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氮肥在农田的大量施用在保障粮食安全的同时，也导致了氮肥利用率降低和一系列的环境问题（如土壤酸化、全球变暖，空气污染和水体富营养化等），同时还威胁到了生态系统和人体的健康。在满足不断增长的人口的粮食需求的同时减轻环境负荷已成为现代农业的一项挑战。施用缓/控释氮肥是目前提高作物产量和氮肥利用率同时减少环境影响的有效途径之一。本论文研究不同类型的缓/控释氮肥在稻田施用中的农学效应和环境影响，并评估其经济效益，为解释不同缓/控释氮肥的养分释放过程与合理施用，进而为缓/控释氮肥的膜材选择、配方参数优化和推广应用提供重要的理论和生产指导。
本论文以4种缓/控释氮肥:树脂包膜尿素、水基聚合物包膜尿素、FeⅢ-单宁酸纳米改性水基聚合物包膜尿素和控失尿素为研究对象，以普通尿素为对比，开展对苏南稻麦轮作农田中氨挥发、N2O排放、淋溶、径流等氮损失途径及产量、氮肥利用率等农学和环境效应的田间观测研究，评价其农学和环境影响。结合室内培养实验养分释放规律的研究结果，从经济效益层面，对4种缓控释尿素在苏南稻麦轮作农田中的推广应用潜力进行评估。主要研究结果如下:
(1)本研究供试的缓/控释尿素中，树脂包膜尿素的缓/控释性能最好。在静水和土培体系中，其养分释放模式均接近“S型”，意味着其养分释放模式与作物养分需求更匹配。与相同施氮量下的普通尿素处理相比，施树脂包膜尿素的小麦、水稻产量分别提高了14.9～22.0％和12.9～40.8％，增加了13.5～34.2％的产量收益。虽然树脂包膜尿素的价格比普通尿素高800 CNYt-1，但由于其一次性施用，也大大降低了劳动力成本，最终使农民的纯经济效益比施普通尿素时进一步增加了36.6～67.6％。同时，施用树脂包膜尿素也能减少氮排放损失，进而使其环境成本与普通尿素相比减少了27.3～44.7％。因此，施用树脂包膜尿素可增加38.0～71.9％的净环境经济效益。
(2)水基聚合物包膜尿素的养分释放模式近似“抛物线型”，且存在包膜材料强度低，易溶胀破裂的缺点，使其在施用后的初期释放率高，且前15天养分释放速率较快，之后则进入养分缓慢释放的阶段。田间试验结果表明，与普通尿素相比，施水基聚合物包膜尿素使小麦、水稻的产量分别提高了-2.4～3.6％和-6.5～16.7％，对产量收益增加了-5.2～12.0％，虽水基包膜尿素对小麦和水稻的增产、增效及产量收益的增加并无明显优势，但其在施用时依然可稳产保收。同时，虽水基聚合物包膜尿素的价格高出普通尿素2200 CNY t-1，但通过一次性施用也降低了劳动力成本，在保证农民收入的同时使农民纯经济效益增加了0.89～23.9％。且施用水基聚合物包膜尿素也能使其环境成本与施普通尿素相比降低-3.6～37.8％。在综合农学效益和环境成本后，在施氮量为240kgN ha-1且一次性施用时，水基聚合物包膜尿素的净环境经济效益比普通尿素显著增加了26.2％，其他的施氮处理与施尿素处理相比也增加了1.3～20.4％。
