CN104529630A

CN104529630A - 一种提高水稻肥料利用率的混合增效剂及其使用方法

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Publication number: CN104529630A
Application number: CN201410788174.9A
Authority: CN
Inventors: 荣湘民; 刘安辉; 田昌; 宋海星; 蒋宏芳; 杨勇; 谢桂先; 彭建伟; 张玉平; 张振华
Original assignee: HUNAN ANBANG INSTITUTE OF AGRICULTURAL SCIENCES; HUNAN ANBANG NEW AGRICULTURAL SCIENCE AND TECHNOLOGY CORP; Hunan Agricultural University
Current assignee: HUNAN ANBANG INSTITUTE OF AGRICULTURAL SCIENCES; HUNAN ANBANG NEW AGRICULTURAL SCIENCE AND TECHNOLOGY CORP; Hunan Agricultural University
Priority date: 2014-12-18
Filing date: 2014-12-18
Publication date: 2015-04-22

Abstract

本发明公开的一种提高水稻肥料利用率的混合增效剂及其使用方法，水稻种植所用的肥料技术领域；是由下列重量份的原料制备而成：脲酶抑制剂1-3、长效复合肥添加剂1-2、增效剂0.5-1.2、纳米碳0.5-1；具有既能提高水稻肥料利用率和籽粒产量，又能减少农田氮、磷养分流入水体和土壤中，从源头控制农田产生的农业面源污染等特点；本发明的提高水稻肥料利用率的混合增效剂，是一种提高水稻肥料利用率和减少氮磷养分损失的混合增效剂，适用于早、晚稻种植时施用。

Description

一种提高水稻肥料利用率的混合增效剂及其使用方法

技术领域

本发明涉及水稻种植所用的肥料技术领域，特别是一种提高水稻肥料利用率的混合增效剂及其使用方法。

背景技术

我国是一个人多地少的国家，人-地矛盾严重，长期以来一直强调作物高产，其提高作物总产往往通过提高施肥量和复种指数的方式。据统计，我国是世界上最大的化肥生产和使用的国家，年化肥施用量为5700万吨(折纯度)，占世界总量的35％。按全国耕地面积计算(复种指数按120％计)，化肥平均每亩用量为18.5kg，为世界平均水平的2.8倍。而我国氮肥的吸收利用率和农学利用率均低于世界平均水平，氮肥利用率仅为30％-35％，比发达国家低15-20个百分点。大量未被利用的肥料不仅造成资源浪费，还造成了严重的环境污染，对我国农业的可持续发展以及人类的生存环境构成了严重威胁。

水稻是我国最重要的粮食作物，稻谷产量占全国谷物总产的40％以上。我国双季稻种植面积约占水稻种植面积的60％左右，2012年双季稻区水稻种植面积达1258.24万公顷，产量达7535.73万吨。双季稻区长期的连作种植模式，使其复种指数较高，肥料用量较大，导致肥料利用率低并引起一系列生态环境的破坏。

目前国内外研究较多的提高肥料利用率的方法有：(1)实时、实地氮肥管理。将植物叶片插入叶绿素仪测定部位感光后读出叶绿素值(叶色值)，根据与植株含氮量的关系确定氮素诊断的叶色值，从而推断出作物氮素含量，此过程比较简单，但也有他的局限性，由于它每次只能检测约2×3mm的小区域，而且它所测试的样本只是有限的点，因此在整块田间，含氮量只能靠这些测试点做粗略的估算。(2)缓/控释肥料。采用各种机制对常规肥料水溶性进行控制，通过对肥料本身进行改性，有效地延缓或控制肥料养分的释放，使肥料养分释放时间和强度与作物养分吸收规律相吻合(或基本吻合)。但目前中国缓/控释肥料的研究和开发还处在刚刚起步的阶段，部分技术已经达到国际先进水平，但整体水平远没有达到国外的同等水平。配套设备开发上也相对薄弱，中国目前生产的缓释肥料还不能很好地解决释放与作物需求相吻合的难题，达不到自控缓释的指标，技术含量较低，加之缓/控释肥料价格远远高于常规肥料，难以为农民接受，所以很难在生产中推广。(3)农田养分精准管理技术。根据作物生长的土壤状况和需肥规律，适时、适量地进行投肥，满足作物不同时期的肥料需求，以最少的肥料投入达到较高的经济效益，从而提高化肥利用率，改善农业生态环境。中国农业基础薄弱，农村贫困，在相当长的时期内仍然是小农经济占主导成分，这种特点决定了国外现有的技术在中国不适用，必须要探索适合中国的精准农田养分管理模式。(4)脲酶抑制剂和硝化抑制剂。脲酶抑制剂通过延缓尿素的水解，延长施肥点处尿素的扩散时间，从而降低土壤溶液中NH₄ ⁺和NH₃ ^-的浓度，能够减少氨的挥发损失。硝化抑制剂与氮肥结合抑制NH₄ ⁺向NO₂ ^-和NO₃ ^-的转化，减少NO₃ ^-的淋溶损失，也可抑制由于硝化作用和反硝化作用所产生的NO₂气体的产生，减少氮的淋溶和挥发损失，提高氮肥利用率。单独的脲酶抑制剂或硝化抑制剂只能对尿素氮转化的某一过程起到抑制作用，不一定能充分发挥其潜力。

