纳米材料在缓控释肥中的应用研究进展

缓控释肥料是采用物理、化学或物理化学的方法对速效性化肥进行改性,从而实现养分缓慢释放或控制释放的新型肥料,不仅能满足植物整个生长期的养分需求,还可以提高肥料利用率、降低环境风险,是农业绿色发展的重要保障。纳米材料具有尺寸小、表面积大以及界面效应显著等特性,其在缓控释肥中的应用已成为当前缓控释肥料领域的研究热点。本文分别综述了纳米氧化物、纳米纤维素、纳米碳和纳米粘土等主要纳米材料在缓控释肥中的添加技术和应用效果。物理共混、化学接枝、浸渍吸附等是纳米材料改性缓控释肥的常用技术手段,纳米材料发挥的最重要功能是疏水性、吸附性、保水性、环境响应性和自修复性。纳米材料表面丰富的官能团、物理交联点或微纳米凸起的形成等是提高缓控释效果的关键因素。拓展天然有机纳米材料、探寻简单高效的改性方法、明确相应缓控释肥的养分释放及性能调控机制是今后研究的重要方向。     

聚合物/膨润土复合控释材料的应用研究

用聚合物/膨润土复合材料与肥料混合制备混合型缓/控释肥和用复合材料包裹尿素制备包膜型缓/控释肥进行盆栽试验。结果表明,聚合物和膨润土都具有控释作用,二者复合具有更好的控释效果。几种混合型缓/控释肥处理的玉米生物量均较对照有显著提高,以添加含膨润土0.5倍(相对于聚合物质量)的复合材料配制的缓/控释肥效果最好。几种包膜型缓/控释肥处理的玉米生物量较对照有所提高,差异达显著水平,以含膨润土2倍的复合材料制备的缓/控释肥效果最好。     

不同种类缓控释肥在鲜食型糯玉米上的应用效果

为研究缓控释肥在成都平原鲜食糯玉米种植中的效果。选用4种缓控释肥,以传统施肥(复合肥+尿素)为对照,采用随机区组试验设计,分析不同缓控释肥和当地传统施肥对鲜穗产量及产量性状的影响。结果表明:不同缓控释肥间及与传统施肥间对鲜穗产量的影响存在显著差异,T4 (N-P2O5-K2O:26-9-9)较传统施肥增产效果最好,鲜穗产量达到13517.04 kg/hm2,增产19.50%。与传统施肥相比,缓控释肥可以显著提高穗长、穗粗、穗行数、行粒数和百鲜粒重,显著降低秃尖长。本研究结果为缓控释肥技术在成都平原糯玉米种植中应用提供理论支撑。     

缓/控释肥的最新研究动态及其展望

缓/控释肥研制和开发是肥料领域的热点,其对提高作物肥料利用率和保护生态环境有着十分重要的现实意义。通过对缓/控释肥料的类型、最新研究动态及评价方法等方面的阐述,提出了近年来国内外控释肥料存在的问题,并展望了今后缓/控释肥料的研究方向。     

缓控释肥在茶园中应用的研究进展

施肥是满足茶树营养需求的关键技术,茶园施肥主要以化肥为主,施用量大且养分流失严重,对茶园环境造成了威胁。为了更好地发挥化肥的作用,生产出了养分利用率高的缓控释肥。近年来,缓控释肥在茶园施用效果表明:(1)可以提高茶园土壤的保水保肥性,增加土壤中铵态氮的含量;(2)减少茶园氮素的流失,将氮素的利用率提高到55%~80%;(3)提高茶叶中氨基酸、咖啡碱的含量,改善茶叶品质,提高茶叶产量。但是,目前缓控释肥应用于茶园方面的研究仍有不足,本文在总结缓控释肥定义、释放机理、分类的基础上,分析了缓控释肥对茶园土壤结构、氮素流失及茶叶的影响,并提出了未来缓控释肥应用研究的4个方向。     

缓/控释肥对小麦增产与提高氮肥利用率的效果研究

以不施氮肥、尿素基施和尿素基追比5∶5等3个处理做对照,对3种包膜缓/控释肥处理冬小麦产量、产量相关因子、不同时期植株含氮量及肥料利用率进行了分析比较。结果表明,缓/控释肥处理的以上几个指标均接近于尿素基追比5∶5处理。与尿素基施相比,包膜缓/控释肥增产10.03%~11.17%,有效穗数和穗粒数增加,返青-拔节期植株含氮量明显提高,氮肥利用率提高了6.18%~11.57%。3种缓/控释肥相比较,产量、产量因子、植株含氮量及肥料利用率没有显著性差异。     

