Search Advanced

Message Board

Dear readers, authors and reviewers,you can add a message on this page. We will reply to you as soon as possible!

2023 Volume 45 Issue 11
Article Contents
Previous Article Next Article

PENG Qiu, XU Weihong. Nano-Slow-Release Fertilizer Increase Quality and Nitrogen, Phosphorus and Potassium Nutrient Utilization Rate of Brassica juncea var. tumida Tsen et Lee[J]. Journal of Southwest University Natural Science Edition, 2023, 45(11): 31-41. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2023.11.004
Citation: PENG Qiu, XU Weihong. Nano-Slow-Release Fertilizer Increase Quality and Nitrogen, Phosphorus and Potassium Nutrient Utilization Rate of Brassica juncea var. tumida Tsen et Lee[J]. Journal of Southwest University Natural Science Edition, 2023, 45(11): 31-41. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2023.11.004
shu

Nano-Slow-Release Fertilizer Increase Quality and Nitrogen, Phosphorus and Potassium Nutrient Utilization Rate of Brassica juncea var. tumida Tsen et Lee

  • 1.

    College of Resources and Environmental Sciences, Southwest University, Chongqing 400715, China

  • 2.

    Fushun County Agricultural Products Quality and Safety Supervision Center, Zigong Sichuan 643000, China

More Information
  • Corresponding author: XU Weihong
  • Received Date: 09/11/2021
    Available Online: 20/11/2023

  • MSC: S145.6

  • Excessive application of fertilization and nitrogen fertilizer not only reduced the production and quality of Brassica juncea var. tumida Tsen et Lee, but also brought serious soil acidification and environmental pollution. According to the nutrient requirement of Brassica juncea var. tumida Tsen et Lee and the soil fertility, a new type of sustained release fertilizer combining biochemical sustained release (hydroquinone, N-butylphosphotriamine and dicyandiamide) and physical sustained release (nano zeolite) was developed. The rate and total amount of ammonia volatilization, and nitrogen release properties of special nano slow-release fertilizer (NBSRF) were studied. The pot culture test was conducted to study its effect on production and nitrogen, phosphorus and potassium utilization of Brassica juncea var. tumida Tsen et Lee. The results showed that nano slow-release fertilizer (NBSRF) reduced the rate and the total amount of ammonia volatilization. The total apparent ammonia volatilization of NBSRF was 41.20%, 26.59%, 23.57%, and 9.78% lower than that of commercial special fertilizer (MZF), common compound fertilizer (OCF), our special fertilizer (BCF) and slow-release fertilizer (BSRF), respectively. The release period of NBSRF was approximately 70 days, and the cumulative total nitrogen dissolution rate was 89.74%. During the culture period, the order of total nitrogen cumulative dissolution rate of different treatments was OCF, MZF, BCF, BSRF, NBSRF, MSRF. The stem biomass of nano-slow-release fertilizer (NBSRF) increased by 2.70% to 3.80% and 7.26% to 9.54% over common compound fertilizer (OCF) and commercial slow-release fertilizer (MSRF), respectively. Nitrogen utilization rate of NBSRF improved by 10.05% and 4.41% compared to OCF, respectively.

  • 加载中
  • [1] 杨丽丽. 涪陵地区水稻-榨菜轮作的养分管理研究[D]. 重庆: 西南大学, 2020.

    Google Scholar

    [2] 姚磊. 不同养分管理条件下榨菜-玉米轮作氮素去向研究[D]. 重庆: 西南大学, 2012.

    Google Scholar

    [3] 李忠意. 重庆涪陵榨菜种植区土壤酸化特征及其改良研究[D]. 重庆: 西南大学, 2012.

    Google Scholar

    [4] 黄芸, 徐莉, 肖崇刚, 等. 根肿菌侵染对茎瘤芥(榨菜)根系玉米素和吲哚乙酸含量的影响[J]. 中国蔬菜, 2014(2): 41-44.

    Google Scholar

    [5] 闫玉芳, 赵如娜, 陈文龙, 等. 茎瘤芥3种蚜虫的取食特性及适应性研究[J]. 西南大学学报(自然科学版), 2021, 43(8): 42-49. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2021.08.006

    CrossRef Google Scholar

    [6] 王菲, 王正银, 赵欢, 等. 缓释复合肥料对茎瘤芥产量、品质和养分含量的影响[J]. 中国蔬菜, 2012(20): 68-72. doi: 10.19928/j.cnki.1000-6346.2012.20.012

    CrossRef Google Scholar

    [7] 吴振宇, 周子军, 杨阳, 等. 新型缓释尿素的缓释特性及其在土壤中转化研究[J]. 中国农学通报, 2018, 34(6): 84-90.

