烯酰胺–丙烯酸盐型保水剂[P(AA-AM)]和聚丙烯酸盐型保水剂 (PAA)。以分析纯盐酸盐和尿素分别配置了浓度1~256 mmol/L的尿素、NH4+、Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Fe3+、Al3+溶液。称取保水剂0.3000 g于75 μm尼龙袋中,分别置于以上各系列溶液和去离子水300 mL中,静置12 h。取出保水剂袋,沥水30 min,以差减法测定保水剂吸水倍率和对溶质的吸附量。【结果】在溶质浓度从1 mmol/L增加到256 mmol/L时,尿素溶液中保水剂的吸水倍率没有显著下降,而各阳离子溶液中保水剂的吸水倍率显著下降,保水剂的相对吸水倍率与尿素、各种离子浓度之间呈显著幂函数的减函数关系,最终下降幅度由小到大依次为尿素、一价阳离子、二价阳离子、三价阳离子。保水剂对溶液中尿素和各种阳离子的吸附量随溶液浓度的增加而增加,P(AA-AM) 的最大吸附量:尿素64.66 mmol/g、Na+ 45.24 mmol/g、K+ 34.26 mmol/g、NH4+ 32.63 mmol/g、Mg2+ 30.09 mmol/g、Ca2+ 23.96 mmol/g、Fe3+ 8.07 mmol/g、Al3+ 12.74 mmol/g。保水剂对尿素和一、二价阳离子的吸附特征可用Freundlich等温吸附模型表征,对三价阳离子的吸附特征可用Langmuir等温吸附模型表征。尿素和二、三价阳离子对P (AA-AM) 吸水倍率的影响均小于其对PAA的影响(P < 0.05),一价阳离子对P (AA-AM) 和PAA影响差异不明显(P > 0.05)。P (AA-AM) 吸附尿素和阳离子的能力要大于 PAA(P<0.05)。【结论】保水剂对尿素的吸附量远高于阳离子,而尿素浓度基本不影响保水剂的保水性能。三价、二价和一价阳离子可显著降低保水剂的吸水倍率,阳离子浓度与保水剂的吸水倍率之间呈幂函数关系。保水剂对一价阳离子的最大吸附量大于对二价阳离子的吸附量,也远大于对三价阳离子的吸附量。聚丙烯酰胺–丙烯酸盐型保水剂[P(AA-AM)]对溶质的吸附性能大于聚丙烯酸盐型保水剂 (PAA)。因此,把保水剂作为缓释包膜材料包裹尿素比较适宜,但不适宜包裹盐类肥料。
采用响应面模拟法优化过氧化氢提高腐殖酸羧基含量的反应条件
马明坤, 袁亮, 张水勤, 李燕婷, 高强, 赵秉强
2019, 25(12): 2069-2075. doi: 10.11674/zwyf.19043
摘要:
【目的】腐殖酸的生物活性与其羧基含量密切相关,本文以过氧化氢为氧化剂,采用响应面模拟法研究获取提高腐殖酸羧基含量的最佳反应条件。【方法】以风化煤腐殖酸为原料,6%过氧化氢为氧化剂,选取pH、反应时间和液固比为自变量进行单因素试验,以腐殖酸羧基的红外光谱峰面积为响应值,根据响应面模拟 (Box-Benhnken) 试验设计原理,采用三因子四水平的分析法模拟得到二次多项式回归方程的预测模型,优化过氧化氢提高腐殖酸羧基含量的反应条件。以650FTIR傅里叶红外变换光谱仪测定并计算了产物中腐殖酸的羧基峰面积。【结果】在pH因素试验中,腐殖酸羧基含量在pH 为7时达到最大值,与未处理腐殖酸相比,腐殖酸羧基含量提高了192.2%。随着反应时间的延长,腐殖酸羧基的含量在反应时间为120 min时达到最大值,并随着反应时间的延长呈现下降的趋势,与未处理腐殖酸相比,在反应时间为180和240 min时,腐殖酸羧基含量可分别提高83.0%和48.5%。腐殖酸羧基含量随液固比的增加呈先下降后上升的趋势,在液固比为0.4∶1时达到最大值。在响应面优化试验中,回归模型具有高度显著性,方程对试验拟合度较高,可对腐殖酸羧基含量进行分析和预测,各因子对腐殖酸羧基含量的影响大小依次是pH > 液固比 > 反应时间。响应面分析图表明,pH对腐殖酸羧基含量有显著影响,pH、液固比和反应时间任意两因子之间交互作用不显著。【结论】以过氧化氢为氧化剂,对腐殖酸羧基基团影响最显著的条件是反应过程中的pH,其次是反应时间和液固比。在反应温度为100℃条件下,过氧化氢氧化提高腐殖酸羧基含量的最佳反应条件为pH 7.49、反应时间114.84 min、液固为0.39∶1,在该条件下得到的羧基含量预测值与实际值误差率仅为1.4%。
低分子量有机酸对土壤磷组分影响的Meta分析
张乃于, 闫双堆, 李娟, 王亚男, 刘越, 卜玉山
2019, 25(12): 2076-2083. doi: 10.11674/zwyf.19330
