韓哲,康嘉慧,陳寶成*,王桂偉,陳劍秋,曹兵
細(xì)微化磷鉀—活化劑肥供肥特性及對小白菜生長的影響
韓哲1,2,康嘉慧1,陳寶成1*,王桂偉1,陳劍秋2,曹兵3
1. 土肥資源高效利用國家工程試驗室,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院, 山東 泰安 271018 2. 養(yǎng)分資源高效開發(fā)與綜合利用國家重點(diǎn)試驗室, 金正大生態(tài)工程集團(tuán)股份有限公司, 山東 臨沭 276000 3. 北京市農(nóng)林科學(xué)院, 北京 100097
為了提高磷鉀肥的利用率,減少磷、鉀在土壤中的固定,提高其有效性,達(dá)到增產(chǎn)增收的目的,將普通磷鉀肥料與四種磷活化劑按不同比例摻混并進(jìn)行細(xì)微化處理,研制出高效細(xì)微化磷鉀—活化劑肥,并采用盆栽試驗方法,研究細(xì)微化磷鉀—活化劑肥對小白菜生長及其品質(zhì)的影響。結(jié)果表明,小白菜施用細(xì)微化磷鉀—活化劑肥料能增產(chǎn)提質(zhì)。與氮磷鉀常規(guī)施肥處理相比,添加腐殖酸與沸石粉(FF)、腐殖酸與硅藻土(FG)處理的小白菜分別增產(chǎn)8.13%和10.27%,可溶性糖含量分別提高5.90%和9.55%,土壤有效磷含量分別增加15.87%和32.72%,土壤有效鉀和可溶性鈣含量也有不同程度的增加;磷肥利用率分別提高76.43%和91.00%,鉀肥利用率分別提高15.95%和32.26%。處理中,以細(xì)微化磷鉀-腐殖酸-沸石粉在小白菜上的效果最優(yōu)。
細(xì)微化磷鉀-磷鉀活化劑肥; 土壤養(yǎng)分; 小白菜; 產(chǎn)量; 品質(zhì); 肥料利用率
磷是植物體內(nèi)許多化合物的重要組成部分,缺磷對植物生長影響巨大,會造成植物呼吸和光合作用、生物合成過程的減弱[1]以及蛋白質(zhì)合成受阻[2],出現(xiàn)生長遲緩和植株矮小的癥狀,也會造成作物結(jié)實(shí)率降低[3],保證磷素的供應(yīng)對作物正常生長非常重要。然而,磷在土壤中容易被固定,形成難以被作物吸收利用的磷酸鹽[4],另外磷素在土壤中移動性較差,僅能通過擴(kuò)散作用才能到達(dá)讓植物根吸收的部位[5],造成磷肥當(dāng)季利用率只有10%~20%[6]。鉀是作物生長所必需的三大營養(yǎng)元素之一,作物的需鉀量較大,其對植物體內(nèi)同化產(chǎn)物的運(yùn)輸和能量的轉(zhuǎn)變有明顯的促進(jìn)作用,能提高作物產(chǎn)量,對提高作物的品質(zhì)和抗逆性有重要作用[7],施用鉀肥還可以提高磷肥的利用率。鉀肥在土壤中的有效性較高,達(dá)40%~45%左右[8],但也有一部分鉀肥被土壤膠體顆粒固定或隨水淋失,造成不必要的浪費(fèi)。
如何提高磷鉀肥有效性一直是大家關(guān)注的問題,例如在磷礦粉中添加有機(jī)酸等外源物質(zhì)、磨細(xì)磷礦粉等可提高其有效性[9],在磷礦粉細(xì)微化后添加活化劑能提高肥效[10-13]。
目前大多數(shù)研究都是將磷礦粉細(xì)微化或是將磷礦粉與活化劑進(jìn)行簡單混合后施用,沒有在生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品效應(yīng)上進(jìn)一步研究,同時也缺乏其在蔬菜上有效性的研究。本試驗將磷鉀肥料與磷活化劑混勻磨細(xì)后進(jìn)行造粒和包膜,使得磷鉀肥料和活化劑充分接觸吸附,來探究其在小白菜上的施用效果,以期達(dá)到減少磷鉀肥在土壤中的損失和提高磷鉀肥利用率的目的,為高效磷鉀肥的研制和施用提供科學(xué)依據(jù)。
試驗地點(diǎn)設(shè)在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)土肥資源高效利用國家工程試驗室試驗基地,采用盆栽試驗方法,栽培盆為釉面陶土盆,上口外徑32 cm,內(nèi)徑30 cm,高26 cm,每盆裝土11 kg,供試土壤為取自山東省泰安市的簡育干潤淋溶土(普通褐土),土壤質(zhì)地為輕壤土,堿解氮含量61.91 mg/kg,有效鉀含量322.06 mg/kg,有效磷含量96.66 mg/kg,土壤pH(水:土=5:1)為7.12,土壤電導(dǎo)率為250.88 μS/cm。
