陶美彤 李悅銘 李旭
摘要:采用盆栽試驗(yàn)比較研究了膨潤(rùn)土含量不同的可降解包膜尿素緩釋肥的氮素釋放規(guī)律及對(duì)小白菜生長(zhǎng)的影響。結(jié)果表明,研究NH4+-N和NO3--N含量在尿素和緩釋肥處理中均隨時(shí)間呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì),尿素處理分別在14、21 d達(dá)到最大值,分別為102.25、30.05 mg/kg,而緩釋肥處理分別在21、28 d達(dá)到最大值,范圍分別為 54~60 mg/kg、2~28 mg/kg。與尿素相比,尿素緩釋肥具有比較明顯的緩釋效果,即使在施肥后期土壤中 NH4+-N和NO3--N的含量也較大,滿足了小白菜全生長(zhǎng)期的營(yíng)養(yǎng)需求,小白菜各項(xiàng)生長(zhǎng)指標(biāo)明顯提高。此外,緩釋肥對(duì)小白菜的增產(chǎn)效應(yīng)隨著膨潤(rùn)土含量的增加而提高,當(dāng)膨潤(rùn)土含量為4.5%時(shí),小白菜產(chǎn)量最高。
關(guān)鍵詞:膨潤(rùn)土;小白菜;緩釋肥;可降解;產(chǎn)量
中圖分類號(hào): S634.306+.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A
文章編號(hào):1002-1302(2017)15-0133-04
傳統(tǒng)氮肥(如尿素)具有利用率低、肥效期短、養(yǎng)分容易淋失、揮發(fā)和固定等特點(diǎn)[1]。它的大量施用不僅浪費(fèi)了資源,引發(fā)系列環(huán)境污染問(wèn)題,而且破壞了土壤結(jié)構(gòu),造成土壤板結(jié)[2]。然而,緩釋肥的出現(xiàn)和發(fā)展可以有效地解決上述問(wèn)題。緩釋肥能夠較好地控制養(yǎng)分釋放速度,使氮素利用率由30%~35%提高到60%~70%[3],有利于實(shí)現(xiàn)減肥增效目標(biāo),被稱為“21世紀(jì)的肥料”。
美國(guó)在20世紀(jì)50年代就開(kāi)始研究包膜緩釋肥,隨后是日本、歐洲等國(guó)家[4],至20世紀(jì)80年代包膜緩釋肥的研究已經(jīng)成為國(guó)際的熱點(diǎn)[5-6]。我國(guó)于20世紀(jì)70年代開(kāi)始研究包膜緩釋肥,尤其在有機(jī)物材料包膜這方面起步較晚,研究水平與美國(guó)、日本等國(guó)家的差距較大。目前,我國(guó)包膜緩釋肥的研究主要集中研發(fā)包膜材料方面,而且現(xiàn)在的緩釋肥所采用的包膜材料以水基聚合物、聚氨酯類和天然高分子等有機(jī)材料為主[7]。隨著土壤污染問(wèn)題日益嚴(yán)重[8],為了有效地解決由包膜材料難降解引起的土壤環(huán)境污染問(wèn)題,環(huán)境友好型可降解包膜材料的研發(fā)逐漸引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者和科研機(jī)構(gòu)的關(guān)注[9-13]。沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)、安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)、華東理工大學(xué)等都研制出各種生物降解性良好的緩釋包膜材料[14-19],而且這些材料主要以淀粉、聚乙烯醇和殼聚糖等可生物降解包膜材料為主?,F(xiàn)階段,國(guó)內(nèi)關(guān)于聚合物包膜緩控釋肥的釋放特性、研究進(jìn)展、肥料效應(yīng)等方面報(bào)道較多,但有關(guān)可降解的包膜緩控釋肥的肥效方面研究較少。土壤中能夠被作物直接利用的生物有效態(tài)氮主要是NH4+-N和NO3--N,其含量會(huì)直接影響作物的生長(zhǎng)[20]。膨潤(rùn)土能強(qiáng)烈吸附尿素和 NH4+-N[21],具有吸附性、陽(yáng)離子交換性、控釋作用、保水保肥和改良土壤鹽堿性等優(yōu)良性質(zhì),并且還含有植物生長(zhǎng)所需的常量元素和微量元素。所以,使用膨潤(rùn)土作為緩釋肥的載體,可提高肥料的利用效率,特別是對(duì)氮肥的保氮作用明顯[22-23]。
