三種不同聚合度組成的聚磷酸銨對玉米苗期生長的影響

陳小娟，楊依彬，龔 林，張承林*

（1 華南農(nóng)業(yè)大學資源環(huán)境學院，廣東廣州 510642；2 廣州一翔農(nóng)業(yè)技術(shù)有限公司，廣東廣州 510650；3 東莞一翔液體肥料有限公司，廣東東莞 523135）

聚磷酸銨 (ammonium polyphosphate，簡稱APP)，是一種富含氮、磷的無機聚合物，分子通式為 (NH4)n+2PnO3n+1。根據(jù)其聚合度n的大小，分為低、中、高聚合度3大類，其聚合度越高，水溶性越小，當n ＜ 20時，為水溶性APP。近年來，由于低聚合度APP富含氮磷營養(yǎng)、水溶性好、具有一定的螯合能力等特點，作為一種新型磷源進入化肥領(lǐng)域，用于生產(chǎn)高濃度液體復(fù)合肥料[1]。另外，APP需要逐步水解為正磷酸鹽才能被作物吸收利用，因此被認為是一種長效緩釋型肥料[2]。

國內(nèi)APP合成方法多樣，各個廠家的生產(chǎn)工藝及反應(yīng)控制條件不同，得到的APP聚合度及組分差異大，APP聚合度的高低影響其水解速度[3]，水解的速度快慢與APP在某一時間的供磷能力有密切關(guān)系。苗期是磷的營養(yǎng)臨界期，當APP作為種肥或底肥施用時，不同聚合度組成的APP可能存在供磷時間上的差別，從而影響苗期的生長。本研究比較了三種不同聚合度的APP對玉米苗期生長的影響，旨在為APP作為種肥或底肥施用提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

玉米品種為鄭單958，供試土壤為磚紅壤，取自廣東省徐聞縣。土壤基本性質(zhì)：pH值4.98、EC值68.0 μS/cm、有機質(zhì)13.6 g/kg、堿解氮65.8 mg/kg、有效磷1.60 mg/kg、速效鉀27.4 mg/kg、有效錳41.4 mg/kg、有效鋅0.70 mg/kg、有效鐵7.0 mg/kg、有效銅1.0 mg/kg、交換性鈣2.10 cmol (1/2Ca2+)/kg、交換性鎂1.48 cmol(1/2Mg2+)/kg，屬嚴重缺磷土壤。

供試肥料：工業(yè)級磷酸一銨 (12-60-0，簡稱MAP)，所有APP樣品由四川大學化工學院提供。在本試驗中，以不同聚合度的聚磷酸銨制備了三個種肥，簡稱APP1、APP2、APP3。一般來說，正磷酸和焦磷酸為低聚成分，三聚和四聚磷酸為中聚成分，五聚以上為高聚成分。APP1為 (含N 22%、P2O546%) 以中低聚組成為主，低聚∶中聚∶高聚 =55.5%∶43.7%∶0.8%，APP2 (含N 21%、P2O553%)以中高聚組成為主，低聚∶中聚∶高聚 = 20%∶72%∶8%，APP3 (含N 13%、P2O570%) 聚合度組成分布均勻，低聚∶中聚∶高聚 = 23%∶43%∶34%，具體聚磷酸銨組成成分及其提供的磷量見表1。

表1 供試聚磷酸銨組成分及P2O5總含量 (%)Table 1 Contents of components and P2O5 in the tested ammonium polyphosphates

1.2 試驗設(shè)計

試驗于華南農(nóng)業(yè)大學作物營養(yǎng)與施肥研究室溫室中進行。取過2 mm的風干土壤，裝入塑料盆中，盆口直徑20 cm、高18 cm、盆底直徑15 cm，每盆裝4.5 kg土，播一粒種子。

共設(shè)8個處理，具體為：對照 (CK，不施磷肥)、MAP、APP1、APP2、APP3、APP1∶MAP(1∶1)、APP2∶MAP (1∶1) 及 APP3∶MAP (1∶1)，每個處理4次重復(fù)，每盆施用P2O50.74 g，則每盆施用 MAP、APP1、APP2、APP3、APP1∶MAP(1∶1)、APP2∶MAP (1∶1)、APP3∶MAP (1∶1) 分別為 1.22 g、1.61 g、1.40 g、1.06 g、0.80 g∶0.62 g、0.70 g∶0.62 g、0.53 g∶0.62 g。通過上述磷肥每盆施用的氮分別為0.15 g、0.35 g、0.29 g、0.14 g、0.25 g、0.22 g、0.14 g。氮用量為 N 0.35 g∕盆，不足的氮用硫酸銨 (N 21%) 補足。供試鉀肥為氯化鉀(K2O 60%)，按K2O 0.15 g/kg土施用，裝盆時與土壤混勻。依據(jù)前期試驗，APP種肥位置為距種子橫向4 cm處再垂直向下4 cm (圖1)。

