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不同纳米材料在纳米肥料上的应用研究进展

来源：泰然健康网时间：2024年12月21日 12:12

引言

纳米肥料是纳米生物技术的一个分支，是用纳米材料技术构建、用医药微胶囊技术和化工微乳化技术改性而形成的全新肥料。综述了纳米碳、纳米金属及金属氧化物、纳米矿物等材料在纳米肥料中的应用及对作物生长的影响。针对纳米肥料价格较高限制了其大规模推广应用的情况，提出了开发成本低廉、具有综合利用价值的天然纳米矿物是今后纳米肥料的研究方向。

本文节选自齐明阳，王秀峰，冯文博，李少帅，修会江，金树杰，惠建斌发表于《肥料与健康》2023年第2期的文章《不同纳米材料在纳米肥料上的应用研究进展》，全文请点击以下链接阅读：

不同纳米材料在纳米肥料上的应用研究进展

文章引用格式：齐明阳, 王秀峰, 冯文博,等. 不同纳米材料在纳米肥料上的应用研究进展 [J]. 肥料与健康, 2023,50(2):1-5.

纳米技术是20世纪80年代末出现的新型技术，目前纳米技术与生物技术、信息科学技术并称为21世纪社会经济发展的三大支柱产业。在三维空间中只要有一维的尺度为1~100 nm的材料，或由其作为基本单元构成的材料都可称为纳米材料。纳米材料从三维外观尺度上可分为4类：零维纳米材料如纳米颗粒、团簇等；一维纳米材料如纳米纤维、纳米带、纳米管等；二维纳米材料如纳米薄膜、纳米片等；三维纳米材料如纳米陶瓷、纳米多孔材料、纳米复合材料等。由于纳米材料粒径微小，使其具有其他材料所不具备的纳米效应，即量子尺寸效应、表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应等。近年来，纳米技术得到了快速发展，为农业生产中存在的问题提供了新的有效解决途径。

纳米肥料概念是由中国农业科学院土壤肥料研究所张夫道研究员首先提出的，并获得了国家“863”项目的立项。纳米肥料是纳米生物技术的一个分支，是用纳米材料技术构建、用医药微胶囊技术和化工微乳化技术改性而形成的全新肥料。纳米材料作为包膜材料具有优良的吸附性和胶体稳定性，在肥料中添加纳米材料，可有效控制肥料养分的释放，同时纳米粒子可以提高作物根系的吸收能力，更利于作物对营养物质的吸收利用。当前纳米肥料发展迅速、前景广阔，很多国家都十分重视对纳米肥料的研究，美国、日本、印度及欧洲的一些国家已对纳米肥料的生产与应用进行了大量的试验。本文综述了当前纳米肥料中用到的几种主要的纳米材料，并对纳米肥料对植物生长的影响进行了概述。

纳米碳材料

纳米碳于2007年首次被应用到肥料中。纳米碳是一种改性碳，具有全水溶、非导电和低燃点的特性，入水后会转变成超导体，可以平衡土壤中的阴阳离子，提高土壤的可溶性盐浓度(EC值)，促进植物对水分和氮、磷、钾等养分的吸收。纳米碳作为肥料增效剂添加到各种肥料中，能够提高肥料的利用率，实现节肥增效，近几年已成为新的研究热点。

王飞对玉米进行了2年的试验，得出肥料中添加纳米碳有利于提高氮肥的利用率，可提高玉米的产量。王小燕等以水稻为对象，研究了纳米碳增效尿素对水稻生长的影响，结果表明纳米碳增效尿素对水稻有效分蘖、干物质积累量的影响均优于普通尿素的。刘键等通过对纳米碳增效肥料的研究发现，白萝卜、茄子、辣椒、芹菜在施用纳米碳增效肥料后，可促进蔬菜提早发育，改善蔬菜的品质，产量也得到明显增加，同时节肥效果明显，节肥量可达30%~50%。研究表明，纳米碳还能有效改良盐碱地，提高植物抗旱、抗高温等逆境胁迫的能力。

纳米金属材料

纳米金属材料指的是粒径达到纳米级的金属、金属氧化物和量子点等，在纳米肥料中常用的有纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米氧化镁、纳米氢氧化镁和纳米氧化铁等。

