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Effects of slow/controlled release fertilizers felted and coated
by nano–materials on crop yield and quality

纳米材料胶结包膜型缓/控释肥料对作物产量和品质的影响

作者：肖强，张夫道，王玉军，张建锋，张树清^*

期刊：植物营养与肥料学报 2008年 14卷 5期页码：951-955

关键词：褐潮土；纳米级材料；胶结包膜型缓/控释肥料；小麦；品质；褐潮土；纳米级材料；胶结包膜型缓/控释肥料；小麦；品质；

摘要：

为了对纳米级材料胶结包膜型缓/控释肥料的缓/控释性能进行准确的评价，以3年6季作物定位施肥试验为基础，对冬小麦和夏玉米的产量及部分品质进行了监测。结果表明，与等量氮磷钾化肥配施相比，4种纳米级材料胶结包膜型缓/控释肥料不同程度地提高了小麦和玉米子粒产量和蛋白质产量，但蛋白质含量增加不显著，可溶性总糖含量反而降低。纳米级材料胶结包膜型缓/控释肥料对提高冬小麦的产量和品质有一定的促进作用，但不同肥料促进作用大小不同。

Abstract:

In order to evaluate performance of slow/controlled release fertilizer coated and felted by nano-materials, yield and quality of winter wheat and summer corn were determined through the 3-year and 6-season field experiment in winter wheat-summer corn rotation. The results showed that grain yield and protein were improved in some degree, but protein content was increased insignificantly, and soluble sugar content was decreased by slow/controlled release fertilizer coated and felted by nano-materials compared with NPK chemical fertilizer. It was effective to use slow/controlled release fertilizer coated and felted by nano-materials to improve wheat yield and quality but the effects were different.

