磷鎂促釋基質(zhì)養(yǎng)分釋放特性及種植效果

張俊濤，葉少萍，廖宗文

(1.廣州市林業(yè)和園林科學(xué)研究院，廣東 廣州510405； 2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，廣東 廣州 510642)

一般植物生長發(fā)育需要大量的營養(yǎng)物質(zhì)，除了植物自身合成的物質(zhì)，外源有機、無機營養(yǎng)物質(zhì)也是調(diào)控植物生長發(fā)育的關(guān)鍵因子。在作物生產(chǎn)上，外源營養(yǎng)物質(zhì)主要來源于施肥，但目前肥料的當(dāng)季利用率普遍較低，比如施入土壤的磷肥當(dāng)季利用率一般僅為10%～25%[1]，加之國內(nèi)高品位肥料礦物資源日益緊缺，而中低品位肥料礦物資源則存在生產(chǎn)成本高、肥效低下等問題，對傳統(tǒng)肥料工業(yè)帶來了極大的挑戰(zhàn)。非水溶性礦物肥源有磷礦粉、輕燒氧化鎂、鉀長石、硼泥等，均為中低品位礦物資源[2]，如何提高其養(yǎng)分釋放效率、降低傳統(tǒng)提取環(huán)節(jié)帶來的潛在環(huán)境污染風(fēng)險，成為緩解傳統(tǒng)肥料工業(yè)困境的關(guān)鍵之一。近年來，研究人員利用促釋技術(shù)對非水溶性礦物肥源進(jìn)行促釋處理，工藝簡單、無需耗酸、無需煅燒，且能活化并促進(jìn)礦物磷、鉀、鎂、硼等元素的釋放、增加水溶性養(yǎng)分的含量，促進(jìn)作物增產(chǎn)，取得了較好的效果[3-4]。促釋材料是制備促釋型肥料的活化劑，大多數(shù)來自于改性工農(nóng)業(yè)廢棄物[3]。此外，腐殖酸經(jīng)過加工也可以成為磷礦、鎂礦和鉀礦的活化劑[5]，而研究發(fā)現(xiàn),紫花苜蓿(Medicagosativa)盆栽試驗中腐殖酸類肥料與磷肥可形成腐植酸-磷酸鹽復(fù)合物，防止土壤對磷肥的固定，從而提高磷肥的肥效[6]。然而，目前促釋技術(shù)更多是對單一礦物肥源進(jìn)行活化處理，對于混合礦物肥源的促釋效果研究仍未見報道。

在花卉生產(chǎn)中，無土栽培以省工省力、省水省肥、優(yōu)質(zhì)高效、環(huán)保、污染少、避免連作障礙、占地面積少等優(yōu)點正逐漸被應(yīng)用，無土基質(zhì)栽培技術(shù)已成為設(shè)施園藝發(fā)展的新途徑[7]。固體基質(zhì)栽培是無土栽培的一種類型，一般選擇泥炭、椰糠、珍珠巖、蛭石等材料配制通氣性和透氣性良好的復(fù)合基質(zhì)，直接用于花卉栽培，有助于促進(jìn)花卉的生長發(fā)育及獲得最佳的觀賞性狀[8]。盆栽花卉一般生產(chǎn)周期短、生長迅速，營養(yǎng)生長期對氮素需求較大，在生殖生長期則對磷、鉀的需求增大[9]。在采用固體基質(zhì)栽培的基礎(chǔ)上，外源添加肥料是花卉吸收養(yǎng)分的主要來源，因此施肥管理成為了花卉生產(chǎn)控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。常見的花卉肥料包括有機肥、化肥、專用配方肥、緩釋(控釋)肥[10-11]。然而,花卉生產(chǎn)常規(guī)施肥大多以基肥和多次追施水肥為特征，不僅費時，而且成本高，如何改進(jìn)常規(guī)施肥方式、降低生產(chǎn)成本是值得人們思考的問題[12]。促釋磷、鎂、鉀、硼肥料作為基肥應(yīng)用在番茄(Lycopersiconesculentum)、玉米(Zeamays)、大豆(Glycinemax)、煙草(Nicotianatapacum)等作物栽培中，均表現(xiàn)出持續(xù)均衡釋放養(yǎng)分、促進(jìn)作物生長的優(yōu)點[4,13-14]，而在花卉栽培中的應(yīng)用及釋放效果仍未見報道。因此，本研究以磷礦粉、輕燒氧化鎂等非水溶性礦物肥源作為研究對象，選用4種促釋材料(W、Y、QW、FS)對兩種礦物肥源混合物進(jìn)行活化處理，配制磷鎂促釋基質(zhì)，通過淋溶試驗研究其水溶性磷、鎂素釋放特性，同時開展盆栽試驗研究磷鎂促釋基質(zhì)對夏堇(Toreniafournieri)、本地長春花(Catharanthusroseus)生長及開花的影響，以期為提高草花基質(zhì)磷鎂素的利用效率提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

