聚磷酸銨復(fù)合肥對設(shè)施番茄的肥效研究

王婷婷 楊恒哲 李元峰 趙文 張淑敏 周麗 解學(xué)仕

摘 ?要：為對比聚磷酸銨復(fù)合肥與傳統(tǒng)肥料對番茄的肥料效果，對聚磷酸銨復(fù)合肥和相同養(yǎng)分的普通復(fù)合肥在設(shè)施番茄上的施用效果進行研究。結(jié)果表明，通過設(shè)備改造生產(chǎn)的聚磷酸銨聚合度為3～15，全水溶，適于農(nóng)用，且生產(chǎn)過程安全、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。聚磷酸銨肥料處理的番茄株高和莖粗與普通復(fù)合肥處理相比無顯著差異，葉片葉綠素含量增加11.2%，番茄果實維生素C含量提高14.7%，番茄果實可溶性糖含量提高29.5%，顯著增產(chǎn)8.4%。研究表明，聚磷酸銨適于農(nóng)業(yè)應(yīng)用，施用以聚磷酸銨為原料生產(chǎn)的復(fù)合肥能顯著改善番茄果實品質(zhì)，提高番茄產(chǎn)量。

關(guān)鍵詞：聚磷酸銨;肥效;番茄;復(fù)合肥料;新型肥料;農(nóng)業(yè)應(yīng)用

中圖分類號：S143.5 ? ?文獻標志碼：A ? ?論文編號：cjas20191200318

Abstract： To compare the effects of ammonium polyphosphate compound fertilizer （APP） and traditional fertilizer on tomato， this study explored the fertilization effects of APP and common compound fertilizer with same nutrient level on tomato growth and production by setting tomato fertilizer test. Results showed that by upgrading equipment， the degree of polymerization of APP was 3-15， completely water soluble and suitable for agriculture. The production process was safe and the product quality was stable. There was no significant difference in plant height and stem diameter of tomato under APP and common compound fertilizer application. However， the chlorophyll value of leaves increased by 11.2%， the vitamin C content in fruits increased by 14.7%， the soluble sugar content in fruits increased by 29.5%， and the yield increased by 8.4% under APP application in contrast to common fertilizer. Our study indicates that this APP fertilizer is suitable for agricultural application， and the compound fertilizer using APP as raw material could greatly improve the fruit quality and enhance the yield of tomato.

Keywords： Ammonium Polyphosphate; Fertilizer Efficiency; Tomato; Compound Fertilizer; New Fertilizer; Agricultural Application

0 ?引言

向土壤中施磷是補充植物必需營養(yǎng)元素的有效途徑之一[1-3]，但由于磷酸根離子在土壤中的遷移距離只有2 cm，普通磷肥很容易被固定，導(dǎo)致磷肥當(dāng)季利用率只有5%～15%，即使將后效包括在內(nèi)也不超過25%[4-5]。因此如何提高磷肥利用率是國內(nèi)外肥料專家致力研究的問題。

聚磷酸銨是一種含N和P的聚磷酸鹽，其通式為（NH4）n+2PnO3n+1，為長鏈狀聚合物[6-9]。按其聚合度大小，可分為低聚、中聚和高聚3種。聚磷酸銨的水溶性和吸濕性隨聚合度增加而降低，聚合度越高，水溶性越小[10-14]。通常，n<20為水溶性的，n>20為水不溶性的，聚合度高、難溶的聚磷酸銨常用作阻燃劑;聚合度低、水溶性的聚磷酸銨可作為肥料應(yīng)用。作為肥料用的聚磷酸銨聚合度通常為2～18，包含正磷酸銨、焦磷酸銨、三聚磷酸銨和四聚磷酸銨等多種聚磷酸銨，聚合度更高、鏈更長的聚磷酸銨只有少量存在[15-16]。聚磷酸銨在肥料中應(yīng)用具有如下優(yōu)點：（1）氮、磷養(yǎng)分含量高，pH近中性，作物使用安全系數(shù)高;（2）溶解度大，可配制磷含量較高的液體肥料;（3）結(jié)晶（鹽析）溫度低，可以在較低氣候溫度下使用;（4）對金屬離子有螯合作用，可防止溶液中金屬雜質(zhì)形成沉淀，在液體肥料中添加微量元素，有利于制成高濃度高品質(zhì)的液體肥料;（5）在土壤中雖然不被植物直接吸收，但可以在土壤中緩慢水解成正磷酸鹽被植物利用，是一種緩溶性長效肥料[17-20]。聚磷酸銨在肥料中的應(yīng)用研究在國外起步較早，但國內(nèi)近年才有少量應(yīng)用，且生成聚磷酸銨的反應(yīng)過程劇烈、反應(yīng)時間短，極易產(chǎn)生水溶性低的長鏈聚磷酸銨，其生產(chǎn)工藝有待改進[18]，目前未形成完整的標準和產(chǎn)品體系。筆者擬通過研究農(nóng)用聚磷酸銨生產(chǎn)設(shè)備改進技術(shù)以及添加聚磷酸銨的復(fù)合肥產(chǎn)品在番茄上的肥效，為聚磷酸銨在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用提供依據(jù)[21-23]。