供試肥料包括普通尿素(N 46%),普通過磷酸鈣(P2O515%),硫酸鉀(K2O 50%)?;罨瘎┌ǜ乘幔ê置焊乘?,產(chǎn)自內(nèi)蒙古霍林河,腐殖酸含量60%),硅藻土(粉末狀,產(chǎn)自湖北武漢,SiO2含量91%),沸石粉(粉末狀,產(chǎn)自河南,孔隙率≥48%,SiO2含量68%~70%,Al2O3含量13%~14%),海泡石(SiO2含量54%~60%,MgO 21%~25%)。供試小白菜品種為北京青梗小白菜,生育期30 d。
細(xì)微化磷鉀—活化劑肥料的制作方法:將過磷酸鈣、硫酸鉀、腐殖酸、沸石粉、硅藻土等按比例混合(表1),放到研磨機(jī)中研磨,粉碎機(jī)粉碎后,制成細(xì)微化肥料顆粒(過60目篩),部分產(chǎn)品進(jìn)行造粒、包膜、備用。
試驗共設(shè)10個處理,3次重復(fù)。處理1(NP)為不施鉀肥;處理2(NK)為不施磷肥;處理3(NPK)為磷鉀常規(guī)施肥;處理4(F)為磷鉀肥與腐殖酸磨細(xì)、造粒;處理5(FH)為磷鉀肥與腐殖酸、海泡石混合磨細(xì)、造粒;處理6(FF)為磷鉀肥與腐殖酸、沸石粉混合磨細(xì)、造粒;處理7(FG)為磷鉀肥與腐殖酸、硅藻土混合磨細(xì)、造粒;處理8(HF)為磷鉀肥與沸石粉、海泡石混合磨細(xì)、造粒;處理9(FFB)為磷鉀肥與腐殖酸、沸石粉混合磨細(xì)、造粒、包膜;處理10(FGB)為磷鉀肥與腐殖酸、硅藻土混合磨細(xì)、造粒、包膜。所有處理中的氮肥均為常規(guī)施肥。具體方案列于表1。
2018年3月28日播種,土壤與肥料混勻后裝盆,澆水3 L,水滲透后,表面均勻撒施50粒種子,覆土1 cm;出苗5 d后間苗,每盆留粗壯無病害小白菜苗15株。出苗后15 d,小白菜進(jìn)入生長旺盛期,澆大水1次,收集滲漏水,測定淋洗液中磷鉀鈣鎂養(yǎng)分含量。其它管理方式按照正常般培育措施進(jìn)行。2018年5月3日收獲。
試驗裝盆前,采集基礎(chǔ)土壤樣品,測定其質(zhì)地、pH、電導(dǎo)率、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、有效鉀;小白菜苗期時(出苗后15 d)、收獲期(出苗后30 d)分別測定株高(每盆取具代表性的5棵植株測其地上部自然高度,取平均值)、SPAD值(SPAD-502葉綠素儀)和葉面積(每盆取具代表性的5棵植株,每棵選擇最大的兩個葉片,用尺子測量其最大長度和寬度,葉面積=長×寬×0.69[14]);淋洗液的有效磷測定方法為紫外分光光度計比色法、有效鉀為火焰光度計法、有效鈣鎂含量測定方法為原子吸收法。
收獲時采集小白菜地上部分,稱重,記錄產(chǎn)量。每盆均勻取代表性3株,測定小白菜可溶性固形物(ATAGO全自動數(shù)顯臺式折光儀RX-5000α)、可溶性糖(斐林試劑比色法)、可溶性蛋白質(zhì)(考馬斯亮藍(lán)G-250染色法)等品質(zhì)指標(biāo);剩余部分稱重后,烘干(105 ℃殺青30 min,75 ℃烘干至恒重),測定水分和磷鉀營養(yǎng)元素含量,并計算總干物質(zhì)量和總養(yǎng)分吸收量。
收獲后,均勻采集土壤樣品,每盆用土鉆3點(diǎn)采樣,風(fēng)干,研磨過2 mm篩。測定土壤中堿解氮(堿解擴(kuò)散法)、有效磷(鉬銻抗法)和有效鉀(0.5 mol/L醋酸銨溶液浸提,火焰光度計法)及pH(采用2.5:1水土比,S400 SevenExcellence?pH/mV測量儀測定)和電導(dǎo)率(采用5:1水土比,BEC-6800型電導(dǎo)儀測定)[15]。
