三种不同聚合度组成的聚磷酸铵对玉米苗期生长的影响

2019-04-01陈小娟杨依彬张承林

植物营养与肥料学报 2019年2期

陈小娟，杨依彬，龚林，张承林*

（1 华南农业大学资源环境学院，广东广州 510642；2 广州一翔农业技术有限公司，广东广州 510650；3 东莞一翔液体肥料有限公司，广东东莞 523135）

聚磷酸铵 (ammonium polyphosphate，简称APP)，是一种富含氮、磷的无机聚合物，分子通式为 (NH4)n+2PnO3n+1。根据其聚合度n的大小，分为低、中、高聚合度3大类，其聚合度越高，水溶性越小，当n ＜ 20时，为水溶性APP。近年来，由于低聚合度APP富含氮磷营养、水溶性好、具有一定的螯合能力等特点，作为一种新型磷源进入化肥领域，用于生产高浓度液体复合肥料[1]。另外，APP需要逐步水解为正磷酸盐才能被作物吸收利用，因此被认为是一种长效缓释型肥料[2]。

国内APP合成方法多样，各个厂家的生产工艺及反应控制条件不同，得到的APP聚合度及组分差异大，APP聚合度的高低影响其水解速度[3]，水解的速度快慢与APP在某一时间的供磷能力有密切关系。苗期是磷的营养临界期，当APP作为种肥或底肥施用时，不同聚合度组成的APP可能存在供磷时间上的差别，从而影响苗期的生长。本研究比较了三种不同聚合度的APP对玉米苗期生长的影响，旨在为APP作为种肥或底肥施用提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

玉米品种为郑单958，供试土壤为砖红壤，取自广东省徐闻县。土壤基本性质：pH值4.98、EC值68.0 μS/cm、有机质13.6 g/kg、碱解氮65.8 mg/kg、有效磷1.60 mg/kg、速效钾27.4 mg/kg、有效锰41.4 mg/kg、有效锌0.70 mg/kg、有效铁7.0 mg/kg、有效铜1.0 mg/kg、交换性钙2.10 cmol (1/2Ca2+)/kg、交换性镁1.48 cmol(1/2Mg2+)/kg，属严重缺磷土壤。

供试肥料：工业级磷酸一铵 (12-60-0，简称MAP)，所有APP样品由四川大学化工学院提供。在本试验中，以不同聚合度的聚磷酸铵制备了三个种肥，简称APP1、APP2、APP3。一般来说，正磷酸和焦磷酸为低聚成分，三聚和四聚磷酸为中聚成分，五聚以上为高聚成分。APP1为 (含N 22%、P2O546%) 以中低聚组成为主，低聚∶中聚∶高聚 =55.5%∶43.7%∶0.8%，APP2 (含N 21%、P2O553%)以中高聚组成为主，低聚∶中聚∶高聚 = 20%∶72%∶8%，APP3 (含N 13%、P2O570%) 聚合度组成分布均匀，低聚∶中聚∶高聚 = 23%∶43%∶34%，具体聚磷酸铵组成成分及其提供的磷量见表1。

表1 供试聚磷酸铵组成分及P2O5总含量 (%)Table 1 Contents of components and P2O5 in the tested ammonium polyphosphates

1.2 试验设计

试验于华南农业大学作物营养与施肥研究室温室中进行。取过2 mm的风干土壤，装入塑料盆中，盆口直径20 cm、高18 cm、盆底直径15 cm，每盆装4.5 kg土，播一粒种子。

共设8个处理，具体为：对照 (CK，不施磷肥)、MAP、APP1、APP2、APP3、APP1∶MAP(1∶1)、APP2∶MAP (1∶1) 及 APP3∶MAP (1∶1)，每个处理4次重复，每盆施用P2O50.74 g，则每盆施用 MAP、APP1、APP2、APP3、APP1∶MAP(1∶1)、APP2∶MAP (1∶1)、APP3∶MAP (1∶1) 分别为 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。通过上述磷肥每盆施用的氮分别为0.15 g、0.35 g、0.29 g、0.14 g、0.25 g、0.22 g、0.14 g。氮用量为 N 0.35 g∕盆，不足的氮用硫酸铵 (N 21%) 补足。供试钾肥为氯化钾(K2O 60%)，按K2O 0.15 g/kg土施用，装盆时与土壤混匀。依据前期试验，APP种肥位置为距种子横向4 cm处再垂直向下4 cm (图1)。

