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生物炭包膜稳定性尿素性能及应用效果研究

生物炭包膜稳定性尿素性能及应用效果研究

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作者：汤杨仲恺农业工程学院

学位级别：硕士

传统氮肥中氮素会通过挥发、淋失、反硝化等途径损失,导致氮肥利用率较低。损失的养分不仅造成经济损失,而且还给环境带来负面影响。因此研发应用养分释放慢且利用率高的包膜稳定性氮肥可以在一定程度上缓解此问题。尿素配施脲酶抑制剂... 详细信息

传统氮肥中氮素会通过挥发、淋失、反硝化等途径损失,导致氮肥利用率较低。损失的养分不仅造成经济损失,而且还给环境带来负面影响。因此研发应用养分释放慢且利用率高的包膜稳定性氮肥可以在一定程度上缓解此问题。尿素配施脲酶抑制剂、硝化抑制剂可以减少氮素损失,改变肥料养分的释放模式,从而提高氮素的利用率。生物炭作为包膜材料,可以延缓尿素释放速率,实现肥料养分的释放与作物的吸收过程相匹配,也有利于提高肥料利用率。但将生物炭、脲酶抑制剂、硝化抑制剂配伍,作为包膜材料包涂尿素,三者对氮素的形态转化的影响以及对作物的应用效果尚不清楚。因此,本研究拟以生物炭（尿素质量分数的10%）作为尿素包膜材料,与脲酶抑制剂NBPT（尿素质量分数的0.5%、1%、1.5%）、硝化抑制剂DCD（尿素质量分数的1%、1.5%、2%）合理配伍,通过相对节能和简易的包膜工艺的筛选和优化,制备以生物炭为包膜材料的稳定性尿素,使其兼具包膜生物炭尿素和稳定性尿素的优点,从而发挥其协同作用。根据有关标准要求,通过测定改性尿素的尿素残留差异率、硝化抑制率,初步筛选出效果较好的脲酶抑制剂、硝化抑制剂和生物炭的添加量组合,通过氨挥发和土柱淋溶实验,进一步研究其性能;通过盆栽实验和田间试验,研究探讨其对土壤氮素转化、作物生长、产量及氮肥利用率和土壤微生物的影响。主要研究结果如下:（1）本研究制备的生物炭包膜稳定性尿素,符合《NY/T 3041-2016生物炭基肥料》、《GB/T 35113-2017稳定性肥料》标准。（2）脲酶抑制剂NBPT对于抑制尿素水解作用明显,并且间接影响硝化作用;硝化抑制剂DCD对NH硝化作用亦表现出良好的抑制作用,抑制剂配合能够发挥抑制剂间的协同作用,对于尿素水解和NH硝化作用,均发挥较好的抑制作用。生物炭包膜稳定性尿素能一定程度降低氨挥发量,减少幅度在14.84%～26.92%之间,其中以BSU11（1.0%NBPT+1.5%DCD）处理包膜尿素处理效果最好。生物炭包膜稳定性尿素能有效减缓了尿素水解,也使得氮素主要以尿素态氮的形式淋失。（3）盆栽试验结果表明,生物炭包膜稳定性尿素通过持续高效抑制土壤脲酶、硝酸还原酶和亚硝酸还原酶活性,减缓尿素水解,使得尿素水解产物更多以铵态氮形式保持在土壤中,同时抑制土壤中铵态氮的硝化作用,使得土壤硝态氮含量较低,调控氮素转化,促进菜心吸收氮素,有利于供应菜心生长后期所需养分。与分次施肥（CK2）相比较,提高了氮肥表观利用率0.25%～36.92%,菜心生物量提高了8.15%～68.70%。其中BSU8（1.0%NBPT+1.0%DCD）处理增产效果最好,优于单一抑制剂包膜尿素。生物炭包膜稳定性尿素对微生物的相对丰度和结构有一定影响,而高剂量NBPT和DCD包膜尿素对部分菌属丰度有抑制作用,群落结构变化不明显。（4）田间试验结果表明,与尿素分次施用比较,一次性施氮条件下,生物炭包膜稳定性尿素能提高氮肥表观利用率和氮肥农学效率,氮肥表观利用率提高了19.04%～98.73%,氮肥农学效率提高了33.58%～130.88%,产量提高了29.31%～77.94%。综合考虑,对于生育期短的菜心,BSU8（1.0%NBPT+1.0%DCD）和BSU10（0.5%NBPT+1.5%DCD）是比较适宜的生物炭包膜稳定性尿素产品。综上所述,生物炭包膜稳定性尿素,具有制备工艺简单、能耗低、高效、环境友好等优点。生物炭包膜稳定性尿素能充分发挥生物炭、脲酶抑制剂NBPT、硝化抑制剂DCD的协同作用,不仅能有效抑制脲酶活性,减缓尿素态氮水解,一定程度减少氨挥发损失,同时能够提高土壤中铵态氮的含量,降低土壤中氮素淋失损失,而且能促进菜心吸收氮素,以及提高菜心生物量。

关键词：生物炭包膜稳定性尿素生物炭脲酶抑制剂硝化抑制剂氮素转化

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