數(shù)據(jù)用SAS8.1統(tǒng)計軟件采用完全隨機(jī)試驗設(shè)計的單因素試驗進(jìn)行處理,采用Duncan法進(jìn)行方差分析,不同處理間采用Dunnett's T3(3)法檢驗各處理平均數(shù)在<0.05水平的差異顯著性。Microsoft Excel 2013進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理和作圖。
不同處理小白菜的產(chǎn)量結(jié)果顯示(表2),與處理NK相比,施磷處理小白菜產(chǎn)量增加了7.49%~17.06%;與處理NP相比,施鉀肥處理的小白菜產(chǎn)量增加了9.14%~18.86%;與常規(guī)施肥相比,添加活化劑處理小白菜的地上部鮮重均高于處理NPK,增產(chǎn)幅度在1.25%~10.27%之間,處理FG產(chǎn)量最高,達(dá)到617.50 g/盆。與處理NPK相比,處理FF、FG、FFB顯著增加了小白菜的產(chǎn)量,分別增加了8.13%、10.27%、4.73%,而處理FH、HF、FGB三者與處理NPK之間差異并不顯著。結(jié)果表明,處理FG對小白菜的增產(chǎn)效果最顯著。
表2 不同處理下小白菜的產(chǎn)量及增產(chǎn)率
注:在同列中平均值尾部標(biāo)有相同小寫字母表示不同處理之間差異不顯著(<0.05),下同。
Note: The same little letters at average ends in the same line showed there were no significant difference between treatments at<0.05. The same as follows.
蔬菜的可溶性固形物、可溶性糖與可溶性蛋白質(zhì)的含量是評定蔬菜品質(zhì)的重要指標(biāo)[16]。試驗結(jié)果表明(表3),不同處理之間小白菜可溶性蛋白含量存在差異,含量在15.32~20.52 g/kg,其中處理F的可溶性蛋白含量最高,為20.52 g/kg,處理NP的可溶性蛋白質(zhì)含量最低,處理FH、FF、FG、HF、FFB、FGB與常規(guī)施肥處理NPK相比均有不同程度的提高。本試驗添加活化劑的施肥處理可提高小白菜的可溶性蛋白質(zhì)含量。不同處理下小白菜可溶性固形物含量不同。處理NP的可溶性固形物最高,達(dá)4.67%,處理HF的可溶性固形物最低,為3.83%。除處理FGB外,其余添加活化劑的處理F、FH、FF、FG、HF、FFB與常規(guī)施肥處理NPK相比可溶性固形物含量有所下降。處理NK、處理NPK、處理NP相比說明添加鉀肥會使可溶性固形物含量有所下降,這與高慧等人的研究相似[17]。
可溶性糖是能夠溶于水和乙醇溶液的單糖和寡聚糖,與小白菜的物質(zhì)代謝及衰老和抗性密切相關(guān)[18]。不同處理下小白菜可溶性糖含量不同,處理FF的可溶性糖含量最高為8.79%,其次是處理FG可溶性含量為8.50%,處理F的可溶性糖含量最低為5.31%,較常規(guī)施肥處理NPK相比可溶性糖含量降低33.82%,處理FH、HF、FFB、FGB與常規(guī)施肥處理NPK相比可溶性糖含量下降,但差異不顯著。處理FF、處理FG與常規(guī)施肥處理NPK相比,可溶性糖含量分別提高5.90、9.55%。
表3 不同處理下小白菜的品質(zhì)
株高在一定程度上反映了小白菜的生長狀況,不同處理小白菜苗期與收獲期的株高結(jié)果顯示(圖1),苗期小白菜的株高在6.5~11.2 cm,處理NP的株高最低,處理FF和FFB苗期株高最高,其余處理組之間株高差異不顯著。在本試驗條件下,添加活化劑對小白菜苗期長勢有所影響,其中以處理FF最為明顯,與處理NPK相比小白菜株高增加15.36%;收獲期小白菜的株高一般在20.1~26.1 cm,其中處理F長勢最好,處理NK株高最矮,其余活化劑處理組之間差異并不顯著,但均高于常規(guī)施肥處理,表明添加活化劑對提高小白菜的株高有效果。
圖1 小白菜株高
注:同一個生育期柱子上相同小寫字母表示處理間差異不顯著(<0.05),下同。
