（环境工程专业论文）大棚内施n与环境污染的关系及大棚专用肥的筛选.pdf

大棚内施氮与环境污染的关系 及大棚专用肥的筛选 中文摘要 温室、大棚是个近乎封闭的生态环境，其氮肥施用量大，氮肥利用率低，与敞开体 系相比挥发氮素不易出，易发生各种环境问题。本文采用室内实验和大棚试验等手段， 研究了温度这一外界环境因子对尿素施入后短期内土壤p h 的变化和氨气释放特性；比 较了4 个尿素品种施入土壤后p h 变化和氨气释放情况的差异；并研究了普通尿素与矿 物改性包膜尿素施入土壤后的氮素转化及a i 、m n 、c u 、z n 、c a 元素有效性的差异情况； 最后还就大棚内施入尿素后对n h 3 、n 0 2 、0 3 浓度变化的影响进行了研究。主要结果如 下： 1 三种土壤施入尿素后p h 先上升，然后下降，氨气挥发趋势也是逐渐出现峰值， 然后降低，其挥发强度次序为：冲积菜园土 红菜园土 茶园土。随着温度的升高，尿 素水解速度加快，氨气挥发强度变大，峰值提前，引起各处理差异的原因与土壤本身p h 、 c e c 、有机质、脲酶活性以及外晃条件一温度有关。 2 研究四个尿素品种引起土壤p h 变化和氨气释放表明，德国缓释尿素p h 下降速度 最慢( 到第5 周时冲积菜园土中p h 高达7 9 5 ，红菜园土为7 1 2 ) ，而氨气挥发量最多， 五周内在冲积菜园土中为3 5 2 7 0m g l 【g 土，红菜园土中为2 9 2 2 2m g k g 土。矿物改性包 膜尿素p h 下降最快，氨气挥发量最少，五周内在冲积菜园土中为1 1 0 9 5m g k g 土，红 菜园土为7 1 3 4m g k g 土。这是由于德国缓释尿素含硝化抑制剂双氰胺( d c d ) ，抑常9 硝 化反应，p h 下降缓慢，氨气挥发量大，矿物改性包膜尿素外面一层磷矿粉，能缓解尿 素的溶解，降低氮的释放，减少氨气挥发，优于其它尿素品种。 3 应用幂函数方程y - a t o 模拟氨挥发积累量与时间的关系表明：前9 天，矿物改性 包膜尿素挥发速率低于普通尿素。9 天后，相接近。两周内挥发总量，在冲积菜园土为 1 0 8 8 5m g k g 土，红菜园土为7 0 0 4m g k g 土，都只有普通尿素的一半左右，因此尿素 包膜后能减少氨的挥发损失。用对数函数模拟尿素水解( ) 累计值与水解时间的关系 为y = a + b i n t ，矿物改性包膜尿素水解速度低于普通尿素，培养4 8 天后，施入矿物改性 包膜尿素的土壤n h 4 + 和n 0 3 升高的浓度都大于普通尿素，硝态氮与铵态氮总和在9 0 以上。 4 尿素施入土壤后，土壤中五种元素( a i 、m n 、c u 、z n 、c a ) 随着p h 升高，含量 逐渐降低，然后随p h 降低而升高，其中a l 受p h 影响最大，当p h 上升7 o o 以上时， 交换态a l 就很少了，试验发现c a 受p h 影响最小。用二次方程y = a x 2 + b x + c 模拟这些 元素含量与p h 的关系。在p h 4 - 8 范围内。五种元素含量与p h 呈负相关。 5 在大棚内施入尿素后n h 3 、n 0 2 浓度增大，旌普逶尿素大于矿物改性包膜尿素， n h 3 浓度最高值为4 2 3 6 ) l p d m 3 ，n 0 2 浓度最高值4 1 9 5p g m 3 ，均没超过大气环境一级 标准。0 3 浓度是棚内高于棚外，最高值1 1 8 8 7 “g ，m 3 ，与大气环境一级标准1 2 0p g m 3 接近。一般晴天条件下0 3 浓度高，受气温影晌不大，n h 3 浓度受气温影响大，而n 0 2 既受气温又受睛、阴、雨等不同天气的影响。 关键词：尿素；控释肥料；采样器：氨气；大棚环境。 t h ec o r r e l a t i o nb e t w e e n t h e a p p l i c a t i o n o fnf e r t i l i z e r sa n d e n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o na n dt h es e l e c t i o no f f e r t i l i z e r s f o rt h eg r e e n h o u s e s a b s t r a c t g r e e n h o u s e sw e r ea l m o s tc l o s e de n v i r o n m e n t e n v i r o n m e n t a lp r o b l e m si ng r e e n h o u s e s b e g a n t oe m e r g e a sv a s tu s eo f n i t r o g e nf e r t i l i z e ra n dt h el o wu t i l i z a t i o n r a t eo f f e r t i l i z e ra n d v o l a t i l i z a t i o nnn o te a s i e rt o g oo u tt h a no u t s