氮摻雜碳納米粒子施用對(duì)稻田氮素利用率與水稻產(chǎn)量的影響

1、    氮摻雜碳納米粒子施用對(duì)稻田氮素利用率與水稻產(chǎn)量的影響    胡偉+向建華+向言詞+周練+陳燕摘要 為明確氮摻雜碳納米粒子（n-cnps）在田間條件下對(duì)單季稻田氮素利用效率和水稻產(chǎn)量的影響，采用田間小區(qū)試驗(yàn)，對(duì)不同用量n-cnps配施尿素時(shí)稻田氮素利用率和水稻產(chǎn)量進(jìn)行研究。結(jié)果表明，配施n-cnps能有效提升稻田氮肥利用率，1、5和15 n-cnps用量處理氮肥利用率分別為37.28%、43.74%和35.84%，高于單施尿素處理的33.6%；配施5 n-cnps較單施尿素處理水稻產(chǎn)量增加398.9 kg/hm2，增幅達(dá)4.78%，進(jìn)一步提升n-c

2、nps用量至15，水稻產(chǎn)量反而較單施尿素處理降低2.76%?？梢?，田間條件下尿素配施5 n-cnps能提升氮肥利用效率，實(shí)現(xiàn)增加水稻產(chǎn)量的目的。關(guān)鍵詞 水稻；氮摻雜碳納米粒子；稻田；氮肥利用率；產(chǎn)量s511 a 1007-5739（2017）17-0025-02氮肥的施用在促進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展中發(fā)揮了重要作用，但較低的氮肥利用率造成了資源、能源的巨大浪費(fèi)以及農(nóng)產(chǎn)品和土壤、水體的重度污染。研究表明，施入田間的氮素除35%為作物吸收及13%無(wú)法統(tǒng)計(jì)外，其余均以各種途徑損失殆盡1。通過氮肥增效劑的施用減緩nh4+-n向no3-n轉(zhuǎn)化，可實(shí)現(xiàn)氮肥利用效率的提高2-3。氮摻雜碳納米粒子作為一種新型氮肥增效劑

3、表現(xiàn)出了較好的效果，室內(nèi)試驗(yàn)表明，氮摻雜碳納米粒子（n-cnps）具有較好的硝化抑制能力，可提升氮肥利用率；5劑量的n-cnps能促進(jìn)油菜苗期的生長(zhǎng)和氮素的積累4。本試驗(yàn)通過田間試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證n-cnps配施尿素對(duì)單季稻田氮肥利用率和產(chǎn)量的影響。1 材料與方法1.1 試驗(yàn)地概況田間試驗(yàn)于2016年5月至2016年11月在湖南省長(zhǎng)沙縣江背鎮(zhèn)太平橋村（北緯28.12°，東經(jīng)113.36°）進(jìn)行。試驗(yàn)田所在區(qū)域年平均降水量在1 2001 400 mm之間，年平均溫度為17.2 ，無(wú)霜期274 d，年日照時(shí)數(shù)1 663 h，屬于典型的亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，土壤類型為河流沖積物發(fā)育而成

4、的潮沙泥。試驗(yàn)前水稻田耕層（020 cm）土壤ph值為5.72（土水=15）、有機(jī)質(zhì)含量51.06 g/kg、全氮含量4.29 g/kg、銨態(tài)氮含量26.95 mg/kg、硝態(tài)氮含量6.35 mg/kg。1.2 供試材料氮摻雜碳納米籽子（n-cnps）由湖南科技大學(xué)物理學(xué)院提供，該材料以檸檬酸為原料，以氨水為溶劑和氮摻雜源，采用微波介電加熱法制備，氮摻雜量為6.72%（at）。供試水稻品種為c兩優(yōu)608（湖南隆平選育）。1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)5個(gè)處理，分別為不施氮肥（ck）；單施尿素（t1）；低量氮摻雜碳納米粒子（純氮量1）配施尿素（t2）；中量氮摻雜碳納米粒子（純氮量5

5、）配施尿素（t3）；高量氮摻雜碳納米粒子（純氮量15）配施尿素（t4）。3次重復(fù)，小區(qū)面積30 m2（15 m×2 m），各小區(qū)四周間做高40 cm、寬30 cm田埂，覆以尼龍膜，以減少各區(qū)間互滲。小區(qū)種植密度株行距為20 cm×20 cm，每穴23株苗。除ck外，其他各處理氮肥用量（按純n計(jì)）均為200 kg/hm2。所有處理p2o5、k2o施用量相同，分別為60、100 kg/hm2，參照當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)方式施肥，磷肥作基肥一次性施入，氮肥、鉀肥的40%作基肥，30%作分蘗肥，30%作穗肥。1.4 試驗(yàn)實(shí)施2016年5月12日育秧，6月5日施基肥移栽，6月25日追施分蘗肥，9月

6、1日追施穗肥，灌溉和病蟲草害防治及其他管理與當(dāng)?shù)厣a(chǎn)一致。11月3日收獲。1.5 數(shù)據(jù)處理采用excel 2007和spss 13.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并作圖，采用單因素方差分析（one-way anova）和多重比較（duncan）對(duì)不同數(shù)據(jù)組間進(jìn)行差異性比較（p<0.05）。2 結(jié)果與分析2.1 氮肥利用率由表1可知，氮肥施用顯著增加了水稻吸氮量，處理t1、t2、t3、t4分別較ck增加了67.21、74.57、87.48、71.69 kg/hm2。配施n-cnps進(jìn)一步提升了水稻吸氮水平，隨著n-cnps用量提升，水稻吸氮水平表現(xiàn)出先增后降的趨勢(shì)，5 n-cnps用量處理水稻吸氮量