4種促釋材料W、Y、QW、FS由華南農(nóng)業(yè)大學(xué)新肥料資源研究中心研制提供，pH 3.0～5.5，全磷(P2O5)含量分別為0.08%、0.06%、0.20%、0，均未檢出鎂。兩種礦物肥源，一種為磷礦粉，全磷含量23.02%；另一種為輕燒氧化鎂，全鎂含量(MgO)70.00%。

草花基質(zhì)由園林廢棄物堆肥產(chǎn)品、國產(chǎn)泥炭、椰糠按照體積比3∶6∶1混勻配制而成，其基本理化性狀為pH 5.56，可溶性鹽含量(EC) 1.08 mS·cm-1，全氮(N)、全磷、全鉀(K2O)含量分別為51.42、1.73、9.26 mg·kg-1。

1.2 促釋磷鎂的制備

磷鎂礦物肥源混合物，將磷礦粉80%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，w)和輕燒氧化鎂20%(w)混勻獲得。Ⅰ型促釋磷鎂由4種促釋材料3%(w)與磷鎂礦物肥源混合物97%(w)配制而成，分別標(biāo)記為W-Ⅰ、Y-Ⅰ、QW-Ⅰ、FS-Ⅰ；Ⅱ型促釋磷鎂由4種促釋材料5%(w)與磷鎂礦物肥源混合物95%(w)配制而成，分別標(biāo)記為W-Ⅱ、Y-Ⅱ、QW-Ⅱ、FS-Ⅱ?；旌喜牧涎心ズ蠹尤脒m量水，在室溫下培養(yǎng)2 d，風(fēng)干，磨碎備用。

1.3 磷鎂促釋基質(zhì)的養(yǎng)分釋放特性研究

設(shè)計9個處理(表1)，以草花基質(zhì)加入3.00 kg·m-3的磷鎂礦物肥源混合物為對照(CK)，促釋磷鎂則以相等磷鎂元素含量的原則加入草花基質(zhì)中制備磷鎂促釋基質(zhì)，其中T1、T2、T3、T4處理基質(zhì)分別加入3.09 kg·m-3的W-Ⅰ、Y-Ⅰ、QW-Ⅰ、FS-Ⅰ，T5、T6、T7、T8處理基質(zhì)分別加入3.16 kg·m-3的W-Ⅱ、Y-Ⅱ、QW-Ⅱ、FS-Ⅱ，每組處理3次重復(fù)。采用間歇淋溶法，具體步驟：用0.074 mm尼龍濾布封住PVC管(口徑5 cm，高30 cm)底部，并在濾布上墊約25 g砂子，每根管裝入200 g磷鎂促釋基質(zhì)，并以少量砂子覆蓋上層，使上層基質(zhì)到管口距離為3～5 cm。第1次先緩慢加70 mL水使基質(zhì)飽和，室溫依次靜置1、3、5、7、9、11 d后，再次緩慢加入70 mL水于管柱中，收集24 h內(nèi)淋溶液，結(jié)束后用塑料薄膜(帶小孔)封閉塑料管上口，共淋溶6次，收集并量取各次淋溶液體積。

表1 各處理基質(zhì)所添加的促釋磷鎂原料、比例及添加量Table 1 The kinds and mixing ratio of promoted-release materials and additive amount for different promoted-release P-Mg substrates