圖1 肥料與種子放置示意圖Fig. 1 Fertilizer and seed placement diagram

2017年7月10日播種。先在盆中裝入一定量的土，在盆中央插上有刻度的玻璃棒 (底部為0 cm)，肥料集中放置于0 cm處，然后每盆分別覆土至玻璃棒的4 cm處，以玻璃棒為基點，距離水平方向4 cm處播1粒催芽種子，然后覆土2 cm。播種40 d后收獲植株。

1.3 測定項目及方法

株高和莖基部直徑：用卷尺測量地表到植株最高點的高度為株高，游標卡尺測量莖基部直徑。

土壤及植株取樣方法：拔出植株后，抖動分離根際土壤，其根際土用四分法取土，風干后研磨，分別過2.0 mm篩和0.15 mm篩備用；沿土面剪下地上部，洗凈根系，烘干后稱干重，粉碎后測定總磷，用H2SO4-H2O2消煮，鉬銻抗比色法進行測定；土壤有效磷用NH4F-HCl浸提—鉬銻抗比色法，土壤全磷用HClO4-H2SO4消煮—鉬銻抗比色法[4]。

磷吸收量 (g) = (地上部磷含量 × 地上部干重 + 地下部磷含量 × 地下部干重)/1000

磷利用率 = (施磷植株吸磷總量-不施磷植株吸磷總量)/施磷量 × 100%

2 結(jié)果與分析

2.1 不同聚磷酸銨處理對玉米苗期株高和莖粗的影響

由表2可知，播種40 d后，所有磷肥處理都可以顯著促進玉米苗期的生長，株高和莖粗都比不施磷處理顯著增加。各種APP單獨施用時，三種APP處理間株高和莖粗存在顯著差異，以APP3處理肥效最好，其次是APP1處理，APP2處理最差，MAP處理與APP1處理和APP3處理效果相似。當各APP配施MAP后，與單獨施用APP2和APP3處理相比，APP2∶MAP和APP3∶MAP處理株高均顯著增加，且APP2∶MAP處理莖粗顯著增加，而APP1∶MAP與APP1處理的株高和莖粗均無顯著差異。與MAP處理相比，APP1∶MAP和APP2∶MAP處理株高和莖粗無顯著差異。在所有處理中，APP3∶MAP處理株高和莖粗均達到最大值，表明該處理效果最好。

表2 不同聚磷酸銨對玉米苗期株高和莖粗的影響Table 2 Plant height and stem diameter of maize seedling affected by ammonium polyphosphates

2.2 不同聚磷酸銨處理對玉米苗期干重的影響

施磷處理顯著提高了玉米干重，但提高程度各不相同 (圖2)。單獨施用APP時，APP3處理地上部干重顯著高于APP1和APP2處理，而APP3處理地下部干重比APP2處理顯著增加，與APP1處理之間沒有顯著差別。當APP配施MAP后，與APP1和APP2處理相比，APP1∶MAP和APP2∶MAP處理地上部和地下部干重均得到顯著提高；與單獨施用APP3比較，APP3∶MAP處理地上部和地下部干重沒有顯著增加，表明APP3可以單獨施用。與MAP處理相比，APP1∶MAP和APP2∶MAP處理地上部干重無顯著差異，但APP3∶MAP處理地上部和地下部干重均顯著高于MAP處理。

2.3 不同聚磷酸銨處理對土壤全磷及有效磷含量的影響

各施肥處理間土壤全磷含量無顯著差異，APP3∶MAP處理土壤有效磷含量顯著高于其他處理，其他處理間差異不顯著，但均顯著高于對照 (圖3)。

圖2 不同聚磷酸銨對玉米苗期地上部和地下部干重的影響Fig. 2 Dry matter weight of above and underground parts of maize seedlings affected by ammonium polyphosphates

圖3 不同聚磷酸銨對土壤全磷及有效磷含量的影響Fig. 3 Total and available P contents of soils affected by ammonium polyphosphates

2.4 不同聚磷酸銨處理對玉米苗期磷吸收量的影響

不同磷肥處理對玉米磷吸收量的影響不同 (圖4)。APP1與MAP無顯著差異，APP2顯著低于MAP和其他所有處理，APP3顯著高于MAP、APP1和APP2。當APP1配施MAP后，效果顯著好于APP1或AMP單施，APP2與MAP配合效果與MAP相當，APP3與MAP配合的效果顯著好于二者單施，且與單施APP1、APP2和APP3相比，APP1∶MAP、APP2∶MAP和APP3∶MAP處理的磷吸收量分別提高了38.2%、259.3%、37.6%。