Note: The same lowercase letters on the pillars in the same growth period indicated no significant difference between treatments (< 0.05), the same as follows.
植株葉綠素含量高低能反應(yīng)作物營養(yǎng)狀況和其光合作用能力,SPAD值與葉綠素含量呈正相關(guān)[19]。測量苗期和收獲期小白菜葉片的SPAD值(表4),結(jié)果顯示,苗期處理NP、處理NK的SPAD值最低,處理F的SPAD值最高,相比處理NPK分別增加了11.15%,其余各組添加活化劑處理的葉綠素含量較NPK處理相比均有不同程度的提高。收獲期處理間的葉綠素含量達(dá)差異顯著水平,處理NP、NPK的葉綠素含量最少,其次是處理NK。處理FH的葉綠素含量最高,與處理NPK相比增長了8.53%。
測量苗期和收獲期的植株葉面積,結(jié)果顯示,苗期處理NP的葉面積最小,處理FF的葉面積最大,處理間差異顯著,不添加活化劑的處理葉面積普遍低于添加活化劑的處理組。處理FF與處理NPK相比,植株葉面積提高了16.57%。收獲期,處理FH的葉面積最大,比處理NPK提高了10.75%,此外,添加不同活化劑的處理FF、FG、FGB葉面積與處理NPK相比均有不同程度提高,而處理HF、FFB小白菜葉面積相比處理NPK有所降低,但差異不顯著。
表 4 不同處理小白菜SPAD和葉面積
土壤有效養(yǎng)分可以反映土壤氮磷鉀素的供應(yīng)狀況,與小白菜的生長發(fā)育密切相關(guān)。測定收獲后不同處理土壤的氮磷鉀含量,結(jié)果表明(表5)。其中處理F、HF堿解氮含量較高為68.16 mg/kg、69.08 mg/kg,處理NK、FG含量最低為60.03 mg/kg、60.97 mg/kg,其余處理NP、FH、FF、FFB、FGB與常規(guī)施肥處理NPK相比差異不顯著。
不同處理的土壤有效磷含量不同。處理FG的有效磷含量最高,為145.93 mg/kg,由于處理NK未施磷肥,所以有效磷含量最低只有83.9 mg/kg。施用磷肥的處理中,包膜處理FFB、FGB的有效磷含量最低,低于常規(guī)施肥處理NPK。處理FG、F、FF、HF與常規(guī)施肥處理NPK相比,有效磷的含量均有所增加,依次增加了32.72%、6.23%、15.87%、3.20%??傮w上,添加活化劑的細(xì)微化處理可以提高土壤有效磷含量。
測定收獲后土壤中有效鉀的含量表明,除未施鉀肥的處理NP外,其余處理的有效鉀含量均有顯著提升,處理HF有效鉀含量高達(dá)227.63 mg/kg,相比常規(guī)施肥處理NPK,處理HF的土壤有效鉀含量提高了24.25%。其余處理FH、FGB、F、FF、FG、FFB、FGB與處理NPK相比差異并不顯著。
表 5 不同處理下土壤中有效養(yǎng)分的含量/(mg/kg)
土壤養(yǎng)分淋洗狀況反應(yīng)肥料在土壤中的養(yǎng)分保肥及供肥情況。施用活化劑肥的處理淋洗液中磷、鉀含量高于常規(guī)施肥處理,其中處理FG淋洗液磷含量最高達(dá)到74.42 mg,相比處理NPK增加了62.05%;鉀含量以處理FH最高,達(dá)到108.68 mg,相比處理NPK提升了16.32%(表6)。施用活化劑肥料可以增強(qiáng)土壤中磷鉀的有效性,提高有效磷、有效鉀含量,為作物生長提供較多的養(yǎng)分。
鈣和鎂都是作物正常生長過程中不可缺少的營養(yǎng)元素,能提高作物生理功能和改善土壤結(jié)構(gòu)。測定淋洗液中鈣鎂含量,結(jié)果顯示,施用添加活化劑肥的處理的可溶性鈣含量相比常規(guī)施肥處理NPK均有變化,其中處理FF、FG顯著提高了鈣含量,比處理NPK分別增加了16.83%、17.38%,說明通過施用添加活化劑的肥料可以提升土壤中鈣的有效性,增加土壤中可被植物吸收利用的鈣含量,促進(jìn)作物生長。添加活化劑的各處理淋洗液中可溶性鎂的含量與NPK處理差異不顯著,對土壤鎂的養(yǎng)分含量沒有顯著影響。
表 6 不同處理下土壤淋洗液養(yǎng)分含量/mg
