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纳米材料对玉米磷营养的影响初探玉米探讨初探纳纳米材料对玉米磷营养的影响初探玉米探讨初探纳 -- 140 元

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生态环境2006,15510721074http//www.jeesci.comEcologyandEnvironmentEmaileditorjeesci.com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。Tel862085280302Emailcaoyujiang2002163.com通讯作者收稿日期20060519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21.华南农业大学新肥料资源研究中心,广东广州5106422.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Zeamays,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710。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2070。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16722175(2006)05107203当物质进入纳米级后,其在催化1、光、电、热力学23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(ZeamaysL.cv.HuabaoNo.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29.2gkg1,全氮0.98gkg1,碱解氮78.4mgkg1,速效磷66.7mgkg1,速效钾46.5mgkg1。每盆装土5kg,施N、P、K分别为90、100、140mgkg1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5L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1L蒸馏水于烧杯中,按照表1方法使纳米胶片(10cm10cm)与水在室温下作用2h,制得纳米处理水。称取2g80目磷矿粉于100mL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1415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Table1Thewayoftreatwaterbynanomaterials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2.7cm和1.4cm,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Table2theeffectsofnanomaterialstothegrowthofmaize处理株高/cm基茎粗/cm生物量/g盆1生物量增加/CK28.8b0.951a5.238b/T131.5a0.972a5.908a12.80T230.2ab0.958a5.77a10.20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,α=0.05,下同。表3植株地上部对NPK的吸收Table3UptakesofNPKbymaizeaerialpart处理NP2O5K2O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/%CK17.9b/0.341a/40.0c/0.763b/80.7b/1.54a/T120.4a140.346a1.550.0a250.846a10.990.4a121.53a0.6T219.2ab7.30.332a2.647.4ab18.50.821ab7.684.2ab4.31.46a5.2表4磷矿粉过滤液中水溶性磷的含量Table4Contentsofwatersolubilityphosphorintheleachingwater处理水溶性磷含量/mgL1,以P2O5计比对照增加/CK3.23c-T13.98bc23.22T24.74b46.75T35.76a78.331074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,200192628.LIMeng.TheresearchevolutionofdecompoundingcontaminationinwaterusingnonomaterialsJ.ChinaWaterWastewater,2001,92628.2石士考.纳米材料的特性及其应用J.大学化学,200123942.SHIShikao.CharacteristicsandapplicationsofnonomaterialsJ.UniversityChemistry,200123942.3杜仕国,施冬梅,邓辉.纳米材料的特异效应及其应用J.自然杂志,20002102106.DUShiguo,ShiDongmei,DengHui.SpecialeffectsandapplicationofnanostructurematerialsJ.NatureMagazine,20002102106.4陈月辉,赵光闲.纳米材料的特性和制备方法及应用J.橡胶工业,200451182188.CHENYuehui,ZHAOGuangxian.ThecharacteristicofnanomaterialsanditsmakingmethodandapplicationJ.RubberIndustry,200451182188.5周延怀,冯玉英,陆海彦.GeO2SiO2纳米复合材料的合成及其光学特性研究J.光谱学与光谱分析,200012324.ZhOUYanhuai,FENGYuying,LUHaiyan.studyonopticalproportiesandsynthesisofNanosizedGeO2SiO2glassesJ.SpectroscopyandSpectralAnalysis,200012324.6丁永良.纳米材料与水产养殖J.中国渔业经济,200324344.DINGYongliang.NanomaterialsandaquicultureJ.ChinaFisheryEconomy,200324344.7刘安勋,曹玉江,廖宗文,等.纳米产品对玉米生长发育的影响J.纳米科技,200622125.LIUAnxun,CAOYujiang,LIAOZongwen,etal.EffectsofnanoproductsonmaizegrowthJ.NanoscienceTechnology,200622125.8刘安勋,曹玉江,廖宗文.纳米材料在观赏鲤鱼养殖中的应用研究J.纳米科技,200561114.LIUAnxun,CAOYujiang,LIAOZongwen.StudyontheapplicationofnanomaterialinfeedingornamentalcyprinoidsJ.NanoscienceTechnology,200561114.9中国化学矿业学会.我国磷矿供需形势分析及对策建议J.化工矿物与加工,2004512.ChinaAcademicofChemistryandMining.ThesituationofsupplyandrequireforphosphorusmineandsuggestionsJ.IndustrialMineralsandProcessing,2004512.10柳正.我国磷矿资源的开发利用现状及发展战略J.中国非金属矿工业导刊,200612123.LIUZheng.TheactualityofPmineralresourcesinChinaanddevelopmentstrategyJ.ChinaNonmetallicMiningIndustryHerald,200612123.11吴初国.我国磷矿资源与磷肥工业的可持续发展J.化肥工业,200241921.WUChuguo.PhosphaterockresourcesandsustainabledevelopmentofphosphoricfertilizerindustryinChinaJ.JournalofChemicalFertilizerIndustry,200241921.12李淑仪,廖新荣,蓝佩玲,等.有机活化剂对磷矿粉活化效果研究J.生态科学,2001,2015155LIShuyi,LIAOXinrong,LANPeiling,etal.BriefingofeffectinorganicactivationsubstanceactivatephosphoruspowderJ.EcologicScience,2001,201515513任清宇,姚金蕊.中国磷矿资源的特点与开发策略J.矿业快报,2006214.RENQingyu,YAOJinrui.CharacteristicsanddevelopmentstrategiesofphosphoriteresourcesinChinaJ.MiningInformation,2006214.14王学文,林可椒,王明学,等.提高普钙中水溶性磷含量的研究J.水利渔业,199921314.WANGXuewen,LINKejiao,WANGMX,etal.TheresearchesonimprovingthewatersolublephosphorinsuperphosphateJ.ReservoirFisheries,199921314.15鲁如坤.土壤农业化学分析方法M.北京中国农业科技出版社,2000.LURukun.MethodsforagriculturesoilchemistryanalysisM.BeijingChinaAgricultureScienceandTechnologyPress,2000.16鲍士旦.土壤农化分析M.第三版.北京中国农业出版社,200070.BAOSgidan.SoilAgricultureChemistryAnalysisM.3rded.BeijingChinaAgricultureScienceandTechnologyPress,200070.PreliminarystudyoneffectsofnanomaterialsonphosphornutritionofmaizeCAOYujiang1,LIUAnxun1,LIAOZongwen1,LIYonghong21.NewFertilizerResourcesResearchCenter,SouthChinaAgriculturalUniversity,Guangzhou510642,China2.AgricultureCollegeofYangtzeUniversity,Jingzhou434025,ChinaAbstractThispaperconfirmedthatnanomaterialscanincreasethesolubilityofphosphoruspowderandimprovethephosphornutritionofmaize.Soakedmaizeusingthewatertreatedwithnanomaterials,canincreasetheplantheight,stemdiameter,biomassandtheuptakesofNPK,aswellasincreasethecontentsofPinthemaizeaerialpartfrom7to10.Havingputphosphoruspowderintowater,libratedandfiltratedit,andanalyzedthecontentsofwatersolublephosphor,theauthorsfoundthatnanomaterialscanincreasethecontentsofwatersolublephosphorintheleachingwaterfrom20to70.Itprovidedanewwaytoimprovetheuseofphosphorus.Keywordsnanomaterialphosphoravailablemaize
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