一种提高水稻抗逆性的增氧氮肥的制作方法

本发明属于肥料技术领域，涉及一种提高水稻抗逆性的增氧氮肥。

背景技术：

在我国，洪涝、干旱、低温冷害、高温热害(含干热风)、森林火灾、霜冻等气象灾害平均每年造成粮食产量损失约1200万t，占农业灾害总损失的60％以上。水稻是我国重要的粮食作物，水稻生长对水分、温度等气象条件都有一定要求。随着全球气候异常，局部地区暴雨、洪涝灾害频发，灌溉不当或排水设施不良等因素造成的稻田长期淹水，常常导致根际缺氧。稻田低氧胁迫严重影响植株的能量代谢，同时引起细胞质的酸化，不利于植株生长。根部缺氧导致水稻生长和产量潜力受到严重抑制，其中在分蘖期、孕穗期到灌浆期对水稻影响最大，其已成为制约我国水稻产量的关键非生物胁迫因子。在我国存在大面积的南方冷浸田、涝渍地以及潜育化稻田，制约这些地区水稻产量的关键非生物胁迫因子也是根部缺氧。

水、氮在水稻生长发育过程中是相互影响和制约的两个因子。随着气候变暖背景和工业化进程不断推进，全球水资源紧张趋势日益严峻。与此同时，高温热害通常伴随着水分亏缺，进而导致高温和干旱双重胁迫。我国当前水稻生产中存在氮肥施用过量、氮肥利用率较低等问题，且日益严重的水资源短缺加剧水、氮矛盾。探索兼顾提升水稻产量和水氮利用效率的适宜栽培途径和物化产品一直是近年来作物栽培学、土壤学和植物营养学领域的热点课题。

针对水稻不同时期的低氧、干旱胁迫，虽然农艺排水措施可以一定程度缓解稻田低氧胁迫，但长期以来存在对干旱胁迫应急措施重视不够、相关物化产品仍然缺乏等现状；同时，水分调控在解决水稻孕穗至抽穗期的“水氧矛盾”上也略显不足。因此，亟需针对性的开发兼顾增氧和耐旱相关物化产品以提高水稻抗逆性。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种提高水稻抗逆性的增氧氮肥，是一种水稻栽培中提高水稻抗低氧/干旱胁迫能力和产量的增氧氮肥。

本发明提供的一种提高水稻抗逆性的增氧氮肥，由35-45份氮肥、25-30份氧肥、10-15份粘结剂、6-10份包膜材料、2-3份硝化抑制剂，水适量组成。

所述的氮肥为硫酸铵、磷酸一铵、氯化铵等中的一种或者两种以上的混合物，其构成肥料内核。

所述的氧肥为过氧化钙、过氧化镁中的一种或者二者的混合物，其构成肥料外核。

所述的硝化抑制剂为2-氯-6-(三氯甲基)吡啶，3,4-二甲基吡唑磷酸盐、双氰胺中的一种或者两种以上的混合物。

所述的包膜材料为飞秒激光烧蚀后的变性聚二甲基硅氧烷。

所述的变性聚二甲基硅氧烷的制备过程如下：将聚二甲基硅氧烷预聚体与固化剂(dc184)按质量比为10:1混合均匀，真空条件下抽气10-20min，在80-150℃下加热固化2-5h，粉碎过100μm筛。将粉碎后的聚二甲基硅氧烷粉末均匀铺设于玻璃磨具上，厚度为0.2-0.4cm。随后，使用libra-usp-he钛宝石激光器进行烧蚀，该系统能够产生中心波长为800nm、烧蚀时间50fs、重复频率为1khz的激光脉冲。烧蚀工作参数设置如下：激光功率，30-50mw；扫描速率，4-6mm/s；透镜焦距，4μm；透镜的数值孔径为0.45。烧蚀后的聚二甲基硅氧烷颗粒表面会形成一种微纳米多级粗糙结构，在水下表现出超亲气特性。

