0 引言
【研究意义】小麦是我国三大粮食作物之一,其中又以冬小麦的种植面积最大。当前冬小麦生产上存在两大矛盾:一,普通尿素一次性底施省时省工与冬小麦产量低和氮肥投入高的矛盾;二,普通氮素分次施用冬小麦产量高和氮肥投入少与当前农村劳动力短缺间的矛盾。解决这两大矛盾,就迫切需要肥料投入和劳动力投入“双节约”的冬小麦一次性施肥技术。包膜控释技术可使包膜内的速效养分释放可控,基本能够实现包膜肥中的养分供应与作物对养分的需求同步,实现动态平衡[1]。因而,包膜控释氮肥就成了冬小麦一次性施肥技术首选的氮素产品。包膜控释氮肥氮素释放速率受土壤含水量的影响很大,在低含水量时,氮素难以释放,疏水材料包膜尿素尤甚,而近年来在中国主要麦区冬、春季干旱已成常态[2,3],因此,迫切需要一种能够在低土壤含水量条件下不影响氮素释放的包膜控释尿素。水性树脂具有较好的亲水性,也有一定的吸水性,水性树脂包膜尿素能够在低土壤含水量条件实现氮素释放,且能够较好地协调水肥之间的关系[4],发挥水肥之间的交互作用[5,6]。因此,研发适用于冬小麦的水性树脂包膜尿素对推动冬小麦一次性施肥技术的推广应用,实现节肥增效具有重大的现实意义。【前人研究进展】目前,水性树脂包膜缓/控释肥的研究主要集中在:水性树脂包膜材料的选择、制备及其包膜工艺对包膜尿素缓释性能的影响[7,8,9,10,11,12,13],养分释放特征及其影响因素[14,15]与氮素释放特征数学模型模拟[16,17,18],肥效期的快速检测方法[19]。部分****还研究了高吸水性树脂包膜尿素的膜结构特性与养分释放特性[20,21,22]。【本研究切入点】水性树脂包膜缓/控释肥的研究尚处于理论和模拟研究阶段,而在应用层面研究较少,特别是水性树脂包膜尿素在大田土壤中的氮素释放与冬小麦养分吸收之间的匹配性研究相对较少。【拟解决的关键问题】基于黄淮海平原冬小麦氮素吸收规律设计制备的水性树脂包膜尿素,研究其在一次性施用条件下氮素释放与冬小麦氮素吸收的时空匹配特征,以期为水性树脂包膜尿素在冬小麦一次性施肥上的应用提供理论依据。1 材料与方法
1.1 供试材料
供试作物:冬小麦,品种为济麦22,播种期为每年的10月12号,试验从2013年10至2016年10月,共进行了3年,播种量为180 kg·hm2,行间距为25 cm。供试肥料:普通大颗粒尿素(含氮量≥46%);水性树脂包膜尿素A(含氮量≥43%,包膜率为4%)、水性树脂包膜尿素B(含氮量≥43%,包膜率为4%)、水性树脂包膜尿素C(含氮量≥43%,包膜率为4%),均为自制;磷肥为重过磷酸钙(P2O5,46%),钾肥为氯化钾(K2O,60%)。磷、钾肥均做底肥施用,于播种前一次性均匀撒施,旋耕,使肥料在耕层内均匀分布,氮肥沟施埋袋。
供试土壤:本试验于山东省桓台县中国农大桓台试验站进行,多年平均降水量为544 mm,冬小麦生育期多年平均降水量约120 mm。供试土壤类型为黏质潮褐土,耕层(0—20 cm)土壤的pH为7.9,有机质为11.10 g·kg-1,碱解氮为53.9 mg·kg-1,速效磷为25.90 mg·kg-1,速效钾为197.00 mg·kg-1。
1.2 试验设计
1.2.1 水性树脂包膜尿素的制备 先将耐水性树脂溶解在丙烯酸单体内,再将上述溶液加入到含改性纤维素的水凝胶中,再加入乳化剂、交联剂、引发剂后高速剪切乳化,获得均一的乳液即为水性树脂包膜乳液,将包膜乳液在转鼓包膜机内均匀喷涂在大颗粒尿素的表面,经流化床干燥后固化成膜,即获得水性树脂包膜尿素,通过改变疏水树脂与丙烯酸单体的比例,获得A、B两种水性树脂包膜尿素,疏水树脂比例,B大于A。C由2/3A和1/3B组成。C型成本介于A、B型之间,较普通尿素每吨需增加500元左右的生产成本。1.2.2 3种水性树脂包膜尿素静水释放特征 采用缓释肥料国家标准(GB/T 23348—2009)中的水浸泡法,称取3种水性树脂包膜尿素各10.00 g,放入100目尼龙网袋做成的小袋中,封口后将小袋放入250 mL塑料瓶中,加入200 mL 蒸馏水,加盖密封,置于25℃的生化恒温培养箱中,取样时间为24 h,3、5、7、10、14、28、42、56、84和112 d。每个取样时间点测定水中的尿素含量,然后绘制不同取样时间点的尿素释放曲线。
1.2.3 水性树脂包膜尿素田间氮素释放特征 试验设不施氮肥(CK)、普通尿素(U)和水性树脂包膜尿素(选择C型,缩写为WRCU)3个处理。普通尿素和水性树脂包膜尿素处理施氮量为210 kg·hm-2,各处理磷、钾肥用量一致(P2O5 120 kg·hm-2,K2O 90 kg·hm-2)。试验设3次重复,随机区组排列,小区面积50 m2,水性树脂包膜尿素处理设取样区和埋袋区,埋袋区设在冬小麦种植行之间。方法是,将供试水性树脂包膜尿素过孔径2.0 mm和5.0 mm网筛,称取过筛后大于2.0 mm、小于5.0 mm的水性树脂包膜尿素10.0 g,装入长12 cm、宽8 cm已制作好的100目尼龙网袋中,塑封机封口。每个重复称50袋,分3行埋入深15 cm、宽12 cm的沟中,整平沟底,将网袋平铺在沟底,并使网袋中的肥料颗粒均匀散开,覆土至沟平,并压实。网袋上挂塑料牌,塑料牌露在土外,便于取样时准确找到肥料网袋。
1.3 样品采集
施肥后,在冬小麦苗期、返青期、拔节期、孕穗期、扬花期、灌浆期、收获期,分别采集植株地上部分,并取出网袋。所取植株在105℃恒温下杀青20 min,再在80℃恒温下烘干至恒重,粉碎,测定植株氮含量。取网袋样时,在埋袋区采用对角线法,每个小区取5袋,尽量避免肥料的机械损伤;土壤取样时,在行距中间钻取0—30 cm、30—60 cm、60—90 cm土层,制备土壤样品,每个小区取3钻混合成一个样品。1.4 测试项目及方法
膜表面形貌特征分析采用扫描电镜(SEM)观察,水性树脂包膜尿素在水中、土中的氮素释放率采用对二甲氨基苯甲醛比色法;植株总氮含量测定采用凯氏定氮法;土壤硝态氮、铵态氮含量测定采用流动注射分析仪测定。1.5 数据处理
数据采用Microsoft Excel处理,数据统计分析采用SAS(ASA-Institute-Inc., 1999)统计分析软件。2 结果
2.1 水性树脂包膜尿素在静水中的氮素释放特征
由图1可以看出,水性树脂包膜尿素在25℃水中氮素释放曲线,A型呈倒“L”型,B型、C型均接近“S”型。A型初溶出率为9.5%,28 d释放率为73.2%,氮素释放期约为30 d,42 d时氮素接近释放完全;B型初溶出率为5.1%,28 d释放率为31.2%,氮素释放期约为60 d,112 d氮素接近释放完全;C型初溶出率为6.4%,28 d释放率为43.4%,氮素释放期约为45 d,84 d氮素接近释放完全。3种水性树脂包膜尿素均符合缓释肥国家标准(GB/T 23348—2009)。显示原图|下载原图ZIP|生成PPT
图1水性树脂包膜尿素在水中的氮素累积释放曲线
-->Fig. 1Nitrogen accumulation releasing rate of WRCU in water
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2.2 水性树脂包膜尿素B外膜表面形貌特征
从图2-a可以看出,外膜表面连续完整,膜质细腻、光滑、均一、致密,因采用转鼓包膜工艺,在成膜过程中由肥料颗粒相互碰撞产生的凹坑清晰可见,依据照片a中提供的比例尺,凹坑的直径在5—10 μm。对凹坑进行放大观察(图2-b),放大17 000倍,亦未见微孔,可见凹坑并未深入膜内,对膜的控释性能影响不大;同时也可清晰地观察到膜呈片层结构,膜的表面还可以看到清晰的白色光点,这些白色光点为改性纤维素经高速剪切产生的微小片段。这些微小片段通过吸水溶胀产生的微孔为氮素的释放提供通路并促进膜材料的降解,在做到养分控释的同时,实现膜材料的可降解。显示原图|下载原图ZIP|生成PPT
图2B型水性树脂包膜尿素外膜表面的扫描电子显微镜(SEM)照片
-->Fig. 2Scanning electron microscope (SEM) photos of the membrane of WRCU type B
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2.3 水性树脂包膜尿素在麦田土壤中的氮素释放特征
图3显示,水性树脂包膜尿素在田间土壤中氮素累积释放曲线呈拉长“S”型,与在水中的释放曲线具有较高的相似度。水性树脂包膜尿素氮素累积释放率,苗期(施肥后34 d)为30.4%,到拔节期(施肥后177 d)达到71.4%;到收获期(施肥后241 d)达到98.6%,氮素接近释放完全。水性树脂包膜尿素在田间土壤中释放期约为180 d,约为水中的4倍。氮素释放速率,苗期到返青期最小,返青到拔节期最大,拔节到孕穗期和孕穗到扬花期次之。这可能与田间温度和土壤湿度有关。显示原图|下载原图ZIP|生成PPT
图3水性树脂包膜尿素在田间土壤中的氮素累积释放曲线
-->Fig. 3Nitrogen accumulation releasing rate of WRCU in field soil
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2.4 冬小麦全生育期氮素吸收与水性树脂包膜尿素氮素释放关系