两种或多种抑制剂协同作用可以对全过程进行控制，从而更加有效地减少NO₃ ^-的挥发和NO₃-N的淋溶损失，提高肥料利用率，不少研究结果已经证实了这一点。焦晓光、陈振华、陈利军研究指出，HQ(氢醌)+DCD(双氰胺)组合与单独使用HQ、DCD、ECC(硝化抑制剂包被碳化钙)或NBPT(N-丁基硫代磷酰三胺)相比，HQ+DCD组合能更有效地降低土壤脲酶活性，抑制尿素水解产物的氧化，使其以交换态NH₄ ⁺的形式在土壤中更长时间持留。氧化作用的抑制不仅减少了氧化产物NO₃-的积累，也降低了NO₃-的淋溶潜势，使其淋入下层土壤的深度仅限在5～10cm范围内。还能够增加土壤总有效氮，增加作物吸氮量。还有学者报道，HQ+DCD组合应用于稻田生态系统，N₂O和CH₄排放量比分别使用HQ和DCD减少1/3和1/2。而针对脲酶抑制剂、复合抑制剂、纳米碳与氮肥增效剂配合施用，至今未见报道，仍值得进一步研究和完善。

中国专利(申请号201210202938.2)公开的“一种肥料缓释增效剂及其制备方法”，各组分原料按质量百分比为：聚天门冬氨酸及其盐类0.1％～20％，脲酶抑制剂0.1％～10％，硝化抑制剂0.1％～30％，植物生长调理剂0.03％～5％，土壤调理剂10％～35％和载体10％～80％；该发明的肥料缓释增效剂主要用于复混合肥的缓释增效，提高肥料的利用率，并能有效改善土壤，保墒；使用时将肥料缓释增效剂随化肥原料一同加入到加料系统或将其添加到包膜滚筒内，与肥料混合即可，都能达到缓释增效的作用，肥料缓释增效剂的用量为每吨肥料用4～8kg。另一中国专利(申请号201210154724.2)公开的“一种炭基肥料增效剂及其应用”，其原料包含如下重量比例的成分：炭粉50～70，腐植酸5～15，尿酶抑制剂和硝化抑制剂混合的抑制剂2～5，微肥10～20，酸性膨润土或粘土5～10；该发明选用生物质颗粒炭为基质载体，其生产工艺简单，原料易得，成本低廉；生物炭具有极强的吸附性、保水性和吸光增温性，其除了作为载体使用，还是很好的氨稳定剂和土壤改良剂；施入土壤后不但可以持肥缓释，而且在一定程度上缓解干旱缺水、低温对作物生长发育的影响；不但能提高肥料利用率，而且对环境友好，安全环保；能有效提高氮肥、磷肥利用率，降低肥料损失，同时能减轻氮肥施用对水体的污染和温室效应，降低农产品中的硝态氮含量，保证食品安全生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种既能提高水稻肥料利用率和籽粒产量，又能减少农田氮磷养分流入水体和土壤中，从源头控制农田产生的农业面源污染的增效剂。

