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中微量元素肥料的研究现状及展望

更新时间:2009-03-28

我国人口众多,人均耕地却相对较少,肥料在粮食生产中起着重要的作用。世界农业发展实践证明,施用化肥是提高产量的最快、最有效和最重要的措施[1]。美国著名植物遗传学家、诺贝尔和平奖获得者Borlaug博士在1994年国际土壤学会上提交的一份关于世界粮食生产报告中指出,在全球范围内肥料对粮食的增产作用中超过了50%[2]。目前我国年化肥总用量已超过6 000万t(以纯养分计),化肥用量占世界的35%,是美国和印度的总和[3]。但我国农田化肥利用率一直处在较低水平,氮肥利用率为30%~35%,磷肥和钾肥的利用率分别为10%~25%和35%~50%,平均低于发达国家15%~25%[4]。提高化肥利用率、发挥肥料的作用,开发高效、环保、安全的新型肥料已经成为现代农业的发展趋势。

1 中微量元素的作用

1.1 提高农作物产量

由于目前人们长期注重大量元素氮、磷、钾的使用,造成土壤的土质恶化,农作物产量增幅有限。通过有针对性的施用微量营养元素肥料,满足作物对各种营养元素的需要,提高中低产田的产量。黄恒掌等[5]对中微量元肥对甘蔗产量和质量的影响做了研究,研究表明:甘蔗施用中微量元素肥料,增产效果非常明显,增产幅度为11.2%~15.7%。

1.2 改善作物品质

植物体内的中微量元素在平衡生理活性中发挥了很重要的作用,对植物体内的酶的活性有一定的调节作用,能够增加叶绿素含量,从而增强光合作用,施用微量元素肥料,有助于作物的正常生长和发育,使植物的茎秆粗壮,增强作物的抗倒伏能力,农作物的品质得到大大的改善。郭秀珠等[6]研究了中微量元素叶面肥对红肉蜜柚品质的影响,研究表明:喷施中微量元素叶面肥增加了叶片叶绿素总含量,对红肉蜜柚果实品质有明显的改善,提高了果实出汁率。

1.3 提高肥料利用率

根据最小养分定律,补充微量元素有助于平衡大、中、微量元素之间的比例,促进农作物对养分的吸收,而不是单侧施用单一肥料,造成营养元素的浪费。

1.4 提高作物抗逆性

增施微量元素以满足农作物对各种元素的需求,可提高作物的抗逆性、抗倒伏性、抗旱性,减少病虫害的影响,促进作物的正常生长和发育。李惠芬等[7]研究了施用中微量元素肥料对超级稻品种倒伏及产量的影响,结果表明:中微量元素肥料用量在0.037 5~0.075 kg/(667 m2),可以有效地提高水稻的抗倒伏能力,有利于水稻产量的提高。

1.5 减少环境污染

未来全球油气开发逐渐面对资源品质劣化、安全环保严格化、能源结构多元化的严峻挑战,技术创新已成为提高油气开发效果的核心竞争力。近年来,全球油气开发领域不断涌现出新理论、新方法、新技术、新工艺、新工具、新材料,推动深水、深层和非常规等油气资源的高效开发。

2 中微量元素肥料研究现状

国外对微量元素的研究比较早,在国际上,20世纪30年代微量元素肥料就已经应用在农林牧业,由于微量元素肥料对农业生产的增产作用比较大,所以各国也都比较重视,相继开展了微量元素肥料研究工作和微量元素普查工作。在1937—1939年间苏联施用的硼肥(硼镁肥)量已达到2 700 t。20世纪40年代后期美国年施用的硼砂数量达到了4 148 t,1950年硫酸锌年用量达3 311 t。目前,俄罗斯微量元素肥料年用量为12万t,美国为20万t。国外微量元素肥料的发展非常迅速,主要涉足于螯合微量元素肥料的开发和应用;生产含微量元素的单一养分肥料、微量元素复合肥料和含微量元素的液体肥料;生产专用微量元素肥料、速溶微量元素肥料、控释微量元素肥料和缓释微量元素肥料[8]。在国外,生产和使用微量元素肥料比较普遍的国家主要有美国、英国、法国、日本在内的20多个国家,如智利化学矿业公司(SQM)生产的忧聪素、多聚硼等全水溶性的微量元素肥料,以色列化工主要以全水溶肥料为主,德国康普的微量元素产品主要是以叶面肥为主,以色列海法保力丰、含镁钾等产品。

