我國科研人員利用納米材料表面粗糙工程技術提高葉面氮肥利用率

2020-12-05 中國科學院科技產業網

近期，中科院合肥研究院固體所納米材料與器件技術研究部環境與能源納米材料中心團隊利用納米材料表面粗糙度工程，成功地將海膽狀納米二氧化矽空心球作為一種新型載體，來提高葉面氮肥在作物葉面上的粘附能力，有效提升了葉面氮肥利用率。相關成果以「Improving utilization rate of foliar nitrogen fertilizer by surface roughness engineering of silica sphere」為題發表在環境領域專業期刊Environmental Science: Nano上。

圖1. 三種表面粗糙度不同矽載體材料的掃描電鏡和透射電鏡照片。

肥料在農業生產中起著重要作用。據統計，20世紀化肥對糧食總產量貢獻率約為33%。氮肥作為最重要的無機肥料，在農業生產中被廣泛使用，但濫用氮肥所造成的環境汙染問題也是所有肥料中最為嚴重的。為了減少土壤汙染、提高氮肥利用率，科學家們提出使用葉面氮肥(FNF)替代傳統的土壤施肥。

然而由於作物葉面荷葉效應，大多數FNF會在噴灑過程中從葉面滑落，或者經雨水衝刷排放到土壤環境中，造成利用率低下、土壤汙染嚴重等問題。因此迫切需要開發一種新型FNF載體材料，可以有效附著在作物疏水的葉面上，從而提高氮肥利用率，減少氮肥對土壤的汙染問題。

圖2. 盆栽實驗中玉米幼苗噴施不同葉面氮肥前後對比數碼照片。

為此，固體所科研人員設計了三種表面粗糙度不同的環境友好型矽載體材料用於負載傳統FNF，並成功製備了三種表面粗糙度不同的葉面氮肥。系統研究了三種表面粗糙度不同葉面氮肥在作物葉片表面的粘附能力，探究了玉米幼苗生長過程中對不同葉面氮肥中氮素的利用效率。

結果表明，三種新型葉面氮肥對作物葉面的附著率均高於傳統FNF。與傳統FNF相比，海膽狀納米二氧化矽葉面氮肥在花生葉面和玉米葉面的粘附能力分別提高了5.9倍和2.2倍，在玉米幼苗生長過程中氮素有效利用率提高2.29倍。

圖3. 玉米幼苗植株性狀表徵。

此外，通過接觸角測量、微觀結構分析以及矽球與作物葉面相互作用力的計算，對基於矽球表面粗糙度工程提高葉面氮肥在作物葉面的附著能力進行了深入的探究。本文的研究將為利用納米材料表面粗糙度工程開發新一代葉面肥料提供參考。

以上研究得到了國家自然科學基金等項目資助。

來源：中科院合肥研究院

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