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不同納米材料在納米肥料上的應(yīng)用研究進(jìn)展

來源：泰然健康網(wǎng) 時間：2024年12月21日 12:12

引言

納米肥料是納米生物技術(shù)的一個分支，是用納米材料技術(shù)構(gòu)建、用醫(yī)藥微膠囊技術(shù)和化工微乳化技術(shù)改性而形成的全新肥料。綜述了納米碳、納米金屬及金屬氧化物、納米礦物等材料在納米肥料中的應(yīng)用及對作物生長的影響。針對納米肥料價格較高限制了其大規(guī)模推廣應(yīng)用的情況，提出了開發(fā)成本低廉、具有綜合利用價值的天然納米礦物是今后納米肥料的研究方向。

本文節(jié)選自齊明陽，王秀峰，馮文博，李少帥，修會江，金樹杰，惠建斌發(fā)表于《肥料與健康》2023年第2期的文章《不同納米材料在納米肥料上的應(yīng)用研究進(jìn)展》，全文請點擊以下鏈接閱讀：

不同納米材料在納米肥料上的應(yīng)用研究進(jìn)展

文章引用格式：齊明陽, 王秀峰, 馮文博,等. 不同納米材料在納米肥料上的應(yīng)用研究進(jìn)展 [J]. 肥料與健康, 2023,50(2):1-5.

納米技術(shù)是20世紀(jì)80年代末出現(xiàn)的新型技術(shù)，目前納米技術(shù)與生物技術(shù)、信息科學(xué)技術(shù)并稱為21世紀(jì)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的三大支柱產(chǎn)業(yè)。在三維空間中只要有一維的尺度為1~100 nm的材料，或由其作為基本單元構(gòu)成的材料都可稱為納米材料。納米材料從三維外觀尺度上可分為4類：零維納米材料如納米顆粒、團(tuán)簇等；一維納米材料如納米纖維、納米帶、納米管等；二維納米材料如納米薄膜、納米片等；三維納米材料如納米陶瓷、納米多孔材料、納米復(fù)合材料等。由于納米材料粒徑微小，使其具有其他材料所不具備的納米效應(yīng)，即量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等。近年來，納米技術(shù)得到了快速發(fā)展，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中存在的問題提供了新的有效解決途徑。

納米肥料概念是由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所張夫道研究員首先提出的，并獲得了國家“863”項目的立項。納米肥料是納米生物技術(shù)的一個分支，是用納米材料技術(shù)構(gòu)建、用醫(yī)藥微膠囊技術(shù)和化工微乳化技術(shù)改性而形成的全新肥料。納米材料作為包膜材料具有優(yōu)良的吸附性和膠體穩(wěn)定性，在肥料中添加納米材料，可有效控制肥料養(yǎng)分的釋放，同時納米粒子可以提高作物根系的吸收能力，更利于作物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收利用。當(dāng)前納米肥料發(fā)展迅速、前景廣闊，很多國家都十分重視對納米肥料的研究，美國、日本、印度及歐洲的一些國家已對納米肥料的生產(chǎn)與應(yīng)用進(jìn)行了大量的試驗。本文綜述了當(dāng)前納米肥料中用到的幾種主要的納米材料，并對納米肥料對植物生長的影響進(jìn)行了概述。

納米碳材料

納米碳于2007年首次被應(yīng)用到肥料中。納米碳是一種改性碳，具有全水溶、非導(dǎo)電和低燃點的特性，入水后會轉(zhuǎn)變成超導(dǎo)體，可以平衡土壤中的陰陽離子，提高土壤的可溶性鹽濃度(EC值)，促進(jìn)植物對水分和氮、磷、鉀等養(yǎng)分的吸收。納米碳作為肥料增效劑添加到各種肥料中，能夠提高肥料的利用率，實現(xiàn)節(jié)肥增效，近幾年已成為新的研究熱點。

王飛對玉米進(jìn)行了2年的試驗，得出肥料中添加納米碳有利于提高氮肥的利用率，可提高玉米的產(chǎn)量。王小燕等以水稻為對象，研究了納米碳增效尿素對水稻生長的影響，結(jié)果表明納米碳增效尿素對水稻有效分蘗、干物質(zhì)積累量的影響均優(yōu)于普通尿素的。劉鍵等通過對納米碳增效肥料的研究發(fā)現(xiàn)，白蘿卜、茄子、辣椒、芹菜在施用納米碳增效肥料后，可促進(jìn)蔬菜提早發(fā)育，改善蔬菜的品質(zhì)，產(chǎn)量也得到明顯增加，同時節(jié)肥效果明顯，節(jié)肥量可達(dá)30%~50%。研究表明，納米碳還能有效改良鹽堿地，提高植物抗旱、抗高溫等逆境脅迫的能力。

納米金屬材料

納米金屬材料指的是粒徑達(dá)到納米級的金屬、金屬氧化物和量子點等，在納米肥料中常用的有納米二氧化鈦、納米氧化鋅、納米氧化鎂、納米氫氧化鎂和納米氧化鐵等。

王苗苗的研究發(fā)現(xiàn)，一定濃度的納米二氧化鈦可使小白菜的SPAD值顯著增加，增強(qiáng)了小白菜的光合作用。許秀成等指出：在化肥中添加0.3%~0.4%的納米氫氧化鎂，能顯著提升蔬菜的SPAD值、產(chǎn)量和品質(zhì)；在減肥20%~30%的情況下，可使大田作物水稻、小麥產(chǎn)量保持不減產(chǎn)或有所增加。蔡璘等通過試驗發(fā)現(xiàn)，施用一定量的納米氧化鎂對番茄生長有顯著的促進(jìn)作用。研究發(fā)現(xiàn)，使用納米氧化鐵能促進(jìn)種子萌發(fā)及植株根系和地上部生長。劉秀梅等通過研究發(fā)現(xiàn)，肥料中添加納米氧化鐵能夠顯著促進(jìn)花生的生長發(fā)育和光合作用，同時納米氧化鐵還有利于促進(jìn)花生對氮、磷、鉀養(yǎng)分的吸收和利用。孫露瑩的研究發(fā)現(xiàn)，一定濃度的納米氧化鋅可顯著提高干旱脅迫下玉米葉片超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、抗壞血酸過氧化物酶的活性和SPAD值，有利于緩解干旱脅迫對玉米植株的損傷。