由图4可知,在大田条件下,水性树脂包膜尿素氮素累积释放量与冬小麦氮素累积吸收量呈极显著的线性正相关。R2高达0.9736(图4-a)。从各生育期氮素吸收量来看,冬小麦氮素吸收峰在全生育期有两个,一个在返青期,一个在孕穗期,且第一个大于第二个,氮素吸收量分别为74.60、47.47 kg·hm-2,分别占全年氮素吸收量的28.78%和18.31%。从各生育期氮素释放量来看,水性树脂包膜尿素在田间的氮素释放峰也有两个,分别在苗期和拔节期,也是前者大于后者,氮素释放量分别为63.84、48.72 kg·hm-2,分别占全年氮素释放量的30.83%和23.53%(图4-b)。从氮素吸收峰与氮素释放峰在生育期匹配性来看,两者呈“错峰”关系,水性树脂包膜尿素氮素释放峰在前,冬小麦氮素吸收峰在后。这种“错峰”关系可能是由田间土壤温度高、湿度大造成的。冬小麦苗期正值10月中旬至11月中旬,白天耕层地温在20℃以上,灌溉后播种使土壤含水量在20%以上,该温、湿度条件下,水性树脂包膜尿素氮素释放速率高,释放量大。而返青期正值来年3月中旬,白天耕层地温在15℃以下,春旱使土壤含水量在15%以下,此时,水性树脂包膜尿素氮素释放速率低,释放量小。另外,在冬小麦孕穗、扬花期,水性树脂包膜尿素仍然有较高的氮素释放量。显示原图|下载原图ZIP|生成PPT
图4冬小麦氮素吸收与包膜尿素氮素释放特征匹配性分析
-->Fig. 4Analysis of the match between N uptake characteristics in winter wheat and N release characteristics of WRCU
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2.5 不同土层土壤无机氮随时间的动态变化
如图5所示,施氮均能提高0—30 cm土层土壤无机氮含量,该层土壤无机氮的组成以硝态氮为主。0—30 cm土层土壤硝态氮含量,普通尿素处理的不同生育期变化范围在4.48—45.42 mg·kg-1,最大值出现在孕穗期;水性树脂包膜尿素处理的不同生育期变化范围在15.61—55.50 mg·kg-1,最大值也出现在孕穗期。较普通尿素处理,水性树脂包膜尿素处理返青、孕穗、灌浆期土壤硝态氮含量分别提高了46.1%、22.2%和96.8%(图5-a)。0—30 cm土层土壤铵态氮含量,普通尿素处理的不同生育期变化范围在0.12—11.29 mg·kg-1,最大值出现在苗期;水性树脂包膜尿素处理的不同生育时期变化范围在0.15—9.65 mg·kg-1,最大值却出现在返青期。较普通尿素处理,水性树脂包膜尿素处理返青、孕穗、灌浆期土壤铵态氮含量分别提高了375.8%、146.3%和40.7%(图5-b)。这表明,水性树脂包膜尿素较普通尿素更能增加冬小麦生长发育关键期(营养生长期、营养生长与生殖生长并重期以及生殖生长期)0—30 cm土层土壤硝、铵态氮含量。显示原图|下载原图ZIP|生成PPT
图5不同处理0-30 cm土层土壤硝态氮、铵态氮含量随时间的动态变化
-->Fig. 5Dynamic changes of nitrate content and ammonium nitrogen content in soil with different treatments for 0-30 cm soil layer
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由图6可见,30—60 cm土层土壤无机氮含量亦因施氮而提高,组成仍以硝态氮为主。30—60 cm土层土壤硝态氮含量,普通尿素处理变化范围在4.32—33.83 mg·kg-1,苗期最高;水性树脂包膜尿素处理变化范围在10.17—44.97 mg·kg-1,孕穗期最高。较普通尿素处理,水性树脂包膜尿素处理孕穗、扬花、灌浆期土壤硝态氮含量分别提高了34.2%、101.1%和419.2%(图6-a)。这表明,水性树脂包膜尿素较普通尿素更能增加冬小麦生殖生长期30—60 cm土层土壤硝态氮含量。30—60 cm土层土壤铵态氮含量,水性树脂包膜尿素较普通尿素处理返青、拔节、扬花、灌浆期分别提高了261.4%、29.8%、91.1%、364.9%(图6-b)。这表明,水性树脂包膜尿素较普通尿素更能增加冬小麦营养生长和生殖生长期30—60 cm土层土壤铵态氮含量。
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图6不同处理30—60 cm土层土壤硝态氮、铵态氮含量随时间的动态变化
-->Fig. 6Dynamic changes of nitrate content and ammonium nitrogen content in soil with different treatments for 30-60 cm soil layer
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图7显示,60—90 cm土层土壤无机氮含量亦能随施氮而提高,组成仍以硝态氮为主。60—90 cm土层土壤硝态氮含量,水性树脂包膜尿素处理较普通尿素处理,扬花、灌浆期土壤硝态氮含量分别提高了174.1%、373.5%(图7-a)。这表明,水性树脂包膜尿素较普通尿素更能增加冬小麦生殖生长中后期60—90 cm土层土壤硝态氮含量。60—90 cm土层土壤铵态氮含量,水性树脂包膜尿素处理较普通尿素处理,返青、灌浆期分别提高了226.5%、487.7%(图7-b)。这表明,水性树脂包膜尿素较普通尿素更能增加冬小麦营养生长前期和生殖生长后期60—90 cm土层土壤铵态氮含量。
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图7不同处理60—90 cm土层土壤硝态氮、铵态氮含量随时间的动态变化
-->Fig. 7Dynamic changes of nitrate content and ammonium nitrogen content in soil with different treatments for 60-90 cm soil layer
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由表1可知,施氮能够提高各生育时期不同土层土壤有效氮(硝态氮、铵态氮之和)累积量(普通尿素处理,扬花至灌浆期30—90 cm土层除外)。0—30 cm土层土壤有效氮累积量,水性树脂包膜尿素较普通尿素处理在返青、孕穗、灌浆期分别提高了72.4%、25.9%、94.7%,且差异达到了显著性水平;30—60 cm土层土壤有效氮的累积量,水性树脂包膜尿素较普通尿素处理,在孕穗、扬花、灌浆期分别增加了31.4%、100.6%、416.2%,差异达到显著性水平;60—90 cm土层土壤有效氮的累积量,水性树脂包膜尿素较普通尿素处理,在返青、扬花、灌浆期分别增加了39.9%、105.5%、387.4%,差异达到显著性水平。以上表明,水性树脂包膜尿素较普通尿素能显著提高0—30 cm土层在冬小麦返青、孕穗、灌浆期的氮素供应能力,显著提高30—60 cm土层在冬小麦孕穗、扬花、灌浆期的氮素供应能力以及60—90 cm土层在冬小麦返青、扬花、灌浆期的氮素供应能力。
Table 1
表1
表1不同生育期不同土层土壤有效氮累积量
Table 1Soil available nitrogen accumulation in different depth soil layer at different stages(kg·hm-2)
土层深度 Soil layer depth (cm) | 处理 Treatments | 苗期 Seeding stage | 返青期 Regreening stage | 拔节期 Jointing stage | 孕穗期 Booting stage | 扬花期 Flowering stage | 灌浆期 Filling stage |
---|---|---|---|---|---|---|---|
0-30 | CK | 57.5±5.4c | 43.9±2.9c | 11.0±1.0b | 56.2±6.2c | 32.8±9.7b | 21.8±2.9c |
U | 161.2±9.2a | 73.7±9.7b | 59.7±8.5a | 135.9±8.0b | 55.9±5.3a | 44.0±2.6b | |
WRCU | 148.5±3.5b | 127.1±12.9a | 69.2±11.0a | 171.1±10.3a | 46.1±10.9ab | 85.7±9.5a | |
30-60 | CK | 37.6±2.8c | 30.0±2.4b | 11.3±2.9b | 18.8±1.6c | 15.3±7.5b | 12.5±3.0b |
U | 125.6±7.4a | 93.1±10.0a | 60.7±10.a | 107.6±11.7b | 16.4±5.4b | 14.2±2.0b | |
WRCU | 93.2±6.0b | 103.9±6.8a | 69.0±4.2a | 141.4±7.5a | 32.9±7.3a | 73.3±6.3a | |
60-90 | CK | 36.4±1.0b | 31.2±1.2c | 12.8±1.6b | 15.9±1.5b | 8.8±4.5b | 7.0±0.6b |
