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。

聚丙烯微塑料添加对大豆和花生生长及生理生态特征的影响

农田微塑料污染对作物生长存在显著影响,但不同功能类型作物的生理生态、产量及品质对土壤微塑料的响应尚不清楚。鉴于此,本研究选取我国农业生产的两大主要作物大豆(地上结实)和花生(地下结实)为试验材料,并设置对照组(无添加)和实验组(添加0.40%的聚丙烯微塑料)进行大田原位试验。结果表明:微塑料添加与作物结实类型二者的交互作用对作物的生长与生理生态特征存在显著影响,主要体现在作物的整株形态结构、生物量积累与分配及籽粒品质。微塑料添加显著降低两种作物的总生物量、地上生物量、相对生长速率和百粒重,大豆降幅分别为13.61%、14.07%、13.23%和7.84%,花生降幅分别为17.10%、18.64%、16.12%和11.98%。此外,微塑料添加显著降低花生的地下生物量、可溶性糖含量和大豆的叶绿素含量,降幅分别为15.77%、25.51%和5.74%,与之相反,微塑料添加增加大豆的叶面积比值和可溶性糖含量,增幅分别为28.07%和25.82%。由此可见,聚丙烯微塑料添加对两种作物的生长和产量均有抑制作用,对花生的影响尤为明显。

利用离散元仿真及微结构分析法研究高铝瓷球对尿素表面改性和养分控释的效果

【目的】尿素表面改性是提高包膜质量和养分控释能力的关键措施之一。我们研究了不同磨料对肥料核芯表面的改性效果,以及改性提高肥料养分控释的效果。【方法】供试肥芯为大颗粒尿素(直径3~5 mm,N46%),供试磨料包括白刚玉、棕刚玉、高铝瓷球、高铝瓷柱和氧化锆球。经测量不同磨料研磨后尿素的休止角,证明采用堆密度1.336 g/cm~3、直径6 mm的球形高铝瓷在10 min内对尿素表面改性效率最高,故用作后期的试验磨料。将1.5 kg的高铝瓷球与1 kg大颗粒尿素加入转鼓中,采用离散元仿真软件(EDEM)模拟磨料摩擦与尿素颗粒自摩擦的粒子运动、碰撞、受力和分布特征;使用扫描电子显微镜分析磨料、表面改性尿素和包膜尿素的表面和切面结构特性,采用原子力显微镜测试包膜尿素膜表面结构微观特征与粗糙度;采用静水溶出率法测定纳米SiO2改性蓖麻油基聚氨酯包膜的表面改性尿素的养分释放特征。【结果】EDEM仿真结果表明,转鼓底部颗粒运动快(1.125 m/s),边缘运动慢(0.00309 m/s),转动过程中,小颗粒物聚集在转鼓底部产生偏析。尿素自摩擦力约0.035 N,加入密度大于尿素的球形高铝瓷磨料后,混合体系的摩擦力变大(约0.042 N),尿素颗粒间的碰撞次数较自摩擦体系高出13.0%,因此改性效率得以提高。表面改性显著降低了颗粒表面粗糙度,在1μm^(2)检测范围内,粗糙度(Ra)平均降低了79.2%。由扫描电镜图可以看出,普通尿素表面粗糙,膜材料填充在凹陷部位,包膜耗费的膜材料较多,且膜与尿素贴合不紧密,在运输或长期储存过程中易发生膜破损,失去养分控释能力;改性后的尿素表面光滑,减少了无功能的膜材浪费,且膜厚均匀,膜层与核芯结合紧密,膜切面结构均匀,不易破损。养分释放结果表明,以5%包膜率的纳米SiO_(2)改性蓖麻油基聚氨酯对尿素包膜,表面改性尿素相较普通尿素可使养分释放期延长6倍,由表面改性前的24天提升至169天。【结论】依据EDEM离散元软件模拟,球形高铝瓷作为磨料与尿素混合后,提高了尿素颗粒的摩擦效率,大大降低了尿素表面的粗糙度。表面改性后的尿素作为控释肥核芯,不仅节省了膜材料的用量,且膜层与肥芯结合紧密均匀,延长了等膜量下的养分释放期。