全文：收稿日期：!""#$"!$!# 接受日期：!""%$"&$!’
基金项目：国家“%()”计划“纳米肥料关键技术研究与产业化”项目（!""&**!&%"+&）资助。
作者简介：肖强（&’#%—），男，辽宁辽阳人，博士，主要从事缓 ,控释肥料与环境污染方面研究。-./012：341056&’#%7&()8 9:/
! 通讯作者 ;<2："&"$%!&"%(()，-./012：=4>?0567 900=@ 5纳米材料胶结包膜型缓 !控释肥料对
作物产量和品质的影响
肖强，张夫道，王玉军，张建锋，张树清!
（中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京 &"""%&）
摘要：为了对纳米级材料胶结包膜型缓 ,控释肥料的缓 ,控释性能进行准确的评价，以 )年 (季作物定位施肥试验
为基础，对冬小麦和夏玉米的产量及部分品质进行了监测。结果表明，与等量氮磷钾化肥配施相比，+种纳米级材
料胶结包膜型缓 ,控释肥料不同程度地提高了小麦和玉米子粒产量和蛋白质产量，但蛋白质含量增加不显著，可溶
性总糖含量反而降低。纳米级材料胶结包膜型缓 ,控释肥料对提高冬小麦的产量和品质有一定的促进作用，但不
同肥料促进作用大小不同。
关键词：褐潮土；纳米级材料；胶结包膜型缓 ,控释肥料；小麦；品质
中图分类号：B&+C8C 文献标识码：* 文章编号：&""%$C"CD（!""%）"C$"’C&$"C
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DE*F G1056，HI*JK LM.N0:，O*JK PM.QM5，HI*JK R105.S<56，HI*JK B?M.4156!
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源，直接参与或调节作物营养代谢与循环，与作物的
产量和品质有密切的关系［&］。但是常规肥料养分利
用率低，对环境污染造成严重的影响，而热塑性材料
包膜缓 ,控释肥料虽能缓解上述问题，但是由于膜壳
在土壤中的降解期为 )" 到 C" 年，造成对土壤的污
染，价格也偏高，投入产出比不合理，应用范围有
限［!］。由于小麦和玉米是我国的主要粮食作物，其
产量和品质日益受到重视，有关氮肥对小麦和玉米
产量和品质的研究报道较多［)$’］，而利用缓 ,控释肥
料进行定位施肥对小麦和玉米产量和品质的影响研
究报道较少。为此，采用价格低廉的废弃资源作为
包膜材料与纳米技术结合研制出纳米级材料胶结包
膜型缓 ,控释肥料［&"］，对冬小麦和夏玉米进行了 )
年 (季作物定位试验，研究作物产量和品质的变化，
为该类肥料的合理利用提供依据。
: 材料与方法
:;: 试验方案
试验在北京昌平试验基地进行。土壤属潮土土
植物营养与肥料学报 !""%，&+（C）：’C&$’CC
""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
Z205A JMAT1A1:5 05N L类，褐潮土土属，质地为粉砂壤土。土壤耕层有机质
含量 !"#$% & ’ (&，)* +#!!，全氮 ,#"- & ’ (&，全磷 ,#+.
& ’ (&，有效氮 ."#$/ 0& ’ (&，有效磷 $#!% 0& ’ (&，有效
钾 -, 0& ’ (&，容重 !#%. & ’ 10/。
试验设 $种纳米级材料胶结包膜型缓 ’控释肥
料［%］，即：腐殖酸2 34%,+ 胶结包膜肥料（简称
5%,+），废弃塑料胶结包膜肥料（简称 67），/," 胶结
包膜肥料（简称 /,"）和 34%,+ 胶结包膜肥料（简称
34%,+）（养分含量均为 8 %,9、6%:; !,9、<%: !,9）
和普通氮、磷、钾化肥（简称 86<），并设无肥处理做
对照（4<）共 "个处理。供试小麦品种为京 -$%+；玉
米品种为中单 +;.+。
试验采用随机区组设计，小区面积 /,0%，/次重
复。$种纳米级材料胶结包膜肥料施用量为 8 !+,
(& ’ =0%，6%:;-, (& ’ =0% 和 <%: -, (& ’ =0%；普通氮、
磷、钾化肥为尿素、氯化钾、磷酸一铵，其成分与 $种
胶结包膜肥料一致。施入量与纳米级材料胶结包膜
肥料施用量相同。%,,% 年 !, 月 !! 日开始种植小
麦，小麦与玉米轮作，连续种植 /年，最后一季玉米
收获时间为 %,,;年 !,月 !+日。
!"# 采样及样品测定方法
小麦成熟期每小区取 ! 0% 内小麦植株进行考
种，玉米成熟期每小区取 !,株进行室内考种，调查
株高、穗长、穗粒数、穗粒重、千粒重，按小区单收单
打，晒干测产。
小麦及玉米子粒品质的测定：蛋白质含量用凯
氏定氮法；可溶性糖及其组分采用蒽酮比色法［!!］。
