绿色肥料缘起、现状与发展趋势

“创新、协调、绿色、开放、共享”的新发展理念是“十四五”乃至更长时期内我国发展思路、方向和着力点的集中体现。农业的绿色发展是贯彻新发展理念的重要环节,对形成人与自然和谐共生、保障食品安全和营造宜居环境均具有重要的作用。肥料作为最大的外源投入品和生产资料,对农产品数量、质量和农业生态环境作用巨大,影响深远,在农业绿色发展中具有举足轻重的地位。然而传统肥料的不合理施用造成了土壤质量退化、环境污染、农产品品质下降等问题,迫切需要肥料产品的转型和升级,绿色投入品的研制应运而生,而“绿色肥料”也在这个大背景下被提出。绿色肥料概念或定义:应用质量安全原料,低碳环保工艺,采用物理-化学-生物改性增效技术生产和使用的,具有养分高效均衡、减排环保、培肥地力沃土功能的一类肥料。绿色肥料种类主要分为以下五类:养分高效型绿色肥料;固碳培肥型绿色肥料;增效及提高养分转化效率型绿色肥料;养分均衡型绿色肥料;增值型绿色肥料。如何实现化肥的绿色转型、有机肥资源高效低成本利用,主要有四方面建议。(1)依靠市场机制,加强顶层设计,构建肥料绿色制造新体系;(2)以养分资源综合管理为核心,促进有机-大量元素-中微量元素肥料平衡协调发展;(3)充分发挥科研平台作用,大力发展智能化绿色肥料产品;(4)融合现代传感和信息技术,全面推进绿色高效的精准施肥。本文就绿色肥料提出的背景、概念和内涵、种类、特征进行概述,并对未来发展方向进行探讨,以期对今后我国肥料产业的绿色转型和农业的绿色发展提供借鉴。

减氮配施抑制剂及鸡粪提高尿素氮在稻田土壤中的转化及利用

【目的】探究氮肥减量配施氮肥抑制剂和鸡粪的情况下土壤及肥料氮素供应和利用状况,及其对土壤肥力和水稻产量的影响,为我国东北地区水稻生产中提高氮肥利用效率、实现节肥增效提供理论基础。【方法】采用^(15)N同位素示踪技术,盆栽试验设不施氮肥处理(CK)、常规氮肥(^(15)N示踪尿素)处理(N)、80%尿素氮+20%鸡粪氮处理(NM)、80%尿素氮+抑制剂处理(NI)、80%尿素氮+抑制剂+20%鸡粪氮处理(NIM)。测定不同生长时期来自于土壤及肥料中的铵态氮、微生物量氮含量及植株含氮量,收获时测定水稻产量。【结果】1)NI处理在土壤及肥料来源的铵态氮供应能力方面与N处理相当,抑制剂添加对氮肥减施有一定的补偿作用。在分蘖期和灌浆期,NM处理供氮能力优于无机氮肥处理。NIM处理在铵态氮和硝态氮供应能力方面效果最好。与N处理相比,NIM处理在水稻返青期、分蘖期和灌浆期土壤铵态氮含量分别提高了19.2%、66.3%和36.5%,硝态氮含量分别提高了13.9%、12.7%和17.3%,^(15)NH_(4)^(+)-N含量在分蘖期增加了14.59 mg/kg。2)无机氮肥处理(N、NI)对土壤微生物量碳含量无显著影响,但添加鸡粪处理(NM、NIM)显著提高了返青期和灌浆期土壤微生物量氮含量(P<0.05)。与N处理相比,NIM处理在水稻返青期、分蘖期、灌浆期和成熟期土壤微生物量碳含量分别提高了32.61%、29.23%、53.46%和2.85%,微生物量氮含量分别提高了147.98%、22.97%、133.33%和24.63%,^(15)N-微生物量氮含量在分蘖期增加了约22.56 mg/kg。3)抑制剂及鸡粪添加均提高了水稻产量和生物量,NIM处理的水稻生物量、产量和吸氮量较N处理分别提高了83.59%、124.18%和46.66%(P<0.05),土壤中肥料氮的残留量显著增加了56.48%,肥料氮的损失减少了约78.7%。NIM处理的氮素吸收利用率、氮肥农学效率等显著高于其他处理,抑制剂与鸡粪在提高肥料氮素利用率方面存在显著交互作用。【结论】在我国北方棕壤水稻土上,在尿素中添加抑制剂(1%PPD+1%NBPT+2%DMPP)或者用鸡粪替代20%的尿素均能改善土壤氮素供应,氮肥减量20%配施抑制剂和鸡粪不仅不会减产,还会在提高水稻产量的同时提高肥料利用率。从肥料氮释放及水稻吸收利用的角度综合考量,减少20%尿素投入,添加氮肥抑制剂,以及添加氮肥抑制剂的同时,用鸡粪替代20%的尿素的效果较好。

