施肥对天然橡胶胶乳及生胶性能的影响

华元刚　刘海林　贝美容　杨红竹　林清火　茶正早

摘 要 设置了5种不同施肥处理，通过田间试验研究了施肥对天然橡胶胶乳及生胶性能的影响。结果表明：施用N肥可以增加胶乳总固形物和干胶含量；施用钾肥或与氮磷肥配施，可降低胶乳中游离钙镁。不施氮肥而只施用磷钾肥会增加生胶灰分含量；氮磷钾肥配合施用可增加生胶中氮含量；磷钾肥配施或氮磷钾（镁）肥配施时，生胶中的挥发物含量较高。施肥可以降低生胶的塑性初值（P0），在一定程度上提高生胶的塑性保持率（PRI），其中施用氮肥后的生胶的塑性保持率显著增高。同时，使用化学肥料可增加橡胶的分子量，其中氮磷钾镁肥配合施用时生胶分子量最大，门尼黏度高。

关键词 施肥；胶乳；生胶；性能

中图分类号 S794.1 文献标识码 A

Abstract The effects of fertilizing on natural rubber latex and raw rubber properties were studied by a field experiment with five different treatments. It showed that applying N fertilizer could increase the total solids content and dry rubber content of latex， and applying K fertilizer or with N and P fertilizer together could reduce the content of free calcium and magnesium in latex. Applying PK fertilizer without N fertilizer would increase the ash content of raw rubber； and combined applying of NPK fertilizers could increase the nitrogen content in raw rubber. The content of volatile matter in raw rubber was higher when combined applying of PK or NPK （Mg）. Fertilization could reduce the P0value， and improve PRI to some extent， which was higher with the treatment of applying of N fertilizer among them. Bye the way， applying chemical fertilizer could increase the molecular weight of raw rubber， and combined applying of NPK Mg fertilizers has the largest molecular weight and mooney viscosity among them.

Keywords fertilizing； rubber latex； raw rubber； property

DOI 10.3969/j.issn.1000-2561.2018.08.001

天然橡胶是一种重要的战略物资和工业原料，与合成橡胶相比，其具有优异的综合性能，在军工和特殊用途橡胶领域中具有不可替代性。然而，天然橡胶胶乳的化学成分非常复杂，除橡胶烃外还含有组成复杂的5%～8%的非橡胶物质[1]，这些非橡胶组分含量对胶乳的性能、天然橡胶加工及橡胶制品的应用性能有不容忽视的影响。研究发现，非橡胶成分因气候、种植品系、土壤施肥、割胶等条件的不同，都会出现巨大差异[2]。

由于施肥能使胶树增产，因此多年来已成为胶园的常规措施，但连续多年施肥对胶乳性质的影响却很少研究。1953年菲尔波特等曾指出，对种在高度缺钾土壤上的实生胶树结合施用氮、磷、钾肥，浓缩胶乳的稳定性就提高了，博菲斯还把这种分析列入作为推荐施肥的“生理诊断”制度中[3]。后来科里厄等[3]研究了施用氮磷肥料对胶乳组分的影响，马来西亚研究院调查了肥料对RRIM600胶乳成分、胶乳特性影响[4]。国内华南热带作物研究院粤西试验站早期的试验认为钾肥对提高胶乳的机稳度起到重要作用，而氮素对胶乳的机稳度和热稳度均有不良影响[5]；曹海燕[2]研究認为使用氮肥会降低浓缩胶乳的稳定性，而使用磷肥则相反。王木生等[6]对三大垦区有代表性农场的胶乳连续4 a取样测试，发现不同地域土壤上种植的橡胶树胶乳性能有较大差异。然而这些研究主要集中在胶乳组分及浓缩胶乳的稳定性上，对橡胶生胶的性能及分子量等研究一般集中在不同品系[7-8]、不同年份[9]和割胶制度[10]上，关于施肥对其影响鲜见报道。本研究对天然橡胶树采取不同施肥处理，研究了不同施肥处理方式对天然橡胶胶乳及生胶性能的影响，以期为天然橡胶树合理施肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料及预处理

试验材料分别在施肥45 d后取样。取样时，每次取样时间基本保持一致（早上7：00—8：00时停排后取样），每小区取鲜胶乳混合样1 500 mL，分为两部分。其中100 mL直接送回实验室进行鲜胶乳分析测定；另外1 400 mL用40～60目过滤筛过滤胶乳，去杂质，自然凝固。用清水浸泡胶凝块并洗涤干净，切成小块，用压片机将凝胶块压成厚约2 mm的薄片，再用清水冲洗约3 h，随后放入70 ℃恒温箱中鼓风干燥至淡黄色透明为止，取出生胶片，包装并做好样品记录。