2.5 不同聚磷酸銨處理對磷利用率的影響

與磷吸收量相對應(yīng)，各處理的磷利用率存在顯著差異 (表3)。植株吸磷量最低的APP2處理，磷利用率也最低。APP配施MAP后，磷的利用率均有一定程度的提高，其中APP2配施MAP后，提升幅度最大，是單獨施用APP2處理的4.17倍，而APP3配施MAP后磷的利用率是最高的。

3 討論

試驗結(jié)果表明，單獨施用APP時，不同聚合度組成的APP對玉米的株高、莖粗、干重及磷吸收量存在顯著影響，其中APP1處理玉米長勢與MAP處理相近，APP2處理顯著低于MAP處理，而APP3處理則顯著高于MAP處理。由此可見，單獨施用APP 時，其肥效 APP3 ＞ MAP ≈ APP1 ＞ APP2 處理。通過比較土壤全磷含量、土壤有效磷含量及磷利用率可知，單獨施用APP時，各施磷處理中磷的有效性也是 APP3 ＞ MAP ≈ APP1 ＞ APP2 處理。APP 一般包含正磷酸鹽、焦磷酸鹽、三聚磷酸鹽和四聚磷酸鹽等多種不同聚合態(tài)成分，APP在土壤中只有水解為正磷酸鹽后方能被植物吸收利用，水解反應(yīng)速度控制著植物對磷的吸收速度[5]。APP在土壤中的水解是酶促反應(yīng)，在磷酸酶的催化作用下分解為正磷酸鹽[6]，其聚合度越高，鏈越長，水解速率越慢。另外，APP的水解還受到土壤質(zhì)地、pH值、溫度、金屬離子、土壤水分等因素的影響[7-9]，也有研究指出，APP的水解與其組分差異及分布水平有關(guān)[10]，四聚磷酸鹽水解為三聚磷酸鹽約需要1天，三聚磷酸鹽水解為焦磷酸鹽與正磷酸鹽約需要7天，而焦磷酸鹽水解為正磷酸鹽則需4～100天[11]。

通過分析發(fā)現(xiàn)，以中低聚成分為主的APP1，在試驗的40 d內(nèi)，基本滿足了玉米生長對磷養(yǎng)分的需要。以中高聚成分為主的APP2，則表現(xiàn)為磷養(yǎng)分缺乏，玉米苗期磷供應(yīng)不足而影響其形態(tài)的建成[12]。而聚合度組成分布較均勻的APP3，在土壤中緩慢水解而將有效磷釋放到土壤中，從而減少了土壤對磷的固定作用，提高了玉米植株對磷營養(yǎng)的利用，供磷效果最優(yōu)。因此，APP的聚合度分布差異實際表現(xiàn)為水解速率的差異，最終表現(xiàn)為供磷速率的差異。

本試驗以磚紅壤為供試土壤，pH值4.98，屬于酸性，存在大量無定形氧化鐵和氧化鋁，磷肥施入土壤后極易被固定而降低磷的利用率[13]，MAP是一種速效磷肥，施入土壤后容易被土壤固定而降低當季利用效率，本試驗也驗證了MAP的利用率低于APP3。APP與MAP配施后，三種APP在土壤中的有效磷含量有不同幅度的提升，APP3∶MAP處理土壤有效磷含量最高，可能是三種APP中以APP3的聚合度組成分布較均勻，且高聚成分最多，高聚逐漸水解為低聚，促使土壤中有效磷含量增加；而三種APP中磷利用率均得到顯著提高。可見，APP與MAP的配合施用，彌補了聚磷酸銨分解慢、磷營養(yǎng)供應(yīng)不足的缺點。不同磷肥的混配施用，也有利于提高施用磷肥的利用效率[14]，這與陳日遠等[15]應(yīng)用APP配比DAP提高作物磷的積累量的結(jié)果是一致的。

圖4 不同聚磷酸銨對玉米苗期磷吸收量的影響Fig. 4 P uptake of maize seedling affected by ammonium polyphosphates

表3 不同聚磷酸銨對磷利用率的影響Table 3 P use efficiency of seedlings affected by ammonium polyphosphates

4 結(jié)論

聚磷酸銨，特別是以中、高度聚合磷酸銨為主時，不能很好地滿足作物苗期的磷素營養(yǎng)。將低、中、高度聚合的磷酸鹽等比例配合可以有效提高聚磷酸銨供應(yīng)苗期磷營養(yǎng)的能力。將聚合度均勻的聚磷酸銨與磷酸一銨等比例配合作種肥，能發(fā)揮最好的苗期供磷效果。