有机无机配施对水稻产量及氮肥残效的影响

为揭示有机无机配施条件下;N尿素在稻田土壤中的残效状况,在我国北方棕壤性水稻土上进行盆栽试验,结合土壤氮素供应及水稻对肥料氮的吸收利用,探寻最佳的施肥方式。设置空白(CK)、尿素(N)、秸秆+尿素(NS)、猪粪+尿素(NM)、稳定性尿素(NI)、秸秆+稳定性尿素(NIS)、猪粪+稳定性尿素(NIM)7个处理。结果表明,稳定性尿素、秸秆、猪粪的添加均能影响;N标记的尿素在土壤中的残留、转化及水稻吸收利用。相比于N,NI显著延缓了尿素水解(P<0.05),增加水稻返青期和分蘖期铵态氮的供应,增加各生育期生物量及产量,提高了水稻的收获指数和氮素回收利用率。秸秆和猪粪的添加均显著提高了土壤微生物量碳氮,增强了氮素供应能力。NS或NIS增加了水稻穗及地上部分对肥料氮的吸收利用,其具有最高的收获指数(0.39~0.47)。相比于N,NIM提高水稻产量约137%,增加水稻分蘖期和成熟期生物量分别约1.98%和53%,提高了氮素回收利用率,约是N的1.82倍。秸秆配施氮肥的微生物量碳氮具有较好的耦合性,猪粪添加的增产效果更为明显。总之,在我国北方稻田土壤中,从产量及生物量的角度,NI、NIM为推荐施用模式,从肥料氮固持及培肥土壤的角度,NS、NIS是值得长期探索的施用方式。

不同水分管理模式下氮肥和秸秆配施对稻田CH_(4)排放的影响

以东北潮棕壤为供试土壤,通过室外水稻盆栽试验,研究不同水分管理模式下氮肥和秸秆配施对稻田CH_(4)排放的影响。在长期淹水(CF)和干湿交替(AWD)两种水分管理模式的基础上,设置无氮肥对照(CK)、单施秸秆(S)、单施尿素(U)、尿素+秸秆(US)4个处理,对水稻整个生长季CH_(4)排放进行监测,并测定不同生育期间土壤微生物量碳(MBC)含量以及收获后水稻产量。结果显示:AWD模式下CH_(4)累积排放量低于CF模式;两种水分模式下CK与U处理CH_(4)累积排放无显著差异,添加秸秆处理(S,US)CH_(4)累积排放量显著增加。CF模式下US处理CH_(4)累积排放量显著高于S处理,但在AWD模式下正好相反。AWD模式在降低CH_(4)排放的同时并未显著降低水稻产量,尿素的施用显著增加了水稻产量,秸秆还田虽然对水稻产量无显著影响,但它显著提高了土壤微生物量碳含量,有助于培肥地力。与CF模式相比,AWD模式显著降低了CH_(4)排放,同时,US处理施在降低CH_(4)排放和保证水稻产量的同时,增加土壤MBC含量,有助于培肥地力。因此,AWD模式是东北潮棕壤发育的水田中较为优异的水分管理模式,U和US处理是较为优异的施肥措施。

减量钝化剂与常规肥料混施对镉钝化效果及土壤养分状况的影响

[目的]研制重金属钝化调理专用肥。[方法]以玉米秸秆为原料制作的生物炭和黏土矿物海泡石为对象,研究在连续2茬小白菜种植后的钝化效果及对肥料利用的影响。[结果]氮磷钾肥配施减量的生物炭和海泡石能提高土壤pH,各添加量显著高于对照(P<0.05)。土壤Cd的钝化效果以生物炭(B∶N=3∶1)及海泡石(S∶N=1∶1)处理最优,小白菜可食部分Cd含量最低。相比于对照,生物炭处理均能减少土壤中速效氮含量,而对有效磷和速效钾含量无显著影响,海泡石随着添加比例的增加,速效氮和速效钾含量逐渐增加。[结论]减量生物炭与氮磷钾肥料混施能有效降低污染土壤活性Cd含量,降低Cd的生物可利用性,还能对土壤中营养元素起到固持作用,提高肥料利用率。

稳定性氮肥配合秸秆还田对水稻产量及N_2O和CH_4排放的影响

以中国科学院辽宁沈阳农田生态系统国家野外科学观测研究站连续两年的试验平台为依托,以潮棕壤为供试土壤,开展了稳定性氮肥配合秸秆还田对水稻产量及N_2O和CH_4排放的影响研究,设置对照(CK)、尿素(U)、尿素+脲酶抑制剂+硝化抑制剂(U+I)、秸秆还田(S)、秸秆还田+尿素(S+U)、秸秆还田+尿素+脲酶抑制剂+硝化抑制剂(S+U+I)6个处理.结果表明:与CK相比,尿素显著提高了水稻产量、N_2O和CH_4累积排放及全球增温潜势.硝化抑制剂和脲酶抑制剂与尿素配施可显著减缓N_2O的累积排放.秸秆还田显著增加了N_2O和CH_4累积排放、全球增温潜势和温室气体排放强度.S+U+I处理水稻产量最高,但温室气体排放强度也显著高于其他处理;U+I处理产量略低于S+U+I,但温室气体排放强度最小.秸秆单独还田处理作物产量与对照相比无显著差异.在东北潮棕壤发育的水田中,S+U+I和U+I是相对较优的施肥模式.