稳定性肥料发展与展望

稳定性肥料的核心是脲酶抑制剂和硝化抑制剂,是指在肥料的生产过程中添加脲酶抑制剂或硝化抑制剂,或者同时添加两种抑制剂的肥料。其良好的农学效应和环境效益为实现农业节本增效提供重要途径。近年来稳定性肥料在基础科研和生产应用领域均发展较快,本文对国内外相关研究进行系统总结,并指出未来的发展方向。首先,回顾了抑制剂的研发、作用机理等方面的进展;其次,概述了稳定性肥料的品种、生产工艺、产能及推广应用情况;最后,对稳定性肥料应用后的作物产量和环境效应进行了阐述。为了促进稳定性肥料产业的健康持续发展,未来需要进一步加强环境友好型抑制剂品种的研发;重视抑制剂保护技术的研究,以解决抑制剂作用效果持久性和稳定性的问题;加强不同抑制剂配伍协同,抑制剂与增效剂复合作用机理与技术的研究;研究开发针对不同区域、不同作物的稳定性专用肥料。

新型聚氨酸增效肥料对小白菜根系活性与产量的影响

为探究新型聚氨酸增效肥料增产节肥的作用途径和机理,采用盆栽试验方法,研究该肥料对土壤养分可利用性、小白菜植株的养分吸收能力和同化能力的影响。结果表明:与普通肥料相比,施用新型聚氨酸增效肥料后,使土壤微生物量碳、微生物量氮、脲酶、磷酸酶和脱氢酶分别增加3.0%～33.3%、7.1%～7.8%、7.4%～21.2%、4.7%～26.9%和9.6%～36.3%;根系生物量显著增加34.33%～80.33%,根系活力显著增强8.3%～63.3%,导致植株养分吸收能力大幅提高;收获后,小白菜鲜重、植株中碳、氮、磷和钾含量分别显著提高15.7%、15.0%、13.5%、23.9%和20.4%。说明新型聚氨酸增效肥料能够通过加强植株根系养分吸收能力,促进微生物、酶活性和调节养分可利用性来提高蔬菜产量,适宜在农业生产中推广应用。

硝化抑制剂对稻田土壤N2O排放和硝化、反硝化菌数量的影响

【目的】本研究旨在明确硝化抑制剂对稻田土壤氮素周转的影响,探讨抑制剂提高氮肥利用率及微生物响应机理。【方法】以草甸黑土发育的水稻土为研究对象,进行了两组培养试验(25℃),培养周期均为150天。共设4个处理:1)不施肥(CK);2)单施尿素(Urea);3)尿素+双氰胺(Urea+DCD);4)尿素+3,4-二甲基吡唑磷酸盐(Urea+DMPP)。一组试验从培养第1天起,抽取气体样品,用气相色谱法测定N2O排放量。另一组试验从培养第1天直到结束,取土样测定氨氧化细菌和氨氧化古菌数量,采用荧光定量PCR等技术测定nirK基因和nirS基因拷贝数,用常规方法测定土壤无机氮含量。【结果】施用尿素显著增加了N2O排放量,其中85%的N2O排放发生在培养开始后的前两周内。Urea+DMPP处理土壤NH4+浓度在前23天稳定在较高水平,与Urea处理相比,N2O减排率为78.3%,Urea+DCD处理为21.6%。Urea+DMPP处理排放系数为0.05%,Urea+DCD为0.18%,Urea+DMPP处理显著低于Urea+DCD处理。施用尿素培养,土壤氨氧化细菌(AOB)数量显著增加而氨氧化古菌(AOA)数量则显著减少。添加DCD和DMPP能显著抑制AOB的数量,但对AOA没有影响。培养第3、30和90天,Urea+DMPP处理土壤中的AOB数量显著低于Urea+DCD处理的30%、56%和60%。对于反硝化细菌来说,所有处理中的nirK基因拷贝数均显著高于nirS基因拷贝数。添加DMPP在培养第3和30天显著减少了含nirK和nirS基因的反硝化细菌数量,而添加DCD对两类反硝化细菌数量无明显作用。【结论】东北黑土水稻生产中,硝化抑制剂DMPP降低N2O排放量和排放系数的效果显著好于DCD,因为DMPP在培养后的30天内,可以显著抑制氨氧化细菌繁衍,降低反硝化细菌数量,从而起到减少N2O排放、提高肥料利用率的作用。