协同作用是指一种元素或离子的存在促进了另一种元素或离子的吸收[13]。比如大量元素N、P、K之间,N能促进P和K的吸收。王伟妮等[16]研究了氮、磷、钾肥对水稻产量、品质及养分吸收利用的影响,结果表明:N、P、K三种元素同时施用的增产效果显著优于它们分别施用的效果。

近几年,随着市场放开以及农业生产技术的不断发展,我国肥料应用趋于向养分平衡方向发展[10]。目前我国已经成功研发了一种新型肥料,就是在传统肥料中添加微量营养元素,利用大量营养元素肥料为载体,提高微量营养元素在作物施用中的均匀性和有效性[11]。过磷酸钙是我国生产历史较早的含中微量元素的复混肥之一,属水溶性磷肥,它也是一种酸性化学肥料,能够通过酸碱中和作用,中和盐碱地的碱度,改善土壤环境;过磷酸钙中除含磷外,还含有植物所必需的中微量元素Ca、Mg 、S、Fe、Zn、Cu、Mn等营养元素,能够为土壤提供其所需的中微量元素[12]

3 大中量营养元素与微量元素间的作用

灰色关联法是属于灰色系统理论中的一种动态分析方法,其基本思想是通过比较各研究对象呈现的空间形态来判断它们之间的关联程度。灰色关联法的优点是可以通过有限的样本数据推断出模糊的相互关系,对数据库的要求不高,计算过程清晰简捷,也能通过Matlab软件编程实现大数据分析。其计算步骤如下:

良好的身体素质是运动的基础,是提高学生掌握运动技能的先决条件,本文在实验前对50米跑、中长跑以及立定跳远项目进行数据统计,发现实验前实验组和对照组数据结果(如表1)所示。身体素质p>0.05,说明实验前实验组和对照组身体素质不存在显著性差异,保证了实验的可靠性。

中微量元素在肥料加工过程中由于元素间的拮抗作用,会大大降低肥料的肥效。为了保持中微量元素的稳定性,发达国家采用乙二胺四乙酸二钠盐(EDTA)、乙二胺二邻苯基乙酸钠(EDDHMA)、柠檬酸等螯合剂与微量元素螯合制备螯合态微量元素系列肥料[19-20]。如植物动力2003,是根据德国Santron公司最新技术生产的植物微量元素营养液,主要成分为螯合态铜、锰、锌;美国国家化肥总公司(NACCO)生产的高乐,以氮、磷、钾为主,还含有螯合态的铁、锌、锰、铜、硼、钼等多种微量元素,可溶性有效养分总含量达60%~80%。微量元素含量为:铁,0.15%;锌,0.15%;锰,0.05%;铜,0.05%;硼,0.02%;钼,0.000 5%。

我国中微量元素肥料发展比较晚,主要是从20世纪五六十年代开始的,当时主要是生产和使用无机盐类中微量元素肥料通用型产品;20世纪70年代以来,我国微量元素肥料的研究与应用得到较全面的发展,开始引进和推广使用国外的以螯合态为主的中高浓度复合型中微量元素肥料;从20世纪90年代就开始陆续研发和逐步推广种类越来越多的氨基酸、腐植酸类螯合态有机中微量元素肥料[9]。据统计,到2008年为止,国内涉及中微量元素肥料的生产厂 3 000 多个;通过国家正式登记的产品 534 个,通过临时登记的产品 1 331 个。目前生产的微量元素肥料以水溶肥为主,我国2011年生产的微量元素肥料中,水溶肥占96%。

大量元素N可以促进中量元素S的吸收,但是必须是在一个合适的配比下,否则又表现出拮抗作用。王东等[17]研究表明:在高氮低硫的土壤条件下,施硫能明显提高小麦植株对氮的吸收能力。大量元素K和微量元素Cu、B表现出协同作用;Ca2+和Fe3+表现出相互促进的协同作用[18]。微量元素B、Mo存在着相互促进的作用。各营养元素间的拮抗作用和协同作用见图1。

科学合理的施用微量元素肥料,能够促进作物对各种营养元素的吸收,有效提高肥料利用率,从而减少化肥流失造成的环境污染,对环境保护起到积极作用。

  