不同秸秆还田量和氮肥配施对玉米田土壤CO_(2)排放的影响

探讨不同秸秆还田量和氮肥量配施对辽西北半干旱区玉米田土壤CO_(2)排放的影响,可为固碳减排和黑土地保护计划的实施提供理论支撑。本试验主区设置3个秸秆还田水平,分别为3000(S_(1))、6000(S_(2))和9000 kg·hm^(-2)(S_(3),秸秆全量还田);副区设置3个氮肥施用水平,分别为105(N_(1))、210(N_(2),常规施氮量)和420 kg N·hm^(-2)(N_(3)),另设置不施氮肥不添加秸秆的对照处理(CK),共10个处理。采集定位试验4年后玉米田间土壤,通过培养试验,探究不同处理对玉米田土壤CO_(2)排放的影响及CO_(2)排放与土壤溶解性有机碳(DOC)和微生物生物量碳(MBC)的关系。结果表明:秸秆还田和氮肥施用均会促进玉米田土壤CO_(2)排放,并随秸秆还田量和施氮量的增加而显著增加,其中氮肥施用是促进玉米田土壤CO_(2)排放的最主要因素;秸秆还田与氮肥配施通过促进微生物生物量增加并加剧DOC消耗来促进玉米田土壤CO_(2)排放;MBC和DOC含量显著刺激玉米田土壤CO_(2)排放,且主要受两者培养前期含量的影响。从保障秸秆还田培肥地力同时减少CO_(2)排放的角度考虑,210 kg N·hm^(-2)常规施氮量与6000 kg·hm^(-2)秸秆还田配合施用(N_(2)S_(2))是本试验条件下辽西北半干旱区最有潜力的田间施肥模式。

镉钝化剂与尿素配施对土壤镉钝化效果的影响

以生物炭(B)、海泡石(S)和磷矿粉(P)为重金属镉钝化材料,研究它们与尿素配施对土壤重金属镉(Cd)钝化效果的影响,为重金属钝化专用肥的研制提供理论依据。结果表明:3种钝化剂经盐酸改性后,表面积和比表面积显著提高,吸附能力增强;与未添加钝化剂的处理相比,3种钝化剂的单一和复合处理均显著降低土壤活性Cd的含量(P<0.05),其中海泡石与磷矿粉复合处理(S+P)降低幅度最大,活性Cd含量降低了23%;与单施尿素比,尿素与钝化剂配施能有效降低活性Cd含量,其中S+P处理钝化效果最好,钝化剂的添加能缓解由于尿素态氮转化带来的土壤酸化的趋势,提高土壤pH,在一定程度上降低Cd的有效性。本研究表明,在未来重金属钝化专用肥的研制中,酸改性磷矿粉和海泡石可作为重点关注的钝化材料。

抑制剂和猪粪对尿素氮在稻田土壤中转化的影响

为了阐明稻田土壤中尿素在配施抑制剂和猪粪的情况下不同形态氮的响应特征,探究不同管理措施下稻田土壤氮素保持和供给能力。本研究采用15N标记尿素进行盆栽试验,设置不施肥(CK)、猪粪(M)、尿素(N)、猪粪+尿素(NM)、尿素+抑制剂(NI)和尿素+抑制剂+猪粪(NIM)6个处理。抑制剂选用脲酶抑制剂(PPD+NBPT)和硝化抑制剂(DMPP)组合,测定返青期、分蘖期和成熟期土壤氮库的分配、尿素氮在氮库中的保存及水稻吸氮状况。结果表明:施用猪粪显著提高了土壤铵态氮、固定态铵含量和微生物生物量氮,提高了分蘖期尿素氮在各氮库中的贮存,显著增加了水稻产量。与N处理相比,添加抑制剂促进了NH4^+的矿物固定和微生物对尿素氮的固持;与NM处理相比,施用抑制剂增加了黏土矿物对15NH4^+的固定。通径分析表明,施用猪粪能促进水稻吸收肥料氮,增加水稻产量;添加抑制剂可通过铵的矿物固定将更多的肥料氮暂时储存;NIM能将更多的氮贮存在微生物生物量氮中,至作物生长后期,铵的释放和微生物周转矿化可为水稻提供更多的有效氮源。在我国北方稻田,NM和NIM处理是推荐的施肥方式。