本发明所采取的技术方案是发明一种提高水稻肥料利用率的混合增效剂，是由下列重量份的原料制备而成：

脲酶抑制剂1-3 长效复合肥添加剂1-2 增效剂0.5-1.2 纳米碳0.5-1。

所述增效剂为多维肥精或聚天冬氨酸。

所述脲酶抑制剂为酚醌类中的氢醌(即：对苯二酚)、邻苯二酚中的一种，或磷胺类中的环乙基磷酸三酰胺，或含N基及含O基团杂环类中的硫代吡啶类中的一种。

所述长效复合肥添加剂为NAM(由中国科学院沈阳应用生态研究所研制)。

其优化的技术方案一是由下列重量份的原料制备而成：

脲酶抑制剂1 长效复合肥添加剂2 增效剂0.5 纳米碳1。

其优化的技术方案二是由下列重量份的原料制备而成：

脲酶抑制剂3 长效复合肥添加剂1 增效剂1.2 纳米碳0.5。

其优化的技术方案三是由下列重量份的原料制备而成：

脲酶抑制剂2 长效复合肥添加剂1.6 增效剂0.85 纳米碳0.65。

与此同时，还提供一种提高水稻肥料利用率的混合增效剂的使用方法，即：将上述所制备的混合增效剂与纯氮量为100重量份的氮肥混合均匀，成为混合氮肥，再按常规方法使用。

本发明中，所述的氮肥中，根据需要，可以包括有磷肥或钾肥，或磷肥和钾肥，或其它肥料，但计算重量份时是以纯氮量为计算基础的。

本发明的优点在于：

(1)、本发明将增效剂(多维肥精、聚天冬氨酸等)、脲酶抑制剂[酚醌类，如氢醌(即:对苯二酚)、邻苯二酚等；磷胺类，如环乙基磷酸三酰胺等；含N基及含O基团的杂环类，如硫代吡啶类等]、长效复合肥添加剂(NAM，由中国科学院沈阳应用生态研究所研制，是一种集脲酶抑制剂、硝化抑制剂、磷活化剂于一体的添加剂)和纳米碳(粒径为5-80nm，平均粒径为40nm，纯度为99％；是一种改性碳，燃点低、非导电、强吸附性、高活化性等特点)通过合理组配，充分发挥氮肥增效剂和抑制剂的潜力，同时还可以活化土壤养分，增强土壤吸附保持养分的能力，减少养分的损失。

(2)、本发明的混合增效剂对提高双季水稻的肥料利用率和籽粒产量的效果极好，增效处理相对于有肥对照处理可以提高水稻籽粒产量8.3％以上，氮、钾肥利用率提高7.1个百分点以上，磷肥利用率提高4.0个百分点以上。

(3)、本发明的混合增效剂能极大降低农田氮磷养分损失，增效处理相对于有肥对照处理可以减少氮、磷养分流失率分别为41％和30％以上，从源头减轻农业所带来的面源污染。由于本发明的混合增效剂能够促使水稻植株吸收更多养分，流入环境中的氮磷养分减少，造成农业面源污染的风险性也变小。

本发明的提高水稻肥料利用率的混合增效剂，曾进行过多次增效试验。

试验一：

本试验于2014年3-7月在湖南省浏阳市永和镇进行。

供试土壤基本农化性状：有机质、全氮、全磷、全钾的含量分别为12.39g/kg、1.50g/kg、0.12g/kg、9.59g/kg，碱解氮、有效磷、速效钾的含量分别为122.76mg/kg、18.14mg/kg、96.00mg/kg，pH值6.35。

供试水稻品种：中早39。

供试增效剂：多维肥精(多维禾谷公司生产，多维微量元素水溶性肥料，净重600g/包，农业部登记证号：农肥临字35号)、脲酶抑制剂：氢醌(对苯二酚，化学式为C₆H₆O₂C₆)、长效复合肥添加剂：NAM(中国科学院沈阳应用生态研究所研制)和纳米碳(粒径为5-80nm，平均粒径为40nm，纯度为99％)。

田间小区试验，小区面积20m²(4m×5m)，各小区间田埂(田埂上盖膜)隔开，试验设3个处理：

A：有肥对照(复混肥，用量为600kg/hm²)；

B：增效处理(复混肥，用量为600kg/hm²)+多维肥精(按纯氮量的0.85％混配)+氢醌(按纯氮量的2％混配)+NAM(按纯氮量的1.6％混配)+纳米碳(按纯氮量的0.65％混配)；

