水肥调控技术及其功能性肥料研究进展

综述水肥调控的有关技术,以及以高吸水性树脂(super absorbent polymer,SAP)为保水、缓/控释材料制备保水型缓/控释肥料的研究进展,为今后此类肥料的开发、应用提供依据。水分和养分是限制我国旱地农业可持续发展的主要因子,以肥调水,以水促肥,充分发挥水肥的协同效应是提高水肥利用率的关键。目前,水肥调控(耦合)技术的实施主要通过农艺措施和施肥灌溉技术来完成。近年来,随着SAP性能的不断改善和使用的普及,人们对SAP在吸水保水的同时,对土壤肥料养分的保持和缓释作用开始给予了重视,以SAP为保水、缓释材料的保水型缓/控释肥料的研究成为水肥调控研究的热点。SAP与一般聚合物不同之处是它具有高度亲水性,聚合物的骨架是一个适度交联的网状结构,进入树脂分子内的养分离子或分子可以以各种结合形式被暂时固定而延缓了养分的释放。土壤中可溶性盐对SAP吸水性能有重要影响,但尿素分子影响甚小。保水型缓/控释肥料可通过养分负载、复混或包膜等工艺制备。保水型缓/控释肥料是水肥调控(耦合)技术、化学制剂保水节水技术和肥料缓/控释技术的综合运用和物化的载体,兼具吸水、保水和养分缓/控释功能,实现水肥在同一时空条件下的一体化调控,同时提高水分和肥料的利用效率,在农业、林业、环境修复、生态工程等领域具有广阔的应用前景。未来工作是进一步寻求合适的SAP制造原料和工艺,降低成本;应用分子设计,改善SAP的结构,提高生物降解性,控制盐分的不利影响,提高肥料的吸水、保水和对养分的缓释性能;加强养分释放机理和不同于普通缓/控释肥料评价方法的研究。

保水剂在尿素和阳离子溶液中的吸水性能及养分吸附特征

【目的】电解质种类和浓度影响保水剂的吸水性能。探明保水剂与尿素、不同价态阳离子间的相互作用,对于正确使用和开发水肥调控性能优越的缓释材料具有重要意义。【方法】试验选用聚丙烯酰胺-丙烯酸盐型保水剂[P(AA-AM)]和聚丙烯酸盐型保水剂(PAA)。以分析纯盐酸盐和尿素分别配置了浓度1~256 mmol/L的尿素、NH4^+、Na^+、K^+、Mg^2+、Ca^2+、Fe^3+、Al^3+溶液。称取保水剂0.3000 g于75μm尼龙袋中,分别置于以上各系列溶液和去离子水300 mL中,静置12 h。取出保水剂袋,沥水30 min,以差减法测定保水剂吸水倍率和对溶质的吸附量。【结果】在溶质浓度从1 mmol/L增加到256 mmol/L时,尿素溶液中保水剂的吸水倍率没有显著下降,而各阳离子溶液中保水剂的吸水倍率显著下降,保水剂的相对吸水倍率与尿素、各种离子浓度之间呈显著幂函数的减函数关系,最终下降幅度由小到大依次为尿素、一价阳离子、二价阳离子、三价阳离子。保水剂对溶液中尿素和各种阳离子的吸附量随溶液浓度的增加而增加,P(AA-AM)的最大吸附量:尿素64.66 mmol/g、Na^+45.24 mmol/g、K^+34.26 mmol/g、NH4^+32.63 mmol/g、Mg^2+30.09 mmol/g、Ca^2+23.96 mmol/g、Fe^3+8.07 mmol/g、Al^3+12.74 mmol/g。保水剂对尿素和一、二价阳离子的吸附特征可用Freundlich等温吸附模型表征,对三价阳离子的吸附特征可用Langmuir等温吸附模型表征。尿素和二、三价阳离子对P(AA-AM)吸水倍率的影响均小于其对PAA的影响(P<0.05),一价阳离子对P(AA-AM)和PAA影响差异不明显(P>0.05)。P(AA-AM)吸附尿素和阳离子的能力要大于PAA(P<0.05)。【结论】保水剂对尿素的吸附量远高于阳离子,而尿素浓度基本不影响保水剂的保水性能。三价、二价和一价阳离子可显著降低保水剂的吸水倍率,阳离子浓度与保水剂的吸水倍率之间呈幂函数关系。保水剂对一价阳离子的最大吸附量大于对二价阳离子的吸附量,也远大于对三价阳离子的吸附量。聚丙烯酰胺-丙烯酸盐型保水剂[P(AA-AM)]对溶质的吸附性能大于聚丙烯酸盐型保水剂(PAA)。因此,把保水剂作为缓释包膜材料包裹尿素比较适宜,但不适宜包裹盐类肥料。

广州市郊稻田氮肥减施的产量和氮肥利用效率分析

【目的】研究氮肥减施措施对水稻产量、田面水氮含量和氮肥施用效率的影响,为广州市水稻氮肥减施提供技术支持和理论参考。【方法】在广州市郊开展水稻田间试验,设不施氮(CK)、常规分次施肥(CF)、缓释氮肥减施25%分次施用(SFT)、缓释氮肥减施25%一次施用(SFB)、缓释氮肥减施25%并结合有机替代一次施用(SFB+OS)5个施肥处理,分析不同施肥处理的田面水氮含量、水稻产量和氮肥利用效率。【结果】SFB处理的田间水氮含量在移栽后3 d高于CF处理,之后迅速降低,并保持较低的水平;SFT处理和SFB+OS处理的田面水氮含量在移栽后1周与CF处理基本一致,之后均显著低于CF处理。施氮处理的水稻秸秆和籽粒的氮含量显著高于不施氮处理,减氮处理对水稻秸秆和籽粒氮含量没有显著影响;与CF处理相比,不同减氮处理对水稻籽粒产量没有显著影响。减氮施肥处理的氮肥农学效率、氮肥偏生产力和氮肥生理利用率显著高于常规施肥处理,其增幅分别达到35.16%、33.58%和16.84%,其中SFB+OS处理增幅最大。【结论】缓释氮肥减施25%分次施用和缓释氮肥减施25%结合有机替代一次性基施均可显著提高氮肥施用效率,降低稻田氮素流失风险(尤其是SFB+OS处理),且水稻产量与常规施肥持平,是广州市郊水稻实现氮肥减施的有效技术措施。