1.4 磷鎂促釋基質(zhì)盆栽試驗

按照1.3磷鎂促釋基質(zhì)的淋溶試驗結(jié)果，選擇水溶性磷淋溶效果較好的W-Ⅰ、Y-Ⅰ、FS-Ⅱ布置盆栽試驗。設(shè)計4組處理，以草花基質(zhì)加入3.00 kg·m-3的磷鎂礦物肥源混合物為對照(CK)，T1、T2、T8處理每立方米基質(zhì)分別加入3.09 kg W-Ⅰ、3.09 kg Y-Ⅰ、3.16 kg FS-Ⅱ。2012年4月19日開始夏堇、本地長春花盆栽試驗，每種草花每組處理各重復(fù)200盆，每盆裝入草花基質(zhì)1 500 mL。5月8日進(jìn)行長春花打頂，5月29日每盆夏堇、本地長春花均追施100 mL Hogland營養(yǎng)液(不含P、Mg元素)，保持正常水分管理。

1.5 測定指標(biāo)及方法

1.5.1淋溶液水溶性磷含量的測定 水溶性磷含量測定采用過硫酸鉀消煮、鉬酸銨分光光度法：吸取10 mL淋溶液于具塞刻度管中，加入5%過硫酸鉀2 mL，在高壓滅菌鍋中120 ℃消煮30 min后取出冷卻，加蒸餾水稀釋至50 mL，依次加入10%抗壞血酸溶液1 mL、鉬酸鹽溶液2 mL，顯色后在700 nm波長下測定吸光度，計算每毫升淋溶液磷含量，統(tǒng)計淋溶液總磷含量[15]。

1.5.2淋溶液水溶性鎂含量的測定 水溶性鎂含量測定采用原子吸收分光光度法：直接吸取淋溶液稀釋后，在原子吸收分光光度計上測定吸光度，計算每毫升淋溶液鎂含量，統(tǒng)計淋溶液總鎂含量[15]。

1.5.3生長指標(biāo)測定 統(tǒng)計植物株高、冠幅、花朵數(shù)、分枝數(shù)，采用常規(guī)方法：長春花株高測定時間為生長第6、19、54、82、111天，冠幅為第6、55天，分枝數(shù)為第54、82天；由于夏堇生長速度快、垂枝多，其株高測定時間為生長第6、84天，冠幅為第6、36天，花朵數(shù)為第55天；每種植物每組處理分別測量20盆。

1.5.4生物量 第105天收割夏堇地上部，第111天收割本地長春花地上部，稱量地上部鮮重；地上部鮮樣放入105 ℃烘箱內(nèi)殺青30 min，然后調(diào)至70 ℃烘干至恒重，稱重即為地上部干重，每種植物每組處理分別測量20盆。

1.6 數(shù)據(jù)處理與分析

采用SPSS 16.0軟件對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，對不同磷鎂促釋基質(zhì)處理的淋溶液水溶性磷、鎂含量和盆栽夏堇、本地長春花生長指標(biāo)進(jìn)行單因素方差分析，并用Duncan法進(jìn)行多重比較；圖形繪制采用Excel 2010。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同磷鎂促釋基質(zhì)淋溶液水溶性磷含量變化

隨著淋溶的進(jìn)行，與非促釋型磷鎂礦物肥源混合物(CK)相比，草花基質(zhì)添加Ⅰ、Ⅱ型磷鎂促釋材料的水溶性磷淋溶量呈現(xiàn)“先慢后快”的趨勢，前4次淋溶時水溶性磷含量較低，在第5、6次淋溶時水溶性磷含量則明顯增加(表2)。

從水溶性磷淋溶總量結(jié)果(表3)來看，除T3處理之外，其余處理磷鎂促釋基質(zhì)的水溶性磷總量較CK處理顯著增加了15.42%～27.10%(P<0.05)，其中添加W、Y磷鎂促釋材料的水溶性磷淋溶總量均高于添加QW、FS磷鎂促釋材料的處理(表3)。從不同添加比例來看， W-Ⅰ、FS-Ⅰ磷鎂促釋基質(zhì)水溶性磷淋溶總量高于W-Ⅱ、FS-Ⅱ，而Y-Ⅱ、QW-Ⅱ磷鎂促釋基質(zhì)水溶性磷淋溶總量則高于Y-Ⅰ、QW-Ⅰ?？偟膩砜?，添加促釋材料可以改善磷礦粉磷素不易溶出的情況，且具有一定的長效釋放效果。

表2 不同磷鎂促釋基質(zhì)淋溶液中的水溶性磷含量Table 2 Water-soluble P contents of leaching solution from different promoted-release P-Mg substrates μg

同列不同小寫字母表示不同處理之間差異顯著(P<0.05)。下同。

Different lowercase letters indicate significant difference at the 0.05 level. similarly for the following tables.