    Google Scholar

    [8] 栗印环, 张秀兰, 秦雪, 等. 天然沸石对肥料的控释作用探究[J]. 非金属矿, 2013, 36(4): 53-55.

    Google Scholar

    [9] 李旭霞, 宋海星, 廖琼, 等. 纳米膨润土包膜氮肥对晚稻产量与氮素利用率的影响[J]. 中国农学通报, 2018, 34(11): 81-85.

    Google Scholar

    [10] CHEN J, FAN X L, ZHANG L D, et al. Research Progress in Lignin-based Slow/Controlled Release Fertilizer[J]. Chem Sus Chem, 2020, 13(17): 4356-4366.

    Google Scholar

    [11] 蔡璘, 丰慧, 贾环宇, 等. 纳米氧化镁促进番茄植株生长的机理[J]. 植物营养与肥料学报, 2020, 26(7): 1318-1327.

    Google Scholar

    [12] 孙德权, 陆新华, 胡玉林, 等. 纳米硅材料对植物生长发育影响的研究进展[J]. 热带作物学报, 2019, 40(11): 2300-2311.

    Google Scholar

    [13] 张夫道, 赵秉强, 张骏, 等. 纳米肥料研究进展与前景[J]. 植物营养与肥料学报, 2002, 8(2): 254-255.

    Google Scholar

    [14] 袁婷, 王正银, 谷守宽, 等. 低钾配施纳米氢氧化镁对白菜的营养效应研究[J]. 植物营养与肥料学报, 2017, 23(1): 254-261.

    Google Scholar

    [15] 陈序根. 白菜专用包膜缓释肥氮素释放特性及对白菜产量和品质的影响[D]. 重庆: 西南大学, 2017.

    Google Scholar

    [16] 白杨. 纳米SiO2-聚乙烯醇-γ-聚谷氨酸复合物包膜肥料研制及其养分缓释机理[D]. 沈阳: 沈阳农业大学, 2020.

    Google Scholar

    [17] 贾传秀. 聚氨酯基纳米复合材料包膜肥料的研制与性能研究[D]. 泰安: 山东农业大学, 2019.

    Google Scholar

    [18] 秦余丽, 熊仕娟, 徐卫红, 等. 不同镉浓度及pH条件下纳米沸石对土壤镉形态及大白菜镉吸收的影响[J]. 环境科学, 2016, 37(10): 4030-4043.

    Google Scholar

    [19] 朱婧, 白玉超, 王宗抗, 等. 稻壳炭和沸石对赤红壤和潮土磷有效性的影响[J]. 中国农学通报, 2020, 36(29): 93-99.

    Google Scholar

    [20] STANFORD G, SMITH S J. Nitrogen Mineralization Potentials of Soils[J]. Soil Science Society of America Journal, 1972, 36(3): 465-472.

    Google Scholar

    [21] 王朝辉, 刘学军, 巨晓棠, 等. 田间土壤氨挥发的原位测定——通气法[J]. 植物营养与肥料学报, 2002, 8(2): 205-209.

    Google Scholar

    [22] 鲍士旦. 土壤农化分析[M]. 3版. 北京: 中国农业出版社, 2000.

    Google Scholar

    [23] 肖强. 有机-无机复合材料胶结包膜型缓/控释肥料的研制及评价[D]. 北京: 中国农业科学院, 2007.

    Google Scholar

    [24] 侯朋福, 薛利祥, 俞映倞, 等. 缓控释肥侧深施对稻田氨挥发排放的控制效果[J]. 环境科学, 2017, 38(12): 5326-5332.

    Google Scholar

    [25] 宋涛, 尹俊慧, 胡兆平, 等. 脲酶/硝化抑制剂减少农田土壤氮素损失的作用特征[J]. 农业资源与环境学报, 2021, 38(4): 585-597.

    Google Scholar

    [26] SILVA A G B, SEQUEIRA C H, SERMARINI R A, et al. Urease Inhibitor NBPT on Ammonia Volatilization and Crop Productivity: a Meta-analysis[J]. Agronomy Journal, 2017, 109(1): 1-13.

