微晶化矿物磷肥对改善果树栽培质量的效果

杜玉凤，盖国胜，张仙梅，何振全，3，杨玉芬，4

（1.西安建筑科技大学材料与矿资学院，陕西 西安 710055；2.清华大学材料学院粉体工程研究室，北京 100084；3.山东滨州清大科技有限责任公司，山东 滨州 251800；4.无锡清大绿丰科技发展有限公司，江苏 无锡 214155）

微晶化矿物磷肥对改善果树栽培质量的效果

杜玉凤1，盖国胜2，张仙梅1，何振全2，3，杨玉芬2，4

（1.西安建筑科技大学材料与矿资学院，陕西 西安 710055；2.清华大学材料学院粉体工程研究室，北京 100084；3.山东滨州清大科技有限责任公司，山东 滨州 251800；4.无锡清大绿丰科技发展有限公司，江苏 无锡 214155）

以中低品位磷矿为原料，利用物理方法对磷矿粉进行微晶化加工处理。经微晶化处理后的磷矿粉颗粒均匀性良好，结构松散，粒径整体变小，枸溶性磷提高77.99%。通过种植大田试验探究矿物磷肥对苹果栽培质量的影响，结果表明，矿物磷肥处理可以显著提高单果重、糖酸比、叶片叶绿素，较空白处理分别提高了25.01%、13.07%、25.35%，有效改善了果品质量。使用微晶化磷矿粉显著增加了土壤速效磷含量，两组施矿物磷肥处理在0～20 cm和20～40 cm分别提高了34.32%、84.42%和17.88%、44.18%。微晶化磷矿粉增量施用后苹果栽培效果与普通过磷酸钙处理相当。

微晶化磷矿粉；矿物磷肥；苹果品质；栽培质量

杜玉凤，盖国胜，张仙梅，等.微晶化矿物磷肥对改善果树栽培质量的效果［J］.广东农业科学，2016，43（4）：93-97.

北京市昌平区具有悠久的苹果种植历史，也是全国最早种植红富士苹果的地区之一，京北地区也是重要的苹果采摘地。随着经济发展，人们生活质量的提高，大量游客在苹果成熟时期在京北地区进行观光采摘。昌平地区有着优越的光、温、水等自然资源，属暖温带大陆性季风气候，年平均光照长达2 684 h，年平均气温11.8℃，平均降水量550.3 mm［1］。苹果含糖量高、着色快、营养丰富、口感好等特点使其扬名中外。近年来，果农为追求经济效益，盲目、随意、大量施肥，使土壤酸化板结，营养元素和土壤有机质逐步流失，土壤结构被严重破坏［2］，果树生长过旺，果品品质降低，耐储性变差。

我国磷矿资源数量丰富，但中低品位磷矿多、富矿少。磷矿品位低于18%的储量约占一半，P2O5＞30%的富矿储量仅占全国储量的22.5%。由于化学磷肥生产主要使用品位＞30%的优质磷矿［3-4］，因此中低品位磷矿因耗酸量大、选矿难度高而废弃，尾矿堆积成山，造成环境污染。如何合理利用磷矿资源成为亟待解决的问题。本研究采用中低品位的磷矿原料，经清华大学自主研制的WHJ-02物理活化处理制成矿物磷肥，该肥料是一种非水溶性磷肥，具有偏碱性、不易淋失特性，生产成本低、生态环保与节约磷资源等特点。施入土壤后，其元素的释放是一个长效缓慢的过程，一方面可以增加土壤中全磷的含量，提高磷的库容量，供给作物生长期充足的营养物质；另一方面可以减少土壤中可溶性磷的积累，从而解决磷的额外流失，间接控制水的富营养化，减轻污染。

1 　材料与方法

1.1 材料制备与检测

磷矿原料产地为河南尹川，全磷含量（P2O5）为25%，属于中低品位磷矿，经清华大学自主研制的WHJ-02物理活化处理，添加5%活化剂，不同时间分别取样，对其性能进行测定。

枸溶性磷的测定，称取混合均匀的磷矿粉（过150μm筛）1 000 g于250 mL三角瓶中，加入100 mL柠檬酸溶液，拧紧塞子，在20～25℃下震荡30 min，用干燥滤纸和器皿过滤，吸取浸出滤液1.00 mL，放入50 mL容量瓶中，加水至35 mL，准确吸入钒钼酸铵溶液10 mL，用蒸馏水定容，摇匀，放置20 min。在分光光度计470 nm波长下比色测定，同时做空白试验。扫描电子显微镜用于测定磷矿粉颗粒表面形貌。采用丹东百特科技有限公司生产的BT-9300H型激光粒度分析仪测定粒度分布。