γ-聚谷氨酸生产菌株的鉴定及发酵培养基优化

目的:鉴定一株高产γ-聚谷氨酸(γ-polyglutamic acid,γ-PGA)的菌株,并优化其发酵培养基。方法:以实验室前期诱变筛选出的菌株N-2出发,通过16s rDNA核酸序列分析,对该菌株进行了鉴定;采用单因素实验、响应面设计对菌株的发酵培养基进行优化,最终确定最佳培养基配方。结果:经过16s rDNA序列分析,菌株N-2被鉴定为Bacillus subtilis。通过Plackett-Burman(PB)试验,筛选出3个显著影响γ-PGA产量的因素:葡萄糖、谷氨酸钠和K2HPO4·3H2O;用最陡爬坡试验逼近最大产量区后,利用box-behnken试验获得响应曲面最优解,确定葡萄糖、谷氨酸钠和K2HPO4·3H2O的最佳浓度分别为42.93、44.85、2.39 g/L。经过54 h发酵γ-PGA终产量为28.51 g/L,比优化前提高了34.48%。结论:响应面法试验次数少、周期短,可以快速优化发酵培养基成分,结果可靠,是提高产量的有效途径。

不同脲甲醛肥料与尿素配施对夏玉米生长及土壤氮素的影响

探究脲甲醛肥料与尿素配施对夏玉米生长及土壤氮素的影响,为制备夏玉米一次性施用的缓释氮肥提供理论依据。以夏玉米品种"隆平206"为供试材料,在微区试验条件下,设置3种不同工艺条件下合成的脲甲醛肥料(A、B、C)、常规施肥处理(U)、不施氮肥处理(PK)和不施肥处理(CK),研究不同脲甲醛肥料与尿素配施对夏玉米SPAD值、植株地上部吸氮量、产量、氮肥利用率、土壤无机氮含量的影响。结果表明,3种不同脲甲醛肥料均能有效提高玉米叶片SPAD值,脲甲醛肥料B效果最显著。脲甲醛肥料较普通尿素显著提高夏玉米产量和籽粒吸氮量,增产达5.7%~19.3%,籽粒吸氮量增加5.81%~20.15%,均以脲甲醛肥料B产量最高,脲甲醛肥料C次之,脲甲醛肥料A产量最低。脲甲醛肥料处理的氮肥利用率、氮肥偏生产力、氮肥农学效率均高于常规尿素处理,分别增加2.98~9.62百分点、4.18~5.95 kg/kg和4.19~5.96 kg/kg,规律相似,以脲甲醛肥料B最高,脲甲醛肥料C次之,两者无显著差异。3种脲甲醛肥料配施尿素处理的土壤铵态氮在第30~50天显著高于常规尿素处理,而土壤硝态氮在第10、30和50天显著高于常规尿素处理。3种不同脲甲醛缓释肥中,脲甲醛肥料B处理效果最好,可作为夏玉米专用缓释肥。

脲酶抑制剂的研究综述

在土壤脲酶的作用下,尿素能迅速水解生成氨和碳酸氢铵,易挥发损失,致使氮利用率低。脲酶抑制剂能有效抑制脲酶活性,延缓尿素分解,提高氮素利用率。本文简单介绍了土壤脲酶概况、脲酶抑制剂的作用机理和种类,综述了脲酶抑制剂的研究进展,并提出存在问题及发展方向。