(3)纳米材料FeⅢ-单宁酸改性后的水基聚合物包膜尿素的膜强度得到了进一步提高，显著改善了水基包膜肥强度低、前期释放过程易溶胀破裂的缺陷，提升了其对养分的缓/控释性能。与普通尿素相比，施用FeⅢ-单宁酸纳米改性水基聚合物包膜尿素使小麦产量增加了44.5～53.3％，使水稻的产量增加了0.58～25.5％，由此也增加了FeⅢ-单宁酸纳米改性水基聚合物包膜尿素的产量收益，增加幅度在13.4～35.5％。但其养分释放过程受水分的影响较大，在最大持水量为60％的水土培养体系中，FeⅢ-单宁酸纳米改性水基聚合物包膜尿素的养分释放模式近似为“S型”，而在最大持水量为100％的水土培养体系中，其养分释放模式则趋向于“抛物线型”。且初期较快的养分释放速率，使其氮损失排放和环境成本均与普通尿素无显著差异。虽然其价格与水基聚合物包膜尿素一样，比普通尿素高2200CNYt-1，但由于其劳动力成本的降低，且增产效果明显，其农民纯经济效益和净环境经济效益也明显高于普通尿素，分别增加了38.4～70.0％和39.5～73.8％。
(4)控失尿素是通过特殊的“控失”机制，将养分和养分水解产生的铵态氮通过“控失剂”所形成的微纳米分子网固定在一个个“网格”中，从而大大降低氮素养分的流动性和迁移率，达到氮素缓释、减少损失的效果。但其缓/控释效果受土壤水分的影响较大，“控失”期会随土壤水分增加而变短。导致目前施用的控失尿素的养分释放模式与作物生长期较长的小麦的养分需求规律和长时间淹水的水稻的养分需求规律同步性较低。与一次性基施尿素相比，施控失尿素使作物的产量和氮肥利用率分别增加了1.9％和0.03％，产量收益也因此增加了2.4％，在稳产保收的同时实现了增产增收的效果。而控失尿素的价格虽比普通尿素高700CNYt-1，但控失尿素的施用也减少了劳动力成本，使作物稳产保收的同时，进一步提高了农民纯经济效益的增收比例，与一次性基施尿素相比，增加了4.7％的农民纯经济效益。且控失尿素施入土壤后造成的氮素损失和产生的环境成本与普通尿素相比也无显著差异。因此，综合考虑农民纯经济收益和环境成本后，其带来的净环境经济效益增加了-15.1～5.7％。实现了稳产保收，增产增收的目标。
综合4种缓/控释氮肥养分释放过程，及其在苏南稻麦轮作农田的农学、环境效应和经济效益评估。初步结果表明，在苏南稻麦轮作农田中，树脂包膜尿素和FeⅢ-单宁酸纳米改性水基聚合物包膜尿素具有应用推广的潜力;水基聚合物包膜尿素在进行推广时尚需对其产品设计和生产工艺进行优化，进一步增强其施用和环境减排效果;控失尿素的推广应用，则可进一步延伸自其他类型的作物（如早作作物）或增加施肥次数、改进施肥方式，以发展更好的施用模式，进一步加强在苏南地区的应用推广。
本论文以4种缓/控释氮肥:树脂包膜尿素、水基聚合物包膜尿素、FeⅢ-单宁酸纳米改性水基聚合物包膜尿素和控失尿素为研究对象，以普通尿素为对比，开展对苏南稻麦轮作农田中氨挥发、N2O排放、淋溶、径流等氮损失途径及产量、氮肥利用率等农学和环境效应的田间观测研究，评价其农学和环境影响。结合室内培养实验养分释放规律的研究结果，从经济效益层面，对4种缓控释尿素在苏南稻麦轮作农田中的推广应用潜力进行评估。主要研究结果如下:
(1)本研究供试的缓/控释尿素中，树脂包膜尿素的缓/控释性能最好。在静水和土培体系中，其养分释放模式均接近“S型”，意味着其养分释放模式与作物养分需求更匹配。与相同施氮量下的普通尿素处理相比，施树脂包膜尿素的小麦、水稻产量分别提高了14.9～22.0％和12.9～40.8％，增加了13.5～34.2％的产量收益。虽然树脂包膜尿素的价格比普通尿素高800 CNYt-1，但由于其一次性施用，也大大降低了劳动力成本，最终使农民的纯经济效益比施普通尿素时进一步增加了36.6～67.6％。同时，施用树脂包膜尿素也能减少氮排放损失，进而使其环境成本与普通尿素相比减少了27.3～44.7％。因此，施用树脂包膜尿素可增加38.0～71.9％的净环境经济效益。