图1 肥料与种子放置示意图Fig. 1 Fertilizer and seed placement diagram

2017年7月10日播种。先在盆中装入一定量的土，在盆中央插上有刻度的玻璃棒 (底部为0 cm)，肥料集中放置于0 cm处，然后每盆分别覆土至玻璃棒的4 cm处，以玻璃棒为基点，距离水平方向4 cm处播1粒催芽种子，然后覆土2 cm。播种40 d后收获植株。

1.3 测定项目及方法

株高和茎基部直径：用卷尺测量地表到植株最高点的高度为株高，游标卡尺测量茎基部直径。

土壤及植株取样方法：拔出植株后，抖动分离根际土壤，其根际土用四分法取土，风干后研磨，分别过2.0 mm筛和0.15 mm筛备用；沿土面剪下地上部，洗净根系，烘干后称干重，粉碎后测定总磷，用H2SO4-H2O2消煮，钼锑抗比色法进行测定；土壤有效磷用NH4F-HCl浸提—钼锑抗比色法，土壤全磷用HClO4-H2SO4消煮—钼锑抗比色法[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 = (施磷植株吸磷总量-不施磷植株吸磷总量)/施磷量 × 100%

2 结果与分析

2.1 不同聚磷酸铵处理对玉米苗期株高和茎粗的影响

由表2可知，播种40 d后，所有磷肥处理都可以显著促进玉米苗期的生长，株高和茎粗都比不施磷处理显著增加。各种APP单独施用时，三种APP处理间株高和茎粗存在显著差异，以APP3处理肥效最好，其次是APP1处理，APP2处理最差，MAP处理与APP1处理和APP3处理效果相似。当各APP配施MAP后，与单独施用APP2和APP3处理相比，APP2∶MAP和APP3∶MAP处理株高均显著增加，且APP2∶MAP处理茎粗显著增加，而APP1∶MAP与APP1处理的株高和茎粗均无显著差异。与MAP处理相比，APP1∶MAP和APP2∶MAP处理株高和茎粗无显著差异。在所有处理中，APP3∶MAP处理株高和茎粗均达到最大值，表明该处理效果最好。

表2 不同聚磷酸铵对玉米苗期株高和茎粗的影响Table 2 Plant height and stem diameter of maize seedling affected by ammonium polyphosphates

2.2 不同聚磷酸铵处理对玉米苗期干重的影响

施磷处理显著提高了玉米干重，但提高程度各不相同 (图2)。单独施用APP时，APP3处理地上部干重显著高于APP1和APP2处理，而APP3处理地下部干重比APP2处理显著增加，与APP1处理之间没有显著差别。当APP配施MAP后，与APP1和APP2处理相比，APP1∶MAP和APP2∶MAP处理地上部和地下部干重均得到显著提高；与单独施用APP3比较，APP3∶MAP处理地上部和地下部干重没有显著增加，表明APP3可以单独施用。与MAP处理相比，APP1∶MAP和APP2∶MAP处理地上部干重无显著差异，但APP3∶MAP处理地上部和地下部干重均显著高于MAP处理。

2.3 不同聚磷酸铵处理对土壤全磷及有效磷含量的影响

各施肥处理间土壤全磷含量无显著差异，APP3∶MAP处理土壤有效磷含量显著高于其他处理，其他处理间差异不显著，但均显著高于对照 (图3)。

图2 不同聚磷酸铵对玉米苗期地上部和地下部干重的影响Fig. 2 Dry matter weight of above and underground parts of maize seedlings affected by ammonium polyphosphates