U | 42.7±4.3a | 54.9±13.7b | 55.9±3.0a | 43.6±6.9a | 7.0±2.7b | 5.5±0.3b | |
WRCU | 37.7±4.7b | 76.8±11.6a | 63.9±11.4a | 50.4±9.1a | 14.3±3.5a | 27.0±3.6a |
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依据表1中水性树脂包膜尿素处理0—90 cm土层有效氮累积量和图4中水性树脂包膜尿素氮素释放量和冬小麦氮素吸收量,分析发现,水性树脂包膜尿素处理当期氮素供应总量(上一生育期0—90 cm土层累积的氮量与水性树脂包膜尿素当期释放的氮量之和)远高于当期冬小麦氮素吸收量,两者比值在4.25—14.84,最大比值出现在扬花期,其次为拔节期。分析不同来源(水性树脂包膜尿素、不同土层)的氮量占当期氮素供应总量的比重时还发现:水性树脂包膜尿素释放的氮所占比重在返青至孕穗期较大,最大值出现在拔节期,为14%;0—30 cm土层累积的氮量所占比重为30%—47%,随生育期的延长呈先下降后上升趋势,最低点出现在孕穗期;30—60 cm土层累积的氮量所占比重为29%—37%,随生育期的延长呈先上升后下降趋势,最高点出现在扬花期;60—90 cm土层累积的氮量所占比重为12%—28%,随生育期的延长呈先上升后下降趋势,最高点出现在孕穗期。从返青至孕穗期,所有土层只有0—30 cm土层累积的氮量所占比重最大,其次是30—60 cm土层,最后是60—90 cm土层,仅在孕穗期,三者都接近30%。综上,水性树脂包膜尿素较普通尿素更能提高冬小麦关键生育期氮素供应能力,特别是深层(30—90 cm)土壤在冬小麦生长中、后期的氮素供应能力。水性树脂包膜尿素释放的氮和0—90 cm土层累积的氮为冬小麦氮素吸收提供了充足的氮源,在拔节和扬花期尤甚;水性树脂包膜尿素所在的0—30 cm土层累积的氮是冬小麦从返青到灌浆期氮素吸收的最大贡献源,但在返青至孕穗期,30—60 cm、60—90 cm土层也是主要贡献源,两者所占比重之和超过了50%,在扬花期至灌浆期,30—60 cm土层贡献也很大,与0—30 cm土层所占比重之和超过了80%。
3 讨论
3.1 水性树脂包膜尿素氮素释放特征
膜材料的组成和成膜工艺决定了包膜缓释肥在水中养分释放特性。自制的水性树脂包膜尿素主要以丙烯酸酯为主要膜材料,因而与张文辉[7]、李东坡[10]、喻建刚[14]和申亚珍[23]等的研究结果是一致的,水性树脂包膜尿素在水中的累积释放曲线呈“L”型或“S”型。不同的是,本文将丙烯酸树脂与疏水树脂通过乳液聚合的方法获得具有IPN(互传网络)结构的复合膜材料,膜致密、无微孔,氮素只能通过纤维素的分解或膜材料的溶胀产生的孔隙进行释放,因而随着疏水树脂比例的提高,膜材料的亲水性和溶胀性降低,养分释放速率降低,养分释放诱导期延长,养分累积释放曲线越接近“S”型,反之越接近“L”型。3.2 影响水性树脂包膜尿素在土壤中氮素释放的因素
温度、水分是影响水性树脂包膜控释氮肥氮素释放速率的关键性因素[14,15]。水性树脂包膜尿素在麦田土壤中的氮素累积释放曲线呈拉长“S”型。这主要是因为冬小麦越冬期地温低,土壤湿度小,限制了养分释放,当进入返青期后随着麦田灌水土壤湿度增大以及地温上升,养分进入快速释放期。水性树脂包膜尿素在麦田土壤中的氮素释放特性与非水性树脂包膜尿素在东北春玉米田土壤中的氮素释放特性相似[24],而与谢银旦等[25]的研究结果有较大不同,这可能与田间气象条件不同有关,后者的研究采用了模拟试验,土壤含水分与温度均恒定,而本研究则完全是大田环境,温度和土壤含水量均是变化的。因此,在控释氮肥推向大田应用前,在大田条件下研究其养分释放特征必不可少。3.3 水性树脂包膜尿素氮素释放与冬小麦氮素吸收时空匹配性分析
作物专用缓释肥的设计,首先要依据作物的养分吸收规律以及它在静水和土壤中的养分释放规律,根据以上规律设计出来的缓释肥产品还不能成为专用产品,还要考虑养分供需的时空匹配,开展包膜缓释肥与作物的匹配度研究,来确定作物专用缓释肥。研究氮素释放与氮素吸收在时间上的匹配性是十分重要的。尹彩霞等[24]在春玉米上的研究表明,非水性树脂包膜控释氮肥的氮素释放与春玉米的氮素吸收在不同生育期基本是同步的,而本研究的结果却是不完全同步,在孕穗期之前,氮素释放高峰提前,与氮素吸收峰呈“错峰”关系。研究控释氮肥的氮素释放与冬小麦氮素吸收的匹配性,不应脱离当前的生产实际。目前,黄淮海冬麦区基本实现了秸秆还田,如果苗期氮素投入不足,这会造成秸秆腐解与冬小麦争氮的问题,势必会影响苗期冬小麦的生长,最终影响冬小麦产量。因此,在苗期较多的氮素供应十分必要[26,27]。此外,冬小麦进入返青期后各生育期时间间隔较短,且控释氮肥释放出的尿素在土壤中转化为作物能吸收的氮也需要一定的时间[28],因此,水性树脂包膜尿素氮素释放高峰提前,更有利于冬小麦的吸收。水性树脂包膜尿素在冬小麦孕穗至扬花期还有一个释放高峰,满足冬小麦花后氮素需求,更有利于高产[29]。综合看,水性树脂包膜尿素氮素释放与冬小麦氮素吸收在时间上是匹配的。
研究氮素释放与氮素吸收还需要考虑两者在空间上的匹配性。闫素红等[30]的研究表明,冬小麦根系主要分布在0—30 cm耕层内,该层内根系量占总根量的60%。本研究发现,水性树脂包膜尿素所在的0—30 cm土层累积的氮也是返青至灌浆期冬小麦氮素吸收的最大贡献源,因此,从冬小麦全生育期来看,根系主要分布与氮素主要供应在空间上是吻和的。邱新强等[31]的研究结果显示,不同生育期冬小麦根系在土层中的分布不同,返青到拔节期,0—40 cm土层根系增长最显著,拔节后期40—80 cm土层则最为显著。杨兆生等[32]的研究结果表明,从全生育期看,返青到孕穗期是冬小麦根系生长的最旺盛,灌浆中后期深层(70—80 cm土层)根系的直径会小幅递增。本研究结果显示,水性树脂包膜尿素较普通尿素处理0—30 cm土层在冬小麦返青、孕穗、灌浆期土壤硝、铵态氮含量大幅提高,30—90 cm土层在冬小麦扬花、灌浆期土壤硝、铵态氮含量大幅提高;水性树脂包膜尿素释放的氮所占比重也在返青至孕穗期较大,最大值出现在拔节期;水性包膜尿素较普通尿素更能提高深层土壤(60—90 cm)在冬小麦生长中、后期的氮素供应能力。因此,从冬小麦不同生育期来看,根系分布与水性树脂包膜尿素氮素释放及土壤氮素在土体中的分布在空间上也是吻合的。卢殿君[33]研究发现,高产冬小麦(产量≥8.5 t?hm-2)拔节期0—90 cm土层土壤累积的有效氮量应大于等于210 kg?hm-2,本研究的试验结果是在本试验条件下0—90 cm土层土壤累积的有效氮量为356 kg?hm-2,说明,210 kg?hm-2的水性树脂包膜尿素能够满足冬小麦高产的需要。综上,水性树脂包膜尿素氮素释放与冬小麦氮素吸收在空间上也是匹配的,且能满足冬小麦高产对氮素的需求。
3.4 膜材料的降解性对水性树脂包膜尿素氮释放与冬小麦氮吸收的影响
膜材料的降解性可能会对水性树脂包膜尿素的氮释放以及冬小麦的氮吸收产生直接或间接的影响。本研究采用的水性树脂包膜材料是由可生物降解的改性纤维素与丙烯酸酯、疏水树脂经乳液聚合而成。水性树脂包膜尿素施入土壤后,涂膜会吸水溶胀,产生一系列的微孔,土壤中含有的纤维素水解酶就会随水通过微孔进入膜内对膜内的纤维素进行水解,破坏膜的结构,产生更大的孔洞,从而加快氮素的释放。随着时间的延长,残膜会分解成微小的片段,再由微生物进一步将其分解为短链烷烃。谢丽华[34]的研究证明了植物源纤维素与丙烯酸酯的聚合物在土壤中的生物降解性,其在土壤中30 d降解比例高达33.8%。刘明[35]的研究证明了树脂包膜材料在土壤中可降解为短链的烷烃。一定数量的(90—360 g·m-2)残膜短期内不会对土壤理化性质和小麦的生长产生显著性不良影响[36],也不会对土壤细菌和放线菌数量以及有关土壤酶活性产生不良影响,甚至能够提高细菌和放线菌数量并提高土壤脲酶、转化酶、中性磷酸酶活性[37]。长期施用(50年累积量)可能会对土壤微生物和作物生长产生不利影响,这与膜材料类型有关[38]。综上,本研究采用的水性树脂包膜材料从理论上是可以降解的,膜材料的降解会加快包膜尿素的氮释放,其残留部分或降解产物在一定数量下短期内不会直接或间接地给作物生长和氮素吸收带来不利影响。4 结论
水性树脂膜表面致密完整,无疏水性树脂膜常见的微孔;3种水性树脂包膜尿素(A、B、C)养分释放期为30—60 d,初溶出率为5.1%—9.5%,缓释性符合缓释肥国家标准(GB/T 23348—2009);C型水性树脂包膜尿素在水中和麦田中的氮素释放特征相似,均呈“S”型曲线,但在麦田中的释放期可长达180 d。水性树脂包膜尿素田间氮素累积释放量与冬小麦氮素累积吸收量呈极显著的线性正相关,在时间上,氮释放峰较氮吸收峰提前了一个生育时期(孕穗期之前);水性树脂包膜尿素较普通尿素更能增加冬小麦生长发育关键期耕层(0—30 cm)和中、后期深层(30—90 cm)土壤硝态氮、铵态氮的含量和土壤有效氮的累积量;0—30 cm土层累积的氮是冬小麦从返青到灌浆期氮素吸收的最大贡献源。因此,水性树脂包膜尿素氮素释放与冬小麦氮素吸收在各生育时期匹配性好,适用于冬小麦一次性施肥技术。
The authors have declared that no competing interests exist.