本发明的另一个目的是提供所述增氧氮肥的制备方法，通过以下步骤实现：

(1)称取35-45份的硫酸铵、磷酸一铵、氯化铵混合物，以及25-30份过氧化钙、过氧化镁混合物，并加入10-15份凹凸棒土、沸石粉粘合剂和2-3份2-氯-6-(三氯甲基)吡啶，3,4-二甲基吡唑磷酸盐、双氰胺混合物，混匀后转入圆盘造粒机进行造粒，以喷雾形式补充适量水分，制备成肥料内核；

(2)将上述制备的肥料内核转入包膜机中，以6-10份上述改性聚二甲基硅氧烷微纳米粉末颗粒作为包膜材料进行扑粉包膜，以喷雾形式补充适量水分，温度控制在70-80℃，干燥后分装，即制备该球状增氧氮肥。

本发明的再一个目的是提供所述的提高水稻抗逆性的增氧氮肥的施用方法，通过以下步骤实现：在基施氮肥(纯n)6kg/亩，磷肥(p2o5)3kg/亩，钾肥(k2o)4kg/亩的基础上，分别在分蘖盛器、抽穗期和灌浆期按10-14kg/亩、6-10kg/亩和6-10kg/亩施用三次，能有效提高水稻抗低氧和水分胁迫能力，兼顾提高水稻产量和节水作用，经济效益较高。

本发明具有以下有益效果：

1.能够给淹水水稻根际提供缓慢释放的氧气：聚二甲基硅氧烷经过飞秒激光烧蚀后，表面也会形成一种微纳米多级粗糙结构。该表面在空气中显示超疏水性；但在水下，飞秒激光处理过的聚二甲基硅氧烷表面拥有水下超亲气特性，该氧肥生产的氧气气泡能在较长时间内被粗糙表面吸附，增加产生的氧气在溶液中的滞留时间和释放速率，另一方面，该表面吸附的氧气气泡能发挥一定的物理阻隔作用，也能一定程度上控制氧气的缓慢释放。

2.与常规氮肥相比，铵基增氧氮肥能通过提高水稻叶片gm(叶肉导度)和gs(气孔导度)、维持较高的光化学效率(фpsii)等途径提高叶片光合速率，维持水分胁迫条件下叶片较高的碳代谢，进而增强其叶片抗氧化损伤和抗水分胁迫能力。同时，该铵基增氧氮肥能降低水分胁迫下水稻叶片蒸腾速率和根系水势，进而有利于维持较高的水分吸收能力和水分利用效率。总之，铵基(nh4⁺+n)增氧氮肥培养的水稻幼苗较高的光合作用和水分利用效率、以及较低的氧化损伤均显著增强其抗水分胁迫能力，进而增加水稻幼苗的生物量。

3.作为填充物质的凹凸棒土和沸石粉，一方面具有优异的粘结性能，同时还具有一定的阳离子交换性，能吸附氧气反应的副产物，如ca²⁺、mg²⁺，有效缓解过氧化钙氧肥使土壤溶液ph升高的问题；添加硝化抑制剂能有效抑制铵态氮的硝化作用，稳定性好，氮肥利用率较高。

4.该增氧氮肥制作工艺简单，可借鉴当前成熟的造粒和包膜工艺、生产效率较高。

附图说明

图1为本发明增氧氮肥产品图。

图2为本发明中飞秒激光烧蚀后的聚二甲基硅氧烷。

图3为水培试验中本发明增氧氮肥与空白对照(过氧化钙)的可溶性氧含量变化对照图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例旨在进一步说明本发明，而非限制本发明。

实施例1

(1)聚二甲基硅氧烷飞秒激光烧蚀处理：将聚二甲基硅氧烷预聚体与固化剂(dc184)按质量比为10:1混合均匀，真空条件下抽气20min，在100℃下加热固化3h，粉碎过100μm筛。将粉碎后的聚二甲基硅氧烷粉末均匀铺设于玻璃磨具上，厚度为0.2cm。随后，使用libra-usp-he钛宝石激光器进行烧蚀，该系统能够产生中心波长为800nm、烧蚀时间50fs、重复频率为1khz的激光脉冲。烧蚀工作参数设置如下：激光功率，40mw；扫描速率，5mm/s；透镜焦距，4μm；透镜的数值孔径为0.45。烧蚀后的聚二甲基硅氧烷颗粒表面会形成一种微纳米多级粗糙结构，在水下表现出超亲气特性(图1)。