试验数据采用 7677 !!#;分析处理。
# 结果与分析
#"! 不同施肥处理对小麦和玉米产量的影响
施肥处理与未施肥处理相比，小麦产量增产均
达极显著水平，说明普通 86<化肥配施处理和纳米
级材料胶结包膜肥料对小麦均有增产作用。与普通
86<化肥配施处理相比，$ 四种纳米级材料胶结包
膜缓 ’控释肥的小麦产量 /年来均高于普通 86<化
肥配施处理，其增高趋势逐年显著，但是 $种纳米级
材料胶结包膜缓 ’控释肥料增产效果却各不相同。
其中，67肥料增产效果最显著，与 86<化肥配施处
理相比，产量提高 !-#"9!%,#"/9；5%,+肥料效果
最差，虽比普通 86<化肥配施处理增产，但未达到
显著水平，%,,/!%,,;年比普通 86<化肥配施处理
提高 "#+!9!+#/;9；34%,+ 和 /," 增产效果居于
其中且前者好于后者（表 !）。
表 ! 不同肥料处理 #$$%!#$$&年小麦和玉米子粒产量统计分析
’()*+ ! ,-(*./0/ 12 34+(5 (-6 7(08+ 9:(0- .0+*6 ;-6+: 6022+:+-5 5:+(57+-5/ 0- #$$%<#$$&
处理产量 >?@AB（(& ’ =0%）增产 CD1E@FG@（9）
HE@FI0@DI %,,/ JE %,,$ JE %,,; JE %,,/ JE %,,$ JE %,,; JE
小麦 K=@FI
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86< /;!! L -. 1 $,+% L %.% 1 $,!/ L %-- 1 — — —
67 $%,/ L /$$ F $-%$ L %!$ F ;,/+ L %!/ F !-#.% %,#"/ !-#"
34%,+ $,$$ L !$. FM $.". L /,/ FM $+/% L %.- FM !;#!- !"#.+ !$#"-
/," /+.+ L // FM $;-- L %+" FM $"$% L /%! FM1 !,#$$ !%#"" !,#!+
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玉米 NF?O@
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86< $;/" L %." M $+/" L %;% B $+-; L /,, B — — ,
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5%,+ $+%! L $%, FM ;,%- L %;/ 1B ;!!% L %;- 1B "#%+ $#,, $#$/
表 !还看出，玉米的增产效果与小麦相似。施
肥处理与未施肥处理相比，玉米产量增产均达极显
著水平，说明普通 86<化肥配施处理和纳米级材料
胶结包膜肥料对玉米均有增产作用，施肥显著增加
了玉米产量。与普通 86<化肥配施处理相比，$种
纳米级材料胶结包膜缓 ’控释肥料的玉米产量 /年
来均高于普通 86<化肥配施处理，其增高趋势逐年
显著。其中，67肥料增产效果最显著，%,,/!%,,;
%;- 植物营养与肥料学报 !$卷
年与普通 !"#化肥配施处理相比，产量提高 $%&%’
!()&*+’；,()%肥料效果最差，虽比普通 !"#化
肥配施处理增产，但未达到显著水平，())-!()).年
比普通 !"#化肥配施处理提高 /’!0&(%’；12()%
和 -)0处理增产效果居中且前者好于后者。
!"! 不同施肥处理对小麦和玉米子粒蛋白质含量
及蛋白质产量的影响
表 (看出，())-!()).年 -季小麦子粒蛋白质
含量，施肥处理都显著高于未施肥处理，说明施肥能
够显著增加小麦蛋白质含量。以 "3处理蛋白质含
量最高，普通 !"#化肥配施处理最低。"3包膜肥料
显著高于普通 !"# 化肥配施处理，12()%、-)0 和
,()%肥料与普通 !"#处理不显著。"3、12()%、-)0
和 ,()%处理蛋白质含量平均比普通 !"#化肥配施
处理分别增加 )&-0、)&($、)&$/、)&). 个百分点。从
蛋白质含量差异程度看出，施肥处理之间基本呈不
显著趋势，说明子粒产量显著增加时蛋白质含量不
一定显著增加。
从小麦子粒的蛋白质产量结果（表 (）看，/种纳
米级材料胶结包膜肥料与普通 !"#化肥配施处理
的差别同蛋白质含量的相同，只有 ,()%处理的其差
异未达到显著水平。())-!()). 年 "3、12()%、-)0
和 ,()%处理蛋白质产量平均比普通 !"#化肥配施
处理增加 $-(&$+、++&)/、*)&$、//&+ 45 6 78(。说明与
普通 !"#化肥配施处理相比，/种纳米级材料胶结
