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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& $"C !""#$ %& ’" &(’) * $’+%,’((#- ,#(#.&# "#,%/(/0#,& "#(%#- .+-$ ’.%#-
12 +.+’34.%#,/.(& ’+ $,’5 2/#(- .+- 67.(/%2 DE*F G1056，HI*JK LM.N0:，O*JK PM.QM5，HI*JK R105.S<56，HI*JK B?M.4156! （ !"#$ % $&$ ’ () *+,%-&. $&,/. 0’#(&,-’# /"1 0’+%("/. 2./""%"+，3**4，5’%6%"+ 788897，3:%"/） 81&%,.$ %：E5 :TN05N 4M021AY :S W15AW?<0A$=M//9:5A<5A W0= 159T<0=05N S<2A1>9#2 )’,-&：XT:W5 04M19 =:12；505:./0A肥料作为现代农业生产中作物养分的主要来
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 %,, $JE %,,; JE 小麦 K=@FI 4< !;/. L +" B %,/% L$ / B %,-" L -% B
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 !,# $!%#"" !,#!+ 5%,+ /+,$ L %%" M1 $/", L %$+ M1 $;!" L %!% M1 +#/; "#+! .#%! 玉米 NF?O@ 4< %/+- L %$; 1 %",. L %$! @ %",! L !$, @ 86< $;/" L %." M $+/" L %;% B $+-; L /,, B — — , 67 ;/+- L $%+ F ;.+- L !-" F ;-!% L !/" F !+#+ !-#.% %,#.- 34%,+ ;!.- L /,$ F ;;-" L !;, FM ;.$ L %, $FM !$ #!" !;#.% !.#/;
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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
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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
$%# GD+ F )D/ H +D) F )D! 3 .D) F )D. H .D. F )D. 7 .D/ F )D. 3 .D. F )D. 39 .D! F )D. 9 .DE F )D) 7 %& !D+ F )D. 7 (DG F )D! 7 )D! F )D. 7 .D( F )D) 7 .D) F )D. 7 )D* F )D. 73 )D+ F )D) 7 .D/ F )D) 7 ’"()* /DG F )D! 3 !D! F )D+ 7 )DG F )D) 73 .D) F )D( 7 .D( F )D. 73 )D+ F )D. 7 )DE F )D. 7 .D) F )D. 3 !)+ /DE F )D( 3 !D! F )D! 7 )D+ F )D) 39 .D. F )D. 7 .D! F )D. 3 .D/ F )D( 9 .D. F )D) 3 (D. F )D( 9 ,()* +D! F )D. 9 GDG F )D/ 3 )D+ F )D.E 9 (D( F )D. 3 (D. F )D. 9 .D( F )D) 39 )DE F )D. 7 (D/ F )D. H # 讨论目前对缓 I控释肥料的研究集中于作物产量和养分利用率方面，对作物品质方面的影响研究报道较少。本研究通过冬小麦—夏玉米 !年 +季的田间试验，验证了自行研制的纳米级材料胶结包膜缓 I控释肥料确实能提高小麦和玉米的产量，具有显著的增产效果。但是通过对营养品质和加工品质的分析，与普通$ %#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 $%#化肥配施处理，说明纳米级材料胶结包膜肥料并不能显著地提高小麦和玉米子粒的蛋白质含量和可溶性糖含量等品质指标，没有保证产量与品质的同步提高。可能的原因是在小麦和玉米生长后期，氮素供应不足或不适度，导致部分品质指标之间过量转化而使其含量降低；也可能是纳米级材料胶结包膜缓 I控释肥料由于对磷、钾素也存在一定的缓释作用。磷素在增加产量的同时一般导致蛋白质含量降低［.!］，钾素能够使子粒产量和蛋白质含量同步提高，导致最终结果差异不显著。对于可溶性糖的提高如何与子粒产量保持一致，纳米级材料胶结包膜缓 I控释肥料似乎也没有体现出来，可能的原因是磷、钾素溶出速率不同导致对作物供应的强度和浓度不同（配比不同）。当然，除了上述原因外，也与小麦和玉米品种、土壤和肥料以及微量元素的供应和水分、温度等诸多因素有关［./］。如要保证产量与品质的协调提高，就不仅要使得缓释肥料养分释放高峰期与作物需肥期相一致，还要在后期生殖生长阶段，一定程度地供应养分，使其适度的向子粒转移，保证品质之间各项指标适度的转化，既提高产量又增加品质。所研制的纳米级材料胶结包膜缓控释肥料虽能起到缓释的作用，但还没有达到控释的程度，将来进一步的研究应是在保证产量显著提高的同时，如何进一步提高品质的问题。参考文献：［.］古巧珍，杨学云，孙本华，等 J 长期定位施肥对小麦子粒产量及品质的影响［K］J 麦类作物学报，())/，(/（!）：E+LEMD :2 N O，P7>6 Q P，&2> ’ R !" #$ % STT49;5 0T 10>6U;48= T48;B1BC7;B0>
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