    Google Scholar

    [27] 吴玥, 寇智瑞, 陈新平, 等. 氮肥供应对辣椒营养品质的影响及评价[J]. 西南大学学报(自然科学版), 2021, 43(1): 87-94.

    Google Scholar

    [28] 刘芳, 邹强, 王正银, 等. 缓释复合肥对蔬菜产量和品质的效应研究[J]. 磷肥与复肥, 2014, 29(6): 73-75.

    Google Scholar

    [29] 陈语, 翟泰雅, 王芳芳, 等. 氮肥对黄壤温室气体排放和玉米产量的影响[J]. 西南大学学报(自然科学版), 2022, 44(8): 37-47.

    Google Scholar

    [30] 冯爱青, 张民, 李成亮, 等. 控释氮肥对土壤酶活性与土壤养分利用的影响[J]. 水土保持学报, 2014, 28(3): 177-184.

    Google Scholar

    [31] 韩桂琪. 蔬菜专用缓释肥对辣椒、茄子产量与品质的影响[D]. 重庆: 西南大学, 2013.

    Google Scholar

  • 加载中
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

Figures(7)  /  Tables(3)

Export Citation
PDF
XML

Article Metrics

Article views(750) PDF downloads(395) Cited by(0)

Access History

Other Articles By Authors

Nano-Slow-Release Fertilizer Increase Quality and Nitrogen, Phosphorus and Potassium Nutrient Utilization Rate of Brassica juncea var. tumida Tsen et Lee

    Corresponding author: XU Weihong
  • Received Date: 09/11/2021
  • Available Online: 20/11/2023

Abstract: 

Excessive application of fertilization and nitrogen fertilizer not only reduced the production and quality of Brassica juncea var. tumida Tsen et Lee, but also brought serious soil acidification and environmental pollution. According to the nutrient requirement of Brassica juncea var. tumida Tsen et Lee and the soil fertility, a new type of sustained release fertilizer combining biochemical sustained release (hydroquinone, N-butylphosphotriamine and dicyandiamide) and physical sustained release (nano zeolite) was developed. The rate and total amount of ammonia volatilization, and nitrogen release properties of special nano slow-release fertilizer (NBSRF) were studied. The pot culture test was conducted to study its effect on production and nitrogen, phosphorus and potassium utilization of Brassica juncea var. tumida Tsen et Lee. The results showed that nano slow-release fertilizer (NBSRF) reduced the rate and the total amount of ammonia volatilization. The total apparent ammonia volatilization of NBSRF was 41.20%, 26.59%, 23.57%, and 9.78% lower than that of commercial special fertilizer (MZF), common compound fertilizer (OCF), our special fertilizer (BCF) and slow-release fertilizer (BSRF), respectively. The release period of NBSRF was approximately 70 days, and the cumulative total nitrogen dissolution rate was 89.74%. During the culture period, the order of total nitrogen cumulative dissolution rate of different treatments was OCF, MZF, BCF, BSRF, NBSRF, MSRF. The stem biomass of nano-slow-release fertilizer (NBSRF) increased by 2.70% to 3.80% and 7.26% to 9.54% over common compound fertilizer (OCF) and commercial slow-release fertilizer (MSRF), respectively. Nitrogen utilization rate of NBSRF improved by 10.05% and 4.41% compared to OCF, respectively.

    HTML

  • 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

  • 长江上游重庆涪陵地区是我国最大的茎瘤芥种植区，有上百年的茎瘤芥栽培历史，是当地冬季主要的栽培作物. 随着茎瘤芥产业的发展，重庆市涪陵榨菜产区在茎瘤芥栽培过程中存在着过量施肥、偏施氮肥的问题，不仅增加了茎瘤芥的生产成本，降低了茎瘤芥的产量和品质，也导致土壤酸化和环境污染等问题日趋严重[1-5]. 杨丽丽[1]对涪陵茎瘤芥核心种植区的调研发现，农户在茎瘤芥种植过程中氮肥、磷肥和钾肥的平均用量每667 m2分别为32.43 kg，7.33 kg和6.04 kg，该氮磷施肥水平大大超过了姚磊[2]提出的茎瘤芥推荐施肥量(每667 m2氮为20 kg，磷为6 kg，钾为10 kg). 李忠意[3]通过对涪陵区榨菜产区283个土壤样品分析发现，土壤pH值小于6.5的酸性土壤占调查总数的61.48%，而pH值小于5.5的强酸性土壤占调查总数的52.30%. 土壤酸化不仅使茎瘤芥减产，而且造成土传病害越来越严重[4].

