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生态环境 2006, 15(5): 1072-1074 Ecology and Environment E-mail: 基金项目: 广东省科技计划 项目( 2006B20601002) 作者简介: 曹玉江 ( 1981), 男,硕士研究生,主要从事土壤化学与环境资源方面的研究。 Tel: +86-20-85280302; E-mail: *通讯作者 收稿日期: 2006-05-19 纳米 材料 对 玉米磷营养的影响初探 曹玉江 1,刘安勋 1, 廖宗文 1 *, 黎永洪 2 1. 华南农业大学新肥料资源研究 中心 , 广东 广州 510642; 2. 长江大学农学院,湖北 荆州 434025 摘要: 利用纳米材料处理水浇灌玉米 (Zea mays),探讨了纳米材料对玉米磷营养的影响 ; 用纳米材料处理水浸提磷矿粉, 验证了纳米材料处理水对磷矿粉溶解性的促进作用。 用纳米材料 处理 水 浇灌 玉米植株 ,可提高玉米 的株高、茎粗以及生物量,使 玉米植株 地上部 的氮磷钾的总量 提高, 同时 可以提高 植株中 磷的含量 7%10%。 取 磷矿粉放于纳米材料处 理水中,振荡、过滤, 测定过滤液中的水溶性磷的含量, 纳米材料 可使 磷矿粉浸提液中水溶性磷的含量 较对照高 20%70%。 利用纳米材料处理水提高磷矿的有效性,为提高磷的有效性、充分利用低品位磷矿提供了一条新的途径。 关键字: 纳米材料;磷;有效性 ;玉米 中图分类号: S143.2 文献标识码: A 文章编号: 1672-2175( 2006) 05-1072-03当物质进入纳米级后,其在催化 1、光、电、热力学 2-3方面都出现特异化,这种现象称为 “纳米效应 ”4。 纳米材料 发射 出远红外 5, 可 使水由大分子团的水变为小分子团的水,使其 溶解力 、 pH等性质发生变化 6, 已有的研究表明纳米材料处理水能够 促进作物 生长 7、延长 鱼虾 的成活时间和促进鱼虾 生长 8。 我国 磷矿资源 虽然储量大,但以中低品位磷矿为主 9, 2010年将出现高品位磷矿不能满足国民经济需要的情况 10, 所以磷肥研究的中心问题 , 是探索磷肥的有效利用途径 , 以充分提高其利用率 11。提高磷肥利用率的常见途径是开发和研制出能防止被土壤固定的磷肥 12。如何 提高 磷矿的有效性是众多研究者关注的焦点问题 13。 本文研究了几种复合纳 米材料的处理水对玉米磷营养及磷矿粉的溶解能力的影响。 本 研究发现纳米材料处理水能够促进磷矿粉的溶解 ,这为提高磷的有效性提供一条新技术途径 , 对于纳米材料在 作物营养 方面的应用和提高土壤中磷矿的利用率有 重要的 价值。 1 材料与方法 1.1 纳米 材料 、 磷矿粉及 玉米品种 纳米胶片(广州市 晟源环保生态 有限公司) ;强的 863助长器(江西南昌纳米高新技术开发有限公司,以下简称助长器)、纳米瓷罐(广州市神 之光新材料科技有限公司,以下简称瓷罐); 磷矿粉,产于云南 ;玉米种为华南农业大学培育的华宝一号玉米 ( Zea mays L. cv. Huabao No.1) 。 1.2 纳米材料活化水对 玉米 生长影响 的盆栽 试验 试验于 2005 年 3 月 28 日至 5 月 8 日在华南农业大学玻璃网室进行。设对照、助长器、瓷罐三个处理,重复五次。试验土壤为水稻土,其性状为:有机质 29.2 gkg-1,全氮 0.98 gkg-1,碱解氮 78.4 mgkg-1,速 效磷 66.7 mgkg-1,速效钾 46.5 mgkg-1。每盆装土 5 kg,施 N、 P、 K 分别为 90、 100、 140 mgkg-1 土,直播玉米,每盆留苗 3 株观察其生长情况。在玉米整个生育期,浇灌纳 米器件处理的水 ,其方法是 在两塑料盆中分别放助长器一枚和瓷罐四个,加水 5 L 浸泡 ;对照浇自来水;常规管理。 1.3 纳米材料活化水溶解磷矿粉试验 取 1 L 蒸馏水于烧杯中,按照表 1 方法使纳米胶片( 10 cm10 cm)与水在室温下作用 2 h,制得纳米处理水 。 称 取 2 g 80 目 磷矿粉于 100 mL 活化水中,中速振荡 15 分钟,过滤,测定滤液中水溶性磷的含量 14-15;同时作对照,每处理重复 2 次。 2 结果与分析 2.1 纳米材料对玉米生长 及植株 NPK 全量 的影响 盆栽试验中纳米材料对玉米生长及植株 NPK含量均有较大促进作用。 表 2 表明,助长器和 瓷罐 两个处理均 促进了玉米的生长 ,生长量明显提高 。助长器和瓷罐提高了表 1 纳米材料对水的处理方式 Table 1 The way of treat water by nano-materials 处理 纳米胶片作用方式 T1 用封口袋密封纳米片放于杯内 T2 将纳米片垫在杯外下 T3 将纳米片垫在杯外下,纳米 片下垫锡纸 曹玉江等: 纳米材料对玉米磷营养的影响初探 1073 玉米株高和生物学产量,株高分别增加 2.7 cm 和1.4 cm,地上部干 物质量 分别增加 12.8%和 10.2%,茎粗 略有增加 。 从表 3 看出, 各处理 NPK 的吸收量增加,特别是 P 增加 最 明显,助长器、瓷罐 N 分别增加14.0%、 7.3%, K 分别增加 12.0%、 4.3%,而 P 分 别增加 25.0%、 18.5%。 