納米礦物材料

納米礦物材料主要是指天然礦石采用深加工技術(shù)和手段得到的至少在一維尺度上小于100nm的一類材料的總稱。納米礦物材料特殊的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其具有較大的比表面積和較高的表面能，從而具有一定的特異效應(yīng)。

路軻的研究發(fā)現(xiàn)，納米羥基磷灰石和氯化鉀配合處理可促進(jìn)水稻幼苗生長，提高水稻幼苗植株的磷含量。與常規(guī)磷肥相比，基于鈣和磷納米粒子制成的羥基磷灰石，可使大豆的生長速率和產(chǎn)量分別提高33%和20%，施加納米羥基磷灰石可促進(jìn)土壤pH升高、植物生物量增加。Yin等采用富硒碳質(zhì)硅質(zhì)巖粉為原料，經(jīng)超細(xì)粉碎制成納米長效硒肥，其中納米顆粒占總體積的30%~95%，將該肥料應(yīng)用于農(nóng)田可改善土壤結(jié)構(gòu)。王小娟等采用土培試驗證明了納米膨潤土和納米活性炭包膜氮肥可提高早稻對氮、磷、鉀養(yǎng)分的吸收，促進(jìn)了氮、磷、鉀向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)，提高了早稻產(chǎn)量。

其他納米材料

近些年其他納米材料在肥料上的應(yīng)用也多有報道。納米二氧化硅作為肥料的載體，有效延長了肥效時間。陳慶峰等的研究表明，在氮肥中添加微納米硅肥，可延長氮肥釋放周期。孫德權(quán)等介紹了將納米二氧化硅添加到尿素中，可以減緩尿素在土壤中的釋放速率，提高肥料的控釋性能和肥效。韓哲等通過試驗發(fā)現(xiàn)，在同樣磷鉀肥施用條件下，氮肥用量減少25%，施用納米二氧化硅包膜尿素的水稻與普通施肥相比，依然能得到較好的增產(chǎn)效果。徐俊研究了納米二氧化硅肥料對水稻生長的影響，結(jié)果表明根施納米二氧化硅肥料后，能增強(qiáng)水稻葉片在衰老條件下抗逆境脅迫的能力，水稻葉片表面硅質(zhì)化效果明顯，水稻葉片的SPAD值增加，光合作用增強(qiáng)，從而促進(jìn)水稻增產(chǎn)。Adisa等的研究表明，工程納米材料可以通過影響土壤中肥料養(yǎng)分的有效性和植物對養(yǎng)分的吸收來提高作物的生產(chǎn)力。

結(jié)語

盡管近些年納米材料在肥料上的應(yīng)用研究得到重視，相應(yīng)技術(shù)也有很大的發(fā)展和提升，但不同納米材料在肥料中的應(yīng)用效果和對植物的影響差異較大，還需進(jìn)一步研究探討。納米碳材料具有較好的吸附性能，在肥料中較少量添加即可起到提高肥料利用率的效果，但目前市場上納米碳材料售價多在每噸幾十萬元，肥料中添加使用成本太高，不利于大規(guī)模應(yīng)用。納米金屬材料雖然可以促進(jìn)作物對養(yǎng)分的吸收，但由于其粒徑極小，具有較高的活性，在使用安全計量和毒性方面需做進(jìn)一步的研究。

通過對比，筆者更傾向于納米礦物材料。首先，納米礦物材料取自天然礦物，通過物理加工制得，對環(huán)境和作物更為安全；其次，納米礦物材料價格較便宜，不會大幅增加肥料的生產(chǎn)成本。最后，將磷肥生產(chǎn)和磷礦開采的副產(chǎn)品通過納米化制成新的肥料產(chǎn)品，可實現(xiàn)礦物資源的綜合利用。

我國的總耕地面積基本固定，在種植面積不增加的前提下，在一定范圍內(nèi)增加肥料用量可以有限提高糧食產(chǎn)量，但肥料過量施用會出現(xiàn)土壤板結(jié)、鹽漬化等問題，對生態(tài)系統(tǒng)造成破壞。面對當(dāng)前糧食安全和資源環(huán)境的雙重壓力，中央一號文件特別強(qiáng)調(diào)發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)，深入推進(jìn)農(nóng)藥、化肥零增長行動，這就要求我國肥料發(fā)展應(yīng)以提高肥料利用率為核心，減少肥料生產(chǎn)資源和能源消耗，提高肥料的養(yǎng)分利用率。綜上所述，納米材料在肥料方面的應(yīng)用，不僅具有肥料利用率高、保水保肥、調(diào)理土壤等作用，還可以提高作物抗性、產(chǎn)量和品質(zhì)，具有廣闊的應(yīng)用前景。建議進(jìn)一步對不同納米材料在肥料中的作用機(jī)理、環(huán)境影響和應(yīng)用工藝進(jìn)行研究，優(yōu)選出綜合效果良好、成本價廉的納米材料，以促進(jìn)納米肥料的推廣應(yīng)用。