1.2 试验方法

2013—2014年进行大田试验，地点位于北京市昌平区十三陵长陵园。供试苹果品种为红富士。供试微晶化矿物磷肥由山东滨州清大科技有限责任公司提供，具体养分状况为全磷25%。所用氮肥为尿素（氮46%），磷肥为过磷酸钙（12%），钾肥为硫酸钾（50%）。

在试验点果园选取长势一致、生长健硕、树姿稍开张、无病虫害苹果树为研究对象。定点试验的土地结构无较大差异。试验设4个处理，即CK：不施用磷肥；SK：常规施肥处理，每株过磷酸钙1.25 kg；PK1：微晶化矿物磷肥，等磷量处理，每株0.6 kg；PK2：微晶化矿物磷肥2倍量，每株1.2 kg，其余尿素和硫酸钾等量处理，施用量分别为0.65、0.5 kg。每个处理3次重复，随机排列。每小区10株果树，连续分布于行内。各处理肥料混合均匀后均分两次施用，第1次作为基肥施入，第2次坐果时施入，所有肥料均采用条状沟施方式，肥料播撒保持均匀。 所有供试点苹果树的剪枝、除虫、疏花疏果等管理措施保持一致。

1.3 测定方法

随机挑选生长均匀的成熟苹果树叶测定叶绿素，用叶绿素仪（HZY-I）测定；果实10月下旬收获，每株从东、西、南、北4个方向随机摘10个苹果进行指标测定。单果重用百分之一天平测量；可溶性糖用可视糖度仪（上海天垒仪器仪表有限公司）测定；可滴定酸采用标准法（以0.1 mol/L NaOH滴定）测定，糖酸比是糖度与酸度的比值。每个试验点随机选取3个地点采集土样，用取土器切割未经搅动的自然土壤，在土壤0～20 cm和20～40 cm深度分别取样。土壤速效养分的测定：碱解氮采用碱解扩散法；土壤有效磷采用NaHCO3浸提，钼锑抗吸光度法测定磷含量；土壤速效钾采用乙酸铵提取，用火焰光度计测定［5］。

采用 Excel，Origin8.0软件对试验数据进行统计分析，采用SPSS16.0软件进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 矿物磷肥的性质

2.1.1 不同处理磷矿粉的物理特性 不同时间处理的磷矿粉电镜照片如图1所示。由图1可知，微晶化加工改善了磷矿粉的表面形貌，随着时间的增加，细颗粒增多，结构比较松散，颗粒剥离度增加，呈碎屑状。这种表面形貌的改善提高了磷矿粉的比表面积和化学活性。微晶化磷矿粉的加工，利用机械力化学及高剪切的机械冲击作用，使晶格内部的化学键断裂，晶格畸变，吉布斯自由能增大，晶格尺寸变小，比表面积增加，元素的溶出率增加。图2是不同时间处理的磷矿粉粒度D50、D90的变化趋势，普通磷矿粉的粒径D50=28.13μm，D90=120.68μm，经过160 min微晶化处理的磷矿粉粒径为D50=2.54μm，D90=9.03μm，从图2可以看出，研磨120 min后，粒径变化趋于平稳，D90最后减小到9.03μm，颗粒均匀性增加。

图1 磷矿粉电镜照片

图2 不同研磨时间磷矿粉的D50和D90粒度曲线

2.1.2 不同处理磷矿粉枸溶性磷含量 磷矿粉的品位由全磷含量（P2O5）的含量评定，其枸溶性磷含量与全磷含量的比值则是评定它是否可以直接作为磷肥使用的标准［5］。由图3可以看到，随着时间的增加，磷矿粉的枸溶性增加，由原料的3.09%提高到5.5%，枸溶性磷提高了77.99%。对磷矿粉超细加工过程中，借助机械力化学激发作用，是磷矿颗粒表面产生晶格结构缺陷，将机械能转换为磷矿晶体内的非稳态化学能，与普通磷矿粉相比表现为磷元素的枸溶性提高数倍。微晶化磷矿粉属于非水溶性磷肥，与化学磷肥相比，磷元素的释放是缓慢的过程，由于植物在生长过程中根系还会分泌出甲酸、乙酸、柠檬酸、苹果酸、琥珀酸等有机酸［6］，使根系周围的环境呈酸性。在酸性环境中，溶解过程为：Ca10（PO4）6F2+12H+→10Ca2++6H2PO4-+2F-；Ca10（PO4）3（CO3）3FOH+6H+→10Ca2++3H2PO4-+3CO32-+F-+OH-［7］。这些酸性物质产生的H+可以持续与微晶化磷矿粉反应，促使磷酸根不断释放。微晶化磷肥的磷元素不会一次完全释放，其释放是缓效的，可以避免植物生长过程早期磷过剩，后期缺磷，而影响植物生长。

