氮纳米复合材料对土壤柱中莴苣作物淋溶和氮含量的影响

　　编辑 |纪兮风

　　前言

　　传统的农业实践涉及广泛使用肥料，这些肥料在实现最大产量方面起着至关重要的作用。由于常规肥料的高溶解度，大多数养分通过地表径流、反硝化、浸出和挥发流失到环境中。

　　面对这种情况，有肥料可以帮助解决这些问题，它们被称为纳米肥料，具有缓慢释放养分的功能，可以提高养分的效率并减少施肥频率。随着纳米肥料在农业中的应用，可以实现全球粮食生产的可持续性。

　　纳米肥料是指粒径小于100nm的常量或微量营养素肥料，用于促进作物生产力。它们可以分为三类：第一类是纳米支持的肥料，具有纳米结构的材料，通过吸附过程调节肥料的释放。

　　第二类是在纳米尺度上制造的纳米级肥料，第三类是纳米级涂层肥料，这是纳米聚合物包裹的肥料，用于包含常规尺寸的肥料。与高溶解度肥料相比，这使得养分的可用时间更长，高溶解度肥料会根据环境触发因素或植物需求快速释放养分。

　　在使用肥料时，有必要研究纳米肥料的施用方式，以满足植物所需的养分量，以使其生长和提高生产力，使释放与养分的吸收相容，并具有有效的策略使用。缓释机制可以根据植物的生长生长环境同步，通过提高养分效率，减少肥料的过度使用，增加环境安全性。

　　与传统肥料（CF）相比，纳米肥料可以缓慢释放地提高养分效率。由于CF的快速释放行为，大部分施用的氮通过淋溶在土壤上损失。 粘土可以作为纳米级多孔结构来保留和缓慢释放养分。

　　本研究旨在评价含氮纳米复合材料及其对莴苣浸出和氮含量的影响。施用的处理是：100%常规肥料，100%氮纳米复合材料和的混合物在生菜土壤柱上45天。

　　叶柄细胞提取物中的离子含量

　　在NCN处理中，循环结束时的渗滤液增加。NCN处理在叶片中具有较高的N含量。关于生物量生长、叶面积、叶氮、排水变量、电导率和NO3内容，可以表明与对照相比，50%和75%的NCN的剂量与作物的特性相匹配，这使能够使用比CF推荐的剂量更低的剂量。

　　叶柄细胞提取物中的硝酸盐含量在处理之间显示出显著差异 ，75 /25处理呈现最高值（3113 mg L -1），比25/25处理高出34％。 0、75/0 处理比 100/0 处理高 56%，在覆盆子、甜瓜和胡椒等作物中发现负相关性，表明较高的施用率并不反映较高的同化程度，这是由于高矿物质施用量与植物需求低迷时期的结合。

　　从这个意义上说，兰德拉尔发现叶柄细胞提取物中营养物质的浓度是某些生理过程（例如营养物质的吸收、生物同化和储存）的离子需求水平的函数。除了生长季节的气候条件和所使用的肥料之外。

　　在不同NO 3 - /NH 4 +比例的生菜中， NO 3 -的含量为5431 (mg L -1 )，在土壤中离子溶液的减少是由于植物在某些物候阶段表现出更大的同化作用或浸出深度较低。在这种情况下，生菜作物叶柄细胞提取物中NO 3 -含量较低，可能是因为最终阶段的植物对这种元素的需求较低，且NCN浓度较高。

　　纳米肥料的制备可以用有机材料，无机天然聚合物，合成材料等完成。粘土是一种载体材料，可保留其纳米孔中的营养物质，并用于形成控制营养物质释放的结构，称为纳米复合材料，其将纳米颗粒掺入其多相硅酸盐基质中以改善材料的性能。

　　基质充满了至少一个维度的纳米级空间，其自然结构产生一个能够接受和释放正离子的表面。纳米结构粘土被认为是营养载体，它们具有保留正负离子的离子系统，依靠它们来中和。

　　氮对于植物的正常生长至关重要，对植物细胞中的许多结构、遗传和代谢化合物很重要。无机氮的可用吸收形式在土壤中不到土壤中总氮的5%。通过施用无机和有机肥料，可以维持不同农业系统的营养条件。

　　由于恶劣的气候条件，添加到土壤中的氮以反硝化，硝酸盐淋溶和氨的形式部分损失到溶液中。由于常规肥料的养分快速释放，氮等常量养分在施用于土壤时损失了40-70%，导致资源大量损失。

　　粘土的离子活性，它们容纳各种离子的能力和高离子交换能力被认为适合缓慢的养分释放。从这个意义上说，已经对纳米结构进行了几项研究，例如纳米肥料，基于分层双氢氧化物的控释氮肥，以评估水和土壤中的硝酸盐释放。

