纳米生物技术对玉米、水稻及大豆增产效益研究

纳米生物技术对玉米、水稻及大豆增产效益研究

随着经济的发展和人民生活水平的提高，中国的耕地面积减少了。根据中华人民共和国土壤使用状况审查，2001年全国土壤使用状况为117761.584hm2。与1996年的土地利用状况相比，耕地占总面积的比例从13.55%下降到13.29%。而人口呈连续递增,从1952年的5.94亿人增至2000年的12.66亿人,估计到21世纪30年代,当中国人口达到16亿人时,耕地与人口之间的矛盾会越来越突出,所以要解决中国16亿人口温饱问题就要求农作物产量的大幅度提高。针对当前中国农业的现状,耕地面积已经没有扩大潜力,增施化学肥料,增加农药用量,利用先进农业机具,发展水利等措施对提高农作物单位面积产量的潜力也越来越小。所以开展新型肥料领域的研究,进一步扩大和提高农作物的增产潜力,将是今后的研究方向。利用纳米生物技术研究开发的纳米增效肥料是纳米材料在肥料中的应用,是在多学科交叉的基础上进行的新的探索,开拓了纳米材料在肥料应用方面的新领域。为此,笔者研究了纳米生物技术在玉米、水稻及大豆上的应用效果。1材料和方法1.1供试作物及方案试验地点设在湖南省宁乡县朱良桥乡罗巷新村试验田。供试土壤:土种为红黄泥,试验前取土样化验,pH值6.1,有机质23.1g/kg,碱解氮102.2mg/kg,有效磷8.2mg/kg,速效钾23.0mg/kg。供试作物:早稻杂交稻,品种为陆两优996号。试验方案:试验设置3个处理。对照(CK);尿素(Urea);纳米增效尿素(NmUrea)。每个处理3次重复,共9个小区,随机区组排列,小区面积33.3m2,小区四周设置宽2.5m的保护行。所用氮肥折纯N150.0kg/hm2,磷钾肥作底肥(分别施入纯P2O572.0kg/hm2,纯K2O76.5kg/hm2)。充分混匀后60%作基肥耙田深施,30%移栽返青后5月4日作分蘖肥深施,10%在孕穗期5月29日作壮籽肥深施;过磷酸钙全部作基肥耙田深施。试验田早稻于7月14日分小区单收、单晒、单独称重,计算产量。1.2添加磷肥、化肥等型材料对春玉米产量的影响春玉米是中国北方主栽作物,为了验证纳米增效肥料对玉米的增产效果,于2008年早春进行春玉米育苗移栽试验,试验地点设在农业部优农中心示范园。供试土壤:土种为潮土,试验前取土样化验,pH值7.8,全氮102.2mg/kg,有效磷36.9mg/kg,速效钾172.0mg/kg。供试作物:春玉米,品种为纪元1号。试验方案:设置5个处理。对照(不施氮肥,CK);碳铵(ABC);纳米增效碳铵(NmABC);尿素(Urea);纳米增效尿素(NmUrea)。每个处理3次重复。所用氮肥折纯N250.5kg/hm2,磷钾肥作底肥(分别施入纯P2O5105.0kg/hm2,纯K2O180.0kg/hm2)。充分混匀后磷钾肥作底肥,氮肥基追各半。每个处理3次重复,共15个小区,随机区组排列,小区面积39.6m2,小区四周设宽40cm的保护行。试验分小区单收、单晒、单独称重,计算产量。于8月1日进行小区测产。测定项目为:春玉米籽实重,千粒重,春玉米秸秆加籽实全生物量。1.3材料配方与施肥量试验地点设在黑龙江九三农垦局荣军农场试验站试验地。供试土壤:属中国的寒温带深厚黑钙土地区,土层深厚,pH值在7.8以上,有机质含量70.0～120.0g/kg,全氮含量5.0～15.0g/kg,土地肥沃,土壤团粒结构好,适于大豆、马铃薯、小麦和甜菜等作物的栽培。供试作物:嫩奥798,生育期115d,属于主茎结荚型。试验方案:设置2个处理(纳米增效肥料和普通肥料)。其中,纳米增效肥料主要配方为N∶P2O5∶K2O=15∶5∶5,普通肥料配方为二铵加尿素。施肥量控制在纯氮60kg/hm2。7月7日纳米增效肥料一次性大豆追肥施入;8月2日喷施纳米增效肥料500倍液作叶面肥。普通肥料一次性作大豆基肥施入。2008年9月10日测产,每小区选3个点,每点选5m2,3次重复,共测产15m2。