图3 不同聚磷酸铵对土壤全磷及有效磷含量的影响Fig. 3 Total and available P contents of soils affected by ammonium polyphosphates

2.4 不同聚磷酸铵处理对玉米苗期磷吸收量的影响

不同磷肥处理对玉米磷吸收量的影响不同 (图4)。APP1与MAP无显著差异，APP2显著低于MAP和其他所有处理，APP3显著高于MAP、APP1和APP2。当APP1配施MAP后，效果显著好于APP1或AMP单施，APP2与MAP配合效果与MAP相当，APP3与MAP配合的效果显著好于二者单施，且与单施APP1、APP2和APP3相比，APP1∶MAP、APP2∶MAP和APP3∶MAP处理的磷吸收量分别提高了38.2%、259.3%、37.6%。

2.5 不同聚磷酸铵处理对磷利用率的影响

与磷吸收量相对应，各处理的磷利用率存在显著差异 (表3)。植株吸磷量最低的APP2处理，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，是单独施用APP2处理的4.17倍，而APP3配施MAP后磷的利用率是最高的。

3 讨论

试验结果表明，单独施用APP时，不同聚合度组成的APP对玉米的株高、茎粗、干重及磷吸收量存在显著影响，其中APP1处理玉米长势与MAP处理相近，APP2处理显著低于MAP处理，而APP3处理则显著高于MAP处理。由此可见，单独施用APP 时，其肥效 APP3 ＞ MAP ≈ APP1 ＞ APP2 处理。通过比较土壤全磷含量、土壤有效磷含量及磷利用率可知，单独施用APP时，各施磷处理中磷的有效性也是 APP3 ＞ MAP ≈ APP1 ＞ APP2 处理。APP 一般包含正磷酸盐、焦磷酸盐、三聚磷酸盐和四聚磷酸盐等多种不同聚合态成分，APP在土壤中只有水解为正磷酸盐后方能被植物吸收利用，水解反应速度控制着植物对磷的吸收速度[5]。APP在土壤中的水解是酶促反应，在磷酸酶的催化作用下分解为正磷酸盐[6]，其聚合度越高，链越长，水解速率越慢。另外，APP的水解还受到土壤质地、pH值、温度、金属离子、土壤水分等因素的影响[7-9]，也有研究指出，APP的水解与其组分差异及分布水平有关[10]，四聚磷酸盐水解为三聚磷酸盐约需要1天，三聚磷酸盐水解为焦磷酸盐与正磷酸盐约需要7天，而焦磷酸盐水解为正磷酸盐则需4～100天[11]。

通过分析发现，以中低聚成分为主的APP1，在试验的40 d内，基本满足了玉米生长对磷养分的需要。以中高聚成分为主的APP2，则表现为磷养分缺乏，玉米苗期磷供应不足而影响其形态的建成[12]。而聚合度组成分布较均匀的APP3，在土壤中缓慢水解而将有效磷释放到土壤中，从而减少了土壤对磷的固定作用，提高了玉米植株对磷营养的利用，供磷效果最优。因此，APP的聚合度分布差异实际表现为水解速率的差异，最终表现为供磷速率的差异。

本试验以砖红壤为供试土壤，pH值4.98，属于酸性，存在大量无定形氧化铁和氧化铝，磷肥施入土壤后极易被固定而降低磷的利用率[13]，MAP是一种速效磷肥，施入土壤后容易被土壤固定而降低当季利用效率，本试验也验证了MAP的利用率低于APP3。APP与MAP配施后，三种APP在土壤中的有效磷含量有不同幅度的提升，APP3∶MAP处理土壤有效磷含量最高，可能是三种APP中以APP3的聚合度组成分布较均匀，且高聚成分最多，高聚逐渐水解为低聚，促使土壤中有效磷含量增加；而三种APP中磷利用率均得到显著提高。可见，APP与MAP的配合施用，弥补了聚磷酸铵分解慢、磷营养供应不足的缺点。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]，这与陈日远等[15]应用APP配比DAP提高作物磷的积累量的结果是一致的。