2.2 不同磷鎂促釋基質(zhì)淋溶液水溶性鎂含量變化

隨著淋溶次數(shù)增多，各處理的水溶性鎂淋溶量呈現(xiàn)“先增加后減少”的趨勢，處理間有一定差異(表4)。從淋溶總量結(jié)果來看(表3)，T1、T7、T8處理水溶性鎂素淋溶總量較CK處理分別高出4.30%、1.92%、0.28%，其余處理反而降低了0.57%～6.17%，但所有處理之間差異并不顯著(P>0.05)。

2.3 不同磷鎂促釋基質(zhì)對本地長春花生長的影響

2.3.1株高增長量 本地長春花生長初期(第6-19天)，CK處理的株高增長量高于T1、T8處理,且顯著高于T2處理(P<0.05)(表5)。從第19天開始，T2、T8處理的株高增長明顯加快，增長總量較CK處理分別高出19.42%、16.33%，與T8間差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)?？傮w上，草花基質(zhì)中添加促釋磷鎂W-Ⅰ、Y-Ⅰ、FS-Ⅱ，長春花的株高增長量隨時間的延長表現(xiàn)出“先慢后快”的趨勢，這與促釋混合肥料的“高效持久”釋放效應(yīng)是一致的，其中添加Y-Ⅰ、FS-Ⅱ的效果要優(yōu)于W-Ⅰ處理。

2.3.2冠幅、分枝數(shù)與生物量 T8處理第6-54天的本地長春花冠幅增長量顯著高于CK處理(P<0.05)，而T2處理冠幅增長量最低(表6)。第54、82天的單株分枝數(shù)結(jié)果顯示，T1處理的單株分枝數(shù)最大、顯著高于CK處理(P<0.05)。從單株生物量結(jié)果來看，T1處理的本地長春花地上部鮮重、干重較CK處理分別高出65.07%、63.42%，差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)?？梢钥闯?，草花基質(zhì)加入促釋磷鎂W-Ⅰ、Y-Ⅰ、FS-Ⅱ可明顯促進(jìn)長春花的冠幅增長、分枝以及地上部生物量積累，其中添加W-Ⅰ的處理效果最優(yōu)。

2.4 不同磷鎂促釋基質(zhì)對夏堇生長的影響

本研究中因夏堇生長速度快、垂枝多，因此主要分析前期營養(yǎng)生長期第6至84天的株高增長量以及第6至36天的冠幅增長量結(jié)果(表7)。結(jié)果表明，添加磷鎂促釋材料的3組處理夏堇株高、冠幅增長量均低于僅添加磷鎂混合物的對照處理，其中T2處理的株高、冠幅增長量均顯著低于其他處理(P<0.05)。從夏堇花朵數(shù)來看，T1處理的平均花朵數(shù)為99.37、顯著高于其他處理(P<0.05)，T2、T8處理平均花朵數(shù)則較CK處理顯著減少(P<0.05)。此外，T8處理的夏堇第105天地上部鮮重、干重最高，且顯著高于T2處理(P<0.05)(圖1)?？偟膩碚f，與僅添加磷鎂混合物的草花基質(zhì)相比，草花基質(zhì)中添加促釋磷鎂W-Ⅰ有助于增加夏堇開花數(shù)量，F(xiàn)S Ⅱ則有利于地上部生物量的積累，而Y Ⅰ能夠明顯降低夏堇生長效果。

表3 不同磷鎂促釋基質(zhì)淋溶液水溶性磷、水溶性鎂淋溶總量Table 3 Total water-soluble P or Mg contents of leaching solution from different promoted-release P-Mg substrates