1 ?材料與方法

1.1 ?材料

1.1.1 ?肥料 ?18-0-22硫基肥、18-10-22（磷原料為磷酸一銨）硫基肥、18-10-22（磷原料為聚磷酸銨）硫基肥，以上肥料均由史丹利公司生產(chǎn)。

1.1.2 ?供試作物 ?番茄‘佳粉10號。

1.2 ?試驗設(shè)計

大田肥效試驗在山東省臨沂市臨沭縣史丹利現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技示范園智能溫室大棚內(nèi)進行。土壤有機質(zhì)含量8.2 g/kg、堿解氮114.5 mg/kg、速效磷15.6 mg/kg、速效鉀125.7 mg/kg，土壤pH 6.7。

試驗共設(shè)4個處理。處理①為空白對照處理，不施肥;處理②為不施磷肥對照處理，施用18-0-22硫基肥1500 kg/hm2，其中50%作為底肥撒施翻耕，其余50%分5次于膨果期追肥穴施;處理③為常規(guī)肥料處理，施用18-10-22硫基肥1500 kg/hm2，其中磷原料為磷酸一銨;處理④為聚磷酸銨復(fù)合肥處理，施用18-10-22硫基肥1500 kg/hm2，其中磷原料為聚磷酸銨。處理③～④肥料施用時間與方式同處理②。

試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，每個處理設(shè)置3次重復(fù)，每小區(qū)4行，行距0.65 m，株距0.35 m，每行定植22株，小區(qū)面積19.5 m2。試驗于2018年4月3日定植，5月25日開始收獲，7月27日拉秧，生長期115天。各處理間灌溉、除草、病蟲害防治等其他管理措施一致。

1.3 ?測定指標與統(tǒng)計分析

1.3.1 ?聚磷酸銨測量指標 ?以蒸餾后滴定法測量聚磷酸銨中總氮含量。以磷鉬酸喹啉重量法測定聚磷酸銨中有效磷含量。以陽離子交換樹脂法測量聚磷酸銨的聚合度。以重量法測定聚磷酸銨中水不溶物含量。以差減法計算聚磷酸銨中酰胺態(tài)氮含量。以高效液相色譜法測定聚磷酸銨中縮二脲含量。以酸度計測定聚磷酸銨的pH。以干燥重量法測定聚磷酸銨中水分含量[24]。

1.3.2 ?番茄測量指標 ?自番茄4月3日定植起，每隔20天以直尺測量株高、以游標卡尺測量最粗處莖粗。在番茄膨果期6月2日上午8：00—10：00間，以手持型SPAD-502葉綠素儀測定葉片葉綠素含量相對值。以蒽酮比色法測定番茄果實可溶性糖含量。以酸堿滴定法測定番茄果實有機酸含量。以2，6-二氯酚靛酚法測定番茄果實維生素C含量。

1.3.3 ?數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析方法 ?采用Microsoft Excel 2016軟件對數(shù)據(jù)進行處理、繪圖，采用SPSS 11.5統(tǒng)計分析軟件對數(shù)據(jù)進行差異顯著性檢驗。