    在众多肥料种类中，缓释肥因其养分释放规律与作物养分吸收特点相吻合，可提高肥料利用率及作物产量品质，且对环境友好，也被称为“环境友好型新型肥料”，是近年来肥料研究的热点[6]. 目前国内外的缓释肥主要有物理缓释(包膜、包裹)、化学缓释(化学反应)、生化缓释(抑制剂)3大类. 化学缓释、生化缓释一般成本很高且常常具有副作用；包膜、包裹的物理缓释肥具有成本低、来源广等特点，在农业生产上具有较好的应用前景[7]. 适合用于生产基质缓释肥的材料有沸石、膨润土、蛭石、木质素、淀粉和风化煤等[8-10].

    纳米缓释肥是利用纳米材料对养分进行包裹或者包膜，以降低养分释放速率的一类缓释肥料，属于物理缓释肥[11-16]. 近年来的研究发现一些黏土矿物当粒径减小到100 nm后其吸附性能会大大增强，利用该材料与肥料经过一定的加工工艺后制成纳米缓释肥，肥料养分释放速率会大大降低[10]. 李旭霞等[9]在水稻上的研究发现，利用纳米膨润土包膜尿素可以在产量不降低的同时氮肥利用率提高2.8%~20.6%. 纳米SiO2-聚乙烯醇-γ-聚谷氨酸复合物包膜肥料能将肥料养分在35 d的释放量从58.5%降低到48.3%，在油菜上的应用发现，纳米包膜肥料可以使油菜产量提高11.6%，氮肥利用率提高18.9%[16]. 虽然有大量的研究显示纳米肥料能促进植物生长，提高作物产量和品质，但也有报道显示纳米肥料可能会对作物生长产生不良的影响[17]. 这可能与纳米材料的种类、浓度有关，也可能与作物种类、品种和生长阶段有关，同时还受环境调节等诸多因素的影响[16-17].

    本研究的产品是生化缓释(氢醌、N-丁基硫代磷酰三胺和双氰胺)和物理缓释(纳米沸石)相结合的一种新型缓释肥[18-19]. 该新型缓释肥根据茎瘤芥的需肥规律和产区土壤肥力水平研发而成，采用“通气法”和“好气培养-间歇淋洗法”研究了该新型肥料的氨挥发速率、氨挥发总量及氮素释放特性，并结合土培试验研究了该新型肥料对茎瘤芥产量及营养效应的影响，以期为新型缓释肥的研发和应用提供理论依据.

1.   材料与方法

    1.1.   试验材料

  • 普通沸石购于巩义市蓝之润净水材料销售有限公司，粒径约为150 μm. 纳米沸石购于湖北申昙环保新材料有限公司，粒径为50~100 nm. 试验茎瘤芥(Brassica juncea var. tumida Tsen et Lee)品种为永安小叶和涪杂2号，为涪陵地区茎瘤芥的主栽品种，2018年9月5日播种，10月25日移栽，苗龄50 d.

    自制专用肥(BCF)，养分(氮-磷-钾)质量分数(%)：16-6-12. 根据茎瘤芥需肥规律和涪陵榨菜产区土壤肥力水平研发，氮素形态包括铵态氮、硝态氮和酰胺态氮，配方中添加了7%普通沸石. 自制缓释肥(BSRF)，养分(氮-磷-钾)质量分数(%)：16-6-12，在BCF配方基础上添加脲酶抑制剂(氢醌和N-丁基硫代磷酰三胺)和硝化抑制剂(双氰胺). 茎瘤芥专用纳米缓释肥(NBSRF)，养分(氮-磷-钾)质量分数(%)：16-6-12，养分配方与BSRF相同，添加脲酶抑制剂(氢醌和N-丁基硫代磷酰三胺)和硝化抑制剂(双氰胺)，配方中添加7%纳米沸石. 商品专用肥(MZF)，养分(氮-磷-钾)质量分数(%)：12-6-7；普通复合肥(OCF)，养分(氮-磷-钾)质量分数(%)：15-15-15；商品缓释肥(MSRF)，养分(氮-磷-钾)质量分数(%)：22-8-12，为重庆涪陵地区茎瘤芥种植过程中普遍使用的肥料，购于当地农资公司.