1.2 方法

1.2.1 实验设计 实验在中国热带农业科学院试验场抄石队进行，供试品系为热研7-33-97，树龄为11 a。试验设置对照（CK）和施用氮磷肥（NP）、氮钾肥（NK）、磷钾肥（PK）、氮磷钾肥（NPK）、氮磷钾镁肥（NPKMg）的5个处理，每个处理3次重复，重复间随机区组排列，共计18个试验小区，每小区12株。每小区间20 cm土层用油毡纸间隔开。试验期间内共两次施肥，第一次施肥在2016年5月初，第二次施肥在8月初。单次施肥量占总施肥量的50%，其中氮肥（尿素N 46%）施用量为300 g/株，磷肥（过磷酸钙P2O5 12%）施用量为660 g/株，钾肥（氯化钾K2O 60%）施用量为95 g/株，镁肥（硫酸镁MgSO4 27%）施用量为70 g/株，施肥方法同常规施肥。

1.2.2 测定指标与方法 鲜胶乳和生胶性能测试按相应的国家标准进行测试。其中胶乳总固形物和干胶含量均采用烘干法；氮磷的样品先经浓H2SO4消化后，氮采用纳氏试剂-比色法，磷采用钼锑抗比色法，钾采用干灰化-火焰光度法，游离钙镁含量参照NY-T 1389-2007测定；生胶杂质含量参照GB/T 8086-2008测定，灰分含量参照GB/T 4498- 1997（2004）测定，氮含量参照GB/T 8088-2008测定，挥发分含量参照GB/T 24131-2009测定，塑性初值（P0）参照GB/T 3510-2006测定，塑性保持率（PRI）参照GB/T 3517-2014测定，门尼黏度参照GB/T 1232.1-2016测定；橡胶相对分子质量采用美国Agilent公司产的Agilent 100型凝胶渗透色谱仪测定。

1.3 数据处理

采用Microsoft Office Excel 2007软件对原始数据进行整理计算，采用SPSS软件对数据统计分析，在0.05水平下进行LSD多重比较，数据均为均值±标准差。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理所得鲜胶乳特性

干胶含量和总固形物含量是研究胶乳浓度的指标。不同施肥处理的天然橡胶鲜胶乳的特性如表1所示。

从表1可以看出，与CK相比，在不施N肥而只施用PK肥时，胶乳总固形物和干胶含量显著低于对照，NPK肥配合施用，胶乳总固形物和干胶含量极显著地增加，其他处理样差异不显著。说明施用N肥对增加胶乳总固形物和干胶含量有显著的促进作用，这与胶乳的生物合成有关。

游离钙镁含量是研究胶乳稳定性的指标。一般认为，胶乳中钙镁离子等二价金属阳离子与胶乳絮凝有关，参与胶乳凝固，降低胶乳稳定性[11]。

从表1可以看出，在常规施肥量下，鲜胶乳中游离钙镁含量均在标准范围内。其中NP、NPK、NPKMg施肥处理，胶乳中游离钙镁含量显著高于其他处理，其他处理间差异不显著；施用K肥或与N、P肥配施，胶乳中游离钙镁降低。胶乳中的游离钙镁含量与其干胶含量和总固体含量不成比例，可见胶乳浓度与胶乳中的游离钙镁含量无相关性。

2.2 不同施肥处理对胶乳养分含量的影响

不同施肥处理的鲜胶乳养分含量如表2所示。由表2可以看出，除PK处理外，其他施肥处理的鲜胶乳N含量都显著高于CK，说明了施用N肥或者N肥与其他肥料配合施用均可增加鲜胶乳中的N含量。NK、PK、NPK处理的鲜胶乳K含量也都显著高于CK，说明施用K肥或者K肥与N肥、P肥配合施用也可显著增加鲜胶乳中的K含量。不同施肥处理对鲜胶乳中P或者Mg含量影响不显著。

2.3 不同施肥处理对生胶中非胶组分含量影响

不同施肥处理的天然橡胶生胶中非胶组分的含量如表3所示。从表3可以看出，其中，施肥处理对生胶杂质含量的影响无明显规律，表明生胶中的杂质主要来源于胶乳收割时混入的外界杂质，而与施肥处理无关。不施N肥而只施用PK肥处理的生胶灰分含量显著高于其他处理，可能是由其中的无机盐含量和金属盐含量较多导致的，这在一定程度上会影响生胶及其制品的物理性能和气密性[12]。

对于氮含量而言，NPK或NPKMg配合施用的生胶中含量最高，而在不施N肥而只施用PK肥处理时含量最低，且施用N肥处理的生胶氮含量均高于对照。生胶中的氮主要来自蛋白质，有些蛋白质分解的硫可促进橡胶硫化，分解的氨基乙酸可与橡胶中的金属离子络合，从而达到防老化的作用[13]；但蛋白质含量过多同样会引起生胶