表4 不同磷鎂促釋基質(zhì)淋溶液水溶性鎂含量Table 4 Water-soluble Mg contents of leaching solution from different promoted-release P-Mg substrates mg

表5 不同磷鎂促釋基質(zhì)對盆栽本地長春花株高增長量的影響Table 5 Effect of different promoted-release P-Mg substrates on height increments of Catharanthus roseus in pot experiment cm

表6 不同磷鎂促釋基質(zhì)對盆栽本地長春花生長指標(biāo)的影響Table 6 Effect of different promoted-release P-Mg substrates on growth parameters of Catharanthus roseus in pot experiment

本地長春花冠幅增長量統(tǒng)計時間為第6-55天，單株地上部生物量統(tǒng)計時間為第111天。

Crown diameter increments ofCatharanthusroseuswere counted from day 6 to day 55. Above-ground biomass per plant was recorded on day 111.

表7 不同磷鎂促釋基質(zhì)對盆栽夏堇生長指標(biāo)的影響Table 7 Effect of different promoted-release P-Mg substrates on growth parameters of Torenia fournieri in pot experiment

圖1 不同磷鎂促釋基質(zhì)處理的夏堇地上部單株生物量Fig. 1 Above-ground biomass per plant of Torenia fournieri planted in different promoted-release P-Mg substrates

不同小寫字母表示不同磷鎂促釋基質(zhì)處理之間差異顯著(P<0.05)。

Different lowercase letters indicate significant difference at the 0.05 level among different promoted-release P-Mg substrates.

3 討論與結(jié)論

磷礦是一種重要的難以再生的非金屬礦產(chǎn)資源，全世界約90%的磷礦用于生產(chǎn)各類磷肥，然而磷礦日益稀缺[16]。對中低品位磷礦資源進(jìn)行活化處理制作新型的磷肥品種促釋磷肥，是實現(xiàn)中低品位磷礦資源新利用的途徑[17]。劉洪峰等[18]發(fā)現(xiàn),促釋磷肥(17%)較新華牌磷肥、普鈣對提高大田水稻(Oryzasativa)產(chǎn)量效果更明顯，且肥料利用率更高。在花卉生產(chǎn)上，磷素對植物開花影響最為明顯。陳尚平等[19]認(rèn)為,磷在蝴蝶蘭(Phalaenopsisamabilis)的花芽分化中起主要作用，氮、磷、鉀比例為1∶3∶1(高磷)時，蝴蝶蘭花枝數(shù)最多。在磷虧缺時，蝴蝶蘭花莖和開花數(shù)量明顯減少[20]，一串紅(Salviasplendens)生長開花也會受到限制[21]。草花基質(zhì)中磷素含量低且較易隨淋水而流失，而磷礦粉中磷素又不易淋出，故利用促釋材料研制促釋磷礦粉，并將其添加到基質(zhì)中，不僅可以防止磷素的過度流失，也可以明顯促進(jìn)磷礦粉中磷素的淋出，達(dá)到長效釋放的效果。本研究結(jié)果顯示，4種促釋材料(W、Y、QW、FS)對磷礦粉表現(xiàn)出良好的促釋效果，草花基質(zhì)水溶性磷淋溶總量得以提高，明顯改善磷礦粉磷素不易溶出的特點。其中，促釋材料W、FS最適使用比例為3%，Y、QW最適使用比例為5%。