    供试土壤采自西南大学紫色土基地，土壤pH值为7.29，有机质10.32 g/kg，全氮0.63 g/kg，碱解氮56.16 mg/kg，有效磷20.93 mg/kg，速效钾98.28 mg/kg.

    • 1.2.   试验设计

    1.2.1.   氮素释放特性研究

  • 共设7个处理，分别为不施肥(CK)、商品专用肥(MZF)、普通复合肥(OCF)、商品缓释肥(MSRF)、自制专用肥(BCF)、自制缓释肥(BSRF)和茎瘤芥专用纳米缓释肥(NBSRF)，每个处理3次重复，除CK外，每个处理的施氮水平为3 000 mg/kg. 采用stanford等[20]建立的“好气培养-间歇淋洗法”，在底部有小孔(直径0.5 cm)的特制玻璃管底部放入160目尼龙滤网封住底口，并在其上垫3 cm厚石英砂，称取过2 mm筛的风干土样20.0 g，肥料0.4~0.6 g(每1 g土加3 mg氮，共60 mg氮)和石英砂20 g，加少量0.01 mol/L的CaCl2溶液，混匀，使其呈松散状态并装入培养管，上面覆盖石英砂厚2 cm，以防止加水时扰乱土层. 用有小孔的聚乙烯薄膜封闭玻璃管上口，放入35℃的恒温培养箱中连续培养. 从培养之日起在第1，3，7，14，21，28，42，56和70 d，加入100 mL 0.01 mol/L的CaCl2溶液淋洗，并测定淋洗液中的铵态氮和硝态氮含量.

    • 1.2.2.   氨挥发特性研究

  • 共设7个处理，同1.2.1，每个处理3次重复，除CK外，每个处理的施氮水平均为500 mg/kg. 在每个塑料桶中加入过2 mm筛的风干土样500 g土壤，并按照1 kg土壤加入500 mg氮的标准加入肥料. 将肥料与土壤混合均匀后加入80 mL纯水，使土壤含水量达到田间持水量的80%. 本试验采用王朝辉等[21]建立的“通气法”氨挥发吸收装置，在下层海绵中加入15 mL磷酸甘油溶液使海绵润湿，将海绵放入装置内部距土壤5 cm处；在上层海绵中加入15 mL磷酸甘油溶液使海绵润湿，将海绵放于桶顶部，与桶顶相平. 将装置放于恒温培养箱中培养，温度设置为25℃. 试验前10 d每天取样1次，11~20 d每2 d取样1次，21~29 d每3 d取样1次，30~50 d每7 d取样1次，之后每15 d取样1次，第80 d截止.

    • 1.2.3.   盆栽试验

  • 盆栽试验于2018年10月25日至2019年2月14日在西南大学1号玻璃温室进行，共设6个处理，分别为不施肥(CK)、普通复合肥(OCF)、商品缓释肥(MSRF)、自制专用肥(BCF)、自制缓释肥(BSRF)和茎瘤芥专用纳米缓释肥(NBSRF). 每盆定植3株，每个处理重复3次，随机排列. 采用不漏底的塑料盆(直径30 cm，高25 cm)，每盆装5 kg研磨过2 mm筛的土. 除CK外，其余5个处理按照每1 kg土壤施入氮(N)198 mg，五氧化二磷(P2O5)110 mg和氧化钾(K2O)165 mg. 采用分析纯的尿素、过磷酸钙和硫酸钾平衡各处理的养分含量. 普通复合肥(OCF)和自制专用肥(BCF)分3次施肥，即移栽前施基肥、移栽30 d后第1次追肥和移栽60 d后第2次追肥. 50%氮肥作为基肥施入，剩余50%氮肥分两次等量进行追肥，各处理补充的磷肥和钾肥作为基肥一次性施入. 商品缓释肥(MSRF)、自制缓释肥(BSRF)和茎瘤芥专用纳米缓释肥(NBSRF)采用基肥一次性施入. 种植期间，采用质量差法调节土壤水分，使土壤含水量达到田间持水量的60%.