包膜肥料对氮素都呈现了不同程度的缓释作用，提
高了蛋白质产量，更能接近作物的需肥规律。
表 (还表明，玉米子粒蛋白质含量，施肥处理都
显著高于未施肥处理，说明施肥能够显著增加玉米
子粒蛋白质含量。/种纳米级材料胶结包膜肥料与
!"#化肥配施处理相比，- 季玉米子粒蛋白质含量
差异各不相同，())-年 "3、12()%和 -)0与普通 !"#
化肥配施处理差异显著，,()%差异不显著；())/!
()).年 "3、12()%与普通 !"#化肥配施处理差异显
著，而 -)0、,()% 差异不显著。())-! ()). 年 "3、
12()%、-)0 和 ,()% 处理子粒蛋白质含量平均比普
通 !"#化肥配施处理增加 )&0、)&//、)&-0、)&$0 个
百分点。从蛋白质含量差异程度看出，/ 种纳米级
材料胶结包膜肥料之间差异呈不显著趋势，而玉米
子粒产量之间基本呈显著状态，同样说明玉米子粒
产量显著增加时蛋白质含量不一定显著增加。
表 ! 不同处理对小麦和玉米子粒蛋白质含量与产量的影响
#$%&’ ! ())’*+ ,) -.))’/’0+ +/’$+1’0+2 ,0 3/,+’.0 *,0+’0+ $0- 4.’&- .0 56’$+ $0- 1$.7’ 8/$.02
项目处理 ())-9: ())/9: ()).9:
;<=8 >:=?<8=@< 小麦 A7=?< 玉米 B?CD= 小麦 A7=?< 玉米 B?CD= 小麦 A7=?< 玉米 B?CD=
含量
2E@<=@<
（’）
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!"# $/&. F )&( I +&/ F )&- I $/&0 F )&$ I +&0 F )&/ G $/&% F )&$ I +&* F )&- G
"3 $/&+ F )&$ ? +&+ F )&- ? $.&) F )&( ? $)&( F )&( ? $.&$ F )&$ ? $)&- F )&- ?
12()% $/&% F )&$ ?I +&+ F )&( ? $/&% F )&( ?I $)&) F )&- ?I $.&) F )&- ?I $)&$ F )&( ?I
-)0 $/&* F )&( ?I +&% F )&( ? $/&* F )&$ ?I +&+ F )&( ?IG $/&+ F )&$ ?I $)&) F )&$ ?IG
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产量
JK（45 6 78(）
2# ($-&* F $(&) H $0/&. F $0&% H (%(&$ F 0&- H $*0&$ F $0&. = (%%&/ F $-&. H $0+&* F +&. =
!"# .$)&- F $/&) G /(.&( F (0&$ G .+/&% F /)&- G /0(&/ F (.&) H 0($&* F //&+ G /*/&( F (+&$ H
"3 0(*&* F .$&/ ? .-.&. F /-&) ? *-*&0 F -(&0 ? .+(&) F $+&+ ? *.%&$ F --&- ? 0)0&) F $-&* ?
12()% .+0&- F ($&- ?I .$$&0 F -)&$ ?I *)/&) F /.&/ ? ..+&/ F $-&% ?I *(-&* F /$&/ ?I .*%&( F ()&)% ?I
-)0 .0+&$ F -&% I /+$&+ F (*&* ?I 0*0&. F /(&- ?I .(-&- F (%&. IG 0+$&. F /%&/ I ./$&. F (.&+ IG
,()% ../&- F -$&+ IG /0/&+ F /$&) IG 0-0&* F -0&* IG /%/&+ F (0&- GH 0*)&. F -$&. IG .)(&* F (0&% GH
注（!E<=）：数据后不同字母表示处理间差异达 .’显著水平，下同 M?NK=O PENNEQ=H I9 HCPP=:=@< N=<<=:O 8=?@ OC5@CPCG?@< ?8E@5 HCPP=:=@< <:=?<8=@.’ N=R=N S >7= O?8= I=NEQS
从玉米子粒蛋白质产量（表 (）结果看，"3、
12()%、-)0胶结包膜肥料都显著高于普通 !"#化肥
配施处理，,()%肥料与其差异不显著。/ 种纳米级
材料胶结包膜肥料中也是 "3 蛋白质产量最高。
())-!()).年 "3、12()%、-)0和 ,()%玉米子粒蛋白
质产量平均比普通 !"#化肥配施处理增加 $(-&%+、
+.&%(、0.、-)&(( 45 6 78(。说明与普通 !"#化肥配施
处理相比，/ 种包膜肥料对氮素都呈现了不同程度