参考文献 原文顺序
文献年度倒序
文中引用次数倒序
被引期刊影响因子
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[2] | . , 利用月降水及月平均气温资料, 计算了中国区域地表湿润指数、Palmer干旱指数和反演的土壤湿度, 通过对上述3个指标及降水变化特征的对比分析, 揭示了中国北方近54年干湿变化的时空结构, 特别是对北方干旱化事实的分析. 结果指出: (1) 20世纪80年代以来, 西北东部和华北以干旱化趋势为主要特征, 这种干旱化的趋势在近15年不断加剧, 降水减少和气温升高是其产生的主要原因; (2) 在54年间, 西北东部和华北在年代际尺度上仅发生一次干湿转换, 转折点出现在20世纪70年代的末期, 这与1977/1978全球气候背景的转折性变化有关. 而东北地区却有3个转折点, 最近的一个产生在20世纪90年代中期, 另两个分别发生在1965和1983年; (3) 与北方其他地区的变化趋势相反, 西北西部当前正处在一个相对湿的时段, 但温度的升高削弱了这种变湿趋势; (4) 20世纪80年代以后, 西北东部、华北和东北地区的极端干旱发生的频率明显增加, 这与这些地区降水减少和气温升高密切相关. ., 利用月降水及月平均气温资料, 计算了中国区域地表湿润指数、Palmer干旱指数和反演的土壤湿度, 通过对上述3个指标及降水变化特征的对比分析, 揭示了中国北方近54年干湿变化的时空结构, 特别是对北方干旱化事实的分析. 结果指出: (1) 20世纪80年代以来, 西北东部和华北以干旱化趋势为主要特征, 这种干旱化的趋势在近15年不断加剧, 降水减少和气温升高是其产生的主要原因; (2) 在54年间, 西北东部和华北在年代际尺度上仅发生一次干湿转换, 转折点出现在20世纪70年代的末期, 这与1977/1978全球气候背景的转折性变化有关. 而东北地区却有3个转折点, 最近的一个产生在20世纪90年代中期, 另两个分别发生在1965和1983年; (3) 与北方其他地区的变化趋势相反, 西北西部当前正处在一个相对湿的时段, 但温度的升高削弱了这种变湿趋势; (4) 20世纪80年代以后, 西北东部、华北和东北地区的极端干旱发生的频率明显增加, 这与这些地区降水减少和气温升高密切相关. |
[3] | . , 为了探明黄淮海平原冬小麦需水关键生育阶段干旱对产量的潜在影响,该文基于黄淮海平原6个农业亚区典型站点的1981—2009年气象数据及田间观测资料,使用作物模型DSSAT模拟探讨了近30 a冬小麦关键生育阶段潜在干旱对产量的影响,并分析了各典型站点干旱减产的概率分布以及典型丰水和缺水年土壤水分的变化规律与产量的关系。研究结果表明:DSSAT模型的区域模拟误差在可接受的范围内(模拟的冬小麦开花期、成熟期和产量的相对均方根误差分别为2.0%、2.5%和12.4%),调试的区域品种3H能够代表黄淮海平原冬小麦品种进行区域模拟。黄淮海平原冬小麦需水关键生育阶段潜在干旱减产率在1980s均呈现出明显减轻的趋势。冬小麦拔节—抽穗期的潜在干旱减产率由南向北逐渐加重,黄淮海农作区天津(Ⅰ区)、石家庄(Ⅱ区)和莘县(Ⅲ区)的减产率超过了40%,临沂(Ⅳ区)、商丘(Ⅴ区)与寿县(Ⅵ区)分别为38%、27%和13%,干旱减产的区域差异主要是由各地气候因素的差异所导致。另外,黄淮海平原冬小麦同一水平的干旱减产率,在拔节—抽穗期发生的概率要远大于灌浆期的概率,北部地区冬小麦在拔节—抽穗期同一水平的潜在干旱减产率要明显高于南部地区,而在灌浆期的概率差别不明显。该研究可为黄淮海平原冬小麦实际生产过程中的抗旱管理与合理灌溉提供理论依据。 ., 为了探明黄淮海平原冬小麦需水关键生育阶段干旱对产量的潜在影响,该文基于黄淮海平原6个农业亚区典型站点的1981—2009年气象数据及田间观测资料,使用作物模型DSSAT模拟探讨了近30 a冬小麦关键生育阶段潜在干旱对产量的影响,并分析了各典型站点干旱减产的概率分布以及典型丰水和缺水年土壤水分的变化规律与产量的关系。研究结果表明:DSSAT模型的区域模拟误差在可接受的范围内(模拟的冬小麦开花期、成熟期和产量的相对均方根误差分别为2.0%、2.5%和12.4%),调试的区域品种3H能够代表黄淮海平原冬小麦品种进行区域模拟。黄淮海平原冬小麦需水关键生育阶段潜在干旱减产率在1980s均呈现出明显减轻的趋势。冬小麦拔节—抽穗期的潜在干旱减产率由南向北逐渐加重,黄淮海农作区天津(Ⅰ区)、石家庄(Ⅱ区)和莘县(Ⅲ区)的减产率超过了40%,临沂(Ⅳ区)、商丘(Ⅴ区)与寿县(Ⅵ区)分别为38%、27%和13%,干旱减产的区域差异主要是由各地气候因素的差异所导致。另外,黄淮海平原冬小麦同一水平的干旱减产率,在拔节—抽穗期发生的概率要远大于灌浆期的概率,北部地区冬小麦在拔节—抽穗期同一水平的潜在干旱减产率要明显高于南部地区,而在灌浆期的概率差别不明显。该研究可为黄淮海平原冬小麦实际生产过程中的抗旱管理与合理灌溉提供理论依据。 |
[4] | . , 保水型控释肥料是保水剂与肥料控释技术复合一体化的产物,在控制肥料养分释放量和释放期的同时可提高肥料的保水性。概述了保水型控释肥料的保水和控释原理,简要介绍了国内、外的研究现状,分析了目前存在的主要问题及其未来发展方向。 ., 保水型控释肥料是保水剂与肥料控释技术复合一体化的产物,在控制肥料养分释放量和释放期的同时可提高肥料的保水性。概述了保水型控释肥料的保水和控释原理,简要介绍了国内、外的研究现状,分析了目前存在的主要问题及其未来发展方向。 |
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[7] | . , 水性聚合物乳液包膜肥料技术在提高肥料利用率、有效控制农业污染方面发挥重要作用.采用预乳化半连续滴加的种子乳液聚合工艺合成水性丙烯酸酯乳液、高压喷 枪喷涂包裹尿素制得包膜尿素;讨论了不同聚合硬软单体质量比、油水质量比、引发剂用量、乳化剂用量对乳液性质及包膜效果的影响,当聚合硬软单体质量比为 48.0∶52.0、油水质量比为100∶120、w(引发剂)为0.5%、w(乳化荆)为2.4%时,包膜尿素缓释性较好. ., 水性聚合物乳液包膜肥料技术在提高肥料利用率、有效控制农业污染方面发挥重要作用.采用预乳化半连续滴加的种子乳液聚合工艺合成水性丙烯酸酯乳液、高压喷 枪喷涂包裹尿素制得包膜尿素;讨论了不同聚合硬软单体质量比、油水质量比、引发剂用量、乳化剂用量对乳液性质及包膜效果的影响,当聚合硬软单体质量比为 48.0∶52.0、油水质量比为100∶120、w(引发剂)为0.5%、w(乳化荆)为2.4%时,包膜尿素缓释性较好. |
[8] | . , 以N、K复合肥为包膜肥料核心,用水性聚氨酯为包膜剂,石蜡为封闭剂,用转鼓包衣工艺制备包膜肥料,并采用水培法和土柱淋溶法对其进行缓控释性能评价.试验结果表明,水性聚氨酯材料应用于肥料包膜具有一定的可行性,其用量在6%时效果最好,封闭剂用量在3%左右时为佳. ., 以N、K复合肥为包膜肥料核心,用水性聚氨酯为包膜剂,石蜡为封闭剂,用转鼓包衣工艺制备包膜肥料,并采用水培法和土柱淋溶法对其进行缓控释性能评价.试验结果表明,水性聚氨酯材料应用于肥料包膜具有一定的可行性,其用量在6%时效果最好,封闭剂用量在3%左右时为佳. |
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[10] | . , 采用丙烯酸树脂为包膜材料,以NBPT(N-丁基硫代磷酰三胺)和DCD(双氰胺)为生化抑制剂,利用流化床对尿素进行涂层生化抑制剂及包膜,制备4种包膜肥料,对这些包膜肥料在水中的控释效果进行了研究。结果表明,采用此技术制备的包膜肥料,表面成膜完整,包膜物质在成膜时分布均匀、与尿素肥心接合紧密,表面光滑。NBPT和DCD与肥心结合严密,包膜层紧覆于抑制剂的外表。包膜可有效控制尿素的溶出,在水中的控释时间为19~30 d。初期溶出率远远小于15%,微分溶出率基本上在0.25%~2.5%之间;在水中尿素累积溶出特征符合一元二次方程模型,尿素释放曲线呈“S”形。 ., 采用丙烯酸树脂为包膜材料,以NBPT(N-丁基硫代磷酰三胺)和DCD(双氰胺)为生化抑制剂,利用流化床对尿素进行涂层生化抑制剂及包膜,制备4种包膜肥料,对这些包膜肥料在水中的控释效果进行了研究。结果表明,采用此技术制备的包膜肥料,表面成膜完整,包膜物质在成膜时分布均匀、与尿素肥心接合紧密,表面光滑。NBPT和DCD与肥心结合严密,包膜层紧覆于抑制剂的外表。包膜可有效控制尿素的溶出,在水中的控释时间为19~30 d。初期溶出率远远小于15%,微分溶出率基本上在0.25%~2.5%之间;在水中尿素累积溶出特征符合一元二次方程模型,尿素释放曲线呈“S”形。 |
[11] | . , 为了优化水基树脂的包膜控释性能,该文以脂溶性树脂为配合包膜材料,利用底喷风动流化床制造多层包膜控释尿素,并通过包膜控释尿素养分释放率的测定评价双层和夹层包膜工艺对水基树脂包膜材料控释性能的影响。研究结果表明:两种工艺相比,夹层包膜工艺能显著延长包膜控释尿素的肥效期,其肥效期是双层包膜工艺的5倍。在夹层包膜工艺中,内保护层厚度在5~15 g/m2的范围内对包膜控释尿素的肥效期无明显影响,50 g/m2水基树脂控释层和10?g/m2脂溶性树脂外保护层夹层控释尿素的肥效期均约为260 d。但是,夹层包膜控释尿素的养分释放模式与内保护层厚度有关,内保护层厚度达到10 g/m2以上时,养分释放模式由抛物线型变成了S型。综上可知,脂溶性树脂内保护层较适宜的厚度为5~10 g/m2,采用夹层包膜工艺能更好的发挥水基树脂的控释性能。 ., 为了优化水基树脂的包膜控释性能,该文以脂溶性树脂为配合包膜材料,利用底喷风动流化床制造多层包膜控释尿素,并通过包膜控释尿素养分释放率的测定评价双层和夹层包膜工艺对水基树脂包膜材料控释性能的影响。研究结果表明:两种工艺相比,夹层包膜工艺能显著延长包膜控释尿素的肥效期,其肥效期是双层包膜工艺的5倍。在夹层包膜工艺中,内保护层厚度在5~15 g/m2的范围内对包膜控释尿素的肥效期无明显影响,50 g/m2水基树脂控释层和10?g/m2脂溶性树脂外保护层夹层控释尿素的肥效期均约为260 d。但是,夹层包膜控释尿素的养分释放模式与内保护层厚度有关,内保护层厚度达到10 g/m2以上时,养分释放模式由抛物线型变成了S型。综上可知,脂溶性树脂内保护层较适宜的厚度为5~10 g/m2,采用夹层包膜工艺能更好的发挥水基树脂的控释性能。 |
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[13] | ., A mathematical model describing the controlled release of urea from rosin-coated urea granules has been developed on the basis of the experimental results. The release mechanism was also elucidated from the experimental observation on the release from a single pellet. Two classes of release pattern were observed from single-pellet release experiments including (1) immediate and relatively rapid release through a few holes or many microscopic pores originally present in the coating and (2) little or no release for an extended period of time followed by a sudden, rapid release through the holes formed in the coating. It was found that individual granules could not give sustained release of urea by itself. Applying the mathematical model developed for a single pellet to real systems in which coating weight distribution is present, we obtained good agreements between model predictions and experimental results. |
