氮磷钾配方施肥提升天然橡胶生胶性能

华元刚 贝美容 刘海林 杨红竹 林清火 茶正早

摘  要  以8 a生长的PR107橡胶树为研究对象，采用正交实验设计，研究氮、磷、钾肥配施对天然橡胶生胶性能及分子量的影响。结果表明：不同种类和水平的施肥处理对干胶含量有显著的影响，不同肥料对干胶含量最优施肥组合为尿素300 g/株、过磷酸钙250 g/株、氯化钾75 g/株;对生胶塑性初值的最优施肥组合为尿素0 g/株、过磷酸钙375 g/株、氯化钾25 g/株;对门尼黏度的最优施肥组合为尿素0 g/株、过磷酸钙250 g/株、氯化钾25 g/株;对生胶塑性保持率的最优施肥组合尿素200 g/株、过磷酸钙375 g/株、氯化钾50 g/株。施肥对橡胶的分子量均有显著影响，对橡胶数均分子量（Mn）的最优施肥组合为尿素0 g/株、过磷酸钙125 g/株、氯化钾25 g/株，对橡胶重均分子量（Mw）、黏均分子量（Mv）的最优组合施肥量为尿素300 g/株、过磷酸钙250 g/株、氯化钾25 g/株。在生产橡胶或胶乳制品时，可根据不同制品的需求选择合适的种植环境及施肥措施的橡胶树胶乳作为原材料，使制品性能达到最优。

关键词  氮;磷;钾;生胶;性能;分子量中图分类号  S794.1      文献标识码  A

Abstract  The effects of NPK fertilizer applying on the properties and molecular weight of natural rubber were studied  using an orthogonal test design on the eight years PR107 rubber trees. Different types and levels of fertilization had a significant effect on dry rubber content. The optimum combination of dry rubber content was urea 300 g/plant， calcium superphosphate 250 g/plant， and KCl 75 g/plant. The optimum combination of P0 was calcium superphosphate： 375 g/ plant， KCl 25 g/plant， and that of mooney viscosity was calcium superphosphate 250 g/plant， KCl 25 g/plant， but none of urea for both of them. The optimum combination of PRI was urea 200 g/plant， calcium superphosphate 375 g/plant， and KCl 50 g/plant. Fertilization also had a significant effect on the molecular weight of rubber， and the optimum combination of Mn was calcium superphosphate 125 g/plant， KCl 25 g/plant， but none of urea. The optimum combination of Mw and Mv was urea 300 g/plant， calcium superphosphate 250 g/plant， and KCl 25 g/plant. When producing rubber or latex products， suitable planting environment and fertilization measures could be chosen to produce raw materials according to the requirements of different products.

Keywords  N; P; K; raw rubber; property; molecular weight

DOI  10.3969/j.issn.1000-2561.2019.04.001

天然橡胶的化学成分非常复杂，除橡胶烃外还含有组分复杂的5%～8%的非橡胶物质[1]，这些非橡膠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]。多年来施肥已成为胶园常规的增产措施。国外菲尔波特等指出，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[3];马来西亚研究院调查了肥料对RRIM600胶乳成分、胶乳特性的影响[4]。国内华南热带作物研究院粤西试验站早期的试验认为K肥对提高胶乳的机稳度起到重要作用，而N素对胶乳的机稳度和热稳度均有不良影响[5];曹海燕[2]研究认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。马来西亚研究院等[4]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（PRI）无影响。但也有研究认为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[7]。这些研究大多主要集中在胶乳组分及浓缩胶乳的稳定性上，而对生胶的性能及分子量等的研究报道相对较少。本文研究了不同氮磷钾配方施肥对天然橡胶生胶性能及分子量的影响，以期为天然橡胶树在合理施肥条件下制得优质的天然橡胶提供理论依据。