　　硝酸盐LDH以可持续的方式向土壤输送氮，蒙脱石 - 尿素和植物中的硝酸盐膨润土，根据上述方法，本研究的目的是评价氮纳米复合材料及其对土壤柱中莴苣作物淋溶和氮含量的影响。

　　含氮纳米复合材料是在圣路易斯波托西自治大学农学和兽医学院的实验室中使提出的方法获得的，该方法包括通过吸附十六胺阳离子表面活性剂随后对硝酸盐离子（NO）充电。

　　浓度为110毫克否使用的由最终浓度和初始浓度的差异决定。纳米复合材料的层间空间显示在60-100nm的范围内。为了进行形态学表征，使用扫描电子显微镜片的干生物量在中呈现显著差异。

　　与对照处理相比，50/0和25/0处理分别降低了38.7%和48.4%的干生物量，其他处理与对照相当。根系干生物量也显示出相同的趋势，其中25/0处理相对于对照27/5降低了0.100%。其他处理相似，平均为6.7克。

　　对于总干生物量，相同处理25/0和50/0存在显著差异，分别降低了48%和28%。在两个作物周期中，用纳米氮肥在土壤中评估的25%常规肥料和75%纳米颗粒的生菜作物的植物重量增加了123%至159%。

　　当施用推荐剂量一半的NPK纳米肥料时，生菜中的干生物量增加。纳米形氮的应用通过提高蛋白质含量和其他必需营养素的吸收来增加生长和产量。与对照组相比，向生菜作物中添加粘土矿物鸟粪石作为缓释肥料显着增加了生菜的平均新鲜和干重。

　　当在0，60，90和120 kg N ha的剂量下评估缓释和速释氮肥时应用于生菜植物，发现氮肥水平的增加与植物新鲜和干重的增加有关。在新鲜和干燥生物质中，剂量最高的缓释肥料更大。

　　从这个意义上说，没有传统肥料的NCN 25和50剂量中的氮含量不足以使植物正常生长，这对总干生物量产生了负面影响。

　　NO3−K+和 Ca+2浸出

　　不同评估时间的NDVI显示处理之间没有显著差异，但是由于测量时间的原因，可以观察到增加，15天的平均值为0.34，30天时的平均值增加到0.44，45天时的平均值达到0.63。根据接近 45 的 Ashraf值，该指数描述了更强的营养生长。

　　在这种情况下，施加的剂量不会促进NVDI的任何压力。提到生菜在生长季节没有差异，在没有N的处理中，NVDI值降低。在胡萝卜中，缓释氮肥评估了3年，处理不影响NDVI读数，并且可以确定缓释肥料只需要一次施用与对照相比两次施用。

　　与传统的氮源产品相比，由于氮的释放时间更长，这减少了对环境的影响，减少了浸出。用控释肥料评估天竺葵的氮状况，在温室种植的植物中，不同剂量为0至16 g。NDVI值较高：施用氮肥的植物为0.78，未施肥的植物为0.51。

　　随着植物的生长，NDVI能够区分处理较高的肥料剂量，差异可归因于释放速率，分布和N含量。NDVI允许在生长季节监测作物健康状况，以确认种植前施氮肥是否足以满足作物需求。

　　由于本实验在NVDI中没有显示出显着差异，可以提到常规肥料和纳米复合材料在不同处理中的氮施用量对生菜来说是足够的，因为标准化差异指数对于所有生菜都是相似的;

　　该植物在任何可以与NVDI区分的处理中都没有显示出任何类型的应力。5A、渗滤液中硝酸盐含量15 d后表现出显著差异，其中50/0处理比对照处理降低了45%。到底 30 天，内容减少了一半。

　　第45天，75/0和100/0处理均高于所有传统施肥处理，25/0时NNC剂量最低。在甘蔗的评价中，施用尿素和氮螯合纳米肥的剂量表明，硝酸盐浸出率最高699.0 mg属于尿素肥料的最高水平和施用的最低水平的NNC。

　　在所有肥料处理中增加氮含量会增加土壤硝酸盐浓度和硝酸盐淋溶。在土壤柱中，施用多种褐煤尿素颗粒一种缓释氮肥材料可以潜在地减少氮损失，同时在土壤剖面中添加氮。

　　含有较高褐煤量的球团中矿物氮的浸出损失较低，强调了在氮保留中的作用。较高的营养保留可能通过形成更稳定的有机矿物复合物来实现，并且浸出或挥发损失的可能性更小。

　　鉴于缓释肥料的浸出率低，当增加肥料用量时，纳米氮肥的产量更高。使用缓释纳米肥料减少养分浸出可以减少土壤和水污染。淬火和分割是一种可能的方法，可以在不显着增加钢重量、生产成本和合金元素的情况下制造具有高成形性的高强度产品。

　　前一种工艺消除了第二个加热循环，从而降低了整体能耗，从工业角度来看，这是可取的，因为可以降低财务和环境成本，与传统工艺相比，Q&P热处理允许在不影响其结构完整性的情况下生产薄壁部件和结构。