袋装缓控释肥有序排肥装置设计

为满足作物生长期对肥料的不同需求,人们正研究通过控制肥料颗粒内部养分释放速率的缓控释肥,试验表明其可减少施肥量,避免资源浪费和环境污染。目前,袋装缓控释肥的施放主要采用手工,耗工费时,效率低下。为实现袋装缓控释肥机械化施放,该文根据其基本物理参数及力学特性,对袋装肥有序排队机理、余量清理、定量施放进行研究,设计了一种袋装缓控释肥的有序排肥装置,它由偏心分离机构、清理机构、排肥机构及动力传输机构组成,以偏心轮转速、毛刷轮转速及毛刷轮与刮板输送带之间的间距为影响因素,以合格指数、漏排指数、重排指数为评价指标,进行正交试验,得出各因素对评价指标的影响关系。利用Design-Expert软件得到各因素的最佳参数组合为:偏心轮转速600 r/min、毛刷轮转速95 r/min、毛刷轮与刮板输送带之间的间距为18 mm,并进行验证试验得到排肥合格指数平均值为82%,漏排指数平均值9.33%,重排指数平均值8.67%。该研究为研制袋装缓控释肥有序施放排肥器提供了参考。     

不同氮肥运筹模式对稻田田面水氮浓度和水稻产量的影响

通过构建包括不同氮肥类型、氮肥用量、施肥方式和施肥次数的6种氮肥运筹模式,分析了不同氮肥运筹模式对稻田田面水各形态氮浓度变化和水稻产量的影响。结果表明:不同时期施用缓控释肥和尿素后,总氮和铵态氮浓度均在1天达到峰值,硝态氮浓度在2～3天达到峰值,之后逐渐下降趋于稳定。铵态氮为各处理施肥后初期的主要氮形态,1天时铵态氮占总氮比例达50.6%～92.8%,而硝态氮仅占3.8%～22.6%。田面水总氮和铵态氮峰值浓度大小与氮肥类型、施用用量和施肥方式均存在相关性,等氮量施用条件下,田面水总氮和铵态氮峰值浓度大小顺序为撒施尿素处理撒施缓控释肥处理侧深施缓控释肥处理,在N施用量48 kg/hm~2条件下,撒施尿素处理、撒施缓控释肥处理、侧深施缓控释肥处理的总氮和铵态氮平均峰值浓度分别为38.44,16.44,7.55 mg/L和34.39,13.00,3.82 mg/L。等氮施用量和相同施肥次数条件下,基肥采用侧深施缓控释肥的处理4,5,6比相应的撒施缓控释肥的处理1,2,3的产量分别提高2.8%,3.5%,2.7%。基肥采用侧深施缓控释肥和"一基一穗"2次施肥的处理6的水稻产量,在氮肥总施用量减少30%条件下,仅比基肥采用撒施缓控释肥和"一基一蘖一穗"3次施肥的处理1的水稻产量减少0.3%。侧深施缓控释肥可以有效降低施肥初期田面水铵态氮峰值浓度,从而减少氨挥发和降低径流流失风险,并在一定程度减量条件下不会对水稻产量产生影响。     

989控久丰控释肥在番茄和玉米两种作物上的应用效果对比研究

结合当前农业"双减"生产要求,为科学高效使用缓/控释肥技术,选取番茄和玉米作为试验作物,用缓/控释肥989控久丰替代部分肥料投入量,在设定节肥基础上,通过试验测产分析与肥料用量核算,研究了989控久丰的肥料效应。试验表明,989控久丰在番茄上实现增产2.60%,减少化肥用量300 kg/hm~2,在玉米上实现增产9.0%,减少化肥用量190 kg/hm~2,取得了良好的经济、社会和生态效益,今后应进一步加大示范推广力度。     

缓/控释肥对小麦增产与提高氮肥利用率的效果研究

以不施氮肥、尿素基施和尿素基追比5:5等3个处理做对照,对3种包膜缓/控释肥处理冬小麦产量、产量相关因子、不同时期植株含氮量及肥料利用率进行了分析比较。结果表明,缓/控肥处理的以上几个指标均接近于尿素基追比5:5处理。与尿素基施相比,包膜缓/控释肥增产10.03%～11.17%,有效穗数和穗粒数增加,返青-拔节期植株含氮量明显提高,氮肥利用率提高了6.18%～11.57%。3种缓/控释肥相比较,产量、产量因子、植株含氮量及肥料利用率没有显著性差异。     