1 营养元素间的关系

4 中微量元素肥料制备工艺研究

拮抗作用是指一种元素或离子的存在抑制了另一种元素或离子的吸收[13]。在土壤中一般磷会诱发缺锌。大量元素K与中量元素Mg表现为拮抗作用,钾的浓度增加,就会抑制植物对Mg的吸收与Cl-之间存在着相互抑制的拮抗作用;浓度升高时,就会抑制植株对Mg2+、Fe3+、Mn2+的吸收。钙对钾、铜、硼营养吸收有明显的拮抗作用[14]。刘勤等[15]通过不同供硫水平对N、P、Cl等元素的吸收进行研究,结果表明:增加硫的供应,Cl元素的吸收就会受到抑制。

在复混肥的生产过程中,复混肥配料的基本原则为:提高养分利用率和肥料间的配伍性合理[13]。特别是现在国内外肥料的研究都注重在大量元素复混肥的基础上加入中微量元素,来达到养分的平衡,所以在复混肥生产过程中原料以及中微量元素原料的配入必须考虑到各种营养元素间的相互作用。各营养元素间既存在拮抗作用,又存在协同作用。

聚磷酸铵是一种氮、磷养分含量高的肥料,具有很好的水溶性,养分易于被植物吸收利用,对金属离子也具有很好的螯合作用[25-26]。马娟等[27]以水溶性聚磷酸铵为螯合剂,制备了一种易被植物吸收的聚磷酸铵螯合铜和铁螯合物,研究表明:Cu2+和Fe3+在pH值为7.0,反应温度为35 ℃(Fe3+为40 ℃),时间60 min时螯合效果最好。兰国志[28]用水溶性聚磷酸铵溶液分别与Mg2+、Cu2+和Fe3+螯合制取螯合溶液,结果表明:螯合的最佳条件为温度30~40 ℃,时间为60 min,pH值为6.5,转速为200~250 r/min。

式中,一般初始反应温度较低,反应速率可忽略不计,积分下限 T0的积分值趋近于 0[25],其中u = E RT,温度积分式 P ( u)的表达式为:

在国内,我们也主要是开发了一些低成本的螯合剂,通过螯合技术来制备微量元素肥料。刘倩冰等[21]开发了一种氨基酸螯合中微量元素水溶肥料的制备专利。王亮等[22]公布了一种腐植酸为螯合剂制备中微量元素肥料的方法。许丽娟等[23]研究了复合氨基酸微量元素螯合肥料工艺条件,结果表明:pH值在6.0~7.0,反应温度为80 ℃,时间为60 min时,产品的螯合率达到了95%以上。张刚[24]研究了一种腐植酸螯合微量元素的工艺,研究表明在pH值为8.5,温度为20 ℃,反应时间为20 min,螯合剂与形成体的物质的量比为(1.0~2.0)∶1时,制备的肥料中不仅含有氮、磷、钾大量元素,还含有钙、镁、硫、铁、硼中微量元素。

现有复混肥工艺上添加钙镁磷肥、过磷酸钙等含有中微量元素的矿质原料。侯翠红[29]研制了一种清洁型脲硫酸复肥制备工艺,制备的脲硫酸复肥中除了含有N、P、K大量元素,还含有Ca、Mg、S、Si、Fe等中微量元素。金化集团利用过磷酸钙为基础原料,研制了过磷酸钙-氯化铵、过磷酸钙-尿素等26种作物专用复混肥系列。

中子辐照晶体管时,在小电流注入条件下,中子辐射对晶体管的直流增益影响显著,此时直流增益随中子辐照注量的变化关系为

5 展望

随着人们生活水平的提高,人们对产品的品质也有了越来越高的要求,中微量元素可以有效地改善产品品质和土壤质地,发展中微量元素肥料显得尤为重要。随着化肥零增长政策逐步进入实施期,为中微量元素肥料产品带来了重大机遇,“两减一控”的新形势也为中微量元素肥料行业注入了新的生机。

目前,我国的微量元素肥料的生产工艺还比较落后,市场还比较混乱,随着现代农业集约化、规模化、自动化的发展,中微量元素正在向高效化、专用化发展。

嘉靖五年七月,费宏为少师兼太子太师吏部尚书华盖殿大学士,杨一清为少师兼太子太师吏部尚书谨身殿大学士。华盖殿大学士高于谨身殿大学士,故费宏地位高于杨一清。嘉靖二十四年十二月,夏言为少师兼太子太师吏部尚书华盖殿大学士,严嵩为少师兼太子太师吏部尚书谨身殿大学士。夏言取代严嵩成为首辅。

参考文献

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