[14] | . , 为了探讨不同养分配比包膜控释肥料的养分释放特征,采用相同工艺制造同一包膜厚度而核心肥料氮磷钾配比(以下简称核心肥料)不同、同一核心肥料而包膜厚度不同的水溶性树脂包膜控释肥料,并在高温和常温下的纯水中培养,研究核心肥料、包膜厚度、培养温度对养分释放特征的影响。结果表明:在(25 ± 0.5)℃或(40 ± 0.5)℃下,膜材用量为50 g/m2和70 g/m2的高氮型控释肥料的养分累积释放特征曲线均呈S型,增加包膜厚度或降低培养温度,均可延长培养前期的养分缓慢释放阶段。在(25 ± 0.5)℃下,膜材用量为50 g/m2时,均衡型和高钾型控释肥料的养分累积释放曲线为抛物线型,膜材用量为70 g/m2时,则为双抛物线型;培养温度为(40 ± 0.5)℃时,养分累积释放曲线均转变为抛物线型。3种因素不仅影响养分释放曲线的形状,同时对肥效期产生明显影响,增加包膜厚度或降低培养温度,均可延长养分的肥效期。氮磷的肥效期大小顺序为高氮型>高钾型>均衡型,而钾的肥效期则是高钾型>高氮型>均衡型。综上所述,包膜厚度、培养温度及核心肥料同时影响着包膜控释肥料的养分释放特征,养分释放越快,其曲线形状趋向于抛物线型,反之则趋向于S型;3类核心中,以高氮型核心最能发挥水溶性树脂的控释性能。 ., 为了探讨不同养分配比包膜控释肥料的养分释放特征,采用相同工艺制造同一包膜厚度而核心肥料氮磷钾配比(以下简称核心肥料)不同、同一核心肥料而包膜厚度不同的水溶性树脂包膜控释肥料,并在高温和常温下的纯水中培养,研究核心肥料、包膜厚度、培养温度对养分释放特征的影响。结果表明:在(25 ± 0.5)℃或(40 ± 0.5)℃下,膜材用量为50 g/m2和70 g/m2的高氮型控释肥料的养分累积释放特征曲线均呈S型,增加包膜厚度或降低培养温度,均可延长培养前期的养分缓慢释放阶段。在(25 ± 0.5)℃下,膜材用量为50 g/m2时,均衡型和高钾型控释肥料的养分累积释放曲线为抛物线型,膜材用量为70 g/m2时,则为双抛物线型;培养温度为(40 ± 0.5)℃时,养分累积释放曲线均转变为抛物线型。3种因素不仅影响养分释放曲线的形状,同时对肥效期产生明显影响,增加包膜厚度或降低培养温度,均可延长养分的肥效期。氮磷的肥效期大小顺序为高氮型>高钾型>均衡型,而钾的肥效期则是高钾型>高氮型>均衡型。综上所述,包膜厚度、培养温度及核心肥料同时影响着包膜控释肥料的养分释放特征,养分释放越快,其曲线形状趋向于抛物线型,反之则趋向于S型;3类核心中,以高氮型核心最能发挥水溶性树脂的控释性能。 |
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[17] | ., A statistically based model for describing the release from a population of polymer coated controlled release fertilizer (CRF) granules by the diffusion mechanism was constructed. The model is based on a mathematical-mechanistic description of the release from a single granule of a coated CRF accounting for its complex and nonlinear nature. The large variation within populations of coated CRFs poses the need for a statistically based approach to integrate over the release from the individual granules within a given population for which the distribution and range of granule radii and coating thickness are known. The model was constructed and verified using experimentally determined parameters and release curves of polymer-coated CRFs. A sensitivity analysis indicated the importance of water permeability in controlling the lag period and that of solute permeability in governing the rate of linear release and the total duration of the release. Increasing the mean values of normally distributed granule radii or coating thickness, increases the lag period and the period of linear release. The variation of radii and coating thickness, within realistic ranges, affects the release only when the standard deviation is very large or when water permeability is reduced without affecting solute permeability. The model provides an effective tool for designing and improving agronomic and environmental effectiveness of polymer-coated CRFs. |
[18] | ., A comprehensive model describing the complex and "non-Fickian" (mathematically nonlinear) nature of the release from single granules of membrane coated, controlled release fertilizers (CRFs) is proposed consisting of three stages: i. a lag period during which water penetrates the coating of the granule dissolving part of the solid fertilizer in it ii. a period of linear release during which water penetration into and release out occur concomitantly while the total volume of the granules remains practically constant; and iii. a period of "decaying release", starting as the concentration inside the granule starts to decrease. A mathematical model was developed based on vapor and nutrient diffusion equations. The model predicts the release stages in terms of measurable geometrical and chemophysical parameters such as the following: the product of granule radius and coating thickness, water and solute permeability, saturation concentration of the fertilizer, and its density. The model successfully predicts the complex and "sigmoidal" pattern of release that is essential for matching plant temporal demand to ensure high agronomic and environmental effectiveness. It also lends itself to more complex statistical formulations which account for the large variability within large populations of coated CRFs and can serve for further improving CRF production and performance. |
[19] | . , 【目的】探索和建立80℃高温下的快速检测方法(高温短期淋洗法),预测水溶性树脂包膜控释肥料在25℃常温下的肥效期。【方法】采用常温静水溶出试验和高温淋洗的方法,并对常温25℃与高温80℃下供试肥料达到相同养分释放率所需时间进行相关分析。【结果】树脂包膜控释肥料累积释放曲线都呈二次曲线,相关系数r均大于0.995。随着温度的升高供试控释肥料养分释放加快。利用常温25℃与高温80℃高温短期淋洗达到相同养分释放率所需时间的回归方程,并结合80℃的释放曲线方程,可以快速而准确地预测这种包膜控释肥料在常温下养分释放率达到75%所需要的时间,即肥效期。两种树脂包膜控释肥料Trincote 1和Trincote 2肥效期的预测值与实测值相对误差只有0.3%~6.9%。【结论】采用高温短期淋洗法可以在数小时内比较准确、迅速地预测控释肥料的肥效期,与传统的静水溶出率法或土柱淋溶法相比,结果更准确,而且大大缩短了检测时间。该方法可作为树脂包膜控释肥料肥效期或养分释放期的快速检测方法。 ., 【目的】探索和建立80℃高温下的快速检测方法(高温短期淋洗法),预测水溶性树脂包膜控释肥料在25℃常温下的肥效期。【方法】采用常温静水溶出试验和高温淋洗的方法,并对常温25℃与高温80℃下供试肥料达到相同养分释放率所需时间进行相关分析。【结果】树脂包膜控释肥料累积释放曲线都呈二次曲线,相关系数r均大于0.995。随着温度的升高供试控释肥料养分释放加快。利用常温25℃与高温80℃高温短期淋洗达到相同养分释放率所需时间的回归方程,并结合80℃的释放曲线方程,可以快速而准确地预测这种包膜控释肥料在常温下养分释放率达到75%所需要的时间,即肥效期。两种树脂包膜控释肥料Trincote 1和Trincote 2肥效期的预测值与实测值相对误差只有0.3%~6.9%。【结论】采用高温短期淋洗法可以在数小时内比较准确、迅速地预测控释肥料的肥效期,与传统的静水溶出率法或土柱淋溶法相比,结果更准确,而且大大缩短了检测时间。该方法可作为树脂包膜控释肥料肥效期或养分释放期的快速检测方法。 |
