【摘 要】
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我国农田氮素养分流失量大,面源污染严重,对此环境友好和资源节约型的新型肥料越来越受到重视。现代农业生产中最常见的缓释肥是包膜肥料,但包膜材料不易降解,连年施用将对土壤造成污染。现在迫切需要一种环境友好型的肥料。为此本研究以廉价的葡萄糖为原料通过水热法合成碳球(CSs),以其作为肥料载体,然后利用直接掺混法、水溶浸泡吸附法、水热法和共热解法制备新型的炭基缓释氮肥,直接掺混、水溶浸泡吸附和水热法合成的
【基金项目】
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陕西省重点研发项目“苹果专用新型炭基缓释肥料研究与开发”(2018NY-094);
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我国农田氮素养分流失量大,面源污染严重,对此环境友好和资源节约型的新型肥料越来越受到重视。现代农业生产中最常见的缓释肥是包膜肥料,但包膜材料不易降解,连年施用将对土壤造成污染。现在迫切需要一种环境友好型的肥料。为此本研究以廉价的葡萄糖为原料通过水热法合成碳球(CSs),以其作为肥料载体,然后利用直接掺混法、水溶浸泡吸附法、水热法和共热解法制备新型的炭基缓释氮肥,直接掺混、水溶浸泡吸附和水热法合成的肥料分别记作SRF-S、SRF-M、SRF-H,共热解法制备的肥料分别记为SRF-P110、SRF-P140和SRF-P170。利用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、热重技术对CSs和炭基缓释氮肥进行表征,以探究其表面形貌和结构;为探究各肥料的缓释性能,本研究设计了静水溶出和土柱淋溶试验,并通过动力学模型对其数据进行拟合,试图揭示其缓释机理;为验证各肥料的缓释性能,我们设计了两茬的小白菜盆栽试验,以探究其对作物生长的影响。主要结果如下:(1)CSs的SEM、FTIR和热重表征结果表明其表面形态规则有序,表面官能团丰富,且表现出良好的热稳定性,是一种良好的肥料载体。对6种肥料进行了元素分析,其结果表明SRF-M氮含量最高,为19.66%。6种肥料的p H值集中在6.15-6.64之间,可作为碱性土壤的改良剂。FTIR结果表明尿素中的氮素已成功负载到CSs基质中。热重分析结果表明SRF-H的热稳定性最强。(2)淋溶试验结果表明各肥料在水中的氮素释放速率曲线的总趋势与土壤中相类似,但是各肥料在水中的氮素总累积释放量大于土壤;动力学模型拟合发现,肥料在水中的氮的释放更符合一级动力学模型,氮素在水中的释放速率取决于氮的浓度;肥料在土壤中的氮的释放更符合Korsmeyer-Peppas动力学模型,氮在土壤中的释放遵循Fickian扩散机制;另外,在土柱淋溶试验中,氮素释放速率大小的排序是:U>SRF-S>SRF-M>SRF-P110>SRF-P140>SRF-P170>SRF-H,在前42 d内SRF-M、SRF-S和SRF-P110处理的氮素累计释放量分别为55.78、62.98和42.16%,与U处理相比,分别降低34.50、27.30和48.10%,因此初步可得到SRF-M和SRF-S两种肥料表现出优良的缓释性能,SRF-P110次之,SRF-H和SRF-P170由于其在42 d内的总释放量都低于9%,所以其不适合作为缓释肥料。(3)鉴于SRF-M、SRF-S和SRF-P110优良的缓释性能,我们进一步设计了两茬的小白菜盆栽试验。试验结果表明,在种植的第一茬小白菜中,与尿素处理组相比,SRF-M处理的小白菜地上部分鲜重最多,且提高了氮素利用率;在两茬小白菜中,SRF-P110与U处理组相比,其可溶性糖和维生素C含量都显著增加,硝酸盐含量显著减少,小白菜品质显著提升。因此SRF-M适用于生长周期较短(0-50 d)的作物,能显著提高小白菜的产量。共热解制备的炭基缓释肥(SRF-P110)能极大提高小白菜品质。综上所述,本研究以葡萄糖为原料制备了CSs,并以其为基质利用直接掺混法、水溶浸泡吸附法、水热法和共热解法制备了炭基缓释氮肥,其中直混法制备的炭基肥缓释性能最优,且与速效氮肥相比能显著提高小白菜产量和品质,此外直混法制备工艺简单、耗能少,有望成为农业生产中一种缓释氮肥。
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