    • 1.3.   测定方法及计算方式

  • 土壤基本理化性状采用常规方法测定[22]，普通沸石和纳米沸石粒径采用SEM扫描电镜(FlexSEM1000，Hitachi)检测，硝态氮采用紫外分光光度法测定，铵态氮采用靛酚蓝比色法测定[22].

    氨挥发速率(Avr)为单位时间内单位土壤上的氨挥发量，用mg/(kg·d)表示；氨挥发总量(Ava)为单位土壤中氨挥发总量的毫克数，用mg/kg表示[20]. 计算公式为

    式中，K为每次测得的氨量(mg/kg)，D为每次连续捕获的时间(d)；D总氮为总氮累积溶出量(mg)，D铵态氮为铵态氮累积溶出量(mg)，D硝态氮为硝态氮累积溶出量(mg)；DR总氮为总氮累积溶出率(%)；D'总氮为瞬时总氮溶出量(mg)，D'铵态氮为瞬时铵态氮溶出量(mg)，D'硝态氮为瞬时硝态氮溶出量(mg)；DR'总氮为总氮瞬时溶出率(%). 为了降低土壤养分溶出对试验造成影响，各施肥处理值均为原始值减去不施肥处理(CK)值后所得数据[23].

    • 1.4.   数据处理

  • 采用SPSS 19.0和Microsoft Excel 2013等对数据进行分析和处理.

2.   结果与分析

    2.1.   铵态氮累积溶出量

  • 各处理铵态氮累积溶出量如图 1，所有处理溶出增长速度均表现为前期大于后期. 第70 d时NBSRF的铵态氮溶出总量(2 014.04 mg/kg)低于MZF，OCF和MSRF，降低了216.48~813.58 mg/kg，降幅为11.49%~28.77%，但高于BCF和BSRF，分别增加了84.18和89.34 mg/kg，增幅为4.36%和4.64%. NBSRF前期的铵态氮累积溶出量低于BCF和BSRF，但后期高于BCF和BSRF.

    • 2.2.   硝态氮累积溶出量

  • 图 2中，各处理间硝态氮累积溶出量(第70 d)由大到小依次为BSRF，BCF，NBSRF，OCF，MSRF，MZF. NBSRF的硝态氮累计溶出量高于MZF，MSRF和OCF，分别增加了668.84，587.93和5.51 mg/kg，但低于BCF和BSRF，分别降低了18.87和80.07 mg/kg.

    • 2.3.   总氮累积溶出量

  • 图 3中，各处理的总氮累积溶出量变化趋势相同，均表现为前期增长快，后期增长慢. 各处理间的总氮累积溶出量(第21 d)由大到小依次为OCF，MZF，BCF，BSRF，NBSRF，MSRF. 非缓释肥(MZF，OCF和BCF)的总氮溶出主要在培养前14 d，缓释肥(MSRF，BSRF和NBSRF)总氮溶出速率较慢，氮素溶出时间延长.

    • 2.4.   总氮累积溶出率

  • 总氮累积溶出率能动态反应氮素在土壤中的溶出情况. 图 4中，各处理间总氮累积溶出率(第21 d)由大到小依次为OCF，MZF，BCF，BSRF，NBSRF，MSRF. 培养过程中NBSRF的溶出率比MZF降低了4.82%~37.49%，比OCF降低了8.53%~44.56%，比BCF降低了2.18%~38.89%，比BSRF降低了0.31%~10.42%. 第70 d，NBSRF的总氮累积溶出率为89.74%.

    • 2.5.   总氮瞬时溶出率

  • 总氮瞬时溶出率是每次淋溶中溶出总氮与施氮总量的百分率，能较好地反应氮肥每次的溶出情况，是对总氮累积溶出量增速的反应. 图 5中，NBSRF在培养前期总氮瞬时溶出率显著低于MZF，OCF和BCF，但培养后期高于MZF，OCF和BCF. 在1~3 d内NBSRF总氮瞬时溶出率比BSRF低4.64%~5.79%；从第7 d开始NBSRF总氮瞬时溶出率高于BSRF，比BSRF增加了0.83%~1.93%. 结果表明与普通肥料相比，NBSRF具有前期养分溶出慢、溶出时间长的特点，NBSRF的缓释效果优于BSRF.

