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缓/控释肥料发展策略及解决方案 |
(时间:2022/9/6 17:18:54) |
1、推进缓/控释肥料配施使用以降低成本
单一的化肥施用无法完全满足农作物的生长全过程,且由于我国地域辽阔,土壤内环境更是复杂,为了实现增产降本,可以合理采用肥料配施。如缓/控释肥料,尤其是化学合成缓/控释肥料稳定性好,性能优良,但价格相对较高,且过长的释放周期并不适用于短生长周期作物;传统有机肥价格低廉,来源广泛,秸秆、沼液渣、细菌渣等都可以作为有机肥料,提供化学合成缓/控释肥料降解所需的微生物,因此可以考虑将化学合成缓/控释肥料与有机肥配施。孙会峰[28]等以花优14为材料,研究了秸秆与缓释尿素配施对水稻产量及氮素吸收利用率的影响,结果表明:经配施处理后水稻的有效穗数和干粒重明显增加,产量增幅达12.3%~17.8%,氮素吸收利用率从28.7%~40.%提高到71.6%~77.6%。张富鑫[29]等研究了缓释肥配施生物有机肥对结球甘蓝生长生理、产量及品质的影响,结果表明:配施处理后甘蓝的紧实度、单球质量、产量、叶绿素总量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、维生素C含量、经济效益、肥料贡献率都有不同程度的增加或改善,同时其硝酸盐含量降低34.6%,粗纤维含量降低2.21%,效果良好。
除此之外,针对不同的地域环境,缓释肥还可与其他肥料配施作用。胡迎春等研究了缓释肥配施对黄土高原春玉米产量的影响,结果表明:与常规全尿素施肥相比,氮肥减量20%下的缓释肥和尿素7:3配施处理后,春玉米干物质质量、地上部分氮素累积量、土壤铵态氮质量分数、籽粒品质虽无明显差异,但土壤中的硝态氮质量分数提高,因节肥而产生的平均利润为11122元/hm2,同比增加189元/hm2,基本实现减氮增效目标。董晓亮针对滨海盐碱地土壤盐分较高的情况,对水稻采用缓释肥与无机肥配施试验,结果表明,配施可以减少20%的氮素用量,且穗肥不追施任何氮素处理时,水稻的生长指标、稻米的食味值显著提高,并且成本显著降低。
2、大力发展环境友好型生物基包膜材料降低环境污染
虽然采用缓/控释肥料可以提高氮素利用率,在达到相同产量条件下减少肥料的用量,进而减少其对土壤和环境的污染,但要想彻底解决污染问题,其根本在于使用的原料是否为环境友好型的可降解材料。Amazm研究了海藻酸钠对土壤的保水作用,以海藻酸钠、丙烯酸、丙烯酰胺和蒙脱土为原料,通过原位自由基聚合制备了高吸水性的纳米复合材料,可用于N、P、K复合缓释肥,而海藻酸钠本身可作为土壤调理剂使用,未接枝完全的原料进入土壤也不会破环土壤内环境,是一种环境友好型包膜材料。邹洪涛等采用柠檬酸、聚乙烯醇、硅藻土为原料,制备改性聚乙烯醇膜材料,自然暴露和田间埋土试验结果表明:膜材料的降解率随时间增加呈上升趋势,15d最高降解率可达到30%以上。
除此之外,针对已经造成污染的土壤,在施用缓释肥保证作物生长的同时,可以采用微生物修复环境。胡可[35]等在盆栽复垦的条件下,利用传统平板计数法与BIOLOG方法相结合研究菌剂与缓释肥配施对土壤微生物生态的影响,结果表明,菌剂与缓释肥配施能显著增加土壤细菌/真菌和放线菌的数量,提高土壤酶活性,改善土壤微生物群落均匀度,进而促进土壤微生物功能多样性。
3、突破现有技术壁垒拓展新的缓/控释技术用于肥料应用
现有包膜肥料的制备工艺主要有造粒塔喷雾法、流化床涂布法、转鼓或圆盘包覆法、浸润离心法等。大多数聚合物包膜肥料可采用造粒塔喷雾法和流化床涂布法,包容性强;而转盘或转鼓喷涂包膜则工艺简单,用途广泛,是制备缓/控释型肥料最常用的工艺。
近年来,学者们充分利用学科交叉优势,也开拓了一些新型制备工艺。例如,同轴静电纺丝技术一直以来在医药尤其是药物缓释方面发挥着重要作用,但用于农业的研究和报道却少见。Javazmi]等采用同轴静电纺丝技术制备了以去羟基丁酸酯(PHB)为壳、单层聚L-乳酸(PLLA)与化肥共混为芯的核/壳纤维,用于肥料缓/控释中,药效周期可达一个月。江东教授[37]的团队将尿素包埋在聚乳酸纤维内,采用同轴静电纺织技术制备纳米级缓释尿素纤维,结果表明,该包膜尿素28d内释放速率符合国家标准,80d内释放速率可保持80%,有助于在生长阶段持续饲喂,且该体系在126oC下热稳定性良好,为无土栽培提供了一条可行的肥料选择途径。
另外,超疏水材料由于能使膜材表面与水的接触角大于150o,近年来在纺织、药物、防水涂料等领域得到了广泛的应用与发展,但用于控释肥料领域的研究却不深入。鉴于超疏水技术可以降低材料的表面能,解决生物大分子的亲水性,使包膜材料不容易破裂,为缓/控释肥料的应用提供了一种可能。Xie]等采用自组装技术,用均匀分散的Fe3O4超疏水磁敏纳米粒子制备了超疏水生物聚合物包膜缓释肥料,缓释寿命超过100天。Zhang对液化小麦秸秆、玉米芯基多元醇及蓖麻油基多元醇进行超疏水改性,制备新型生物基聚氨酯,以提高其对养分的控释性能,肥料的释放周期最大能增加460%。另外,利用自组装自修复技术对蓖麻油基多元醇进行修饰,能进一步减少生物膜材空隙和提高其疏水性能。连续3年的水稻田间试验结果表明:相较于传统控释尿素,超疏水包膜尿素的平均氮利用率可增加70-80%,产量增加15~30%。(作者:陈家锋)
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