1  材料与方法

1.1  材料及处理

供试品系为PR107，树龄为8 a。氮肥采用尿素（N 46%），磷肥采用过磷酸钙（P2O5 12%），钾肥采用氯化钾（K2O 60%）。

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停排后取样），每小区取鲜胶乳混合样1500 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1400 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  试验设计  试验在海南省新中农场41队进行。采用氮、磷、钾三因素四水平L16（43）进行正交设计。试验共设16个处理，各处理肥料组合及用量见表1，每处理重复3次，共计42个小区，各小区间设置1行保护行。试验期间共施肥2次，第一次施肥在2017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%，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。其中干胶含量采用烘干法;塑性初值（P0）参照GB/T 3510-2006测定，测试仪器为Wallace Plastimer MKll 010;塑性保持率（PRI）参照GB/T 3517-2014测定，测试仪器为Wallace Aging Oven 010;门尼黏度参照GB/T 1232.1-2016采用MV2-90E型门尼黏度仪测定;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，采用Sty ragel （HT3-HT5-HT6E）色谱柱，515HPLC Pump-高效液相色譜泵，2410Refractive Index Detector-示差检测器;测试温度为30 ℃，流动相为四氢呋喃，流速为1 mL/min。

1.3  数据处理

采用Microsoft Office Excel 2007软件对原始数据进行整理、计算作图，采用SPSS软件对数据进行统计分析，在0.05水平下进行LSD多重比较。

2  结果与分析

2.1  不同施肥处理对干胶含量的影响

不同施肥处理下干胶含量的单因素方差分析及干胶含量极差分析见表2、表3。由表2 和表3可知，在P=0.05的水平下，氮肥和钾肥对干胶含量有显著影响，磷肥对干胶含量的影响不显著。

氮肥对干胶含量影响大小为N4>N3>N1>N2，其中N1、N2、N3之间，N3与N4之间无显著差异，但N4干胶含量显著高于N1和N2。磷肥对干胶含量影响各水平之间差异不显著，影响大小为P1>P3>P2>P4。钾肥对干胶含量影响大小为K4>K2>K3>K1，其中K4的干胶含量显著高于K1的，但K1、K2、K3之间以及K2、K3、K4之间的干胶含量差异不显著。说明增施氮肥和钾肥可以提高胶乳的干胶含量。各施肥水平下，干胶含量极差（R）大小为氮肥（N）>钾肥（K）>磷肥（P）（表3），比较不同肥料对干胶含量影响大小为氮肥（N）>钾肥（K）>磷肥（P）。分析得出不同施肥组合对干胶含量的最优组合为N4P3K4，即单次施肥量为尿素300 g/株、过磷酸钙250 g/株、氯化钾75 g/株。

2.2  不同施肥处理对生胶塑性初值（P0）的影响

不同施肥处理对生胶塑性初值的影响分析方法同2.1，为了直观表述，通过正交试验的方差分析如图1所示。由图1可知，各施肥水平下，生胶塑性初值极差（R）大小为磷肥（P）>氮肥（N）>钾肥（K），比较不同肥料对生胶塑性初值影响大小为磷肥（P）>氮肥（N）>钾肥（K）。氮肥对生胶塑性初值影响大小为N1>N4>N2>N3，且N1与N4，N4与N2、N3之间的塑性初值差异不显著。不同磷肥水平对生胶塑性初值影响大小为P4>P3>P2>P1，且P4与P1、P2之间塑性初值有显著差异，P3与其他水平之间差异不显著，说明增施磷肥可以提高生胶的塑性初值。不同钾肥水平

对生胶塑性初值影响大小为K2>K3>K1>K4，且K2、K3的塑性初值显著高于K1，K4与其他水平之间的差异不显著。综合分析得出，不同肥料组合对生胶塑性初值的最优组合为N1P4K2，即单次施肥量为尿素0 g/株、过磷酸钙375 g/株、氯化钾25 g/株。