i d e l a b o r a t o r ya n df i e l de x p e r i m e n t si n g r e e n h o u s e sw e r ec a r d e do u tt os t u d y ：s h o r t - t e r mc h a n g e so f s o i l sp ha n dv o l a t i l i z a t i o no f a m m o n i a b yf e r i i l i z i n gu r e a i nd i f f e r e n tt e m p e r a t u r e ；c h a n g e so f s o i ! sp h a n dv o l a t i l i z a t i o no f a m m o n i a b yf e r t i l i z i n gd i f f e r e n tt y p e so fu r e a ；n i t r o g e nt r a n s f o r m a t i o na n dt h ea v a l l u b i l i t yo f a i 、m n 、c u 、z n 、c ae l e m e n t sb y f e r t i l i z i n gg e n e r a lu r e a a n dm i n e r a lc o a t e du r e a ；v a r i a t i o n o f n h 3 、n 0 2 、0 3i ng r e e n h o u s e sb yf e r t i l i z i n gu r e a i ns o i l t h er e s u l t sw e r ea sf o l l o w s ： 1 i n3t y p e so fs o i lb yf e r t i l i z i n gu r e a ，p hr o s ef a s t ，t h e nf e l l v o l a t i l i z a t i o no f a m m o n i ab e c a m eg r e a t e r , p e a kv a l u ea p p e a r e da tt h eb e g i n n i n g ，t h e nf e l l ；t h eo r d e ro f a m m o n i av o l a t i l i z a t i o ni n t e n s i t yw a sa l l u v i a lv e g e t a b l e g a r d e ns o i l r e dv e g e t a b l eg a r d e n s o i l t e ag a r d e ns o i l w i t ht h er a i s i n go f t e m p e r a t u r e ，t h eu r e ah y d r o l y s i sr a t eb e c a m ef a s t e r ； a n u n o n i av o l a t i l i z a t i o ni n t e n s i t yi n c r e a s e da n dp e a kv a l u ea p p e a r e di na d v a n c e t h er e a s o n f o rt h i sd i f f e r e n c ew a sr e l a t e dt os o i lf a c t o r ss u c h 船p h 、c e c 、o m 、u r e a s ea c t i v a t i o na n dt h e f a c t o r - t e m p e r a t u r eo u t s i d e 2 t h er e s e a r c ho nc h a n g e so f p ha n da m m o n i a v o l a t i l i z a t i o nb yf e r t i l i z i n g4 t y p e so f u r e as h o w e dt h a tt h ef a l l e nr a t eo fp hb yf e r t i l i z i n g o e r m a n ys l o w - r e l e a s eu r e aw a st h e s l o w e s t ，a tt h ef i f t hw e e k t h ep hv a l u ei na l l u v i a lv e g e t a b l eg a r d e ns o i lw a s7 9 5 7 1 2i nr e d v e g e t a b l eg a r d e ns o i l ，t h ea m o u n to fa m m o n i av o l a t i l i z a t i o nw a st h eb i g g e s t ，3 5 2 7 0m g k g s o i