測定小白菜磷、鉀素含量,計算小白菜對磷鉀養(yǎng)分的吸收及利用率,結(jié)果表明(表7),添加活化劑的處理的磷肥利用率為8.78~15.27%,比常規(guī)施肥處理NPK相比均有不同程度的提高,其中處理FF、FG最為顯著,分別提高了91.00%、76.43%,處理HF、F也分別提升了71.60%、52.05%。與單一添加腐殖酸的處理F相比,處理FF、FG均有提高,分別增加了25.58%、16.04%??梢娫诒驹囼灄l件下,與單一添加腐殖酸相比,磷鉀肥與腐殖酸、沸石粉或硅藻土混合磨細(xì)后施用,可以有效提高磷肥利用率,表現(xiàn)效果更優(yōu)。
添加活化劑處理的鉀肥利用率為24.57~54.48%,與常規(guī)施肥處理NPK相比,處理F、FH、FF、FG、HF均有所提高,增長幅度在6.86~32.26%之間,其中處理FF的鉀肥利用率最高,達(dá)到54.48%,其次是處理HF利用率為50.20%,說明本試驗中施用的細(xì)微化磷鉀肥促進(jìn)了鉀肥的利用。
表 7 不同處理下小白菜養(yǎng)分吸收以及磷鉀肥利用率
腐殖酸是一組天然高分子物質(zhì),是微生物分解動植物殘體而產(chǎn)生的一種高分子聚合物,其廣泛存在于土壤、煤炭中[20]。腐殖酸的分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜,含有多種不同的功能基,對土壤中的磷具有一定的吸附性和溶解性。沸石粉、硅藻土都具有特殊的多孔性構(gòu)造,這使其具有較強(qiáng)的攜載能力,不但能把磷鉀肥料均勻地吸附在表面,而且還能吸附到孔穴和通道內(nèi),提高了肥料的可利用性和增加了肥料混合的均勻性,同時也能適當(dāng)延長肥料養(yǎng)分的釋放時間,更有利于作物吸收。腐殖酸與硅藻土或腐殖酸與沸石粉細(xì)微化造粒施入土壤后可以與磷鉀肥充分接觸,從而形成新的團(tuán)聚體,減少了磷鉀肥與土壤陽離子的接觸,在一定程度上改善了土壤的理化性質(zhì),提高了土壤中磷鉀的有效性,為高效利用磷鉀肥提供了好的方式。
試驗中,添加活化劑的各項處理均在不同程度上提高了小白菜的產(chǎn)量,其中添加腐殖酸和沸石粉的處理FF與添加腐殖酸和硅藻土的處理FG與常規(guī)施肥處理NPK相比在產(chǎn)量方面更為優(yōu)異。同時,處理FF與FG也明顯提高了磷鉀肥的利用。添加腐殖酸、硅藻土和添加腐殖酸、沸石粉后再進(jìn)行包膜(處理FGB、FFB),雖不同程度增加了小白菜產(chǎn)量,但在其它方面效果并不顯著,其土壤中有效磷的含量明顯低于常規(guī)施肥處理,而且鉀肥利用率與常規(guī)施肥處理NPK相比也有所下降,降幅為30.91~50.19%。因此,在類似小白菜這種生育時期較短的作物上不適宜用包膜肥料,可能原因是磷鉀肥與活化劑磨細(xì)后再包膜,養(yǎng)分釋放過慢,而小白菜的生育期太短使磷鉀肥未能完全釋放。
添加腐殖酸與沸石粉(FF)或腐殖酸與硅藻土(FG)能顯著提高土壤的有效養(yǎng)分含量,促進(jìn)小白菜的生長和對磷鉀的吸收利用、改善其品質(zhì)。與常規(guī)施肥相比,土壤有效磷含量提高15.87%和32.72%,有效鉀含量提高24.25%,可溶性鈣含量提高16.83%和17.38%,小白菜產(chǎn)量增加8.13%和10.27%、磷吸收量增加17.66%和21.03%、鉀吸收量增加5.91%和14.83%;磷肥利用率較常規(guī)施肥增加76.43%和91.00%;鉀肥利用率增加15.95%和32.26%。但包膜細(xì)微化磷鉀—活化劑肥料施用效果不理想。
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HAN Zhe1,2, KANG Jia-hui1, CHEN Bao-cheng1*, WANG Gui-wei1, CHEN Jian-qiu2, CAO Bing3
271018,2.276700,3.100097,