2.3  不同施肥处理对生胶塑性保持率（PRI）的影响

生胶塑性保持率（PRI）是表征天然橡胶的耐老化性能的指标，PRI值越高，表明生胶的耐老化性能越好。不同施肥处理对生胶塑性保持率的影响如图2所示。由图2可知，各施肥水平下，生胶塑性保持率极差（R）大小为氮肥（N）>磷肥（P）>钾肥（K），比较不同肥料对生胶塑性保持率影响大小为氮肥（N）>磷肥（P）>钾肥（K）。氮肥对生胶塑性保持率影响大小为N3>N4> N2>N1，其中N3、N4的生胶塑性保持率显著高于N1的，说明增施氮肥可以提高生胶的塑性保持率。不同磷肥水平对生胶塑性保持率影响差异不显著，各处理之间大小为P4>P3>P2>P1。不同钾肥水平对生胶塑性保持率影响差异也不显著，各处理间大小为K3>K4>K2>K1。综合分析得出，不同肥料组合对生胶塑性保持率的最优组合为N3P4K3，即单次施肥量为尿素200 g/株、过磷酸钙375 g/株、氯化钾50 g/株。

2.4  不同施肥处理对生胶门尼黏度的影响

门尼黏度在一定程度上影响生胶制品的性能，非胶组分种类和含量的多少及橡胶分子量的大小会影响生胶的门尼黏度。不同施肥处理对生胶门尼黏度的影响如图3所示。

由图3可知，各施肥水平下，生胶门尼黏度极差（R）大小为氮肥（N）>肥（K）>磷肥（P），比较不同肥料对干胶门尼黏度影响大小为氮肥（N）>钾肥（K）>磷肥（P）。氮肥对生胶门尼黏度影响大小为N1>N3>N2>N4，其中N1的生胶门尼黏度显著高于N2、N4的，而与N3处理的门尼黏度无显著差异，说明增施氮肥会降低生胶的门尼黏度。不同磷肥水平、钾肥水平对生胶门尼黏度影响差异均不显著，各处理之间大小分别为P3>P4>P2>P1、K2>K4>K3>K1。综合分析得出，不同肥料组合对生胶门尼黏度的最优组合为N1P3K2，即单次施肥量为尿素0 g/株、过磷酸钙250 g/株、氯化钾25 g/株。

2.5  不同施肥处理对橡胶分子量的影响

天然橡胶的分子量具有多分散性，以数均分子量（Mn）、重均分子量（Mw）、黏均分子量（Mv）作为其分子量的表征，其中低分子量的部分对橡胶的数均分子量影响较大，而高分子量的部分对重均分子量有较大影响。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。不同施肥处理对橡胶分子量的影响见表4。

从表4可以看出，在P=0.05的水平下，施用氮肥、钾肥对橡胶的Mn均有显著影响，影响程度依次钾肥>氮肥>磷肥。其中氮肥对橡胶数均分子量影响大小为N1>N2>N4>N3;磷肥对橡胶数

均分子量影响大小为P2>P4>P3>P1，且各处理间差异不显著;钾肥对橡胶数均分子量影响大小为K2>K1>K4>K3。不同肥料組合对橡胶数均分子量的最优组合为N1P2K2。

在P=0.05的水平下，施用氮肥、磷肥、钾肥对橡胶的Mw均有显著影响，影响程度依次钾肥>磷肥>氮肥。其中氮肥对橡胶重均分子量影响大小为N4>N1>N2>N3，且N4处理的Mw显著大于N1、N2、N3;磷肥对橡胶重均分子量影响大小为P3>P4>P2>P1，且P3、P4处理的Mw显著大于P1;钾肥对橡胶重均分子量影响大小为K1>K2>K4>K3。不同肥料组合对橡胶重均分子量的最优组合为N4P3K1。