[20] | . , 【目的】研究高吸水性树脂包膜尿素的结构特征及养分控/缓释性能。【方法】以不同类型和吸水倍率的高吸水性树脂为包膜材料,以大颗粒尿素和改性矿物包膜尿素为原料肥料,研制出高吸水性树脂单层包膜尿素、高吸水性树脂复式包膜尿素系列产品,利用电子扫描电镜研究了其结构特征,并以水中溶出率法和模拟土柱淋溶法研究其养分释放特性。【结果】高吸水性树脂包膜尿素水中24 h氮素溶出率在18.22%~83.87%之间,土壤中4周氮素累积淋出率在40.91%~65.38%之间,较尿素降低5.21%~40.68%。控/缓释性能与高吸水性树脂的类型、吸水倍率及用量有关。聚丙烯酰胺型高吸水性树脂包膜尿素控/缓释效果好于交联聚丙烯酸盐型高吸水性树脂包膜尿素。随着高吸水性树脂用量的增加,高吸水性树脂包膜尿素的水中溶出率和土壤淋出率均明显下降;扫描电镜图显示高吸水性树脂复式包膜尿素的包膜效果明显优于高吸水性树脂单层包膜尿素,其控/缓释效果还与内膜材料有关。高吸水性树脂包膜尿素的内外膜均是由大小不一形状不规则的包膜材料微粒无序紧密堆积,并由胶粘剂填充空隙胶联而成,包膜叠层间和叠层内有微小孔隙,它们是尿素溶出的通道。【结论】高吸水性树脂包膜尿素兼具吸水、保水和养分控/缓释性能,是具有较好开发和应用前景的保水型控/缓释肥料。 ., 【目的】研究高吸水性树脂包膜尿素的结构特征及养分控/缓释性能。【方法】以不同类型和吸水倍率的高吸水性树脂为包膜材料,以大颗粒尿素和改性矿物包膜尿素为原料肥料,研制出高吸水性树脂单层包膜尿素、高吸水性树脂复式包膜尿素系列产品,利用电子扫描电镜研究了其结构特征,并以水中溶出率法和模拟土柱淋溶法研究其养分释放特性。【结果】高吸水性树脂包膜尿素水中24 h氮素溶出率在18.22%~83.87%之间,土壤中4周氮素累积淋出率在40.91%~65.38%之间,较尿素降低5.21%~40.68%。控/缓释性能与高吸水性树脂的类型、吸水倍率及用量有关。聚丙烯酰胺型高吸水性树脂包膜尿素控/缓释效果好于交联聚丙烯酸盐型高吸水性树脂包膜尿素。随着高吸水性树脂用量的增加,高吸水性树脂包膜尿素的水中溶出率和土壤淋出率均明显下降;扫描电镜图显示高吸水性树脂复式包膜尿素的包膜效果明显优于高吸水性树脂单层包膜尿素,其控/缓释效果还与内膜材料有关。高吸水性树脂包膜尿素的内外膜均是由大小不一形状不规则的包膜材料微粒无序紧密堆积,并由胶粘剂填充空隙胶联而成,包膜叠层间和叠层内有微小孔隙,它们是尿素溶出的通道。【结论】高吸水性树脂包膜尿素兼具吸水、保水和养分控/缓释性能,是具有较好开发和应用前景的保水型控/缓释肥料。 |
[21] | ., Using diverse technological approaches, many types of delivery devices have been used to supply plant nutrients at a controlled rate in the soil. One new approach is the use of hydrophilic polymers as carriers of plant nutrients. These polymers may be generally classified as 1) natural polymers derived from polysaccharides, 2) semi-synthetic polymers (primarily cellulose derivatives), and 3) synthetic polymers. By controlling the reaction conditions when forming the polymers, various degrees of cross-linking, anionic charge, and cationic charge can be added, thereby changing their effectiveness as fertilizer carriers.When fertilizer-containing solutions are mixed with hydrophilic polymers to form a 鈥済el鈥 prior to application in the soil, the release of soluble nutrients can be substantially delayed compared with soluble fertilizer alone. The effectiveness of a specific controlled-release polymeric system is determined in part by its specific chemical and physical properties, its biodegradation rate, and the fertilizer source used. Addition of some polymers with nutrients has been shown to reduce N and K leaching from well-drained soils and to increase the plant recovery of added N, P, Fe, and Mn in some circumstances |
[22] | ., The release mechanism of gel-based controlled release fertilizers (CRFs) involves water penetration into dry mixtures of fertilizers and gel forming polymers. Water penetration provides an upper limit to the whole release process. Where wetting prediction is often based on models that describe the flow of the liquid phase, vapor motion may become significant when a sharp wetting front exists. In this study we examine the role of vapor and fluid flows in the wetting process of CRFs consisting of urea or KNO 3 mixed with polyacrylamide (PAM). Vapor adsorption isotherms were obtained for typical fertilizer鈥揚AM mixtures. Wetting and release experiments were conducted by dividing the CRFs into regions alternately filled with a pure fertilizer and mixtures of PAM and fertilizer. The experiments were designed in such a way that when the wetting front reaches a mixtures interface, its motion depends on the gradient imposed by the difference in osmotic potential (OP). The coupled equations of vapor and liquid flow in initially dry conditions were solved numerically to demonstrate the conceptual understanding gained by the experiments. The results show that wetting front motion is affected by transport and adsorption of vapor. It was also shown that the release rate is different when wetting is governed by vapor flow or by liquid flow. The release pattern from a multi-regions device was consistent with the wetting pattern, demonstrating the possibility to tailor the release according to periods of peak demand. |
[23] | . , 以3种水基硅丙乳液(SD-528、SD-5281和GA-1710)为材料,利用水基反应成膜技术对这3种材料进行化学改性,制备了聚合物包膜肥料模型膜;研究了模型膜的养分扩散性能,在此基础上研制了水基聚合物包膜肥料;测定了包膜肥料养分释放曲线,并利用红外光声光谱对聚合物膜进行原位表征.结果表明,通过化学交联改性,硅丙基模型膜具有优良的成膜性和扩散性能,不同的乳液对包膜尿素的缓释效果影响显著;GA-1710和SD-528的缓释效果较好,在静态水中的释放时间可达到30 d,而SD-5281缓释性能较差,需要做进一步的化学改性;不同的乳液类型制备的包膜尿素的释放模式也不同,GA-1710累积释放曲线为"S"型,而SD-528为"L"型.因此,利用反应成膜技术,硅丙乳液在水基包膜肥料的研制中具有广阔的应用前景. ., 以3种水基硅丙乳液(SD-528、SD-5281和GA-1710)为材料,利用水基反应成膜技术对这3种材料进行化学改性,制备了聚合物包膜肥料模型膜;研究了模型膜的养分扩散性能,在此基础上研制了水基聚合物包膜肥料;测定了包膜肥料养分释放曲线,并利用红外光声光谱对聚合物膜进行原位表征.结果表明,通过化学交联改性,硅丙基模型膜具有优良的成膜性和扩散性能,不同的乳液对包膜尿素的缓释效果影响显著;GA-1710和SD-528的缓释效果较好,在静态水中的释放时间可达到30 d,而SD-5281缓释性能较差,需要做进一步的化学改性;不同的乳液类型制备的包膜尿素的释放模式也不同,GA-1710累积释放曲线为"S"型,而SD-528为"L"型.因此,利用反应成膜技术,硅丙乳液在水基包膜肥料的研制中具有广阔的应用前景. |