摘要:
【目的】过量施用磷肥导致土壤磷素累积,全磷含量升高,但是有效磷含量往往较低。低分子量有机酸能活化土壤难溶性磷、提高土壤磷素有效性,已成为研究热点之一。为探索提高土壤磷素有效性的途径,本文综合分析了低分子量有机酸对不同类型土壤磷组分的影响,为低分子量有机酸的合理施用和土壤有效磷的提升提供理论依据。【方法】通过收集近30年 (1990—2018年) 来国内外发表的低分子量有机酸活化土壤磷的文章,建立了831组包含“有效磷 (available-P)”相关内容的数据库。基于Meta分析 (Meta-analysis),定量研究了不同土壤pH、全磷、有效磷含量、不同培养方式和培养时间及不同酸种类 (苹果酸、柠檬酸及草酸等) 和浓度等条件下,低分子量有机酸对土壤有效磷含量的影响。【结果】检索论文中的低分子量有机酸添加浓度在0~1 mol/L范围内。与不施低分子量有机酸的对照相比,低分子量有机酸可使土壤中钙磷、铝磷、铁磷、闭蓄态磷和有机磷含量分别降低27.1%、21.3%、15.5%、8.22%、5.42%,有效磷含量增加213%。石灰性土壤中,低分子量有机酸可将难溶性八钙磷 (Ca8-P)、十钙磷 (Ca10-P) 转化为可吸收态的二钙磷 (Ca2-P),Ca8-P、Ca10-P含量分别降低8.36%、11.8%,而Ca2-P含量增加7.90%。在全磷含量 < 1 g/kg和有效磷含量 < 20 mg/kg的低磷土壤中,低分子量有机酸分别能使有效磷含量增加331%和343%,增磷效果分别比对应的全磷含量 ≥ 1 g/kg、有效磷 ≥ 20 mg/kg的高磷土壤高107%和189%。在酸性 (pH < 6) 和中性 (pH 6~8) 土壤中,低分子量有机酸分别能提高土壤有效磷含量329%和320%,在碱性 (pH > 8) 土壤中其增磷效果仅为56.9%。低分子量有机酸活化难溶性磷具有速效性和时效性,培养第1天土壤有效磷含量可增加257%,之后持续增加,在第10~20天达到最高值372%,20天后增磷效果持续减弱。振荡培养试验条件下,低分子量有机酸能使土壤有效磷含量增加334%,高于常规培养试验294%。当低分子量有机酸的添加浓度低于90 mmol/L时,酸浓度越高,其提升土壤磷有效性的效果越好。在所用的低分子有机酸中,草酸和柠檬酸提升磷有效性的效果较好,分别能增加有效磷含量288%和185%。【结论】低分子量有机酸活化土壤难溶性磷的效果受到土壤pH、全磷和有效磷含量的影响,也与添加的有机酸类型和浓度及添加的时间有关。低分子量有机酸提升土壤磷有效性的效果,在酸性和中性且全磷含量较低的土壤中较好。在低分子量有机酸添加量 < 90 mmol/L范围内,提升效果随添加量的增加而增加。作用的最佳效果出现在添加后的10~20天。添加草酸和柠檬酸对土壤有效磷的提升效果较好。
控释氮肥与水溶肥配施减少设施土壤N2O排放的机理
王学霞, 曹兵, 梁红胜, 王甲辰, 陈延华, 刘东生, 岳健权
2019, 25(12): 2084-2094. doi: 10.11674/zwyf.19344
摘要:
【目的】控制N2O排放是提高氮肥利用和环境效益的一个重要任务。在滴灌条件下,研究以控释氮肥替代尿素基施减少设施土壤N2O排放的机制,并探讨减少氮肥投入的可能性。【方法】在大棚内布设小区试验,供试番茄品种为‘盛世辉煌’,氮肥40%基施,60%分3次随水滴灌追施。试验以不施氮肥为对照 (CK),设:常规化肥用量 (基施尿素,总N量440 kg/hm2,U);常规化肥用量减氮20% (基施尿素,总N量376 kg/hm2,–20%U);控释氮肥常规用量 (基施控释氮肥,总N量440 kg/hm2,CRU);控释氮肥常规用量减氮20% (基施控释氮肥,总N量376 kg/hm2,–20%CRU) 4个处理。施底肥后15天内每天取气体样1次;追肥后每2天取气体样1次,连续取样3次;其余时间间隔5~7天取气体样1次。静态箱–色谱法测定土壤N2O排放通量;在定植后40、80和120天取土样测定土壤理化性质;用实时荧光定量PCR检测相关功能基因数量变化;收获后测产。【结果】控释氮肥与水溶肥配施导致基肥N2O排放峰值出现时间从第8~13天延迟到第28~32天,并且显著降低了其N2O排放峰值,所有处理追水溶肥后均在3~5天出现N2O排放峰值,而控释氮肥与水溶肥配施降低了此阶段N2O排放峰值。