This experiment was carried to increase the utilization rate of phosphorus and potassium fertilizer, reduce the fixation of phosphorus and potassium in soil, improve its effectiveness and increase the crop yield. In order to develop a highly efficient phosphorus-potassium particle activator fertilizer, ordinary phosphorus-potassium fertilizer was blended with four kinds of phosphorus activators in different proportions, and performed miniaturization together. Pot experiment was carried out to study the effect of phosphorus-potassium particle activator fertilizer on the growth and quality of Chinese cabbage. The results showed that the phosphorus-potassium particle activator fertilizer could increase yield and improve quality.Compared with conventional nitrogen, phosphorus and potassium fertilization, the yield of Chinese cabbage treated with humic acid and zeolite powder (FF), humic acid and diatomite (FG) increased by 8.13% and 10.27%, soluble sugar content by 5.90% and 9.55%, available soil phosphorus content by 15.87% and 32.72%, available potassium and soluble calcium in soil also increased to varying degrees.The utilization rate of phosphate fertilizer increased 76.43% and 91.00% respectively. The utilization rate of potassium fertilizer increased 15.95% and 32.26% respectively. The effect of fine phosphor - potassium - humic acid - zeolite powder on Chinese cabbage was the best.
Phosphorus-potassium particle activator fertilizer; soil nutrients; Chinese cabbage; production; yield quality; fertilizer utilization efficiency
TQ444.3
A
1000-2324(2020)03-0391-07
10.3969/j.issn.1000-2324.2020.03.001
2018-12-04
2019-03-14
國家“十三五”重點(diǎn)研發(fā)計劃子課題:超微細(xì)磷鉀腐殖酸緩釋肥研制及納米緩控釋肥肥效及機(jī)理研究(2017YFD0200705)
韓哲(1996-),男,碩士研究生,主要從事新型肥料研究. E-mail:996748072@qq.com
Author for correspondence. E-mail:bcch108205@163.com