li na l l u v i a lv e g e t a b l eg a r d e ns o i l ，2 9 2 2 2m g 暾gs o i li nr e dv e g e t a b l eg a r d e ns o i l t h e f a l l e nr a t eo fp hb yf e r t i l i z i n gm i n e r a lc o a t e du mw a st h ef a s t e s tw h i l et h ea m m o n i a v o l a t i l i z a t i o nw a st h es m a l l e s t ，1 1 0 9 5 m g k gs o i l i na l l u v i a l v e g e t a b l eg a r d e ns o i l ，7 1 3 4 m g k gs o i l i nr e dv e g e t a b l eg a r d e ns o i l b e c a u s et h e r ew a si n h i b i t o r ( d c d ) i ng e r m a n y s l o w - r e l e a s eu r e a , w h i c hc o n t r o l l e dn i t r o r e a c t i o na n dt h ef a l l e nv e l o c i t yo f p h w a ss l o w , t h e a m o u n to fa m m o n i av o l a t i l i z a t i o nw a sg r e a t 1 1 l em i n e r a lc o a t e du r e aw a sc o a t e dg r o u n d p h o s p h a t er o c ka n dr e d u c e dn i t r o g e nr e l e a s e ，d e c r e a s e da m m o n i av o l a t i l i z a u o na n db e t t e r t h a no t h e ru r e a 3 b yt h ef o r m u l ay = a t bs i m u l a t i n g t h er e l a t i o n s h i po fa m m o n i av o l a t i l i z a t i o na n d i n c u b a t e dd a y s ，i nt h ef i r s t9d a y st h ev e l o c i t yo fa m m o n i a v o l a t i l i z a t i o nb y f e r t i l i z i n gm i n e r a l c o a t e du r e aw a ss l o w e rt h a nt h a tb yf e r t i l i z i n gg e n e r a lu r e a ，t h e nt h e yw e r ec l o s et ot h es a m e i n2w e e k st h ea m o u n to fa m m o n i av o l a t i l i z a t i o nb yf e r t i l i z i n gm i n e r a lc o a t e du r e a ，10 8 8 5 m g m g s o i li na l l u v i a lv e g e t a b l eg a r d e ns o i l ，7 0 0 4m g k gs o i li nr e dv e g e t a b l eg a r d e ns o i l ， w a sh a l fo ft h a tb yf e r t i l i z i n gg e n e r a lb r e a a f t e ri n c u b a t e d4 8d a y s t h ec o n c e n t r a t i o n so f n h 4 + a n dn 0 3 i ns o i lw e r eb i g g e rb yf e r t i l i z i n gm i n e r a lc o a t e du r e at h a nt h a tb yf e r t i l i z i n g g e n e r a lu r e a , t h et o t a lo fn i - h + _ na n dn 0 3 - nw a s o v e r9 0 b y f e r t i l i z i n gm i n e r a lc o a t e d u r e a 4 b y f e r t i l i z i n g u r e a i ns o i l ，t h ec o n c e n t r a t i o n so f 5 e l e m e n t so f a i 、m n 