[24] | . , 通过田间试验,研究控释氮肥在田间的养分释放特征及其在玉米生长期内养分需求和氮素供应状况以及对土壤无机氮、玉米产量和氮肥利用率的影响。结果表明,控释氮肥的养分释放达到了控释效果,其养分释放与玉米的养分吸收规律基本一致。与普通氮肥相比,施用控释氮肥有效地提高土壤中的无机氮含量,促进玉米植株对氮素的吸收利用。施用控释氮肥处理的玉米吸氮量比普通氮肥处理增加8.41%,玉米产量较普通氮肥增产720 kg/hm~2,氮肥利用率较普通氮肥处理高10.13个百分点,氮肥农学效率较普通氮肥处理高19.48%。 ., 通过田间试验,研究控释氮肥在田间的养分释放特征及其在玉米生长期内养分需求和氮素供应状况以及对土壤无机氮、玉米产量和氮肥利用率的影响。结果表明,控释氮肥的养分释放达到了控释效果,其养分释放与玉米的养分吸收规律基本一致。与普通氮肥相比,施用控释氮肥有效地提高土壤中的无机氮含量,促进玉米植株对氮素的吸收利用。施用控释氮肥处理的玉米吸氮量比普通氮肥处理增加8.41%,玉米产量较普通氮肥增产720 kg/hm~2,氮肥利用率较普通氮肥处理高10.13个百分点,氮肥农学效率较普通氮肥处理高19.48%。 |
[25] | . , 在土壤培养基础上,着重研究了包膜控释肥料养分释放率的三种测定方法以及在土壤中测得的包膜控释肥料养分释放率与在水中测得的养分释放率间的相关性。结果表明,在土壤培养中,采用肥料养分化学测定法、肥料养分称量法和土壤无机氮增量法都能直接或间接表征包膜控释肥料在土壤中的养分释放率及其相关性状。包膜控释肥料在土壤与水两种体系中所测得的养分释放率之间相关性显著,其相关关系符合一元一次线型回归方程,相关系数(r)大于0.920。 ., 在土壤培养基础上,着重研究了包膜控释肥料养分释放率的三种测定方法以及在土壤中测得的包膜控释肥料养分释放率与在水中测得的养分释放率间的相关性。结果表明,在土壤培养中,采用肥料养分化学测定法、肥料养分称量法和土壤无机氮增量法都能直接或间接表征包膜控释肥料在土壤中的养分释放率及其相关性状。包膜控释肥料在土壤与水两种体系中所测得的养分释放率之间相关性显著,其相关关系符合一元一次线型回归方程,相关系数(r)大于0.920。 |
[26] | . , In order to find out the efficient nitrogen management of wheat production for high yield and good quality in the Anyang region, the effects of different nitrogen fertilizer managements on the accumulation of dry matter, yield and N utilization of winter wheat were studied under field experiment. The results showed that nitrogen supply could significantly promote the accumulation of dry matter and yield in winter wheat. With increasing of nitrogen rate, N fertilizer utilization efficiency was decreasing when the ratio of base fertilizer to topdressing of 10∶0. In the same proportion, comparison among different N treatments showed that dry matter accumulation, yield and PNUE and NUE were the highest when nitrogen rate was 200 kg·hm, and then decreased with increasing of nitrogen rate. In the same nitrogen fertilizer rate, analysis showed that under the proportion of different fertilizer, increasing the base nitrogen could improve dry matter accumulation and yield and NUE when nitrogen rate was 100 kg·hm. While with increasing total nitrogen amount, increasing the dressing nitrogen could improve dry matter accumulation and yield and NUE, and the treatment of 200 kg·hm was better than the treatment of 300 kg·hm. Therefore, Nitrogen fertilizer treatment of 200 kg·hm at the base and dressing ratio of 6:4 was beneficial to improve the dry matter, yield and N utilization efficiency of winter wheat. ., In order to find out the efficient nitrogen management of wheat production for high yield and good quality in the Anyang region, the effects of different nitrogen fertilizer managements on the accumulation of dry matter, yield and N utilization of winter wheat were studied under field experiment. The results showed that nitrogen supply could significantly promote the accumulation of dry matter and yield in winter wheat. With increasing of nitrogen rate, N fertilizer utilization efficiency was decreasing when the ratio of base fertilizer to topdressing of 10∶0. In the same proportion, comparison among different N treatments showed that dry matter accumulation, yield and PNUE and NUE were the highest when nitrogen rate was 200 kg·hm, and then decreased with increasing of nitrogen rate. In the same nitrogen fertilizer rate, analysis showed that under the proportion of different fertilizer, increasing the base nitrogen could improve dry matter accumulation and yield and NUE when nitrogen rate was 100 kg·hm. While with increasing total nitrogen amount, increasing the dressing nitrogen could improve dry matter accumulation and yield and NUE, and the treatment of 200 kg·hm was better than the treatment of 300 kg·hm. Therefore, Nitrogen fertilizer treatment of 200 kg·hm at the base and dressing ratio of 6:4 was beneficial to improve the dry matter, yield and N utilization efficiency of winter wheat. |
[27] | . , <p>在大田试验条件下,以A1(中麦8)、 A2(中麦175)和A3(轮选518)3个小麦品种为试验材料,设3个氮肥基追比处理(B1, 底肥∶拔节肥∶开花肥=5∶5∶0; B2, 底肥∶拔节肥∶开花肥=5∶4∶1; B3, 底肥∶拔节肥∶开花肥=5∶3∶2),采用2因素随机区组设计,研究了不同氮肥基追比对冬小麦子粒产量和蛋白质组分及生理特性的影响。结果表明,在底肥和追肥总量相同的条件下,适当提高开花期追施氮肥的比例有利于抑制小麦生育后期旗叶叶绿素的降解,提高叶片含氮量,延长叶片功能期;B3处理子粒产量及容重、 千粒重和蛋白质产量均高于其它两施肥处理,其中B3处理的千粒重显著高于B2处理。品种间各产量因素间差异显著。不同氮肥基追比例对球蛋白含量有显著影响,而对其他蛋白组分含量影响不显著。</p> ., <p>在大田试验条件下,以A1(中麦8)、 A2(中麦175)和A3(轮选518)3个小麦品种为试验材料,设3个氮肥基追比处理(B1, 底肥∶拔节肥∶开花肥=5∶5∶0; B2, 底肥∶拔节肥∶开花肥=5∶4∶1; B3, 底肥∶拔节肥∶开花肥=5∶3∶2),采用2因素随机区组设计,研究了不同氮肥基追比对冬小麦子粒产量和蛋白质组分及生理特性的影响。结果表明,在底肥和追肥总量相同的条件下,适当提高开花期追施氮肥的比例有利于抑制小麦生育后期旗叶叶绿素的降解,提高叶片含氮量,延长叶片功能期;B3处理子粒产量及容重、 千粒重和蛋白质产量均高于其它两施肥处理,其中B3处理的千粒重显著高于B2处理。品种间各产量因素间差异显著。不同氮肥基追比例对球蛋白含量有显著影响,而对其他蛋白组分含量影响不显著。</p> |
[28] | [D]. , [D]. , |