纳米材料胶结包膜型缓/控释肥料对作物产量和品质的影响

为了对纳米级材料胶结包膜型缓/控释肥料的缓/控释性能进行准确的评价,以3年6季作物定位施肥试验为基础,对冬小麦和夏玉米的产量及部分品质进行了监测。结果表明,与等量氮磷钾化肥配施相比,4种纳米级材料胶结包膜型缓/控释肥料不同程度地提高了小麦和玉米子粒产量和蛋白质产量,但蛋白质含量增加不显著,可溶性总糖含量反而降低。纳米级材料胶结包膜型缓/控释肥料对提高冬小麦的产量和品质有一定的促进作用,但不同肥料促进作用大小不同。     

不同缓控释氮肥对连作春玉米产量及氮肥去向的影响

在山西省连作春玉米区连续4年设置大田定位试验,设置不施氮肥(CK)、一次性基施尿素(CU1)、追施尿素(CU2)、树脂包膜尿素(PCU)、硫包衣尿素(SCU)、多酶金缓释尿素(MEU)6个施肥处理,研究施用缓控释氮肥对春玉米产量、氮肥去向及氮素平衡的影响,为春玉米氮素养分的科学管理技术提供参考。结果表明:(1)缓控释氮肥处理能够明显提高春玉米产量,促进氮素吸收。与CU1处理相比,SCU、MEU、PCU和CU2处理可分别提高春玉米产量17.51%,9.88%,9.62%,9.48%,同时氮肥农学利用效率分别提高7.5,4.2,4.1,4.1 kg/kg。(2)不同缓控释氮肥处理的作物吸收肥料氮以及肥料氮在0-100 cm土层残留量之间存在显著差异。SCU、MEU、PCU、CU2和CU1的氮肥表观利用率分别为36.1%,32.5%,26.5%,26.7%,19.5%,肥料氮在0-100 cm土层残留量分别占施氮量的28.5%,31.6%,35.7%,35.5%,39.1%。此外,与一次性基施尿素相比,缓控释氮肥能够显著降低肥料氮的损失,SCU、MEU、PCU和CU2分别降低了22.65%,18.81%,8.99%,8.47%。(3)综合分析不同氮肥处理的农田氮素平衡,SCU处理的春玉米吸氮量最高,为261.5 kg/hm^2,其次是MEU,为253.5 kg/hm^2。SCU的0-100 cm土层残留量在缓控释氮肥中最低,为124.1 kg/hm^2,MEU和PCU分别为131.04,140.09 kg/hm^2。SCU处理的氮表观损失量最低,为106.3 kg/hm^2,MEU和PCU分别为111.6,125.1 kg/hm^2。在山西省春玉米主产区土壤上,缓控释氮肥能够显著促进春玉米对氮素的吸收,减少氮素损失。硫包衣尿素和多酶金缓释尿素的效果相对较好。     

缓控释氮素肥料的研究现状与展望

在前人有关缓控释肥料文献的基础上,介绍了缓控释氮肥的缓效途径和研究发展情况。重点阐述了缓控释氮肥的分类和缓控释机理。此外,对今后缓控释肥料研究发展提出了一些见解。     

