[發明專利]一種氮摻雜碳納米粒子緩釋氮肥及其制備方法

在審

• 申請號: 201710019068.8
• 申請日: 2017-01-11
• 公開（公告）號: CN106699399A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 胡偉
• 申請（專利權）人: 湖南科技大學
• 主分類號: C05G3/00
• 分類號: C05G3/00;C05G3/08
• 代理公司: 北京國昊天誠知識產權代理有限公司11315
• 代理人: 許志勇

技術領域

本申請屬于肥料制備技術領域，具體地說，涉及一種氮摻雜碳納米粒子緩釋氮肥及其制備方法。

背景技術

氮肥的施用在促進現代農業生產發展中發揮了重要作用，但較低的氮肥利用率造成的資源、能源的巨大浪費以及農產品和土壤、水體的重度污染。中國科學院南京土壤研究所的朱兆良在總結國內研究結果的基礎上,對我國農田中化肥氮的去向進行了初步估計，除了35％為作物吸收及13％無法統計外，其余均以各種途徑損失殆盡，其中最主要的途徑是表觀硝化與反硝化，占據氮肥總施用量的34％。大量損失的氮素進入環境后，造成了大面積的水體污染，以湘江流域株洲-湘潭段為例，一年和二年年總氨氮平均超標率分別高達16.67％和33..33％，長沙城區地下水硝態氮超標率35％，是正常值的1.1-1.4倍，嚴重影響了該流域居民用水安全。如何提高氮肥利用率，減少氮素損失，避免氮污染成了人們普通關心的問題。

生物圈中各個生態系統的N素循環一般以NH₃(生物固氮、氮肥施用)的形式輸入氮素，經由同化、氨化、硝化、異化性硝酸鹽還原等生物轉化作用及其相伴的遷移運動，最終借助反硝化作用，以氮氣的形式輸出N素。在這個地球化學循環過程中，硝化作用對于促進生態系統的N循環、緩解環境壓力、保持生態環境健康穩定有著重要意義。但是，經硝化作用形成的硝態氮不易被土壤膠體吸附，成為降低氮肥利用率、污染水體的主要原因。因此，尋找能調控硝化作用的有機或無機物質并進行農業應用開發是緩解氮肥利用率低等一系列問題的有效途徑。

硝化抑制劑(Nitrification inhibitor)是一類應用較為廣泛的氮肥增效劑，其主要特點在于能顯著影響N素的轉化過程，提高土壤中N固持量，減少硝酸鹽積累，降低N₂O的排放量，提升作物品質和產量。目前在農業上大量應用的硝化抑制劑主要有Nitrapyrin(氯甲基吡啶)、DCD(雙氰胺)和DMPP(3,4-二甲基吡唑磷酸鹽)等，室內研究表明，這幾種物質都有著較好的硝化抑制效果。如按純氮量的0.3％制備氯甲基吡啶乳油劑，在砂土中的硝化抑制率能達到40.0％～79.0％，在粘土上略低為35.7％～53.3％。DCD配施氮肥可使設施番茄氮素的平均利用率由13.84％提高到22.45％。添加純氮量1％-2％的DMPP可以有效減緩硝化作用過程。而在田間應用條件下，DCD能減少約26％的N₂O損失，DMPP的效果更強，能減少約49％N₂O損失。這些硝化抑制劑的大規模應用為減少氮肥施用量、降低氮肥污染起到了積極作用。同時對這些硝化抑制劑的作用機理研究也逐步深入，以期更好的發揮硝化抑制劑氮肥增效效果。

土壤中的氨在氨氧化細菌(AOB)或氨氧化古細菌(AOA)的作用下轉化為亞硝酸鹽，這是土壤氮素轉化的第一步，也是硝化過程中的限速步驟，因而在氮素地球化學循環中，這類菌群的活性有著極為重要的地位。較早前的研究認為，參與硝化過程的土壤硝化菌群主要為氨氧化細菌(AOB)及亞硝酸鹽氧化菌(NOB)，但最新的研究表明，氨氧化古細菌(AOA)也是影響硝化過程的主要菌群。由于氨氧化細菌很難進行純培養，因而單純根據培養結果對硝化抑制劑的作用機理進行分析將不準確。隨著分子生物學技術的進步，定量分析硝化抑制劑對氮素轉化過程中功能微生物種群變化的影響成為可能。楊揚等人(楊揚，孟德龍，秦紅靈，吳敏娜，朱亦君，魏文學.硝化抑制劑對蔬菜土硝化和反硝化細菌的影響[J].生態學報，2012，32(21):6803-6810.)運用熒光定量PCR技術研究發現施用DCD會導致土壤中硝化基因amoA豐度顯著減少，而amoA基因被認為是AOB菌群中負責將氨轉化為羥胺的氨單加氧酶的活性中心。宮平則運用熒光定量PCR技術實時監控DCD和DMPP對棕褐土中AOA及AOB種群數量的影響，結果表明這兩種硝化抑制劑能顯著降低AOB的數量，但對于AOA種群數量作用不明顯，這一定程度上限制了這類硝化抑制劑在以AOA為主要硝化菌群的環境中應用效果。

除此之外，作用不穩定、價格昂貴、毒性和污染等缺陷也限制了這類硝化抑制劑的推廣。DMPP的抑制效率高低、有效期長短及施用效果，均受到土壤質地、溫度、水分、土壤過氧化氫酶活性、土壤pH等諸多因素的影響。DCD被認為雖能減少氮損失，但對于作物增產沒有明顯影響，反而會因為用量較大而降低農產品實際收入。氯甲基吡啶用量過多就會對植物產生毒害作用，影響作物根系、葉片，不同的用量對不同的作物產生的毒害作用不同。