本研究選擇可生物降解的淀粉和聚乙烯醇為主要材料,再選擇對(duì)NH4+-N和NO3--N具有吸附作用、提高緩釋效果的膨潤(rùn)土為輔料作為包膜材料,制備成包膜尿素緩釋肥。在此基礎(chǔ)上,采用盆栽試驗(yàn)研究膨潤(rùn)土含量不同的可降解包膜尿素緩釋肥NH4+-N和NO3--N的含量隨時(shí)間的變化特征及其與小白菜生長(zhǎng)之間的關(guān)系,進(jìn)而揭示可降解包膜尿素緩釋肥的肥效情況,對(duì)環(huán)境友好型緩釋肥在作物上的應(yīng)用和未來(lái)農(nóng)業(yè)上推廣具有重要意義。
1材料與方法
1.1試驗(yàn)地點(diǎn)與材料
試驗(yàn)于2015年6—7月在吉林大學(xué)地下水資源與教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。供試土壤采自吉林大學(xué)南校區(qū)周邊土地的表層土壤。采用魯如坤的土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法測(cè)定供試土壤的性質(zhì)[24]。小白菜種子購(gòu)買于合肥市合豐種業(yè)有限公司;天然膨潤(rùn)土購(gòu)買于天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所。供試土壤基本理化性質(zhì)見(jiàn)表1。
1.2研究方法
1.2.1包膜尿素緩釋肥的制備
分別稱取6 g淀粉、0.06 g氫氧化鈉、4 g聚乙烯醇和0.2 g硼砂,1.5 mL甲醛和2.0 mL甘[CM(25]油充分混合后,再分別按比例添加0、1.5%、3.0%、45%的膨潤(rùn)土制備成包膜。然后將包膜包在尿素表面,干燥,保存于干燥器中備用。
1.2.2盆栽試驗(yàn)
選擇小白菜盆栽試驗(yàn)。氮肥施用量按比例(土壤 ∶N=1 000 ∶0.3)進(jìn)行。試驗(yàn)設(shè)6個(gè)處理,將過(guò) 2 mm 篩分的干土1 kg分別與尿素以及0、1.5%、3.0%、45%膨潤(rùn)土的可降解包膜尿素緩釋肥混勻后裝入盆中,以不施肥料為空白對(duì)照,每盆播種10粒小白菜種子,待長(zhǎng)成幼苗后,每盆留3株。盆栽試驗(yàn)進(jìn)行49 d,每7 d澆1次水并用流動(dòng)分析儀測(cè)定土壤中NH4+-N、NO3--N的含量。不栽種小白菜盆作為空白對(duì)照,每組重復(fù)3次。小白菜收獲后取地上部分,用直尺測(cè)定其葉長(zhǎng)、葉寬,洗凈吸干表面水分后測(cè)定小白菜鮮質(zhì)量,80 ℃烘干48 h后測(cè)定干質(zhì)量,并且按照下面公式計(jì)算各指標(biāo)的生物增長(zhǎng)率(T)。
[JZ]T=(處理組生物量-對(duì)照組生物量)/對(duì)照組生物量×100%。
1.3測(cè)定指標(biāo)及方法
采用Excel 2007和SPSS數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)軟件,進(jìn)行鮮質(zhì)量和干質(zhì)量的單因素方差分析,鮮質(zhì)量和干質(zhì)量、NO3--N和 NH4+-N以及無(wú)機(jī)氮的雙變量相關(guān)分析。
2結(jié)果與分析
2.1包膜尿素緩釋肥NH4+-N和NO3--N含量的變化
2.1.1NH4+-N含量的變化
膨潤(rùn)土含量不同的可降解包膜尿素緩釋肥施入土壤后的NH4+-N含量變化見(jiàn)圖1。從圖1可以看出,與膨潤(rùn)土含量不同的可降解包膜尿素緩釋肥相比,未施肥的空白對(duì)照NH4+-N含量變化十分微小。膨潤(rùn)土含量不同的可降解包膜尿素緩釋肥與尿素處理NH4+-N含量均呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì),且尿素處理NH4+-N含量在14 d達(dá)到最大值102.25 mg/kg。高峰值過(guò)后,尿素處理NH4+-N含量急劇下降,49 d后降至10 mg/kg以下。