變性淀粉包裹型尿素氮素釋放特性及生物學(xué)效應(yīng)研究.pdf

1、化肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位,是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最大的物質(zhì)投資,約占其全部生產(chǎn)性支出的50％。目前我國(guó)化肥的當(dāng)季利用率較低:氮為30％-35％,磷為10％-20％,鉀為30％-35％。其中氮的損失特別嚴(yán)重,不僅造成了直接的經(jīng)濟(jì)損失,而且部分地區(qū)因施肥不當(dāng)已引起環(huán)境污染。據(jù)研究統(tǒng)計(jì),我國(guó)氮肥的損失大約有45％,有些地區(qū)甚至達(dá)到80-90％。如何充分發(fā)揮化肥的作用,是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展需要解決的最突出的問(wèn)題之一。緩／控釋肥料是通過(guò)一定的物理方法將化

2、肥用特定的材料進(jìn)行包被,實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物生育期或一個(gè)生長(zhǎng)周期一次底施肥,使其在施用后,可以按照作物不同生長(zhǎng)時(shí)期的需求逐步發(fā)揮肥效,使肥料養(yǎng)分釋放與作物需肥相協(xié)調(diào),從而達(dá)到農(nóng)作物增產(chǎn),提高品質(zhì),減少肥料損失和環(huán)境污染,保護(hù)環(huán)境的目的。目前國(guó)內(nèi)外緩／控釋肥包膜材料以合成有機(jī)高分子聚合物所占比例最大,其特點(diǎn)是包膜厚度可控、對(duì)土壤條件不十分敏感,養(yǎng)份擴(kuò)散速率可由聚合物的化學(xué)性質(zhì)控制,因而可實(shí)現(xiàn)對(duì)養(yǎng)分的控釋。然而由于該類包膜材料價(jià)格高,且大多數(shù)在土壤中

3、分解緩慢而帶來(lái)環(huán)境污染。并且有機(jī)高分子聚合物包膜肥料其養(yǎng)分釋放受土壤水分的影響很大,在缺水季節(jié)其養(yǎng)分釋放不能滿足作物需要。在我國(guó)農(nóng)作物種植過(guò)程中,尿素是常用的肥料,本研究采用接技共聚法制取的變性淀粉制作成緩釋劑(以玉米粉、膨潤(rùn)土、輕質(zhì)碳酸鎂為主),以不同添加比例對(duì)尿素進(jìn)行分層包裹,制成變性淀粉包裹型緩釋尿素(FCU),通過(guò)模擬試驗(yàn)和田間試驗(yàn),研究變性淀粉包裹型尿素的氮素釋放特性及生物學(xué)效應(yīng),旨在為冬小麥和夏玉米的養(yǎng)分管理和緩釋肥施用技術(shù)

4、提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。
　　 本研究通過(guò)水浸法、土壤淋溶法研究了其氮素釋放特性；采用盆栽方法,研究了其在土壤干旱脅迫、適宜、過(guò)量水分條件下的生物學(xué)效應(yīng)及對(duì)氮素吸收的影響,并且通過(guò)相關(guān)性分析明確了與其相適合的評(píng)價(jià)方法；采用田間小區(qū)方法研究了其對(duì)冬小麥、夏玉米產(chǎn)量及氮素農(nóng)學(xué)效率的影響。主要研究結(jié)果如下：⑴變性淀粉包裹型尿素在水浸法和土壤淋溶法中,其養(yǎng)分釋放速率明顯小于普通尿素,具有一定的緩釋性能。但是,其養(yǎng)分釋放曲線與樹(shù)脂類包膜尿

5、素差別很大,這說(shuō)明包膜材料影響包膜肥養(yǎng)分釋放。并且,與樹(shù)脂類包膜材料相比較,淀粉的水穩(wěn)性較差,因此,不宜采用水浸法對(duì)其養(yǎng)分釋放特性進(jìn)行評(píng)價(jià)。⑵玉米曲期的盆栽試驗(yàn)結(jié)果中,在適宜和過(guò)量水分條件下,與普通尿素相比,變性淀粉包裹型尿素表現(xiàn)出了良好的緩釋性能,促進(jìn)了玉米的葉片葉綠素SPAD值增加,促進(jìn)了玉米干物重和吸氮量的增加,提高了土壤硝態(tài)氮含量。在干旱脅迫條件下,與樹(shù)脂包膜尿素相比,變性淀粉包裹型尿素表現(xiàn)出了良好的抗旱緩釋效果?？梢?jiàn),FCU既