、c u 、z n 、c a w i t h t h ep h r a i s i n gw e r em o r ea n dm o r el o w e r , t h e nw i t l it h ep hd r o p p i n gt h e yw e r em o r ea n d m o r e h i g h e r t h ep h i n f l u e n c eo na 1w a st h em o s t i m p o r t a n tf a c t o r , w h e nt h ev a l u er a i s i n gt o o v e r7 0 0 ，t h ec o n c e n t r a t i o n so f e x c h a n g e a b l ea 1w e r em u c hl o w e r t h ep h i n f l u e n c eo nc a w a sn o ts o c o n s i d e r a b l e b y f o r m u l ay = a x 2 + b x + c s i m u l a t i n g t h e r e l a t i o n s h i p o f c o n c e n t r a t i o n so ft h e s ee l e m e n t sa n dp h ，i n p h4 - 8 ，c o n c e n t r a t i o n so ft h e s ed e m e n t sw e r e n e g a t i v e l yc o r r e l a t e dw i t hs o i lp h 5 t h ec o n c e n t r a t i o n so f n h 3 、n 0 2w e r ei n c r e a s e db yf e r t i l i z i n gu r e ai ng r e e n h o u s e s ， w h i c hw e r eh i 【g h e r b yf e r t i l i z i n gg e n e r a lu r e at h a nb yf e r t i l i z i n gm i n e r a lc o a t e du r e a t h e h i g h e s tc o n c e n t r a t i o no f n h 3w a s4 2 3 6p g 而3 ，4 1 9 5d g m 3 0 f n 0 2 ，n o tb e y o n dt h ea g r a d e c n t e r o no fa t m o s p h e r ee n v i r o n m e n t n 坨c o n c e n t r a t i o n so f0 3w e r eh i g h e ri ng r e e n h o u s e s t h a no u to f g r e e n h o u s e s t h eh i g h e s tc o n c e n t r a t i o no f0 3 ，11 8 8 7r t g m 3 ，v e r yc l o s e dt ot h e c r i t e r i o no f1 2 0p g m 3 g e n e r a l l y , t h ec o n c e n t r a t i o n so f0 3 w e r el l i g h e ri ns u n n yd a y sa n d w e r en o ti n f l u e n c e db yt h et e m p e r a t u r e n ec o n c e n t r a t i o n so f n h 3w e r ei n f l u e n c e do n l yb y t e m p e r a t u r e t h ec o n c e n t r a t i o n so f n 0 2w e r ei n f l u e n c e db o t h b y w e a t h e ra n d b yt e m p e r a t u r e a u t h e r ： d i r e c t e db y ： k e y w o r d s ： j i a n gz h a o h u i p r o f e s s o r f a n g z h i p r o f e s s o r z e n gq i n g r u u r e a ；c o n t r o l l e dr e l e a s ef e r t i l i z e r ；s a m p l e r ；a m m o n i a ；g r e e n h o u s e e n v i r o n m e n t 附件 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在指导老师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标汪和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得湖南农业大学或其它教育机构的学位或证书而使用 过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示了谢意。 