    • 2.6.   氨挥发速率

  • 图 6中，各处理的氨挥发速率在培养开始后快速增加，在培养的第5~10 d达到峰值，随后逐渐降低，在25 d以后稳定在一个较低水平. 培养前期NBSRF的氨挥发速率低于MZF，OCF，BCF和BSRF，但高于MSRF. NBSRF的氨挥发速率峰值为5.02mg/(kg·d)，比MZF，OCF，BCF和BSRF降低了48.77%，29.79%，20.99%和8.11%.

    • 2.7.   氨挥发总量

  • 各处理的氨挥发总量随培养时间的延长而增加，在培养的前20 d增长迅速，20 d以后增长缓慢(图 7). 各施肥处理中，NBSRF的氨挥发总量低于MZF，OCF，BCF和BSRF，分别降低了41.20%，26.59%，23.57%和9.78%.

    • 2.8.   茎瘤芥生物量

  • 表 1中，永安小叶各处理间的生物总量由大到小依次为BSRF，BCF，NBSRF，MSRF，OCF，CK. 永安小叶各处理间的茎(可食部位)生物量由大到小依次为BSRF，BCF，NBSRF，OCF，MSRF，CK. NBSRF的茎生物量分别比OCF和MSRF增加了3.80%和7.26%.

    涪杂2号各处理间的生物总量由大到小依次为BSRF，BCF，NBSRF，OCF，MSRF，CK. 涪杂2号各处理间的茎生物量(可食部位)由大到小依次为BSRF，BCF，NBSRF，OCF，MSRF，CK. NBSRF的茎生物量分别比OCF和MSRF增加了2.70%和9.54%.

    • 2.9.   茎瘤芥各器官氮、磷、钾质量分数

  • 表 2中，茎瘤芥各器官氮质量分数中叶与茎大致相同，均大于根；磷质量分数由大到小依次为茎、根、叶；钾质量分数由大到小依次为茎、叶、根. 永安小叶NBSRF的叶全氮质量分数最高，比其他施肥处理增加了6.43%~13.28%. 永安小叶NBSRF的茎全氮质量分数高于OCF，MSRF和BCF，增幅分别为6.31%，13.35%和9.59%，但低于BSRF，降幅为1.35%. 永安小叶NBSRF的根全氮质量分数高于BCF和BSRF，分别增加了23.91%和15.35%，但低于OCF和MSRF，分别降低了13.09%和5.13%.

    涪杂2号根和叶的全氮质量分数均以NBSRF最高，比其他施肥处理增加10.60%~34.24%和2.88%~20.72%. 涪杂2号NBSRF茎的全氮质量分数高于OCF，MSRF和BSRF，增幅分别为12.00%，3.85%和8.10%，但低于BCF，比BCF降低1.43%.

    • 2.10.   茎瘤芥氮、磷、钾吸收量

  • 表 3显示，永安小叶各处理中NBSRF的氮吸收量小于BSRF，但高于OCF，MSRF和BCF，分别增加了11.60%，12.41%和9.21%. 永安小叶NBSRF的钾吸收量高于OCF和MSRF，分别增加了2.91%和3.04%.

    涪杂2号以BSRF处理对氮的吸收量最大，比其他施肥处理增加2.11%~17.30%. 涪杂2号NBSRF的氮吸收量高于OCF，MSRF和BCF，分别增加了5.39%，14.87%和3.85%.

    • 2.11.   茎瘤芥氮、磷、钾表观利用率

  • 表 3显示，永安小叶对养分的吸收和表观利用率大于涪杂2号，说明永安小叶对养分的吸收能力大于涪杂2号. 在永安小叶和涪杂2号中，氮肥表观利用率由大到小依次为BSRF，NBSRF，BCF，OCF，MSRF. 在永安小叶中，与OCF相比，NBSRF的氮表观利用率提高了10.05%；与BCF相比，NBSRF的氮表观利用率提高了8.16%. 在涪杂2号中，与OCF相比，NBSRF的氮表观利用率提高了4.41%；与BCF相比，NBSRF的氮表观利用率提高了3.20%. 在涪杂2号中，磷的表观利用率由大到小依次为OCF，BSRF，BCF，MSRF，NBSRF. 本研究中，大部分处理的K2O利用率大于100%，这可能是因为茎瘤芥属于喜钾作物，对钾肥的需求量较大，除吸收了肥料提供的钾外还可能吸收了土壤中的钾，因此，在未来的茎瘤芥配方肥研究中，需根据耕地养分状况和茎瘤芥钾营养需求，提高茎瘤芥专用肥中钾的质量分数，以满足茎瘤芥的养分需求，提高土壤肥力水平.