不同耕作方式下缓释肥对夏玉米产量及氮素利用效率的影响

【目的】氮肥中氮素的合理释放是提高作物产量及氮素利用效率的重要措施之一,耕作方式也可显著影响氮肥施用效果。本文比较了浅旋、 免耕和深松三种耕作方式下缓释肥和常规施肥对夏玉米干物质积累、 叶面积指数及植株氮素积累的影响,为玉米缓/控释肥的合理应用和耕作方式的选择提供科学依据和技术支撑。【方法】试验于2013年至2014年在河南新乡进行。采用裂区设计,以耕作方式为主区,设浅旋(R)、 免耕(N)和条带深松(S)3种耕作方式; 肥料类型为副区,设不施氮(CK)、 缓释肥(SRF)和常规施肥(CCF)3个处理。【结果】相同耕作方式下,缓释肥处理的夏玉米产量及氮肥利用效率显著高于常规施肥; 相同肥料处理,其条带深松耕作的夏玉米产量及氮肥利用效率显著高于浅旋和免耕直播处理。各处理中,以条带深松下的缓释肥处理产量及氮肥利用效率最高,显著高于其他处理,其中两年产量平均增幅为13.4%~59.2%,氮肥农学利用效率(AEN)增幅为27.9%~72.7%,氮素表观利用率(REN)增长15.1~55.7个百分点。分析表明,干物质积累和氮素积累,尤其是花后干物质和氮素积累的增加是产量提高的主要原因。 在N、 R和S 三种耕作方式下,缓释肥处理的花后干物质积累量较常规施肥分别提高13.0%、 12.7%和18.7%; 花后氮素积累量分别提高14.4%、 16.8%和17.8%,其中条带深松耕作的增幅显著高于浅旋和免耕直播。条带深松下缓释肥处理花后干物质和氮素积累量显著高于其他处理。【结论】与传统耕作方式和施肥方式相比,条带深松耕作和缓释肥的施用均显著提高了夏玉米的产量及氮素利用效率,各处理中以条带深松耕作下缓释肥处理的夏玉米产量及氮素效率最高,因此,条带深松深施缓释肥可作为黄淮海区一项有效的合理耕作与施肥措施。     

缓/控释氮肥对夏玉米氮代谢、氮素积累及产量的影响

采用田间试验研究了缓/控释氮肥和不同施氮次数对夏玉米氮代谢、氮素吸收及产量的影响。结果表明,施氮显著增加了穗位叶硝酸还原酶活性、游离氨基酸含量、叶绿素含量和氮素积累量,提高了百粒重,增产20.93%~27.04%。与习惯两次施氮相比,一次性施用缓/控释氮肥和"苗肥30%+大口肥30%+吐丝肥40%"三次施氮的灌浆期游离氨基酸含量分别高2.77 mg g-1和4.07 mg g-1,氮素积累量分别提高了4.18%和9.74%,氮肥利用率分别提高了2.95和6.88个百分点,产量分别增加了4.88%和5.05%,实现了夏玉米增产和高效施肥。     

不同控释肥类型及施肥方式对肥料利用率和氮素平衡的影响

采用草莓盆栽试验研究了3种肥料类型（普通肥料、控释氮肥、控释复合肥）及其不同施肥方式对氮磷钾利用率、氮素在土壤一作物体系中的平衡及草莓生长的影响。结果表明，相对于普通肥料、控释氮肥和控释复合肥提高了土壤中有效养分的含量，促进了草莓生长，提高了草莓糖酸比和维生紊C含量。不同肥料类型间，植株干重、草莓产量和氮磷钾利用率大小顺序为：控释复合肥〉控释氮肥〉普通肥料。控释氮肥处理土壤中氮的残留率最高，其次为控释复合肥。氮的损失率大小顺序为：普通肥料〉控释氮肥〉控释复合肥。不同施肥方式间草莓糖酸比和维生素C含量、土壤氮残留率差异不显著。植株干重、草莓产量、氮钾利用率大小顺序为：底施〉混施和侧施〉表施；底施处理的磷素利用率最高，其他处理间差异不显著，氮损失率大小顺序为：表施〉混施和侧施〉底施。     

保障我国粮食安全的肥料问题

肥料在保障我国粮食安全中起着不可替代的支撑作用,同时化肥养分利用率低又产生了对环境的不良影响。因此用好肥料资源、提高肥料利用效率是关系到国家粮食安全和环境质量的重大科技问题。本文实事求是地分析了我国人多、地少、耕地质量差、农田生态环境脆弱的基本国情和肥料领域面临的严重挑战;对国家种植业发展对肥料的需求,有机养分和化肥利用现状和问题、农田中化学氮肥的损失及其对环境的影响等问题进行了较为全面地综述;提出了区域用量控制与田块微调相结合的推荐施肥的理念和技术路线;形成和发展了适合分散经营和规模经营的分区养分管理和精准施肥技术体系;同时对新型肥料和有机养分资源在我国研究应用的现状和存在的问题进行了分析评述。在此基础上,提出了提高耕地综合生产能力、依靠科技进步高效利用肥料资源、按照增产潜力做好施肥区域布局等技术政策,建议针对肥料科学技术的发展形成稳定的政策支持和保障。