的缓释作用，提高了蛋白质产量，更能接近作物的需
肥规律。
-.+.期肖强，等：纳米材料胶结包膜型缓 6控释肥料对作物产量和品质的影响
!"# 不同施肥处理对小麦和玉米可溶性糖含量的
影响
表 !看出，"#处理小麦可溶性总糖含量最高，
$%#化肥配施处理次之，%&处理最低。由于养分供
应不足或不能及时满足作物的需肥要求，植株体内
代谢速度缓慢，糖还没有来得及转化淀粉等产物而
以糖的形式被贮存。对于 %&和 ’"()*处理，各种糖
分含量与普通 $%#化肥配施处理差异显著；!)+处
理葡萄糖含量与普通 $%#化肥配施处理差异不显
著，而 ,()* 处理各种糖含量与普通 $%#化肥配施
处理无差别。在小麦可溶性总糖中，蔗糖、果糖与葡
萄糖含量之和远小于可溶性总糖，且葡萄糖 -果糖
- 蔗糖，说明其他糖分占了主要比例。根据张夫
道［.(］的测定结果，小麦子粒可溶性糖组成中，除了
葡萄糖、果糖和蔗糖外，还含有麦芽糖、木糖、阿拉伯
糖、核糖。
玉米可溶性总糖含量与小麦相似，也是 "# 处
理最高，普通 $%#化肥配施处理次之，%&处理最低
（表 !）。在可溶性糖组成中，蔗糖、果糖与葡萄糖之
和约等于可溶性总糖，且果糖 - 蔗糖 - 葡萄糖。/
种纳米级材料胶结包膜肥料可溶性总糖与普通 $%#
化肥配施处理差异显著；但蔗糖、葡萄糖和果糖其
差异性无固定规律。说明玉米子粒各种糖分的转化
受施肥方式及种类影响不显著［.(］。
表 # 不同施肥处理对小麦和玉米可溶性糖含量的影响（$）
%&’() # *++),- .+ /0++)1)2- -1)&-3)2-4 .2 4.(5’() 456&1 ,.2-)2- 02 78)&- &2/ 3&09) 61&024
处理可溶性糖 &012314 52678 蔗糖 &298054 葡萄糖 :129054 果糖 ,829;054
<847;=4>; 小麦 ?@47; 玉米 A7BC4 小麦 ?@47; 玉米 A7BC4 小麦 ?@47; 玉米 A7BC4 小麦 ?@47; 玉米 A7BC4
"# +DE F )D. 9 ED! F )DG 9 .D. F )D. H (D( F )D) 3 (D( F )D( 9 .DG F )D/ 9 .D/ F )D. 9 (D/ F )D( H
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%& !D+ F )D. 7 (DG F )D! 7 )D! F )D. 7 .D( F )D) 7 .D) F )D. 7 )D* F )D. 73 )D+ F )D) 7 .D/ F )D) 7
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# 讨论
目前对缓 I控释肥料的研究集中于作物产量和
养分利用率方面，对作物品质方面的影响研究报道
较少。本研究通过冬小麦—夏玉米 !年 +季的田间
试验，验证了自行研制的纳米级材料胶结包膜缓 I控
释肥料确实能提高小麦和玉米的产量，具有显著的
增产效果。但是通过对营养品质和加工品质的分
析，与普通 $%#化肥配施处理相比，/种纳米级材料
胶结包膜肥料中只有 %&肥料处理使其蛋白质含量
显著增高，且 /种纳米级材料胶结包膜肥料之间差
异不显著；对于可溶性糖含量，/种纳米级材料胶结
包膜肥料处理都不同程度地低于普通 $%#化肥配
施处理，说明纳米级材料胶结包膜肥料并不能显著
地提高小麦和玉米子粒的蛋白质含量和可溶性糖含
量等品质指标，没有保证产量与品质的同步提高。
可能的原因是在小麦和玉米生长后期，氮素供应不
足或不适度，导致部分品质指标之间过量转化而使
其含量降低；也可能是纳米级材料胶结包膜缓 I控
释肥料由于对磷、钾素也存在一定的缓释作用。磷
素在增加产量的同时一般导致蛋白质含量降低［.!］，
钾素能够使子粒产量和蛋白质含量同步提高，导致
最终结果差异不显著。对于可溶性糖的提高如何与
子粒产量保持一致，纳米级材料胶结包膜缓 I控释肥
料似乎也没有体现出来，可能的原因是磷、钾素溶出
速率不同导致对作物供应的强度和浓度不同（配比
不同）。当然，除了上述原因外，也与小麦和玉米品
种、土壤和肥料以及微量元素的供应和水分、温度等
诸多因素有关［./］。如要保证产量与品质的协调提
高，就不仅要使得缓释肥料养分释放高峰期与作物
需肥期相一致，还要在后期生殖生长阶段，一定程度
地供应养分，使其适度的向子粒转移，保证品质之间
各项指标适度的转化，既提高产量又增加品质。所
研制的纳米级材料胶结包膜缓控释肥料虽能起到缓
释的作用，但还没有达到控释的程度，将来进一步的
研究应是在保证产量显著提高的同时，如何进一步
提高品质的问题。
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