研究生签名：稃翱咩 时问：知3 年月矿日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解湖南农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送 交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩放或扫描等复制手 段保存、汇编学位论文。同意湖南农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学 位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名：祷朝_ 翠 导师签 1 研究目的和意义 t l - j 一 刚吾 植物在其系统发育过程中与所处的自然环境相互作用，形成了与自然环境相适应的 生物学特性，也就是说，植物离开了与其相适应的特定自然环境，就不能完成个体生长 发育过程，或不能生育后代，这些影响植物生长发育的诸多自然环境因素，包括温、光、 水、气、土等，其中温度、光照是极为重要的环境因素。由于地球上的不同纬度、同一 位置上的不同季节接受太阳辐射的能量差异较大，因而地球有寒带、温带、热带之分。 同一纬度也有春暖、夏热、秋凉、冬寒之别，这些变化给作物的栽培和生产带来了地域 和季节的限制，为了减少这些制约因素的限制，人们在长期的生产实践中创造了许多简 便可行的作物栽培方式，特别是随着现代科技的发展，人工创造的局部小气候已在一定 程度上打破了地区和气候条件对作物栽培的限制，实现了人们冬天能吃到夏天瓜菜的愿 望，这些措施一般称之为保护地栽培或设施栽培，其中包括大棚栽培。但是它是- 种独 特的生态环境，存在许多问题，如光源不足，气体交换弱，气温高，土面蒸发大，上层 土壤盐分积聚等等，而人们采取大棚栽培似乎只考虑在冬寒季节利用设施来保温，拉长 蔬菜生产的时间，尚未意识到由于条件的变化，各项措施必须作相应的改变，只是把露 地栽培的技术原封不动地搬到大棚来使用，结果使目前进行的大棚栽培发生了各种各样 的障碍，最明显的是造成土壤盐溃化，两三年后不得不废弃，也给大棚使用者造成了最 直接的经济损失，这一点已引起广泛的关注，但在这个近乎封闭的环境中，大量肥料施 入后，还产生了n h 3 、n 0 2 等的积累，关于这些气体的研究还是一个空白。要提高农业 生产力，并使农业持续发展，施用化肥仍然是一个极其重要的措施。据专家统计，化肥 对我国农作物增产的作用占3 0 - 4 0 卜3 】，但单位肥料的增产率随旋肥量增大而明显递 减，其主要原因是肥料的利用率低【1 1 。大量研究表明，氮肥利用率大约为3 0 3 5 ，磷 肥利用率大约为1 0 2 0 ，钾肥利用率大约为3 5 5 0 t 4 1 。目前世界各国都在发展提高 肥料利用率的技术，控释技术是最有前途和潜在效率最高的提高肥料利用率的技术。控 释肥料包括包膜( c o a t e d ) 与包囊( e n c a p s u l a t e d ) 肥料。本研究旨在通过对应用广泛的 氮肥一尿素和矿物改性包膜尿素在湖南几种土壤中氨气挥发及氮素转化的研究，选择一 种较好的肥料品种，为提高肥料利用率，减轻或免除肥料污染，发展可持续、高效农业 提供理论依据。也通过对尿素旌入大棚后，棚内n h 3 、n 0 2 、0 3 浓度变化测定，以了解 大棚内这些痕量气体的变化情况，为大棚内的合理施肥和生态系统的健康评价提供理论 指导。 2 国内外研究进展 2 1 大棚环境问题的研究进展 温室、大棚成为农作物保护地栽培的重要措施，它通过人为控制小气候，可使作物 生长在较适宜的环境条件之中，做到常年生产，达到高产，有效地调节市场供应，提高 经济效益。近年来温室、大棚栽培在世界各国均有较快的发展【5 。8 】。日本最早用于蔬菜 栽培，后来发展到花卉、果树等各种作物，大棚面积达3 8 7 5 4h m 2 ；西欧、意大利的面 积也达9 0 0h m 2 ，东欧、前苏联达5 5 7 0h m 2 。我国于5 0 年代末6 0 年代初在北京、上海、 天津等大城市开始用塑料薄膜搭成的小拱棚做栽培蔬菜的实验，1 9 9 6 年其面积达7 0 万 h m 2 。大棚环境是一种接近封闭的特定环境，相比于露地有其特殊的变化规律：在冬季， 由于“温室效应”，照射到温室、大棚的太阳光绝大部分转化为热能，温室、大棚内地 温远高于外界地温。大栅内对流不充分，内外气流交换少，作物体与土壤内水分收支与 露地有所区别，蒸腾量与蒸发量均为露地的7 0 左右，所以棚内湿度往往比露地高。但 是人们尚未充分意识到这种小气候差异，而是把露地栽培技术原封不动地搬到设施里来 使用，并且以要增产必须多施肥的思想来指导生产，结果使目前进行的温室、大棚栽培 发生了各种环境问题。国内外对大棚内土壤理化性质研究较多。