[29] | . , Post-anthesis nutrient regulation has been regarded as a promising way to delay premature senescence and increase kernel size in agronomic practices. In order to determine the effect of post-anthesis different nutrient regulation strategies on both dry matter production and N translocation for high yielding winter wheat, in addition to providing the theoretical support on post-anthesis nutrient regulation for high yielding winter wheat, we conducted a research in field involving post-anthesis once N fertilizer, fourth N fertilizer, spraying K2PO4 to investigate effect of the each treatment on grain-filling and remobilization of N. Under favorable high yield conditions, control (without inputs of N) attained 8.7 t/hm2. Even though under high yield conditions, post-anthesis nutrient regulation raised yield (once N fertilizer 8.9%, fourth N fertilizer 9.9%, spraying K2PO4 11.6%) in comparison with control. Compared with control, post-anthesis nutrient regulation not only increased post-anthesis dry matter and N uptake, but also promoted remolibition of assimilate and N stored in vegetative tissues. Consequently, it was proposed that, assuring the adequate N situation in combination with spraying K2PO4 could mitigate earliness induced by stress and improve the grain filling process. ., Post-anthesis nutrient regulation has been regarded as a promising way to delay premature senescence and increase kernel size in agronomic practices. In order to determine the effect of post-anthesis different nutrient regulation strategies on both dry matter production and N translocation for high yielding winter wheat, in addition to providing the theoretical support on post-anthesis nutrient regulation for high yielding winter wheat, we conducted a research in field involving post-anthesis once N fertilizer, fourth N fertilizer, spraying K2PO4 to investigate effect of the each treatment on grain-filling and remobilization of N. Under favorable high yield conditions, control (without inputs of N) attained 8.7 t/hm2. Even though under high yield conditions, post-anthesis nutrient regulation raised yield (once N fertilizer 8.9%, fourth N fertilizer 9.9%, spraying K2PO4 11.6%) in comparison with control. Compared with control, post-anthesis nutrient regulation not only increased post-anthesis dry matter and N uptake, but also promoted remolibition of assimilate and N stored in vegetative tissues. Consequently, it was proposed that, assuring the adequate N situation in combination with spraying K2PO4 could mitigate earliness induced by stress and improve the grain filling process. |
[30] | . , 通过 1998~ 1999、1999~ 2 0 0 0两年度对 3个不同类型的 4个冬小麦品种 (系 )根系进行研究表明 ,不同类型冬小麦品种的根系生长差异较大。大穗型 93中 6的根长密度扬花期高于其它 3个品种 ;中间型周麦 13的根长密度在拔节孕穗期较高 ,后期则很低 ,根系衰退较快 ;多穗型中育 6号、98中 18的根长密度在生长中后期较平稳。 ., 通过 1998~ 1999、1999~ 2 0 0 0两年度对 3个不同类型的 4个冬小麦品种 (系 )根系进行研究表明 ,不同类型冬小麦品种的根系生长差异较大。大穗型 93中 6的根长密度扬花期高于其它 3个品种 ;中间型周麦 13的根长密度在拔节孕穗期较高 ,后期则很低 ,根系衰退较快 ;多穗型中育 6号、98中 18的根长密度在生长中后期较平稳。 |
[31] | . , 【目的】了解冬小麦根系形态的动态分布规律,为优化根系构型、提高小麦产量潜力提供参考。【方法】本研究借助于微根管技术,对冬小麦根系生长至消亡过程中的根长密度、根尖数、表面积、直径和以根长为基础的根系生长速率进了原位监测。【结果】冬小麦根系的根长密度和根尖数均在拔节期达到最大值,根表面积和直径在抽穗前达到最大值;收获1周后,其根长密度、表面积和根尖数开始大幅降低;10—40 cm土层根系的平均直径较大,根长密度的最大值出现在30—40 cm土层;冬小麦绝大多数根系的直径(RD)小于0.5 mm,0.1 mm<RD≤0.25 mm区间的根长密度是其它区间之和的1.3—2.1倍;返青至拔节前期,0—40 cm土层的根系增长速率最为显著,拔节中后期40—80 cm土层则显著增大。【结论】返青至抽穗期冬小麦的根系生长最旺盛,其生长重心也逐渐下移,收获后死亡节律滞后。深层根系的直径较小,0.1 mm<RD≤0.25 mm区间的细根是冬小麦根系的主要组成部分。 . 【目的】了解冬小麦根系形态的动态分布规律,为优化根系构型、提高小麦产量潜力提供参考。【方法】本研究借助于微根管技术,对冬小麦根系生长至消亡过程中的根长密度、根尖数、表面积、直径和以根长为基础的根系生长速率进了原位监测。【结果】冬小麦根系的根长密度和根尖数均在拔节期达到最大值,根表面积和直径在抽穗前达到最大值;收获1周后,其根长密度、表面积和根尖数开始大幅降低;10—40 cm土层根系的平均直径较大,根长密度的最大值出现在30—40 cm土层;冬小麦绝大多数根系的直径(RD)小于0.5 mm,0.1 mm<RD≤0.25 mm区间的根长密度是其它区间之和的1.3—2.1倍;返青至拔节前期,0—40 cm土层的根系增长速率最为显著,拔节中后期40—80 cm土层则显著增大。【结论】返青至抽穗期冬小麦的根系生长最旺盛,其生长重心也逐渐下移,收获后死亡节律滞后。深层根系的直径较小,0.1 mm<RD≤0.25 mm区间的细根是冬小麦根系的主要组成部分。 |
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[33] | [D]. , [D]. , |
[34] | [D]. , [D]. , |
[35] | [D]. , [D]. , |
[36] | . , 在池栽模拟大田轮作条件下,通过向土壤中一次性施入大量树脂控释肥残膜,探讨长期施用控释肥后残留在土壤中的树脂膜壳对土壤理化性状及冬小麦、夏玉米生长的影响。结果表明:短时期内,控释肥树脂残膜量在90~360g/m2时,残膜对粉壤土和砂壤土的容重、总孔隙度以及pH和EC等理化性状不会造成影响;残膜对小麦叶绿素含量和根系活力均未表现出现显著性影响;控释肥树脂残膜用量在90~360g/m2范围内时,冬小麦和夏玉米籽粒的粗蛋白、粗灰分、还原型Vc等主要品质指标以及产量均无显著性变化,其籽粒中全氮、全磷、全钾以及中微量元素含量也无显著性变化,但砂壤土中的夏玉米籽粒淀粉含量显著增加,残膜施入量为90,180,360g/m2时,淀粉含量分别相对增加23.83%,41.73%,23.17%。 ., 在池栽模拟大田轮作条件下,通过向土壤中一次性施入大量树脂控释肥残膜,探讨长期施用控释肥后残留在土壤中的树脂膜壳对土壤理化性状及冬小麦、夏玉米生长的影响。结果表明:短时期内,控释肥树脂残膜量在90~360g/m2时,残膜对粉壤土和砂壤土的容重、总孔隙度以及pH和EC等理化性状不会造成影响;残膜对小麦叶绿素含量和根系活力均未表现出现显著性影响;控释肥树脂残膜用量在90~360g/m2范围内时,冬小麦和夏玉米籽粒的粗蛋白、粗灰分、还原型Vc等主要品质指标以及产量均无显著性变化,其籽粒中全氮、全磷、全钾以及中微量元素含量也无显著性变化,但砂壤土中的夏玉米籽粒淀粉含量显著增加,残膜施入量为90,180,360g/m2时,淀粉含量分别相对增加23.83%,41.73%,23.17%。 |
[37] | ., 为了探明控释肥树脂残膜对土壤环境可能造成的影响,采用小麦池栽试验研究了控释肥树脂残膜对土壤有关微生物数量和酶活性的影响。结果表明,控释肥树脂残膜使土壤细菌和放线菌数量分别相对增加了19.01%~62.87%和17.03%~132.39%,土壤脲酶、转化酶、中性磷酸酶活性分别提高了17.39%~85.71%、31.77%~158.40%、35.14%~189.47%,但对过氧化氢酶活性无明显影响。施肥处理(施肥不施残膜和施肥施残膜处理)显著增加了土壤转化酶和中性磷酸酶活性;但对土壤细菌和放线菌数量、过氧化氢酶和脲酶活性没有显著影响。控释肥树脂残膜施用量在90~360g/m2 范围内,对土壤细菌和放线菌数量以及有关土壤酶活性没有产生不良影响。 . 为了探明控释肥树脂残膜对土壤环境可能造成的影响,采用小麦池栽试验研究了控释肥树脂残膜对土壤有关微生物数量和酶活性的影响。结果表明,控释肥树脂残膜使土壤细菌和放线菌数量分别相对增加了19.01%~62.87%和17.03%~132.39%,土壤脲酶、转化酶、中性磷酸酶活性分别提高了17.39%~85.71%、31.77%~158.40%、35.14%~189.47%,但对过氧化氢酶活性无明显影响。施肥处理(施肥不施残膜和施肥施残膜处理)显著增加了土壤转化酶和中性磷酸酶活性;但对土壤细菌和放线菌数量、过氧化氢酶和脲酶活性没有显著影响。控释肥树脂残膜施用量在90~360g/m2 范围内,对土壤细菌和放线菌数量以及有关土壤酶活性没有产生不良影响。 |
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