相同氮肥施用量条件下,控释氮肥与水溶肥配施显著降低了基肥期土壤N2O排放通量和累积排放量,降低了追肥期土壤N2O排放通量和累积排放量,显著降低了番茄生长季土壤NH4+-N和NO3-N含量与微生物功能基因AOA amoA、AOB amoAnirK数量,降低了nirS数量。与U处理相比,CRU处理增加番茄产量和经济效益,生长季土壤N2O累积排放量减少了24.8%,差异显著,同时显著降低了N2O排放强度;与–20%U处理相比,–20%CRU处理增加番茄产量和经济效益,N2O累积排放量减少了22.1%,亦显著降低了N2O排放强度 (P < 0.05)。【结论】在常规用氮量和减氮20%用量下,以缓释氮肥代替尿素基施,不仅可显著增加番茄的产量和效益,还显著推迟了番茄生长初期N2O释放高峰的出现,减少了整个生育期N2O的排放强度和累积排放量。其主要原因在于缓释氮肥有效控制了土壤中NH4+-N和NO3-N含量的变化,进而减少了与硝化和反硝化相关的微生物数量。在使用缓释肥做基肥时,适当减少氮肥投入不会降低番茄的产量。
硝化抑制剂对稻田土壤N2O排放和硝化、反硝化菌数量的影响
李杰, 石元亮, 王玲莉, 孙毅, 李忠, 魏占波, 石淏心
2019, 25(12): 2095-2101. doi: 10.11674/zwyf.19361
摘要:
【目的】本研究旨在明确硝化抑制剂对稻田土壤氮素周转的影响,探讨抑制剂提高氮肥利用率及微生物响应机理。【方法】以草甸黑土发育的水稻土为研究对象,进行了两组培养试验 (25℃),培养周期均为150天。共设4个处理:1) 不施肥 (CK);2) 单施尿素 (Urea);3) 尿素 + 双氰胺 (Urea + DCD);4) 尿素 + 3, 4-二甲基吡唑磷酸盐 (Urea + DMPP)。一组试验从培养第1天起,抽取气体样品,用气相色谱法测定N2O排放量。另一组试验从培养第1天直到结束,取土样测定氨氧化细菌和氨氧化古菌数量,采用荧光定量PCR等技术测定nirK基因和nirS基因拷贝数,用常规方法测定土壤无机氮含量。【结果】施用尿素显著增加了N2O排放量,其中85%的N2O排放发生在培养开始后的前两周内。Urea + DMPP处理土壤NH4+浓度在前23天稳定在较高水平,与Urea处理相比,N2O减排率为78.3%,Urea + DCD处理为21.6%。Urea + DMPP处理排放系数为0.05%,Urea + DCD为0.18%,Urea + DMPP处理显著低于Urea + DCD处理。施用尿素培养,土壤氨氧化细菌 (AOB) 数量显著增加而氨氧化古菌 (AOA) 数量则显著减少。添加DCD和DMPP能显著抑制AOB的数量,但对AOA没有影响。培养第3、30和90天,Urea + DMPP处理土壤中的AOB数量显著低于Urea + DCD处理的30%、56%和60%。对于反硝化细菌来说,所有处理中的nirK基因拷贝数均显著高于nirS基因拷贝数。添加DMPP在培养第3和30天显著减少了含nirKnirS基因的反硝化细菌数量,而添加DCD对两类反硝化细菌数量无明显作用。【结论】东北黑土水稻生产中,硝化抑制剂DMPP降低N2O排放量和排放系数的效果显著好于DCD,因为DMPP在培养后的30天内,可以显著抑制氨氧化细菌繁衍,降低反硝化细菌数量,从而起到减少N2O排放、提高肥料利用率的作用。
控释尿素减少双季稻田氨挥发的主要机理和适宜用量
黄思怡, 田昌, 谢桂先, 欧震, 刘强, 彭建伟
2019, 25(12): 2102-2112. doi: 10.11674/zwyf.19297
摘要:
【目的】研究施用控释尿素减少稻田氨挥发的主要机理,及有效减少氨挥发的施用量,为充分发挥控释尿素的环保效应提供参考。【方法】盆栽试验于2017年在湖南农业大学试验基地大棚内进行,供试土壤为潮砂泥田水稻土,供试早稻、晚稻品种为中早39和泰优390,供试控释氮肥为树脂包膜控释尿素。设置不施氮肥 (CK)、普通尿素 (U) 以及控释尿素等氮量 (CRU1)、减氮10%(CRU2)、减氮20%(CRU3) 和减氮 30% (CRU4) 6个处理。采用密闭室间歇通气法监测双季稻田氨挥发特征,监测同期田面水铵态氮 (NH4+-N) 和硝态氮 (NO3-N) 浓度、pH值及土壤温度动态变化。【结果】施用控释尿素 (CRU) 显著降低了稻田氨挥发损失,各施氮处理稻季氨挥发累积损失量表现为U > CRU1 > CRU2 > CRU4≈CRU3。与U处理相比,CRU处理明显降低了氨挥发速率峰值,且不同程度减少了稻田氨挥发累积损失量,减排程度可达50.3%~70.1%。CRU处理氨挥发损失率为5.6%~8.13%,且早、晚稻均以CRU3和CRU4处理较低。