有人研究发现大棚施肥 种菜后，土壤物理特性发生变化【9 10 】：土壤结构性变好，水稳性团聚体( 5 0 ；2 5n u n ) 的数量箍种植年限的增加而增加，毛细管孔隙发达，持水性变好，但非毛细管孔隙比例 相对降低，耕作层浅，通水性差。由于人为管理措施的改变，有土壤养分状况变化【l l 1 2 1 ： 土壤有机质、速效氮、速效磷、速效钾均提高，土壤盐分积累。根据童有为【1 3 】等对上海 市郊区温室土壤积盐分析：温室、大棚耕层土壤( 0 2 5m m ) 积盐较明显。全盐分别为 露地的1 1 8 倍和4 0 倍，硝酸盐含量更高，分别为露地的1 6 5 倍和5 9 倍，在阴离子组 成中硝酸根又分别占到5 6 2 和6 3 3 ，因此，硝酸根是温室土壤盐渍化过程中增加最 多的组分。温室次生盐溃化水提取液的电导( e c ) 值与全盐和硝酸根含量有极显著相关 关系1 1 4 “。根据程美廷i l7 j 调查远年县四个温室生产重点村的八个温室发现土壤表层e c 都在lm s c m 以上。日本汤村义认为电导率 o 5m s c m 时，土壤吸收水分、养分开始受限。吴多三将蔬菜菌期盐害盐界 值定为0 8 0s m c m 。棚内土壤积盐的原斟1 9 2 们，首先是化肥用量过高。其次是温度、湿 度增加后，原生矿物风化加快，盐分离子释放增加所致。再次是温室内特殊的水分运动 形式是土壤盐分积累的动力，在大棚内降雨对土壤的自然淋溶作用消失，而土壤水分的 向上的运动较露地强烈，按照“盐随水来”的规律，盐分必然向表土积聚。盐分积聚对 作物的危害主要是生理性干旱，即由于土壤溶液浓度过高，使作物周围的渗透压升高， 水势i 蜂低，造成养分和水分从根的内部向外部移动，根系吸收水分受阻，地上部分生长 滞缓，植株矮化、僵化，严重时下部老叶片边缘干枯，慢慢凋萎直至死亡。此外盐分的 聚集还会诱发作物的营养失调，诸如过量n h 4 + 和n 0 3 的存在会诱发作物出现元素缺乏 症，过量的铵离子的存在会抑制钙、钾离子等吸收，过量的硝酸根会防碍作物对铁的吸 收和利用，导致生长点受阻，叶片黄化等症状的出现以及由某些特定离子的毒害作用。 蔬菜是一种富氮、喜硝的作物，人体摄入的硝酸盐有8 0 来自蔬菜，硝酸盐对人体的危 害早已受到人们的普遍关注，研究证明，硝酸盐在人体内经微生物作用可被还原成有毒 2 的亚硝酸盐，它可与人体血红蛋白反应，使之失去载氧功能，造成高铁血红蛋白症，亚 硝酸赴还可间接与次级胺结合形成强致癌物质亚硝胺，进而诱导消化系统癌变，如胃癌 和肝癌2 1 1 2 2 】。土壤次生盐渍化是国内外设施栽培普遍存在的技术难题，必须科学管理， 积极防治。有人提出以下几点防治途径 2 3 1 ：第一，合理用水，以水压盐。第二，计划施 肥，严格控制肥料种类和用量。第三，选用长效或可控释放性肥料，避免短期内浓度急 剧上升。第四，施用半腐熟有机肥，以肥压盐。第五，增加覆盖，抑制返盐。第六，采 用土壤改良剂，降低土壤中全盐含量，如“康地宝”、“禾康”等产品。第七，必要时采 取换土或把盐分浓度不同的土层掺和混拌、深翻等。 有关大棚内土壤n 0 3 - n 含量增多导致盐害和室内生态系统脆弱等问题，国内外学 者做了大量的工作，但关于温室、大棚这个近乎封闭的生态系统中，施用氮肥释放出 n 0 2 、n h 3 等气体无法稀释扩散，造成积累及对植物的危害的研究却少见报道。 2 2 控释肥料的研究动态 控释肥料目前已受到学术界、企业界和政府的重视，是肥料科技创新的热点和技术 制高点。由于大棚内的大量施肥及特殊的环境，产生了各种环境问题，有人认为大棚内 使用控释肥料是解决大棚环境问题有效手段之一。控释肥料( c o n t r o l l e dr e l e a s e f e r t i l i z e r ，简称c r f ) 是指那些养分释放速率与作物需肥规律一致( 或基本一致) 的肥 料。按照控释肥料的概念，控释的效果是：调节养分种类不仅仅局限于氮素，同时也包 括磷、钾及其它元素，既促释养分，又缓释养分或控制养分释放，使肥料的养分释放速 率与作物的吸肥速率相同步，也就是说能调控养分供应的速度，该快时即快，当缓时就 缓 2 4 1 。由此可见，调节氮肥供肥速度，控制氮素供应快慢，做到作物生长早期( 营养临 界期) 适量供氮，生长中期( 营养效率最大期) 多供氮，生长后期( 成熟至衰老期) 不 供氮或少供氮，而且保留在土壤中的氮素又不易淋失，调节作物生长早期( 营养i 临界期) 促释肥料磷，以供作物足够的磷养分，调节肥料中的钾素供应，既不造成钾素的奢侈吸 收，又不产生钾离子在土壤中的淋失 2 5 - 2 9 1 。国内研究较多和比较成功的是6 0 年代末至 7 0 年代，在李庆逵先生主持下由中国科学院南京土壤所和南京化工研究所合作研究开发 的碳酸氢铵包膜长效碳酸氨铵；9 0 年代以来，浙江农业大学土化系利用废旧朔料包裹常 规复合肥减少肥料挥发与淋失的肥效调节肥( c a f ) ：1 9 9 5 年郑州工学院开发成功包裹 常规复合肥例等。它们都是缓释肥料，但只做到延长肥效的作用。国外在肥效控制方面 的起步较早，主要是美国、日本、以色列、原西德、荷兰、英国等一些发达国家发展的 缓释肥或缓效肥，以求用人工方法控制速效氮肥的渗出速率，达到长效供肥的目的和提 高化肥利用率的效果( 3 、3 2 1 。