控释氮肥与尿素混施对连作春玉米产量、氮素吸收和氮素平衡的影响

【目的】控释氮肥与普通尿素进行掺混施用是行之有效的一次性施肥替代技术。明确控释氮肥与尿素掺混施用对春玉米产量、氮素吸收利用以及土壤-作物系统氮素平衡的影响,为春玉米氮素养分的科学管理技术提供参考。【方法】2010和2011年在吉林省中部玉米主产区连续2年设置大田定点试验,施肥处理包括:不施氮(N0)、100%尿素(CRN0%)、15%控释氮肥+85%尿素(CRN15%)、30%控释氮肥+70%尿素(CRN30%)和45%控释氮肥+55%尿素(CRN45%),研究控释氮肥与尿素掺混施用对春玉米连作条件下籽粒产量、氮素吸收与利用、土壤无机氮累积与矿化以及系统氮素平衡的影响,确定适宜的控释氮肥掺混比例。【结果】与尿素一次性全施相比,控释氮肥与尿素掺混施用显著提高了春玉米地上部干重和产量,不同掺混比例之间差异不显著。两季平均结果显示,CRN30%处理玉米产量达最高(9.39 t·hm^(-2)),较CRN0%处理增产9.0%(0.77 t·hm^(-2)))。施肥是土壤-作物系统主要的氮素输入方式,占总输入量的63.5%,播前土壤无机氮和氮素矿化分别占19.2%和17.3%。2010和2011年玉米生育期内土壤氮素的表观净矿化量分别为34.4和66.1 kg·hm^(-2)),两季之间越冬期各施肥处理土壤氮素矿化量为15.2—26.4 kg·hm^(-2)),处理间差异不显著。系统的氮素输出以植株吸收带走氮素为主要方式,平均占总输出的80.7%(68.1%—99.5%)。随控释氮肥掺混比例的增加,植株氮素吸收量和土壤无机氮残留量均呈持续上升趋势,分别在CRN30%和CRN45%处理达最高,为234.2和108.1 kg·hm^(-2),较CRN0%处理分别增加18.0%和45.1%。但是,氮素表观损失随控释比例增加而大幅降低,最终导致氮素表观盈余也呈下降趋势,CRN30%处理降至最低的114.4 kg·hm^(-2)),较CRN0%处理减少38.4%。控释氮肥与尿素掺混处理表层土壤(0—30 cm)的无机氮含量明显高于CRN0%处理,而深层土壤(30—90 cm)则较低,表明其氮素下移趋势较小。两季平均结果表明,氮肥的表观利用率由CRN0%处理的50.1%显著提高至CRN30%处理的69.4%,表观残留率在控释氮肥掺混施用后均显著提高,而表观损失率从CRN0%处理的37.3%显著下降至CRN45%处理的6.0%。【结论】控释氮肥与尿素掺混施用可促进春玉米获得高产,增加植株氮素吸收,而且维持了较高的土壤氮素水平并减少损失,从而提高氮肥利用率。当前生产条件下,东北春玉米施氮185 kg N·hm^(-2))条件下适宜的控释氮肥掺混比例在30%左右。

基于产量、氮效率和经济效益的春玉米控释氮肥掺混比例

设置多年多点大田试验，研究多环境条件下控释氮肥与普通尿素不同掺混比例对春玉米拔节期生长发育、成熟期产量及产量构成因素、氮素利用效率和经济效益的影响，并建立产量、氮肥偏生产力和施肥利润与控释氮肥掺混比例之间的关系以确定最佳掺混比例。结果表明，增加控释氮肥掺混比例可促进春玉米拔节期生长发育，其中显著增加叶片数并改善叶片氮营养状况。9个试验综合显示，春玉米产量和施肥利润随控释氮肥掺混比例的增加而显著提高并均在30％时达到最高，分别为10．12thm^-2和5071元hm^-2，较普通尿素全施处理分别增加了0．98thm也（10．8％）和1639元hm以（47．8％）。提高控释氮肥掺混比例获得增产的主要原因是显著增加了春玉米成熟期的穗粒数，同时对收获穗数也表现出积极影响。控释氮肥掺混比例增加显著提高春玉米的氮肥偏生产力，同时土壤氮素依存率则显著下降，两指标均在掺混比例超过30％后不再明显变化。各试验点春玉米的产量、氮肥偏生产力和施肥利润在整体上与控释氮肥掺混比例均存在极显著的一元二次关系，基于此三项指标推算得出适宜掺混比例平均分别为35．1％、35．2％和33．7％。可见，控释氮肥掺混施用有利于促进春玉米生长发育，获得增产增收并提高氮素效率，综合各方面表现确定控释氮肥的最佳掺混比例为30％～35％。