称取40份的硫酸铵、磷酸一铵、氯化铵混合物和28份氧化钙、过氧化钠、过氧化镁混合物，加入15份凹凸棒土、沸石粉等粘合剂和3份2-氯-6-(三氯甲基)吡啶3,4-二甲基吡唑磷酸盐、双氰胺混合物，混匀后转入圆盘造粒机进行造粒，制备成该肥料内核；

将上述制备的肥料内核转入包膜机中，以8份上述改性聚二甲基硅氧烷微纳米粉末颗粒作为包膜材料进行扑粉包膜，整个混合造粒过程以喷雾形式补充适量水分，温度控制在70-80℃，干燥后分装，即制备该球状增氧氮肥(图2)。

实施例2效果试验

2.1实施例1中增氧氮肥与空白对照(过氧化钙)的可溶性氧含量变化

溶解氧释放试验表明，本发明新型氧肥在水中的放氧量持续保持在40天左右，溶解氧含量在12天左右达到最高值，随后缓慢释放，且较过氧化钙具有明显的缓释作用；过氧化钙虽然也能增加溶解氧含量，但其在3-6天即达到释放高峰，随后溶解氧含量急剧降低，后期溶解氧含量显著低于本发明实施例1中的增氧氮肥。具体数据见图3。

2.2水分胁迫下不同氮肥对水稻幼苗农艺性状和生理指标的影响

试验方法：选择本发明实施例1中制备的增氧氮肥作为处理组，同时，等氮量常规尿素态氮作为参照组(除氧外，其他营养元素含量完全一致)，采用盆栽土培培养方法，水分胁迫设置为60％田间持水量，并以常规淹灌处理作为其空白对照。网室培养21天后，研究上述两种不同氮肥对水稻幼苗农艺性状、光合参数、水分吸收能力及氧化损伤等指标的影响。

表1水分胁迫下本发明增氧氮肥对水稻幼苗农艺性状和生理指标的影响

pn，光合速率；gs，气孔导读；gm,叶肉导度；фpsii，光系统ⅱ的有效光化学效率；tr，蒸腾速率；wue，水分利用效率；mda，丙二醛。

由表1可知，与参照组(常规尿素)相比，本发明实施例1所制得的增氧氮肥，可有效缓解水分胁迫诱导的光合速率、气孔导度、光系统光化学效率等光化学参数的降低，进而维持较高的光合速率；相反，本发明实施例1所制得的增氧氮肥降低了水分胁迫条件下叶片蒸腾速率，进而维持其较高的水分利用效率。与本发明实施例1所制得的增氧氮肥相比，尿素态氮显著提高水分胁迫下水稻根系氧化损伤(以丙二醛mda含量表征)。增氧氮肥处理中水稻幼苗较高的光合作用和水分利用效率、以及较低的氧化损伤均显著增强其抗水分胁迫能力，进而增加水稻幼苗的生物量。

2.3大田试验中施用实施例1中增氧氮肥和常规氧肥(过氧化钙)水稻产量

大田试验在中国水稻研究所富阳试验基地进行，设3个处理，分别为施用本实施例1增氧氮肥(处理1)、过氧化钙(处理2)，并以农民常规施肥处理作空白对照(不施氧肥，处理3)。处理1和2中，氧肥施用方法为：分别在分蘖盛器、抽穗期和灌浆期按12kg/亩、8kg/亩和8kg/亩施用三次。除氧肥外，其他所有施肥、灌溉和病虫害管理均同空白对照处理相同。每个处理设三个重复，取其平均产量进行分析，试验结果如下表2。

表2为大田试验中施用本发明增氧氮肥和空白对照(过氧化钙)水稻产量比较

由表1可知，与空白对照处理相比，本发明新型增氧氮肥(处理1)和常规氧肥(处理2)平均产量均得到不同程度提高，但本发明处理中水稻产量和增产率均高于常规氧肥。这说明施用本发明实施例1中的新型增氧氮肥对水稻增产效果好于施用过氧化钙常规氧肥。