从世界生产缓释肥料的现状看，已实现工业化生产的缓释肥 料分别为脲甲醛，聚合物包膜尿素和硫包膜尿素【3 3 1 ，但这些缓释肥有以下几点缺点：( 1 ) 成本高。在美国、西欧主要用于非农业市场，在农业市场主要是应用于经济价值较高的 农作物。习、花卉和草坪上，与普通尿素相比，包硫尿素的价格是普通尿素的2 3 倍， 脲醛化合物为3 - 5 倍，聚合物包膜控释为4 1 0 倍，其原因是聚合物的价格是肥料本身 价格的l o 一3 0 倍；控释生产能力小；为使包膜完善，对核心肥料要分级使用亦增加 成本；新的肥料进入市场销售价格高。( 2 ) 缓释的养分种类单一，以缓释氮肥为主，磷、 钾的控释肥几近空白。( 3 ) 只强调缓释，忽略了促释。所以到目前为止，控释肥料的科研 成果产业化程度仍较低，今后控释肥料研制的主要目标是以平衡施肥理论与技术的产业 化为宗旨，以成本低，取材广，控释效果好的物料为原料，依据平衡施肥的理论，用一 定的方法和手段调节养分促释和缓释，通过工业制造生产包容平衡施肥原理和技术的科 学施肥技术载体控释肥料，并通过控释肥施用效果的鉴定，完善控释肥生产的工艺和 技术，为提高化肥利用率提供可靠的技术载体，及其生产的成套技术和工艺，具体的控 释肥料研制工艺如图l 。 幽1 控释肥料的研制 f i g 1 m a n u f a c t u r eo f c o n t r o l l e dr e l e a s ef e r t i l i z e r 3 本研究的主要内容及预期目标 3 1 主要内容 1 研究温度这一环境因子对尿素施入后短期内土壤p h 的变化和氨气释放特性 2 研究不同尿素品种施入土壤后p h 变化和氨气释放差异； 4 3 研究普通尿素与矿物改性包膜尿素施入土壤后的氮素转化及a l 等五种元素有效 性的差异： 4 研究大棚内施入尿素后对棚内n h 3 、n 0 2 、0 3 浓度变化的影响。 3 2 预期目标 1 通过土壤施入尿素后温度对氨气挥发影响的研究，了解外界温度对氨气挥发的影 响情况，以便为科学施肥、减少资源浪费和环境污染提供理论依据。 2 通过对普通尿素和矿物改性包膜尿素在土壤中氨气挥发、氮素转化及微量元素有 效性的对比研究，了解尿素包膜后减轻由于分解、挥发、淋溶等造成的氮损失，提高氮 的利用率的情况，以便为提高肥料利用率，减轻或免除肥料污染，发展可持续、高效农 业提供一种新的思路。 3 通过研究大棚内施入尿素后对n h 3 、n 0 2 、0 3 浓度变化的影响，了解在大棚这个 近乎封闭的环境中n h 3 、n 0 2 、0 3 的积累程度，以便为改进大棚生态环境提供理论依据。 第一章不同温度下施入尿素后短期内土壤p h 的变化和氨气释放特性 尿素是一种主要固态氮肥，是目前广泛使用的氮肥形式，占有大约5 0 的世界氮肥 生产的消费市场【3 6 3 7 1 。尿素在世界农业生产中占有如此重要的地位，是因为它具有含氮 量高( 4 6 ) ，生产成本相对较低，性质稳定，易于贮存和运输，施用方便等优点。随 着尿素的广泛使用，存在的一些问题也逐渐受到人们的重视。长期施用尿素后使土壤酸 化和盐渍化，使土质变坏。尿素施入土壤以后，在短时间内p n 会迅速上升，然后下降， 其水解产物n h 4 + 除了部分被作物吸收外，部分转化为n 0 3 ，部分被土壤吸附，其余则 因为土壤p h 的上升以氨形式挥发掉。有报道表明，尿素表施氨挥发损失达2 0 5 0 3 s ， 而氨气挥发特性很大程度上取决于土壤环境和土壤自身特性。关于土壤特性对氨气挥发 的影响已有很多的报道，但针对温度这一环境因子来研究短期内p h 变化和氨挥发少见 报道。本试验试图就此作些研究，为科学施肥提供依据。 1 材料和方法 1 1 供试土壤 湖南农业大学农场冲积菜园土、红菜园土和茶园土。取样后自然风干，过2i t l m 筛 备用，其基本理化性状列表1 - 1 ，测定方法参照土壤农业化学分析方法 3 9 1 。 1 2 主要供试药剂 甲基橙、溴甲酚绿、硫酸、硼酸、乙酸苯汞、氯化钾、甘油、氢氧化钠等全为化 学分析纯药剂。尿素为分析纯，由中国医药集团上海试剂公司提供。 1 3 主要仪器设备 p h 酸度剂( 江苏化学仪器厂) 、震荡器( 江苏大地自动化学仪器厂) 、电子天平( i - 海精科天平厂) 、扩散皿等玻璃仪器。 1 4 试验设计 本实验共设9 个处理，其处理组合列于表1 2 中，重复3 次。 1 5 试验方法 p h 测定：称2 0 9 土样放入2 5 0 m l 的三角瓶中，旋尿素水平为4 0 n u n o l 瓜g 土，把 尿素配成2 0 0m m o l l 的溶液，每个三角瓶中均匀加入4 m l 尿素溶液，使土壤保持湿度 饱和。在施肥后两周内每天测定p h ，水土比是5 ：l 。 尿素残留量的测定：在装有处理5 日土样的三角瓶中，加入1 0 0 m l 2 m o f l k c i p m a ( 乙酸苯汞) 溶液，塞紧瓶塞，震荡器上震荡lh ，滤纸过滤，然后用 - - 7 _ , 酰肟比色法测。 