王苗苗的研究发现，一定浓度的纳米二氧化钛可使小白菜的SPAD值显著增加，增强了小白菜的光合作用。许秀成等指出：在化肥中添加0.3%~0.4%的纳米氢氧化镁，能显著提升蔬菜的SPAD值、产量和品质；在减肥20%~30%的情况下，可使大田作物水稻、小麦产量保持不减产或有所增加。蔡璘等通过试验发现，施用一定量的纳米氧化镁对番茄生长有显著的促进作用。研究发现，使用纳米氧化铁能促进种子萌发及植株根系和地上部生长。刘秀梅等通过研究发现，肥料中添加纳米氧化铁能够显著促进花生的生长发育和光合作用，同时纳米氧化铁还有利于促进花生对氮、磷、钾养分的吸收和利用。孙露莹的研究发现，一定浓度的纳米氧化锌可显著提高干旱胁迫下玉米叶片超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、抗坏血酸过氧化物酶的活性和SPAD值，有利于缓解干旱胁迫对玉米植株的损伤。

纳米矿物材料

纳米矿物材料主要是指天然矿石采用深加工技术和手段得到的至少在一维尺度上小于100nm的一类材料的总称。纳米矿物材料特殊的结构导致其具有较大的比表面积和较高的表面能，从而具有一定的特异效应。

路轲的研究发现，纳米羟基磷灰石和氯化钾配合处理可促进水稻幼苗生长，提高水稻幼苗植株的磷含量。与常规磷肥相比，基于钙和磷纳米粒子制成的羟基磷灰石，可使大豆的生长速率和产量分别提高33%和20%，施加纳米羟基磷灰石可促进土壤pH升高、植物生物量增加。Yin等采用富硒碳质硅质岩粉为原料，经超细粉碎制成纳米长效硒肥，其中纳米颗粒占总体积的30%~95%，将该肥料应用于农田可改善土壤结构。王小娟等采用土培试验证明了纳米膨润土和纳米活性炭包膜氮肥可提高早稻对氮、磷、钾养分的吸收，促进了氮、磷、钾向籽粒的转运，提高了早稻产量。

其他纳米材料

近些年其他纳米材料在肥料上的应用也多有报道。纳米二氧化硅作为肥料的载体，有效延长了肥效时间。陈庆峰等的研究表明，在氮肥中添加微纳米硅肥，可延长氮肥释放周期。孙德权等介绍了将纳米二氧化硅添加到尿素中，可以减缓尿素在土壤中的释放速率，提高肥料的控释性能和肥效。韩哲等通过试验发现，在同样磷钾肥施用条件下，氮肥用量减少25%，施用纳米二氧化硅包膜尿素的水稻与普通施肥相比，依然能得到较好的增产效果。徐俊研究了纳米二氧化硅肥料对水稻生长的影响，结果表明根施纳米二氧化硅肥料后，能增强水稻叶片在衰老条件下抗逆境胁迫的能力，水稻叶片表面硅质化效果明显，水稻叶片的SPAD值增加，光合作用增强，从而促进水稻增产。Adisa等的研究表明，工程纳米材料可以通过影响土壤中肥料养分的有效性和植物对养分的吸收来提高作物的生产力。

结语

尽管近些年纳米材料在肥料上的应用研究得到重视，相应技术也有很大的发展和提升，但不同纳米材料在肥料中的应用效果和对植物的影响差异较大，还需进一步研究探讨。纳米碳材料具有较好的吸附性能，在肥料中较少量添加即可起到提高肥料利用率的效果，但目前市场上纳米碳材料售价多在每吨几十万元，肥料中添加使用成本太高，不利于大规模应用。纳米金属材料虽然可以促进作物对养分的吸收，但由于其粒径极小，具有较高的活性，在使用安全计量和毒性方面需做进一步的研究。

通过对比，笔者更倾向于纳米矿物材料。首先，纳米矿物材料取自天然矿物，通过物理加工制得，对环境和作物更为安全；其次，纳米矿物材料价格较便宜，不会大幅增加肥料的生产成本。最后，将磷肥生产和磷矿开采的副产品通过纳米化制成新的肥料产品，可实现矿物资源的综合利用。

我国的总耕地面积基本固定，在种植面积不增加的前提下，在一定范围内增加肥料用量可以有限提高粮食产量，但肥料过量施用会出现土壤板结、盐渍化等问题，对生态系统造成破坏。面对当前粮食安全和资源环境的双重压力，中央一号文件特别强调发展绿色农业，深入推进农药、化肥零增长行动，这就要求我国肥料发展应以提高肥料利用率为核心，减少肥料生产资源和能源消耗，提高肥料的养分利用率。综上所述，纳米材料在肥料方面的应用，不仅具有肥料利用率高、保水保肥、调理土壤等作用，还可以提高作物抗性、产量和品质，具有广阔的应用前景。建议进一步对不同纳米材料在肥料中的作用机理、环境影响和应用工艺进行研究，优选出综合效果良好、成本价廉的纳米材料，以促进纳米肥料的推广应用。

编辑：黄婧，颜坤 | 审校：郭俊 | 监制：师蓉

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