6、具有較好的緩釋效果又具有一定的抗旱保水特性,在干旱和半干旱農(nóng)業(yè)區(qū)域具有廣泛的適用性。⑶并且通過(guò)用土柱淋溶法和盆栽方法對(duì)變性淀粉包裹型尿素的氮素釋放速率測(cè)定結(jié)果進(jìn)行相關(guān)分析,兩種方法具有極顯著的相關(guān)性。比如在干旱脅迫條件下,N1水平:Y盆栽=13.481Y土柱-787.98,R2=0.9926:N2水平:Y盆栽=14.151Y土柱-802.6,R2=0.9872。(Y盆栽為氮素累積吸收量,mg／pot,Y土拄為氮素累積釋放率,％)。土柱淋

7、溶法與盆栽試驗(yàn)的條件基本一致,并且該方法測(cè)定的結(jié)果與玉米苗期盆栽的結(jié)果趨勢(shì)基本吻合,因此土柱淋溶法可用于評(píng)價(jià)包膜肥料的釋放特征。采用土柱淋溶法與盆栽生物學(xué)方法相結(jié)合更能反映緩釋肥的實(shí)際緩釋特性。⑷在冬小麥上應(yīng)用,變性淀粉包裹型尿素能夠增加返青劃冬小麥的有效分蘗數(shù),提高冬小麥的干物重和根系活力,與Urea相比,N150處理,FCU1和FCU2根系活力提高了7.40％和16.66％,N250處理,提高幅度分別為4.90％和16.29％。在冬

8、小麥的抽穗期,提高了旗葉葉片水分利用率,N150和N250處理,增加幅度分別為13.72％-25.17％和8.63％-16.91％。提高了冬小麥?zhǔn)斋@期的干物重和經(jīng)濟(jì)系數(shù),提高了冬小麥的籽粒產(chǎn)量。2008-2009年,N150和N250處理,產(chǎn)量增加了0.67％-25.51％和14.7％-16.5％。2009-2010年,N150處理,FCU1增產(chǎn)1.94％;N250處理,FCU1和FCU2增產(chǎn)幅度分別為2.81％和0.28％。提高了冬小

9、麥返青期0-40cm土層土壤中硝態(tài)氮的含量,有利于植株后期生長(zhǎng)。并且,在收獲期能夠保持0-40cm土層中較高的硝態(tài)氮的含量,而在40-100cm土層其硝態(tài)氮含量較低。這既保證了土壤能夠充分供肥,又減少了氮素淋溶損失的風(fēng)險(xiǎn),符合緩釋肥養(yǎng)分釋放的特點(diǎn)。促進(jìn)了植株對(duì)氮素、磷素、鉀素的吸收,提高了肥料的氮素利用率。2008-2009年,N150和N250處理,氮肥利用率提高了25.48％-33.05％和5.42％-22.22％。2009-201

10、0年,N150和N250處理,氮肥利用率提高了10.57％-16.32％和1.19％-7.68％。⑸在夏玉米上應(yīng)用,N150處理,提高了收獲期植株干物重；N250處理,提高了夏玉米的經(jīng)濟(jì)系數(shù)。N150處理,FCU2產(chǎn)量增加0.16％；N250處理,FCU1和FCU2的產(chǎn)量增幅分別為10.76％和7.72％。收獲期,N150處理,0-20cm土層,FCU1和FCU2硝態(tài)氮含量均較高。20-40cm、40-70cm、70-100cm土層,F

11、CU1和FCU2對(duì)應(yīng)的土層硝態(tài)氮含量均顯著均較低；N250處理,0-20cm土層,以FCU2對(duì)應(yīng)的土壤硝態(tài)氮含量為最大。20-40cm土層,FCU1和FCU2土壤硝態(tài)氮含量均高于Urea。40-70cm土層和70-100cm土層,FCU1和FCU2對(duì)應(yīng)的土壤硝態(tài)氮含量均顯著低于Lrea。促進(jìn)了植株對(duì)氮素、磷素、鉀素的吸收,提高了肥料的氮素利用率。N150處理,FCU2氮肥利用率提高了12.46％；N250處理,FCU1和FCU2對(duì)應(yīng)的氮

12、肥利用率增幅分別為18.03％,7.23％。變性淀粉包裹型尿素在土壤中養(yǎng)分的釋放較尿素平穩(wěn),且釋放期長(zhǎng),在前期能有效控制養(yǎng)分的釋放,避免前期因作物吸收少造成養(yǎng)分的損失,從而解決了常規(guī)施用普通尿素仍需追肥問(wèn)題,在作物關(guān)鍵生育期需要大量養(yǎng)分時(shí),能保持快速平穩(wěn)釋放,從而滿足作物后期對(duì)養(yǎng)分的需求狀況,保證作物獲得較高產(chǎn)量。但是變性淀粉包裹型尿素在150 kg N／hm2和250 kg N／hm2水平下,其產(chǎn)量差異不顯著,并且在250 kg N／