处理植株 NK 的含量变化不大,或者因生长量增加的稀释作用而有降低的趋势 。值得注意的 是植株 P 的 百分 含量增加,助长器、瓷罐 处理 依 次较对照增加 10.9%、 7.6%。 这 与二 个因素有关,一 是纳米材料活化水使土壤中磷的 有效性增加了, 二 是纳米材料对植株生长产生影响使植株的吸磷能力提高了。 在 NPK 三要素中,仅有磷的植株百分含量与吸磷总量同时提高,主要是与纳米材料活化水提高磷的有效性有关,专门设置的溶解磷 的 试验证明了这一点。 2.2 复合纳米材料活化作用对水溶解磷矿粉的影响 用纳米处理水溶解磷矿粉的试验证实,经过 纳米材料 处理的水提高了磷的溶解性。 由表 4 可以 看出,纳米材料活化水溶解磷矿粉的能力增强了,不同活化方式的活化水对磷矿粉的溶解能力不同 ,其中 T3 处理水溶性磷的含量最高,这与锡纸的反射增强了纳米材料对水的作用有关 。T1、 T2 处理的水溶性磷含量没有显著性差异,但后者水溶性磷的含量稍高于前者。 这几种处理均为纳米材料与水不直接接触,主要是避免直接接触可能引起的微量磷溶解干扰。这一试验也表明特定的纳米材料不直接接触也能够使水活化而提高磷矿粉的溶解性。 3 讨论 用纳米材料活化水浇灌的玉米,植株中磷的含量相对对照有显著性的增加,而氮、钾的含量则变化不大; 纳米材料 的 活化作用可促进磷矿粉中磷的溶解,较大幅度 地 提高磷矿粉浸提液中水溶性磷 的含量 。 据此分析, 玉米植株中磷含量的增加 主要是由于 纳米材料活化水 大幅度 提高了磷的活性 ,这种有效性增加的作用超过了生物量的增加对养分的稀释作用,因而植株磷含量明 显提高, 纳米材料处理的 氮、钾 二种养分虽然在吸收总量方面也有较大幅度提高,但是其增幅远不如 磷 吸收量的增幅,而且植株含 氮、钾 量基本不变,只有磷的含量有显著提高,这都与纳米材料处理水对磷的溶解力明显提高有密切关系 。 水对矿物的溶解力在一定温度下基本是一个常数,但是本研究显示,纳米材料处理的水具有较高的溶解力,对 磷 溶解力的提高对于作物 磷 营养产生了明显的影响, 增幅可高达 46, 这显示了纳米技术在改善植物营养方面具有相当大的潜力,今后在更多养分和作物种类开展这方面的研究将会使我们对这新领域逐步增加认识 ,并将促进应用高新技术开拓磷矿资源高效利用的新途径。 磷矿已被列为我国 2010年后不能满足国民经济发展需要的 20种矿种之一 10;我国大面积 土地总磷的含量不低,但有效磷的含量不高 以致磷的利用率较低 16。 纳米材料活化水 能够提高磷矿粉和土壤中磷的有效性,这对于充分利用土壤中的磷以及低品位 磷矿具有很大的意义 , 为提高土壤中磷的利用率 提供 了一条新的途径。 纳米材料处理水对磷矿的促溶作用是否可以用于其它的肥料矿物如钾长石等?这也是一个值得探讨的课题。目前我们已取得的结果显示纳米处理水对钾长石也有一定的促溶作用,值得今后深入研究。 4 结论 ( 1) 用纳米材料处理水浇灌玉米,能够促进玉米生长,提高玉米植株地上部 NPK 的吸收量,同时提高 P 的含量 7 10。 表 2 纳米 材料对玉米植株生长的作用 Table 2 the effects of nano-materials to the growth of maize 处理 株高 /cm 基茎粗 /cm 生物量 /(g盆 -1) 生物量增加 /% CK 28.8b 0.951a 5.238b / T1 31.5a 0.972a 5.908a 12.80 T2 30.2ab 0.958a 5.77a 10.20 数据利用 SAS 软件进行分析,多重比较采用 DUNCAN 法,同列数据有相同字母者表示差异不显著, 0.05,下同 。 表 3 植株地上部对 NPK的吸收 Table 3 Uptakes of NPK by maize aerial part 处理 N P2O5 K2O 吸收量 /(mg盆 -1) 增加 / 含量 / 增加 / 吸收量 /(mg盆 -1) 增加 / 含量 / 增加 / 吸收量 /(mg盆 -1) 增加 / 含量 / 增加 / CK 17.9b / 0.341a / 40.0c / 0.763b / 80.7b / 1.54a / T1 20.4a 14 0.346a 1.5 50.0a 25 0.846a 10.9 90.4a 12 1.53a -0.6 T2 19.2ab 7.3 0.332a -2.6 47.4ab 18.5 0.821ab 7.6 84.2ab 4.3 1.46a -5.2 表 4 磷矿粉过滤液中水溶性磷的含量 Table 4 Contents of water-solubility phosphor in the leaching water 处理 水溶性磷含量 /(mgL-1), 以 P2O5 计 比对照增加 /% CK 3.23c T1 3.98bc 23.22 T2 4.74b 46.75 T3 5.76a 78.33 1074 生态环境 第 15 卷第 5 期( 2006 年 9 月) ( 2) 用纳米材料处理水浸泡磷矿粉,能够较大幅度提高磷矿粉过滤液中水溶性磷的含量 20 70。 参考文献 : 1 李孟 . 纳米材料降解水中污染物的研究进展 J. 中国给水排水 , 2001(9): 26-28. 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