在P=0.05的水平下，施用氮肥和钾肥对橡胶的Mv有显著影响，磷肥影响不显著，影响程度依次氮肥>钾肥>磷肥。其中氮肥对橡胶黏均分子量影响大小为N4>N2>N3>N1，且N4、N2、N3处理的Mv显著大于N1的;磷肥对橡胶黏均分子量影响大小为P3>P1>P2>P4，各处理间差异不显著;钾肥对橡胶黏均分子量影响大小为K2>K4>K1>K3，各处理间差异不显著。不同肥料组合对橡胶黏均分子量的最优组合为N4P3K2。

3  讨论

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[8]，因此对于氮、磷、钾施肥量的高低的均是相对而言，并没有一个统一界定。本研究表明，氮肥和钾肥对干胶含量有显著的影响，影响大小为氮肥>钾肥>磷肥;且随着氮肥施用量的增加，干胶含量增加。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相似的结论[9]。

马来西亚研究院[4]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PRI无影响。而本研究结果却有不同，认为不同肥料对干胶塑性初值影响大小为磷肥>氮肥>钾肥，其中生胶塑性初值随着磷肥施用量的增加而增大;不同施肥处理对生胶塑性保持率的影响大小为氮肥>磷肥>钾肥，增施氮肥可以显著提高生胶的塑性保持率。这是由于增施氮肥可以增加生胶中的氮[10-11]和蛋白质含量，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，从而达到预防老化的作用[12]，而且蛋白质对制品过程的硫化速率及制品的力学性能均有一定的影响[13]。本研究发现，不同肥料对生胶门尼黏度影响大小为氮肥>钾肥>磷肥，且增施氮肥会降低生胶的门尼黏度。这与马来西亚橡胶研究院[4]的研究是一致的，认为对加酸凝固的橡胶来说，生胶的门尼黏度以施磷肥处理的为最低。但是也有研究认为在初始凝固阶段的自然凝固橡胶来说，施钾处理的生胶门尼黏度最低，自然凝固后一个星期，除了施钾处理的PRI外，各项处理的所有生胶性能彼此差异不大[7]，这还需要做进一步的研究来验证。

关于施肥对橡胶分子量的影响，本研究认为施肥对橡胶的分子量（Mn、Mw、Mv）均有显著影响，其中对Mn的影响程度依次钾肥>氮肥>磷肥，对Mw影响程度依次钾肥>磷肥>氮肥，对Mv的影响程度依次氮肥>钾肥>磷肥。国内外对橡胶分子量的研究一般主要集中在不同品系[14-15]、不同年份[16-17]和割胶制度[18-19]上，关于施肥的影响鲜见报道。

综上所述，影响橡胶质量的因素是复杂的，在一定条件下，营养元素起到了极为重要的作用，但是很难找到达到各种性能都最优的某个理想施肥处理。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，使制品性能达到最优。

4  结论

（1）不同种类和水平的施肥处理对干胶含量有显著的影响。不同肥料对干胶含量的影响大小为氮肥>钾肥>磷肥，其中单次施肥量为尿素（300 g/株）、过磷酸钙（250 g/株）、氯化钾（75 g/株）组合干胶含量最高。

（2）不同肥料对生胶塑性初值影响大小为磷肥>氮肥>钾肥，对生胶塑性保持率的影响大小为氮肥>磷肥>钾肥，对生胶门尼黏度影响大小为氮肥>钾肥>磷肥。其中对生胶塑性初值最优组合为尿素0 g/株、过磷酸钙375 g/株、氯化钾25 g/株;门尼黏度的最优施肥组合为尿素（0 g/株）、过磷酸钙（250 g/株）、氯化钾（25 g/株），而对生胶塑性保持率的最优施肥组合为尿素（200 g/株）、过磷酸钙（375 g/株）、氯化钾（50 g/株）。

（3）施肥对橡胶的分子量均有显著影响。其中不同肥料对橡胶数均分子量的最优施肥组合为尿素（0 g/株）、过磷酸钙（125 g/株）、氯化钾（25 g/株），对橡胶重均分子量、黏均分子量的最优施肥组合为尿素（300 g/株）、过磷酸钙（250 g/株）、氯化钾（25 g/株）。

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