2.2 施肥处理对苹果生长的影响

2.2.1 对苹果品质的影响 不同试验地点采取同等疏果管理，每棵树的结果数量并无太大差异。由表1可知，不同磷肥处理能明显提高单果重，表现为PK2＞SK＞PK1＞CK，各处理与空白对照差异显著，分别提高单果重25.01%、24.34%、16.19%。等磷量处理PK1＜SK，可见增施矿物磷肥可以提高苹果单果重，2倍施磷PK2处理达到SK处理等同的效果。

图3 不同研磨时间磷矿粉的枸溶性磷含量

表1 不同处理苹果品质的相关指标

从表1可以看出，2倍等磷量处理含糖量最高，PK1处理次之，所有处理均大于空白处理，但差异不显著，矿物磷肥较化学磷肥可以提高果实糖度，PK2处理更加有利于提高果实的糖度。果实可滴定性酸含量无明显规律差异，增施磷肥对果实可滴定性酸并无明显效果。李宝江等［8］指出含酸量对苹果风味品质影响较大，可滴定酸含量为0.2%～0.5%的品种较符合鲜食要求，在这个酸度范围内含糖量越高，风味浓郁，优质率较高。贾定贤等［9］认为苹果风味除取决于糖、酸含量的绝对值外，还取决于糖、酸的配合即糖酸比。糖酸比值在20～60范围内风味较好，口感随着糖酸比增加。由表1可见，苹果糖酸比值均大于20，各处理排列顺序为PK2＞PK1＞SK＞CK，经过微晶化矿物磷肥处理后的糖酸比较空白处理分别高4.66%、13.07%，等磷量处理矿物磷肥可以提高苹果的糖酸比值，增加果实的口感，2倍施磷PK2矿物磷肥处理在提高果实品质上有较好的效果。

2.2.2 对苹果叶片叶绿素的影响 叶绿素是光合作用中最重要的物质，对果树的生长发育有着至关重要的影响。从图4可以看出，苹果叶片叶绿素含量表现为处理PK2＞SK＞PK1＞CK，磷肥处理叶绿素含量均高于空白对照，PK2与PK1差异显著，与SK差异不显著，较空白处理分别提高25.35%、8.56%、18.52%。施用等磷量PK1处理叶绿素含量小于SK处理，2倍施磷PK2处理叶绿素含量最高，增施矿物磷肥可以提高叶片叶绿素含量。

图4 不同施肥处理对苹果叶片叶绿素含量的影响

图5 不同施肥处理对土壤速效磷含量的影响

图6 不同施肥处理对土壤碱解钾含量的影响

图7 不同施肥处理对土壤速效氮含量的影响

2.2.3 施肥处理对土壤速效养分的影响 图5显示，施磷处理的土壤速效磷含量较空白对照显著增加，但是增加量不同，在0～20 cm土层分别增加89.18%、34.32%、84.42%，增加量最大的为SK处理，2倍施磷PK2处理次之，增加最小的为等磷量PK1处理，在20～40 cm土层土壤有效磷分别增加32.36%、17.88%、44.18%。随着微晶化磷矿粉施用量的增加，不同深度土壤中速效磷含量均有增加，2倍施磷处理的土壤速效磷含量与SK处理没有显著差异，增施微晶化矿物磷肥可以达到与化学磷肥等同的效果。土壤速效磷含量代表土壤可以供植物吸收的磷素水平，研究表明，经过微晶化处理的磷矿粉，很大程度上提高磷的枸溶率，增加了土壤中速效磷含量。而化学磷肥是水溶性肥料，由于作物一次无法完全吸收，磷元素易流失，因而造成植物后期营养供应不足；微晶化矿粉中的磷是非水溶性的，微晶化磷矿粉中元素释放是缓慢的过程，在植物后期生长过程为其持续提供营养元素。图6和图7表明，施磷处理的土壤碱解氮和速效钾的含量差异不显著，施磷肥处理对土壤碱解氮和速效钾含量的影响较小。0～20 cm土层土壤速效养分均高于20～40 cm土层。