2 ?結(jié)果與分析

2.1 ?自產(chǎn)聚磷酸銨品質(zhì)分析

磷酸-尿素縮合法是國內(nèi)生產(chǎn)農(nóng)用聚磷酸銨普遍采用的生產(chǎn)方法，但采用這種方法生產(chǎn)時，由于聚合反應(yīng)劇烈放熱，關(guān)閉加熱后仍有部分余熱，從而使體系溫度急劇升高[25]。反應(yīng)溫度過高一方面容易造成物料溢出，另一方面容易生成高聚合度的聚磷酸銨。為了控制反應(yīng)體系溫度，研究人員對反應(yīng)釜進行改造：（1）反應(yīng)釜筒體盤管通入冷卻水，錐體盤管通入蒸汽，并在錐體部分安裝切換閥，反應(yīng)劇烈期可以將蒸汽換成冷卻水，以控制反應(yīng)體系溫度;（2）設(shè)置攪拌以減緩反應(yīng)劇烈程度;（3）通過離心風(fēng)機把反應(yīng)放出的氣體及時排出;（4）設(shè)置兩級溢流槽以保障反應(yīng)安全，另外，一級溢流槽設(shè)置回流裝置，可以使物料返回至反應(yīng)體系。通過采取上述技術(shù)改造措施，使聚合反應(yīng)過程更平穩(wěn)，從表1可以看出，聚磷酸銨的聚合度穩(wěn)定在3～15，結(jié)合全氮、有效磷、pH等指標分析，該產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，適宜在肥料中應(yīng)用。

2.2 ?不同施肥處理對番茄株高的影響

由圖1可看出，在番茄生長初期不同施肥處理間的株高差異不顯著，自定植后20日起，至拉秧前1個月，番茄株高呈直線增長趨勢，各處理間的株高差異也逐漸顯著。自定植20日起，處理③和處理④的株高均顯著高于處理①和處理②，但處理③和處理④間的株高在番茄定植2個月內(nèi)差異不顯著，番茄定植2個月后，處理③和處理④的株高差異顯著。6月22日測量株高時，4個處理間的差異均顯著，且呈現(xiàn)出處理④>處理③>處理②>處理①的結(jié)果，處理④的株高比處理③增加8.1%，說明聚磷酸銨是一種緩釋型磷肥，磷酸根可以分級釋放，延長磷素有效期。

2.3 ?不同施肥處理對番茄莖粗的影響

由圖2可看出，在4月3日定植時，各施肥處理間番茄莖粗差異不顯著。隨時間延長，各處理間的差異逐漸顯現(xiàn)，處理②、處理③、處理④的莖粗顯著高于處理①，說明施肥能顯著促進番茄莖變粗。施用聚磷酸銨為磷肥原料的處理④在4月23日及之后的測量過程中，番茄莖粗均顯著高于不施磷肥處理②，而施用磷酸一銨為磷肥原料的處理③，在4月23日、5月13日及7月12日測量時的莖粗與不施磷肥處理②間的差異不顯著，說明施用聚磷酸銨能顯著促進莖粗生長。處理④在4月23日、5月13日及7月12日3次測量的莖粗均顯著高于處理③，說明施用聚磷酸銨比施用磷酸一銨更能促進莖粗生長。

2.4 ?不同施肥處理對番茄葉綠素值的影響

磷是磷脂分子的重要組成元素，缺磷會影響葉綠體膜的結(jié)構(gòu)和功能，低磷脅迫會使葉片葉綠素含量降低。從圖3可以看出，處理④的番茄葉綠素值顯著高于其他處理，其中分別比處理③、處理②、處理①高11.2%、33.8%、74.4%。處理③的番茄葉綠素值除顯著低于處理④外，均顯著高于其他處理，其中比處理②高20.3%、比處理①高56.9%。

2.5 ?不同施肥處理對番茄品質(zhì)指標的影響

表2反映了不同施肥處理對番茄果實維生素C含量、可溶性糖含量、有機酸含量3個品質(zhì)指標的影響。處理④（聚磷酸銨肥料處理）的維生素C含量顯著高于處理③（磷酸一銨肥料處理）、處理②（不施磷肥處理）、處理①（不施肥處理），分別增加14.7%、19.9%、68.6%;處理④的可溶性糖含量也顯著高于其他3個處理，分別比處理③、處理②、處理①高29.5%、32.9%、97.3%;處理④的有機酸含量與處理③、處理②相比差異不顯著，但3個處理均顯著高于處理①。處理③的維生素C含量、可溶性糖含量、有機酸含量與處理②相比均無顯著差異，但均顯著高于處理①。處理②的維生素C含量、可溶性糖含量、有機酸含量均顯著高于處理①。施用聚磷酸銨的處理④對番茄的品質(zhì)指標有明顯的改善作用。