全株拔出测全生物量重,再从中选取代表性的25株样品称重,再数株荚数,全部剥出子粒后晒干,用红外测水仪测定大豆含水量,最后计算大豆产量。1.4检测仪器和方法玉米、水稻、大豆籽实水分测定用红外水分测试仪。2结果与分析2.1水稻试验2.1.1有效穗及穗粒数从表1可以看出,与尿素处理及对照比较,纳米增效尿素处理株高增加11.4～2.2cm,穗长增加0.4～1.5cm,有效穗增加6.90万～44.70万/hm2,穗粒数增加0.6～10.1粒/穗。2.1.2纳米增效肥料的复配从表2可以看出,施用纳米增效尿素的杂交早稻平均产量为6511.50kg/hm2,施用尿素的杂交早稻平均产量为5904.00kg/hm2,与尿素和对照比较,纳米增效肥料增产607.5～1900.5kg/hm2,增产率为10.29%～41.22%。经F检验,增产效果达到极显著水平。通过方差分析可知,各处理间存在显著或极显著差异。2.2春玉米试验2.2.1纳米增效肥料与普通肥料的协同作用从表3可以看出,各施肥处理的春玉米籽实重为:纳米增效尿素>纳米增效碳铵>碳铵>尿素>对照。其中,纳米增效尿素比尿素增产12.57%,纳米增效碳铵比碳铵增产14.81%。试验过程中发现,纳米增效肥料与普通肥料有明显的促进早熟的功能,早吐花丝5d,提早成熟5d。用红外水分测试仪测定籽实含水量时,纳米增效肥料比普通肥料含水量减少10%以上。2.2.2纳米增效尿素比尿素增加从表4可以看出,各施肥处理的春玉米生物量为:纳米增效碳铵>纳米增效尿素>碳铵>尿素>对照。其中,纳米增效尿素比尿素增产10.93%,纳米增效碳铵比碳铵增产16.74%,增产效果显著。纳米增效尿素增加籽实重量明显,纳米增效碳铵增加秸秆重量明显。2.3大豆试验2.3.1纳米增效肥料的复配从表5可以看出,施用普通肥料的大豆平均5m2的全株重为6.60kg,而施用纳米增效肥料的大豆平均5m2的全株重为8.60kg,后者比前者增产30.30%。每小区取代表性25个株测定株重,纳米增效肥料比普通肥料增产率为23.60%,统计结果相近。表5还表明,不同处理大豆单株结荚数也有明显差异,施用纳米增效肥料大豆单株结荚数为21.23个,施用普通肥料大豆单株结荚数为17.75个,前者比后者大豆单株结荚数增加19.61%。2.3.2普通肥料大豆湿粒重从表6可以看出,不同处理大豆湿粒重有明显差异,纳米增效肥料大豆湿粒重为416.75g,普通肥料大豆湿粒重为307.18g,前者比后者大豆湿粒重增加35.67%。表6还表明,普通肥料大豆产量为2708.10kg/hm2,纳米增效肥料大豆产量3488.40kg/hm2,后者比前者增产780.30kg/hm2,大豆干粒重增加率为28.81%。2.3.3化肥投入及增效分析普通肥料效益分析:二铵按每吨4800.00元计算,每公顷投入150kg,计720.00元;尿素按每吨2200.00元计算,每公顷投入60kg,计132.00元;硫酸钾按每吨5200.00元计算,每公顷投入25kg,计130.00元。合计每公顷投入化肥982.00元(表7)。纳米增效肥料效益分析:每吨按3000.00元计算,每公顷施入纳米增效肥料350kg,计1050.00元(表7)。产投比分析:普通肥料产投比为11.58∶1.00,纳米增效肥料为13.48∶1.00,每公顷增加纯经济收入2777.49元(表7)。2.3.4纳米增效肥料对大豆脂肪与蛋白质含量的影响大豆收获以后,将部分样品送至中科院沈阳生态所品质检测中心进行脂肪与蛋白质含量的测定,测定结果表明,施用纳米增效肥料使大豆脂肪含量增加13.19%,使蛋白质含量增加4.92%(表8)。3纳米增效肥料与玉米成熟的关系水稻试验结果表明,纳米增效尿素与普通尿素和对照相比,增产稻谷607.50～1900.50kg/hm2,增产率为10.29%～41.22%。春玉米试验结果表明,纳米增效尿素比尿素增产10.93%,纳米增效碳铵比碳铵增产16.74%,在玉米收获过程中发现纳米增效肥料有促进