发黏、发霉，影响生胶的贮存。由表3可以看出，PK配合施用或者NPK（Mg）配合施用时，生胶中的挥发物含量都显著高于其他处理，挥发物含量的多少直接影响橡胶的贮存，含量过高时塑炼容易打滑，生胶可塑性较差[14]。本试验中不同施肥处理所得生胶挥发物含量均超过标准值，可能受其他因素影响。

2.4 不同施肥处理对生胶性能影响

不同施肥处理的天然橡胶生胶的性能如表4所示。

从表4可以看出，不同施肥处理所得生胶的性能均符合标准胶的规格。与对照相比，除PK处理外，施肥处理均会降低生胶的P0值，相反，不同施肥处理均能提高生胶的PRI。通过比较发现，施用N肥可以提高生胶的PRI，这是由于施用N肥参与了生胶中蛋白质的合成，其中的一些蛋白质是天然的防老化剂，从而使试样的PRI提高；而施用Mg肥则会降低生胶的PRI，因金属离子会促使橡胶老化。门尼黏度是反应橡胶的加工性能和分子量大小及分布。表4中的NPKMg处理生胶门尼黏度要高于其他处理，其他处理之间差异不显著。

2.5 不同施肥处理对橡胶分子量及其分布的影响

天然橡胶的分子量存在不均一性或多分散性，以平均分子量作为其分子量的表征，低分子量的部分对数均分子量（Mn）影响较大，而高分子量的部分对重均分子量（Mw）有较大影响；以分子量分布表征其分散程度，Mw/Mn值的大小作为分散程度的标志，Mw/Mn的值越大，其分子量分布范围越宽，反之则越低。不同施肥处理的橡胶分子量及其分布如表5所示。

由表5可知，不同施肥处理的Mn、Mw、Mv（黏均分子量）均高于对照。其中，Mn为NK、NPK、NPKMg处理的较高；Mw和Mv均为NPKMg处理的最高，其他的较为接近；不同施肥处理的分子量分布也都非常接近。分子量低的生胶由于其可塑性大，容易压延，收缩率小；而分子量高的生胶可塑性小，弹性较大，收缩率大，胶料不易混炼均匀，加工性能差。

3 讨论

膠乳浓度及其稳定性是研究胶乳的首要指标，其中胶乳浓度一般有胶乳总固形物和干胶含量2种表现方式。本研究表明，N肥对增加胶乳总固形物和干胶含量有显著的促进作用，这主要是由于氮素参与了胶乳的生物合成，增强了产胶能力，这在很多研究中都有证明[15]。科里厄和马来西亚研究院早期的研究均表明施氮肥使鲜胶乳的氮含量增加，镁含量增高，机械稳定度降低；施K肥对提高胶乳的机械稳定度起到重要作用，尤其是以NK、NPK、NPKMg处理都在411 s以上（保存1个月）；而施Mg处理的机械稳定度最低[3-4]。本研究表明NP、NPKMg施肥处理，胶乳中游离钙镁含量显著高于其他处理，施用K肥或NK、PK肥配施，可降低胶乳中游离钙镁。

本研究表明，施用N肥或N肥与其他肥料配合施用均可增加鲜胶乳中的N含量，施用K肥或K肥与N、P肥配合施用也可显著增加鲜胶乳中的K含量。王文斌等[16]等利用15N示踪技术认为增施N肥可以提高胶乳中的N含量，陶中华等[17]对橡胶树大量元素的研究也证明了这一点。橡胶中灰分主要有无机盐、含金属的磷酸盐和硫酸盐等，本研究表明，不施N肥而只施用PK肥的生胶灰分含量显著增加，NPK配合施用的生胶中氮含量最高，在不施N肥而只施用PK肥处理时含量最低。马来西亚研究院认为施氮处理的生胶贮存硬化值最低，而可塑性最高，施肥处理对抗氧指数（PIR）没有影响[4]。而本研究结果却有不同，认为施肥可以降低生胶的塑性初值，在一定程度上提高生胶的PRI，其中施用N肥后的生胶的PRI值较高。但是也有研究认为在最初阶段（凝固起始的一个星期）的自然凝固橡胶来说，施钾处理的生胶门尼黏度最低，其可塑性也最低，而其抗氧指数则最高[18]。这与本研究的结果有一定的相似性。关于施肥对橡胶分子量的影响，本研究认为施肥可增加橡胶的分子量，其中NPKMg配合施用时生胶分子量较大，国内外其他关于施肥对橡胶分子量的研究鲜见报道。

总之，天然橡胶的性能指标不是单一的，其影响因素也是多方面的，很难找到某个理想施肥处理的非胶组分最少、物理机械性能最优。因此，在生产橡胶或胶乳制品时，可根据不同制品的需要选择合适的种植环境及栽培措施的橡胶树胶乳作为原材料，取长避短，使制品性能达到最优。

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