与U处理相比,早、晚稻CRU处理施基肥后田面水中的铵态氮浓度峰值分别降低74.5%~80.4%、53.4%~76.0%,施分蘖肥后分别降低69.5%~89.1%、67.3%~80.3%。U、CRU1、CRU2、CRU3和 CRU4 处理早稻田面水平均 pH 值分别为7.26、7.22、7.25、7.32和7.14,各处理差异不显著;晚稻田面水平均pH值分别为7.85、7.71、7.72、7.72和7.66,CRU处理均显著低于U处理。U处理氨挥发速率和田面水铵态氮浓度呈极显著正相关 (r = 0.8813),与硝态氮浓度呈显著负相关 (r = –0.5319);CRU处理与U处理变化规律类似,CRU3和CRU4处理氨挥发速率与田面水铵态氮浓度达到显著正相关 (r = 0.5388和0.4245),各处理氨挥发速率与田面水pH值和10 cm土层温度相关不明显。【结论】施用控释尿素可显著降低稻田水面中的铵态氮含量,减少由于施肥导致的pH值增加,因而显著降低了稻田的氨挥发损失量,减少了氨挥发损失率。早稻和晚稻均以控释尿素施用量减少20%~30%的氨挥发减排效果最为明显。
不同硝化抑制剂组合对铵态氮在黑土和褐土中转化的影响
油伦成, 李东坡, 崔磊, 武志杰, 李学红, 肖富容, 李永华, 闫增辉, 郑野, 张金明, 高波, 崔永坤
2019, 25(12): 2113-2121. doi: 10.11674/zwyf.19338
摘要:
【目的】添加硝化抑制剂和氮肥增效剂是提高氮肥利用率的有效方法。研究不同硝化抑制剂和氮肥增效剂组合对不同性质土壤中铵态氮转化特征的影响,为科学合理选择抑制剂提供理论依据。【方法】供试生化抑制剂包括2-氯-6 (三氯甲基) -吡啶 (Nitrapyrin,CP)、3,4-二甲基吡唑磷酸盐 (DMPP)、1-甲氨甲酰-3-甲基吡唑 (CMP)、3-甲基吡唑 (MP)、2-氨基-4-氯-6-甲基嘧啶 (AM)、N-guard、二氰二胺 (DCD)。供试土壤为黑土和褐土,以氯化铵为氮肥,按照常用量添加各生化抑制剂制备稳定性肥料,用于室内恒温、恒湿土壤培养试验。试验设不施肥 (CK)、氯化铵 (N)、N + CP、N + CP + AM、N + CP + DCD、N + CP + N-guard、N + CP + DMPP、N + CP + CMP、N + CP + MP等9个处理。在培养第1、4、7、11、15、22、30、45、60、75、90、105、120天取土样,测定土壤含水量、土壤NH4+-N和NO3-N含量,并计算硝化抑制率。【结果】在黑土和褐土两种类型土壤中,铵态氮转化特征具有显著差异,在弱酸性黑土中硝化反应速率显著低于碱性褐土。在黑土中,不同硝化抑制剂组合N + CP、N + CP + N-guard、N + CP + DMPP、N + CP + DCD、N + CP + CMP、N + CP + AM、N + CP + MP都表现出较好的硝化抑制效果,可以维持黑土中较高的铵态氮含量超过4个月以上。其中N + CP、N + CP + DCD、N + CP + N-guard处理在120天时,其硝化抑制率为37%~40%。而N + CP + AM、N + CP + MP、N + CP + DMPP为32%~36%,N + CP + CMP为26%。在褐土中,N + CP + DCD组合硝化抑制效果最大,在培养120天,其硝化抑制率为20%;其次是N + CP、N + CP + AM,其硝化抑制率在培养第105天时分别为23%、12%,在培养第90天时分别为63%、60%;N + CP + N-guard、N + CP + DMPP、N + CP + MP、N + CP + CMP在培养第75天时硝化抑制率分别为43%、42%、37%、35%,有效硝化抑制作用时间可维持75天左右。【结论】在黑土和褐土2种不同类型土壤中施用氯化铵氮肥,应添加专一硝化抑制剂或组合制成高效稳定性铵态氮肥。在湿润地区pH较低的酸性土壤上,例如黑土,适宜的硝化抑制剂较多,其中N + CP或N + CP + N-guard、N + CP + DCD组合的硝化抑制效果显著且持续时间长。在干旱半干旱的碱性土壤上,例如褐土,N + CP + DCD组合的硝化抑制效果和持续时间优于其他组合,可用于褐土上施用的高效稳定性氯化铵氮肥的生产。
控释尿素与黄腐酸提高稻麦轮作系统产量和效益的协同效应
姚媛媛, 王晓琪, 杨越超, 程冬冬, 陈宝成, 刘燕, 唐亚福, 马金昭
