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重,不僅造成了直接的經(jīng)濟損失,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,我國氮肥的損失大約有45％,有些地區(qū)甚至達到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題之一。緩／控釋肥料是通過一定的物理方法將化

2、肥用特定的材料進行包被,實現(xiàn)農(nóng)作物生育期或一個生長周期一次底施肥,使其在施用后,可以按照作物不同生長時期的需求逐步發(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,保護環(huán)境的目的。目前國內(nèi)外緩／控釋肥包膜材料以合成有機高分子聚合物所占比例最大,其特點是包膜厚度可控、對土壤條件不十分敏感,養(yǎng)份擴散速率可由聚合物的化學(xué)性質(zhì)控制,因而可實現(xiàn)對養(yǎng)分的控釋。然而由于該類包膜材料價格高,且大多數(shù)在土壤中

3、分解緩慢而帶來環(huán)境污染。并且有機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。在我國農(nóng)作物種植過程中,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、膨潤土、輕質(zhì)碳酸鎂為主),以不同添加比例對尿素進行分層包裹,制成變性淀粉包裹型緩釋尿素(FCU),通過模擬試驗和田間試驗,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、過量水分條件下的生物學(xué)效應(yīng)及對氮素吸收的影響,并且通過相關(guān)性分析明確了與其相適合的評價方法；采用田間小區(qū)方法研究了其對冬小麥、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)分釋放曲線與樹脂類包膜尿

5、素差別很大,這說明包膜材料影響包膜肥養(yǎng)分釋放。并且,與樹脂類包膜材料相比較,淀粉的水穩(wěn)性較差,因此,不宜采用水浸法對其養(yǎng)分釋放特性進行評價。⑵玉米曲期的盆栽試驗結(jié)果中,在適宜和過量水分條件下,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,促進了玉米的葉片葉綠素SPAD值增加,促進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?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并且通過用土柱淋溶法和盆栽方法對變性淀粉包裹型尿素的氮素釋放速率測定結(jié)果進行相關(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、溶法與盆栽試驗的條件基本一致,并且該方法測定的結(jié)果與玉米苗期盆栽的結(jié)果趨勢基本吻合,因此土柱淋溶法可用于評價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％。提高了冬小麥收獲期的干物重和經(jīng)濟系數(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。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,符合緩釋肥養(yǎng)分釋放的特點。促進了植株對氮素、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對應(yīng)的土壤硝態(tài)氮含量均顯著低于Lrea。促進了植株對氮素、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,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題,在作物關(guān)鍵生育期需要大量養(yǎng)分時,能保持快速平穩(wěn)釋放,從而滿足作物后期對養(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／