氨气测定：称2 0g 土样放入扩散皿的外圈中，均匀滴加2 0 0m m o f l 的尿素溶液4 6 m l ，挥发的氨气用4m l 3 硼酸溶液吸收( 置于扩散皿内圈中) ，以甲基橙溴甲酚绿混 合指示剂作指示剂，用硫酸标准液【c ( 1 2 1 - 1 2 8 0 4 ) = 0 0 1m o l l 】滴定，测定两周内氨气 的日挥发量。 表1 - 1 供试土壤的基本理化性状 t a b l e1 - 1t h eb a s i cp h y s i c a la n dc h e m i c a ip r o p e r t i e so f s a m p l es o i l s 土壤类型采样地点p h 有机质 ( g ，k g ) c e c 碱解氮脲酶活性 ( c m o l k g ) ( m g k g ) ( m g k g h ) 冲积菜园土实验基地5 7 82 4 3 08 9 2 红菜园土新公路旁 5 5 01 8 6 91 1 0 3 1 1 2 9 1 4 5 9 2 3 0 7 2 茶园土茶场 4 _ 3 51 4 6 97 6 5 1 1 92 1 0 3 表1 - 2 供试处理组合 t a b l e1 - 2c o m b i n a t i o no f t r e a t m e n t s 处理编号 1 234567 89 处理温度( ) 1 5 1 51 52 52 52 5 3 53 53 5 处理土壤 冲积菜 红菜园茶园冲积菜红菜园茶园 冲积菜红菜园茶园 园土土土 园土土土 园土土土 2 结果与分析 2 1 温度对施尿素壤p h 值的影响 表l 一3 在不同温度下短期内土壤p h 的日变化 t 曲l el 一3t h ed a i l yc h a n g e so f s o i l sp hi nas h o r t - t e r mp e r i o di nd i f f e r e n tt e m p e r a t u r e 处理 培养时间( 天) 一一一 塥芍0 l35 79l l 1 4 一_一 l 5 7 86 4 87 7 2 8 4 98 9 3 8 8 58 8 0 8 5 3 25 4 4 6 4 27 6 5 8 2 48 6 0 8 4 2 4 3 5 5 7 3 5 3 2 4 3 4 5 8 4 5 5 6 4 9 8 7 4 8 7 1 5 5 2 3 8 5 4 5 5 2 8 8 9 8 5 4 6 5 3 8 9 2 6 1 8 9 2 9 8 6 l 7 6 3 8 6 8 7 1 8 9 0 3 8 4 1 7 8 0 8 0 4 7 2 0 8 8 7 8 3 3 7 6 l 7 7 0 8 2 87 9 0 7 6 3 7 6 4 8 5 8 8 1 7 8 0 37 1 8 7 4 67 0 5 7 4 27 0 5 7 8 5 8 4 98 1 9 8 0 87 3 57 0 0 6 2 0 从表1 - 3 可看出，各处理的土壤p h 都是先上升达到一个峰值，上升的幅度先快后 7 慢，与尚来贵等人1 4 0 1 研究的尿素从第l 天到第3 天有一个迅速水解期相符，然后缓慢下 降，在1 4 天时，土壤p h 值都远大于处理前，说明在2 闵内硝化作用不很强，与鲁如坤 一l 】等人研究的结果相似。在低温1 5 、常温2 5 、高温3 5 下，冲积菜园士峰值 出现的时间分别在第7 天、5 天、3 天，红菜园土峰值出现的时间也是分别在第7 天、5 天、3 天，茶园土峰值出现的时间是第1 4 天、7 天、3 天。从图1 - 1 可看出，随着温度 的升高，三种土壤5 日后尿素残留量都是越来越少，高温3 5 下，5 日内尿素己基本 水解完毕，即尿素水解的速度越来越快，因而p h 峰值出现的时间越来越早。在三种土 壤中，峰值最高都出现在常温条件下，冲积菜园土达到9 2 9 ，红菜园土为8 6 l ，茶园土 为7 8 0 。在常温和低温下，三种土壤中，茶园土尿素残留量最高，水解最慢，p h 峰值 出现时间落后于其他两种土壤。 图1 - 15 日后尿素残留量 f i g 1 一i u r e ar e s i d u ei ns o i l sa f t e r5d a y s 2 2 温度对氨气挥发强度的影响 表i - 4 不同温度下土壤氨气的日挥发量 ( 单位；m g k g 土) t a b l e1 4t h ev o l a t i l i z a t i o no f a m m o n i ai as o i l si nd i f f e r e n t t e m p e r a t u r e ( u n i t ：m g k gs o i l ) 处理编号1 _ 3 5 苎弓! 二9 l 望皇l _ 1 1 了1 总量 7 4 一 1 0 0 08 9 31 4 4 52 3 8 0 2 7 2 0l3 6 0 3 4 0 1 9 0 4 0 2 0 0 0 1 7 06 8 08 5 0 1 0 2 06 8 0 3 4 0 8 t6 0 30 0 0 0 0 0 0 8 53 4 0 5 1 00 8 5 0 8 5 2 8 4 8 4 0 8 51 0 6 3 2 7 2 04 0 8 0 2 0 4