資料顯示，作物生產(chǎn)中一般重視氮、磷、鉀化肥的施用，隨著作物產(chǎn)量的提高，植物消耗土壤鎂素含量不斷增加，加之沒有及時補充鎂素營養(yǎng)，植物、土壤同時出現(xiàn)了缺鎂現(xiàn)象[22-23]。鎂是植物生長所需的營養(yǎng)元素之一，參與植物體內(nèi)多種生理反應(yīng)，缺鎂一般引起葉片失綠[24]，土壤有效鎂含量、土壤中陽離子(如K+、Ca2+、Al3+)的競爭效應(yīng)和土壤物理因素影響著植物對鎂素的吸收[25]。然而，植物鎂素關(guān)注度遠(yuǎn)低于磷素，尤其是在花卉生產(chǎn)基質(zhì)研究中?；诖耍狙芯坷么籴尣牧贤瑫r對磷礦粉和輕燒氧化鎂進(jìn)行促釋處理，結(jié)果顯示磷鎂促釋基質(zhì)水溶性磷淋溶增加的同時，水溶性鎂促釋淋溶效果并不明顯。促釋材料是礦物肥活化的關(guān)鍵，而晶體結(jié)構(gòu)的變化是引起元素釋放增加或減少的原因，前期研究發(fā)現(xiàn)，單一輕燒氧化鎂添加4%促釋材料，輕燒氧化鎂無定形程度提高，結(jié)構(gòu)變得松散，鎂素釋放增加[13]。多種礦物肥源混合應(yīng)用時，不同營養(yǎng)元素之間可能會表現(xiàn)出一定的交互作用(拮抗或協(xié)同作用)，在添加促釋材料的情況下，這種交互作用會進(jìn)一步發(fā)生改變。本研究使用的磷礦粉主要成分為磷灰石，含有較多磷素、鈣素[26]，磷礦粉經(jīng)過促釋材料例如木質(zhì)素磺酸鈉處理后，磷礦粉化學(xué)成鍵結(jié)構(gòu)被改變，促釋難溶的或枸溶的Ca-P鍵轉(zhuǎn)化為活性高的H2PO4-，降低磷灰石結(jié)晶程度，促使難溶的或枸溶的磷轉(zhuǎn)化為活性磷[17]。磷釋放增加的同時鈣釋放也增加，鈣可能來自于碳酸鈣的溶解[27]，磷、鈣素促釋后可能有更多的游離陰離子與鎂離子結(jié)合，導(dǎo)致鎂素釋放并無明顯改變。多種礦物肥源混合產(chǎn)生的交互作用不同于植物代謝活動中營養(yǎng)元素的交互作用，促釋材料對混合礦物肥源營養(yǎng)元素交互作用的影響機理目前仍未明確。因此，下一步有必要繼續(xù)開展試驗研究單一與混合磷礦粉、輕燒氧化鎂肥源的磷、鎂素促釋釋放效率及交互作用，為磷礦粉和輕燒氧化鎂的聯(lián)合應(yīng)用提供理論依據(jù)。

大量研究表明，礦物肥源經(jīng)促釋處理后，養(yǎng)分供應(yīng)能力得到改善，在作物栽培中表現(xiàn)出良好的促進(jìn)植物生長的效果，例如促釋型鎂肥處理的番茄果實鮮重和生物量可顯著提高16.5%和14.1%[13]，促釋型硼泥處理煙草的生長指標(biāo)更優(yōu)于非促釋型硼泥處理[14]。本研究首次探索促釋磷鎂在花卉栽培中的應(yīng)用效果，不同促釋磷鎂基質(zhì)對夏堇、本地長春花的生長均產(chǎn)生了影響。一方面，草花基質(zhì)中添加促釋磷鎂W-Ⅰ有助于增加夏堇開花數(shù)量，F(xiàn)S-Ⅱ則有利于地上部生物量的積累，而Y-Ⅰ則不利于夏堇的生長；另一方面，促釋磷鎂W-Ⅰ、Y-Ⅰ、FS-Ⅱ可明顯促進(jìn)長春花的冠幅增長、分枝以及地上部生物量積累，其中添加W-Ⅰ的處理效果最優(yōu)。

綜上所述，促釋技術(shù)是活化礦物肥源營養(yǎng)元素的重要途徑，促釋肥料在花卉生產(chǎn)中同樣具有應(yīng)用潛力。供試4種促釋材料(W、Y、QW、FS)對磷鎂礦物肥源混合物磷素的促釋效果最佳，尤其是草花基質(zhì)添加促釋磷鎂W-Ⅰ、FS-Ⅱ應(yīng)用效果最好，其最適添加比例分別為3.09、3.16 kg·m-3。草花生產(chǎn)中施肥管理是重要的技術(shù)措施，促釋礦物肥源因具有節(jié)能、增效的優(yōu)點，在草花生產(chǎn)中值得推廣應(yīng)用。然而，不同的草花品種對營養(yǎng)元素的需求存在一定差異，不同磷鎂促釋材料在草花生產(chǎn)中的適用范圍及作用機制仍有待進(jìn)一步研究。

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