2.5 ?不同施肥處理對番茄產(chǎn)量的影響

表3反映了不同施肥處理對番茄產(chǎn)量的影響，可以看出，4個施肥處理間的小區(qū)產(chǎn)量差異均顯著，產(chǎn)量由高到低表現(xiàn)為處理④>處理③>處理②>處理①，折算成公頃產(chǎn)量后，處理④（聚磷酸銨肥料處理）產(chǎn)量達83009.28 kg/hm2，比處理③（磷酸一銨肥料處理）顯著增產(chǎn)8.4%，比處理②（不施磷肥處理）顯著增產(chǎn)20.3%;處理③（磷酸一銨肥料處理）比處理②顯著增產(chǎn)11.0%;處理④、處理③和處理②3個施肥處理產(chǎn)量均顯著高于處理①。從產(chǎn)量數(shù)據(jù)中可以得出，添加聚磷酸銨的肥料對番茄起到明顯增產(chǎn)作用。

3 ?結(jié)論

（1）通過對聚磷酸銨反應(yīng)設(shè)備進行改造，使反應(yīng)過程更加安全平穩(wěn)，得到的聚磷酸銨產(chǎn)品聚合度3～15，為短鏈聚磷酸銨，水溶性好、縮二脲含量低、pH適宜，故而品質(zhì)優(yōu)良，適用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用。

（2）聚磷酸銨肥料處理的番茄株高和莖粗在生長中后期均顯著高于不施磷肥處理，而施用磷酸一銨肥料處理的株高和莖粗與不施磷肥處理間差異不顯著;施用聚磷酸銨肥料處理的番茄葉綠素含量顯著高于其他處理，比施用磷酸一銨肥料處理高11.2%，比不施磷肥處理的高33.8%，比不施肥處理高74.4%，說明施用聚磷酸銨比施用磷酸一銨更能促進番茄生長。

（3）聚磷酸銨肥料處理的番茄維生素C、可溶性糖含量均顯著高于磷酸一銨肥料處理，分別提高了14.7%、29.5%，說明施用聚磷酸銨肥料對番茄的品質(zhì)指標有明顯的改善作用。

（4）4個施肥處理番茄的產(chǎn)量由高到低表現(xiàn)為聚磷酸銨肥料處理>磷酸一銨肥料處理>不施磷肥肥料處理>不施肥處理，其中，聚磷酸銨肥料處理比磷酸一銨肥料處理顯著增產(chǎn)8.4%，比不施磷肥處理顯著增產(chǎn)20.3%，從產(chǎn)量數(shù)據(jù)中可以得出，添加聚磷酸銨的肥料對番茄起到明顯增產(chǎn)作用。

4 ?討論

Holloway等[21]研究表明，相同化學(xué)組分的液體聚磷酸銨的磷利用率是顆粒磷肥的15倍。章守陶等[25]研究發(fā)現(xiàn)，液體聚磷酸銨與等養(yǎng)分含量的磷酸一銨相比，可使哈密瓜增產(chǎn)3.0%～8.4%。本研究中聚磷酸銨肥料處理與磷酸一銨肥料處理相比，在番茄莖粗、株高、葉綠素、維生素C、可溶性糖含量以及產(chǎn)量等指標方面均有更好的表現(xiàn)，這可能與聚磷酸銨在土壤中分級釋放，肥效時間長有關(guān)[26]，聚磷酸銨的增產(chǎn)效果與前人研究一致。本研究探討了添加聚磷酸銨復(fù)合肥料在設(shè)施番茄上的應(yīng)用效果，其對中微量元素的鰲合效果有待進一步驗證。

參考文獻

[1] 趙文，高進華，解學(xué)仕，等.聚磷酸銨合成工藝評述及產(chǎn)品農(nóng)用研究進展[J].磷肥與復(fù)肥，2019（10）：25-27，31.

[2] 梅軍，鐘礦，張林鋒，等.工業(yè)磷酸-尿素縮聚法制備低聚磷酸銨工藝研究[J].無機鹽工業(yè)，2019（4）：48-50.