C：无肥对照(不施用任何肥料，在结果中只用于肥料利用率的计算)；

三次重复，随机区组排列，插植密度为20cm×20cm，区组内土壤肥力一致，四周设置保护行。

早稻施纯氮量为8kg/亩，翻地时施用基肥，移栽后第9天追肥(分蘖肥)，基肥：追肥＝6:4施用。混合增效剂施肥方式为，基肥：分蘖肥＝6:4，即基肥：多维肥精、氢醌、NAM、纳米碳用量分别为40.8g/亩、96.0g/亩、76.8g/亩、31.2g/亩，与氮肥充分混匀后翻耕前施入土壤；分蘖肥：多维肥精、氢醌、NAM、纳米碳用量分别为27.2g/亩、64.0g/亩、51.2g/亩、20.8g/亩，通过机械的方法与复混肥充分混匀后撒施。

试验结果见表1-3，由表1可知，相对于有肥对照，增效处理对穗长、单株有效穗、每穗粒数和结实率有略微提高，但是显著提高早稻千粒重，对照处理千粒重仅28.48g，而增效处理的千粒重达30.39g。增效处理对早稻籽粒产量也有显著的提高，对照处理和增效处理的籽粒产量分别为5039.80和5484.55kg/hm²，相对于对照处理，增效处理增产量为422.63kg/hm2，增产率高达8.39％。

表1：增效处理对产量及构成因素的影响

由表2可知，相对于对照处理，增效处理可以显著提高氮、磷、钾肥的肥料利用率，有肥对照处理的氮、磷、钾肥利用率分别为27.20、14.47、39.19％，而增效处理的氮、磷、钾肥利用率分别为35.12、18.47、46.40％，相对于对照处理氮、磷、钾肥利用率分别提高7.92、4.00、7.20个百分点，增效显著。

表2：增效处理对肥料利用率的影响(％)

说明：采用差减法计算肥料利用率，由于试验设了不施任何肥料的对照处理，其养分吸收值远低于不施某一种肥料处理，所得到的某一种肥料的利用率均偏高，但并不影响处理之间进行比较。其中无肥处理(C)的籽粒产量为3762.00kg/hm²，在表中并未列出，只在肥料利用率的计算中使用。

由表3可知，增效处理可以明显减少氮、磷流失量，有肥对照和增效处理每亩氮流失量分别为0.84和0.45kg，磷流失量分别为0.025和0.016kg。相对于对照处理，增效处理每亩可以减少氮、磷流失量分别为0.39和0.010kg，流失减少率分别为46.03和38.16％。

表3：增效处理对氮、磷流失的影响

试验二：

本试验于2014年7-11月在湖南省浏阳市永和镇的早稻试验地进行。

供试土壤基本农化性状和混合增效剂同早稻。

供试水稻品种：天优华占。

A：有肥对照(复混肥，用量为750kg/hm²)；

B：增效处理(复混肥，用量为750kg/hm²)+多维肥精(按纯氮量的0.85％混配)+氢醌(按纯氮量的2％混配)+NAM(按纯氮量的1.6％混配)+纳米碳(按纯氮量的0.65％混配)；

C：无肥对照(不施用任何肥料，但在结果中只用于肥料利用率的计算)；

晚稻施纯氮量为10kg/亩，翻地时施用基肥，移栽后第9天追肥(分蘖肥)，基肥：追肥＝6:4施用。混合增效剂施肥方式为，基肥：多维肥精、氢醌、NAM、纳米碳用量分别为40.0g/亩、120.0g/亩、96.0g/亩、39.0g/亩，与氮肥充分混匀后翻耕前施入土壤；分蘖肥：多维肥精、氢醌、NAM、纳米碳用量分别为26.7g/亩、80.0g/亩、64.0g/亩、26.0g/亩，与复混肥充分混匀后撒施。

试验结果见表4-6，由表4可知，相对于有肥对照处理，增效处理对穗长、单株有效穗、每穗粒数和结实率有略微提高，同时可明显晚稻千粒重，有肥对照和增效处理的千粒重分别为30.54g和31.81g，效果明显。增效处理对晚稻籽粒产量也有显著的提高，有肥对照处理和增效处理的籽粒产量分别为6029.68和6603.30kg/hm²，相对于有肥对照，增效处理的增产量为573.62kg/hm2，增产率高达9.51％。