　　对于汽车行业来说，重量更轻的部件可以提高燃油效率并减少温室气体排放，这一点非常重要在碳钢上应用热处理进行了大量研究，但只有少数研究集中在将Q&P热处理应用于MSS上。

　　延展性相对于其淬火和回火条件提高了约5个百分点。其他工作解释了与Q&P MSS中微观结构演变相关的一些机制。已经证明了M的存在的C在10°C下分配450分钟后可以形成，但Cr的存在也能够降低碳的热力学活性。其他研究表明，Cr的作用与Si相似，并且能够增加RA的数量。

　　这项工作研究了在具有有限伸长性能的AISI 420A低碳MSS上进行SS和DS Q&P热处理的可靠性。这项研究是使用扁平和薄样品进行的，这些样品会影响整体机械性能的测量，但对于最终部件的轻量化至关重要。

　　要了解这些钢的结构完整性，需要评估其拉伸力学性能和断裂韧性，这是使用测试标准确定的，还利用X射线衍射和透射电子显微镜对钢进行了微观结构表征。

　　加热过程中马氏体到奥氏体的转变伴随着体积收缩，在加热过程中在测偶曲线上形成拐点。膨胀测量结果来，加热高于交流电时，体积继续增加。

　　碳化物溶解后，必须将钢保持在奥氏体化温度下，以实现足够的碳扩散并降低跨相边界的碳浓度梯度。这最大限度地减少了淬火时形成碳化物的可能性减少了位于相边界上的碳化物对钢机械性能的有害影响。

　　为促进碳扩散和获得碳在微观结构中的均匀分布而选择的奥氏体化温度设置为1100°C，因为较高的温度会导致合金氧化和降解显示了实验过程中进行的不同测量。

　　SPAD用于估计生菜植株中氮的浓度，在氮剂量越高时，植物的光合效率越高，SPAD单位越高。SPAD对生菜的影响与NO剂量无关新罕布什尔州，但在不同的周期中栽培时确实有所不同。

　　滴灌使SPAD单位（44至30）增加35%，使生菜中纳米肥料的使用更有效。在无论是使用常规肥料还是使用NCN，氮的剂量在收获结束时都显示出值的差异，这表明SPAD中反映的施用氮浓度相似。

　　NCN与常规肥料不同配施显著影响莴苣植株氮素浓度，0/75和0/100处理的氮含量比33/75处理高出25%，其余处理无差异。提到生菜价值在 2.5% 到 4% 的充足范围内，这项工作中的大多数都在 75.25% 以上。

　　在用三种处理培养生菜的实验中：尿素，淀粉 - 尿素混合物和玉米淀粉氨基甲酸酯（缓释肥料），生菜氮含量在处理组之间没有显着差异，所有处理吸收的氮含量相似，并且淀粉氨基甲酸酯由于其低溶解度和释放速率以及矿化度，可用作缓释肥料。

　　在莴苣植株中，通过不同灌溉和基本制度在莴苣植株上应用纳米氮，以不同的纳米氮形式组合，并采用表面灌溉方法和滴灌来评估养分吸收。在两个季节，通过叶面喷施氮，在大规模滴灌中以5%的速率和15%的纳米形式施氮，检测到最大氮含量。

　　结论

　　数据显示，在研究的特定条件下，通过基础施用纳米肥料完全替代和高达25%的矿物质氮减少是减少生菜种植中常规肥料使用而不影响产量的最佳策略。

　　结果可能在很大程度上取决于所使用的土壤及其物理、化学和生物成分。建议未来的研究在得出最终结论之前，应评估其他类型的土壤，更多剂量的纳米肥料，生菜品种和施用时间。

　　在土壤柱中使用含氮纳米复合物的剂量释放的肥料与对照组的传统肥料类似，不影响生菜植物的生长，75%和100% NCN的剂量对生菜植物的生长具有相似的效果。叶片中的氮浓度处于最佳值内。

　　氮化纳米复合物的释放增加了渗滤液中的硝酸盐数量，将氮以氮化纳米复合物的形式施入土壤可以是替代传统肥料使用的一个选择，因为50和75的处理比对照处理需要更少的数量。

　　得到的结果是相同的；用更少的数量生产相同的产品，并减少了渗滤液中的氮，氮化纳米复合物的应用不仅匹配了作物的生长特性，而且允许使用低于推荐剂量的剂量。

　　文献参考：

　　1. Akmal M， Alvi S. ，《用于高效养分管理的碳基缓释肥料：合成、应用和未来研究需求》，土壤科学植物营养学报出版社， 2021年。

　　2. Maaza M. ，《生物合成金属纳米颗粒作为肥料：新兴的精准农业战略》，综合农业学报出版社，2022年。

　　3. Mathew L. ，《有机肥料作为控制营养释放的途径，》可持续农业学术出版社，2021 年。

　　作者:纪兮风