2019, 25(12): 2122-2132. doi: 10.11674/zwyf.19343
摘要:
  【目的】  控释尿素和黄腐酸均已被证实可以提高作物的养分吸收和肥料利用率。本试验研究了控释尿素与黄腐酸配合施用进一步提升肥料效益的效果。  【方法】  在山东济南粘质水稻土上进行水稻–小麦轮作田间小区试验。试验设不施氮 (CK)、普通尿素 (U)、控释尿素 (CR-U)、控释尿素减量40% (60% CR-U)、控释尿素配施黄腐酸 (CR-U+F) 和控释尿素减量40%配施黄腐酸 (60% CR-U+F) 6个处理。于水稻和小麦苗期、拔节期、灌浆期/抽穗期和完熟期采集植株和土壤样品,测定植株叶片光合特性、氮素吸收量和籽粒产量,以及土壤pH和有效氮、磷、钾养分含量。  【结果】  1) 在水稻季和小麦季,CR-U处理较U处理显著增产10.5%和9.8%,氮素利用率分别提高了64.8%和42.0%,农学效率提升了52.2%和47.1%,周年经济效益增加2804元/hm2。2) CR-U+F处理较CR-U处理的水稻产量显著增加7.3%,氮素利用率显著提高32.5%;在小麦季产量显著增加4.4%,氮素利用率显著提高18.3%。60% CR-U+F处理较60% CR-U处理显著提高小麦产量5.0%,但对于水稻无显著增产作用。3) 周年经济效益方面,CR-U+F处理较CR-U处理增收2337元/hm2;60% CR-U+F处理较60% CR-U处理增收1823元/hm2,较U处理经济效益也提高了547元/hm2  【结论】  综合稻麦轮作系统周年数据,控释尿素显著提高稻麦关键生育期的叶片光合速率,黄腐酸降低了作物蒸腾速率,提高作物对氮素的利用率。控释尿素与黄腐酸配施后二者协同增效作用显著,大幅提升稻麦产量、氮素利用率和经济效益,从而实现了养分的高效利用。
宛氏拟青霉提取物增强水稻抗低温胁迫的最佳施用水平
王晓琪, 姚媛媛, 陈宝成, 张民, 刘之广, 马金昭, 王庆彬
2019, 25(12): 2133-2141. doi: 10.11674/zwyf.18497
摘要:
【目的】施用生物刺激素是可持续农业中缓解作物低温胁迫的重要措施。本文主要研究了本课题组从野生沙棘内生菌提取的一种新型生物刺激素(宛氏拟青霉提取物)增强水稻抗低温胁迫的最佳施用浓度和生物学机制。【方法】通过室内培养,于野生沙棘体内分离出宛氏拟青霉 (Paecilomyces variotii) 菌株,菌株再经发酵和提纯获得供试生物刺激素PVE (Paecilomyces variotiiextracts)。以水稻为试验材料设置了萌发和液培试验,试验设0、0.05、0.10、0.20、0.50和1.00 μg/L 6个PVE施用水平,研究了低温 (15℃) 胁迫下不同浓度PVE对水稻种子萌发、幼苗生长、根系发育、光合特性和氧化损伤的影响。【结果】1)施用PVE的各处理提前打破了种子休眠,种子发芽率在第5天和第6天较CK分别提高66.7%~106.7%和28.2%~47.8%。2) PVE在0.05~0.50 μg/L浓度范围较CK显著增加地上部生物量7.9%~20.4%,提高了根系重量12.5%~28.1%。3) PVE在0.10 μg/L浓度条件下,较CK显著提高水稻总根长、根表面积、根体积和根平均直径48.0%、36.6%、36.2%和35.2%。4) PVE在0.05~0.50 μg/L浓度范围较CK显著提高水稻叶片光合速率5.1%~34.4%,并提高了叶片气孔导度和蒸腾速率。5) PVE在0.10 μg/L浓度条件下较CK显著提高叶片SOD、CAT和POD活性46.9%、9.6%和18.4%,提高根系SOD、CAT和POD活性28.0%、12.7%和16.4%,并显著降低叶片和根系中MDA含量22.0%和29.8%。6) PVE在0.05~0.50 μg/L浓度范围内均具有缓解低温胁迫的能力,以0.10 μg/L为最佳施用浓度。当超过0.10 μg/L,PVE对低温胁迫的缓解能力随着施用浓度的提升反而减弱。【结论】PVE在0.10 μg/L的浓度下可提高叶片光合能力和减少细胞氧化损伤,增加根系吸收养分的面积,显著缓解低温对水稻幼苗的胁迫。建议PVE的施用水平为0.10 μg/L。
小分子有机酸钾对水稻种子萌发和幼苗生长的影响
刘燕, 姚媛媛, 杨越超, 程冬冬, 李珊, 王晓琪, 孙磊
2019, 25(12): 2142-2151. doi: 10.11674/zwyf.19334
摘要:
【目的】施用小分子有机酸钾是促进水稻生长和提高水稻产量的重要措施之一。本试验研究了3种小分子有机酸钾在不同浓度下对水稻种子萌发和幼苗生长的影响,为促进水稻增产及研发新型肥料增效剂提供理论依据。【方法】以水稻种子‘临稻21’为试验材料进行了种子萌发试验和水培试验。以不含钾盐处理为空白对照 (CK),供试钾盐包括硫酸钾 (IOS)、甲酸钾 (OSA)、乙酸钾 (OSB) 和丙酸钾 (OSC),设两个K+浓度分别为0.25和0.50 mmol/L。将种子置于25℃培养箱中,培养至两叶一心时,转入含有不同浓度钾盐的营养液中进行12 h光照/12 h黑暗、25℃恒温处理,至水稻幼苗长到四叶一心时,测定幼苗生长、根系形态和光合特性。【结果】1) 小分子有机酸钾促进了水稻种子提早萌发,培养48 h后,当K+浓度为0.25 mmol/L时,OSA-1和OSB-1较IOS-1水稻发芽率显著提高35.6%和37.8%;当K+浓度为0.50 mmol/L时,OSA-2和OSB-2较IOS-2水稻发芽率显著提高34.0%和27.7%;2) 与IOS相比,OSA-1、OSA-2和OSB-1显著促进了水稻幼苗叶片的宽度和鲜重的提高,并使水稻幼苗根重、总根长、根表面积和根体积显著提升;3) 与IOS处理相比,OSC处理提高了水稻幼苗叶片叶绿素含量,OSA和OSB处理显著提高了水稻幼苗叶片净光合效率、气孔导度和蒸腾速率;4) 施用小分子有机酸钾能够提高水稻幼苗根系活力,进而促进了水稻幼苗对钾素的吸收,OSA-2和OSB-2处理幼苗全钾含量较IOS-2显著提高19.6%和28.3%。【结论】与硫酸钾相比,甲酸钾、乙酸钾和丙酸钾3种小分子有机酸钾处理可促进水稻种子提前萌发,促进水稻幼苗的生长、光合效率的提高以及对钾素的吸收,以0.25 mmol/L甲酸钾 (OSA) 的促生效果最好。
含氨基酸铜基叶面肥对芹菜产量、品质和防病效果的影响
马金昭, 张民, 刘之广, 周彬, 邹朋, 漆奕辉, 何帅
2019, 25(12): 2152-2161. doi: 10.11674/zwyf.19346
摘要:
【目的】铜基叶面肥能够提高作物产量和品质,具有一定的防病效果;氨基酸能够为植物提供氮源,提高作物品质和抗逆能力。研究氨基酸与铜基叶面肥配合施用的效果,为制备叶面肥和改进叶面肥的施用效果提供科学依据。【方法】2015和2016年以芹菜 (Apium graveolens L.) 为试验材料进行了两季盆栽试验。设叶面喷施清水 (CK)、喷施铜基叶面肥浓度为1.0 g/L (CF1)和2.0 g/L (CF2)、喷施含氨基酸铜基叶面肥浓度为1.0 g/L (Cu-AA1) 和2.0 g/L (Cu-AA2),共5个处理,随机排列。于定植后15、45、75和105天进行喷施,喷施量依次为15、30、50和50 mL。于定植后 30、60、90和120天,测定芹菜叶片感病数,计算病情指数,用叶绿素仪测定叶片SPAD值。收获后测定了芹菜的产量、光合速率和营养品质。【结果】喷施叶面肥处理较CK显著提高了芹菜产量,在2015年Cu-AA1较CF1处理显著增产10.9%,Cu-AA2较CF2处理显著增产13.8%,CF1和CF2处理差异显著,Cu-AA1和Cu-AA2之间差异不显著。定植120天时喷施叶面肥处理的芹菜SPAD值和光合速率较CK处理显著提高,但各叶面肥处理间的SPAD差异不显著;Cu-AA1较CF1处理的光合速率显著增加了17.3%,同一叶面肥不同用量之间差异不显著。与CK相比,CF1、Cu-AA1和Cu-AA2处理的芹菜可溶性固形物、可溶性蛋白和硝酸盐含量显著增加,各叶面肥间的可溶性固形物差异不显著;Cu-AA2的可溶性蛋白较CF2显著增加,CF1与CF2之间以及Cu-AA1与Cu-AA2之间差异不显著;Cu-AA2处理的硝酸盐含量较CF2显著降低了9.9%,CF1与CF2之间以及Cu-AA1与Cu-AA2之间差异显著。定植90和120天时各叶面肥处理的芹菜病情指数较CK处理显著降低,CF1、Cu-AA1处理较CF2、Cu-AA2处理显著降低,相同用量的不同叶面肥间差异不显著。收获时,叶面肥处理的芹菜叶中的铜含量较CK显著增加,CF2较CF1显著增加了60.5%,Cu-AA2较Cu-AA1显著增加了26.4%;Cu-AA1与CF1差异不显著,Cu-AA2较CF2处理显著降低了14.0%。【结论】与普通铜基叶面肥相比,配伍氨基酸后可进一步提高芹菜生长后期叶片的SPAD值和光合速率,进一步增加芹菜产量,提高其营养品质,降低硝酸盐含量,但对芹菜的病情指数没有显著影响。在芹菜上,含氨基酸铜基叶面肥喷施浓度以1.0 g/L为好。