硝化抑制剂CMP对土壤中尿素转化的影响研究

通过室内培养试验,以DMP(3,5-二甲基吡唑)为参比对象,研究了新型吡唑类硝化抑制剂CMP(1-甲氨甲酰-3-甲基吡唑)对尿素氮在土壤中转化的影响。结果表明:CMP能强烈地抑制铵的氧化,抑制效果随着CMP用量增加而增强。0.03%尿素添加量的CMP在前40d的抑制效果好于0.1%尿素添加量的DMP处理;但在第60天硝态氮超过了CK,失去抑制效果;同时硝态氮的浓度也超过了铵态氮的浓度,表观硝化率为52.6%;而0.1%尿素添加量的CMP能显著提高土壤中铵态氮浓度,降低硝态氮浓度,在整个培养期间,表观硝化率最高为32.6%。

腐殖酸与硝化抑制剂配施对油菜生长及品质的影响

腐殖酸与硝化抑制剂在作物生长过程中均会发挥协调养分供应的作用,但是目前针对二者配施对作物生长及品质影响的研究还较为缺乏。因此,采用盆栽试验的方法,探究两种不同来源的腐殖酸(标记为Y和B)与硝化抑制剂DMPP配施对油菜生长及品质的影响。试验共设9个处理,分别为(1)不施肥(CK)、(2)单施氮磷钾(NPK)(U)、(3)NPK配施DMPP(UD)、(4~9)NPK配施DMPP和3个浓度梯度腐殖酸Y和B(UDY1,UDY2,UDY4;UDB1,UDB2,UDB4)。结果发现,与U处理相比,DMPP并没有显著影响油菜鲜重和干重等物理指标,但是显著降低了27.5%的硝酸盐含量(P<0.05),增加了31.1%的可溶性糖含量(P<0.05),而对油菜体内氮、磷、钾含量并没有显著的影响。与UD处理相比,腐殖酸Y和B的添加可以分别进一步降低油菜硝酸盐含量30.9%和50.9%,分别增加油菜含氮量6.1%和12.3%(P<0.05),增加油菜含磷量35.2%和17.9%(P<0.05);腐殖酸对氮、磷、钾肥的利用效率也具有显著的促进效果,其中最佳的促进效果分别为32.3%(UDB1)、53.2%(UDY4)、34.3%(UDY4)(P<0.05)。综合以上研究结果,可以发现腐殖酸与DMPP配施可以在单施DMPP的基础上进一步提高油菜肥料的利用率,改善油菜品质和安全质量。

“胜恩克2号”对桑树产叶量和质量的影响

桑园施用"胜恩克2号"、绿源生物肥(CK1)和常规施肥(CK2)三种处理,调查对桑叶产量、质量和养蚕成绩的影响。结果表明:施用"胜恩克2号"能增加桑树的壮枝数、株高和单株条长,叶子较大较重,桑叶产量平均增产9.83%和16.57%;养蚕试验表明,"胜恩克2号"处理区较绿源生物肥处理(CK1)与常规施肥处理区(CK2),蚕发育较快,死笼率分别降低0.80%、0.20%,全茧量分别增加1.35%、0.67%,茧层率分别增加0.77%、1.45%,万蚕茧层量分别增加0.03%、3.17%,百公斤叶产茧量分别增加2.52%、3.26%,百公斤叶茧层量分别增加3.24%、4.67%。结论:桑园施用"胜恩克2号"能提高蚕茧产量和质量,是一种高效适合桑园使用的肥料。