聚氨酯缓/控释肥制备与膜层表征

利用多亚甲基多苯基异氰酸酯与蓖麻油在尿素表面反应成膜,制备了聚氨酯包覆的尿素缓/控释肥,通过红外光谱和扫描电镜研究了聚氨酯包覆量对膜层结构的影响,采用凯氏定氮法测定了尿素的溶出曲线。结果表明,不同包膜量聚氨酯膜层的反应程度存在差异;随着包膜量的增加,膜层的厚度增加;当聚氨酯的包覆质量分数为3.3%时,25℃下尿素的缓释期达到40～50 d;根据尿素的溶出曲线推测该缓/控释肥的释放为扩散机制。

聚氨酯包裹尿素缓/控释肥膜结构的FTIR研究

制备了聚氨酯包裹尿素缓/控释肥,采用傅里叶变换红外光谱法,研究了润滑剂蜡、尿素基体、异氰酸酯用量对聚氨酯在尿素表面成膜时的影响以及膜层的结构特征。将聚氨酯包裹尿素放入到氨水中浸泡28d,模拟一种聚氨酯包裹尿素在土壤中所处的环境,发现随着浸泡时间的延长,游离NH振动吸收与脲CO振动吸收的强度及谱带面积逐渐增加,脲CO振动吸收位置向高波数移动,而将聚氨酯包裹尿素放入到水中浸泡28d,这种趋势并不明显,这说明碱性条件对聚氨酯膜层的破坏比水严重,因此聚氨酯包裹尿素在土中养分释放速度明显比水快,而化学交联密度较高的膜层,结构相对稳定,聚氨酯包裹尿素在水中及土壤中培养时,养分释放速率基本一致。

FTIR研究聚氨酯包膜尿素的溶胀度与控释机理

采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析了聚氨酯包膜控释尿素(PCU)养分溶出过程膜层的结构变化。对比发现,随着溶出时间的延长,膜层的结构产生明显的改变,当养分累积释放量达到50%,膜层的红外谱图在3 435,3 342,1 671,1 621,1 448,1 159cm-1出现了新的吸收峰,与尿素的特征吸收峰3 440,3 347,1 667,1 624,1 460,1 154cm-1吻合,当养分累积释放量达到70%,新出现吸收峰的强度继续增加,此时膜层的红外谱图新增的吸收峰与尿素的红外谱图有较高的相似度。结果表明,新吸收峰的出现及增强是由于尿素在膜层连续相中含量增加引起的,含量越高表明膜层溶胀度越大,此时膜层微孔尺寸发生变化,导致养分释放速率的改变,养分释放曲线呈"S"形状。

复合肥结块因素的实验研究

复合肥结块影响因素复杂,运用四因素三水平正交实验对影响复合肥结块的主要因素进行了分析,得出影响复合肥结块的因素依次是温度、粒度、压力、时间。通过对影响复合肥结块的温度、粒度、压力、时间进行单独实验,推导出结块的经验关系式,对于复合肥的生产和防结块具有指导意义。

用硫酸铵改性硝酸铵的试验及在复肥生产中的应用

针对国家对硝酸铵的管制,提出了一种用硫酸铵改性硝酸铵的方案,为满足生产要求,对硫酸铵改性硝酸铵熔融液的熔融情况、pH值、热稳定性、黏度、结晶情况等进行了实验室检测,根据试验结果提出了用硫酸铵改性硝酸铵的各项工艺参数,为用硫酸铵改性硝酸铵应用于复合肥生产提供了参考。

磷酸一铵生产改性硝酸铵的实验研究

针对国家对硝酸铵的管制,提出了一种磷酸一铵改性硝酸铵方案,为满足生产要求,对磷酸一铵改性硝酸铵溶液的熔融情况、热稳定性、溶液粘度等性能进行了实验室测试,根据检测结果提出了磷酸一铵改性硝酸铵的各项质量指标要求,为磷酸一铵改性硝酸铵应用于复合肥生产提供了参考。

原煤中腐植酸的活化处理研究

实验研究原煤中腐植酸各种活化处理方法并进行分析比较，提出可应用于肥料领域的腐植酸活化处理优化方案是碳铵＋氨水处理，处理后水溶性腐植酸占游离腐植酸比例达70％，处理成本仅为260元／吨。