专题综述
以钙镁磷肥产品创新促进产业发展
侯翠红, 苗俊艳, 谷守玉, 王好斌, 王艳语, 许秀成
2019, 25(12): 2162-2169. doi: 10.11674/zwyf.19172
摘要:
钙镁磷肥是一种富含磷、钙、镁、硅等营养元素的碱性矿质肥料,可补充植物所需的微量元素,改良酸性土壤、有效减轻重金属污染和提升作物营养与品质。一直以来,钙镁磷肥仅被认为是低含量的磷肥,产销量从高峰时期的近千万吨,下降到近年来的百万吨左右,市场占有率仅为磷肥总量的1%左右,且售价不高,导致企业经营困难。本文从植物营养角度,分析了钙镁磷肥中养分的有效性,肯定了钙镁磷肥作为肥料的必要性;从钙镁磷肥的产业现状入手,用详实的数据分析了钙镁磷肥近年来的产量和市场情况;从产品技术改造方面提出了助推钙镁磷肥提质增效的思路。钙镁磷肥中除含有12%~20%的枸溶性磷外,所含的钙、镁、硅的有效性高于绝大多数工业炉渣。钙镁磷肥施入土壤后,开始时有效磷量较低,但随着时间的延长,有效磷量明显提高,在酸性土壤中肥效优于过磷酸钙。发展钙镁磷肥产业,不仅可充分利用我国的中低品位磷矿资源,还可以补充我国大面积酸性土壤中的盐基离子,提供水稻、甘蔗等需硅量大的作物的硅营养,是不可多得的兼具多元素营养与土壤改良功能的肥料产品。钙镁磷肥提质增效的思路包括:1) 在钙镁磷肥中添加植物所需的微量元素,使得钙镁磷肥从单一的肥料产品定位升级为具有调理土壤和调理植物的功能化产品;2) 产品外观由粉状改为颗粒状,以适应机械化施肥和掺混肥需求;3) 制定产品新标准,体现出钙镁磷肥产品优势;4) 加强钙镁磷肥多产品性状的施用方法研究。今后应基于技术创新、产品创新,并结合营销创新,助力钙镁磷肥产业转型升级,绿色健康发展。
研究简报
金属有机框架 (MOF) 类新型肥料在水稻上的应用初探
吴珂, 杜昌文, 申亚珍, 马菲
2019, 25(12): 2170-2177. doi: 10.11674/zwyf.19333
摘要:
【目的】金属有机框架 (metal-organic framework,MOF) 是基于分子设计的一种新型团簇功能化合物,为实现多元化养分设计,生产环境友好的新型肥料提供了新的手段。本研究在水热条件下合成了两种MOF肥料,评估了这两种MOF材料作为新型肥料的潜力和可行性。【方法】以氯化铁 (FeCl3·6H2O)、硫酸锌 (ZnSO4·7H2O)、磷酸 (H3PO4)、草酸 (H2C2O4·2H2O) 和尿素 (CO(NH2)2) 为基础原料,在高压反应釜内100℃下合成MOF1和MOF2。MOF1和MOF2分别含Fe 18.6%、15.6%,P 15.7%、16.5%,N 5.16%、4.57%,C 4.61%、5.21%,MOF2还含Zn 2.89%。试验共设4个处理:不施肥 (CK)、常规施肥 (CF)、MOF1和MOF2。3个施肥处理为等氮磷钾设计,施肥水平为N 150 kg/hm2、P2O5 200 kg/hm2和K2O 150 kg/hm2。在水稻分蘖、拔节、孕穗及成熟期,采集土样,测定铵态氮、硝态氮、有效磷、有效铁、有效锌含量及pH。水稻成熟后,测定产量、千粒重、穗粒数、有效穗数和结实率。【结果】与CF相比,MOF1和MOF2处理的水稻产量分别增加了7.7%和6.3%,相关农艺性状也均有改善。MOF1和MOF2处理的水稻营养器官总干物质量和氮累积量均显著高于CF处理;CF处理的氮素利用率为32.8%,而MOF1和MOF2处理分别达到46.4%和43.0%,与CF差异显著。在成熟期,MOF1和MOF2处理的土壤铵态氮、硝态氮及有效铁含量较CF均显著增加。【结论】两个以磷和铁为主要养分的新型金属框架结构肥料不仅能提高水稻产量和氮素利用率,而且也可改善水稻相关农艺性状以及提高土壤养分含量,其作为新型肥料,具有广阔的应用潜力。
用于黑土的稳定性氯化铵的适宜硝化抑制剂和氮肥增效剂组合
崔磊, 李东坡, 武志杰, 李学红, 肖富容, 李永华, 闫增辉, 郑野, 张金明, 崔永坤, 高波
2019, 25(12): 2178-2188. doi: 10.11674/zwyf.19298
摘要:
【目的】本文研究添加不同种类硝化抑制剂的高效稳定性氯化铵氮肥在黑土中的施用效果,旨在筛选出适合旱作黑土的高效稳定性氯化铵态氮肥。【方法】在氯化铵中分别添加硝化抑制剂3,4-二甲基吡唑磷酸盐 (DMPP)、双氰胺 (DCD)、2-氯-6-三甲基吡啶 (Nitrapyrin,CP)、氨保护剂 (N-GD) 和1种氮肥增效剂 (HFJ) 及其组合,制成9种稳定性氯化铵氮肥。以不施氮肥 (CK) 和施普通氯化铵 (CK-N) 为对照,以9种稳定性氯化铵为处理进行了等氮量盆栽试验。在玉米苗期、大喇叭口期、灌浆期和成熟期测定了土壤中铵态氮和硝态氮含量,在玉米成熟期测定植株生物量、籽粒产量和氮素含量,计算铵态氮肥的表观硝化率、硝化抑制率、氮肥农学效率、氮肥偏生产力。【结果】1) 与CK-N处理相比,9个处理均显著提高玉米的产量,HFJ的效果均为最显著,可增加玉米籽粒产量3.99倍,提高氮肥吸收利用率4.98倍,显著高于8个硝化抑制剂处理 (P < 0.05)。CP + DMPP和CP + DCD处理提高玉米籽粒产量1.90~2.11倍,两个处理之间无显著差异;CP + DMPP玉米生物量显著高于CP处理,而与DMPP和DCD处理无显著差异;CP + DMPP玉米氮肥吸收利用率显著高于CP和DMPP处理,显著提高3.71倍 (P < 0.05);2) CP + DMPP和CP + DCD土壤中铵态氮含量提高2.09~2.42倍,且显著高于CP、DMPP和DCD处理 (P < 0.05),而硝态氮含量和土壤表观硝化率均显著降低24%和66%~68%,与CP和DCD处理存在显著差异 (P < 0.05);苗期CP + DMPP和CP + DCD硝化抑制率高达23.9%~24.3%,显著高于CP和DCD (P < 0.05)。【结论】在黑土中,氯化铵中添加硝化抑制剂组合的硝化抑制率显著高于添加单一抑制剂,能够有效减缓土壤中铵态氮向硝态氮的转化,减少土壤中氮素损失,降低环境污染。CP + DMPP组合玉米的氮肥吸收利用率显著高于CP + DCD组合。氮肥增效剂HFJ显著增加玉米的氮素吸收量,提高氮肥利用率,从而使玉米获得高产并获得较高的收获指数和经济系数。因此,综合考虑产量和抑制硝化作用等因素,黑土区氯化铵作为玉米生产用氮肥时,建议首选添加氮肥增效剂HFJ来保证作物的高产和氮肥高利用率,也可以添加硝化抑制剂组合CP + DMPP,或者CP + DCD制备稳定性氯化铵来提高氯化铵的增产效果和氮肥利用率,减少氮素损失,降低环境污染。
聚氨酯包膜和喷涂诱抗剂提高滨海盐化潮土玉米产量和磷肥利用率的协同效应
赵洪猛, 杨贵婷, 刘之广, 张民, 王庆彬, 王怀利, 杨子江
2019, 25(12): 2189-2196. doi: 10.11674/zwyf.19106
摘要:
【目的】本研究旨在探究包膜磷肥配施植物诱抗剂宛氏拟青霉 (Paecilomyces variotii) 代谢产物对盐化潮土玉米产量及磷素利用率的影响,以期为滨海盐化潮土磷肥高效利用提供技术参考和理论依据。【方法】以夏玉米‘郑单958’为供试作物,以滨海盐化潮土为供试土壤进行了盆栽试验。试验以不施磷肥为对照 (CK),设置正常施磷 (1.80 g/pot) 和减施20%磷 (1.44 g/pot) 2个水平;4个供试磷肥包括普通磷酸二铵 (DM)、普通磷酸二铵配施诱抗剂 (PE + DM)、聚氨酯包膜磷酸二铵 (C-DM)、包膜磷酸二铵配施诱抗剂 (PE + C-DM),共9个处理。在玉米播种后58天收集根际土壤,测定酶活性和有效磷含量;采集最大功能叶片,测定相关的淀粉酶、光合酶活性。收获后,采集土壤样品,测定有效磷含量;测定玉米植株的生物量、产量和磷含量。【结果】等量磷条件下,与DM处理相比,C-DM可显著增产5.89%~10.10%,提高磷肥利用率6.8~8.1个百分点;PE + DM可显著增产7.46%~9.31%,磷肥利用率提高4.8~6.2个百分点,根际土壤磷酸酶活性提高17.65%~27.90%;PE + C-DM显著增产7.78%~16.30%,磷肥利用率提高8.8~14.0个百分点。减磷20%时,包膜和喷涂诱抗剂有协同增效的作用。与C-DM和PE + DM处理相比,PE + C-DM显著提高根际土壤磷酸酶活性21.8%、11.7%,提高丙酮酸磷酸双激酶活性33.3%、14.3%,提高AGPase活性75.5%、47.6%,提高播种后58和103天土壤有效磷含量33.7%、19.4%和15.0%、26.1%,产量与常规磷量下 (1.80 g/pot) 的DM处理差异不显著,实现减肥稳产。【结论】本研究条件下,包膜磷酸二铵配施诱抗剂可提高玉米关键生育期根际土壤磷酸酶活性,增强土壤磷素供应强度,提高叶片光合酶、淀粉酶活性,进而提高磷肥利用率,在减磷20%条件下,依然保持稳产。