3.   讨论

  • 纳米材料应用到肥料中能较好地实现肥料中氮素缓释的效果[16]. 孙德权等[12]将尿素以溶液的方式装载到纳米二氧化硅的孔道中，利用1-癸硫醇对尿素进行堵塞，能实现对尿素的“封控”效果. 本研究利用纳米沸石结合脲酶/硝化抑制剂研制出茎瘤芥专用纳米缓释肥(NBSRF)，NBSRF的总氮累积溶出率比MZF降低了4.82%~37.69%，比OCF降低了8.53%~44.56%，NBSRF表现出较好的缓释效果，但其缓释效果低于商品缓释肥(MSRF).

    氨挥发损失是氮肥损失的重要途径，约占到农田施氮量的9%~40%，氨挥发损失不仅会造成肥料利用率低，资源浪费，也会带来大气污染和水体富营养化等环境问题[24-25]. 与普通肥料相比，缓释肥具有降低肥料氨挥发的作用[23]. 如Silva等[26]研究发现脲酶抑制剂(nBPT)能降低尿素水解速度，与尿素相比，尿素+nBPT能降低氨挥发损失的52%. 本研究中，茎瘤芥专用纳米缓释肥(NBSRF)、自制缓释肥(BSRF)和商品缓释肥(MSRF)的氨挥发速率和氨挥发总量均低于茎瘤芥商品专用肥(MZF)、普通复合肥(OCF)和自制专用肥(BCF)，表明与普通肥料相比，缓释肥能降低肥料的氨挥发速率和氨挥发总量. 氨挥发峰值主要在施肥后5~10 d出现，缓释肥的氨挥发峰值低于普通肥料，缓释肥的氨挥发峰值比普通肥料延迟1~3 d，缓释肥的氨挥发总量均低于普通肥料.

    施肥是提高茎瘤芥产量和品质的重要方式之一[27]. 缓释肥作为一种新型肥料，具有养分含量高、养分释放慢和养分利用率高等特点，在提高作物产量和改善品质方面比普通复合肥更具优势[28-29]. 王菲等[6]在茎瘤芥上的研究发现，缓释复合肥与茎瘤芥专用肥相比，在相同养分投入的情况下能显著增加茎瘤芥的产量，改善品质，同时还能减少劳动强度. 在永安小叶和涪杂2号中，NBSRF的茎生物量高于OCF和MSRF，增幅分别为2.70%~3.80%和7.26%~9.54%. 茎生物量涪杂2号大于永安小叶. 冯爱青等[30]在水稻上的研究发现，在等氮养分的投入下，缓释尿素的氮肥利用率比普通尿素的氮肥利用率提高了40.42%. 韩桂琪[31]在茄子上的研究发现，缓释肥的氮肥利用率和钾肥利用率比普通复合肥提高了44.90%~52.83%和47.99%~63.27%. 本研究中，茎瘤芥专用纳米缓释肥(NBSRF)的氮肥表观利用率均高于普通复合肥(OCF)和自制专用肥(BCF)，表明缓释肥能增加茎瘤芥对氮肥的吸收，有利于提高氮肥的表观利用率.

4.   结论

  • 茎瘤芥专用纳米缓释肥(NBSRF)具有较好的缓释性能，缓释期大约为70 d，总氮累积溶出率为89.74%. 相同溶出时间，NBSRF的总氮累积溶出率低于商品专用肥(MZF)，普通复合肥(OCF). 与MZF，OCF，BCF和BSRF相比，NBSRF的氨挥发峰值延迟1~3 d，氨挥发量降低9.78%~41.20%. NBSRF新型肥料在一定程度上提高了茎瘤芥的产量(茎生物量)和氮肥表观利用率，NBSRF处理下的茎生物量涪杂2号大于永安小叶.

Figure (7)  Table (3) Reference (31)

Catalog

    Copyright Journal of Southwest University Natural Science Edition

    Address： Tel：023-68254576, 68252540, 68366165,68366917 E-mail：lkxb@swu.edu.cn

    Supported by:Beijing Renhe Information Technology Co. Ltd

    /

    DownLoad:  Full-Size Img  PowerPoint
    Return
    Return