(2)水基聚合物包膜尿素的养分释放模式近似“抛物线型”，且存在包膜材料强度低，易溶胀破裂的缺点，使其在施用后的初期释放率高，且前15天养分释放速率较快，之后则进入养分缓慢释放的阶段。田间试验结果表明，与普通尿素相比，施水基聚合物包膜尿素使小麦、水稻的产量分别提高了-2.4～3.6％和-6.5～16.7％，对产量收益增加了-5.2～12.0％，虽水基包膜尿素对小麦和水稻的增产、增效及产量收益的增加并无明显优势，但其在施用时依然可稳产保收。同时，虽水基聚合物包膜尿素的价格高出普通尿素2200 CNY t-1，但通过一次性施用也降低了劳动力成本，在保证农民收入的同时使农民纯经济效益增加了0.89～23.9％。且施用水基聚合物包膜尿素也能使其环境成本与施普通尿素相比降低-3.6～37.8％。在综合农学效益和环境成本后，在施氮量为240kgN ha-1且一次性施用时，水基聚合物包膜尿素的净环境经济效益比普通尿素显著增加了26.2％，其他的施氮处理与施尿素处理相比也增加了1.3～20.4％。
(3)纳米材料FeⅢ-单宁酸改性后的水基聚合物包膜尿素的膜强度得到了进一步提高，显著改善了水基包膜肥强度低、前期释放过程易溶胀破裂的缺陷，提升了其对养分的缓/控释性能。与普通尿素相比，施用FeⅢ-单宁酸纳米改性水基聚合物包膜尿素使小麦产量增加了44.5～53.3％，使水稻的产量增加了0.58～25.5％，由此也增加了FeⅢ-单宁酸纳米改性水基聚合物包膜尿素的产量收益，增加幅度在13.4～35.5％。但其养分释放过程受水分的影响较大，在最大持水量为60％的水土培养体系中，FeⅢ-单宁酸纳米改性水基聚合物包膜尿素的养分释放模式近似为“S型”，而在最大持水量为100％的水土培养体系中，其养分释放模式则趋向于“抛物线型”。且初期较快的养分释放速率，使其氮损失排放和环境成本均与普通尿素无显著差异。虽然其价格与水基聚合物包膜尿素一样，比普通尿素高2200CNYt-1，但由于其劳动力成本的降低，且增产效果明显，其农民纯经济效益和净环境经济效益也明显高于普通尿素，分别增加了38.4～70.0％和39.5～73.8％。
(4)控失尿素是通过特殊的“控失”机制，将养分和养分水解产生的铵态氮通过“控失剂”所形成的微纳米分子网固定在一个个“网格”中，从而大大降低氮素养分的流动性和迁移率，达到氮素缓释、减少损失的效果。但其缓/控释效果受土壤水分的影响较大，“控失”期会随土壤水分增加而变短。导致目前施用的控失尿素的养分释放模式与作物生长期较长的小麦的养分需求规律和长时间淹水的水稻的养分需求规律同步性较低。与一次性基施尿素相比，施控失尿素使作物的产量和氮肥利用率分别增加了1.9％和0.03％，产量收益也因此增加了2.4％，在稳产保收的同时实现了增产增收的效果。而控失尿素的价格虽比普通尿素高700CNYt-1，但控失尿素的施用也减少了劳动力成本，使作物稳产保收的同时，进一步提高了农民纯经济效益的增收比例，与一次性基施尿素相比，增加了4.7％的农民纯经济效益。且控失尿素施入土壤后造成的氮素损失和产生的环境成本与普通尿素相比也无显著差异。因此，综合考虑农民纯经济收益和环境成本后，其带来的净环境经济效益增加了-15.1～5.7％。实现了稳产保收，增产增收的目标。
综合4种缓/控释氮肥养分释放过程，及其在苏南稻麦轮作农田的农学、环境效应和经济效益评估。初步结果表明，在苏南稻麦轮作农田中，树脂包膜尿素和FeⅢ-单宁酸纳米改性水基聚合物包膜尿素具有应用推广的潜力;水基聚合物包膜尿素在进行推广时尚需对其产品设计和生产工艺进行优化，进一步增强其施用和环境减排效果;控失尿素的推广应用，则可进一步延伸自其他类型的作物（如早作作物）或增加施肥次数、改进施肥方式，以发展更好的施用模式，进一步加强在苏南地区的应用推广。