[3] Degryse， Fien， McLaughlin， et al. Phosphorus Diffusion from Fertilizer： Visualization， Chemical Measurements， and Modeling[J]. Soil Science Society of America Journal，2014（3）：832-842.

[4] 徐保明，徐思思，唐強，等.水溶性聚磷酸銨的合成工藝進展[J].無機鹽工業(yè)，2017（4）：5-8.

[5] 王連祥.聚磷酸銨中磷含量的測定方法研究[J].化肥工業(yè)，2012（4）：16-18，72.

[6] 尚成新，楊帥.水溶性聚磷酸銨的紙張阻燃[J].杭州化工，2010（1）：26-28.

[7] Evtushenko M， Grigoriev A， Rudakova T A， et al. Effect of aluminum hydroxide on the fireproofing properties of ammonium polyphosphate-pentaerythritol-based intumescent coating[J]. Journal of Coatings Technology and Research，2019，16（5）：1389-1398.

[8] Iyamuremye F， Dick R P， Baham J. Organic amendments and phosphorus dynamics Ⅱ. Distribution of soil phosphorus fractions[J]. Soil Science，1996（6）：553-562.

[9] 焦立強，湯建偉，化全縣，等.聚磷酸銨的研發(fā)、生產(chǎn)及應(yīng)用[J].無機鹽工業(yè)，2009（4）：4-7.

[10] 王連祥.新型肥料聚磷酸銨生產(chǎn)技術(shù)與應(yīng)用初探[J].化肥工業(yè)，2008（4）：16-17，22.

[11] 魯厚芳，鐘本和.聚磷酸銨肥料的制備研究[J].磷肥與復(fù)肥，1997（4）：45-47.

[12] 印華亮.農(nóng)用聚磷酸銨的研發(fā)及應(yīng)用[J].磷肥與復(fù)肥，2018（8）：17-18.

[13] Venugopalan M V， Prasad R. Relative efficiency of ammonium polyphosphate and orthophosphates for wheat and their residual effects on succeeding cowpea fodder[J]. Fertilizer Research，1989（2）：109-114.

[14] 嚴山，徐金橋，李志剛.低聚合農(nóng)用聚磷酸銨工藝路線分析[J].化肥設(shè)計，2018（3）：28-31.

[15] Tomar N K， Gautam K. Effect of soil properties on hydrolysis of ammonium polyphosphate and tetrapotassium pyrophosphate in some arid and semiarid soils[J]. Arid Land Research and Management，1996（1）：236-241.

[16] 余林春，杜懷明，葉宇玲，等.低水溶性聚磷酸銨的研制及晶體構(gòu)型[J].無機鹽工業(yè)，2014（2）：27-30.

[17] 張悅，李洋.聚磷酸銨合成方法的研究進展[J].磷肥與復(fù)肥，2014（3）：39-43.

[18] 楊旭，張承林，胡義熬，等.農(nóng)用聚磷酸銨在土壤中的有效性研究進展及在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用[J].中國土壤與肥料，2018（3）：1-6.

[19] 王蕾，鄧蘭生，涂攀峰，等.聚磷酸銨水解因素研究進展及在肥料中的應(yīng)用[J].磷肥與復(fù)肥，2015（4）：25-27.

[20] 汪家銘.新型肥料聚磷酸銨的發(fā)展與應(yīng)用[J].杭州化工，2010（1）：6-10.

[21] Holloway R E， Bertrand I， Frischke A J， et al. Improving fertiliser efficiency on calcareous and alkaline soils with fluid sources of P， N and Zn[J]. Plant and Soil，2001，236（2）：209-219.

[22] Sutton C D， Larsen S. Pyrophosphate as a source of phosphorus for plants[J]. Soil Science，1964（3）：52-58.

[23] 黃燕，汪春，衣淑娟.液體肥料的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展前景[J].農(nóng)機化研究，2006（2）：198-200.

[24] 王清才，楊榮杰，何吉宇，等.粘度法間接測定聚磷酸銨聚合度研究[J].無機鹽工業(yè)，2007（3）：55-57.

[25] 章守陶，謝泰云，周志英.聚磷酸銨液體復(fù)合肥料的肥效簡報[J].土壤肥料，1991（3）：47.

[26] 王方進.低聚磷酸銨肥料的合成及其在土壤中的轉(zhuǎn)化研究[D].泰安：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2014：41.