3 　结论与讨论

磷是植物生长必需的三大营养元素之一，对植物生长至关重要［10-11］。果园土壤养分是树体生长和产量形成的重要物质基础，施肥对维持果园高产和增加土壤肥力具有重要作用［12］。对于产量较高的苹果园，每年需要从土壤中吸收 N、P、K约分别为 120、20、200 kg/hm2，氮磷钾的合理施用对苹果产量和经济效益的提高及品质的改善有重要作用［13］。但是长期大量使用化学肥料，对植物生长的环境造成了严重破坏。过磷酸钙、硫酸钙、氯化胺等化学肥料属于酸性肥料，土壤酸化后会释放有毒物质，对植物生长产生不良影响［14］，同时，过量使用化肥，大量的NH4+、K+与土壤胶体吸附的Ca2+、Mg2+等阳离子发生交换，使土壤胶体分散，结构被破坏，导致土壤板结。吕乐福等［15］研究表明，微晶化磷矿粉的释磷总量较普通磷矿粉处理提高了52.65%。解决普通磷矿粉有效磷含量过低不能满足植物生长需要的缺点，同时又能避免普通磷肥磷释放太快，造成早期磷过剩，而后期磷元素偏低的现象。Huang等［16］对磷矿进行超细粉碎，结果表明速效磷含量相比增加了40%，活性磷含量增加3.5倍以上，并且6次连续提取可溶性磷的积累量增加了24倍。李亚娟等［17］研究了磷矿粉经高表面活性矿物活化后可明显增加土壤有效磷含量，植株和根系的含磷量和吸磷量明显增加，甚至高于水溶性磷肥处理。磷的释放是一个缓慢的过程，元素以矿物态和缓效态为主，提高了土壤磷的储备量，减少了磷的流失。

本研究采用低品位磷矿资源，对其进行物理活化加工，提高磷元素的释放能力，矿物磷肥在苹果栽培中的应用结果表明，施用矿物磷肥可以改善苹果的品质，增加苹果的口感，提高单果重和糖酸比；在果树生长质量上，叶绿素含量增加，提升光合作用效率，促进植物生长；矿物磷肥处理的土壤速效养分含量较CK处理均有所提高，由于矿物磷肥元素不易流失，缓效释放，减少了对土壤和水资源的污染，矿物磷肥长期使用，会改善植物生长的生态环境，改善土壤理化状态，丰富土壤矿质元素。磷矿资源中含有丰富的铁、钙、镁等元素，经微晶化处理后这些元素对植物生长的影响还需进一步研究。

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（责任编辑 崔建勋）

Effects of microcrystalline mineral phosphate fertilizer on cultivation quality of apple trees

DU Yu-feng1，GAI Guo-sheng2，ZHANG Xian-mei1，HE Zhen-quan2，3，YANG Yu-fen2，4
（1.College of Materials and Mineral Resources，Xi'an University of Architecture and Technology，Xi'an 710055，China；2.Department of Material Science and Engineering，Tsinghua University，Beijing 100084，China；3.Shandong Binzhou Tsingda Science and Technology Co.，Ltd.，Binzhou 251800，China；4.Wuxi Tsingda Lv Feng Science and Technology Development Co.， Ltd.，Wuxi 214155，China）

Taking middle grade phosphate rock as main material，the activation process of microcrystalline pho sphate rock was to characterize the performance by physical methods.The results showed that after the crystallization treatment，phosphate rock powder particles had good uniformity，loose structure，small size，and citric soluble phosphorus content increased by 77.99%.In 2013-2014，field experiments were conducted in Changping，Beijing，and the effects of mineral fertilizer on quality of apple cultivation was explored.Results indicated that the mineral fertilizer could significantly improve fruit weight，sugar acid ratio，chlorophyll，compared to the blank treatment，the index increased by 25.01%，13.07% and 25.35%，and it could effectively improve the quality of fruit.Microcrystalline phosphate rock significantly increased the content of soil available phosphorus，in the two groups appling mineral fertilizer，the available phosphorus in the 0-20 cm and 20-40 cm increased by 34.32%，84.42% and 17.88%，44.18% respectively.The cultivation effect of microcrystalline phosphate rock was similar to ordinary superphosphate treatment in apple.

microcrystalline phosphate rock powder；mineral phosphate fertilizer；apple quality；cultivation quality

S143.2+1

A

1004-874X（2016）04-0093-05

10.16768/j.issn.1004-874X.2016.04.019

2015-10-20

国家自然科学基金（51374136） ；江苏省科技支撑计划项目 （BE2013312） ；山东省科技成果转化项目（2013ZHZX1A0307） ；无锡市创新基金 （CBE01G1232）

杜玉凤（1990-），女，在读硕士生，E-mail：duyfsdut@126.com

盖国胜（1958-），男，教授，E-mail：gaigs@139.com