表4：增效处理对产量及构成因素的影响

由表5可知，晚稻的氮磷钾肥利用率相对于早稻有所提高，增效处理相对于有肥对照处理可以显著提高氮、磷、钾肥的肥料利用率，有肥对照处理的氮、磷、钾肥利用率分别为30.81、17.64、40.03％，而增效处理的氮、磷、钾肥利用率分别为37.94、22.21、48.15％，增效处理相对于有肥对照处理的氮、磷、钾肥利用率分别提高7.13、4.57、8.12个百分点，增效显著。

表5：增效处理对肥料利用率的影响(％)

说明：采用差减法计算肥料利用率，由于试验设了不施任何肥料的对照处理，其养分吸收值远低于不施某一种肥料处理，所得到的某一种肥料的利用率均偏高，但并不影响处理之间进行比较。其中无肥处理(C)的籽粒产量为4014.58kg/hm²，在表中并未列出，只在肥料利用率的计算中使用。

由表6可知，增效处理可以明显减少氮、磷流失量，有肥对照和增效处理每亩氮流失量分别为0.83和0.49kg，磷流失量分别为0.016和0.011kg。相对于对照处理，增效处理每亩可以减少氮、磷流失量分别为0.35和0.005kg，流失减少率分别为41.60和30.61％。

表6：增效处理对氮、磷流失的影响

具体实施方式

以下结合实施例，对本发明作进一步的说明。下面的说明是采用例举的方式，但本发明的保护范围不应局限于此。

实施例一：

按重量份分别取氢醌1份、NAM2份、多维肥精0.5份、纳米碳1份，混合均匀，成为本发明的提高水稻肥料利用率的混合增效剂。

使用时，将上述所制备的混合增效剂与纯氮量为100重量份的氮肥混合均匀，成为混合氮肥，再按常规方法使用。

实施例二：

按重量份分别取氢醌3份、NAM1份、多维肥精1.2份、纳米碳0.5份，混合均匀，成为本发明的提高水稻肥料利用率的混合增效剂。

实施例三：

按重量份分别取氢醌2份、NAM1.6份、多维肥精0.85份、纳米碳0.65份，混合均匀，成为本发明的提高水稻肥料利用率的混合增效剂。

本发明的提高水稻肥料利用率的混合增效剂，是一种提高水稻肥料利用率和减少氮磷养分损失的混合增效剂，适用于早、晚稻种植时施用。

Claims

1.一种提高水稻肥料利用率的混合增效剂，其特征在于是由下列重量份的原料制备而成：

脲酶抑制剂1-3 长效复合肥添加剂1-2 增效剂0.5-1.2

纳米碳0.5-1。

2.根据权利要求1所述提高水稻肥料利用率的混合增效剂，其特征在于：所述增效剂为多维肥精或聚天冬氨酸。

3.根据权利要求2所述提高水稻肥料利用率的混合增效剂，其特征在于：所述脲酶抑制剂为酚醌类中的氢醌、邻苯二酚中的一种，或磷胺类中的环乙基磷酸三酰胺，或含N基及含O基团杂环类中的硫代吡啶类中的一种。

4.根据权利要求3所述提高水稻肥料利用率的混合增效剂，其特征在于：所述长效复合肥添加剂为NAM。

5.根据权利要求4所述提高水稻肥料利用率的混合增效剂，其特征在于是由下列重量份的原料制备而成：

脲酶抑制剂1 长效复合肥添加剂2 增效剂0.5

纳米碳1。

6.根据权利要求5所述提高水稻肥料利用率的混合增效剂，其特征在于是由下列重量份的原料制备而成：

脲酶抑制剂3 长效复合肥添加剂1 增效剂1.2

纳米碳0.5。

7.根据权利要求6所述提高水稻肥料利用率的混合增效剂，其特征在于是由下列重量份的原料制备而成：

脲酶抑制剂2 长效复合肥添加剂1.6 增效剂0.85

纳米碳0.65。

8.一种如权利要求1-7任一项所述提高水稻肥料利用率的混合增效剂的使用方法，其特征在于：将上述所制备的混合增效剂与纯氮量为100重量份的氮肥混合均匀，成为混合氮肥，再按常规方法使用。