微生物多样性损失对农田土壤CO_(2)和N_(2)O排放功能稳定性的影响

生物多样性与生态系统稳定性的关系一直是生态学领域的研究热点,然而已有研究主要关注地上植物系统,对地下土壤系统尚不够重视。本研究通过逐步稀释法获得3种微生物多样性不同的土壤悬液(100、10^(-2)、10^(-6)),重新接种后考察农田黑土与红壤CO_(2)和N_(2)O排放功能在铜污染和热胁迫下的稳定性(用抵抗力和恢复力来表征)。结果表明:黑土CO_(2)排放的功能稳定性在不同微生物多样性处理下没有差异,N_(2)O排放对铜污染和热胁迫的抵抗力和恢复力均在10-6多样性处理下发生明显下降;红壤N_(2)O排放对铜污染和热胁迫的抵抗力和恢复力在10^(-2)多样性处理下开始显著下降,而CO_(2)排放的功能稳定性在10^(-6)多样性处理下显著下降。说明微生物多样性损失对农田土壤功能稳定性的影响会因土壤类型和所选取的土壤功能而不同,当土壤养分含量较高、微生物群落中耐胁迫种类较多时,土壤CO_(2)和N_(2)O排放的功能稳定性相对较高;环境干扰后土壤的一般性或广谱性功能(如CO_(2)排放)的稳定性要显著高于特殊性或专一性功能(如N_(2)O排放)。

硝化抑制剂CMP对于施肥土壤中硝态氮积累的影响

为寻找适应我国土壤类型和气候类型的硝化抑制剂,通过在红壤和棕壤上进行培养试验,探讨CMP的硝化抑制效果,研究其对NO3-积累的影响。结果表明,CMP在红壤中起效较在棕壤中晚;尿素氮在红壤中较棕壤转化时间晚、速度慢,而CMP在这两种土壤上均具有良好的硝化抑制效果,对于减少硝态氮的积累具有明显作用。在CMP0.1%尿素添加量下具有很好的性价比。

三种吡唑类硝化抑制剂对黑土中尿素氮转化的抑制效果研究

通过室内培养试验,研究了3种吡唑类硝化抑制剂CMP(1-甲氨甲酰-3-甲基吡唑);DMPP(3,4-二甲基吡唑磷酸盐);DMP(3,5-二甲基吡唑)在黑土上的抑制效果。其结果表明:在相同质量浓度下,3种吡唑类硝化抑制剂的硝化抑制顺序为CMP>DMPP>DMP。CMP是一种高效的硝化抑制剂,0.1%尿素添加量下强烈抑制了铵态氮的转化。DMP的抑制效果最差,在整个培养的第40 d,硝态氮的含量甚至超过了CK。

肥料增效剂对碳氮淋溶和CO2排放量的影响

为了调控肥料养分在土壤中的转化、减少养分损失,研制和合理使用肥料增效剂具有重要意义。研究采用土柱模拟试验的方法,探讨添加不同数量肥料增效剂对土壤碳(C)、氮(N)养分淋失数量以及土壤呼吸强度的影响,从减少肥料损失、保护环境角度明确增效剂的最佳施用量,为增效剂的合理施用提供科学依据。结果表明:施用增效剂对N和C的淋洗损失和二氧化碳(CO2)排放损失量具有显著的影响,该影响主要发生在肥料施用后的前60天左右。当增效剂按肥料投入总量的6‰和8‰加入时,淋洗液中无机氮的累积淋洗量降幅达到13%~41%(P<0.05);而淋洗的无机N以硝态氮(NO3^--N)为主,NO3^--N淋洗总量是NH4^+-N淋洗总量的20倍左右。增效剂的添加对可溶性有机C无显著影响,但显著增加了土壤CO2的排放,增幅达到14%~64%(P<0.05)。淋洗结束后,与不施增效剂处理相比,增效剂添加量为6‰和8‰处理能够显著增加土壤NH4^+-N、NO3^--N、全氮(TN)和可溶性有机碳(DOC)含量,而土壤有机碳(SOC)含量基本保持不变。说明肥料增效剂能够减缓肥料氮素水解速率,又能抑制NH4^+-N转化为NO3^--N过程,加之土壤和增效剂对NH4^+-N的强吸附特性,致使氮素迁移总量降低,可有效减轻对地下水造成污染的风险。综合以上结果,从减少土壤C、N淋洗和保持、提升土壤C、N含量角度考虑,增效剂的最佳施用量应大于肥料投入总量的6‰。