可降解包膜尿素緩釋肥處理NH4+-N含量變化較為穩(wěn)定,在 21 d 時(shí),0、1.5%、3.0%、4.5%膨潤(rùn)土的可降解包膜尿素緩釋肥處理NH4+-N含量分別為59.2、57.01、55.99、54.87 mg/kg,NH4+-N含量順序表現(xiàn)為B0>B1.5%>B3.0%>B4.5%,28 d起至結(jié)束其含量順序變化為B4.5%>B3.0%>B1.5%>B0。結(jié)果表明,在小白菜生長(zhǎng)前期可降解包膜尿素緩釋肥處理NH4+-N含量明顯低于尿素處理,后期又顯著高于尿素處理。表明可降解包膜尿素緩釋肥可持續(xù)穩(wěn)定地提供NH4+-N,滿足小白菜全生長(zhǎng)期的營(yíng)養(yǎng)需求,緩釋肥對(duì)NH4+-N的緩釋效果會(huì)隨著膨潤(rùn)土含量的增加而增加。endprint
2.1.2NO3--N含量的變化
膨潤(rùn)土含量不同的可降解包膜尿素緩釋肥施入土壤后的NO3--N含量變化見(jiàn)圖2。未施肥空白對(duì)照NO3--N含量變化與膨潤(rùn)土含量不同的可降解包膜尿素緩釋肥處理的NH4+-N含量變化相似。相對(duì)于可降解包膜尿素緩釋肥處理的盆栽,尿素處理NO3--N含量在小白菜生長(zhǎng)前期迅速增加,且21 d達(dá)到3005 mg/kg的最大值后迅速下降。可降解包膜尿素緩釋肥處理在施肥后21 d內(nèi)呈上升趨勢(shì),21~28 d內(nèi)變化緩慢,至28 d時(shí)達(dá)到最高,0、1.5%、3.0%、4.5%膨潤(rùn)土的可降解包膜尿素緩釋肥處理NO3--N含量分別為22.92、24.27、25.69、27.45 mg/kg,NO3--N含量順序?yàn)锽4.5%>B3.0%>B1.5%>B0,28 d后開(kāi)始下降,但下降趨勢(shì)緩慢,變化較小。從圖2可以看出,可降解包膜尿素緩釋肥處理的小白菜在整個(gè)生長(zhǎng)期能夠持續(xù)穩(wěn)定地提供NO3--N,并且隨著包膜中膨潤(rùn)土含量的增加,土壤中NO3--N含量也隨著增加,尿素處理NO3--N含量在小白菜生長(zhǎng)前期提供大量的NO3--N,而后期提供的NO3--N較少。
2.2包膜緩控釋肥對(duì)小白菜生長(zhǎng)發(fā)育的影響
2.2.1包膜緩控釋肥對(duì)小白菜生長(zhǎng)的影響
膨潤(rùn)土含量不同的可降解包膜尿素緩釋肥對(duì)小白菜葉長(zhǎng)、葉寬的影響見(jiàn)表2。從表2可以看出,尿素處理小白菜葉長(zhǎng)和葉寬比空白對(duì)照增加7.96%和5.84%。添加0、1.5%、3.0%、4.5%膨潤(rùn)土的可降解包膜尿素緩釋肥處理的小白菜葉長(zhǎng)比對(duì)照分別增加21.51%、2339%、22.90%、21.00%,小白菜葉寬比對(duì)照分別增加25.77%、30.79%、29.08%和28.26%。施用可降解包膜尿素緩釋肥后的小白菜葉長(zhǎng)和葉寬均明顯較對(duì)照和尿素處理有所增加。與尿素處理相比,添加膨潤(rùn)土可降解包膜尿素緩釋肥的小白菜葉長(zhǎng)和葉寬增加明顯,這是因?yàn)槟蛩厥┤胪寥酪欢螘r(shí)間后其養(yǎng)分很快釋放完全,后期不能為小白菜的生長(zhǎng)提供充足的養(yǎng)分,而可降解包膜尿素緩釋肥能夠滿足小白菜整個(gè)生長(zhǎng)期的營(yíng)養(yǎng)需求,對(duì)小白菜生長(zhǎng)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
2.2.2包膜緩控釋肥對(duì)小白菜鮮質(zhì)量、干質(zhì)量的影響盆栽試驗(yàn)結(jié)果,施用尿素處理的小白菜與對(duì)照小白菜的鮮質(zhì)量和干質(zhì)量相比,分別增長(zhǎng)9.63%、8.60%,小白菜產(chǎn)量較對(duì)照略有增加。施用可降解包膜尿素緩釋肥B0、B1.5%、B3.0%、B4.5%4個(gè)處理的小白菜鮮質(zhì)量比對(duì)照小白菜的鮮質(zhì)量分別增加19.72%、23.53%、24.99%、26.88%,其干質(zhì)量比對(duì)照小白菜分別增加 22.21%、2653%、30.18%、32.09%。表明施用可降解包膜尿素緩釋肥后小白菜葉長(zhǎng)和葉寬均明顯較對(duì)照有所增加,在45%膨潤(rùn)土的可降解包膜尿素緩釋肥處理下小白菜的鮮質(zhì)量和干質(zhì)量分別較對(duì)照增加26.88%、32.09%,達(dá)到了明顯的增產(chǎn)效果。