7、最高，達(dá)到172.94 kg/hm2，較單施尿素處理增加了20.27 kg/hm2。配施n-cnps能有效提升稻田氮肥利用率，1、5和15 n-cnps用量處理氮肥利用率分別為37.28%、43.74%和35.84%，均高于單施尿素處理的33.6%，將不同n-cnps用量和氮肥利用率建立回歸方程，得到回歸方程為y=-0.185 6x2+2.904 5x+34.011（r2=0.991 3）。氮肥偏生產(chǎn)力數(shù)據(jù)同樣表明，5 n-cnps表現(xiàn)為最高，達(dá)到43.71 kg/kg，較單施尿素處理高出2.02 kg/kg，增幅為4.8%。2.2 水稻農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量小區(qū)實(shí)割測(cè)產(chǎn)數(shù)據(jù)表明（表2），在不施肥的情

8、況下，單季稻田產(chǎn)量?jī)H為6 531.83 kg/hm2，顯著低于施肥后各處理，適量配施n-cnps能提高產(chǎn)量，處理t3配施5 n-cnps時(shí)較處理t1（單施尿素）產(chǎn)量增加398.9 kg/hm2，增幅達(dá)4.78%，進(jìn)一步提升n-cnps用量至15（處理t4），水稻產(chǎn)量反而較處理t1降低2.66%。配施n-cnps引起水稻成熟時(shí)各項(xiàng)農(nóng)藝性狀差異，不同用量n-cnps配施尿素處理水稻株高、穗長(zhǎng)和有效穗數(shù)等農(nóng)藝性狀與單施尿素處理（t1）相比沒有顯著差異；配施純氮量1和5 n-cnps處理千粒重分別為25.32 g和27.57 g，分別較單施尿素增加5.54%和14.92%，差異達(dá)到顯著水平。配施純氮量

9、5n-cnps處理結(jié)實(shí)率也達(dá)到84.88%，顯著高于單施尿素處理的80.31%。高用量（15）n-cnps引起水稻千粒重和結(jié)實(shí)率的降低，并最終導(dǎo)致產(chǎn)量低于單施尿素處理。 3 結(jié)論與討論已有研究表明4，n-cnps能顯著增加了土壤中nh4+-n含量，減少了no3-n含量，提高作物有效吸收氮素時(shí)間和水平，顯著提升氮肥利用率，其作用機(jī)理則可能與土壤氧化還原電位變化有關(guān)，長(zhǎng)期淹水顯著降低了土壤的氧化還原電位，引起稻田土壤nh4+-n降低和no3-n的累積5，厭氧條件下較高的no3-n加速了反硝化作用的進(jìn)程，提升了n2o排放的風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)一步降低了當(dāng)季氮肥利用率。n-cnps包含大量吡啶-n和吡咯-n結(jié)構(gòu)，

10、這類結(jié)構(gòu)具備較強(qiáng)的電子吸附能力，從而導(dǎo)致與它鄰近的 c原子表面形成正電荷，提高區(qū)域氧化還原電位，促進(jìn)氧化還原反應(yīng)的發(fā)生6，增加了稻田土壤nh4+-n含量和持續(xù)存在時(shí)間，最終提升氮肥利用效率。本試驗(yàn)結(jié)果表明，田間條件下配施純氮量5的n-cnps，當(dāng)季水稻吸氮量較單施尿素增加了20.27 kg/hm2，驗(yàn)證了田間條件下n-cnps的氮肥增效能力。從不同n-cnps對(duì)水稻農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量影響來(lái)看，n-cnps的增產(chǎn)效果主要表現(xiàn)在增加了水稻千粒重和結(jié)實(shí)率，不同用量n-cnps增產(chǎn)效果存在差異，1和5 n-cnps能較好地增加水稻產(chǎn)量，而增加n-cnps用量至15，水稻產(chǎn)量并沒有同步增加，反而表現(xiàn)出下降趨

11、勢(shì)。如能改進(jìn)n-cnps施用方式，明確n-cnps田間安全施用量，避免納米材料的生物毒性，則更有利于為氮肥利用率的提高提供新的材料和新的技術(shù)，為深度開發(fā)納米技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)支持7。4 參考文獻(xiàn)1 朱兆良.中國(guó)土壤氮素研究j.土壤學(xué)報(bào)，2008，45（5）：778-783.2 李莉，李東坡，武志杰，等.脲酶/硝化抑制劑對(duì)尿素氮在白漿土中轉(zhuǎn)化的影響j.植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2011，17（3）：646-650.3 徐星凱，周禮愷，oswald v c.脲酶抑制劑/硝化抑制劑對(duì)土壤中尿素氮轉(zhuǎn)化及形態(tài)分布的影響j.土壤學(xué)報(bào)，2000，37（3）：339-345.4 胡偉，楊玉蘭，王燕.氮摻雜碳納米粒子對(duì)土壤氮素轉(zhuǎn)化及油菜苗期生長(zhǎng)的影響j.中國(guó)土壤與肥料，2016（4）：108-112.5 劉若萱，賀紀(jì)正，張麗梅.稻田土壤不同水分條件下硝化/反硝化作用及其功