與尿素相比,可降解包膜尿素緩釋肥能夠大幅度提高小白菜的鮮質(zhì)量和干質(zhì)量,且小白菜的鮮質(zhì)量和干質(zhì)量隨著包膜中膨潤(rùn)土含量的增加而增加。因?yàn)榘ぶ刑砑舆m量膨潤(rùn)土能強(qiáng)烈吸附尿素和NH4+-N,并且具有控釋作用和保水保肥效果,可以提高養(yǎng)分的利用率,從而提高小白菜的產(chǎn)量。當(dāng)包膜中膨潤(rùn)土加入量為 4.5% 時(shí),小白菜的鮮質(zhì)量和干質(zhì)量增加最大。所以從小白菜的產(chǎn)量角度考慮,包膜中膨潤(rùn)土最適加入量為4.5%。
2.2.3方差分析膨潤(rùn)土含量不同的可降解包膜尿素緩釋肥對(duì)小白菜鮮質(zhì)量和干質(zhì)量的單因素方差分析結(jié)果見(jiàn)表4、表5。從表4、表5可以看出,鮮質(zhì)量和干質(zhì)量的組間平方和分別為2.531、0.012,組內(nèi)平方和分別為0.003、0,其中組間平方和的F值分別為1 057.385、677.556,相應(yīng)的概率值均為0,小于顯著水平0.05。結(jié)果表明,施用可降解包膜尿素緩釋肥對(duì)小白菜的鮮質(zhì)量和干質(zhì)量有顯著的影響。組間變異被施肥類型所能解釋的部分分別為2.131、0.010,被其他因素解釋的分別為0.400、0.002,并且組間變異被所施用的氮肥類型所能解釋的部分十分顯著。表明施肥類型對(duì)小白菜鮮質(zhì)量和干質(zhì)量的影響非常顯著,并且直接影響其產(chǎn)量。
2.2.4雙變量相關(guān)分析小白菜鮮質(zhì)量和干質(zhì)量與 NH4+-N、NO3--N、無(wú)機(jī)氮的雙變量相關(guān)分析結(jié)果見(jiàn)表6、表7、表8。從表中可以看出,小白菜鮮質(zhì)量與NH4+-N、NO3--N、無(wú)機(jī)氮之間的Pearson相關(guān)系數(shù)分別為0.973、0972和 0.974,干質(zhì)量與NH4+-N、NO3--N、無(wú)機(jī)氮之間的Pearson相關(guān)系數(shù)分別為0.989、0.986和0.990,各顯著性水平均在0.001以上,表明小白菜鮮質(zhì)量和干質(zhì)量與 NH4+-N、NO3--N、無(wú)機(jī)氮之間均存在正相關(guān)。因此,可以得出,小白菜鮮質(zhì)量和干質(zhì)量與NH4+-N、NO3--N、無(wú)機(jī)氮之間均存在顯著相關(guān)關(guān)系,小白菜產(chǎn)量與三者密切相關(guān)。
3結(jié)論
尿素和可降解包膜尿素緩釋肥對(duì)NH4+-N和NO3--N具有相同的釋放規(guī)律,均是隨時(shí)間的增加呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì),但是它們的最大值及其出現(xiàn)最大值的時(shí)間不同。尿素處理NH4+-N和NO3--N含量分別在14、21 d達(dá)到最大值102.25、30.05 mg/kg,而緩釋肥處理分別在21、28 d達(dá)到最大范圍54~60 mg/kg、2~28 mg/kg。
與尿素相比,包膜尿素緩釋肥能夠在小白菜全生長(zhǎng)期內(nèi)為其提供NH4+-N和NO3--N。包膜尿素緩釋肥對(duì) NH4+-N 和NO3--N的緩釋效果隨著膨潤(rùn)土含量的增加而提高。與尿素處理相比,添加膨潤(rùn)土的可降解包膜尿素緩釋肥處理小白菜的葉長(zhǎng)、葉寬、鮮質(zhì)量和干質(zhì)量分別增加 12%~15%、18%~22%、9%~16%、12%~22%。因?yàn)榫忈尫蕽M足了小白菜全生長(zhǎng)期的營(yíng)養(yǎng)需求,促進(jìn)小白菜各項(xiàng)生長(zhǎng)指標(biāo)明顯提高。此外,緩釋肥對(duì)小白菜的增產(chǎn)效應(yīng)隨著膨潤(rùn)土含量的增加而增加,當(dāng)膨潤(rùn)土含量為4.5%時(shí),小白菜產(chǎn)量最高。endprint
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